TWI565938B - 微結構材料診斷樣品之製造方法及布置以及相關之樣品 - Google Patents

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Description

微結構材料診斷樣品之製造方法及布置以及相關之樣品
本發明係關於一種方法，用以製造一微結構材料診斷之樣品，尤指用於穿透式電子顯微鏡(TEM)檢驗、掃描電子顯微鏡(SEM)檢驗、穿透式電子背散射繞射、拉塞福背散射繞射、彈性回彈偵測分析、X光吸收光譜或X光繞射者。
本技術領域之方法，係由專利申請案DE 10 2011 111 190 A1以及EP 2 413 126 A2得知。但此一已知之方法，需要昂貴之設備，方能於實務上實現此一方法。尤其DE 10 2011 111 190 A1之方法，需要一特定且昂貴之光學元件，以便在平板狀基板開槽，為微結構材料診斷之樣品作準備。用於此一已知方法之光學元件之可靠度有其限制。因此，無法保證每一種個案所製作之樣品之穩定性。此外，實現樣品製作之先前技術所已知之設備，需要複雜之調整，所以該光學元件調整之長期穩定性是一項問題。
因此，本發明目的為提供另一種方法，用以製造微結構材料診斷之樣品，該樣品於實務上能以可靠、較不昂貴之設備實現，使樣品之製做能有改良之高可靠度及重現性。本發明另一目的為提供製造微結構材料診斷樣品之相關布置，以 及提供相關樣品。
本目的係以申請專利範圍第1項所述之方法、申請專利第12項所述之布置、以及申請專利範圍第16項及第17項所述之樣品而獲解決。此方法、布置、樣品之優良特徵，係於附屬申請專利範圍項目說明。
下文中，本發明係先以概括方式說明。然後，再以本發明如何實現之詳細圖示為範例，說明本發明之組態。然而(依據獨立申請專利範圍項目)本發明並不需要如特定組態所述之方式實現：尤指組態中所示之特徵可被忽略者，或與其他組態所示之特徵結合，而於補充之組態中未明示者。各組態所示之單一特徵(亦即不包含該組態所示之其他特徵)，本身亦可改良既有技術之狀態。
依據本發明之一種方法，係敘述於申請專利範圍第1項中。
依據本發明，被拆解之基礎結構，係包含被支撐結構及支撐結構二者。換言之，原則上被支撐結構及支撐結構兩者均為(被拆解之)基礎結構之組成部分，亦即原則上被支撐結構及支撐結構係組合成為單件(後者稱之為基礎結構)。
支撐結構之設計，係能被夾具牢牢夾住，以使被支撐結構被削薄。下文中，安裝座或鉗具之用語，與夾具之用語為同義詞(亦即變化詞)。然而，二者之用語意義相同。
本方法係特別應用於以下檢驗樣品之製造：穿透式電子顯微鏡檢驗、掃描電子顯微鏡、穿透式電子背散射繞射、拉塞福背散射繞射、彈性回彈偵測分析、X光吸收光譜或X光繞射。
被支撐結構以長條形為佳，下文中，此一長條亦選擇性地稱之為樑。此一長條可為懸臂樑，以兩端點至少其中一端為支撐點，但以兩端點均被支撐結構支撐者為佳。被支撐結構進行以雷射為基礎之削薄時，其支撐結構之夾具固定，係以鉗夾該支撐結構於夾具上為優。被支撐結構之削薄，至少分段切割其表面者，係以刮除其表面方式進行為佳。此處，被支撐結構以雷射光束切割(刮除為優)表面時，係以至少一橫向表面、及/或前表面為優，亦以橫向相對兩面為優。此外，應用於拆解及削薄階段之雷射光束，下文稱之為高能光束。
其基板可為本質上扁平之基板(例如一薄餅狀基板)。但是，實務上亦可處理一非扁平、本質上有可能為任意形狀之基板。拆解(在後續削薄之前進行之程序)，意為利用以雷射切割程序為基礎之高能光束切割程序，進行基板基礎結構(即指其幾何形狀)之切除。經由拆解或切除程序所得之被支撐結構(尤指懸臂樑)，係為長條體(以垂直於其長軸方向觀看)，其截面係以長方形或梯形為優。然而，其他非長條體形狀之被支撐結構(尤指懸臂樑)亦屬可行。
在拆解步驟中，其本體(以長條體為優)經切除本體四周全部基板材料後，即製備為被支撐結構(以懸臂樑為優)。一般而言，被支撐結構與支撐結構之連接，係以下列方式，即此二結構係由相同材料構成，並由兩部件合而為一相同之單件。懸臂 樑與支撐結構之連結，僅於(沿其長軸方向觀看)其兩端點至少之一端點為優。被拆解之基礎結構，係包含被支撐結構(以懸臂樑為優)及支撐結構，而支撐結構係與被支撐結構連結，以支撐該被支撐結構。換言之，後續之削薄步驟中，若基礎結構之支撐結構係以優良鉗夾方式之夾具固定，則固定於基礎結構之被支撐結構(例如懸臂樑)即被夾具夾住而無法移動。(在拆解基礎結構之雷射程序中，扁平狀基板通常不用削薄步驟所用之夾具固定：如第7圖所見，第二夾具通常在雷射拆解程序中用於固定其基板。基礎結構經拆解後，其結構即由第二夾具移至另一夾具，該夾具係於削薄步驟使用，且於削薄開始之前即鉗夾至該夾具上。)
因此，原則上基礎結構為自我包含、一體之結構，包含支撐結構與被支撐結構在內，而被支撐結構係與支撐結構結合為一體(兩者均由同一工件經機械加工而成)，而支撐結構則被設計成能被夾具固定住。
下文中，支撐結構在夾具(或安裝座)之固定，係以一夾具(安裝座)為範例說明，其係於被支撐結構削薄時，用以鉗夾其支撐結構。但不限於此：支撐結構除鉗夾之外，亦可將支撐結構膠黏至夾具上，亦可將支撐結構膠黏至一可被犧牲之基板上(該基板可用一夾具鉗夾住)，亦可(利用部分真空或真空之器具)將支撐結構吸附及/或置至夾具上，以便利用夾具來固定住支撐結構。因此，支撐結構係由外部夾具固定住，然後再固定住被支撐結構。如此，即能賦予被支撐結構穩定性，因為雷射削薄之後其結構極度脆弱。
拆解步驟完成後之削薄程序(下文亦稱之為以高能光束為基礎之削薄，以雷射為基礎之削薄方式進行)，係指被支撐結構(尤指懸臂樑)之部分邊框(亦即兩端點之間至少一部分外表面)係以雷射光束之照射進行雷射處理，方式為切割進入被支撐結構之外表面，尤指以光束切割進入懸臂樑之外表面。雷射光束之照射，係以刮除之方式進入被支撐結構之外表面為優，尤指懸臂樑(參見下文對掠入射之定義)。
下文中，本發明將以分別以長條及懸臂樑為範例說明被支撐結構，但不限於此。
雷射光束掠入射懸臂樑，係指雷射光束係以原則上平行於該表面區域之方式照射進入懸臂樑表面區域，方式為去除表面多餘之材料，至該懸臂樑表面以下預定深度之材料為止。原則上，平行係表示此為其表面區域與雷射光束之入射方向之間之最大傾斜角度(或分別為該表面區域之正切角)，約為±15°。下文所述切割進入被支撐結構表面區域之削薄，不限於申請專利範圍所定之範疇，係以前述掠入射為基礎。
高能光束係使用雷射光束。雷射光束可以在雷射輸出端有一介於1W及50W之功率。原則上，拆解步驟及後續削薄步驟均採用相同之雷射(以不同輸出功率為優)。然而，亦可使用不同雷射於此二步驟。
在削薄步驟中，通常懸臂樑之橫向面係經過雷射處理，以雷射光束刮除。懸臂樑之橫向面係指該樑與基板平面平行放置之面，而基礎結構係由此面與懸臂樑拆解。因此，雷射光束係以本質上平行於基板平面之方向照射進入懸臂樑。然而實務 上，亦能以垂直於基板平面之方削薄該懸臂樑，亦即削薄懸臂樑之前表面。前表面係指垂直於橫向面之表面(若拆解步驟中，雷射光束係垂直照射進入基板)，亦即由基板拆解基礎結構時所產生之表面。為刮除懸臂樑之前表面，雷射光束必須於削薄步驟中垂直射入懸臂樑之基板平面。懸臂樑之基板平面係指基礎結構之平面，該平面即為基礎結構拆解前之基板平面。
被拆解之基礎結構，本質上可為一圓盤或半圓盤，其能於拆解步驟中引入孔洞、幾何區、腐蝕等等，為使懸臂樑結構(亦包括能保證安裝座有最佳鉗夾力之結構)被鏤出溝紋，而使其被分斷。換言之，拆解步驟當中之雷射處理，其進行方式為使後續以雷射為基礎之削薄步驟之雷射處理能有一最佳之基礎結構。
然而，以雷射光束掠入射引至懸臂樑之結構，原則上不需以平行於懸臂樑橫向面、及/或前表面之方式引入。亦可旋轉其安裝座，尤其以一定角度範圍連續搖擺懸臂樑(及被夾住之基礎結構)之方式旋轉，以減少高能光束處理(例如以雷射光束為基礎之微機械加工)所引起之裙邊效應。
此外，本發明之兩階段雷射處理，能簡化被支撐結構之高度精度調整。如此，即可製備超乎想像、更粗糙或更加適用於雷射削薄程序之被支撐結構。舉例來說，長條(樑)甚至不需呈長方體結構，而可以如同類似拱橋一般。
本發明方法之第一優良特徵，係於申請專利範圍第2項說明。(其特徵可依申請專利範圍所述之結構，與下文所述其他附屬申請專利範圍項之優良特徵任意組合。)
本發明方法之第二優良特徵，係於申請專利範圍第3項說明。
若欲再削薄已被削薄之懸臂樑部位，則以附屬申請專利範圍第2項、及/或以附屬申請專利範圍第3項所述之步驟實現為優。
利用離子束，以β>0°之視角β(下文亦稱之為傾斜角β)照射至已被削薄之部位之後，其已被雷射削薄術削薄之部位即留下一楔形之殘留，此一位於楔形尖端四周區域之殘留，具有10至100nm之優良厚度，尤其介於30至80nm。此一殘留即可做為薄片樣品，用於依據本發明之微結構材料診斷(尤其用於穿透式電子顯微鏡之薄片樣品)。
因此，根據申請專利範圍第2項及第3項所述，該離子束基本上係平行(傾斜角β除外)沿著雷射削薄期間引入懸臂樑橫向面之渠道結構之長軸方向照射，以便從雷射引入之渠道之最薄區域，把殘存之壁面結構再度削薄。
離子束可由一強力離子束源射出。此一離子束源，可為操作於500eV至50keV之間之HF或ECR源。該離子束可具一介於1013cm-2至1022cm-2之一次離子劑量密度，直接由離子源輸出端測得。若為產生離子束，亦可採用由一電漿源射出之電漿噴嘴。此一離子束源可為大氣電漿噴嘴源。電漿噴嘴可具一介於1013cm-2至1022cm-2之一次離子劑量密度，直接由離子源輸出端測得。
該離子束基本上係平行(傾斜角β除外)沿著懸臂樑橫向面所引入之渠道結構之長軸方向照射，使入射之離子束方 向，從懸臂樑之一面射向懸臂樑之另一面，前一面為懸臂樑未傾斜之一面，而後一面為懸臂樑有傾斜之一面。
以離子束為基礎之削薄後製程，亦可利用兩束離子束，在已被削薄之被支撐結構之橫向相對兩面同時實現。
一如上文所述，懸臂樑之基板平面，即為該基板切除基礎結構之前之平面。此平面可為平行於基板兩相對平面之任一平面，且置於兩平面之間。然而下文中，該平面係精確安排於基板兩相對平行之平面中間，並做為懸臂樑之基板平面(以及個別基板之平面)。比較第6b圖和6c以虛線表示之平面。
申請專利範圍第4項，其擴角2α係指雷射光束射在懸臂樑之光束之擴張角度。
懸臂樑係於兩相對橫向面之相同部位削薄為優(沿著懸臂樑長軸方向延伸看去)，該懸臂樑此二表面係以平行於懸臂樑基板平面方向之雷射光束刮除之。為實現此目的，可使用分光器，將尚未射至懸臂樑之雷射光束分成兩束分光束。其優點為，可以同時處理懸臂樑之二橫向面。另一方面，一如以下組態所詳述者，雷射光束之主光軸可採用如下優良方式，相對於懸臂樑之基板平面加以傾斜至角度α：在處理第一橫向面期間，使用一預定之角度α補償射在懸臂樑之雷射光束之擴角(如此即可以平行於被處理之橫向面方向來進行刮除)。在處理兩橫向面之第二面之前，該懸臂樑(以及其對應之基板平面)已相對於雷射光束之相反方向被傾斜至2α之角度。此亦表示，雷射光束之主光軸與懸臂樑之基板平面之間有一傾斜角α，所以兩相對橫向面之第二面亦可進行平行削薄(比較下文中第5B圖之說明)。
申請專利範圍第5項說明其他優良特徵。
申請專利範圍第5項再度指出，懸臂樑要被削薄之表面，係以其橫向面為優。經雷射光束刮除其表面而在該表面生成之渠道結構(以申請專利範圍第3項所述之優良架設方式)，係以圓形或橢圓形為優(以垂直於懸臂樑基板平面方向之截面觀看，並垂直於該渠道結構之長軸方向)。
垂直於支撐結構(懸臂樑)長軸延伸方向之渠道結構，除對齊之外，亦可為該渠道結構引入一相對於被支撐結構之不同角度。甚至不同之渠道結構均可引入相對於被支撐結構之不同角度。舉例來說，在被支撐結構相對兩橫向面上，即可引入如DE 10 2011 111 190 A1所述之渠道結構，其二渠道結構係彼此交錯(或交會)。
申請專利範圍第6項說明其他優良特徵。
因此，根據申請專利範圍第6項所述，懸臂樑兩側(亦即在橫向面兩側)引入多個渠道結構時，若其引入之任一單一渠道面對懸臂樑之基板平面之壁面部位，有一以削薄之分隔長條呈現之殘留物(下文稱之為殘留部位)，則為優點。兩渠道間所殘留之分隔長條，係出現在懸臂樑(橫向)相對之對稱兩側(對稱於該懸臂樑之基板平面)。分隔長條和殘留部位，分別具有(以垂直於懸臂樑之基板平面方向觀看)數微米或數十微米之厚度。
申請專利範圍第7項說明其他優良特徵。
根據申請專利範圍第7項所述之第一種變化，渠道末端支撐物，係殘留在某些渠道結構兩端其中一端(由個別渠道結構之長軸方向看去)。具有如此渠道末端支撐物(以增加削薄之 懸臂樑穩定性)之渠道結構，係指鄰近於懸臂樑末端之渠道結構。不同渠道結構，可由不同寬度(沿著各渠道結構之長軸方向)之渠道末端支撐物實現，亦即具有不同深度之渠道結構。由懸臂樑被削薄之部位外圍，至其中心之渠道末端之支撐物寬度(若被削薄之部位以相對於其中心為對稱之方式引入者，即由懸臂樑兩端往懸臂樑中心看去)，應以減少為優(相對應之渠道結構深度則為增加)。
根據申請專利範圍第7項所述之第二種變化，其懸臂樑前表面(一般意指其窄邊)之布置，係於拆解步驟中採用垂直照射其基板，使其垂直於懸臂樑基板平面，因此亦垂直於許多渠道結構均有引入之橫向面。發送，係指由一懸臂樑表面開始，採用以雷射為基礎之材料去除術，於懸臂樑材料引入一預定之深度。
本發明其他優良特徵，係於申請專利範圍第8項說明，其中所有提出之特徵均以優良方式實現。採用一材料厚度為例如100微米或150微米之基板(此為雷射光束必須切除之材料厚度，同時亦是傳統樣品支援穿透式電子顯微鏡之最大厚度)，其優點為，具有相當小平均輸出功率之雷射即可使用。經過拆解步驟之後，該基板可被鉗夾於一安裝座上，並於被支撐結構被削薄之前，先以一螺絲固定住。經過拆解步驟之後，其他安裝座亦可用來鉗夾該基板(此類安裝座，專業技術人員均為習知)。
其他優良特徵，係於附屬申請專利範圍第9項及第10項說明。
本發明在拆解及削薄步驟之雷射處理，可採用毫微微或微微秒雷射(奈秒雷射亦可)。此類雷射有一頂多數微米之熱效應區(針對奈秒雷射而言；若為毫微微或微微秒雷射，其熱效應區之尺寸頂多只有數個100nm)。可以優良應用之雷射類型及波長為：二極體抽運固態Nd：YAG雷射，其於1064nm放射，於532nm倍增頻率或於355nm為三倍頻率，或使用鈦藍寶石雷射，約於755nm至800nm放射，或YVO4雷射，其於1030nm放射，515nm(倍頻)或343nm(三倍頻)。
雷射通量(分別在基板及懸臂樑被照射之位置)，係優良高於材料機械加工之燒蝕下限值，例如介於0.1J/cm2和1J/cm2之間。
根據申請專利範圍第10項所述之第二特徵，其基礎結構能圍繞前述第二軸(亦與第3圖比較)搖擺，以便減少或避免不必要之裙邊效應。
根據申請專利範圍第10項所述之第二特徵，夾具(下文亦稱之為鉗夾)可具有二鉗夾顎口，其設計係用以夾住(或鉗住)其間所置之支撐結構(或其中一部分)，使該夾具能夾住基礎結構之支撐結構。為保證其基礎結構，能相對於鉗夾或在鉗夾內可靠固定不動，亦即使基礎結構能相對於鉗夾被固定於一確定之位置，該基礎結構至少應能為支撐結構提供一凹槽，但以至少二凹槽為優。鉗夾顎口則可以至少提供一相對應之銜接部位，用以銜接該凹槽，但以至少二銜接部位為優。其凹槽可以雷射光束在拆解步驟中跨越其基板表面之適當運動為基礎，分別在基礎結構及支撐結構以適當形狀實現。
根據本發明，若欲於懸臂樑實現最佳雷射切除(以便被削薄之部位形狀能以所欲之精確形狀實現)，可以優良依據申請專利範圍第10項所述之兩項特徵，採用所述之安裝座，將基礎結構及其支撐結構和懸臂樑相對於處理之雷射光束加以鉗夾、固定、定位，該雷射光束係由一光束成形裝置(尤指一光學裝置)生成及移動，其係包含一聚焦光學及一光束偏轉器(例如一檢流計式掃描器)，參見申請專利範圍第10項，以便在懸臂樑上實現所欲之雷射高精準刮除入射。
根據申請專利範圍第11項所述之優良特徵，其握柄框架係指基板或相關於基板一已被拆解之部位。握柄框架圍住尚未完全拆解之基礎結構。握柄基底係於被支撐結構之一側與握柄框架以及基礎結構相連，且與被支撐結構相鄰，不過有部分支撐結構係經由握柄基底與握柄框架相連。
所有一切，均可採用申請專利範圍第12項所述之布置。
此處之光束成形裝置以包含一聚焦光學及一光束偏轉器為優。其姿態係定義為基礎結構(及其支撐結構以及懸臂樑)之位置及指向。
其聚焦光學可用所謂變焦掃描實現，亦即其光學包含一能以極高速度在光束方向調整之聚焦鏡(以一線圈為基礎)。此一方法，使樣品為正確聚焦之移動成為多餘。
夾具握住支撐結構之方式，是使高能光束能切入被支撐結構表面，其係以無障礙方式、及/或以防止材料任何再沈積之方式處理。
本發明布置之優良特徵，係於申請專利範圍第13項至第15項說明。
根據申請專利範圍第13項所述，經過以雷射為基礎之削薄後，被拆解之基礎結構及其支撐結構以及已被削薄之被支撐結構，即可自夾具(用途為使用雷射削薄被支撐結構)移走，然後置於一以離子束為基礎之燒蝕系統中，用以進行削薄後製程之進一步削薄。
此外，亦可於高能光束路徑當中引入至少一光束整形元件。利用此一光束整形元件，在光束進入欲被處理之被支撐結構之前，即可依所欲之方式為光束之截面整形。
例如一圓柱形鏡片，即可引入高能光束之光路當中，使光束截面變成橢圓，以便引入一例如長條孔(由被支撐結構之長軸延伸方向看去)之長條渠道結構。
此外(或其他變化)，下列光束整形元件，亦可至少引入一件於高能光束路徑當中：●一繞射元件，用以改變該(圓形)光束之截面形狀，使成為優良之長方形或正方形，及/或●能把光束之高斯形橫斷面變成平頂式形狀之元件。
該高能光束，亦能以如下方式於其路徑當中引入至少一分光器，其能產生(例如二部分)部分光束，射入被支撐結構兩相對之橫向面，以便在此二表面同時引入渠道結構。
做為光束放射單元使用之雷射，係以能產生超短雷射脈衝(亦即微微秒脈衝或毫微微秒脈衝)之超短脈衝雷射為 優。但是，原則上(甚至不建議使用，因為被支撐結構之被處理材料，會有一較大之熱效應區域)能產生短雷射脈衝(亦即奈秒脈衝)之短脈衝雷射亦可使用。
一依據本發明之微結構材料診斷樣品，係於申請專利範圍第16項至第18項說明。
尤其申請專利範圍第16項所述之結構，其係依據附屬申請專利範圍第2項所述方式製成，其係以雷射削薄，後續再以離子為基礎，在單一及相同結構上，亦即被支撐結構上，於已被削薄之部位進行再削薄。
根據申請專利範圍第17項及第18項所述，該樣品亦可為半圓環形式之支撐結構，而懸臂樑(即被支撐結構)即安裝其上。
比較既有技術已知之方法及布置，本方法及布置用以製造一微結構材料之診斷者，具有以下優點。
包含支撐結構及懸臂樑(後者為削薄後，或有需要而再削薄之後所形成之樣品之基礎)在內之基礎結構，因為形狀特別，而且在本發明之拆解步驟中被拆解，所以在微結構材料之診斷中，不需要個別握柄結構，用以獨立握柄該樣品於一樣品握柄架中(例如一半圓環，用以安裝/黏合等等)，因為該支撐結構本身即可作為此一用途。
欲被拆解之基礎結構，幾乎任意形狀均可實現。基礎結構之輪廓細節，可以直接用CAD為基礎之投影方式，轉移至被布置為雷射處理之部件。若欲估算其懸臂樑之穩定性(若已考慮在本發明雷射削薄步驟中進行局部削薄)，可以採用有限元素 法。因為支撐結構和懸臂樑係結合成為一單一基礎結構，所以可以保證使用鑷子安全操作。其基礎結構形狀之唯一幾何限制，係源自所使用之雷射光束直徑(例如約為10微米)、雷射光束定位之精準度(<1微米)、以及取決於所使用之雷射源和所欲引入之破壞區域大小。
用於拆解步驟之優良扁平基板之製造，可以簡單使用機械製備步驟進行(例如：高精度鋸台，平面平行砂磨機一類)。使用厚度約為100至150微米之基板(勿用例如300至500微米之厚度，因其為既有技術用以實現足夠穩定度之必要條件)，即可適用於較小輸出功率之雷射類型，故成本降低(在本發明中，300至500微米之厚度已可實現為被支撐結構之寬度)。
本發明之拆解及削薄步驟，可以基於機械鉗夾、以及雷射光束之精準定位(例如利用光束偏轉器產生偏轉，尤指一檢流計式掃描器)而實現。因此，用以處理基板之昂貴旋轉、及/或移動系統，已不再需要。
此外，本發明所使用之雷射系統，亦可為基礎結構(或支撐結構)做標籤。如此即可改良樣品之可追踪性。其他結構(例如前述之凹槽)一樣可以輕易引入，使所用之安裝座得以輕易處理及鉗夾該基礎結構。
本發明亦可處理基板之橫斷面樣品(例如在一薄基板上以多層塗料形成之三明治所構成之橫斷面)。亦可實現任意指向之基礎結構(在微結構材料診斷時，欲檢驗之懸臂樑亦然)。
D‧‧‧長軸方向
d‧‧‧厚度
dmin‧‧‧最小厚度
L‧‧‧長軸方向
P‧‧‧樣品
R‧‧‧第一軸
4c、4d‧‧‧4之橫向面
4e、4f‧‧‧4之前表面
5‧‧‧支撐結構
6‧‧‧夾具
7a、7b‧‧‧渠道結構
7a-1、7a-1‧‧‧渠道結構
T‧‧‧第二軸
w‧‧‧總寬度
1‧‧‧基板
1F‧‧‧握柄框架
1a‧‧‧基板平面
2、2’、2”‧‧‧雷射光束
2a‧‧‧光束主軸
2b、2b’‧‧‧邊界區域
3‧‧‧基礎結構
4a、4b‧‧‧4之相對端點
7b-1、7b-2‧‧‧渠道結構
8a、8b、8c‧‧‧殘留部位
8d、8e、8f‧‧‧殘留部位
9‧‧‧聚焦光學
10‧‧‧檢流計式掃描器
11‧‧‧光束放射單元
13‧‧‧第二夾具
21a、21b‧‧‧凹槽
51a、51b‧‧‧握柄基底
下文中，本發明之特別組態及特徵，係參照第1圖至第8圖加以說明。
其圖示為：
第1圖：一基板照射及(局部)拆解成為所欲之基礎結構。
第2圖：後續以雷射削薄之前，已被拆解之基礎結構。
第2a圖：將被拆解之第2圖基礎結構草圖。
第3圖：雷射削薄期間所用之安裝座。
第4圖：根據本發明之雷射削薄步驟，在一基板材料內引入之溝槽。
第5圖：於雷射削薄步驟中，如何在懸臂樑實現垂直渠道結構之解說。
第6圖：經過拆解之後和雷射削薄之後之懸臂樑。
第7圖：本發明之布置範例。
第8圖：本發明另一布置範例。
圖中，相同參考編號代表相同特徵。
第1圖顯示一矽製基板1，具有厚度d=150微米。一532nm之YVO4雷射11(圖未顯示，參照第7圖)之雷射光束2，經過一檢流計式掃描器10(圖未顯示，參照第7圖)偏轉後，以0.8J/cm2之雷射通量射向基板1。經由檢流計式掃描器10偏轉之雷射光束2，已定義基板1所欲拆解之基礎結構3(參照第2圖)之輪廓。第1圖顯示欲自基板拆解之基礎結構部件範例；其中有若干標示 「1」、「2」、「3」者，其號碼亦同時表示一基礎結構3所能引入之支撐結構5(第2圖)之標籤，以便不同基礎結構3之間有較佳之差異性。
如第1圖所見，雷射光束2之能量、波長、重複率、以及掃描速度，其選擇方式為，使雷射光束2能切穿基板1之全部厚度d。重複率及掃描速度之典型數值分別為30kHz以及100mm/min。
第2圖(黑暗部位，明亮部位係顯示所置之基礎結構之背景)係一已完工之基礎結構3之範例，亦即一已完全自基板1拆解之基礎結構3。基礎結構3包含一基本上為半圓環形狀之支撐結構5，有二凹槽21a、21b係於拆解步驟期間以基本上為對邊之形式引入(在其弓形部位之外圍)。此二凹槽21a、21b之目的，係為簡化其基本結構3之支撐結構5在安裝座6(第3圖)之鉗夾。此二凹槽21a、21b(若為不同基礎結構3進行機械加工時)亦可以一方式引入，使各個基礎結構3之上緣(或各個前表面4e，參照第3圖)伸出相同之絕對值(相對於安裝座6之表面，參照第3圖)。如此即可簡化其處理，因為雷射光束可以針對被處理之不同基礎結構3仍聚焦於相同位置。
在此二凹槽21a、21b之對邊，亦即該基礎結構3於支撐結構5之半圓環直徑方向，有一懸臂樑4，其具一基本上為長方形之截面(由圖示平面之垂直方向看去，亦即垂直於懸臂樑4之基板平面1a-參照第6圖-，並且垂直於懸臂樑4之長軸延伸方向L)。因此，其基礎結構3即以一由元件4及5所構成之單件製成， 其中，懸臂樑4係經由其二端點4a和4b，與基本上為半圓環形狀之支撐結構5之內圓週相連。
第2圖所見之懸臂樑4朝上之表面(以參考編號4c標示)，係為後續以雷射削薄步驟所削薄之兩相對橫向面之一。懸臂樑4以參考編號4e及4f所標示之二前表面，係垂直於橫向面4c及4d(參照第6圖)。
當懸臂樑4(以一再削薄之形式呈現)最終成為所需之微處理材料診斷樣品，其參考編號即如第2圖所示之P。
第2a圖所示之草圖，展示第2圖之基礎結構尚未完全自基板1拆解完成前(如第2圖所示)之狀態。由第2a圖可見，其基礎結構3仍然且唯一經由鄰近於該樑4兩端點4a和4b(參見第2圖)之握柄基底51a和51b與握柄框架1F相連。此處，握柄框架1F係指基板1包圍基礎結構3之長方形部位，而此一握柄框架1F在雷射機械加工程序時，已自基板1拆解下來。然而整個基板1亦可做為握柄框架1F，或等同於一握柄框架1F。握柄基底51a和51b係於被支撐結構4兩側將握柄框架1F和基礎結構3連在一起，而且鄰近於被支撐結構4。握柄基底51a和51b係由仍與基礎結構3和握柄框架1F相連之支撐結構5部位所構成。
拆解步驟之第一階段，係使用滿功率之雷射11(參照第7圖及第8圖)，例如3W或10W，並以20μm之光束直徑，使基礎結構3除兩握柄基底51a和51b之外之所有週邊，均自握柄框架1F被拆解下來。如此滿功率之機械加工，其優點為基礎結構3之大多數輪廓，均能以非常快速且有效之方式，自基板1及握柄框架1F上被拆解下來。拆解步驟之第一階段中，其握柄框架和將被 拆解之基礎結構3，係暴露於一壓縮噴射氣流N2或其他氣體，以免殘渣之沈積，亦即在基礎結構3切除輪廓時，避免所生成之殘渣再度回復為基礎結構，而與切除之雷射光束產生不必要之交互作用(尤其在拆解步驟之第二階段)。在拆解步驟之第一階段中，此二握柄基底51a和51b能在基礎結構3暴露於噴射氣流期間，提供必要之穩定性(尤其能避免基礎結構飛走，或被噴射氣流摧毁)。
拆解步驟之第二階段中，雷射11之功率已降低(例如上述第一階段所使用雷射功率之10至50百分比左右)。接下來，其二前表面4e、4f在拆解步驟第一階段中所生成相當粗糙之切割邊，均以此雷射功率加工，以便使其平滑。另一種變化，是在較大雷射功率之拆解步驟第一階段中省略此二前表面4e、4f，讓此二前表面4e、4f以較低之功率生成。拆解步驟之第二階段係使用較低功率，以便使其切割能有最佳邊緣準確度。
在兩階段之間，亦可選擇改變其他雷射參數、及/或處理參數，包括但不限於脈衝重複率、掃描速度、脈衝長度、光束尺寸，以便在基礎結構除二前表面4e、4f以外之處，達成快速但粗糙之切割，而在前表面4e、4f之處，則達成較慢之切割。
在拆解步驟第二階段、及/或後續之削薄步驟中，其握柄框架和將被拆解之基礎結構3，可選擇暴露於一壓縮噴射空氣、N2、或稀有氣體，以免殘渣之沈積。
最後，在拆解步驟第三階段中，基礎結構3之所有週邊將完全自握柄框架1F拆解下來，其係利用雷射11破壞介於支 撐結構5和框架1F之間之兩握柄基底51a和51b，或將基礎結構3挖出來。
若基板1所使用材料為Si，兩握柄基底(由平行於4e、4f之表面看去)寬度為25μm(或更多)即已足夠提供對抗氣流之足夠阻力。
第3圖顯示一安裝座6之範例，其設計係用以鉗夾基礎結構3之支撐結構5於二鉗夾顎口6a和6b之間，以保證基礎結構3能相對於安裝座6被固定住。如第3a圖所見，鉗夾顎口之一，即顎口6a，其設計具有二銜接部位22a和22b，用以銜接相對應於凹槽21a、21b之部位，所以其形狀做成垂直銜接其凹槽。另一鉗夾顎口，即顎口6b，則有二與銜接部位22a和22b相對之突出部位23a和23b，其設計係於兩顎口6a、6b閉合時，能與銜接部位22a和22b(水平)銜接。兩顎口6a、6b閉合狀態下(第3b圖)，由上方移入銜接部位22a和22b之基礎結構3之支撐結構5，係一面被夾在銜接部位22a和22b之牆壁部位，而另一面則被夾在突出部位23a和23b，使其(相對於安裝座6)被固定在一預定之位置。
如第3a圖所示，可提供許多對銜接部位22和相對應之突出部位23，以便相對於安裝座6能同時固定住許多基礎結構3。
第3b圖顯示閉合狀態之安裝座6，其中有三個不同基礎結構3a至3c已相對於安裝座6被固定住。如圖所示(相對應之支座未顯示)，此一(閉合之)安裝座6，可以在水平傾斜軸R上至少局部傾斜(例如±10°)，亦可在另一水平軸T上傾斜(例如±7°)且安排垂直於傾斜軸T。如此，幾乎可以在世界座標系統上為基礎 結構3a至3c自由定位，而且分別以一近乎任意之姿態，相對於雷射光束2照射方向放置。尤其懸臂樑4可以如下方式定位，使其垂直側邊(參照第5圖)亦能以一檢流計式掃描器切割(參照第7圖和第8圖)。來回在T軸及/或R軸傾斜，亦可避免不必要之裙邊效應。
具有例如100至150微米之基礎結構厚度d，可保證安裝座6兩鉗夾顎口6a、6b所鉗夾之基礎結構3，其鉗夾不會傷害到基礎結構。一邊為凹槽21，另一邊為銜接部位22以及突出部位23，可使樣品P之基礎結構之鉗夾，以如下方式完成，即使支撐結構之半徑與鉗夾顎口6a之銜接部位22一致，故兩鉗夾顎口6a、6b之間所鉗夾之基礎結構，即可精準定位及固定，且可避免基礎結構相對於安裝座6有不必要之旋轉。被鉗夾之基礎結構3之姿態，即定義削薄雷射光束2之入射角(若有必要，亦已定義後續處理之其他削薄離子束之入射角)。鉗夾顎口6a、6b在支撐結構之鉗夾區域兩旁及下方之橫向多餘面積，可分別避免被鍍材料之再沈積以及安裝座6之損壞。
以離子束再削薄時，已被雷射削薄之基礎結構(參照第6圖)亦可使用不同安裝座抓握，而其係由一特定離子束蝕刻系統所提供，例如既有技術所知之精準離子束拋光系統。然而，第3圖之安裝座6可用於雷射削薄步驟，亦可用於後續之額外再削薄處理，以便將雷射所削薄之部位藉離子束之助再度削薄。
第5圖分別展示如何在懸臂樑之橫向面所引入之渠道結構實現垂直側緣及側壁(亦即所引入結構之側緣，其係平行於懸臂樑4之基板平面1a，參照第6圖)。換言之，第5圖顯示，相對於懸臂樑之橫向面入射之刮除雷射光束應如何實現，其中，刮 除懸臂樑4表面之入射雷射光束2所處理之邊界區域2b，係以平行方式、以及一預定深度處理。第5圖中，其支撐結構(參照第6圖)之基板平面1a為一可見之直線(截面圖)。
第5a圖顯示雷射光束2係以垂直而且接近一邊角之方式，照射至懸臂樑4表面(此為前表面4e，參照第6圖)，其布置為垂直於懸臂樑4之橫向面4c所欲引入之側緣。因此，一方面在雷射光束2之光束中心軸和光束主軸2a，另一方面在雷射光束2所照射之前表面4e，其間之角度等於90°。若雷射光束2係以第5a圖所示方式聚焦進入表面4e(參照第7圖之聚焦光學9)，因為雷射光束係耦合進入所建立之側緣，則會形成一光束擴張角度2α。結果，若光束主軸2a垂直於表面4e，亦即平行於懸臂樑4之基板平面1a，亦即軸心2a和平面1a之間沒有任何傾角(α=0°，參照第5a圖)，則懸臂樑經材料去除之後在表面4e所引入之溝槽，基本上為V型(參照第4圖)，而在被照射之表面4e之一側緣，以及在懸臂樑4材料內所引入之另一側緣，其角度為90°+(光束擴張角度2α之一半)=100°，因為所示範例其擴張角度為2α=20°。
為實現渠道結構7(參照第6圖)所引入側緣為垂直於前表面4e、4f者，亦即以平行方式用雷射平行切除其橫向面4c、4d者，則光束2之光束主軸2a必須相對於懸臂樑4之基板平面1a以一傾斜角α傾斜，其係等於入射至該平面4e之光束2之光束擴張角2α之一半。如第5b圖所示，如此之側緣，即可以一90°之側緣角度引入其橫向面4c。欲引入垂直側緣時一例如在兩相對之橫向面4c和4b上，以許多渠道結構7(第6圖)形式引入者，則用雷射光束2刮除其對面橫向面4d之前(其橫向面4c，已藉由光束2邊界區 域2b之助，引入一垂直側緣)，其基礎結構3及其懸臂樑4(連同安裝座6)必須相對於光束主軸2a，以第5b圖所示方式往相反方向傾斜一2α之角度(相對於懸臂樑4以一已經傾斜α角度之狀態看去)。此後(而且基礎結構3和安裝座6已適當平移過後)，入射雷射光束2之邊界區域2b亦可再度於懸臂樑4之橫向面4d切割一垂直之側緣。因此，在兩相反方向以±α之角度傾斜其懸臂樑4，即可在兩相對橫向面4c、4d引入垂直之側緣。
因此，雷射削薄步驟可在懸臂樑4之二橫向面進行，以便再度(以平行面方式)減低樣品P之厚度(亦即減低懸臂樑4一區域之厚度，該區域所構成之樣品基本上小於基板1之厚度)。例如，在一厚度d=150微米之基板上，由兩面(第6圖)引入窄渠道結構，即可在殘留部位8減低樣品厚度至dmin<20微米之值。利用檢流計式掃描器10(第7圖)，可將雷射光束以一例如10°之相等傾斜角α偏轉導入懸臂樑之前表面兩次，不用如第5b圖所示，以兩相反方向傾斜懸臂樑4及其平面1a(相對於光束主軸2a)。如此，即可利用一專用光學，以一可傾斜而且可旋轉之鑽頭，使射入之光束2能同時傾斜且旋轉至適當定位2-1和2-1(參見第5c圖)，而避免產生複雜之平行切除間隙。如第5b圖所示，根據本發明，以兩階段手法傾斜懸臂樑兩次(在相反方向)，即可經由簡單之削薄而實現殘留部位8平行於前述之橫向面4c及4d(參照第6圖)。
因此，技術上只需以一由平面1a及光束主軸2a所定義之角度α傾斜其基礎結構。以下方法，可用於決定此一必要之傾斜角α(取決於入射雷射光束2之幾何參數)：在基礎結構由基板 1拆解下來之前或之後，用雷射光束2在基板1鑽許多孔。這些孔可以利用光學檢測(利用照相機為基礎之檢測系統)，一方面針對雷射光束2照在基板1表面之孔徑，另一方面則是在基板1對面表面之孔徑(出口側)。必要之傾斜角α，可以利用此二孔徑之差異計算而得。
第6a圖為懸臂樑4經過本發明拆解步驟及雷射削薄步驟之後(而且在一可能以離子束削薄之額外後續程序之前)之側面圖示，而第6b圖及第6c圖則為鳥瞰圖。圖示為許多具有不同寬度渠道末端支撐物20之平行渠道，亦即在懸臂樑4材料內有不同之渠道深度。不同渠道深度係改善所示削薄懸臂樑結構之穩定性。但是第6圖中，有許多渠道結構7係以精準平行於懸臂樑4中央平面1a之方式引入，所以略呈楔形之側緣(亦即引入之渠道結構7壁面並非平行於平面1a，而是略微傾斜)可以額外改善所示懸臂樑之穩定性。
第6圖所示經雷射削薄之懸臂樑4，具有一長方形截面(垂直於該樑4之長軸延伸方向L看去)。該樑4垂直於該樑4中央平面(基板之平面1a)之厚度為d=150微米(兩相對橫向面4c及4d之間距)。所示結構中，懸臂樑之寬度w(兩前表面4e和4f之間距，亦即懸臂樑4在平面1a且垂直於長軸延伸方向L之展輻)等於w=200微米。樑4兩末端4a和4b，亦即其與支撐結構5相連之部位(以及後者)，僅顯示其局部。
沿著長軸延伸方向L，平行於平面1a之相對二橫向面4c及4d，已有許多渠道結構7a至7f利用入射光束2在相對表面4c和4d上刮除而被切入該樑4之表面4c和4d。入侵之雷射光束已 定位，以便以一方式引入渠道結構7，使其殘留部位8在雷射削薄之後能殘留在該樑4之材料中央(由該樑4之厚度d方向看去)，其殘留係以對稱方式對稱於中央平面1a(尤其參照第6b圖和6c)。在該樑4兩側引入之兩排渠道結構7x-1、7x-2，係以一對稱方式對稱於該樑4兩相對末端4a和4b之方式布置(由L方向看去)。由L方向看去，每一面4c和4d之渠道結構7已按如下方式引入，即其長軸方向D係垂直於長軸延伸方向L且平行於平面1a。在4c表面引入之渠道結構標示為7a-2、7b-2，...而其對面表面4d所引入之渠道結構則標示為7a-1、7b-1，...。在一相同橫向面直接相鄰之渠道結構(例如7a-1和7b-1之結構)，係以一重疊方式引入：其渠道結構之直徑(與長軸方向D垂直之截面積尺寸)，在本例為10至20微米。兩直接相鄰之渠道結構中心點，由L方向看去有20至50微米之間距，或較少，或較多。
渠道結構7之引入，會在兩相對表面之成對相對渠道結構之間，留下殘留壁面部位8a、8b，...(例如一表面4d之渠道結構7a-1，另一表面4c之渠道結構7a-2，其間之壁面部位8a)，而本例中其最小厚度為dmin=0.5至10微米(參照第6c圖)。
沿著懸臂樑4之寬度方向w看去(亦即沿著渠道結構7之長軸方向D看去)，其渠道結構7係以不同深度引入該樑4之材料內：僅有(大約)中央渠道結構7c-1和7c-2在懸臂樑4之全部寬度w引入。在4c、4d兩表面之渠道結構7a、7b、7d、7e和7f之下側(即下方之前表面4f)，其渠道末端支撐物20a、20b、...在雷射削薄後因未除移該懸臂樑之材料而被留下來，以便進一步穩定所示被雷 射削薄之結構。由中央至兩外緣(沿著L方向看去)，其渠道結構7之渠道末端支撐物20之高度，係以大約線性方式增加。
使用離子束進行再削薄程序時，離子束可以按一本質上為平行(除了傾斜角度ß)之方式，沿著渠道結構7之長軸方向引入懸臂樑4之橫向面4c、4d，使離子束之入射方向由懸臂樑(亦即長條)4之下緣(表面4f)指向上緣(表面4e)，亦即由懸臂樑4之一面4f(懸臂樑4於該面未傾斜)射向懸臂樑4之另一面4e(懸臂樑4於該面係傾斜至20a、20b，...)。
但是，若以一弓形(沿著L方向看去)且於兩末端4a、4b加厚方式個別拆解其被支撐結構4或懸臂樑時，其渠道結構7亦可以相同深度引入該樑4之材料內，而不會破壞被削薄結構之穩定性。
為已被削薄之殘留部位8進一步削薄時，例如前文所述利用一離子束照射進入殘留部位8時，可使用一銳利角度。
第6圖顯示，若於該樑4材料內引入不同深度之平行渠道7，可使一已被削薄之殘留部位8穩定。所示之結構係適用於一以離子束為基礎之再削薄，其係基本上沿著D方向照射，但相對於平面1a有一微幅之傾斜角。因此，所示之結構可用於一聚焦式離子束削薄系統之再削薄程序。其具許多被削薄之部位8，所以在聚焦式離子束系統中，實務上可同時生成許多電子束透明(再被削薄)之部位。經過離子束進一步削薄，被雷射削薄之部位8可再被削薄至一厚度d，約為10至100nm。
為進一步穩定所示之結構，可在D方向以楔型側緣或錐台狀渠道，實現平行之渠道7。亦可由上緣(表面4e)以及由 下緣(表面4f)交替引入渠道結構7，亦即交替由相反方向提供(由D方向看去)渠道末端支撐物20。以離子束為基礎之再削薄程序，可以採用任何離子束系統執行，尤指以寬幅或聚焦離子束為基礎者。
利用前述雷射處理，可以實現殘留部位8厚度dmin介於5至15微米(然而既有技術中，僅可實現約為兩倍至四倍最小厚度dmin之材料)。因此，利用本發明，以離子束為殘留部位8進行再削薄，可以更快速進行。
第7圖顯示一可行之布置，用以製造一樣品P，亦即以雷射處理其基板1，以及以雷射削薄其懸臂樑4(後續採用離子束之再削薄未顯示)。
雷射11之光束2，係照射於一聚焦光學9(尤以包含一變焦掃描鏡者)，而該聚焦光學9之光束輸出端係照射於一光束偏轉器10(此處為檢流計式掃描器)。其聚焦光學9及掃描器10(再加上光束整形元件31，參見下文)，構成光束成形裝置(此處為光學裝置)12，且置於雷射11之光學路徑當中，用以照射基板1和懸臂樑4，以便處理該元件1、4。檢流計式掃描器10之結構，係包含二可旋轉之偏轉鏡10a和10b，為熟知此技術者所熟知。除使用檢流計式掃描器10，用以相對於基板1和懸臂樑4分別偏轉光束2之外，亦可使用x-y-z桌(未顯示)，相對於光束2之現有位置及指向，分別偏轉基板1和懸臂樑4。
在雷射11和聚焦光學9之間，係於光束2之路徑當中引入一光束擴張器30(例如望遠鏡)，以便以所欲方式定義光束2之光點直徑。在聚焦光學9和檢流計式掃描器10之間，係於光束2 之路徑當中引入一光束整形元件31(此處為圓柱鏡)，以便以所欲方式(此處為橢圓形)定義光束2之截面形狀(因此其為懸臂樑4所欲引入之渠道結構7之形狀)。
在拆解步驟中，雷射光束2係偏轉2’(利用掃描器10)至基板1表面上，再沿基礎結構3要被拆解之輪廓跨過其表面(自基板1拆解下來之支撐結構輪廓，係以5’標示，而自基板1拆解下來之懸臂樑輪廓，則標示為4’)。為避免基板1相對於檢流計式掃描器10之外殼有不必要之移動，則須提供第二安裝座13，使用13a及13b之支撐物將基板1固定在其表面(此類安裝座13為熟知此技術者所熟知)。
完成拆解步驟之後，亦即把完成之基礎結構3鉗夾在安裝座6兩鉗夾顎口6a和6b(第3圖)之後(以作業員人工操作或以適當定位系統自動操作)，其支撐結構5(當然亦包括懸臂長條4)即被安裝座6固定住。由於有二凹槽21a、21b，所以懸臂樑4之上緣即以一預定之距離被固定於安裝座6上表面上方。然後，在雷射削薄步驟當中，其雷射光束2可如預期般偏轉2”至懸臂4表面，以便產生第6圖所示之結構。懸臂樑4和入射之雷射光束2、2”，二者之相對運動，係以所欲方式定義，其係一方面基於掃描器10旋轉鏡10a和10b之偏轉，而另一方面則基於基礎結構3和安裝座6之傾斜、及/或旋轉(參照第3圖之T軸及R軸)。
第7圖之布置中，未顯示壓縮空氣充氣及/或吸氣系統、觀察系統(參照第8圖，含一照相機做為視覺檢測之視覺系統)、一在本發明方法步驟中用以控制所有系統元件及控制製程之控制系統(個人電腦一類)。僅有完工之基礎結構3需要以手工 操作由第二安裝座13運送至安裝座6(若無自動傳送可使用時)。利用有限元素模型(FEM)，即可估計該樣品之穩定度，以便在雷射削薄程序當中(以及在離子束之再削薄程序中)，為生成之樣品幾何形狀進行最佳化。
所示之布置，可以直接利用一既存之離子蝕刻系統自然實現，例如利用一既有技術所知之精準離子拋光系統(雷射光束2係以適當方式耦合進入該系統)。在真空進行雷射機械加工更為有利，但是在真空中實現需要更多成本。
本發明之布置及製程，亦可引入一以聚焦式離子束(鎵離子源，或高速稀有氣體離子源)處理基底之系統。
本發明可以一通用方式，應用於平面基板之處理。其係產生可輕易處理之穩定樣品。此樣品亦可基於本發明使用雷射進行標示，以避免樣品之混淆。其布置可在一有限成本之下實現。在離子束再削薄程序之前所進行之程序，亦可用本發明取代，而相較於被取代之程序，本發明之步驟可以進行得更快(以數分鐘取代4至8小時)。
第8圖顯示製造樣品P之另一可行布置方式之結構，亦即以雷射處理基板1，以及以雷射削薄其懸臂樑4(後續以離子束進行之再削薄未顯示)。基本上，其布置係於第7圖所示相同，所以僅需說明其差異處(因此，亦有顯示檢流計式掃描器10之光束輸出端)。
根據第8a圖，在拆解步驟當中，第二安裝座13係放置於掃描器10下方。完成拆解步驟之後，第二安裝座13即被移走(連同基板1之殘留物)，再導入安裝座6，使基礎結構3被後者鉗 夾，再以雷射處理進行削薄步驟(第8b圖)。一觀察系統係標示為32(包含一照相機在內之視覺系統)。系統32可在拆解步驟當中做為基板1之視覺檢測，以及在雷射削薄步驟當中做為懸臂樑4之視覺檢測。尤其懸臂樑4之定位，可以在雷射削薄步驟之前、之間、或之後，利用此一系統控制。在雷射削薄期間，繞著T軸來回傾斜被鉗夾之基礎結構3及其懸臂樑4，可避免不必要之裙邊效應。其橫向面4c、4d相對於入射光束2、2”之傾斜度控制，係以其懸臂樑4繞著R軸(略微)傾斜之方式進行。
本發明亦可用於處理截面樣品形式、或漸層式材料之基板1。尤指樣品之均勻度可在不同位置控制者。其渠道結構7可在垂直方向或對角線方向引入，亦即交叉之方式。此外(附圖未顯示)，亦可使用分光器，以便進行刮除時，使兩光束(部分光束)同時射入懸臂樑4兩相對橫向面4c、4d。如此即不必要在相反方向以±α之角度傾斜其懸臂樑4兩次，以處理其相對之二橫向面。所述之雷射處理，亦可輕易用於基礎結構之標籤(例如以US 7,095,024 B2所述之方式)。
3‧‧‧基礎結構
4e、4f‧‧‧4之前表面
4‧‧‧被支撐結構
5‧‧‧支撐結構
4a、4b‧‧‧4之相對端點
21a、21b‧‧‧凹槽
4c‧‧‧4之橫向面
P‧‧‧樣品

Claims (17)

  1. 一種微結構材料診斷之樣品(P)之製造方法，其係包含採用一雷射光束為高能光束照射其基板(1)，使一基礎結構(3)自基板(1)被拆解下來，而被拆解之基礎結構(3)，係包含被支撐結構(4)及支撐結構(5)，其中被支撐結構(4)係由支撐結構(5)所支撐，而且支撐結構(5)之設計係能被夾具(6)夾住，而且使用雷射光束(2)至少局部切割被支撐結構(4)之表面，使之削薄，其特徵為，被支撐結構(4)削薄之進行方式，係以雷射光束(2)照射在被支撐結構(4)上，使入射雷射光束(2)之邊界區域(2b、2b’)能以平行於被支撐結構(4)基板平面(1a)之方向，刮除該被支撐結構(4)，而，雷射光束(2)之光束主軸(2a)係以相對於被支撐結構(4)之基板平面(1a)傾斜，其係以一角度α≧5°和α≦20°。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，以雷射光束為基礎削薄被支撐結構(4)之後，即進行一再削薄程序，以便將被支撐結構(4)已被前述以雷射光束為基礎削薄之入射雷射光束(2)所切除削薄之部位，再度削薄，其中，再削薄程序係以離子束局部蝕刻、及/或照射被支撐結構(4)方式進行，而該部位已被入射切割之雷射光束(2)及離子束削薄。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，以雷射光束為基礎削薄被支撐結構(4)之後，即進行一再削薄程序，以便將殘留部位或該些殘留部位(8a、8b，...)再度削 薄，其殘留係指雷射光束為基礎之削薄後，在兩渠道結構(7a-1、7a-2、7b-1、7b-2，...)之間引入被支撐結構(4)兩相對橫向面(4c、4d)，而且彼此相對之殘留，及/或被支撐結構(4)被離子束照射及/或射入之部位，其已被下列至少一種方式切割削薄：●聚焦式或寬幅式離子束，●具刮除入射光。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，被支撐結構(4)之削薄，係採用雷射光束去除材料方式，於被支撐結構(4)表面引入許多渠道結構(7a、7b，...)。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述之方法，其特徵為，由被支撐結構(4)之一長軸延伸方向(L)看去，該許多渠道結構(7a、7b，...)係以如下方式以彼此平行，而且彼此互相間隔之關係，引入被支撐結構(4)之表面，渠道結構(7a、7b，...)被引入被支撐結構(4)兩相對橫向面(4c、4d)上，其中，其渠道結構(7a-1、7b-1，...)係引入兩相對橫向面(4c、4d)之一面(4c)，而另一渠道結構(7a-2、7b-2，...)，則以對稱方式相對於被支撐結構(4)之基板平面(1a)被引入兩相對橫向面(4c、4d)之另一面(4d)。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述之方法，其特徵為，許多渠道結構(7a、7b，...)係以如下方式引入被支撐結構(4)之橫向面，即許多渠道結構(7a、7b，...)中，若由各渠道結構之長軸方向(D)看去，至少有一渠道未被引入被支撐結構(4)之全部寬度(寬度w)， 及/或許多渠道結構(7a、7b，...)係以如下方式引入被支撐結構(4)之橫向面，即若由各渠道結構之長軸方向(D)看去，渠道結構係由被支撐結構(4)之二前表面(4e、4f)發出。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，垂直於基板平面(1a)之基板(1)厚度，及/或垂直於被支撐結構(4)之基板平面(1a)之被支撐結構(4)厚度(d)，若包含其邊界，係介於50μm至500μm，及/或基板(1)為平行平面之基礎板，及/或被支撐結構(4)之寬度(w)，係指被支撐結構(4)垂直於長軸延伸方向(L)且垂直於其厚度(d)之尺寸，若包含邊界在內，其係介於100μm至2500μm。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，被支撐結構(4)已被削薄之部位，其係利用以雷射為基礎削薄之入射雷射光束(2)所刮除者，及/或雷射光束削薄之後之殘留部位或該些殘留部位(8a、8b，...)，其係於被支撐結構(4)兩相對橫向面(4c、4d)上，殘留於兩渠道結構(7a-1、7a-2、7b-1、7b-2，...)之間，且彼此相對，其具一垂直於被支撐結構(4)基板平面(1a)之最小厚度(dmin)，若包含邊界在內，其係介於0.5μm至50μm。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為， 基礎結構(3)由基板拆解下來之後，雷射光束(2)照射至被支撐結構(4)之前，係利用一聚焦光學(9)聚焦，及/或利用一檢流計式掃描器(10)偏轉，及/或利用一x-y-z桌或掃描台使被支撐結構相對於入射之雷射光束(2)移動，以便在前述以雷射為基礎之削薄中，使入射至被支撐結構(4)之雷射光束(2)能實現刮除及/或基礎結構(3)由基板拆解下來之後，其基礎結構(3)之支撐結構(5)即利用一夾具(6)握住，後者以能繞著第一軸(R)及/或第二軸(T)旋轉為優，而且利用夾具(6)相對於雷射光束(2)來定位，以便在前述以雷射為基礎之削薄中，使入射至被支撐結構(4)之雷射光束(2)能實現刮除。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，基礎結構(3)之拆解，係以下列方式進行：首先，基礎結構(3)之所有週邊，除一或多個握柄基底(51a、51b)仍與基礎結構(3)及握柄框架(1F)相連之外，均自握柄框架(1F)被拆解下來，而其係於握柄基底被摧毁之前進行，以便使基礎結構(3)完全自握柄框架(1F)上拆解下來，其中，握柄框架(1F)即為基板(1)，或僅為基板(1)之一部分，尤指已自基板(1)被拆解下來之局部基板(1)。
  11. 一種用以製造微結構材料診斷之樣品(P)之裝置，其係包含：一做為光束放射單元(11)之雷射，其係以高能光束(2)放射雷射光束， 一光束成形裝置(12)，其係置於雷射(11)之光學路徑當中，以便利用雷射光束(2、2’)以如下方式照射基板(1)，使包含被支撐結構(4)在內之基礎結構(3)以及支撐結構(5)能自基板(1)上拆解下來，其中，被支撐結構(4)係由支撐結構(5)所支撐，而且其中支撐結構(5)之設計，係能被夾具(6)固定住，而且夾具(6)之設計，係用以固定基礎結構(3)之支撐結構(5)，以及相對於雷射光束(2、2”)將後者布置成一預定之姿態，其中，光學裝置(12)及/或夾具(6)之設計，係用以移動雷射光束(2、2”)及/或基礎結構(3)，使其相對於彼此移動，而使被支撐結構(4)能以雷射光束(2、2”)切割其表面之方式，至少局部被削薄，其特徵為，被支撐結構(4)削薄之進行方式，係適於以雷射光束(2)照射在被支撐結構(4)上，使入射雷射光束(2)之邊界區域(2b、2b’)能以平行於被支撐結構(4)基板平面(1a)之方向刮除該被支撐結構(4)，以及，該雷射光束(2)之光束主軸(2a)係以相對於被支撐結構(4)之基板平面(1a)傾斜，其係以一角度α≧5°和α≦20°。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之裝置，其特徵為，以雷射光束為基礎削薄被支撐結構(4)之後，其裝置係進一步用以執行再削薄程序，以便進一步利用離子束蝕刻削薄被支撐結構(4)之部位，而該部位係於前述以雷射為基礎之削薄中，己被入射切割之雷射光束(2)削薄，及/或利用一離子束照射被支撐結構(4)之部位，而該部位己被入射切割之雷射光束(2)削薄。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述之裝置，其特徵為，基礎結構(3)自基板(1)拆解之照射(2’)期間，夾具(6)之設計係用以握住基板(1)，或若其裝置包含第二夾具(13)，其係於基礎結構(3)自基板(1)拆解之照射(2’)期間，係用以握住基板(1)。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述之裝置，其特徵為，其裝置係設計為離子蝕刻系統之一部分或一處理系統，用以處理一具寬幅離子束或聚焦離子束之樣品，或其裝置係設計為獨立裝置。
  15. 一種用於微結構材料診斷之樣品(P)，其特徵為，利用申請專利範圍第1項所述之方法或根據申請專利範圍第11項所述之裝置所製造者。
  16. 一種用於微結構材料診斷之樣品(P)，其具一基礎結構(3)，包含一被支撐結構(4)及一支撐結構(5)，其中被支撐結構(4)係由支撐結構(5)所支撐，而其中支撐結構(5)之設計，能被一夾具(6)固定住，其中，被支撐結構(4)至少在其表面局部被削薄，並於被支撐結構(4)表面引入許多渠道結構(7a、7b，...)，而其渠道結構(7a、7b，...)之長軸方向(D)係垂直於被支撐結構(4)之長軸延伸方向(L)。
  17. 根據申請專利範圍第16項所述之用於微結構材料診斷之樣品(P)，其特徵為， 被支撐結構(4)之被削薄之部位，或一殘留部位或該些殘留部位(8a、8b，...)，其係於被支撐結構(4)兩相對橫向面(4c、4d)上，殘留於兩渠道結構(7a-1、7a-2、7b-1、7b-2，...)之間，且彼此相對，其具一垂直於被支撐結構(4)基板平面(1a)之最小厚度(dmin)，若包含邊界在內，其係介於0.5μm至50μm。
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