制造样品的方法和装置以及样品的制作方法

制造样品的方法和装置以及样品的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于制造样品的方法和装置以及样品。所述样品用于透射电子显微镜检查、扫描电子显微镜检查、透射电子背散射衍射、卢瑟福背散射衍射、弹性反冲探测分析、X-射线吸收光谱或X-射线衍射，所述方法包括：通过利用高能束（2）、照射优选平坦的基板（1）而从该基板（1）分离基本结构（3），其中，基本结构（3）包括被支撑结构（5）支撑的被支撑结构（4）、优选悬臂梁（4），通过支撑结构（5）支撑悬臂梁的两端部中的至少一个端部，支撑结构（5）配置成通过夹具（6）保持在夹具（6）中；以及通过利用高能束（2）切割被支撑结构的侧面和/或被支撑结构的正面（4e、4f）中的至少一个来至少部分减薄被支撑结构（4）。
【专利说明】制造样品的方法和装置以及样品

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于制造用于微观结构材料诊断的样品的方法，所述样品尤其用于透 射电子显微镜（TEM)检查、用于扫描电子显微镜（SEM)检查、用于透射电子背散射衍射、用 于卢瑟福背散射衍射、用于弹性反冲探测分析、用于X-射线吸收光谱或用于X-射线衍射。

【背景技术】
[0002] 从专利申请DE102011111190A1和EP2413126A2得知该【技术领域】中的方法。然而， 实际上，已知的方法需要昂贵的设备以实现该方法。尤其是，DE102011111190A1中的方法 需要特定的且昂贵的光学器件，以在板状的基板中开槽用于制备用于微观结构材料诊断的 样品。此外，根据已知方法待使用的光学器件的可靠性受到限制。因此，在每种情况下，不 能确保所制备的样品的稳定性。此外，在现有技术中已知的用于实现样品制备的设备中，需 要复杂的调整且光学调整的长期稳定性是个问题。


【发明内容】

[0003] 因此，本发明的目的是提供一种用于制备用于微观结构材料诊断的样品的替选方 法，在实际中，可以通过可靠的且不太昂贵的设备来实现该方法，且该方法允许制备具有改 进的高可靠性和再现性的样品。本发明的另一目的是提供一种用于制备用于微观结构材料 诊断的样品的装置且提供相应的样品。
[0004] 通过根据权利要求1的方法、根据权利要求12的装置和根据权利要求16和权利 要求17的样品来实现该目的。在从属权利要求中描述所述方法、装置和样品的有利的特 征。
[0005] 下文，首先以通用方式描述本发明。此后，详细描述示出可如何实现本发明的示例 的本发明的实施方式。然而，不需要按照特定实施方式中所描述的来实现本发明（根据独 立权利要求）：尤其是，这些实施方式中示出的特征可以被省略或可以以在所附的实施方式 中未明确地示出的方式与其他实施方式中示出的其它特征结合。此外，在这些实施方式中 示出的单个特征自身已经可以改善现有技术（即，不需要在这些实施方式中示出的其它特 征)。
[0006] 在权利要求1中描述根据本发明的方法。
[0007] 根据本发明，所分离的基本结构包括被支撑结构和支撑结构两者。换句话说，通 常，被支撑结构和支撑结构都为(所分离的）基本结构的组成部件，即，通常，被支撑结构和 支撑结构被配置成单件(该单件被表示为基本结构)。
[0008] 支撑结构被配置成通过夹具牢固地保持以减薄被支撑结构。下文，底座的表达或 夹器的表达用作夹具的表达的同义词（即，可替选的词）。然而，这两种表达具有相同的意 思。
[0009] 该方法特别用于制备这样的样品：用于透射电子显微镜检查的样品、用于扫描电 子显微镜的样品、用于透射电子背散射衍射的样品、用于卢瑟福背散射衍射的样品、用于弹 性反冲探测分析的样品、用于X-射线吸收光谱的样品或用于X-射线衍射的样品。
[0010] 优选地，被支撑结构是杆，下文，该杆可替选地被表示为梁。该杆可以是悬臂梁，该 悬臂梁至少在其两端中的一端处被支撑结构支撑，优选在其两端处被支撑结构支撑。优选 地，通过夹具保持支撑结构以执行被支撑结构的基于激光的减薄为将支撑结构夹持在夹具 中。通过切割被支撑结构的表面至少部分地将该被支撑结构减薄优选通过掠射其表面来执 行。其中，优选地，利用激光束切割(优选地，掠射）被支撑结构的表面中的侧面中的至少一 个侧面和/或正面中的至少一个正面、优选的侧面中的两个相对的侧面。可替选地，在分离 步骤和减薄步骤中使用的激光束在下文表示为高能束。
[0011] 基板可以是基本上平坦的基板(例如圆片形的基板)。然而，原则上，非平坦的、基 本上任意形状的基板的处理也是可行的。分离(在随后的减薄之前执行)意味着以激光切割 工艺形式、通过基于高能束的切割工艺，从基板切割出基本结构（即，其几何结构)。从该分 离或优选地切割产生的被支撑结构(尤其是悬臂梁）是具有(垂直于其纵向轴线看）优选矩 形剖面或梯形剖面的细长体。然而，被支撑结构(尤其是悬臂梁）的其它非细长形状是可行 的。
[0012] 在分离步骤中，通过在(优选细长的）主体的整个外周上去除基板材料而将该主体 制成为被支撑结构(优选地悬臂梁)。通常，被支撑结构与支撑结构连接，使得这两个结构由 相同的材料制成且形成同一单件的两个部分。优选地，悬臂梁仅在(沿着其纵向轴线看）其 两个端部中的至少一个端部处连接至支撑结构。所分离的基本结构包括被支撑结构(优选 地悬臂梁)和通过与被支撑结构连接而支撑该被支撑结构的支撑结构。换句话说，如果在随 后的减薄步骤期间通过夹具保持(优选地夹持）基本结构的支撑结构，固定至基本结构的被 支撑结构(例如悬臂梁）也通过夹具而被不可移动地卡住。（在用于分离基本结构的激光处 理期间，平坦的基板通常不被在减薄步骤期间使用的夹具保持：从图7可以看出，在用于分 离的激光处理期间，第二夹具通常用于保持基板。已分离基本结构后，该结构从第二夹具移 动至将在减薄步骤期间使用的夹具且在减薄步骤开始之前夹紧在该夹具中）。
[0013] 因此，通常，基本结构是自包含的整体结构，其包括被支撑结构和支撑结构，其中， 被支撑结构与支撑结构一体地连接(两者都从相同的工件加工)，且其中，支撑结构配置成 通过夹具保持。
[0014] 下文，以示例性的方式，通过夹具(底座）夹紧支撑结构以用于减薄被支撑结构，来 描述将支撑结构保持在夹具(或底座）中或通过夹具(或底座）保持支撑结构。然而，这不受 限制：代替夹紧支撑结构，还可以将支撑结构胶粘在夹具上、可以将支撑结构胶粘在待牺牲 的基板(该基板随后可以被夹具夹紧）上、或者可以利用夹具(通过部分真空或真空）吸住支 撑结构和/或将支撑结构吸在夹具上，以通过夹具保持支撑结构。因此，支撑结构通过外部 夹具保持且该支撑结构又保持被支撑结构。这对在激光减薄后极其脆弱的被支撑结构赋予 稳定性。
[0015] 在分离步骤后的减薄步骤(下文也表示为以基于激光的减薄形式的基于高能束的 减薄）中，通过将激光束照射到被支撑结构(优选悬臂梁）的外表面上使得该激光束切入该 外表面而激光处理被支撑结构(优选悬臂梁）的边缘的至少部分（即，在其两端部之间的其 外部表面的至少部分)。优选地，以掠射方式将激光束照射到被支撑结构(优选地悬臂梁)的 外表面上(参见下文的切线入射的定义)。
[0016] 下文，分别利用杆和悬臂梁作为被支撑结构的非限制性示例来进一步描述本发 明。
[0017] 激光束切线入射至悬臂梁上意味着以基本上平行于悬臂梁的表面区域的方式将 激光束照射至该表面区域上，使得从该表面延伸直至悬臂梁的材料中的该表面下面的预定 深度进行材料去除。基本上平行意味着在该表面区域(或者相应地，该表面区域的切面）和 激光束的入射方向之间具有约±15°的最大倾斜角。在不限制权利要求的范围的情况下， 下文基于所述切线入射来描述通过切入被支撑结构的表面来减薄该被支撑结构。
[0018] 作为高能束，使用激光束。恰好在激光器的输出侧，激光束可以具有在1W和50W 之间的功率。通常，对于分离步骤和对于随后的减薄步骤，使用相同的激光器(优选具有不 同的输出功率)。然而，对于这两个步骤，也可以使用两种不同的激光器。
[0019] 在减薄步骤中，通常，通过利用激光束掠射悬臂梁的侧面来激光处理该悬臂梁的 侧面。悬臂梁的侧面为悬臂梁的平行于基板的平面设置的那些面，具有悬臂梁的基本结构 从所述基板分离。因此，通常，激光束基本上平行于基板的平面而照射至悬臂梁上。然而， 原则上，还可以垂直于基板平面来减薄悬臂梁，即减薄悬臂梁的正面。正面是垂直于侧面的 面(在分离步骤期间，如果激光束垂直照射到基板上)，即，正面是在从基板分离基本结构期 间产生的那些面。为了掠射悬臂梁的正面，在减薄步骤期间，需要将激光束垂直导向至悬臂 梁的基板平面上。悬臂梁的基板平面是在分离基本结构之前基本结构的与基板的平面对应 的平面。
[0020] 待分离的基本结构可以对应于基本上圆形的盘或半圆形的盘，其可以在分离步骤 期间通过引入孔、几何区域、蚀刻等来分割，以刻出悬臂梁的结构（以及通过底座确保最佳 夹持的结构)。换句话说，在分离步骤期间执行激光处理，使得其优化用于随后的在基于激 光的减薄步骤期间的激光处理的基本结构。
[0021] 然而，通常，通过激光束的切线入射待引入至悬臂梁的结构不需要基本上平行于 悬臂梁的侧面和/或正面来引入。还可以通过旋转底座来在一定的角度范围内旋转(优选 持续拨动）悬臂梁（以及夹紧的基本结构)，以降低由基于高能束的处理(例如基于激光束的 微加工）所施加的幕帘效应。
[0022] 此外，根据本发明的两阶段激光处理促进被支撑结构的高度的精确调节。这允许 制造比以往可想象的更粗糙的或更适合于激光减薄的被支撑结构，例如，该杆(梁）甚至不 需要是立方体结构但可以例如像拱桥或类似物。
[0023] 在权利要求2中描述根据本发明的方法的第一有利的特征。（可以根据权利要求 结构以任意方式将这些特征与下文提到的其它从属权利要求的其它有利的特征组合)。
[0024] 在权利要求3中描述根据本发明的方法的第二有利的特征。
[0025] 因此，为了进一步减薄悬臂梁的已经减薄的部分，优选实现在从属权利要求2和/ 或从属权利要求3中描述的步骤。
[0026] 在利用离子束以大于0度的掠射角β (下文也表示为倾斜角β )照射已经减薄的 部分后，从已经通过基于激光的减薄而减薄的部分剩下楔形的剩余部分，在该楔形的尖端 的周围区域中，该剩余部分有利地具有l〇nm和100nm之间的厚度、优选30nm和80nm之间 的厚度。然后，该剩下的剩余部分可以用作根据本发明的用于微观结构材料诊断的薄片样 品(尤其作为透射电子显微镜薄片样品）。
[0027] 因此，根据权利要求2和权利要求3,沿着在基于激光的减薄期间引入至悬臂梁的 侧面(多个侧面）的通道结构(多个通道结构）的纵向方向基本上平行地(除了倾斜角β )照 射离子束，以进一步减薄激光引入的通道之间(在其最薄的区域处）剩余的壁结构。
[0028] 可以通过重型离子束源发射离子束。该源可以是在500eV和50keV之间操作的HF 源或ECR源。恰好在该源的输出侧处，离子束可以具有1013cnT2和1022cnT 2之间的初级离子 剂量密度。此外，可以使用通过等离子体源发射的等离子体射流，以产生离子束。该源可以 是常压等离子体射流源。恰好在该源的输出侧处，等离子体射流可以具有l〇 13cnT2和1022cnT2 之间的初级离子剂量密度。
[0029] 可以沿着引入至悬臂梁的侧面（多个侧面）的通道结构（多个通道结构）的纵向方 向基本上平行地(除了倾斜角β )照射离子束，使得离子束的入射方向从悬臂梁的其上悬臂 梁未逐渐变细的一侧朝向悬臂梁的其上悬臂梁逐渐变细的一侧。
[0030] 还可以通过使用两个离子束在已经减薄的被支撑结构的两个相对的侧面上同时 实现基于离子束的减薄后处理。
[0031] 如已描述的，悬臂梁的基板平面对应于基板的在切掉基本结构之前的先前的平 面。该平面可以是平行于基板的两个相对的表面且位于这两个表面之间的任意平面。然而， 在下文中，刚好位于基板的这两个相对的平行表面中间的平面用作悬臂梁的基板平面（以 及相应地，基板的平面)。对照在图6b和图6c中以虚线的方式示出的平面。
[0032] 在权利要求4中，展宽角2α是当激光束入射到悬臂梁上时激光束扩展的角度。 [0033] 优选地，通过利用激光束沿着平行于悬臂梁的基板平面的方向掠射悬臂梁的两个 相对的侧面，在两个相对的侧面上的相同的位置(沿着悬臂梁的纵向延伸看）处减薄悬臂 梁。为了实现这一点，可以使用分束器，在激光束入射到悬臂梁上之前，该分束器将激光束 分成两部分激光束。这具有的优点是：可以同时处理悬臂梁的两个侧面。另一方面，如在下 面的实施方式中更详细地描述的，可以按照如下有利地使激光束的主束轴线相对于悬臂梁 的基板平面倾斜角度α :在第一侧面的处理期间，使用预定角度α以抵消当入射至悬臂梁 上时激光束的角度扩展(使得可以平行于所处理的侧面进行减薄)。在处理两个相对的侧面 中的第二侧面之前，悬臂梁（以及相应地，悬臂梁的基板平面）相对于激光束沿着相反的方 向倾斜角度2 α。再次，这意味着在激光束的主束轴线和悬臂梁的基板平面之间具有倾斜角 α，使得两个相对的侧面中的第二侧面的平行减薄也是可行的(对照下文图5Β的描述)。
[0034] 在权利要求5中描述其它有利的特征。
[0035] 此外，在权利要求5中，悬臂梁的待被减薄的表面优选是其侧面。通过利用激光束 掠射这些表面而引入至这些表面中的通道结构优选具有（以权利要求3中描述的优选排列） 环形部分的形状或椭圆形部分的形状(在垂直于悬臂梁的基板平面且垂直于通道结构的纵 向方向的剖面中可见)。
[0036] 代替垂直于被支撑结构（悬臂梁）的纵向延伸方向排列通道结构，还可以以相对于 被支撑结构的不同的角度引入通道结构。尤其是，可以以相对于被支撑结构的不同的角度 引入不同的通道结构。例如，在被支撑结构的两个相对的侧面上，可以引入彼此交叉(或相 交）的两个通道结构，如在DE102011111190A1中所描述。
[0037] 在权利要求6中描述其它有利的特征。
[0038] 因此，根据权利要求6,优选地将多个通道结构引入至悬臂梁的两侧（S卩引入到两 个相对的侧面）上，使得对于各引入的通道，以减薄的分割条的形式保留通道的面向悬臂梁 的基板平面的壁部分(下文也表示为剩余部分)。分割条保留在对称地(相对于悬臂梁的基 板平面对称地）引入至悬臂梁的相对的(侧）面上的两个通道之间。分割条和剩余部分分别 可以具有(垂直于悬臂梁的基板平面可见的）数微米或数十微米的厚度
[0039] 在从属权利要求7中描述其它有利的特征。
[0040] 根据权利要求7的第一替选方案，通道端部支撑部保持在通道结构中的一些通道 结构的（沿着相应的通道结构的纵向方向看）两个端部中的一个端部处。优选地，设置有这 样的通道端部支撑部（以提高减薄的悬臂梁的稳定性）的这些通道结构是与悬臂梁的端部 相邻的通道结构。可以实现其通道端部支撑部具有不同的延伸（沿着相应的通道结构的纵 向方向）的不同的通道结构，即通道结构具有不同的深度。优选地，使通道端部支撑部的延 伸从悬臂梁的减薄的部分的外部边界至其中心减小(通道结构的深度相应地增加）（即，如 果相对于该中心以对称的方式引入减薄的部分，则从悬臂梁的两个端部至悬臂梁的中心可 见)。
[0041] 根据权利要求7中描述的第二替选方案，优选地，通过在分离步骤中坚向照射基 板，悬臂梁的正面(这通常指窄侧）布置成垂直于悬臂梁的基板平面且因此垂直于其中引入 多个通道结构的侧面。"源自"指通过基于激光的材料去除而开始于悬臂梁的表面且引入到 悬臂梁材料的预定深度。
[0042] 在权利要求8中描述了所要求保护的方法的其它有利的特征，其中，有利地，实现 所有提到的特征。使用例如100微米或150微米的基板的材料厚度(其是激光束需要切割 的材料厚度，顺便提一下，其是在透射电子显微镜检查中所使用的常规样品支撑件所容纳 的最大厚度)具有的优点是可以使用具有相对小的平均输出功率的激光器。在分离步骤后， 在减薄被支撑结构之前，基板可以被夹紧在底座中且可以通过螺栓固定。也可以使用其它 的底座，以在分离步骤之后夹紧基板(这样的底座是本领域的技术人员所熟知的)。
[0043] 在从属权利要求9和从属权利要求10中描述其它有利的特征。
[0044] 对于在本发明的分离步骤以及减薄步骤中的激光处理，可以使用飞秒激光器或皮 秒激光器（以及纳秒激光器)。这些激光器仅具有至多数微米的热有效区(对于纳秒激光器； 对于飞秒激光器或皮秒激光器，该热有效区具有至多几百纳米的尺寸)。有利地使用的激光 器的类型和波长可以是在l〇64nm下发射激光的二极管泵浦固态Nd :YAG激光器(在532nm 下频率加倍或在355nm下频率为三倍)、或者在约775nm至800nm下发射激光的钛：宝石激 光器、或者在1030nm、515nm (两倍）或343nm (三倍）下发射激光的YV04激光器。
[0045] 激光的注量(在分别入射至基板和悬臂梁的位置处）有利地大于待被加工的材料 的消融阈值，例如在〇. lj/cm2和lj/cm2之间。
[0046] 根据权利要求10的第二方面，可以围绕所述第二轴线(还对照图3)转动基本结 构，以减小或避免不期望的幕帘效应（Curtaining effect)。
[0047] 根据权利要求10的第二方面，为了通过夹具保持(或夹紧）基本结构的支撑结构， 夹具(下文也表示为夹器）可以具有两个夹爪，该两个夹爪被配置成在其之间夹紧支撑结构 (或其一部分)。为了确保基本结构相对于夹器且在夹器中的可靠的且不可移动的固定，即， 相对于夹器将基本结构固定在限定的位置，基本结构可以在其支撑结构中设置有至少一 个、优选至少两个凹口。则夹爪可以设置有至少一个、优选至少两个对应的接合部，该接合 部与凹口接合。在分离步骤期间，通过基于激光束在基板的表面中的足够的移动来分别实 现基本结构和支撑结构的适当的形状，而引入凹口。
[0048] 根据本发明，为了实现优化的自悬臂梁的基于激光的材料去除（以完全按照所期 望的方式实现减薄部分的形状)，根据从属权利要求10的两个方面，有利的是使用所描述的 底座以相对于处理激光束夹紧、固定和定位具有支撑结构和悬臂梁的基本架构，该处理激 光束通过波束形成器件(尤其是光学设备）来产生且移动，该波束形成器件包括聚焦光学器 件和光束偏转器(例如检流计式扫描器）（参见权利要求10)，以实现所需的激光束以高精度 切线入射至悬臂梁上。
[0049] 根据权利要求11的优选方面，保持框架是基板的已经分离的部分或对应于该基 板。保持框架包围还未完全分离的基本结构。优选地，保持基部在被支撑结构所在的侧且 邻近于被支撑结构连接保持框架与基本结构，而支撑结构的一部分通过保持基部连接至保 持框架。
[0050] 在根据权利要求12的装置中完成所有这些。
[0051] 其中，优选地，波束形成器件包括聚焦光学器件和光束偏转器。姿势定义为基本结 构(具有支撑结构和悬臂梁）的位置和取向。
[0052] 聚焦光学器件可以实现为所谓的Varioscan，即光学器件包括聚焦透镜，可以沿着 激光束的方向(基于线圈）以非常高的速度调节该聚焦透镜。这种方式（即，移动样品以适当 地聚焦光束）变得不必要。
[0053] 优选地，夹具保持支撑结构使得高能束可以以无阻方式和/或以避免任何材料的 再沉积的方式切入待处理的被支撑结构的表面。
[0054] 在权利要求13至权利要求15中描述根据本发明的装置的有利的特征。
[0055] 根据权利要求13,在基于激光束的减薄之后，可以从夹具(用于利用激光束减薄被 支撑结构）去除具有支撑结构和已减薄的被支撑结构的所分离的基本结构，然后该基本结 构被定位在基于离子束的刻蚀系统中，该基于离子束的刻蚀系统配置成执行减薄后处理， 以进一步减薄。
[0056] 此外，也可以将至少一个波束成形元件引入高能束的路径中。利用该波束成形元 件，在激光束入射至待被处理的被支撑结构上之前，可以以所需的方式使激光束的剖面成 形。
[0057] 例如，可以将圆柱形透镜引入至高能束的射线路径中，该圆柱形透镜用于使激光 束剖面成形为椭圆形，该激光束剖面用于引入细长的(沿着被支撑结构的纵向延伸方向看） 通道结构(诸如细长的孔)。
[0058] 此外（或替选地)，还可以将下列波束成形元件中的至少一个引入至高能束的路径 中：
[0059] ?衍射元件，该衍射元件用于将（圆形）束的剖面改变为优选矩形形状或方形形状， 和/或
[0060] ?将激光束的高斯形轮廓改变为平顶形状的元件。
[0061] 此外，可以将至少一个分束器引入至高能束的路径中，使得所产生的(例如，两个） 部分激光束可以导向至被支撑结构的两个相对的侧面上，以同时将通道结构引入到这两个 侧面中。
[0062] 优选地，待被用作光束发射单元的激光器可以是超短脉冲激光器，该超短脉冲激 光器产生超短激光脉冲（即皮秒脉冲或飞秒脉冲)。然而，在原则上（即使由于在被支撑结构 的所处理的材料中产生的较大的热影响区而不是优选的)，也可以使用产生短激光脉冲（即 纳秒脉冲）的短脉冲激光器。
[0063] 在权利要求16至权利要求18中描述根据本发明的用于微观结构诊断的样品。
[0064] 尤其是，在已根据从属权利要求2制造的根据权利要求16的结构中，利用同一结 构（即利用被支撑结构）进行利用激光束的减薄和随后的已减薄的部分的基于离子的后减 薄。
[0065] 根据权利要求17和权利要求18,样品还可以是半环形的支撑结构，在该支撑结构 上安装悬臂梁(作为被支撑结构)。
[0066] 与现有技术中已知的方法和装置相比，本发明的用于制备用于微观结构材料诊断 的样品的方法和装置尤其具有以下优点。
[0067] 由于包括支撑结构和悬臂梁(该悬臂梁形成因减薄和减薄后处理(如果需要）而最 终产生的样品的基础）且在本发明的分离步骤中被分离的基本结构的特定形状，因此在微 观结构材料诊断期间不需要用于将样品安装在样品支架(例如，用于安装/胶粘等的半环） 上的独立的保持结构，这是因为支撑结构自身可以用于该目的。
[0068] 可以实现用于待被分离的基本结构（因此用于支撑结构和悬臂梁）的几乎任意形 状。基本结构的轮廓的细节可以作为基于CAD的迹线直接传送至装置的激光处理部件中。 可以使用有限元方法以评估悬臂梁的稳定性(虽然在本发明的基于激光的减薄步骤期间已 考虑局部减薄)。由于将支撑结构和悬臂梁结合在单个基本结构中，因此可以确保利用一把 镊子的安全操作。基本结构的形状的仅有的几何限制起因于所使用的激光束的直径(例如 约10微米)、定位激光束的精度(小于1微米)且取决于所使用的激光源、所引入的损伤区的 尺寸。
[0069] 通过机械制造步骤(例如，高精度锯切、平行面磨削等）可以容易地制造待在分离 步骤中使用的优选平坦的基板。使用厚度约100微米至150微米(而不是例如现有技术中 的用于实现充分的稳定性所需的300微米至500微米的厚度）的基板使得可以使用具有小 的平均输出功率的激光器类型，这降低成本（300微米至500微米的厚度可以实现为本发明 中的被支撑结构的宽度)。
[0070] 可以基于机械夹紧和激光束的精确定位(例如通过利用光束偏转器(尤其是检流 计式扫描器）的偏转）来实现本发明的分离步骤和减薄步骤。因此，不需要昂贵的钻具系统 和/或移动系统来处理基板。
[0071] 除此之外，本发明中使用的激光器系统还允许标记基本结构(或其支撑结构)。这 提高样品的可追溯性。此外，可以容易地引入其它的结构(诸如所提到的凹口），这允许在所 使用的底座中容易地处理或夹紧基本结构。
[0072] 还可以按照本发明中的基板处理剖面样品（例如，已基于通过在薄的基板上形成 多个分层的涂层而形成的夹层结构实现的剖面)。可以实现基本结构（以及因此在微观结构 材料诊断期间待检查的悬臂梁）的任意取向。

【专利附图】

【附图说明】
[0073] 下文，参照图1至图8描述本发明的特定的实施方式和特征。
[0074] 在附图中：
[0075] 图1是所需的基本结构的基板照射和分离(部分地）；
[0076] 图2是在随后的基于激光的减薄之前的所分离的基本结构；
[0077] 图2a是图2的待被分离的基本结构的图示；
[0078] 图3是可以在基于激光的减薄期间使用的底座；
[0079] 图4是根据本发明的基于激光的减薄步骤引入到基板的材料中的沟槽；
[0080] 图5是在基于激光的减薄步骤期间如何在悬臂梁中实现垂直通道结构的说明；
[0081] 图6是在分离后和在基于激光的减薄后的悬臂梁；
[0082] 图7是根据本发明的示例性装置；
[0083] 图8是根据本发明的另一示例性装置。
[0084] 在附图中，相同的附图标记对应于相同的特征。

【具体实施方式】
[0085] 图1示出由硅制成的厚度d=150微米的平坦的基板1。通过检流计式扫描器10 (未示出，对照图7 )偏转，532nm YV04激光器11 (未示出，对照图7 )的激光束2以0. 8J/cm2 的注量被导向至基板1。通过利用检流计式扫描器10在基板的平面内偏转激光束2,限定 待从基板1分离的基本结构3 (对照图2)的轮廓。图1示出用于待从基板分离的这样的基 本结构的部件的示例；其中一些被标记为和"3"，同时表示标签的较后的数字可以 被引入基本结构3的支撑结构5 (图2)，用于允许不同的基本结构3之间的更好的区分。
[0086] 从图1可以看出，选择激光束2的能量、波长、重复率和扫描速度，使得激光束2穿 透基板1的整个厚度d。用于有利的重复率和扫描速度的典型值分别为30kHz和100mm/ min〇
[0087] 图2 (较暗部分，较亮部分示出其上放置有基本结构的背景）是用于完成的基本结 构3的示例，S卩，完全从基板1分离的基本结构3。基本结构3包括基本上半环形的支撑结 构5,其中，在分离步骤期间，（在弧形部分的外圆周处的）两个凹口 21a、21b已被引入基本 上相对的侧处。这两个凹口 21a、21b用来简化通过底座6 (图3)夹持基本结构3的支撑结 构5。凹口 21a、21b可以被引入（当机械加工不同的基本结构3时)，使得各基本结构3的 上边缘(或相应地，正面4e，对照图3)以相同的绝对值突出（相对于底座6的表面，对照图 3)。这简化了处理，因为其允许将激光束聚焦于待处理的各不同的基本结构3的相同的位 置处。
[0088] 在与两个凹口 21a、21b相对的一侧处，即沿着支撑结构5的半环的直径，基本结构 3包括具有基本上矩形剖面(垂直于所示平面，即垂着于悬臂梁4的基板平面la-对照图6、 且垂直于悬臂梁4的纵向延伸L看）的悬臂梁4。因此，以包括元件4和元件5的一个单件 的形式制造基本结构3,其中，悬臂梁4在其两个相对的端部4a和4b处与基本上环形的支 撑结构5的内圆周连接。
[0089] 图2中可见的悬臂梁4的朝上的面是在基于激光的减薄步骤中进一步减薄的两个 相对的侧面中的一个侧面(标记为附图标记4c)。利用附图标记4e和4f标记悬臂梁4的垂 直于侧面4c和侧面4d (对照图6)排列的两个正面。
[0090] 由于悬臂梁4 (以进一步减薄的形式）最终导致所需的用于微观结构材料诊断的 样品，因此在图2中还提供附图标记P。
[0091] 图2a的图示出在图2的基本结构已完全从基板1分离（如图2所示）之前的该基 本结构的状态。从图2a中可以看出，基本结构3仍然且唯一地通过两个保持基部51a、51b 与保持框架IF连接，这两个保持基部51a、51b与悬臂梁4的两个相对的端部4a、4b (参见 图2)相邻。此处，保持框架1F是基板1的包围基本结构3的矩形部分，其中，基于激光加 工过程，保持框架1F已经从基板1分离。然而，整个基板1也可以用作保持框架1F或可以 与保持框架1F相同。保持基部51a、51b在被支撑结构4这一侧且邻近于被支撑结构4将 保持框架1F和基本结构3连接。两个保持基部5la、5lb在仍然连接基本机构3和保持构 件1F时构成支撑结构5的一部分。
[0092] 在分离步骤的第一时段中，通过使用具有全功率(例如3W或10W)和20 μ m的光束 直径的激光器11 (对照图7和图8)将基本结构3的所有侧从保持框架IF (除了两个保持 基部51a、51b)分离。这种全功率加工具有的优点是：基本结构3的大部分的轮廓可以以 非常快速且有效的方式从相应地基板1和保持框架1F分离。在分离步骤的该第一时段期 间，保持框架和待被分离的基本结构3暴露于压缩空气、N 2或稀有气体的射流，以避免碎屑 沉积，即，避免在切割基本结构3的轮廓时产生的碎屑回到基本结构，导致与切割激光束的 不期望的相互作用（尤其是在分离步骤的第二时段期间)。在分离步骤的该第一时段中，在 暴露于气体射流期间，两个保持基部51a、51b赋予基本结构3所需的稳定性（由此尤其防止 基本结构由于气体射流飞离和被损坏)。
[0093] 在分离步骤的第二时段中，减小激光器11的功率(例如减小至在上文描述的第一 时段中使用的激光器功率的约10%至50%)。此后，利用该激光器功率重新加工两个正面4e、 4f的在分离步骤的第一时段期间所产生的比较粗糙的切割边缘，以使该切割边缘平滑。可 替选地，在分离步骤的利用高激光器功率的第一时段中，可以省略两个正面4e、4f的产生， 使得利用较小的功率产生这些面4e、4f。在分离步骤的第二时段中，使用减小的功率以获得 具有优化的边缘精度的切割。
[0094] 可替选地，在两个时段之间可以改变其他激光器参数和/或工艺参数(包括但不 限于脉冲重复率、扫描速度、脉冲长度、光束尺寸)，以实现没有两个正面4e、4f的基本结构 的快速但粗糙的切割和正面4e、4f的更平滑的、更准确的但较慢的切割。
[0095] 可选地，在分离步骤的该第二时段期间和/或在随后的减薄步骤期间，将保持框 架和待被分离的基本结构3暴露于压缩空气、N2或惰性气体的射流，以避免碎屑沉积。
[0096] 最后，在分离步骤的第三时段期间，通过利用激光器11或通过挖出基本结构3而 损坏支撑结构5和框架1F之间的两个保持基部51a、51b，将基本结构3的所有侧从保持框 架1F完全分离。
[0097] 如果Si用作基板1的材料，则两个保持基部的宽度(平行于面4e、4f可见）25 μ m (或更大）足以提供对鼓风的足够的抵抗力。
[0098] 图3示出了示例性底座6,该底座6被构造成将基本结构3的支撑结构5夹持在该 底座的两个夹爪6a、6b之间，以确保基本结构3相对于底座6固定。可以在图3a中看出， 夹爪之一，即夹爪6a，配置有两个接合部22a、22b，这两个接合部对应于凹口 21a、21b且因 此成形为与这些凹口坚向接合。另一个夹爪，即夹爪6b，设置有两个突出部23a、23b，这两 个突出部与接合部22a、22b相对且被构造成使得在两个夹爪6a、6b闭合时(水平地）接合 在接合部22a、22b中。在两个夹爪6a、6b的闭合状态（图3b)中，已经从上面移动至接合部 22a、22b的基本结构3的支撑结构5, 一方面被夹持在接合部22a、22b的壁部之间，另一方 面，被夹持在突出部23a、23b之间，以被(相对于底座6)固定在预定位置。
[0099] 如图3a所示，可以设置多对接合部22和相应的相对的多对突出部23,以相对于底 座6同时固定多个基本结构3。
[0100] 图3b示出底座6的闭合状态，其中，相对于底座6固定了三个不同的基本结构 3a-3c。可以看出（未示出相应的承座)，（闭合的)底座6可以绕着水平倾斜轴线R至少部分 地倾斜(例如，倾斜±10° )，且还可以绕着另一水平轴线T倾斜(例如，也倾斜±7° )，所述 另一水平轴线T布置成垂直于所述倾斜轴线R。这允许基本结构3a_3c在世界坐标系中、相 对于所照射的激光束2分别以几乎任意的姿势而几乎自由地定位。尤其地，悬臂梁4可以 定位成使得，垂直的侧翼(对照图5)也可以利用检流计式扫描器(对照图7和图8)进行切 害IJ。绕着轴线T和/或轴线R来回地倾斜也可以防止不期望的帘幕效果。
[0101] 基本结构的厚度，例如，1〇〇微米到150微米，确保将基本结构3夹持在底座6的 夹爪6a、6b之间而不损坏该基本结构。凹口 21 (-方面）和接合部22和突出部23 (另一 方面)允许夹持用于样品P的基本结构，使得支撑结构的半径对应于夹爪6a的接合部22中 的半径，因此支撑结构在两个夹爪6a、6b之间的精确定位和固定是可行的，且可以避免基 本结构相对于底座6发生不期望的旋转。被夹持的基本结构3的姿势然后限定了减薄激光 束2的入射角（如果需要的话，可限定用于后处理的另一减薄离子束的入射角）。夹爪6a、 6b中的在夹持支撑结构的区域旁边和下面的侧向备用区相应地防止镀敷材料的再沉积和 防止损坏底座6。
[0102] 对于利用离子束进行后减薄，已经激光减薄的基本结构(对照图6)也可由不同的 底座保持，该底座由特定的离子束蚀刻系统(例如，现有技术已知的精密离子抛光系统）提 供。然而，图3的底座6可以在基于激光的减薄步骤期间以及在随后的另外的减薄后处理 期间使用，所述随后的另外的减薄后处理用以在离子束的帮助下进一步减薄已经激光减薄 的部分。
[0103] 图5示出了如何实现分别用于待引入到悬臂梁的侧面中的通道结构的垂直的侧 翼和侧壁（即，所引入的结构的与悬臂梁4的基板平面la平行的侧翼，对照图6)。换言之， 图5示出了可以如何实现激光束相对于悬臂梁的侧面的切线入射，其中，入射的激光束2的 边界区域2b以平行的方式且以预定的深度掠射待被处理的悬臂梁4的表面。在图5中，被 支撑结构的基板平面la (对照图6)可见为线（以剖视图)。
[0104] 图5a示出以下的情形：激光束2坚向地且靠近一边沿入射到悬臂梁4的表面(在 此为正面4e，对照图6)上，该表面布置成垂直于待引入到悬臂梁4的侧面4c的所需的侧 翼。激光束2的中心束轴线2a和主束轴线2a (-方面）和由激光束2照射的正面4e (另 一方面)之间的角度因此等于90°。当激光束2以图5a中示出的方式聚焦到表面4e上时 (对照图7中的聚焦光学器件9)，由于将激光束2耦合入构建的侧翼，产生波束展宽角2 α。 因此，如果主束轴线2a垂直于表面4e，即平行于悬臂梁4的基板平面la，即在轴线2a和平 面la之间没有倾斜角度时（α=0°，对照图5a)，通过材料移除而引入到悬臂梁的表面4e 中的沟槽基本上具有V形形状(对照图4)，其中，在所示的展宽角2 α =20°的情况中，被照 射的表面4e (-方面)和被引入到悬臂梁4的材料中的侧翼(另一方面)之间的侧翼角度为 90° + (波束展宽角2 α的一半）=1〇〇°。
[0105] 为了实现所引入的通道结构7的垂直于正面4e、4f、即平行于侧面4c、4d (其待利 用激光束以平行的方式切割）排列的侧翼(对照图6)，激光束2的主束轴线2a需要相对于 悬臂梁4的基板平面la倾斜一倾斜角α，该倾斜角α等于入射在表面4e上的激光束2的 波束展宽角2α的一半。如图5b所示，则侧翼可以以侧翼角90°引入到侧面4c中。为了 在相对的侧面4c和侧面4d上都引入例如以多个通道结构7的形式的垂直侧翼（图6)，在利 用激光束2也掠射相对的侧面4d之前（已经借助于激光束2的边界区域2b，在侧面4c中 引入垂直的侧翼)，基本结构3及其悬臂梁4需要（与底座6)相对于主束轴线2a沿着与图 5b示出的倾斜状态相反的方向倾斜角度2 α (相对于在已倾斜角度α的状态中的悬臂梁4 所看)。此后（以及在基本结构3和底座6的适当平移之后)，入射的激光束2的边界区域2b 可以再次用来将其它的垂直的侧翼切割到悬臂梁4的侧面4d中。因此，沿着两个相反的方 向以土 α倾斜悬臂梁4允许将垂直的侧翼引入至两个相对的侧面4c、4d上。
[0106] 因此，基于激光的减薄步骤可以对悬臂梁4的两个侧面执行，以进一步（以平面平 行的方式）减小样品P的厚度（即，进一步将悬臂梁4的将构成样品的区域的厚度减小为基 本上小于基板1的厚度d)。例如，对于基板厚度d=150微米，从两侧引入薄通道结构（图6) 可以将剩余部分8中的样品厚度减小至值d min〈20微米。通过检流计式扫描器10进行偏转 (图7)，激光束可以以相同的倾斜角α (例如10° )导向至悬臂梁的正面上两次，但是通过 使悬臂梁4和其平面la (相对于主束轴线2a)沿着两个相反的方向倾斜，如图5b所示。因 此，可以避免以下这样的复杂产生平行的切割间隙：采用使用可倾斜的且可旋转的钻头的 专用光学器件，使得入射束2同时地倾斜和旋转至适当的位置2-1和2-2 (见图5c)。如图 5b中所示，根据本发明，在利用使悬臂梁倾斜两次、即在相反的方向倾斜两次的两步方法 时，用以实现平行于之前的侧面4c、4d排列的剩余部分8的简单的减薄(对照图6)是可行 的。
[0107] 因此，在技术上仅需使基本结构倾斜其平面la和主束轴线2a之间的限定角α。 为了确定所需的倾斜角α (其取决于入射的激光束2的几何学参数)，以下过程是可行的： 在从基板1分离基本结构之前或之后，利用激光束2向基板1钻多个孔。然后可以关于以 下方面对这些孔进行光学监测(借助于基于摄像机的监测系统）：一方面，基板1的激光束2 所入射到的表面上的孔直径，另一方面，基板1的相对的表面(输出侧）上的孔直径。然后， 所需的倾斜角α可以根据这些不同的孔直径进行计算。
[0108] 图6a示出在本发明的分离步骤和基于激光的减薄步骤之后（以及在利用离子束 进行的可能的另外的后处理减薄之前)的悬臂梁4的侧视图，图6b和图6c示出该悬臂梁4 的鸟瞰图。示出了多个平行的通道结构，该通道结构具有不同延伸程度（即，在悬臂梁4的 材料中有不同通道深度）的通道端部支撑部20。不同的通道深度提高了所示出的减薄后的 悬臂梁结构的稳定性。在图6中，尽管所述多个通道结构7引入成完全平行于悬臂梁4的 中心平面la，但略微呈楔形的侧翼（S卩，引入通道结构7的不完全平行于平面la而是略微倾 斜的壁，）可以额外地提高所示出的悬臂梁的稳定性。
[0109] 图6示出具有矩形剖面的悬臂梁4的基于激光的减薄(从与悬臂梁4的纵向延伸 方向L垂直的方向观察)。悬臂梁4的垂直于悬臂梁4的中心平面(基板平面la)的厚度 d=150微米俩个相对的侧面4c、4d之间的距离）。在所示的结构中，悬臂梁的宽度w (在两 个正面4e、4f之间的距离，即悬臂梁4在平面la中且垂直于纵向延伸方向L的延伸程度） 为w=200微米。悬臂梁4的两个端部4a、4b (即与支撑结构5连接的部分）（以及支撑结构 5)仅部分地不出。
[0110] 沿着纵向延伸方向L，平行于平面la且在两个相对的侧面4c、4d上，通过使激光 束2入射掠射在两个相对的面4c、4d上，在悬臂梁4的表面4c、4d中已切割有多个通道结 构7a-7f。为了引入通道结构7,入射的激光束已定位成使得，在对悬臂梁4的材料的中心 处进行基于激光的减薄(沿着悬臂梁4的厚度方向d看)之后剩下的剩余部分8相对于中心 平面la以对称的方式保留(尤其对照图6b和图6c)。已经引入在悬臂梁4的两侧上的两组 通道结构7x-l、7x-2排列成(在L方向看)相对于悬臂梁4的两个相对的端部4a、4b呈对称 方式。沿着L方向看，在面4c和面4d的每一个面上，已经引入通道结构7使得通道结构7 的纵向方向D布置成垂直于纵向延伸方向L且平行于平面la。引入到面4c中的通道结构 由7a-2、7b-2…表示，在相对侧的面4d中的通道结构由7a-l、7b-l···表示，同一侧面上直接 相邻的通道结构(例如，结构7a-l、7b-l)以以下这样的并排的方式引入：在本情况下，通道 结构的直径(垂直于纵向方向D的剖面延伸)为10微米到20微米。沿着方向L观看的两个 直接相邻的通道结构的中心具有20微米到50微米、或者更小、或者更大的距离。
[0111] 通道结构7的这种引入致使在两个相对的面的每对相对的通道结构之间保留壁 部分8a、8b、…（例如，在面4d的通道结构7a_l (-方面）和面4c的通道结构7a_2 (另一 方面)之间的壁部分8a)，在本情况中其具有最小厚度4^=0. 5微米到10微米(对照图6c)。
[0112] 沿着悬臂梁4的宽度方向w看（即沿着通道结构7的纵向方向D看)，通道结构7 以不同的深度引入到悬臂梁4的材料中：仅(基本上）中心的通道结构7c-l、7c-2在悬臂梁 4的整个宽度w中引入。在两面4c、4d的通道结构7a、7b、7d、7e和7f的另一侧（即底部的 正面4f)上，通过不去除悬臂梁的材料，而在所述基于激光的减薄之后留下通道端部支撑部 20a、20b、…，以进一步稳定所示的激光减薄的结构。（沿着方向L看）从中心到两个外侧， 通道结构7的通道端部支撑部20的高度近似线性地增大。
[0113] 在利用离子束进行减薄后处理期间，可以沿着引入到悬臂梁4的侧面4c、4d中的 通道结构7的纵向方向基本上平行地(除了倾斜角β之外)辐射离子束，使得离子束的入射 方向从悬臂梁（即杆）4的底侧(面4f)指向顶侧(面4e)，即从悬臂梁4的面4f (在该面上， 悬臂梁4未逐渐变细）朝向悬臂梁4的面4e (在该面上，悬臂梁逐渐变细，20a、20b…）。
[0114] 然而，当将具有弧形形状(沿着L看）且在两端4a、4b处加厚的被支撑结构4或悬 臂梁分离时，通道结构7也可被引入到梁4的材料中，具有相同的深度，而不减弱减薄的结 构的稳定性。
[0115] 如前所述，为了进一步减薄已减薄的剩余部分8,可以使用例如以锐角照射到该剩 余部分8上的离子束。
[0116] 图6示出，如果具有不同深度的平行的通道7被引入到悬臂梁4的材料中，则减薄 的剩余部分8可以被稳定。所示出的结构兼容于基于离子束的后减薄，所述离子束基本上 沿着方向D、但相对于平面la有略微倾斜的角度而辐射。因此，所示出的结构可以用于聚 焦离子束减薄系统中的进一步减薄。当提供了多个减薄的部分8时，可以在聚焦离子束系 统中几乎同时产生多个电子束透射(进一步减薄的)部分。利用该进一步的基于离子束的减 薄，激光减薄的部分8可以进一步减薄至近似lOnm到lOOnm的厚度d。
[0117] 还可以实现沿着方向D具有楔形侧翼的平行通道7或截头锥体通道，以进一步稳 定所示的结构。可以交替地从上侧(面4e)和从下侧(面4f)引入通道结构7, S卩，交替地在 相对的端部提供通道端部支撑部20 (在方向D看)。基于离子束的后减薄可以利用任意的 离子束系统、尤其基于宽离子束或聚焦的离子束的离子束系统而进行。
[0118] 在上述激光处理中，可以实现剩余部分8的厚度dmin在5微米到15微米(然而，在 现有技术中，仅可以实现具有近似二倍到四倍高的最小厚度d min的结构)。因此，利用本发 明，利用离子束的对剩余部分8进行的后减薄可以更快地进行。
[0119] 图7示出用于制造样品P的一个可行的装置的结构，所述制备样品P即，激光处理 基板1以及激光减薄悬臂梁4 (后续的利用离子束的后减薄未示出）。
[0120] 激光器11的激光束2照射到聚焦光学器件9 (优选地，包括Varioscan聚焦透镜） 上，在聚焦光学器件9的光束输出侧，进入光束偏转器10 (这里是检流计式扫描器10)。该 聚焦光学器件9和扫描器10 (以及波束成形元件31，见下文)构成了波束形成器件(这里是 光学器件)12,该波束形成器件12位于激光器11的光程中，激光器11用以照射基板1和悬 臂梁4以处理这些元件1、4。对于本领域技术人员而言，具有两个可旋转的偏转镜10a、10b 的检流计式扫描器10的结构是公知的。代替使用检流计式扫描器10来使激光束2相应地 相对于基板1和悬臂梁4偏转，也可以使用x-y-z工作台（未示出）来使基板1和悬臂梁4 分别相对于激光束2的瞬时位置和取向平移。
[0121] 在激光器11和聚焦光学器件9之间，光束扩展器30 (例如，望远镜)被引入在激光 束2的路径中，从而以所需的方式限定激光束2的光点直径。在聚焦光学器件9和检流计 式扫描器10之间，光束成形元件31 (这里是柱面透镜）被引入在激光束2的路线中，从而 以所需的方式(这里为椭圆形）限定激光束2的剖面形状(且因此限定待引入到悬臂梁4中 的通道结构7的剖面形状)。
[0122] 在分离步骤期间，激光束2 (利用扫描器10)被偏转2'到基板1的表面上并沿着 待分离的基本结构3的轮廓而在该表面上移动(待从基板1分离的支撑结构的轮廓用5'表 示，以及待从基板1分离的悬臂梁的轮廓用4'表示)。为了避免基板1相对于检流计式扫 描器10的壳体发生不期望的移动，设置第二底座13,该第二底座使用扣件13a、13b来将基 板1固定在其表面上(这样的底座13对于本领域技术人员而言是公知的)。
[0123] 在完成分离步骤后，即在(通过操作员手动地或利用适当的定位系统自动地）将完 成的基本结构3夹持在底座6的两个夹爪6a、6b中（图3)之后，支撑结构5 (且因此，以及 悬臂杆4)被底座6固定。由于凹口 21a、21b，悬臂梁4的上边沿被以预定的距离定位在底 座6的上表面的上方。然后，在激光减薄步骤中，激光束2可以按照需要偏转2"在悬臂梁4 的表面上，以产生图6中示出的结构。悬臂梁4 (一方面）和入射在悬臂梁上的激光束2'、 2"（另一方面)之间的相对移动一方面基于扫描器10的可旋转镜10a、10b的偏转且另一方 面通过倾斜和/或旋转基本结构3和底座6 (对照图3中的底座的轴线T和轴线R)来以所 需的方式限定。
[0124] 在图7的装置中没有示出压缩空气喷灌和/或吸入系统、观察系统(包括用于视觉 检测的数字摄像机的视觉系统，对照图8)以及控制系统(个人计算机等)，该控制系统用以 控制所有的系统部件以及控制根据本发明的方法的步骤期间的的处理。仅需要将完成的基 本结构3从第二底座13传输到底座6的手动交互(如果不存在可行的自动传送的话)。通 过有限元模拟（FEM)支持，样品的稳定性可以被评估以优化在基于激光的减薄处理（以及利 用离子束的后减薄）期间产生的样品的几何结构。
[0125] 所示出的装置可以直接在现有的离子束蚀刻系统中内在地实现，例如，在现有技 术已知的精密离子抛光系统中实现(然后，激光束2以适当的方式耦合入该系统)。在真空 下进行激光加工应当是有利的，但是实现到真空系统中是较昂贵的。
[0126] 根据本发明的装置和方法还可以引入到用于利用聚焦的离子束（Ga_离子源或高 速惰性气体离子源）加工基板的系统中。
[0127] 本发明以普遍的方式应用于加工平面基板的领域中。可以产生可以容易地处理的 稳定样品。基于本发明，样品还可利用激光束进行标记以避免样品混淆。所述装置可以以 有限的成本实现。需要在利用离子束的后减薄之前执行的方法可以被本发明替代，其中，与 被替换的方法相比，本发明的步骤可以更快地执行(几分钟，而不是4-8小时)。
[0128] 图8示出用以制造样品P的另一可行装置的结构，制造样品P S卩，激光处理基板1 以及激光减薄悬臂梁4 (随后的利用离子束的后减薄未示出）。基本上，该装置与图7中示 出的装置相同，因此仅描述不同之处（因此，也示出了检流计式扫描器10的光束输出侧）。
[0129] 根据图8a，在分离步骤期间，第二底座13位于扫描器10的下方。在完成分离步 骤之后，移走第二底座13 (以及基板1的剩余部分)，引入底座6,将基本结构3夹持在底座 6中且进行减薄步骤的激光处理（图8b)。32表示观察系统(包括数字摄像机的视觉系统)。 系统32可以用于在分离步骤期间视觉检查基板1以及在激光减薄步骤期间视觉检查悬臂 梁4。尤其，在激光减薄步骤期间、之前和之后，可以利用该系统控制悬臂梁4的定位。在 激光减薄期间，使被夹持的基本结构3及其悬臂梁4绕着轴线T来回倾斜避免了不期望的 帘幕效应。通过绕着轴线R (略微)倾斜悬臂梁4来进行侧面4c、4d相对于入射光束2'、2" 的陡度的控制。
[0130] 本发明还可用来加工以剖面样品形式的或梯度材料形式的基板1。尤其，还可以 控制样品在不同的位置处的均匀性。通道结构7可以正交地和对角地（S卩，以交叉方式）引 入。另外地(在附图中未示出），可以使用分束器以同时将两个(部分）光束以掠射的方式导 引到悬臂梁4的两个相对的侧面4c、4d上。这避免了需要将悬臂梁4在相反的方向上以角 度土 α倾斜两次，以加工两个相对的侧面。所描述的激光处理还可以容易地用以标记基本 结构(例如，以US7095024B2中描述的方式）。
【权利要求】
1. 一种用于制造用于微观结构材料诊断的样品P的方法，包括： 通过利用作为高能束的激光束照射基板（1)将基本结构（3)从所述基板（1)分离，使得 分离的所述基本结构（3)包括被支撑结构（4)和支撑结构（5)，其中，所述被支撑结构（4)由 所述支撑结构（5 )支撑，且其中，所述支撑结构（5 )被构造成通过夹具（6 )固定，以及 通过利用激光束（2)切割所述被支撑结构（4)的表面来至少部分地减薄所述被支撑结 构⑷。
2. 根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于， 在所述被支撑结构（4)的基于激光束的减薄之后，进行减薄后处理，以进一步减薄所述 被支撑结构（4)的一部分或多个部分，所述一部分或多个部分已在所述基于激光束的减薄 中通过所述激光束（2)的切割入射而减薄， 其中，所述减薄后处理通过离子束蚀刻所述被支撑结构（4)的所述一部分或多个部分 和/或通过利用离子束照射所述被支撑结构（4)的所述一部分或多个部分而执行，所述一 部分或多个部分已通过利用所述激光束（2)的切割入射而减薄。
3. 根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于， 在所述被支撑结构（4)的所述基于激光束的减薄之后，进行所述减薄后处理，以进一 步减薄在所述基于激光束的减薄之后保持在引入到所述被支撑结构（4)的两个相对的侧面 (4c，4d)中且彼此相对的两个通道结构（7a-l，7a-2, 7b-l，7b-2,...）之间的一个剩余部分 或多个剩余部分（8a，8b，...），和/或 其特征在于，所述离子束照射到所述被支撑结构（4)的已通过以下方式中的至少一种 方式、优选地所有方式的切割而减薄的所述一部分或多个部分上和/或中： 以聚焦的离子束或宽离子束， 利用切线入射，和/或 利用所述被支撑结构（4)的所述基板平面（la)和所述离子束的主束轴线之间的掠射 角β>〇°，优选地，β彡2°且β彡15°，优选地β=4°。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 以入射的所述激光束（2 )的边界区域（2b，2b '）沿着与所述被支撑结构（4)的所述基板 平面（la)平行的方向切割、优选地掠射所述被支撑结构（4)的方式，通过将所述激光束（2) 照射到所述被支撑结构（4)上来减薄所述被支撑结构（4)， 其中，优选地，所述激光束（2)的所述主束轴线（2a)相对于所述被支撑结构（4)的所 述基板平面（la)倾斜所述激光束（2)的展宽角2α的一半和/或倾斜角度α>0°、优选地 α彡5°且α彡20°、优选地α彡8°且α彡12°、优选地α =10°。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 通过由于激光束引起的材料移除来将至少一个、优选地多个通道结构（7a，7b，...）引 入到所述被支撑结构（4)的表面中、优选地引入到所述被支撑结构（4)的所述侧面中的至 少一个侧面和/或所述正面（4e，4f)中的至少一个正面中、优选地引入到所述被支撑结构 (4)的两个相对的侧面（4c，4d)中，来减薄所述被支撑结构（4)， 其中，优选地，所述通道结构（7a，7b，...）的纵向方向D布置成垂直于所述被支撑结构 (4)的纵向延伸方向L。
6. 根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于， 沿着所述被支撑结构（4)的所述纵向延伸方向L看，多个通道结构（7a，7b，...）彼此 平行地且以彼此间隔开的关系引入到所述被支撑结构（4)的表面中、优选地被引入到所述 被支撑结构（4)的所述侧面中的至少一个侧面中、优选地被引入到所述被支撑结构（4)的 所述两个相对的侧面（4c，4d)中， 其中，优选地，当以此方式将多个通道结构（7a，7b，...）引入到所述被支撑结构（4)的 所述两个相对的侧面（4c，4d)中时，对于引入到所述两个相对的侧面（4c，4d)中的一个侧 面（4c)中的每一通道结构（7a-l、7b-l、…），另一通道结构（7a-2,7b-2,...）以相对于所 述被支撑结构（4)的所述基板平面（la)对称的方式引入到所述两个相对的侧面（4c，4d)中 的另一个侧面（4d)中。
7. 根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于， 所述多个通道结构（7a、7b、…）被引入到所述被支撑结构（4)的所述侧面中，使得所述 通道结构（7a、7b、…）中的至少一个通道结构沿着相应的通道结构的纵向方向D看，未沿 着所述被支撑结构（4)的整个延伸宽度w引入，其中，优选地，所述两个相对的侧面（4c、4d) 两者的相邻于所述被支撑结构（4)的端部（4a，4b)引入的那些通道结构（7a、7b、…）未沿 着所述被支撑结构（4)的所述整个延伸宽度w而引入，和/或 其特征在于，所述多个通道结构（7a，7b，…）被引入到所述被支撑结构（4)的侧面中， 使得沿着相应的通道结构的纵向方向D看，通道结构源自于所述被支撑结构（4)的两个正 面（4e，4f)、优选地交替地源自于所述被支撑结构（4)的一个正面（4e)和另一个正面（4f)。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 所述基板（1)的垂直于所述基板平面（la)的厚度和/或所述被支撑结构（4)的垂直 于所述被支撑结构（4)的所述基板平面（la)的厚度d在50 μ m和500 μ m之间、优选地在 100 μ m和250 μ m之间、优选地为150 μ m，包括极限值，和/或 其特征在于，所述基板（1)是平行面磨削板， 和/或 其特征在于，所述被支撑结构（4)的宽度w，即所述被支撑结构（4)的垂直于其纵向延 伸方向L且垂直于其厚度d的尺寸，在100 μ m和2500 μ m之间、优选地在200 μ m和1000 μ m 之间，优选地500 μ m，且包括极限值。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 所述被支撑结构（4)的通过在所述基于激光束的减薄中的所述激光束（2)的切割入 射、优选地切线入射而减薄的所述部分，优选地在所述基于激光束的减薄之后保持在引 入到所述被支撑结构（4)的所述两个相对的侧面（4c，4d)中且彼此相对的两个通道结构 (7a-l，7a-2, 7b-l，7b-2，…）之间的一个剩余部分或多个剩余部分（8a，8b，…）具有垂直 于所述被支撑结构（4)的所述基板平面（la)的最小厚度，所述最小厚度d min在0. 5 μ m 和50 μ m之间、优选地在5 μ m和20 μ m之间，包括极限值。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 在从所述基板分离所述基本结构（3)之后，所述激光束（2)在被照射到所述被支撑结 构（4)上之前，通过聚焦光学器件（9)聚焦和/或通过检流计式扫描器（10)进行偏转和/ 或利用x-y-z工作台或扫描台使所述被支撑结构相对于入射的所述激光束（2)移动，以在 所述基于激光束的减薄期间实现所述激光束（2)切割入射、优选地切线入射到所述被支撑 结构（4)上，和/或 其特征在于，在从所述基板分离所述基本结构（3 )之后，所述基本结构（3 )的所述支撑 结构（5)通过所述夹具（6)固定、优选地夹持，所述夹具优选地能够绕着第一轴线R倾斜和 /或能够绕着第二轴线T倾斜，且利用所述夹具（6)，相对于所述激光束（2)定位所述支撑结 构，以在所述基于激光束的减薄中实现所述激光束（2)切割入射、优选地切线入射到所述被 支撑结构（4)上。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于， 所述基本结构（3 )的分离如下进行：除了仍将所述基本结构（3 )与保持框架（1F)连接 的至少一个、优选地多个保持基部（51a、51b)之外，首先在所有侧将所述基本结构（3)从保 持框架（1F)分离，然后破坏所述保持基部以从所述保持框架（1F)完全地分离所述基本结 构（3)， 其中，所述保持框架（1F)是所述基板（1)或所述基板（1)的一部分，尤其是所述基板 (1)的已经从所述基板（1)分离的一部分。
12. -种用于制造用于微观结构材料诊断的样品（P)的装置，包括： 作为激光束发射单元的激光器（11 )，所述激光器发射作为高能束的激光束（2)， 波束形成器件（12)，所述波束形成器件位于所述激光器（11)的光程中且用以利用所 述激光束（2, 2 '）照射基板（1)，使得包括被支撑结构（4 )和支撑结构（5 )的基本结构（3 )能 够从所述基板（1)分离，其中，所述被支撑结构（4 )通过所述支撑结构（5 )支撑，且其中，所 述支撑结构（5)被构造成通过夹具（6)固定，以及 所述夹具（6 )，所述夹具被构造成固定所述基本结构（3 )的所述支撑结构（5 )且将所述 基本结构布置成相对于所述激光束（2, 2'）呈至少一个预定的姿势， 其中，所述光学器件（12 )和/或所述夹具（6 )被构造成使所述激光束（2, 2 ")和/或被 固定的所述基本结构（3)相对于彼此移动，使得所述被支撑结构（4)能够通过利用所述激 光束（2, 2"）切割所述被支撑结构（4)的表面而至少部分地被减薄。
13. 根据前一项权利要求所述的装置，其特征在于， 所述装置还被构造成：在所述被支撑结构（4)的基于激光束的减薄之后，通过离子束 蚀刻所述被支撑结构（4)的已在所述基于激光束的减薄中通过所述激光束（2)的切割入射 而减薄的一部分或多个部分和/或通过利用离子束照射所述被支撑结构（4)的已通过所述 激光束（2)的切割入射而减薄的所述一部分或多个部分而执行减薄后处理，以进一步减薄 所述被支撑结构（4)的所述一部分或多个部分。
14. 根据前一项权利要求所述的装置，其特征在于， 所述夹具（6 )还被构造成在照射（2 '）所述基板（1)以将所述基本结构（3 )从所述基板 (1)分离期间，固定、优选地夹持所述基板（1 )，或 其特征在于，所述装置包括第二夹具（13)，所述第二夹具被构造成在照射（2'）所述基 板（1)以将所述基本结构（3)从所述基板（1)分离期间，固定、优选地夹持所述基板（1)。
15. 根据前两项权利要求中任一项所述的装置，其特征在于， 所述装置被构造为离子蚀刻系统、优选地真空操作的离子蚀刻系统的一部分，或被构 造为处理系统的一部分，所述处理系统被配置成利用聚焦的离子束或宽离子束处理样品， 或 其特征在于，所述装置被构造为独立的设备。
16. 用于微观结构材料诊断的样品（P)，其特征在于， 所述样品通过根据前述权利要求中任一项所述的方法和/或在根据前述权利要求中 任一项所述的装置中制造。
17. 用于微观结构材料诊断的样品（P)， 所述样品具有基本结构（3)，所述基本结构包括被支撑结构（4)和支撑结构（5)，其中， 所述被支撑结构（4)通过所述支撑结构（5 )支撑，且其中，所述支撑结构（5 )被构造成通过 夹具（6)固定， 其中，通过将多个通道结构（7a，7b，…）引入到所述被支撑结构（4)的表面上，使得所 述通道结构（7a，7b，…）的纵向方向D垂直于所述被支撑结构（4)的纵向延伸方向L布置， 而在所述表面上至少部分地减薄所述被支撑结构（4 )。
18. 根据前一项权利要求所述的用于微观结构材料诊断的样品（P)，其特征在于， 所述被支撑结构（4)的减薄的部分，优选地在所述减薄之后保持在引入到所述被支 撑结构（4)的两个相对的侧面（4c，4d)中且彼此相对的两个通道结构（7a-l，7a-2,7b-l， 7b-2，…）之间的一个剩余部分或多个剩余部分（8a，8b，…）具有垂直于所述被支撑结构 (4)的基板平面（la)的最小厚度，所述最小厚度d min在0. 5 μ m和50 μ m之间、优选地在 5 μ m和20 μ m之间,包括极限值。
【文档编号】G01N1/04GK104101510SQ201410137060
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年4月4日 优先权日:2013年4月4日
【发明者】迈克尔·克劳泽, 托马斯·霍泽 申请人:弗劳恩霍弗应用技术研究院