JP2011040747A - ガス支援レーザ・アブレーション - Google Patents
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Abstract
【解決手段】好ましい一実施形態では、レーザ・アブレーション中に放出された試料粒子が試料室のガス雰囲気中の前駆体ガスと反応するように高圧の前駆体ガス(エッチング・ガス)が充填された室内で、レーザ・アブレーションが実行される。放出された粒子が前駆体ガス粒子と衝突すると、前駆体が解離し、アブレートされた材料と結合する反応性の成分を形成する。次いで、この反応性解離副生物とアブレートされた材料とが反応して新たな揮発性の化合物が形成され、この揮発性化合物は、試料上に再堆積することなく、ガスの状態で、ポンプによって除去することができる。
【選択図】図2
Description
・試料を保持する真空室と、前駆体ガス源と、真空室内の試料に対して作用するレーザ・システムとを有するレーザ・マイクロ機械加工装置を提供するステップであり、レーザ・システムが、試料をアブレートするのに十分な大きさのエネルギーを有するパルス・レーザ・ビームを生成する、ステップと、
・真空室に試料を装填するステップと、
・真空室に、所望の濃度の前駆体ガスを充填して、真空室内の試料の周囲に、前駆体ガス粒子の雰囲気を形成するステップであり、前駆体ガスが、反応を開始するのに十分なエネルギーが供給されたときに、試料の材料と反応して、試料の表面に再堆積しない揮発性化合物を形成するガスである、ステップと、
・レーザを試料に誘導して、表面をアブレートするステップであり、レーザ・システムが、試料材料のアブレーションしきい値よりも大きなフルエンスで操作され、その結果、真空室内の前駆体ガス雰囲気中へ試料粒子が放出される、ステップと
を含む方法において、
・レーザが、放出された試料粒子に、真空室内の前駆体ガス粒子の雰囲気中で前駆体ガス粒子との反応を開始するのに十分なエネルギーを供給し、
・所定のガス圧が、放出された材料の大部分が、再堆積する前に、真空室の雰囲気中で揮発するように十分な濃度のガス粒子を真空室に供給する
ことを特徴とする方法を提供する。
・試料を保持する真空室と、
・真空室に前駆体ガスを所定の圧力まで充填する前駆体ガス源と、
・真空室内の試料に対して作用するレーザ・システムであり、試料をアブレートするのに十分な大きさのエネルギーを有するパルス・レーザ・ビームを生成し、その結果、表面から除去された材料がガス雰囲気中へ放出され、ガス雰囲気中で、放出された材料の少なくとも一部分がガス粒子と反応して、試料表面に再堆積しない揮発性化合物を形成する、レーザ・システムと
を備え、
・所定のガス圧が、放出された実質的に全ての材料が、再堆積する前に、真空室の雰囲気中で揮発するように十分な濃度のガス粒子を真空室に供給する
装置を含む。
103 ビーム、光ビーム、レーザ・ビーム
104 ターゲット材料、試料
106 プラズマ・プルーム
108 固体破片、放出された粒子
140 試料室
142 真空ポンプ
144 エッチング支援ガス導入手段
202 ガス粒子
204 揮発性化合物
500 システム
501 試料室
502 レーザ
503 レーザ・ビーム
504 試料
509 精密ステージ、ハウジング・ステージ
510 追加の検出器
520 コンピュータ
522 ディスプレイ
530 荷電粒子ビーム・カラム、荷電粒子ビーム、電子ビーム
532 荷電粒子源
534 集束カラム
536 2次粒子検出器
538 ガス注入システム
540 荷電粒子ビーム
600 システム
608 セル試料ステージ
614 圧力制限開口
616 試料セル
620 試料セル・ガス入口
622 入口リーク弁
624 試料セル・ガス出口
626 出口リーク弁
640 2次電子検出器
Claims (31)
- レーザ・アブレーションによって試料から材料を除去し、同時に再堆積を低減させる方法であって、
試料を保持する真空室と、前駆体ガス源と、前記真空室内の前記試料に対して作用するレーザ・システムとを有するレーザ・マイクロ機械加工装置を提供するステップであり、前記レーザ・システムが、前記試料をアブレートするのに十分な大きさのエネルギーを有するパルス・レーザ・ビームを生成する、ステップと、
前記真空室に試料を装填するステップと、
前記真空室に、所定の濃度の前駆体ガスを充填して、前記真空室内の前記試料の周囲に、前駆体ガス粒子の雰囲気を形成するステップであり、前記前駆体ガスが、反応を開始するのに十分なエネルギーが供給されたときに、前記試料の材料と反応して、前記試料の表面に再堆積しない揮発性化合物を形成するガスである、ステップと、
前記レーザ・ビームを前記試料に誘導して、前記表面をアブレートするステップであり、前記レーザ・ビームが、前記試料材料のアブレーションしきい値よりも大きなフルエンスで生成され、その結果、前記真空室内の前記前駆体ガス雰囲気中へ試料粒子が放出され、前記レーザ・ビームが、放出された前記試料粒子に、前記前駆体ガス粒子との反応を開始するのに十分なエネルギーを供給する、ステップと
を含み、
前記ガスの所定の圧力が、放出された前記材料の大部分が、再堆積する前に、前記真空室の前記雰囲気中で揮発するように十分な濃度のガス粒子を前記真空室に供給する
方法。 - 前記真空室からガスを除去するポンプを備えるステップと、
放出された粒子が前記前駆体ガスと反応して揮発性化合物を形成した後に、前記ポンプによって、この揮発性化合物を、ガスの形態で、前記真空室の外へ排出するステップと
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - レーザ・アブレーションによって前記試料表面から放出された前記試料材料の少なくとも80%が、前記真空室雰囲気中で揮発し、その結果、再堆積しない、請求項1または2に記載の方法。
- レーザ・アブレーションによって前記試料表面から放出された前記試料材料の少なくとも90%が、前記真空室雰囲気中で揮発し、その結果、再堆積しない、請求項1または2に記載の方法。
- 前記表面から除去された材料の大部分が、レーザ・アブレーションによって前記試料表面から放出され、前記真空室雰囲気中で揮発し、その結果、再堆積しない、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 前記除去された材料の少なくとも80%が、レーザ・アブレーションによって前記試料表面から放出され、前記真空室雰囲気中で揮発し、その結果、再堆積しない、請求項5に記載の方法。
- 前記除去された材料の少なくとも90%が、レーザ・アブレーションによって前記試料表面から放出され、前記真空室雰囲気中で揮発し、その結果、再堆積しない、請求項5に記載の方法。
- 前記除去された材料の10%未満が、前記レーザ・アブレーションによって前記真空室雰囲気中へ放出されることなく、前記試料表面上で前記前駆体ガスと反応する、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 前記前駆体ガスの前記所定の濃度が13Paから6666Paである、請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記前駆体ガスの前記所定の濃度が133Paから1333Paの間である、請求項9に記載の方法。
- 前記前駆体ガスが、XeF2、Cl2、I2、SiF4、CF4、NF3、N2O、NH3+O2、WF6またはNO2である、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・システムが、ナノ秒ないしフェムト秒パルス・レーザ・ビームを含む、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・システムが、Ti:サファイヤ・レーザ、ファイバ・ベースのレーザ、あるいはイッテルビウムまたはクロムがドープされた薄型ディスク・レーザを備える、請求項12に記載の方法。
- 前記レーザ・システムが、10nJから1mJのエネルギーを有するレーザを備える、請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・システムが、0.1J/cm2から100J/cm2のフルエンスを有するレーザを備える、請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
- 前記試料がシリコンを含む、請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
- 前記試料がSiO2を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記前駆体ガスがXeF2である、請求項1〜17のいずれかに記載の方法。
- 前記前駆体ガスの圧力が少なくとも266Paである、請求項18に記載の方法。
- 前記前駆体ガスがXeF2であり、前記レーザ・ビームのフルエンスが少なくとも190mJ/cm2、パルス持続時間が少なくとも150フェムト秒、スポット・サイズが少なくとも2μmである、請求項1に記載の方法。
- 前記レーザ・ビームのパルス・エネルギーが少なくとも50nJ、フルエンスが少なくとも0.4J/cm2である、請求項18に記載の方法。
- 前記レーザ・システムが、中心波長775nmの150フェムト秒Ti:サファイヤ・レーザを備える、請求項1〜19のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・ビームが、前記放出された試料粒子に、前記前駆体ガス粒子との反応を開始するのに十分なエネルギーを供給することが、前記レーザ・ビームが、前記試料表面をアブレートするのに十分なエネルギーを供給し、その結果、前記前駆体ガスが、前記レーザ・ビームによって前記試料から放出されたアブレートされた高温の材料、前記レーザ・ビームによって前記試料から放出された光電子、前記レーザ・ビームによって前記試料から放出された高エネルギー光子(X線)、または前記レーザ・ビームによって生成された電界のある組合せによって解離することを含む、請求項1〜22のいずれかに記載の方法。
- 前記前駆体ガスが、少なくとも1種の反応性解離副生物に解離し、この少なくとも1種の反応性解離副生物が、前記アブレートされた材料に結合して揮発性化合物を形成し、この揮発性化合物を、前記試料上に再堆積させることなく、ポンプによって、ガスの形態で除去することができる、請求項23に記載の方法。
- 前記真空室に試料を装填するステップ、および前記真空室に、所定の濃度の前駆体ガスを充填するステップが、主試料室内のより小さな試料セルに前記試料を装填するステップ、および前記試料セルに、所定の濃度の前駆体ガスを充填するステップを含む、請求項1〜24のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・ビームを前記試料に誘導するステップが、前記レーザ・ビームの波長にとって透明な前記試料セルの窓を通して、前記レーザ・ビームを前記試料に誘導するステップを含む、請求項25に記載の方法。
- 前記レーザ・ビームを前記試料に誘導するステップが、負の群速度分散を有するフォトニック結晶ファイバを使用して、前記レーザ・ビームを前記試料に誘導するステップを含む、請求項25〜28のいずれかに記載の方法。
- 前記レーザ・システムがレンズを含む、請求項1〜27のいずれかに記載の方法。
- レーザ・アブレーションによって試料から除去された材料の再堆積を最小限に抑えるように適合されたレーザ・マイクロ機械加工装置であって、
試料を保持する真空室と、
前記真空室に前駆体ガスを所定の圧力まで充填する前駆体ガス源と、
前記真空室内の前記試料に対して作用するレーザ・システムであり、前記試料をアブレートするのに十分な大きさのエネルギーを有するパルス・レーザ・ビームを生成し、その結果、前記試料の表面から除去された材料がガス雰囲気中へ放出され、前記ガス雰囲気中で、放出された前記材料の少なくとも一部分がガス粒子と反応して、前記試料表面に再堆積しない揮発性化合物を形成する、レーザ・システムと
を備え、
前記所定のガス圧が、放出された前記材料の大部分が、再堆積する前に、前記真空室の前記雰囲気中で揮発するように十分な濃度のガス粒子を前記真空室に供給する、装置。 - 荷電粒子ビーム・カラムをさらに備える、請求項29に記載の装置。
- 前記レーザ・システムがレンズを含む、請求項29または30に記載の装置。
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