JP2022538575A - 表面から粒子を除去するためにレーザエネルギを使用する方法 - Google Patents

Abstract

記載されるのは、多孔質表面等の表面から、選択的に表面にアブレーションを引き起こすことなく、粒子を除去するためにレーザエネルギを使用する方法である。

Description

以下の説明は、表面から粒子を除去するためにレーザエネルギを使用する方法に関する。

表面の粒子汚染、すなわち、表面に望ましくない、又は潜在的に有害な固体の小さな粒子が存在することは、多くの分野で発生する。多くの方法が開発されており、表面から粒子を除去するために一般的に使用されている。一般的な方法の１つは、超音波洗浄である。

半導体及びマイクロエレクトロニクスデバイス処理の分野において、粒子や他の種類の汚染物質がないように設計されたクリーンな処理環境での粒子汚染は、製品の歩留まりを低下させる。半導体及びマイクロエレクトロニクスデバイス基板を、粒子汚染ができるだけない真空チャンバ等のクリーンな処理環境で処理するために、さまざまな方法、機器、及びシステムが使用されている。

真空チャンバ内で実行されるプロセスの例には、基板の表面を化学的に改質するように設計されたプロセス（例えば、不純物を注入することによって表面を「ドープ（ｄｏｐｅ）」する）、又は材料の層を表面に堆積させるプロセス（例えば、化学蒸着によって）、又は管理された真空プラズマを使用するプラズマ処理等によって、基板の表面の一部又はすべてを変更するプロセス（例えば、エッチングによって除去する）が含まれる。真空チャンバは、とりわけ、イオン注入装置、蒸着又は化学蒸着（ＣＶＤ）システム、あるいはプラズマチャンバ等のより大きなシステムの一部である。

半導体及びマイクロエレクトロニクスデバイス製造の他のプロセスは、半導体処理ツールを使用することにより、半導体又はマイクロエレクトロニクスデバイス基板に対して薄膜材料を堆積、処理、又は除去することを含み得る。例示的なツールには、とりわけ、薄膜堆積ツールに適合したツール、基板表面の洗浄又はエッチングに適合したツールが含まれる。

クリーンな処理空間は、空間を規定する、又は空間内に存在して機能する、多くの異なる物理的な構成要素によって規定される。これらの構造には、とりわけ、チャンバの内壁を覆うライナ等の保護構造、流路構造、開口部、バリア、支持構造が含まれる。これらの異なる構造は、不活性で安定しており、クリーンな空間内で望ましくない粒子汚染物質の発生源とならないように選択された材料からなる。それでも、これらの構造用の既知の材料は、特に処理のためにシステム及びクリーンな空間を準備する「スタートアップ」期間中に、チャンバの空間内に微小な粒子を排出することが一般的である。粒子汚染物質は、システム内での処理中に、処理中の基板の表面に汚染物質として付着する可能性があり、基板上に製造されるデバイスの歩留まりに悪影響を及ぼす。

クリーンな空間を規定する、又はクリーンな空間で使用される多くの物理的な構造は、この目的のために特別に製造される。これらの構造は、部品が特定のサイズ及び形状の要件に合わせて一般的に高い精度で作成されるため、「成形部品」と呼ばれることがある。成形部品は、多くの場合、より大きな部品（「ブロック」）から材料を除去して成形部品を製造する機械加工方法によって製造される。

機械加工プロセスは、切断、摩擦、又はアブレーション（ａｂｌａｔｉｏｎ）を使用してより大きな部品から材料を除去するが、このプロセスでは、成形部品の表面に存在し続ける可能性のある非常に細かい粒子（例えば、「粉塵（ｄｕｓｔ）」）が多く生成される。これらの粒子の大部分は、機械加工中にバキューム（ｖａｃｕｕｍ）によって部品から運び去ることができる。しかし、粒子の一部が成形部品の表面の細孔又は他の構造に衝突することで、それらの粒子を除去するのが非常に困難になることがある。

成形部品は、揮発性材料を含まず、非反応性である、例えば真空チャンバ等のクリーンな空間に存在する処理材料に対して比較的不活性である、一般的に安定した材料からなる。材料が表面で、又は材料全体が多孔質であり得る。半導体及びマイクロエレクトロニクス処理システムの成形部品によく使用される材料の例には、炭素及びグラファイト等の炭素質材料が含まれる。グラファイトは金属が５ｐｐｍ未満となるように精製できるため、イオン注入システムの真空チャンバ内の多くの物品にグラファイトが使用されている。グラファイトの欠点は、前述のように超音波洗浄等の通常の洗浄プロセスでは除去できない埋め込まれた機械加工の粉塵等を含む、成形部品の製造中に生成された粉塵の粒子をグラファイトが排出する可能性があることである。

計測法が改善され、粒子汚染物質がないように設計されたクリーンな空間内でより小さな粒子を検出できるようになると、粒子数がサイズの減少とともに指数関数的に増加するため、改善された粒子除去方法のニーズが高まる。半導体やマイクロエレクトロニクスデバイス処理に使用される表面を含む、表面からさまざまな種類の残留粒子を除去する方法は存在するものの、現在の方法では望まれるほどの効果が得られない。

一態様では、本発明は、粒子含有表面から粒子を除去する方法に関する。方法は、レーザエネルギの量が粒子を表面から分離させるのに十分であるように、粒子を含む位置で表面にレーザエネルギを印加することを含む。表面は多孔質表面であり、かつ炭素質又はセラミックである。

別の態様では、本発明は、粒子を含む位置で粒子含有表面にレーザエネルギを印加することを含む方法によって準備される表面に関する。レーザエネルギは、粒子を表面から分離させるのに十分な量が印加される。表面は多孔質であり、かつ炭素質又はセラミックのいずれかである。

別の態様では、本発明は、レーザエネルギを表面に印加することによって表面から粒子を除去する方法によって準備された、説明される表面を含む成形部品に関する。
別の態様では、本発明は、表面にレーザエネルギを印加することによって表面から粒子を除去する方法によって準備された表面を有する、説明される表面又は成形部品を含む、半導体製造ツール又は真空チャンバ又は関連システム等の機器に関する。

説明される例示的な方法の機能を示す。 レーザエネルギを使用して例示的なグラファイト表面から粒子を除去する本発明の方法の結果を示す。 表面及び表面粒子の写真である。 表面及び表面粒子の写真である。 表面及び表面粒子の写真である。

本発明は、表面から粒子を除去するためにレーザエネルギを使用して物品の表面を処理する方法に関する。表面は、表面に粒子を引き寄せる又は保持する、多孔質の、粗い、あるいは質感のある（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）表面の形態であり得る。粒子は表面に位置する。粒子は非常に小さく、「粉塵粒子」等の微細なスケールの粒子でさえあり得る。

表面は、望ましくは除去され得る、表面と接触している粒子を含む任意の表面であり得る。表面は「多孔質」であってもよく、これは本明細書で使用する場合、微細なスケールでの細孔又は他の非平面的な表面の特徴（すなわち「トポグラフィー（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）」）、例えばミクロンスケール又はナノメートルスケールでの非平面的な表面の特徴（局所スケールでの非平面的な表面偏差）を含む表面を指す。いくつかの形態の「細孔」は、表面の材料の厚さ全体に分布し得るが、他の形態の「細孔」は、表面の下には存在せずに材料の表面に存在し得る。トポグラフィーは、特に、同等のスケール又はより小さなスケールの粒子が非平面的な表面の特徴に又はその中に、付着して集まることを可能にする、又は引き起こす特徴を含む。「多孔質」という用語のこの一般的な意味の範囲内の表面の例には、マイクロスケール又はナノスケールで、表面に粒子を引き寄せる又は保持する粗い、質感のある、不均一な、又は構造化された特徴等のトポグラフィーを含む表面が含まれる。例としては、多孔質材料の細孔（丸みを帯び、開いた又は閉じた「セル」）、三次元開口、チャネル、溝、又は吹き抜け等の表面に存在し表面の下に延びる開口、突起、亀裂、ならびに粒子を引き寄せ、超音波洗浄等の既知の粒子除去技術による粒子の除去を妨げる又は阻む、他の同様のマイクロスケール又はナノスケール構造が挙げられる。

記載された方法によれば、レーザエネルギは、粒子が表面から分離されるように、粒子の位置で表面に印加される。レーザエネルギは、粒子を表面から分離させるのに十分であるが、表面の材料のアブレーションによる表面への望ましくない損傷を回避するように十分に低い線量（総エネルギレベル）で印加され得る。本明細書で使用される「アブレーション」という用語は、材料を分解して材料を表面から除去させるように表面にレーザエネルギを照射することによって、固体（非液体）材料からなる表面から材料を除去させることを指す。低レーザフラックスでは、材料は吸収されたレーザエネルギによって加熱され、蒸発又は昇華によって除去される。高いレーザフラックスでは、材料は通常プラズマに変換される。

特定の例によれば、本発明の方法は、炭素質又はセラミック材料、例えば表面に細孔を有する炭素質又はセラミック材料からなる表面から細かい粒子（粒子も炭素質又はセラミック材料からなる）を除去するのに特に有効であり得る。粒子の炭素質又はセラミック材料は、表面を構成するものと同じ炭素質又はセラミック材料であり得る、又は異なる炭素質又はセラミック材料であり得る。多くの場合、粒子が表面を機械加工又は形成する前のプロセス中に生成された粉塵粒子である場合、粒子を構成する材料は、表面の材料と同じ炭素質又はセラミック材料である。

特定の用途では、表面は、イオン注入システム、プラズマ処理システム、又は堆積チャンバ（例えば、化学蒸着用）の真空チャンバ内等、半導体又はマイクロエレクトロニクスデバイス処理システムの内部で使用される構成要素（別名「部品」又は「成形部品」）の表面であり得る。他の応用例では、表面は、半導体処理ツールの内部に存在する構成要素であり得る。真空チャンバ又は半導体処理ツールの内部は、極めてクリーンに保たれるとともに、粒子汚染を可能な限り排除したクリーンな空間である。したがって、これらの構造の１つの内部で使用される成形部品は、粒子汚染の発生源となるべきではない。

これらの部品（「成形部品」）は、一般的に高精度の物理的形状、物理的寸法、あるいは他の精密な特徴を示すように形成される。高精度部品を形成する例示的な方法には、高レベルの精度と部品間及び部品内の均一性とを提供するさまざまな機械加工技術が含まれる。この方法は、材料のブロックから始まり、所望の高精度の形状及びサイズを有する最終的な成形部品を製造するために、機械加工、研削、切断、又は別の除去技術によって元の材料の一部を除去する。例示的な技術（「機械加工」技術と総称する）には、精密研削、フライス加工、旋盤加工、切断、ラッピング、ホーニング、超音波加工、ウォータージェット又はアブレイシブジェット加工、レーザ加工、放電加工、イオンビーム加工、電子ビーム加工、化学加工、電気化学加工等が含まれる。

機械加工プロセス中に、成形部品の表面を形成するように除去される材料は、材料が除去される際にブロックの材料の小さな粒子を生成する。粒子は、多くの場合、細かい（微細な）粉塵粒子の形状である。部品を真空チャンバ又は他のクリーンな空間に設置して使用するときに粒子が部品の表面に残っている場合、粒子は表面から排出され、真空チャンバ又はクリーンな空間の内部に粒子汚染として配置され得る。

機械加工による表面の成形中に生成された粒子のほとんどは、例えばバキュームによって、成形プロセス中に収集され、表面から運び去られ得る。しかし、特に粒子が物理的に集まってバキュームによる除去に抵抗しやすいトポグラフィーが表面に含まれている場合、ある程度の量の粒子が表面に保持され得る。表面に残っている粒子の一部は、表面が完全に形成された後、溶媒洗浄又は超音波洗浄等の洗浄又は粒子除去技術によって除去し得る。しかし、これらの粒子の一部は、表面に（機械的に）より強く引き寄せられる、又はよりしっかりと捕捉され得る（例えば、細孔又は他のトポグラフィーによって表面に保持される）。これらの粒子は除去がより困難であり、溶剤洗浄、バキューム、又は超音波洗浄等の従来の技術では完全な効果が得られない。

本明細書に従ってレーザエネルギで処理される表面は、溶媒洗浄、バキューム、又は超音波洗浄技術によっては粒子を除去することを困難にするトポグラフィーに位置する粒子を含む、本明細書に記載されるもの等の表面の粒子を含む。粒子は、任意の発生源からのものであり得、炭素、セラミック（例えば、アルミナ）、金属、金属酸化物等のような任意の材料からなっていてもよい。例示的な表面上の粒子は、表面を形成するために、機械加工中の表面の形成中に生成される粒子であるが、この方法は、任意の発生源に由来する粒子又は任意の方法で表面に配置された粒子を除去するのに有効であり得る。粒子の一部又はすべては、溶媒洗浄又は超音波洗浄等の以前の粒子除去技術による粒子の除去を困難にする表面上の細孔内又は他のトポグラフィーに位置し得る。

表面を作り出すために使用される機械加工中に形成されるか、又は別の方法で形成されるかにかかわらず、粒子は、機械加工中に形成される粉塵粒子のサイズのように、一般に小さい。粒子は、ミクロンのスケール、例えば、１ミリメートル（１，０００ミクロン）未満、又は５００ミクロン又は１００ミクロン未満、又は５０、２５、１０、１、又は０．１ミクロン未満のサイズを有し得る。

記載されているようなレーザエネルギの印加によって表面から除去され得る粒子の化学的構成（組成物）又は粒子の発生源は限定されない。機械加工によって形成された成形部品の表面から粒子を除去する方法の１つの例示的な使用によれば、表面に位置しており、除去される粒子は、通常、表面の材料と同じ材料であり、成形中に表面から除去された材料と同じ材料からなる。炭素質又はセラミック材料を機械加工することによって作成される成形部品及び表面では、除去される表面の粒子は、表面を構成するのと同じ炭素質又はセラミック材料からなっていてもよい。しかしながら、記載された方法は、金属、金属合金、固体有機材料、プラスチック等からなる粒子のように、他のタイプの粒子を表面から除去するのにも有効であり得る。

表面に粒子を含む成形部品は、機械加工法による成形部品の作成に使用することが（現在又は将来）知られているさまざまな固体材料等（ただしこれらに限定されない）の任意の材料からなっていてもよい。半導体又はマイクロエレクトロニクスデバイス処理システムの真空チャンバの内部で使用する成形部品を作成するための有用な材料には、これらのタイプの処理システムに存在するさまざまな処理材料及び条件（例えば、高温）に対して比較的不活性である材料が含まれる。有用な材料はまた、真空に曝されるときにガスを放出する可能性のある揮発性材料の含有量が非常に少なく、かつ表面に接触する粒子を引き寄せ得る又は保持し得る、細孔、質感、粗さ、又は別のタイプのトポグラフィーを有してもよい。

半導体又はマイクロエレクトロニクスデバイス処理システムの内部構成要素、又は半導体処理ツールの内部で有用であると理解されている材料のいくつかの特定の例には、セラミック及び炭素質材料が含まれる。特定の例には、グラファイト、無機炭素質材料、及び炭化ケイ素が含まれる。

「無機炭素質材料」（本明細書では、略して「炭素質材料」）は、無機物で、大量の炭素からなる、又は実質的に又は主に炭素からなる固体材料を指す。無機炭素質材料は、例えば、少なくとも５０重量パーセントの炭素、又は少なくとも６０、７０、８０、９０、９５、又は９９重量パーセントの炭素を含んでもよい。無機炭素質材料は、水素、酸素、又は窒素原子に共有結合した炭素原子からなる有機化合物を少量又はわずかな量（例えば、５、１、０．５、又は０．１重量パーセント未満）含む。

無機炭素質材料のいくつかの例は、主に非晶質又は結晶質（例えば、グラファイト）のいずれかの形態の炭素原子からなっていてもよく、例えば非晶質又は結晶質のいずれかの形態の、少なくとも９０、９５、９８、又は９９原子パーセントの炭素を含み得る。

無機炭素質材料の他の例は、主に炭素及びケイ素原子を含んでもよく、一般に炭化ケイ素（ＳｉＣ）と呼ばれる材料を含む。有用な又は好ましい炭化ケイ素材料は、総量の少なくとも８０、９０、９５、９８、又は９９原子パーセントのケイ素及び炭素を含んでもよく、好ましくは、酸素又は水素等の他の材料を少量又はわずかな量以下、例えば５、３、１、又は０．５原子パーセント未満のトータルの酸素及び水素を含んでもよい。例示的な炭化ケイ素の形態には、結晶質の形態及び部分的に非晶質の形態が含まれる。例示的な炭化ケイ素材料は、４０～９０原子パーセントの炭素、１０～６０原子パーセントのシリコン、及び２又は１原子パーセント以下の他の材料、例えば０．５原子パーセント以下の酸素、水素、又は酸素と窒素の組み合わせを含んでもよい。多孔質炭化ケイ素材料は、グラファイトを炭化ケイ素に変換する既知の方法を含む、任意の方法によって作成できる。

セラミック材料の例はアルミナである。
表面は、粒子を表面から除去するのを困難にするような態様で粒子を表面に引き寄せる又は保持する、粗さ、細孔、又は他のトポグラフィーを有する。例えば、炭化ケイ素、グラファイト、及び非晶質炭素質材料のさまざまな形態は、材料の表面に細孔を有してもよく、同様に表面の下に（任意に）存在する細孔を有してもよい。細孔内に位置する粒子は、細孔によって所定の位置に保持されるとともに、細孔構造によって表面に留められ得る。表面（又は成形品の厚さ全体）の細孔は、任意の有効な形状であってもよい。例えば、グラファイト、炭化ケイ素、及び他のセラミック及び炭素質材料に存在するような例示的な細孔は、表面の構造（例えば、成形部品）を規定する固体材料で構成された側壁（例えば、「マトリックス（ｍａｔｒｉｘ）」）によって及びそれらの間で規定される、概ね丸みを帯びた又は湾曲したセル構造を有する開口（「細孔」又は「セル」）の形態であってもよい。

表面の細孔のサイズは、表面と表面を含む構造の設計及び用途とによって異なることがある。平均細孔径が１０ミクロンを超える表面はマクロポーラスと呼ばれることがあり、平均細孔径が１０ミクロン未満の表面又は固体はマイクロポーラスと呼ばれることがある。

本発明の方法は、粒子を含む表面から粒子を除去するためにレーザエネルギを使用する。この方法は、表面がレーザエネルギで処理される前に、表面に元々存在していた粒子の量のかなりの部分を効果的に除去するために実行することができる。この方法は、有利には、アブレーションによって表面に最小限の損傷しか生じさせない、又は認識可能な損傷を生じさせない態様で実行することができる。この方法は、粒子を引き寄せ又は保持し、粒子を除去するのを困難にする表面の構造（トポグラフィー）に位置する粒子（多孔質の又は細孔を含む表面の細孔構造内に位置する粒子を含む）の大部分を効果的に除去するのに特に有用であり得る。

本発明の方法は、表面又は粒子のアブレーションを必要とせずに、好ましくは表面又は粒子の有意な量のアブレーションを引き起こさずに、レーザエネルギで表面を加熱することによって表面からの粒子の分離を引き起こすと考えられる。表面での加熱は、表面又はその近くにあるガスの膨張、又は表面に吸着された材料の加熱及び膨張を引き起こすと考えられる。この加熱は、露出した表面のガス又は吸着材料に影響を与える可能性があるが、細孔の内部若しくは粒子を引き寄せる又は保持する他のタイプのトポグラフィーにある表面のガス又は吸着材料にも影響を与える可能性がある。膨張するガス又は膨張した吸着材料によって、膨張の位置で粒子の移動が生じることで、粒子を表面から押し出し、粒子を表面から分離させることができる。膨張するガスは、表面材料のアブレーション又は除去される粒子のアブレーションを必要とせずに、粒子を表面から運び去るガス流体の流れであって表面から離れるガス流体の流れを作り出す。

レーザエネルギは、表面から粒子を分離させるのに十分なエネルギを提供する任意の方法又は技術によって表面に印加することができる。例示的な技術では、レーザエネルギは、粒子を表面から分離させるのに有効な速度及び時間で表面上を通過する有効面積（スポットサイズ）を有するレーザビームの形態であってもよい。レーザ波長と表面での総露光時間（スポットサイズとスキャン速度に基づく）との組み合わせを選択することで、総量のレーザエネルギを表面全体に均一に印加することができる。レーザエネルギの総量は、好ましくは表面を損傷することなく、すなわち表面の有意な量のアブレーションを引き起こさなく、表面から粒子を分離させるのに有効であり得る。

表面によってはある程度のアブレーションが許容されることがあるが、多くの種類の機械加工部品は、物理的な形状とサイズの特徴とに関して高精度の要求を満たしつつ製造される。本発明の方法は、有利には、例えばデジタル光学顕微鏡を使用することで光学的に表面から除去された材料の量によって測定した場合に、アブレーションに起因して軽微又はわずかなレベル以上の損傷を引き起こすことなく、表面から粒子を有効に除去する（例えば、他の方法によっては（表面のトポグラフィーに起因して）除去することが困難な粒子の大部分（例えば、「テープ試験」によって測定される）を除去する）ことが可能である。有用な又は好ましい方法は、デジタル光学顕微鏡を使用することで測定する場合に５０ミクロンの材料を表面から除去するレベルよりも低いレーザエネルギの総量で表面にレーザエネルギを印加することができる。他の例示的な方法では、レーザエネルギの総量は、デジタル光学顕微鏡を使用することで測定する場合に２５、１０、又は５ミクロンの材料を表面から除去するレベルを下回る。

表面の領域に印加される総レーザエネルギは、レーザエネルギの形態又は光源（例えば、波長）、印加されるレーザエネルギの領域（例えば、レーザビームのスポットサイズ）、及びレーザエネルギが印加される時間の長さ（スキャン速度）を含む要因の組み合わせによって決定される。

この方法は、表面から隣接する雰囲気への粒子の分離を容易にする雰囲気、例えばそれ自体が少量又は非常に少量（濃度）の粒子を含む雰囲気で実施することができる。一例として、例えばＩＳＯクラス１００００又はＩＳＯクラス１０００又はそれより優れたクリーンルーム等のクリーンルーム環境が挙げられる。表面全体をカバーするようにレーザエネルギをスキャンし、オプションでコンピュータ制御により自動化された態様で、表面の全領域に所望の総量のレーザエネルギを完全かつ均一に印加することができる。好ましい例では、表面のすべての位置にほぼ等しい数のパス又は露光時間を適用することによって、粒子が除去されている表面全体にわたってレーザビームを自動的に均一に掃引することができる。選択的に、表面から分離された粒子を収集するために、レーザエネルギを印加するときにバキュームの発生源を表面に適用してもよい。いくつかの例示的な方法では、表面の性質及び除去される粒子の種類及び量に応じて、レーザエネルギを表面に印加すると、粒子が表面から分離するときに、粒子の雲の形態で目に見える量の粉塵が生じることがある。

レーザエネルギは、任意の有用な形態であってもよく、パルス状又は非パルス状であってもよい。有用なレーザ波長の例は、とりわけ１００～１２００ナノメートル（ｎｍ）の範囲、例えば約１００～１０６４ｎｍ又は１１００ｎｍの範囲、若しくは１５０又は１９３ナノメートル～５１４、５３２、又は６００ｎｍの範囲であってもよい。表面及び除去される粒子のアブレーションを引き起こすためのレーザエネルギが必要とされない（好ましくは回避する）ので、より高いエネルギを有するより短い波長は必要ではないことがある。例示的なレーザは、ネオジムをドープしたＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）結晶等、任意のレーザ光源構造に基づいていてよい。

選択的に、方法は、レーザエネルギの印加に先行する、又はレーザエネルギの印加に続く１つ以上の追加のプロセスを含み得る。例示的な表面は、粒子が表面に存在するような態様で機械加工することにより前もって（例えば、直前に）処理された、本明細書に記載の成形部品の表面であってもよい。表面にレーザエネルギを印加するプロセスに先行する可能性のある選択的なプロセスは、バキューム、超音波洗浄、又は圧縮空気の使用等によって、比較的緩い又は容易に除去される表面粒子を除去することによって表面を準備するプロセスであってもよい。方法の他の選択的なプロセスは、レーザエネルギの印加による表面からの粒子の分離を容易にするために表面を準備する１つ以上の他のモードを含んでもよい。一例として、グラファイト材料の場合、ハロゲン含有ガスの存在下でグラファイト材料を高温にさらしてグラファイトから不純物を除去することによるグラファイト材料の精製である。米国特許第３，８４８，７３９号を参照され、その全体が参照により本明細書に援用される。

表面へのレーザエネルギの印加に続く選択的なプロセスは、超音波技術（別名「超音波洗浄」）による粒子除去である。場合によっては、超音波粒子除去は、レーザエネルギを印加した後に表面に残っている可能性のある粒子を除去し得る。超音波洗浄の方法及び機器は、一般に、粒子を含む表面を水性媒体に浸した状態で、２０～２００キロヘルツの範囲の高周波音波にさらすことを含む。超音波洗浄のための方法と機器は既知であり、商業的に利用可能である。

説明される方法の例示的な機能、及び特定の選択的な処理方法を含むものを図１に示す。プロセスの最初の部分は、表面を作り出す部品を形成することである。これは、例として、機械加工によって成形部品を形成するものとして示されている（１０）。部品は、例えば、表面の細孔の内側に位置する粒子を含む、粒子破片を表面に含むことになる。例示的な表面及び粒子は、セラミック又は炭素質材料からなっていてもよい。次に、成形部品は処理されて（２０）、レーザエネルギを印加するための表面を準備してもよい（３０）。レーザエネルギの印加中（３０）、粒子はレーザエネルギを印加することによって表面から分離されるが、レーザエネルギは表面又は除去される粒子のアブレーションを引き起こすことなく、表面及び表面の任意の材料を加熱することができる。レーザエネルギを印加した後、超音波洗浄によって表面を洗浄して残りの粒子を除去してもよく（４０）、次に成形部品を梱包、出荷、又は使用することによって成形部品をさらに処理することができる（６０）。選択的に、部品の表面を試験して（５０）、粒子除去後の表面での粒子の存在と量を検出してもよい。

本発明の方法は、超音波粒子除去技術及び溶媒洗浄等の他の一般的な粒子除去技術によっては除去することが困難又は不可能な粒子を除去することを含む、表面から粒子を除去するために非常に有効であり得る。本粒子除去方法の有効性は、表面の「粉塵」粒子等の粒子の存在を測定するための既知の方法によって評価することができる。

テープ試験法を使用することによって、レーザエネルギを使用して表面から粒子を除去する方法の有効性、選択的に後続の超音波洗浄と組み合わせた有効性が、超音波洗浄だけのような代替粒子除去技術と比較して改善されることを示すことができる。この比較では、各試験に共通の対照サンプルを使用しており、レーザエネルギを印加して粒子を除去する方法（単独、超音波洗浄なし）は、超音波洗浄技術によって除去するよりもはるかに多くの粒子を除去することができる。

例示的な試験は、管理された均一な圧力を使用して透明なテープの接着面を表面（粒子を含む）に貼り付け、続いて管理された態様で表面からテープを取り除くことにより、テープ試験方法を使用して実行できる。テープの接着剤には、表面から除去された粒子がテープに付着することになる。テープを透明なスライドガラス上に配置し、表面から除去された付着粒子を含むテープの領域でテープの不透明度を測定するために濃度計を使用することができる。不透明度のレベルは、表面から除去されてテープに移動した粒子の量と関係がある。より高い不透明度は、より低い不透明度と比較して、より多くの粒子が表面に存在した（表面から除去された）ことを示す。

この「テープ試験」法、及び新たに機械加工された多孔質グラファイト表面（「対照」表面）であるサンプル粒子含有表面を使用して測定すると、レーザエネルギを印加することによって表面から除去される粒子の量は、表面を洗浄する前に対照表面に存在する粒子の量の少なくとも５０パーセント（同じ「テープ試験」でも測定）になり得る。好ましい方法は、対照表面に最初に存在する（すなわち、レーザエネルギを印加する前に存在する）量の粒子の少なくとも６０、７０、８０、又は９０又は９５パーセントを除去することを示し得る。すなわち、レーザ処理された表面に貼り付けられて除去されたテープの不透明度は、レーザエネルギが表面に印加されて表面から粒子が除去される前の元の表面サンプル（対照）に貼り付けられて除去されたテープの不透明度と比較して、少なくとも５０パーセント低く、好ましくは少なくとも６０、７０、８０、又は９０又は９５パーセント低い。

この方法は、除去される粒子を含む任意の表面から粒子を有効に除去するために使用でき、半導体又はマイクロエレクトロニクスデバイス基板あるいはその前駆体又は派生物を含む加工対象物を処理するために使用される真空チャンバ等のクリーンな空間で、又はクリーンルームで、又はクリーンルーム環境にある半導体ツールで、又は粒子汚染のレベルが非常に低いことが有用又は必要とされるその他の環境で、使用される表面から粒子を除去するのに特に有用であり得る。例示的な真空チャンバは、イオン注入システム、蒸着チャンバ（例えば、化学蒸着チャンバ）、又はプラズマチャンバ等のより大きなシステムの一部であってもよい。

本明細書で使用される場合、「マイクロエレクトロニクスデバイス」は、その上に形成された非常に小さい（例えば、ミクロンスケール以下の）寸法の電気回路及び関連する構造を含むデバイスである。例示的なマイクロエレクトロニクスデバイスには、フラットパネルディスプレイ、集積回路、メモリデバイス、ソーラーパネル、太陽光発電、及び微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）が含まれる。マイクロエレクトロニクスデバイス基板は、最終的なマイクロエレクトロニクスデバイスを形成するために準備された状態で、１つ以上のマイクロエレクトロニクスデバイス又はその前駆体を含むウェハ（例えば、半導体ウェハ）等の構造である。

真空チャンバ、例えば、イオン注入システムの真空チャンバで有用な部品の例には、所望の寸法（正確な長さ、幅、又は高さの１つ以上）に機械加工することによって成形され、選択的にその上に、Ｏリングシールを収容するための溝、ボルト穴、ガス分配穴又は通路、開口（例えば、レンズとして有効）、ボス、フランジ等の表面特徴を含むセラミック及び炭素質部品が含まれる。表面は、とりわけチャンバ側壁の内壁を覆うライナ（保護ライナ）と呼ばれる真空チャンバの内部の構造、又は流路構造、バリア、支持構造であり得る。

「ライナ」という用語は、長さ方向と幅方向の両方にそれぞれ延びる２つの対向する主面を有し、２つの対向する面の間に厚み寸法を有する実質的に２次元のシート又は膜（例えば、平板、平面）を指す。厚さ寸法の大きさは、長さと幅の両方よりも大幅に小さい。ライナは、ライナの材料の種類や厚さ等のライナの物理的特徴等の要因に応じて、柔軟又は硬質であってもよい。

テープ試験
例示的なグラファイト表面は、本明細書に記載されているようにレーザエネルギを使用することで、また比較のために他の方法を使用することで、粒子除去のために処理された。

図２を参照すると、サンプル１（１７４４９７）は、超音波洗浄法を使用して処理されたグラファイト表面上の粒子の存在を評価するために使用される「テープ試験」中に準備されたスライド表面を示す。「まだらに見える（ｍｏｔｔｌｉｎｇ ｖｉｓｉｂｌｅ）」とラベル付けされたスライド表面は、超音波法で洗浄されたグラファイト表面から準備された。スライドは、超音波洗浄された表面から除去された粒子の存在による陰影を示しており、陰影には、超音波洗浄されたグラファイト表面に典型的な「まだら」（不均一性）が含まれている。

サンプル２（１７４４９８）は、パイロシールされたグラファイト表面である比較のグラファイト表面の試験を示す。「パイロシールされた（Ｐｙｒｏｓｅａｌｅｄ）」又は「パイロカーボン（ｐｙｒｏｃａｒｂｏｎ）」のグラファイト表面は、表面粒子を覆って閉じ込める高密度の熱分解炭素コーティングによって密封されているため、テープ試験は、熱分解炭素コーティングされた表面から粒子が除去されていないことを示す。表面から準備されたスライドの不透明度は非常に低く、つまり０．０１であり、サンプル表面に存在する粒子の量が非常に少なかったことを示す。

サンプル３（１７４４９９）は、粒子を除去するためにレーザエネルギで処理されたグラファイト表面の試験を示す。この試験では、反射面を作り出すために細かいサンドペーパで表面をこすって意図的に表面に衝撃を与えることにより、表面に多くの粒子が存在することになるサンプルのグラファイト表面を生成し、「研磨されたグラファイト」粒子を含むグラファイト表面を試験用に準備した。この最初の（未処理の「レーザなし」）表面は、テープ試験を使用して試験され、０．２０の不透明度の値が測定された。次に、表面を本特許出願に記載されているようにレーザエネルギで処理して、表面から粒子を除去した。レーザ処理された表面（「レーザ」）は、テープ試験を使用して試験され、０．０２の不透明度の値が測定された。

走査型電子顕微鏡
粒子を除去するためにレーザエネルギを印加する前後の表面の粒子の量はまた、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を使用して光学的に評価することができる。

図３Ａは、粒子を除去するための超音波洗浄又はレーザエネルギによって処理されていない粒子含有グラファイト表面のＳＥＭ画像である。衝撃を受けた多くの微粒子が多孔質表面で観察できる。

図３Ｂは、表面が超音波洗浄によって処理された後の同様の表面を示す。粒子を多孔質表面で確認できる（矢印参照）。
図３Ｃは、粒子を除去するために表面がレーザエネルギで処理された後の同様の表面を示す。表面には確認可能な粒子がない。

Claims (16)

1. 表面から粒子を除去する方法であって、前記方法は、
   印加されるレーザエネルギの量が前記粒子を前記表面から分離させるのに十分であるように、粒子を含む位置で前記表面にレーザエネルギを印加することを含み、前記表面は、多孔質であり、かつ炭素質又はセラミックのいずれかである、方法。
2. 前記粒子は、前記表面の実質的なアブレーションを引き起こさずに前記表面から分離される、請求項１に記載の方法。
3. 印加される前記レーザエネルギは、テープ試験法によって測定される場合に、前記レーザエネルギを印加する前の前記表面と比較して、前記表面における粒子の量を示す測定値を少なくとも５０パーセント減少させるのに有効である、請求項１に記載の方法。
4. 印加される前記レーザエネルギは、デジタル光学顕微鏡を使用して測定する場合に１０ミクロンの材料を前記表面から除去するレベルを下回る、請求項１に記載の方法。
5. 前記表面は細孔を規定する固体マトリックスを含み、前記粒子は前記固体マトリックスの材料に由来する、請求項１に記載の方法。
6. 前記表面は、多孔質グラファイトを含む、請求項１に記載の方法。
7. 前記表面は、多孔質アルミナを含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記レーザエネルギは、１２００ナノメートル未満の波長を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記表面が、真空チャンバの内部の構成要素の表面である、請求項１に記載の方法。
10. 前記レーザエネルギを印加した後に、超音波洗浄を使用して前記表面を洗浄することを含む、請求項１に記載の方法。
11. 機械加工プロセスによって前記表面を形成することを含み、前記粒子は、前記機械加工プロセスによって生成される、請求項１に記載の方法。
12. 前記粒子は、炭素質材料又はセラミックを含む、請求項１に記載の方法。
13. 前記粒子は、グラファイトを含む、請求項１に記載の方法。
14. 方法によって準備される表面であって、前記方法は、印加されるレーザエネルギの量が粒子を前記表面から分離させるのに十分であるように、粒子を含む位置で粒子含有表面にレーザエネルギを印加することを含み、前記表面は、多孔質であり、かつ炭素質又はセラミックのいずれかである、表面。
15. 方法によって準備される表面を含む半導体製造ツールであって、前記方法は、印加されるレーザエネルギの量が粒子を前記表面から分離させるのに十分であるように、粒子を含む位置で粒子含有表面にレーザエネルギを印加することを含み、前記表面は、多孔質であり、かつ炭素質又はセラミックのいずれかである、半導体製造ツール。
16. 前記処理ツールは、
    マイクロエレクトロニクスデバイス基板上に薄膜を堆積することが可能な薄膜堆積ツール、又は、
    マイクロエレクトロニクスデバイス基板の表面をエッチングすることが可能なエッチングツールである、請求項１５に記載のツール。

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