KR19990022679A - 편광 방사선 및 배면 방사선 조사에 의한 재료 제거 방법 - Google Patents

편광 방사선 및 배면 방사선 조사에 의한 재료 제거 방법 Download PDF

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아우드리 씨 엥겔스버그
앤드류 더블유 존슨
윌리암 피 파커
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돈나 에프. 베델
카올드론 리미티드 파트너쉽
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Abstract

본 발명은 기판의 표면으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하기 위해서 불필요한 재료의 기판위에 불활성 가스의 유동을 제공하면서 광자 에너지로 불필요한 재료를 조사하며, 또한, 본 발명은 제거되는 불필요한 재료의 하부에 있거나 또는 인접해 있는 재료의 물리적 특성을 변경시키지 않고서 불필요한 재료를 제거할수 있도록 하여, 제거 효율은 편광 에너지 광자에 의해 개선될수도 있으며, 레이저 기판을 투명 기판의 배면에 향하게 하여 제거 효율을 개선시킬수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

편광 방사선 및 배면 방사선 조사에 의한 재료 제거 방법
본 발명은 표면으로부터 재료를 제거하는 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 제거하고자 하는 재료의 기초가 되거나 또는 접해있는 기판상에 남겨지는 재료의 물리적 특성을 변경시키지 않고서도 조사에 의해 기판의 표면으로부터 재료를 선택적으로 제거하는 방법에 관한 것이다.
기판의 표면으로부터 불필요한 재료를 효과적으로 제거하는 것은 많은 중요한 재료의 처리공정과 생산물 제조공정에 있어서 중요한 사항이다. 상기 특허 출원에서 기술한 바와 같이, (오염물로서 고려될수도 있는) 불필요한 재료로는 입자, 불필요한 화학 원소 또는 화합물 및 재료의 필름 또는 층을 들 수 있다. 입자는 미크론이하의 범위로부터 조력을 받지않은 시력으로 볼 수 있는 과립크기의 범위의 불연속 부분이 될 수도 있다. 바람직하지않은 화학물질로는 제거공정을 수행할 때 불필요한 임의의 원소 또는 화합물을 들수도있다. 예를들어, 히드록실 그룹(-OH)은 공정의 한단계에서 기판의 표면상에 있는 바람직한 반응 촉진제가 될 수도있고 그리고 다른 단계에서는 불필요한 오염물이 될 수도있다. 재료의 필름 또는 층은 지문으로부터 인체 오일, 페인트 및 에폭시와 같은 유기물, 또는 기판 재료의 산화물과 같은 무기물 또는 기판에 노출된 다른 무기 재료가 될 수도 있다.
이러한 불필요한 재료는 기판을 의도한 목적을 위해 더 유용하게 하도록 제거하여야 할 필요가 있을수도 있다. 예를들어, 특정의 정밀 과학 측정 장치에 있어서, 장치내의 광학 랜즈 또는 거울이 그 표면에 미크론 크기의 오염물로 피복될 때 정확성이 떨어진다. 이와 유사하게 반도체에 있어서, 작은 분자 오염물로 인한 표면의 결함은 종종 반도체 마스크 또는 칩의 값을 떨어뜨린다. 석영 반도체 마스크내의 분자 몰 결함의 수를 소량으로 감소시키는 것은 반도체 칩의 제조 수율을 근본적으로 개선시킬수 있다. 이와 유사하게, 회로 층이 웨이퍼 또는 층의 증착물사이에 증착되기 전에 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 탄소 또는 산소와 같은 분자 표면 오염물을 제거하는 것은 제조된 컴퓨터 칩의 질을 상당히 개선시킨다.
기판 재료의 층을 선택적으로 제거하는 것은 기판 표면상의 작은 구조(소위 극소구조(nanostracture))를 형성하도록 행하여질 수도 있다. 재료(기판 재료, 산화 층 또는 재료의 다른 층)는 기판의 표면 토포그래피(예컨데 거친 표면을 매끄럽게 함)를 변경하도록 기판의 표면을 가로질러 다른 양으로 선택적으로 제거될수도 있다.
종종 재료 처리 장치는 장치에 의해 처리된 제조물의 오염을 방지하도록 불필요한 재료를 제거하기 위한 처리를 필요로 한다. 예를들어, 제조하는 동안 실리콘 웨이퍼를 극단적으로 오염시키는 상당한 부분의 불필요한 재료는 석영 로 튜브( 및 로 튜브 자체)를 통해 통과되도록 웨이퍼를 고정시키는데 사용되는 석영 웨이프 보트, 및 처리가스를 챔버로 유도하는 파이프로 부터 방출된다. 이에따라서, 제조하는 동안 생겨난 웨이퍼 오염물 수준은 이러한 장치를 주기적으로 세척함으로 인해 상당히 감소된다.
일반적으로, 기판으로 부터 불필요한 재료를 제거하는데 사용되는 임의의 공정은 남겨지는 (필요한) 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서도 행하여져야한다. 영향을 받지않고 남아있어야 할 물리적 특성으로는 일반적으로 결정구조, 전도성, 밀도, 유전 상수, 전하 밀도, 홀(Hall) 계수, 및 전자/중공의 확산 계수를 들 수 있다. 특히 ( 산화 금속 반도체(“MOS”), 전계 효과 트랜지스터(“FET”), 및 쌍극성 접합(“BJT”))와 같은 반도체 응용분야에 있어서, 유지되어야할 재료의 특성으로는 MOS에서의 전기용량/면적; 접합 전기 용량; 드레인으로부터 소스로 향해진 FET에서의 채널 전류; BJT에서 콜렉터로부터 베이스, 이미터에서 베이스로의 전압; FET에서 드레인으로부터 소스로, 게이트부터 소스로의 전압; MOS 최소 전위; MOS 표면상태 전하/면적 ; 및 저장 지연 시간을 들 수 있다. 그밖에도, 남겨지는 재료의 토포그래피(예컨데, 표면 거칠기)를 변경시키는 것이 바람직하지않다.
상기 특허출원에서 상세하게 기술하였지만, 많은 기술이 불필요한 재료를 제거하기 위해 제안되었다(현재 사용되고 있음). 이들은 습윤 화학 세척(RCA 공정), 희석 HF, 매가소닉 또는 초음파, 및 초임계 유체 세척, UV 오존 세척, 브러쉬 세척, 증기HF, (알렌(Allen) 공정 및 템(Tem)공정을 포함한)레이저 보조 액체 세척, 표면 용융, 어니일링 및 융삭을 들 수 있다.
다른 기술은 처리의 특정 양(예컨데, 웨이퍼의 특정 수)이 완결된후 반응 이온 에칭(RIE) 도구의 처리 챔버를 세척하는데 사용될수도 있는 플라즈마 세척이다. 바람직한 플라즈마 종은 광학 세척 및 실리콘 표면을 위한 다양한 매스 분자 농도로 사용될 수 있는 산소, 삼염화 탄소, 및 질소이다. 전자 싸이클로트론 공명(ECR) 기초 플라즈마가 현재 수준의 기술이다. 이러한 타입의 세척 효과는 입자에 제한되고, 필름 제거는 곤란하며 전기 파라메터에도 손상을 준다.
(스노우 세척 및 CO2제트 분무 세척으로서 공지된)드라이 아이스 CO2세척은 표면을 세척하기 위한 다양한 오리피스를 갖추며 손에 들고 사용하는 장치에 의해 CO2스노우를 전달하는 방법이다. 이 기술은 CO2스노우의 입자의 용해성에 의해 제한되는데, 예컨데, 만약 입자가 CO2내에서 용해되지 않는다면 표면으로부터 제거되지 않을 것이다. 나아가, 산화물 및 중합체 필름은 이 세척 기술을 사용하여 제거될 수 없다.
모든 이들 기술은 작은 입자를 제거하는 것이 곤란하고 기초 기판의 물리적 특성이 바람직하지 않게 변경되고, 많은 양의 고순도 물 및 가스와 같은 고가의 재료가 소모되고 그리고 (HF 산과 같은)독성 폐기 생성물이 제조된다는 몇가지 단점을 갖는다.
필름 및 특히, 산화 작용 필름은 기판으로부터 제거할 필요가 있는 통상적으로 해로운 카테고리의 재료이다. 산화된 대기(예컨데, 공기)에 노출된 대부분의 재료는 표면을 피복하는 천연 산화물을 형성한다. 이러한 산화층은 전형적으로 산화물 재료 분자 연속 층이다. 대부분의 경우에, 이 천연 산화물 층은 기판 재료가 어떻게 사용되어질지에 따라 해가 되기도한다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결방법은 산화물 성장을 방지하도록 진공내에서 기판재료를 유지하는 것이다. 산화물 필름을 제거하는 공지된 기술은 왕수, 황산 및 불화수소산과 같은 강산으로 이들을 처리하는 것을 들 수 있다.
반도체 제조에 있어서, 실리콘 기판으로부터 천연 산화물(이산화 실리콘)을 제거하는 것은 기술적 기하학 수준이 연속적으로 더 작아질수록 상당히 중요하게 된다. 이산화 실리콘을 제거하는 현재의 방법은 액체 HF를 사용하고, 증기상 할로겐으로 그리고 UV 방사선과 결합한 증기상 할로겐으로 수행된다. 회보, 미세오염물92(산타클라라, 캘리포니아, 1992년 10월 27일-30일) 694페이지의 B. Van Eck, S. Bhat, 및 V. Menon 의 'SiO2의 증기상 에칭 및 세척' ; 회보, 미세오염물92(산타클라라, 캘리포니아, 1992년 10월 27일-30일) 706페이지의 J. de Larios, W. Krusell, D. McKean, G. Smolinsky, B. Doris, 및 M. Gordon,의 '웨이퍼로부터 유기 오염물 및 잔류 금속의 가스상 세척' '자외선 조사된 산소 기저 및 염소 기저 화학물질' ; 전기 화학회 저널 vol. 139(8) 1992, 2133페이지의 M. Miyashita, T. Tusga, K. Makihara, 및 T. Ohmi 의 '습윤 화학 처리시 CZ, FZ, 및 EPI 웨이퍼의 표면 미세거칠기 의존도' ; 및 회보 IEEE, vol.81(5) 716페이지의 '미세 세척 공정을 위한 ULSI 신뢰도'. 할로겐 기저 화학물질을 사용하는 것은 이것은 소량으로 제거하는 방법이라기 보다는 대량으로 제거하기 때문에 인접 회로 소자에 손상을 미칠 수 있다.
또한, 표면 산화물을 제거하는 것은 항공 우주 산업 분야, 자동차 및 구조물(빌딩)에서 용접 대신에 접착물을 사용하여 금속 기판을 제조하는데 있어서 중요하다. 산화물 필름을 제거하는 것은 풍화된 금속 표면을 원상태로 회복시키고 통화된 화폐의 등급을 개선시키는데 사용될 수 있다.
다른 중요한 처리방법은 압력 변환기, 가속도계, 원자력 현미경 탐침 및 소형모터와 같은 기판 구조상에 또는 내에 극소형 구조물(극히 소형인 물리적 구조물)을 생성한다. 극소형 구조물을 형성하기 위해 제안된 하나의 기술은 (재료의 구조물층이 웨이퍼위에 형성되고 이어서 전기방식용 층이 에칭되어 나가는 벌크 미세기계가공에서 유용한)마스킹 기술을 조합한 화학 에칭을 들 수 있다. 1994년 5월 IEEE 스팩트럼 20페이지 J. Bryzaek, K. Peterson, 및 W. MeCulley. 다른 제안된 기술은 1993년 11월 5일자 과학 vol. 262 877페이지의 J.J. McClelland, R.E. Scholten, E.C. Palm, 및 R.J. Celotta 의 ' 레이저 초점 조정 원자 증착 '.
다른 중요한 처리방법은 기판 표면의 불균일성을 제거하거나 또는 감소시키는 평탄화기술이다. 평탄화를 위해 통상적으로 사용되는 기술은 연마 패드를 사용하여 표면을 평면수준으로 연마하도록 전매(proprietary) 슬러리 혼합물을 사용하는 화학 기계 연마 방법(CMP)이다. 이 표면 연마 방법은 개선된 칩 성능의 장점을 제공한다. CMP 평면화는 '에칭 정지' 및 초과의 연마가 일어나지 않도록 공정의 시간조정을 함에의해 제어된다. 이 방법은 많은 양의 오염물(슬러리로부터의 잔류물)을 생성하고 그리고 슬러리, 물, 패드 및 블러쉬 세척을 위한 블러쉬와 같은 소비재의 비용으로 인해 (평균 비용이 웨이퍼 당 $35) 매우 고가이다. CMP와 관련된 다른 문제는 웨이퍼 표면으로부터 슬러리 잔류물을 제거하는 것이다. 현재 사용되고 있는 방법인, 브러쉬 세척을 사용하는 제거방법은 단지 입자가 대략 0.5㎛인 경우에 효과적이다. CMP 평면화 공정의 그밖의 단점은 다른 현재의 세척 기술과는 어울리지 않는다는 것이다.
불필요한 재료를 제거하는 것은 특히 기판의 표면이 필요한 재료의 필름 피복물을 갖추고 있을 때 요구되고 있다. 이러한 박막은 수 옹그스트롬 내지 10 마이크로메터의 두께를 가질수도 있다. 종래 발명에 기술된 장치 및 기술은 불필요한 재료를 효과적으로 제거하기에는 충분한 에너지 또는 동력 플럭스에서 일부 기판을 처리하는데는 효과가 떨어지며, 박막 피복물은 손상을 입을수도 있는 것으로 알려져 있다. 이 플럭스는 손상을 피하기에 충분히 낮은 수준으로 감소될 때, 불필요한 재료의 제거가 효과적이지 못할수도 있다. 압전 재료, 예컨데, 강유전체 물질은 또한 처리하기 곤란한 것으로 알려져 있다.
상대적으로 (튜브와 같은) 작은 폐쇄 형태로부터 불필요한 재료를 제거하는 것은 레이저와 같은 원으로부터 광자 에너지 적용함에 있어서 내부 표면에 접근하는 것이 상대적으로 곤란하기 때문에 매우 어렵다. 이러한 문제에 대한 하나의 해결책은 '039호에 기술되어 있는데, 여기서 광자 및 불활성 가스는 특정 장치에 의해 처리 표면에 안내된다. 이러한 해결책이 많은 장점을 제공하기도 하지만, 몇몇 경우에 있어서는, '039호에 기술된 상대적으로 보다 복잡한 장치를 사용하지 않고서 내부 표면으로부터 불필요한 재료를 제거하는 것이 바람직하다. 특히, 외부 표면에 방사선을 적용함에 의해 내부 표면으로부터 불필요한 재료를 제거할수 있도록 하는 것이 바람직하다.
수많은 경우에 있어서, 표면상의 결합 사이트로부터 오염물(불필요한 화학종)을 제거함에 의해 처리 단계에서 기판의 표면을 처리하여 필요한 재료(다른 화학 종)이 보다 효과적으로 화학흡착될수 있도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하고 그리고 불필요한 재료를 제거하고 그리고 필요한 기판의 물리적 특징을 변경시키기에는 불충분한 공간적 및 시간적 집중도(에너지 및 동력 플럭스)를 갖춘 에너지의 광자를 불필요한 재료에 조사함에 의해 기판의 처리 표면으로 부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거함에 의해 종래기술의 단점을 극복한다. 바람직하게는, 처리 기판상의 다른곳에 재료를 재증착시키는 것을 방지하기위해 제거된 재료를 옮기도록 가스가 표면을 가로질러 연속적으로 유동된다. 최적으로는, 가스가 기판 및 제거하고자 하는 재료에 대해 불활성이다. 나아가, 상기 유동상에 동반된 오염물이 처리표면상에 증착될 가능성을 최적으로 피하기 위해서는, 가스의 유동은 바람직하게는 층류 유동이다.
(광자 에너지의) 방사 원은 펄스 또는 연속 파동 레이저 및 고 에너지 램프와 같은 필요 에너지 수준의 광자를 제공하도록 하는 본 기술분야에 공지된 임의의 수단일수도 있다. 복합 광자를 동시에 사용하는 것과 같은 몇몇의 경우에는, 펄스 자외선 레이저와 같은 고 동력 출력 원이 바람직하다.
본 발명은 불필요한 유기 및 무기 필름의 실질적 연속 층을 제거하도록 사용될수있다는 것을 알 수 있다. 유기 필름을 제거하는 방법으로는 스테인레스 강 또는 석영 기판으로부터 페인트 및 마커(marker)를 제거하는 것을 들 수 있다. 무기 산화물 필름을 제거하는 것으로는 크롬, 몰리브템 합금, 니켈/철 합금, 스테인레스 강, 탄탈륨, 텅스텐, 구리, 에르븀, 및 지르코늄으로부터 산화물을 제거하고 그리고 석영으로부터 다결정 실리콘을 제거하는 것을 들 수 있다. 불필요한 재료와 기판의 특성 및 두께, 그리고 유용한 방사원의 특성에 따라, 연속적인 처리방법으로 불필요한 재료를 제거할 필요가 있을수도 있다.
또한, 표면의 토포그래피는 처리방법을 적절히 적용함에 의해 변형될수도 있다. 예를들어, 재료의 두께가 상대적으로 더 큰 영역에 있어서는, 상대적으로 더 많은 재료가 제거될수있고 그리고 더 균일한 재료 두께를 생성하기위해 두께가 작은 영역에 있어서는 더 작다. 이것은 재료의 표면 거칠기를 효과적으로 감소시킬수 있다. 광자의 원은 모니터에 피드백을 제공하고 그리고 각 영역에서 재료의 제거를 제어하는 다른 표면 계측 장치 또는 일립소메터(ellipsometer)를 갖춘 제어 루프내에 연결될 수 있다. 이와 유사하게, 비교적 예각에서 거친 표면에 방사선을 제공하는 것은 표면의 더 현저한 부분상에 광자의 더 큰 입자 집중도를 제공하는 한편 덜 현저한 부분은 차단되고 그리고 이에따라 광자의 더 적은 집중도를 수용한다. 이에따라 현저한 부분으로부터 상대적으로 많은 재료가 제거되어, 표면 거칠기를 감소시킨다.
극소구조는 선택된 면적으로부터 선택된 깊이로 재료를 제거하도록 표면을 선택적으로 조사함에의해 형성될 수 있다.
불필요한 재료는 편광 레이저 광으로 표면을 처리함에 의해 표면에 손상을 입히지 않고 기판 재료상의 박막 피복물의 표면으로부터 제거될수도 있다.
또한 불필요한 재료는 편광 레이저 광에 의해 압전 기판, 예컨데, 강유전체 재료로부터 효과적으로 제거될 수 있다. 제거 효율은 낮은 반응성을 갖는 유동 가스, 예로써, 희가스, 예컨데, 아르곤을 사용함에 의해 개선된다.
불필요한 재료를 갖고 있는 면에 반대되는 기판의 면에 광자를 향하게 하여 불필요한 재료의 제거효율을 증가시킬수 있고 그리고 외부로부터 폐쇄 표면의 내부를 처리 할수 있다.
기판 표면상에서 필요한 재료의 화학 흡착은 유동 불활성 가스의 존재하에 표면을 조사함에 의해 필요한 재료가 결합될수도 있는 결합 사이트로부터 불필요한 재료를 제거함에 의해 이어서 표면을 필요 재료에 노출시킴에 의해 개선될수도 있다.
도 1은 본 발명의 원리에따라 기판으로부터 불필요한 재료를 제거하기위한 방법 및 장치의 개략도이다.
도 2A-B는 선택된 기판으로부터 재료를 제거하는데 사용되는 2개의 시험 장치의 개략도이다.
도 2C는 도 2A-B에 도시된 것과는 유사하지만 광학적으로는 더 단순한 배열을 갖춘 제 3 장치의 개략도이다.
도 3은 임의의 도 2A-C에 의해 기판상에서 생성된 입사 방사선 영역의 기하학적 개략도이다.
도 4는 극소 구조를 형성하도록 기판으로부터 재료를 선택적으로 제거하기위한 기술을 개략적으로 예시한 도면이다.
도 5는 평탄화 공정전의 기판을 예시한 개략도이다.
도 6은 도 5의 기판의 평탄화 공정에서 사용하기위한 제 1 장치의 개략도이다.
도 7은 표면을 비스듬하게 조사함에의해 기판의 표면 거칠기를 선택적으로 감소시키는 것을 예시한 도면이다.
도 8은 본원에 사용되는 시험을 수행하는데 사용되는 타입의 편광 비임 분할기의 조작을 예시한 개략도이다.
그 예가 첨부도면에 예시되어 본 발명의 바람직한 실시예가 더 상세하게 설명된다. 도면에 있어서, 동일한 참조부호는 같은 부품을 지시하는데 사용된다.
1. 기초 처리 방법 및 장치
기판의 물리적 특성을 변경시키지 않고서도 기판의 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 제거하는 방법 및 장치는 도 1에 개략적으로 예시된다. 도 1에 도시된바와 같이, 불필요한 재료가 제거되는 기판(12)을 처리하는 장치(10)는 방사 시스템(400), 가스 시스템(500), 및 상대 운동 시스템(600)을 구비한다. 조사 시스템(400)은 방사선(11)을 기판(12)의 처리 표면으로 유도하는 적당한 전달 광학 기구(450) 및 레이저와 같은 (광자 에너지로 구성된) 방사선(11)의 원(410)을 구비한다. 가스 시스템(500)은 가스(18) 원(510) 및 방사선(11)이 가해지는 기판 원의 적어도 일부분위로 가스(18)를 유동시키게하는 연관 전달 시스템(550)을 구비한다. 바람직하게는, 가스(18)는 헬리움, 질소 또는 아르곤과 같은 화학적으로 불활성인 가스이다. 연관 운동 시스템(600)은 처리하고자하는 기판(12)의 처리 표면의 한부분과 방사선(11) 및 선택적으로는, 가스(18)사이에서 연관운동을 위해 제공된다.
장치(10)의 이들 부품의 각각의 구성요소(방사선 원(410), 전달 광기구(450), 가스 원(510), 가스 전달 시스템(550) 및 연관 운동 시스템(600))는 본원에 기술된것과 같은것일수도 있고 그리고 본 발명의 원리에따라 장치를 배치하도록 당해업자에 의해 용이하게 선택될 수 있다. 예를들어, 전달 광기구(450)는 거울, 렌즈, 광섬유, 조준기, 구멍 및 다른 요소를 구비할수도있다. 가스 전달 시스템(550)은 도관, 챔버, 라인, 밸브, 필터, 유동 계량기 및 다른 요소를 구비할수도 있다. 연관 운동 시스템(600)은 방사선(11) 및 가스(18)와 관련하여 기판(12)의 이동 또는 회전 운동을 위한 적절한 시스템일수도 있고 그리고 기판을 평면으로 운반하기 위한 운반 스테이지, 기판을 회전시키기위한 회전 설치물 또는 기판을 가로질러 방사선 비임(11)을 스캔할 수 있는 전달 광기구에서의 운동가능한 부품을 구비할수도 있다. 장치(10)의 예시된 실시예는 다음에 더 상세하게 기술된다. 장치(10)의 예시된 실시예는 다음에 더 상세하게 기술된다.
본 발명의 방법에 따라서, 광자 에너지는 기판 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 제거하기에 충분하고 그리고 기판 표면상에 남겨지는 필요한 재료의 물리적 특성을 변경하기에는 불충분한 공간 및 시간적 세기(에너지 및 동력 플럭스)로 기판 처리 표면상에서 조사된다.
불필요한 재료를 제거하기 위해서는, (더 동일한 재료, 기판 재료 또는 제 3 재료일수도 있는) 처리 표면상에 기초 및 인접 재료에 부착된 결합이 분해되어야만 한다. 각각의 이러한 결합은 에너지의 양을 이 결합 형성 에너지와 적어도 동일하게 도입함에 의해 분해된다. 통상적인 기판 재료를 위한 결합 형성 에너지(예컨데, 결합이 형성될 때 방출되는 에너지의 양)는 다음 표1a 에 도시하였다. 도시된 결합 에너지는 재료 요소 그 자체들 사이(예컨데, Cr - Cr) 그리고 재료 요소와 산소(예컨데, Cr - O)사이에서 알 수 있다. 다양한 탄소 화합물을 위한 결합 형성 에너지는 다음 표1b에 도시하였다.
도표 1a
원소 결합 형성 에너지(eV/결합)
자체 산소(-O)
O 5.2
Cr 1.6 4.5
Si 3.4 8.3
Mo 4.2 5.8
Fe 1.0 4.1
Ni 2.1 4.0
Er 6.4
Zr 8.1
Ta 8.3
W 7.0
도표 1b
원소 결합 형성 에너지(eV/결합)
C 6.3
Cl 4.1
F 5.7
H 3.5
Mo 5.0
O 11.2
Si 4.7
Zr 5.8
결합은 광자에 의해 운반된 에너지가 결합 형성 에너지보다 더 큰 양으로 결합에 가해질 때 분해된다. 이 결합 분해 공정에서는 고유한 비작용적인 에너지가 있어서, 이에따라 필요한 광자 에너지의 양은 결합 형성 에너지에 대략 2인 것으로 여겨진다. 표 1a 및 1b에서 알수있는바와 같이, 산화물 결합 에너지는 4.0 내지 8.3 eV 정도이지만, 유기(탄소) 결합 에너지는 3.5 내지 11.2 eV 정도이다. 이에따라, 대략 7 내지 22eV 의 광자 에너지가 필요하다.
광자의 에너지는 관계식 c가 광 속도(3 x 108m/s)이고, λ는 파장(m)이고, 그리고 h는 프랭크 상수(4.14 x 10-15eV 초)인 관계식
식 1
에서 파장에 의존한다. 레이저의 다양성은 다음 표c에서 알 수 있다. 이 표에서 레이저 매질(매질은 가스(g), 액체(l), 고체(s), 또는 플라즈마(p)), 광자 파장 λ(nm), 및 광자 에너지Eph(eV)임을 알 수 있다. 연속 파장 레이저에 있어서, 평균 동력 P평균(W)는 또한 알수있으며, 그리고 펄스 당 에너지 E펄스(J), 대표 펄스 존속 기간 t펄스(ns), 및 펄스 P최고(MW)동안의 최고 동력을 알 수 있다.
도표 1c
통상적인 기판재료에서 상기한바에서 알 수 있는 필요 에너지와 상기 레이저의 광자 에너지를 비교하여(그리고, 이에따라 기대한 비효율성을 고려하면), 대부분의 경우, 단일 광자의 에너지는 중요 결합을 분리하는데 충분하지 않을 것이라는 것이 명백하다. 그러나, 결합 분해 에너지는 결합 분해 에너지는 광자 가 매우 짧은 시간내에 또는 본질적으로는 '동시에' 결합을 타격하면, 다수의 광자에 의해 공급될수 있는 것으로 여겨진다.
에너지의 특정양이 각 결합을 분해하는데 필요하기 때문에, 기판의 처리 표면으로부터 불필요한 재료의 주어진 양을 제거하기 위해 필요한 에너지의 전체 양( 및 이에따르면, 주어진 에너지의 광자의 전체 수)은 일반적으로 재료의 양에 있어서 결합의 수와 비례한다. 광자는 처리 표면(원자 또는 분자(단일 층)의 최상의 하나 또는 2개충)의 계면 영역에서의 결합과 상호작용하는 것으로 여겨진다. (산화물층과 같은)재료의 실질적인 연속 층을 제거함에 있어서, 이에따라 단일층에서의 재료의 단위 표면적 및 두께를 고려하는 것이 도움이 된다. 이에따라서 주어진 표면적에 있어서, 재료의 특정 두께(또는 단일층의 수)를 제거하는 것은 주어진 에너지 양(광자 의 수)의 효과적 적용을 필요로 한다. 물론, 기판 처리 표면을 타격하는 모든 광자 가 결합을 분해하는 것이 아니고, 광자 의 작은 분획이 결합분해에 기여하는 것으로 여겨진다. 광 에너지의 흡수에 있어서 효과적인 구역(결합 또는 이들의 부)은 표면적의 적은 분획을 점유하기 때문에 최소한 부분적인 것으로 여겨진다. 그러나, 적어도 주어진 재료에 있어서, 분해되는 결합의 수를 토대로, 필요한 광자의 실제수 및 이론 수사이에는 비교적 일정한 관계가 있는 것으로 여겨진다. 이에따라 고려되는 적절한 파라메터는 제거되는 불필요한 재료의 두께에 대응되어, 기판 처리 표면에 가해지는 에너지 플럭스(단위 면적 당 에너지, 또는 단위 면적 당 광자의 수)이다.
상기 지적한바와 같이, 중요 결합은 선택된 방사선 원에 의해 방사된 단일 광자 에 의해 운반된 것보다 더 많은 에너지가 필요로 되는 경우가 있다. 이러한 결합은 본원에서 '다수 광자 결합'으로서 언급된다. 상기 지적한바와 같이, 2개 또는 그이상의 광자 에너지는 광자가 동시에 결합을 타격하는 경우 다수의 광자 결합을 분해하는데 필요한 에너지를 공급하는 것이 부가되는 것으로 여겨진다. 이것은 동력 플럭스(유닛 시간 당 유닛 면적당 에너지)인 결합 사이트에서 광자 의 도착 속도를 암시한다. 나아가 다수 광자 결합 분해에 대한 개연적 특징이 있는 것으로 여겨진다. 기판 면적에 대해 주어진 평균 동력 플럭스에 있어서, 임의의 주어진 결합 사이트에서 광자의 평균 도착속도가 존재한다. 그러나, 광자의 실제 도착 속도는 평균 값에 대해서 불규칙하게 분포되어 있어야 한다. 이에따라, 광자 에너지부가가 다수 광자 결합을 분해하게하는 최소 광자 도착 속도(광자 사이에 최대 시간 간격)로 있다면, 최소 도착속도에 대응하는 주어진 면적에 가해진 평균 동력 플럭스는 필요 도착 속도(또는 더 큰 속도)에 노출된 면적에서 결합 사이트의 대략 절반을 노출시킬 것이다. 이와 반대로, 평균 동력 플럭스가 최소 필요 광자 도착 속도를 생성하는데 필요한 것보다 약간 낮다면, 광자는 필요한 간격내에서 일부 결합 사이트에 도착할 것으로 기대된다.
요약하면, 기판 처리 표면으로부터 불필요한 재료의 주어진 두께를 제거하기위해서는, 최소 전체 에너지 플럭스(단위 면적 당 주어진 에너지 수준의 광자 의 전체 수)가 불필요한 재료에 가해져야만 한다. 다수의 광자 결합이 포함된다면, 특정 동력 플럭스가 필요로되고 그리고 동력 플럭스가 더 높다면, 각 결합 사이트가 필요 광자 도착 속도에 이르게되는 기회는 더 커진다. 이에따라, 광자 에너지 의 적절한 원의 선택은 필요 광자 에너지의 평가 및 다수 광자 결합에 있어서는, 유용한 동력의 평가를 필요로한다. 후술될 데이터로부터 더 명백해지겠지만, (높고 이에따른 다수의 광자, 결합 에너지를 갖춘)산화물 및 유기 필름을 제거하기 위해서, 이에따라 바람직한 광자 원은 최고 동력 수준 및 높은 광자 에너지를 갖춘 펄스 UV레이저이다.
표면상에 남겨지는 재료의 물리적 특성의 변경을 피할 필요성이 고려되어, 기판 처리 표면에 가해질수도 있는 에너지 및 동력 플럭스를 제한한다. 일반적으로 재료의 물리적 특성의 변경은 재료의 온도를 한계 수준이상으로 증가시킴에 의해 야기된다. 방사 에너지의 적용에 의해 야기된 재료 표면 온도의 변화는 재료의 열전달 특징 및 적용된 방사선의 동력 및 에너지 플럭스에 의존한다. 주어진 기판 재료상에서 사용될 수 있는 최대 동력 및 에너지를 플럭스를 발견하기 위해서는 얼마간의 시험을 필요로한다. 증기화, 융제, 표면 용융에 의존하는 종래 기술의 세척 기술은 기판 재료의 상태 변경을 생성하는데 필요한 에너지 및 동력 플럭스에서의 얼마간의 지침을 제공한다. 일반적으로, 광자는 바람직하게는 광자의 원으로부터 주어진 출력을 위해 표면에서 동력 및 에너지 플럭스를 최대화하기위해, 처리하고자 하는 기판의 부분 평면에 수직으로 지향된다. 그러나, 광자는 특정 환경에서 방법을 실행하기 위해 통상적이거나 또는 필요에따라 기판에 대해 각이져서 지향될수도있다. 물론, 표면에서의 에너지 및 동력 플럭스는 광자 원의 출력을 선택하는 것을 고려하여야만 하는 표면의 평면과 관련하여 광자의 입사 사인각에 따라 변경될 것이다. 몇몇의 상황에 있어서는, 비스듬한 각으로 방사선을 바람직하게 조사하도록 지향하고 그리고 이에따라 이것을 매끄럽게 하도록 피이크를 제거하는 것이 바람직하다.
레이저로부터 방사되는 광의 비임은 전형적으로 가우스 비임 형태를 갖는다. 가우스 형태는 전달된 에너지의 특성을 나타내며 에너지는 중앙에서 가장 크고 비임의 에지를 향해 감소된다. 이 가우스 비임 형태는 구형 광학 장치와 결합되어 사용될 때 효과적이며 그리고 리소그래피, 드릴링 및 마이크로 기계 가공 분야에서 응용성을 갖는다.
반면에, 비임 프로파일(평평한 상단 비임 프로파일)을 가로지른 균일한 에너지 밀도는 다수의 응용분야에서 바람직하다. 평평한 상단 비임 프로파일은 구멍과 비임 균질기, 구멍 또는 광 균질기를 사용함에 의해 생성될수 있다. 이 프로파일은 비임 포커스를 형성하는 상당한 가요성이 기판에 대한 손상을 방지하고 그리고 저량의 에너지로 불필요한 재료를 제거하도록 하는데 충분한 에너지가 스케닝된 면적의 중앙에 과하게 노출되지 않고서 스케닝된 면적의 모든 부분에 균일하게 전달될수 있기 때문이다. 그밖에도, 평평한 상단 프로파일은 또한 에너지의 균일한 분배를 위해 제공되는 작업 부분에서 최종 포커스에 위한 원통형 렌즈를 사용할수 있도록 한다.
2. 시험 장치
(본원에서 장치 A 및 B 로 언급된) 2개 셋트의 시험 장치를 다음 실시예에서 사용하였다. 장치 A는 도 2A에 개략적으로 도시하였다. ( 도 10A에서 확인된) 이장치에서, 방사선 원은 모델 번호 LEXtra 200로 Lambda Physik에서 시판되는 펄스 KrF 액시머 레이저인, 레이저(411)이다. 이 레이저는 파장이 (5.01eV의 광자 에너지에 있어서) 248nm이고, 펄스 당 최대 출력 에너지는 600mJ 이고, 그리고 고정 펄스 존속 기간은( 펄스 당 최대 동력이 17.65MW 일 때)34ns 이다. 최대 펄스 반복 속도는 최대 평균 동력이 18W가 되도록 30Hz이다. 방사선 비임은 레이저 출력에서 23mm X 13mm이다.
방사선 전달 시스템(450)은 레이저(411)를 떠날 때 방사선 비임(11)에의해 만나는 순서에 따라, 구멍 평판(452), 45。 회전된 거울(453, 454, 455 및 456) 및 초점 조정가능한 렌즈(457)를 구비한다. 구멍 평판(452)은 폭이 6mm이고 그리고 길이가 25mm인 사각형 구멍을 갖춘 평편한 평판이고 그리고 방사선 비임(11)의 에너지의 공간 분포가 비임에 수직으로 평면을 가로질러 대략적으로 균일하도록 레이저(411)로부터 방사하는 광자의 가우스 분포의 '미부'를 차단하는데 사용된다. 각각의 거울(453)(50㎜) 및 (454)(50㎜)은 회전 거울이고 거울(455)(25㎜) 및 (456)(25mm)은 평면 거울이다. 초점 조정가능한 렌즈(457)는 폭이 25mm, 길이가 37mm이고, 초점 길이가 75mm이다. 기판(12)의 표면으로부터 초점 조정 렌즈(457)의 높이 및 이 렌즈의 배향(요면의 위 또는 아래)을 선택함에 의해, 기판 표면에서의 비임 부위의 폭은 조정된다. 모든 광학 부품은 248nm 광에 대해서 무반사 피복된다.
제 2 장치의 장치B(도 2B에 도시된)의 전달 시스템(450)은 제 1 회전 거울(453)이 생략되고(그리고 레이저(411 및 구멍 판(452)이 회전 거울(454)을 향해 직접적인 지점으로 90。로 일치하여 재배향되고) 그리고 회전 거울(455)이 (장치A에서는 25mm라기보다는) 50mm인 것을 제외하고는 장치A와 동일하다. 더 단순하고(이에따라 바람직한)연속 광학 기구를 갖춘(실험에서는 사용하지 않은) 제 3 장치는 2C에 도시하였다.
방사선 비임(11)은 기판(12)이 설치되는 스테이지(610)에 대략 수직으로 전달된다. 도 3에 도시한바와 같이, 스테이지(610)는 (스테이지의 평면과 평행하고 그리고 화살표 X 및 Y에 의해 지시된) X 및 Y 방향으로 이동될 수 있다. 방사선 비임(11)은 일반적으로 폭이 w이고 길이가 l인 사각형의 입사 방사선 영역(611)을 생성한다. 영역(611)은 이동 스테이지(610)에 의해 기판(12)의 표면을 가로질러 세척된다.
가스 전달 시스템(500)은 이중 스테이지 조절기, 습기/산소 흡수기(0.01ppb의 농도를 흡수하는 MG 인더스트리 옥시졸브(Oxisorb)), 밀리포어(Millipore) 모델 304 입자 여과기, 및 유동 계측기, U.S. Filter 멜브라록스(Membralox) 여과기(0.001㎛로 여과함), 및 노즐 종결 인접 영역(611)과 연결된 액체 질소의 듀어(dewar)(4500 l 용량)를 구비한다. 노즐(551)은 영역(611)을 가로질러 유동 가스(18)를 배출하고 그리고 스테이지(610)와 기판(12)이 이것과 관련하여 이동되도록 영역(611)과 관련하여 고정되어있다. 이 가스 전달 시스템은 전형적인 대기 가스에 민감하지 않은 재료에 유용하고 그리고 (본 특허 출원에 기술된바와 같은) 처리를 하는동안 대기로부터 기판을 분리하기 위해 의도되거나 또는 필요할 때 요구되는 것보다 장치를 더 단순하게 한다.
비디오 카메라(700)는 감시 영역(611)에 위치되고 그리고 이에따라 처리 결과에 따라 시각 자료를 제공한다.
예시된 실시예에 있어서, 스테이지(610)는 먼저 X 방향에서 길이방향으로 이동되는 한편 방사선 비임(11)이 방사선 비임(12)에 대해 노출되어있는 기판(12)상에서 기다란 직사각형 스오쓰(swath(612))를 생성하도록 기판(12)에 가해진다. 스테이지(610)는 출발 위치로 역으로 색인될수도 있고 그리고 스오쓰(612)를 너머 다르게 '통과'되도록 X방향으로 다시 이동된다. 하나 또는 그이상 통과한후, 스테이지(610)는 길이 l 와 대략 동일한 거리로 Y 방향으로 측면으로 이동될수도 있어서, 이전이 스오쓰(612)에 인접한 다른 스오쓰를 형성하도록 x방향을 통해 다시 이동된다. 이에따라서, 처리하고자 하는 기판(12)의 표면 부분은 방사선 비임(11) 및 가스(18)의 병류 유동에 실질적으로 노출된다.
레이저(411)의 단일 펄스동안 방사선 비임(11)에의해 기판(12)의 표면상에이 임의의 지점에 가해진 에너지 플럭스(단위 면적당 에너지)는 에너지 분배된 면적에 의해 나누어진 표면에서의 펄스의 에너지와 동일하다. 이것은
식 2
으로 나타낼수있는데, Feps는 표면(J/cm2)에서의 단위 면적 당 펄스 에너지 플럭스이고, Eps는 표면(J)에서 펄스 에너지이고, 그리고 i및 w는 영역(611)(cm)의 길이 및 폭이다. 유사하게는, 펄스 동력 플럭스는 tP가 레이저 펄스 존속 기간인
식 3
로 계산될 수 있다.
광기구 및 구멍 평판을 통해 방사선 비임(11)의 통로과 관련된 에너지 손실이있다. 이에따라, 표면(EPS)에서의 레이저 펄스 에너지는 방사된 레이저 펄스 에너지보다 작다. LEXtra 200 레이저는 실험하는 동안 레이저 에너지 출력을 기록하는데 유용한 펄스 에너지 계측기와 소형 제어기를 구비한다. 그러나, 내부 계측기는 극히 정밀하지는 않다. 더 정확한 에너지 측정을 제공하기위해서는, 시험 장치는 더 정확한 판독을 하도록 내부 계측 판독부에 적용되어지는 정정 팩터를 개선시키도록 보정된다. 이에따라서, 표면(EPS)에서의 레이저 펄스 에너지는 처리표면의 위치에 배치된 JD 1000 주울메터 및 Molectron J50으로 측정하였고 그리고 측정된 에너지 판독부는 펄스 에너지(EPM)의 내부 계측 판독부와 비교하였다. 이에따라 정정 팩터(R정정)는 연속 광기구를 통한 손실 및 계측기 부정확성을 포함하여 개선된다.
Eps= Epm· R정정
식 4
이 정정 팩터는 일정하지 않은데, 이것은 레이저의 출력 수준과 대략적으로 선형으로 변경되는 것으로 발견된다. 펄스 에너지는 대략 17 내지 22eV사이의 수준으로 조정될 수 있는 레이저에 대한 전압 입력(VI)에 따라 좌우된다. (내부 계측기에의해 지시된바와 같은)레이저 출력 에너지는 주어진 전압 설정에 있어서, 전압은 펄스 에너지의 측정에 따라 직접 사용될 수는 없지만, 대신에 내부 계측기가 판독되도록 레이저 가스 공급 수준으로서 그러한 팩터에 따라 좌우된다. 편리하게 하기 위해, 정정 팩터는 전압 설정의 작용으로서 계산되고, 이어서 내부 계측기로부터 에너지 판독이 적용된다. 정정 팩터는 m이 기울기이고, b는 선형 관계식에서 절편인
식 5
의 형태이다.
2개의 시험 장치에 대한 m 및 b의 값은 표 2a에 도시하였다.
도표 2a
인자 적용 A 적용 B
b 1.20 0.74
m 0.029 0.066
식 6
이에따라서, 처리 표면에서의 펄스 당 에너지는 이다.
예시된 실시예에 있어서, 스오쓰(612)는 (점선으로 도시된 제 2 영역 (611')에 의해 도 3에 지시된바와 같은) 연속된 분리 영역(611)로부터 형성된다. 영역(611)이 영역(611)(△X)으로부터 오프셋된 거리는 (레이저 속도 반복 속도 Rl의 역인)레이저 펄스와 스테이지(610)의 이동 속도(스캔 속도 vs)사이의 시간의 산물이다. 기판상의 주어진 지점에 전달된 에너지 플럭스는 이에따라 펄스 당 에너지 플럭스(Feps)이고 그리고 지점이 노출된 레이저 펄스의 수(Npl)의 산물이다. 펄스의 수 Npl은 스테이지가 펄스들사이에서 운동되는 거리△X에 의해 나누어진 영역(611)의 폭w와 동일하다. 물론, w가 △X의 다수 정수 집합이 아니고 그리고 각각의 지점이 펄스의 정수 수를 수용해야만한다면, 모든 각각의 지점이 동일한 수의 펄스를 수용하는 것이 아닐것이다. 그러나, 상기 개설된 관계는 각각의 스오쓰(612)를 너머 적용된 평균 에너지를 결정하도록 적당하게 정확하다. 나아가, 다른 스오쓰(612)를 시작하기전에 스테이지를 측면으로 색인하기보다는, 이 스테이지는 동일한 측면위치에서 남겨질수있으며 그리고 동일한 위치에 적용된 다른 스오쓰(612)에 있어서는, 기판을 너머 다르게 통과되게한다. 이에따라, 전달된 전체 에너지 플럭스(Fet)는 통과횟수 당 에너지 플럭스(Fepa) X 통과 횟수(Npa)와 같다.
이에따라, 기판(12)의 표면에 적용된 평균 에너지 플럭스는
식 7
으로 계산될 수 있다.
주어진 지점에 적용된 전체 에너지 플럭스는 통과횟수 당 에너지 플럭스(Fepa)에 통과 횟수를 곱함에의해 수득된다.
Fet= Fepa· npa
식 8
다음의 실험 데이터에서, 시험 파라메터는 표 2b에 도시된바와 같다.
모든 시험에 있어서, 처리 표면을 가로지른 질소 가스의 유동 속도는 250 내지 500ml/s이다.
3. 산화 필름의 제거 실시예
산화 필름과 관련하여 상술한 기초 처리 방법 및 장치를 적용하는 것을 다음 실시예에서 예시하였다. 각각의 실시예에 있어서, 연속적인 처리 '작업'은 하나 또는 그이상의 산화 기판재료의 샘플상에서 이루어진다. 각각의 작업은 하나 또는 그이상으로 스오쓰상에서 통과되면서 처리 표면을 가로질러 단일 스오쓰(612)를 처리하는 것으로 이루어진다. 또한, 지시하지는 않았지만, 샘플은 (스퍼터 타겟의 평편한 면과 같은)평면의 표면상에서 처리하였다.
처리의 효과는 표 3a에 설명된 6개 지점의 세척 속도(R) 등급에 따라 분류하였다.
도표 3a
Rc 의 미
1 완전히 제거
2 추가의 패스 필요
3 다수의 패스 필요
4 열악한 제거는 공정 조건을 변경함
5 조건의 한계 설정
6 제거되지 않음
이들 시험에 있어서, 대상물은 처리표면을 손상하지 않고 가능한 적은 통과횟수(바람직하게는 단일 통과)로 그리고 가능한 가장 높은 스테이지 속도로 모든 산화물을 제거하였다. 이것은 최소한 가능 시간으로 기판을 처리하도록, 산업적 적용을 위해 최대 처리 속도에 대응된다. 상술한바와 같이, 중요 키이 공정 팩터는 펄스 당 에너지 플럭스(Feps), 펄스 당 (34ns의 고정 펄스 존속 기간에 의해) 직접 연관된 동력 플럭스(Fpps) 및 전체 에너지 플럭스(Eps)인 것으로 여겨진다. 이들 공정 펙터는 펄스 에너지(Eps), 레이저 펄스 반복 속도(Rl), 스테이지 속도(Vs), 및 입사 영역 폭(w)을 조정함에의해 변경된다.
a. 크롬 스퍼터 타겟
이 실시예에 있어서, 산화 크롬 스퍼터 타겟은 장치B로 처리된다. (하기에 기술된 실시예에서 사용되는 다른 스퍼터 타겟으로서) 스퍼터 타겟은 대략 길이가 21cm이고, 약간의 타원형 형태로 최대 폭은 9cm 이다. 연속적인 9회의 작업을 수행하였으며, 그 결과는 다음 표 3b에 요약하였다.
도표 3b
이들 자료는 작업이 적용되는 펄스 수준 당 동력 플럭스가 다수의 광자 결합에 있어서 한계수준에 이르게 되는 것을 제시하고 있다. Fpps의 값이 대략 12MW/cm2이고, Fepa의 값(예컨데 작업 5 내지 7)이 일정하고 그리고 이어서 Fepa의 값(예컨데, 작업 8 내지 10)이 더 낮을 경우 우수한 제거 효과가 얻어졌다.
b. 에르븀 스퍼터 타겟
이 실시예에 있어서, 산화된 에르븀 스퍼터 타겟은 장치B로 처리하였다. 그 결과는 다음의 표 3c에 요약하였다.
도표 3c
관측된 청색 산화물은 에르븀 산화물 또는 스퍼터링 타겟의 상호작용으로인한 약간의 다른 부산물인 것으로 여겨진다. 가동하는 동안 모든 작업은 동일한 비임 폭이 2.9mm이지만 레이저 펄스 에너지 Eps( 및 이에따라 펄스 동력 플럭스 Fpps)는 약간 증가하고, 그리고 스캔 속도가 상당히 증가하여 이루어진다. 제 1의 2회의 작업은 부분적 세척을 생성하지만, (대략 8MW/㎠의 약간 높은 Fpps에서 ) 연속 작업은 전체 에너지 플럭스Fet의 수준을 연속적으로 더 낮게하고, 0.7 J/㎠로 우수한 제거를 하면서 우수한 세척을 생성한다. 이것은 Fpps에 대한 다수의 광자 결합 한계치가 작업 2 및 3사이에서 교차하는 것을 지시하고 있다.
작업 7에서, 스테이지 속도Vs는 전체 에너지 플럭스의 수준을 산화물을 제거하기위해 매우 낮은 수준으로 감소시키려는 시도를 할 때 50mm/s 로 증가하였다. 이 작업은 X 방향으로 잔류 산화물 라인이 '회절' 패턴을 생성하여 산화물이 남아있는 영역이 중간, 세척 영역과 동일한 에너지 또는 동력 플럭스에 노출되지않는 것을 지시하고 있다. 속도는 연속 입사 영역(611)이 겹쳐지지 않도록 높지않지만(30/s의 레이저 반복속도에서, 기판은 입사 영역의 폭(2.9mm)보다 작은 펄스들사이에서, 거리(2.9mm)로 이동된다), 관측된 작용은 입사 영역(611)의 X의 크기를 가로질러 광자 의 가우스 분포를 지시할수도있다.
c. 지르코늄 스퍼터 타겟
이 실시예에 있어서, 산화된 지르코늄 스퍼터 타겟은 장치B로 처리된다. 이 결과는 표 3d에 요약해놓았다.
도표 3d
이전 실시예에 있어서, 가동하는 동안 모든 작업은 동일한 비임 폭이 2.9mm이지만, 레이저 펄스 에너지 Eps( 및 이에따라 펄스 동력 플럭스 Fpps)는 약간 증가하고, 그리고 스캔 속도가 상당히 증가하여 이루어진다. 각각의 작업은 전체 에너지 플럭스의 수준을 연속적으로 더 낮게하고, 대략 0.9 J/㎠로 우수한 제거를 하면서 우수한 세척을 생성한다.
d. 탄탈륨 홀더(holder)
이 실시예에 있어서, 산화된 탄탈륨 원통형 홀더는 장치B로 처리하였다. 홀더는 원통형이기 때문에, 처리를 위한 곡면 표면이 존재하고 그리고 스테이지의 선형 이동 능력은 표면위로 비임 입사 영역(611)을 매끄럽게 스캔하기에는 적절하지 않다. 이에따라, 이 홀더는 입사영역이 겹치지않는 속도에서 수동으로 회전시켰다. 하기의 표3e에 도시된 데이터는 분리된 입사 영역에 제공하였다.
도표 3e
이 데이터에서 대략 0.5J/㎠의 에너지 플럭스가 기초 탄탈륨 기판으로부터 탄탈륨 산화물 필름을 제거하기에 적절하다. 대략 22MW/㎠이상의 동력 플럭스에서(작업 1-3에서), 약간의 드웰 손상이 생성되는데, 기판 표면의 공백이 관측된다.
e. 텅스텐 도가니
이 실시예에 있어서, 산화된 텅스텐 도가니는 장치B로 처리하였다. 이 도가니는 길이가 10cm이고, 폭이 2.5cm인 (처리되는 영역에서는 대략 반원통형인)기다란 접시형이다. 하기의 표 3f에 도시된 데이터는 (오목한)내부 표면에서 작업 1-3 그리고 (볼록한) 외부면에서는 4-7을 포함한다.
도표 3f
이들 데이터에서 텅스텐 산화물은 대략 1.3J/㎠만큼 낮은 에너지 플럭스에서 제거될수 있지만, 기판은 대략 41MW/㎠만큼 높은 동력 플럭스 속도에서는 손상되지 않는다는 것을 알 수 있다.
f. 몰리브뎀 합금 마스크
이 실시예에서, 몰리브뎀 합금으로 제조된 (실리콘 칩의 와이어 형태 용기 면적을 생성하는데 사용되는)3개의 산화 마스크는 장치A로 처리하였다. 이 마스크의 처리로부터 데이터는 하기 표 3g에 요약하였다.
도표 3g
다른 2개의 마스크에 대한 것과는 다른 샘플1에서 사용되는 더 큰 마스크로부터 산화물을 제거하는데는 더 높은 전체 에너지 플럭스(Fet)를 필요로한다. 제 1 마스크상에서, 나머지 재료에 손상을 표시할수도 있는 작업 6 내지 9a에서 처리시 갈색 잔류물이 남는다. 또한 이 데이터에서 Fpps가(Fpps가 대략 30MW/㎠보다 적은) 샘플1에서 다수 광자 결합 동력 한계치를 초과하지 않지만 (Fpps가 대략 60MW/㎠이상인) 샘플 2 및 3에서 한계치를 초과함을 알 수 있다.
g. 강 룰러(ruler)
이 실시예에서, 산화된 강 룰러는 장치A로 처리하였다. 이 룰러의 처리한 것으로 부터의 데이터는 하기 표 3h에 요약하였다.
도표 3h
이 데이터에서 다수의 광자 결합 동력 플럭스 한계치는 작업 2b 내지 2c-7사이에서 교차됨을 알 수 있다.(이에따라 대략 7.5 내지 9.3MW/㎠사이에 있다.) 나아가, Fpps는 작업 5 -7에서 충분히 높지않지만, 전체 에너지 플럭스Fet는 모든 산화물을 제거하기에는 (대략 1.5 내지 1.9J/㎠에서는) 충분히 높지않다.
h. 니켈 / 철 합금 스퍼터 타겟
이 실시예에서, 스퍼터 타겟은 장치B로 처리하였다. 이 스퍼터 타겟은 니켈 및 대략 19%의 합금으로 형성된다. 이 타겟을 처리하여 얻은 데이터는 하기 표 3i에 요약해놓았다.
도표 3i
작업 1, 3, 4, 5 및 7에서, 붉은색 광의 상호작용이 처리하는동안 관측되었고 그리고 작업 7에서 표면에는 약간 붉은 색이 주형되어 남는다. 기판이 대략 20 내지 26 MW/㎠의 더 높은 펄스 동력 플럭스에서 손상된다는 설명이 가능하다. 이와달리 더 높은 플럭스는 (예컨데 더 높은 결합 에너지를 사용하여) 산화물층의 조성물에서 제거하기가 더 어려운 조성물로 변경을 유도할 수도 있다. 이것은 더 많은 전체 에너지 플럭스가 모든 산화물 층을 제거하는 작업에서 필요로되어진다는 관측과 일치한다. 이와 대조적으로 대략 9 내지 10MW/㎠를 범위로하는 낮은 펄스 동력 플럭스가 (대략 1.3 또는 그이상의 J/㎠의 전체 에너지 플럭스Fet를 사용하여)산화물을 제거하는데 적절하다.
i. 니켈 합금 스트립
이 실시예에서, 산화 니켈 합금 스트립은 장치A로 처리된다. 니켈 합금은 결정되지않은 조성물이다. 스트립을 처리하여 얻어진 데이터는 하기 표 3j에 요약해놓았다.
도표 3j
작업 4의 육안 관측으로 갈색의 잔류물을 발견할수있었는데, 이것은 나머지 재료가 손상되었음을 나타낸다. 패스들 사이에서의 작업의 육안 관측으로 산화물은 각 패스에서 증가되어 제거됨을 알 수 있다. 나아가, 이것은 다수의 광자 결합 동력 플럭스 한계치가 대략 50MW/㎠이고, 낮은 값의 Fpps에서 약간의 세척이 달성되지만, 더 높은 값의 Fet가 모든 산화물을 제거하는데 필요하다.
j. 동 화폐
이 실시예에 있어서, 산화된 U.S. 화폐(구리)는 장치B로 처리하였다. 3개의 화폐는 하나의 작업이 각각의 화폐의 각각의 관측 및 그 역면에서 이루어지면서 처리하였다.(작업은 각 코인에 대해 쌍으로 이루어지며, 작업 1 및 2는 동일 코인에서 이루어지며, 3 및 4는 다음것에 대해 이루어짐) 이 화폐의 처리로부터 얻어진 데이터는 표 하기 3k에 요약하였다.
도표 3k
이들 데이터에서 대략 8 내지 20MW/㎠의 펄스 동력 플럭스 수준에서 구리 산화물이 효과적으로 제거되지만(모든 또는 거의 모든 산화물을 제거하기위해 대략 13 내지 130 J/㎠의 전체 에너지를 필요로함), 더 높은 펄스 동력 플럭스(작업6에서 20MW/㎠)는 표면을 손상시킬수있음을 알 수 있다.
k. 니켈 합금 쿼터 달러
이 실시예에서, (니켈 합금 표면층으로된) 산화된 U.S.쿼터 달러 코인은 장치B로 처리하였다. 2개의 쿼터는 하나의 작업이 각 쿼터의 각각의 관측 및 역 면에서 이루어지면서 처리된다(상술한바와 같이, 작업 1 및 2는 하나의 코인의 2개의 면에서 이루어지며, 그리고 3 및 4는 다른 것에서 이루어진다). 이 쿼터를 처리하여 얻어진 데어터는 하기 표 3 l에 요약하였다.
도표 3l
이들 데이터에서 쿼터의 니켈 합금 표면상의 산화물층은 1 내지 4 패스에서 대략 10 내지 11 MW/㎠의 펄스 동력 플럭스에서 효과적으로 제거되는 것을 알 수 있다.
4. 유기 필름의 제거
유기 필름과 관련하여 상술한 처리 방법 및 장치를 사용한 다음 실시예에서 설명된다. 달리 지적하지는 않았지만, 시험은 산화물 필름 제거 실시예와 동일 방법으로 수행하였고 그리고 나타낸 데이터는 동일한 형태와 단위이다. 모든 시험은 장치A로 수행하였다.
a. 스테인레스 강에서의 페인트
이 실시예에서, Ra 피니쉬가 20인 304스테인레스 강 디스크는 통상적인 금속 적용 페인트로 (분무함에 의해) 피복하였다(이경우에, 페인트는 상표명'RUSTOLEUM'으로 시판되는 것을 사용). 처리 결과는 하기 표4a에 요약하였다.
도표 4a
이들 데이터에서 상대적으로 두꺼운 유기 필름은 기판에 손상이 관측되지않고 스테인레스 강으로부터 효과적으로 제거될수있음을 알 수 있다. 페인트 필름은 전체 에너지 플럭스(F)가 적어도 대략 16J/㎠이고, 그리고 더 낮은 펄스 동력 플럭스(대략적으로 작업 9에서는 8MW/㎠)에서는 그이상의 전체 에너지(167J/㎠)이 필요로 한다는 것을 알 수 있다. 이것은 또한 동력 플럭스 한계치가 8 내지 12MW/㎠인 것을 알 수 있다.
b. 석영 웨이퍼 보오트상의 유기 필름
이 실시예에서, 다양한 유기 필름을 (로를 통해 반도체 웨이퍼를 이동시키는데 사용되는)일반적으로 원통형인, 슬롯이 형성된, 석영 웨이퍼 보오트의 표면에 적용하였다. 지문(인체 기름), 페인트( 청색 및 적색) 및 '매직 마커'의 3개 타입의 유기 필름을 적용하였다. 이어서, 석영 보오트를 장치B로 처리하였다. 이 처리의 결과를 하기 표 4b에 요약해 놓았다.
도표 4b
이들 데이터에서 유기 필름이 하나 또는 그이상의 패스에서의 다양한 에너지 수준에서, 석영 기판에 손상을 입히지않고 효과적으로 제거될수 있음을 알 수 있다.
c. 초점조정된 실리카 석영 윈도우상의 유기 필름
이 실시예에서, 다양한 유기 필름을 일반적으로, 평면의 초점조정된 실리카 석영 광 윈도우의 표면에 적용하였다. 먼지가 있거나 먼지가 없는 지문(인체 기름) 및 청색 페인트의 2개 타입의 유기 필름을 적용하였다. 이어서 이 윈도우는 장치A로 처리하였다. 이 처리의 결과는 하기 표4c에 요약하였다.
도표 4c
다시 이들 데이터에서 유기 필름은 하나 또는 그이상의 패스에서의 다양한 에너지 수준에서 석영 기판에 손상을 입히지 않고 효과적으로 제거될수있음을 알 수 있다.
5. 석영으로부터 다결정 실리콘을 제거
석영에서의 다결정 실리콘과 관련하여 상술한 처리 방법 및 장치를 적용한 다음 실시예를 예시하였다. 원통형 석영 로 튜브의 내부 표면은 로 튜브를 통해 통과되는 실리콘 다이를 처리하는동안 표면상에서 재응축된 다결정 실리콘 층을 제거하도록 처리하였다. 튜브의 부분 방사영역은 장치A로 처리하였다. 연속적인 시험작업을 수행하였으며, 그 결과는 하기 표5a에 나타내었다. 이 시험장치에서, 입사 영역(611)은 10분정도의 스캔 시간동안 폭(X 크기)이 0.9 내지 2.0mm의 스오쓰(612)를 가로질러 연속적으로 스케닝하였다. 표 5a에 나타낸 패스의 수(Npa)는 다음과 같다.
식 9
w스오쓰는 스오쓰(612)의 폭이고, t스켄는 스켄의 시간 존속기간이고 그리고 vi는 레이저 스켄 속도이다.
높은 에너지 및 동력 플럭스 수준에서, 다결정 실리콘 층이 완전히 제거되고 그리고 이에따라 석영이 방사선에 노출되는 지점은 석영에 형광성이 수반되는 것이 관측되었다. 이것은 큰 개선이 달성되는 시간의 통상적인 육안 지시기를 제공하였다.
도표 5a
이 데이터에서 다결정 실리콘이 석영의 표면으로부터 제거될수 있다는 것을 알 수 있다.
6. 표면 토포그래피 변형
상기 설명 및 데이터로부터, 재료의 실질적인 연속 층이 기판 표면으로부터 선택적으로 제거될수있다는 것은 명백하다. 기판으로부터 제거된 재료의 두께는 제거하고자 하는 재료의 결합 에너지, 적용된 광자 의 에너지(파장), 적용된 광자 의 에너지 플럭스 및 다수의 광자 결합에 있어서, 동력 플럭스의 함수이다. 또한, 에너지 및 동력 플럭스는 적용된 광자 의 공간 및 시간 세기로서 언급될 수 있다. 주어진 재료에 있어서, 의도한 두께의 재료층을 제거하는데 필요한 시간 및 공간 광자 세기를 결정하는 것을 가능하게한다. 산화 및 유기 및 무기 필름 층에 대해 상술한바와 같이, 재료의 층은 기판 표면을 가로질러 방사선을 스케닝함에 의해 기판의 연장 면적위에서 균일하게 제거될 수 있다. 그러나, 제거 공정을 적절하게 제어함에의해, 기판 표면의 토포그래피를 변형하도록 상대적으로 작은 면적으로부터 선택적으로 (비균일하게)제거하는 것이 가능하다. 토포그래피 변형은 극소구조를 형성하도록 미세가공을 하는 특성이 있거나 또는 거친 표면을 평탄화할수도있다.
a. 극소구조 형성
극소구조는 주변 표면위로 상승되어지는 둘레 구조로부터 기판 재료를 선택적으로 제거함에의해 구축될 수 있다. 이것은 2개의 방법으로 행하여진다. 첫 번째것은 통상적인 구조 스케일에서 밀링조작과 개념적으로 같다. 이러한 유추를 계속하기 위해서는, 입사 방사선 영역(611)은 (밀링 도구의 크기에 대응하여) 이 영역(611)의 크기가 제거될 수 있는 재료의 폭이 가장 작게되는 밀링도구로서 고려될 수 있다. 이와유사하게, ((610)과 같은 스테이지를 가로지르거나 또는 초점조정 광기구를 이동시킴에 의해)영역(611)에 운동에 대한 제어의 측면 리졸루션은 구조가 생성될수 있도록하는 축적과 정확성을 갖는다. 입사 영역의 각 '패스'에서 달성되는 '컷(cut)'의 깊이는 에너지 및 동력 플럭스에의해 규정되고 그리고 제거되는 재료의 전체 깊이는 표면에 만들어지는 패스의 수에 의해 더 제어된다.
단순한 극소구조의 형성은 도 5에 개략적으로 예시하였다. 극소구조는 기판(12)의 표면에 형성된 '트랜치(trench)'에의해 에워싸여진 '섬형부(720)'이다. 트랜치(710)는 섬형부(720)가 형성되도록 의도된 영역의 파라메터 둘레로 (상술한 실험장치에서는 사각형이었지만, 개략적으로는 원형영역으로 도시된)입사 방사 영역(611)으로 횡단함에의해 형성된다. 영역(611)의 횡단은 트랜치(710)의 다른 부분에서 영역(611')의 다른 위치에 의해 표시된다.
다른 미세가공 기술은 제거하고자하는 재료의 면적을 형성하는 마스크를 사용하고, 마스크를 처리표면 위에 또는 떨어져서 위에 겹치게하고 그리고 마스크를 가로질러 입사 방사선 영역을 균일하게 스케닝한다. 물론, 마스크 및 기판 재료가 선택되어야만 하고 그리고 기판 미세가공이 완결되기전에 사용할수없도록 마스크를 손상시키지 않고서 기판 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 제거하도록 광자 동력 및 에너지 플럭스 수준을 설정한다.
(사진 평판에서 사용하는것과 같은) 마스크에서 사용하기 위한 기술 및 레이저 입사 영역 크기 및 위치에 대한 제어는 극소구조의 미세가공으로 공간 축적에서 제어가능한 것으로 종래기술에서 설명되고 있다. 이에따라 이들 기술이 미세가공을 위해 본발명을 사용하도록 적용된 방법은 당업자에게 명백해질것이고 그리고 본원에서는 상세하게 기술하지는 않았다.
b. 평탄화 방법
또한, 기판 표면은 도 8에 개략적으로 예시한바와 같이, 방사선을 선택적으로 적용하여 '평탄화' 될수도있다. 만약 도 8에 도시된바와 같이, 기판(12)은 (영역(12b1, 12b2, 12b3등으로 표시된)두께가 비균일한 (층은 단순히 기판의 표면층일수도 있지만, 산화물층과 같은)층12b을 구비한다면, 산화물 층의 전부가 아닌일부를 제거하고 그리고 산화물층의 두께를(점선 12c로 표시한바와 같이) 더 균일하게하는 특별한 경우가 바람직할수도있다. 이것은 사전처리된 두께 및 의도한 두께사이의 차이와 같은 재료의 두께를 제거하도록 각각의 영역(12b1 등)에 방사선을 선택적으로 적용함에 의해 달성될 수 있다. 이 방사선은 기판의 표면을 가로질러 레스터(raster) 형태로 그리고 각 영역으로부터 제거하고자하는 재료의 의도한 양으로 스케닝될 수 있다.
사전 처리된 층(12b)의 두께를 정확하게 결정하도록(그리고, 선택적으로는 의도한 사후 처리 두께에 따르도록), 원위치 필름 두께 측정 기술을 사용하는 것이 바람직하다. 적절하게 공지된 기술은 정류 또는 비임 프로파일 분광계 또는 일립소메트리(ellipsometry)를 들 수 있다. (이러한 기술은 1994년 3월 반도체 인터내셔날 P. Burggaaaf 의 '박막 필름 계측, 새로운 플렛토우(Plateau)의 지향'에 기술되어있다. 이어서, 각 영역에서의 실제 두께는 불필요한 재료의 두께를 결정하도록 바람직한 두께와 비교될 수 있다. 이어서, 적절한 방사선 에너지 및 동력 플럭스는 불필요한 재료의 두께를 제거하도록 영역에 적용될 수 있다. 사후처리 두께측정은 실제 두께가 의도한 두께와 같도록 그리고 필요에따라 그밖의 처리가 제공되도록 될 수있다. 이 방법은 각 영역에 대해 반복적으로 연속될 수 있다.
적절한 장치를 도 6에 개략적으로 예시하였다. 기판(12)이 이동 스테이지(610)상에 설치되고 그리고 원(410)으로부터의 방사선(11)이 전달 광학기구(450)에의해 적용된다. 두께정보(805)는 일립소메터(810)(또는 다른 적절한 두께 측정 장치)에의해 수집된다. 제어기(850)는 일립소메터(810)로부터 두께정보를 수용하고 그리고 방사선 제어 신호(820)를 원(410)에 그리고 위치 제어 신호를 스테이지(610)에 또는 신호(830)를 조정가능한 광기구(450)로 출력한다.
c. 사각 조사
또한 두께가 비균일한 기판처리표면은 도 7에 개략적으로 예시한바와 같이 중간 기판 표면에 경사각에서 방사선을 적용함에의해 '매끄럽게' 될수도있다. (도 7에 단면도로 도시된) 기판(12)의 거친 표면층(12b)은 많은 방향으로(또는 처리 표면의 전체 평면과 비교하여 많은 각도로) 배향된 표면 요소를 갖춘다. 방사선(11)로부터의 입사 에너지 및 동력 플럭스 표면요소의 입사각이 사인 값으로 변경되기 때문에, 방사선에 대부분 수직인 부품은 경사진 부품보다 더 높은 플럭스로 노출될 것이다. 나아가, 차폐된 (노출되지 않은)부품은 플럭스를 수용하지않을 것이다. 그밖에도, 방사선(11)을 적용하는 누적작용은 수직으로 배향된 표면 부품으로부터는 비교적 더 많은 재료를 제거하고 그리고 (연속적인 사후 처리 표면 윤곽(12b', 12b")에 의해 개략적으로 표시된) 경사지거나 또는 차폐된 부품으로부터는 적게 제거할 것이다. 차례로 이것은 표면층(12b)의 평균 거칠기를 감소시킬 것이다.
편광의 제거 효과
상술한바와 같이, 기판이 박막의 피복물을 구비하고 있을 때 기판의 표면으로부터 불필요한 재료를 효과적으로 제거하는 것이 해결하여 할 문제이다. 박막 피복물의 두께는 수 옹그스트롬 내지 10마이크로메터를 그 범위로 할수 있다. 수많은 불필요한 재료를 제거하기에 충분한 에너지 및 동력 수준에서 상술한 장치 및 기술을 사용하여 그러한 표면을 처리하는 것은 몇몇의 피복물에 손상을 가하는 것으로 알려져 있다. 반면에, 박막에 손상을 입히지 않도록 충분히 낮은 에너지 및 동력 수준은 일부의 불필요한 재료를 효과적으로 제거하지 못하는 것으로 알려져 있다. 다음에 기술된 자료로부터 명백하게 알수있는바와 같이, 레이저 광의 편광은 박막에 손상을 입히기에는 불충분한 에너지 및 동력 플럭스에서 다양한 기판상의 다양한 박막 재료로부터 수개의 불필요한 재료를 제거하는 것을 결정하도록 하고 있다.
(특히 강유전체인) 일부 타입의 압전 물질은 상술한 기술 및 장치로 세척하는 것이 곤란한 것으로 알려져 있다. 압전 재료는 재료상의 전하 분포와 재료에서의 크기 변화사이의 상호 작용을 나타내는 것이다. 이에따라, 전기장의 외부 적용은 크기 변화 및 그 역을 생성한다. 압전 재료의 열로 유도된 크기 변화는 또한 전기장을 생성한다(초전 효과). 일부의 압전 재료는 또한 표면에서의 전기 쌍극자는 강한 상호 작용을 생성하도록 자동적으로 정렬되는데, 유전체 재료의 표면상에 재료와 상대적으로 강한 상호 작용을 하는 것으로 여겨진다. 편광된 레이저 광은 2개의 강유전체 재료, 리튬 니오베이트(LiNbO3) 및 리튬 탄탈레이트(LiTaO3)로부터 입자를 제거하는데 효과적이다. 세척 효과는 질소보다는 아르곤 가스를 사용하여 더 개선된다.
이들 시험에서 사용되는 KrF의 레이저 공동으로부터 방사되는 광자 펄스은 비편광되어 있고, 레이저 수단의 환경에서 광은 서로와 관련하여 시간에 대해 그것의 동력이 불규칙하게(그리고 역으로) 변화되는 2개의 직교 선형 편광된 동방향성 비임( p 성분 및 s 성분)으로 구성된다. 다음 설명에 있어서, 처리 표면에 적용된 레이저 광은 캘리포니아, 일빈(Irvine)의 멜레스 그리오트(Melles Griot)에서 부품 번호 08 BSQ 005로서 시판되는 고 에너지 레이저 비임 분할기에 의해 부분적으로 편광된다. 이 비임 분할기는 45°에서 50%의 평균 반사율로 한측면에 피복된 UV등급의 합성 융합된 실리카를 형성한다. 비임 분할기는 도 8에 개략적으로 예시되어 있다. 비편광된 입사 비임(910)은 비임 분할기(900)의 제 1 면으로 향한다. 입사 광은 반사된 비임(920) 및 투과된 비임(930)으로 분할된다. 248nm은 입사 비임의 71%의 s 편광된 성분 및 29%의 p 편광된 성분을 반사한다. 이에따라, 반사된 비임(920)은 주로 s 편광되고 그리고 투과된 비임은 주로 p편광된다. 각각의 반사 및 투과된 비임은 대략적으로 입사 비임 에너지 및 동력의 50%이다.
하기의 자료를 생성하는데 사용되는 장치는 비임 분할기가 광학 트레인(train)에서 하나 또는 그이상의 엘레멘트가 대체되는 것을 제외하고는 도 2A-C에 예시된것과 동일하다. 장치 A(도 2A)는 구멍 판(452) 및 제 1 회전 거울(453)을 비임 분할기로 대체함에 의해 변형되었다. 장치 B(도 2B)는 제 회전 거울(455)을 비임 분할기로 교체함에 의해 변형하였다. 비임 분할기는 광학 트레인에서 임의의 위치에 배치될수도 있지만 바람직하게는 레이저에 근접하게 배치된다.
각각의 하기 실시예에서, 일련의 처리 "조업"은 하나 또는 그이상의 기판 재료의 표본으로 행하여진다. 각각의 조업은 스오쓰(swath)상에 일회 또는 수회 실행되면서 처리 표면을 가로질러 단일 스오쓰(612)를 처리하는 것으로 구성된다. 지적된 것에도 불구하고, 표본은 평면의 표면에서 처리되었다.
하기의 각각의 실시예에 있어서, 실험 장치는 정정 인자(R보정)가 레이저 내부 계기(Epm)상에 나타내어진 펄스 에너지를 적용하기 위해 전개하도록 처리 표면(Epm)에서 펄스 에너지를 측정하여 상술한바와 같이 보정되었다. 또한, R보정은 상기 식(5)에 나타낸바와 같은 레이저 입력 전압 V의 선형 함수이다. 보정 계수 m 및 b는 각각의 다음 실시예에 지시되어 있다. 일반적으로, 편광자를 광학 트레인으로 도입하여 광학 손실을 상당히 손실시켜서, 이에따라, Eps대 Epm의 비를 감소시킨다.
처리의 효과는 설명 부분에 기술하였다. 상술한 바와 같이, 주요 공정 인자는 펄스 당 에너지 플럭스(Feps), 펄스 당 동력 플럭스(Fpps) 및 전체 에너지 플럭스(Fet)인 것으로 여겨진다. 이들 공정의 인자는 펄스 에너지(Eps), 레이저 펄스 반복 속도(Rl), 스테이지 속도(Vs), 및 입사 영역 폭(W)을 조정함에 의해 변경되었다.
다양한 불필요한 재료는 다음 시험에서 설명하였다. 대부분의 시험은 반도체 및 다른 산업 제조 공정에서 통상적으로 접할수 있는 수개중 하나 또는 그이상의 불필요한 재료들로 수행하였다. 이러한 것들로는 (a) 지문(사람의 인체 오일), (b) 사람의 타액, (c) 하나 또는 그이상의 많은 다른 재료로 구성될수도 있지만, 그러나 일반적으로는 매우 미세한 입자의 얇고 불연속적인 피복물인 연무(haze), (d) 특정화할 수는 없지만, 먼지의 미세한 분획이며 그리고 주변 대기 조건으로 노출하는 동안 표면상에 증착된 다른 공지되지 않은 재료인 '미립자' 및 (e) 잉크를 들 수 있다.
a. 유리 및 석영상의 인듐 주석 산화물
이 실시예에서는, 인듐주석 산화물(InSnOX)의 박막을 갖춘 유리 및 석영 기판을 처리하였다. 조업 1-7에서의 자료는 지문, 환경 미립자, 및 미세하게 구획된 미립자의 연무가 제거되어지는 유리 기판에 대한 것이다. 조업 8-11에서, 잉크, 지문 및 연무는 석영 기판으로부터 제거되었다. 그 결과는 하기 표 7a에 요약해놓았다. 이들 자료에 대해 사용된 보정 계수는 m = 0.1023, b = 2.742이다.
표 7a
일반적으로, 이들 자료에서 산화물 박막은 특히 0.30J/㎠이하의 펄스 당 에너지 플럭스(Feps) 및 8.7MW/㎠이하의 펄스 당 동력 플럭스에서 필름에 손상을 입히지 않고 효과적으로 세척될수 있음을 알 수 있다. 그러나, Feps= 0.31J/㎠ 및 Fpps= 9.9MW/㎠에서 박막이 손상되었다.
b. 실리콘상의 알루미늄 필름
이 실험에서는, 미립자는 디지털 마이크로(micro) 거울 장치상에서 알루미늄의 얇은(대략 수백 옹그스트롬의 두께)필름에서 제거되었다. 이 알루미늄 필름에 부착된 미립자는 거울에 의해 투사된 이미지를 뒤틀기 때문에 바람직하지 않다. 처리 결과는 하기 표 7b에 요약해놓았다. 이들 자료에 사용되는 보정 계수는 m = 0.082, b = 5.9357이다.
표 7b
조업 1-5에서, 디지털 마이크로 거울 장치는 편광된 레이저 에너지로 처리되었고 그리고 미립자는 장치에 손상을 가하지 않고 효과적으로 제거되었다.
조업 6에서, 필름은 비임 분할기가 메사추세츠, 엑턴(Acton)의 엑턴 리서치에서 부품 번호 248-P50-45-2D-AR로서 시판되는 50% 비임 분할기(비 편광기)로 대체될 때 손상되었다. 이 비임 분할기는 45피복물을 갖추며 248nm의 파장(이 실험에서 사용되는 레이저 파장)에서 입사 비임의 에너지는 나뉘어져서 50%는 투과되고 50%는 반사된다. 이 조업에서 사용되는 보정 계수는 m = 0.00794이고, b = 5.813이다.
조업 7 및 8은 각각 경사면 및 평면의 보로실리케이트 유리 양쪽으로부터 미립자를 제거하는 효율성 및 유사성을 예시한 것이다.
c. 금속 합금상의 니켈 피복물
이 실험에서, 니켈 박막을 갖는 금속 합금 광학 스템퍼가 처리되었다. 제거된 불필요한 재료, a) 폴리카보네이트 미립자, b) 주위 입자, c) 열과 압력을 사용하여 니켈 표면상에 융합된 라텍스 글러브의 조각, d) 글리콜 잔류물, 및 e) 기계 윤활유이다. 그 결과는 하기 표 7c에 요약해놓았다. 이들 자료에 사용된 보정 계수는 m = 0.1052 및 b = 4.7874이다.
표 7c
폴리 카보네이트 및 미립자는 Feps= 0.18J/㎠ 및 Fpps= 5.3MW/㎠에서 수회 실행하여 제거되었다. 습윤 및 건조 라텍스 글러브 재료는 Feps= 0.16J/㎠ 및 Fpps= 4.8MW/㎠에서 제거되었다. 습윤 라텍스 글러브 재료는 일부 지역에 부식을 일으켰다. 글리콜은 단일 실행으로 제거되고 오일을 제거하기 위해서는 Feps= 0.13J/㎠ 및 Fpps= 3.9MW/㎠에서 2회 실행이 필요하였다. 니켈 피복물은 Feps= 0.27J/㎠ 및 Fpps= 7.8MW/㎠에서 손상되면서 기포가 표면에서 관측되었다.
d. 석영 상의 크롬 주석 필름
이 실시예에서, 조업은 800옹그스트롬 두께의 크롬 층을 갖는 석영 기판을 사용하여 실행되었다. 이 크롬 층은 다음과 같은 3개의 형태, a) 일반적으로 패턴이 형성되지 않은 표면, b) 로직(logic) 마스크상에서 패턴이 형성된 표면, 및 c) DRAM 마스크상에서 패턴이 형성된 표면을 갖추고 있었다. 주위 입자는 조업 1-10 및 17-23에서 제거되었다. 조업 11-16에서, 감광성 내식 잔류물은 오염물이다. 조업 17-20은 손상의 한계값을 결정하도록 수행된다. 그 결과는 다음 표 7d에 예시하였다. 이들 자료에 대해 사용되는 보정 계수는 m = 0.1888, b = 5.5861이다.
표 7d
미립자는 Feps= 0.06J/㎠ 및 Fpps= 1.8MW/㎠에서 손상없이 패턴화 되지 않은 크롬 필름에서 효과적으로 제거되었다. 안정한 에너지 및 동력 플럭스하에서, 패턴화되지 않은 크롬 필름으로부터 제거되는 감광성 내식 잔류물은 1회 처리 당 에너지 플럭스 Feps에 따라 좌우될 것이다. Feps= 2.5J/㎠에서, 수회 처리된후에도 잔류물은 발생하지 않았다. 2회 처리하여 Feps= 0.51J/㎠에서 감광성 내식 잔류물은 효과적으로 제거되었지만, 그러나 Feps= 0.54 및 6.3J/㎠ 에서는 크롬 피복물이 파손되기 시작하였다.
패턴화된 로직 마스크에서 실행되는 조업에 있어서, 이 자료는 조작 상한선이 Feps= 0.07J/㎠, Feps= 2.5J/㎠, 및 Fpps= 2.0MW/㎠인 것을 알수 있는데, 이것은 이들 조건하에서 손상이 일어나기 때문이다.
Feps= 0.05J/㎠, Feps= 1.8J/㎠, 및 Fpps= 1.4 MW/㎠에서는, 미립자가 패턴화된 DRAM 마스크로부터 제거되지 않았다. 더 높은 에너지 및 동력 플럭스에서, 효과적인 제거가 관측되었다.
e. 광학 기구상의 하프늄 산화물
이 실시예에서는, 다른 조정가능한 포커싱 렌즈(457)을 사용하였다. 이 렌즈는 50㎜ X 50㎜이며 초점 거리는 200㎜이고, 엑턴의 엑턴 리서치에서 부품 번호 03-060-1-248-AR로서 시판되고 있다. 다음의 조업에서, 오염물은 석영 및 BK-7(보로실리케이트 크라운 유리의 산업 표준 조성물)상의 20옹그스트롬 두께의 하프늄 산화물 피복물로부터 제거되었다. 편광된 광은 오염물을 제거하는데 비효율적인 것으로 밝혀졌지만 비편광된 광이 효율적이다. 그 결과는 하기 표 7e에 요약해 놓았다. 처리된 기판은 광학 반사기(BK-7), 폴로(Porro) 거울(석영), 도브(Dove) 프리즘(BK-7), 레이저 반사기(BK-7) 및 출력 커플러(BK-7)이다. 처리된 불필요한 재료는 a) 지문, b) 타액, c) 접착제, 및 d) 얼룩이다. 주변 미립자는 단지 오염물이 '세척' 또는 '셋업'상태로서 확인되는 기판상에 존재한다. 이들 자료에 대해 사용된 보정 계수는 m = 0.436, b = 2.7844이다.
표 7e
지문, 타액 및 접착제가 하프늄 산화물 필름에 손상을 입히지 않고 광학 반사기(BK-7)로부터 제거되었다. 조업 4에서는 조업 4에서는 유동 가스가 없이는 제거가 이루어지지 않지만, 조업 5에서는 가스 유동 및 동일한 동력 및 에너지 플럭스 및 낮은 전체 에너지로 완전한 제거가 달성된다면 점에서, 조업 4 및 5는 유동 가스의 중요성을 지시하고 있다.
폴로 거울의 처리 표면은 그것의 설치부와 관련하여 리세스되어 있다. 조업 1에서는 접착물이 처리 표면에 탈착되었다가 재부착된 것이 관측되었다. 연속적인 조업에서 가스 노즐은 (표면에 평행한 유동보다는) 표면에 유동을 충돌시키도록 재배향되었고 그리고 유동 속도는 제거된 오염물을 보다 효과적으로 동반하도록 증가하였다. 접착물 및 타액은 폴로 거울(석영)으로부터 제거되었고 그리고 손상은 Feps= 0.47J/㎠, 및 Fpps= 13.8MW/㎠인 곳에서 발생하였다.
미립자는 Feps= 0.34J/㎠, 및 Fpps= 10.1MW/㎠에서 필름이 손상되지 않고서도 도브 프리즘(BK-7)에서 제거되었다. 지문 및 접착물을 제거하기 위해서는 각 0.50 및 14.6J/㎠의 (펄스 당) 고도한 에너지 및 동력 플럭스 수준을 필요로 한다. 지문, 미립자, 얼룩 및 타액은 레이저 반사기(BK-7) 및 출력 커플러(BK-7)로부터 제거되었다.
수개의 표면이 타액을 제거하는 동안 손상되었다. 타액의 산 특성으로 인해 부식이 발생한 것으로 여겨진다.
f. 압전 기판
이 실험에서, 주변 입자는 3개의 압전 재료, 리튬 니오베이트(LiNbO3), 리튬 탄탈레이트(LiTaO3) 및 석영으로부터 제거되었다. 처음에 비편광된 광이 사용되었고 그리고 미립자를 제거하는데는 비효율적이었다. 다음으로, 비임 분할기가 반사된 비임(920)이 표면에 적용되도록 광학 트레인내에 배치되며, 이전의 모든 '편광'실험(7a-e)에서 행하여졌다. 이것은 또한 비효율적인 것으로 밝혀졌다. 이어서 광학 트레인은 투과된 비임(930)이 처리 표면에 적용되도록 비임 분할기를 배치하기 위해 재배열되었다. 이것은 회전 거울(455)로부터 반사된 레이저 광이 비임 분할기를 통해 회전 거울(456)으로 투과되도록 도 2B에서와 같이 회전 거울(455 및 456)사이에 비임 분할기를 배치함에 의해 달성된다. 이와 동일한 결과로, 투과의 편광은 회전 거울(455)과 회전 거울(456)사이에 비임 분할기를 배치함에 의해 도 2A 및 도 2C에 개략적으로 예시된 장치를 사용하여 달성될수도 있다. 투과된 편광된 광이 뛰어난 결과를 생성하였다.
사용된 기판은 LiNbO3(조업 1-10), LiTaO3(조업 11-16), 및 석영(조업 17-23)이다. 조업 번호에 있어서, 후자의 N은 케리어 가스로서 질소를 사용하는 것을 지시한것이고 그리고 A는 아르곤을 지시한 것이다. 이에따라, 11N은 질소 및 LiTa3O를 사용한 실험 조업인 것을 알수 있고 그리고 조업 19A는 석영 기판을 가로질러 아르곤 가스를 사용한 조업을 나타낸 것이다. 이 결과는 다음 표 7f에 요약해 놓았다. 이들 자료에 사용된 보정 계수는 m = 0.1701, b = 4.4228이다.
표 7f
LiNbO3에 있어서는, 미립자 제거는 질소를 사용할때보다는 아르곤 가스를 사용할 때 더 효과적이었다. 개선된 제거는 (펄스 당)더 낮은 에너지 및 동력 플럭스에서 이루어졌다. LiN3 기판은 더 높은 플럭스 속도 Feps= 0.09J/㎠, 및 Fpps= 2.8MW/㎠에서는 손상되었다. 1회 실행 당 평균 에너지 플럭스(Feps)는 제거 효율 및 표면 손상과는 관련이 없는 것이 나타났다.
그 결과는 LiTaO3와 유사하며 질소와 비교하여 아르곤을 사용하는 낮은 플럭스에서 제거가 효과적으로 이루어졌다. 조업 16A에서 처리된 표면은 처리전에 부서졌다. 미립자는 레이저 광이 크랙을 수반할 때까지 표면으로부터 효과적으로 제거되었고, 이후에 기판이 분쇄되었다.
이 자료에서 제거 효율과 석영 기판에 대한 케리어 가스의 타입사이의 임의의 관계는 알수없다.
케리어 가스의 선택은 강유전체 기판과 관련하여 더 중요하다. 아르곤 가스는 시험된 기판으로부터 미립자를 스위핑하는데 있어서 질소보다는 아르곤 가스가 더 효과적인 것으로 여겨지는데, 이것은 아르곤은 질소보다는 기판과의 반응성이 적은 희가스이기 때문이다.
8. 배면 세척
다양한 기판이 불필요한 재료를 갖춘 면과 반대되는 기판의 면을 조사하여 처리되었다. 입사 방사선과 관련된 기판이 배향에 있어서, 불필요한 재료가 기판의 배면에 있는 것으로 고려되었다. 상술한 시험은 불필요한 재료가 조사된 기판의 한측면에서 제거되기 때문에 전면 세척으로 고려되었다.
하기에 기술된 시험을 수행하는데 사용되는 장치는 불필요한 재료가 제거되는 면이 하향되어 면하도록 처리 샘플이 배향되는 것을 제외하고는 도 2A-C에 예시된것과 본질적으로 동일하다. (샘플은 조정가능한 홀더에 의해 스테이지 위의 위치에 유지된다) 이에따라, 방사선은 또한 '필요한 재료' 측면 또는 기판의 오염물이 없는 측면에 적용된다. 또한 가스 운반 시스템은 (하기 지적된 것 이외에도) 기판의 하부 측면을 가로질러 가스를 유동시키도록 재배향되고 그리고 비디오 카메라는 앞 측면을 관측할수 있도록 재배향된다.
a. 석영으로 부터의 다결정 실리콘의 제거
이 실험에서는, 석영 로 관은 다결정 실리콘 층을 제거하도록 처리되었다. 이 시험 표본은 상기 실험 5에 기술된것과 본질적으로 동일하고 그리고 조사 입사 영역 및 응용 기술은 샘플잉 배면으로부터 방사된다는 것을 제외하고는 실험 5와 동일하였다. 자료는 하기 표 8a에 나타내었다. 이들 자료에 사용된 보정 계수는 m = 0.029, b = 1.20이다.
표 8a
이들 자료에서 다결정 실리콘은 방사선을 상기 기판의 배면으로부터 조사함에 의해 석영 기판으로부터 제거될수 있다는 것을 알 수 있다. 이들 실리콘은 상대적으로 큰 박편으로 배출되는데, 기판의 특정 면적위에 실리콘의 전체 두께가 방사선의 전면 적용을 위해 상기 실험 5에서 알수있는바와 같은 점차적인 제거에 의한다기 보다는 한번에 떨어져 나간다.
b. 석영으로 부터의 망간 이온 제거
이 실험에서는, 건조 망간 표준 용액(1000ppm Mn++)의 잔류물로부터 망간 이온으로 피복된 석영 기판은 전면(조업 1-3, 레이저 비임에 인접한 이온)으로부터, 배면(조업 5-7, 레이저 비임 끝의 이온)으로 부터, 및 연속해서 양측면(조업 4)으로부터 조사함에 의해 처리하였다. 이 시험에서, 가스는 망간 이온을 갖는 표면을 가로질러 유동되었다. 그 결과는 하기의 표 8b 1에 나타내었다. 이 자료에 대해 사용된 보정 계수는 m = 0.0698, b = 2.7757이다.
표 8b1
조업 1-4에서, 이 처리로 인해 손상을 입은 것으로 여기게 하는 기판의 표면상의 생성물 또는 잔류물을 생성하는 것이 밝혀졌다. 조업 5-7에서 이러한 잔류물은 관측되지 않았다. 사실상, 조업 4에서, 전면 조작에서 생성된 잔류물은 배면 처리에서 제거되었다. 나아가, 조업 5-7에서 완전히 이온이 제거되었으나, 조업(1-3)은 단지 부분적 세척만 이루어졌다.
다음 시험에서, 방사선은 불필요한 재료 또는 오염물을 갖는 측면에 반대되는 석영 기판의 측면에 적용되었다(배면 처리). 가스는 조업 1-4에서는 전면을 가로질러 그리고 조업 5-12에서는 배면을 가로질러 유동되었다. 자료는 하기의 표 8b2에 나타내었다. 이들 자료에 대해 사용되는 보정 계수는 m = 0.0698, b = 2.7757이다.
표 8b2
이들 자료에서 유동 가스는 불필요한 재료를 갖는 표면을 가로질러 향해지는 것을 알 수 있다. 조업 1-4 및 9-12를 비교하여 실질적으로 감소된 에너지 및 플럭스 수준을 사용할때라도 배면 조사 기술을 사용하여 효과적인 제거가 이루어질수 있다는 것을 알 수 있다.
c. 다양한 재료로 부터의 유기물 제거
이 실례에서, 유기물 재료(흑색 잉크)는 다양한 기판 재료의 샘플의 전면에 적용되었다. 이어서, 이들 샘플은 그들의 배면으로부터 조사함에 의해 처리되었다. 기판은 a) <100>실리콘, b) 304 전자연마된 스테인레스 강, c) (레이저 광이 반사되는) 불투명 웨이퍼 케리어 플라스틱, d) 칼슘, 나트륨 및 실리콘으로 특정하게 제조되는 세라믹 재료인 ' 카나사이트(Canasite)', e) 폴리테트라플루오로에틸렌(20밀 두께), f) ('냉동장치' 백으로부터의) 폴리프로필렌, 및 g) 석영에 적용된 폴리카보네이트 팩킹을 들 수 있다. 그 결과는 하기 표 8c에 요약해 놓았다. 이들 자료에 대해 사용된 보정 계수는 m = 0.0698, b = 2.7757이다.
표 8c
잉크는 실리콘<100>, 스테인레스 강, 웨이퍼 케리얼 플라스틱, 또는 카나사이트부터는 제거되지 않았지만, 그러나, 석영상에서 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리카보네이트로부터는 효과적으로 제거되었다. 제거 효율 사이의 차이는 KrF 레이저 광의 파장에 대한 기판 재료의 투과도에서의 차이로부터 기인된다. 세척되지 않은 모든 재료는 본질적으로 KrF광에 대해 불투명하지만, 세척된 것은 적어도 일부는 투명하다. 주목하여야 할 것은 폴리테트라플루오로에틸렌은 20밀의 시험된 두께에서 KrF레이저 광을 열악하게 투과시킨다는 것이다.
불필요한 재료를 전면으로부터 제거하는 배면 세척의 매카니즘은 명료하지는 않다. 하나의 가능성은 광자와 포논(phonon)의 상호작용이다. 포논 장(field)은 적용된 레이저 장의 방향에서 기판에서 생성되는 것으로 공지되어 있다. 포논은 비결정 또는 결정 고체 구조 뿐만아니라 공유 또는 이온 결합을 진동시킬수 있다. 주어진 주파수에서, 이들 진동은 필요한 재료와 불필요한 재료사이의 결합을 파괴하기에 충분한 에너지를 전달할수 있는 것으로 여겨진다. 포논의 강도는 표면 결정 계면, 표면상의 필름 피복물 및 불필요한 재료의 특징에 의해 개선될수도 있다. 포논에 대한 일부의 기초적인 이론은 에이. 네우브란드(A. Neubrand) 및 피. 헤스(P. Hess), "표면 음향 파형의 레이저 생성 및 탐색", 응용 물리학 저어널, 71(1)(1992) pp. 227-38의 표면층의 탄성 특성, 응용 물리학 저어널, 71(12)(1992)pp.6192-6194의 알. 흐로바틴(R. Hrovatin) 및 제이. 모지나(J. Mozina), " 투명판에서의 레이저 유도 표면 파형의 광학 탐침 " 및 물리학 개설 8 응결 물질의 43(15) pp. 6908-23의 피 닢(P. Knipp)의 " 계단형 표면에서의 포논 "을 참조하였다.
9. 화학 흡착의 개선
특허 '968에 기술된바와 같이, (예컨데 실리콘 산화물 기판상의 유기금속 필름의 화학 흡착에 의한) 반도체 표면상의 박막의 성장은 필름의 절연 특성의 전도성을 감소시킬수 있는 탄소 오염물을 제거하도록 (본원에 기술되고 청구된 방법에 따라)유동 불활성 가스의 존재하에서 에너지 광자로 처리 표면을 조사함에 의해 개선될수 있다. 또한 박막이 동일한 처리 방법에 의해 제거될수 있다. 유동 가스의 존재하에서라기 보다는 고진공 조건하에서 일지라도, 이러한 표면 제조 및 제거는 실질적으로 유리상의 얼마간의 유기시란(organosilane) 필름 및 융합된 실리콘 슬라이드상에서 이루어지는 것이 기록되어있다. 둘시(Dulcey) 등의 ' 화학흡착 단일층의 깊은 UV광화학, 패턴화된 공평면의 분자 어셈블리 ", 과학지 252판, 551-554(1991 4월)참조. 특허 출원에서 알려진바와 같이, 다양한 불필요한 재료가 다양한 기판, 예컨데, 금속, 실리콘 기초 재료, 및 금속 및 실리콘 기초 재료의 산화물로부터 제거될 수 있다. 임의의 이러한 기판은 본 발명을 사용하여 불필요한 재료와 기판사이의 결합을 파괴하고 그리고 이어서 필요한 재료에 기판을 노출시킴에 의해 다른 필요한 재료를 화학 흡수하도록 된 결합 사이트로부터 오염물(불필요한 재료)를 제거하도록 처리될수 있다.

Claims (28)

  1. 불필요한 재료에 인접해 있거나 또는 그 하부에 놓인 처리 표면상에 필요한 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서 필요한 재료가 남겨지도록 기판의 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
    상기 처리 표면으로부터 상기 불필요한 재료를 제거하기에는 충분하고 그리고 상기 필요한 재료의 물리적 특성을 변화시키기에는 불충분한 시공간적 집중도를 갖는 편광된 에너지 광자를 상기 불필요한 재료에 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 필요한 재료가 기판 및 기판상에 박막을 포함하고 있는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 박막이 크롬, 인듐 주석 산화물, 및 니켈로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 기판이 석영, 보로실리케이트, 실리콘, 강 및 알루미늄으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 박막이 크롬이고 그리고 상기 기판이 석영 또는 보로실리케이트 유리인 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 박막이 인듐 주석 산화물이고 그리고 상기 기판이 석영 또는 보로실리케이트 유리인 방법.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 박막이 알루미늄이고 그리고 상기 기판이 실리콘인 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 박막이 하프늄 산화물이고 그리고 상기 기판이 석영 또는 보로실리케이트 유리인 방법.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 박막이 니켈이고 그리고 상기 기판이 강 또는 알루니늄인 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 불필요한 재료를 가로질러 상기 기판에 불활성인 유동 가스를 동시에 도입하는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
  11. 불필요한 재료에 인접해 있거나 또는 하부에 놓인 처리 표면상에 필요한 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서 필요한 재료가 남겨지도록 기판의 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
    a) 레이저 광의 s - 성분과 p - 성분중 하나가 s - 성분과 p - 성분 중 다른 하나에 비해 우세하도록 레이저 광을 편광시키는 단계와, 그리고
    b) 상기 처리 표면으로부터 상기 불필요한 재료를 제거하기에는 충분하고 그리고 상기 필요한 재료의 물리적 특성을 변화시키기에는 불충분한 에너지 플럭스와 동력 플럭스에서 상기 처리 표면에 상기 편광된 레이저를 적용시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 레이저 광이 펄스 KrF 엑시머 레이저에 의해 생성되는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 불필요한 재료를 가로질러 상기 기판에 불활성인 유동 가스를 동시에 도입하는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
  14. 불필요한 재료에 인접해 있거나 또는 그 하부에 놓인 처리 표면상에 필요한 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서 필요한 재료가 남겨지도록 기판의 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
    상기 불필요한 재료의 구성 결합을 파괴하기에는 충분하고 그리고 상기 필요한 재료의 물리적 특성을 변화시킬수 있는 수준으로 필요한 재료의 온도를 상승시키기에는 에너지 및 동력 플럭스 수준에서 편광된 에너지 광자를 상기 불필요한 재료에 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 불필요한 재료를 가로질러 상기 기판에 불활성인 유동 가스를 동시에 도입하는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
  16. 제 1면과 이 제 1면에 대칭되는 제 2면을 갖춘 기판에서, 불필요한 재료에 인접해 있거나 또는 그 하부에 놓인 기판상에 필요한 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서 필요한 재료가 남겨지도록 상기 기판의 제 1면으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
    상기 처리 표면으로부터 상기 불필요한 재료를 제거하기에는 충분하고 그리고 상기 필요한 재료의 물리적 특성을 변화시키기에는 불충분한 시공간적 집중도를 갖는 편광된 에너지 광자를 상기 기판의 제 2 재료에 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 불필요한 재료, 기판 및 그들사이에 계면을 갖는 불필요한 재료에 인접해 있거나 또는 하부에 놓인 기판상에 필요한 재료의 물리적 특성에 영향을 미치지 않고서 필요한 재료가 남겨지도록 기판으로부터 불필요한 재료를 선택적으로 제거하는 방법으로서,
    제 1 면으로부터 상기 불필요한 재료를 제거하기에는 충분하고 그리고 상기 필요한 재료의 물리적 특성을 변경시키기에는 불충분한 시공간적 집중도를 갖는 편광된 에너지 광자를 계면에 조사하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 조사 하는 단계가 광자를 상기 기판을 통해 상기 계면에 지향하도록 하는 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 기판이 조사에 대해 투명한 방법.
  20. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 기판에 불활성인 유동 가스를 도입하는 단계를 포함하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 유동 가스가 상기 불필요한 재료를 가로질러 도입되는 방법.
  22. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 기판이 석영이고 그리고 상기 불필요한 재료가 다결정질 실리콘인 방법.
  23. 불필요한 재료에 의해 점유된 결합 사이트를 갖는 기판의 처리 표면상에서 필요한 재료의 화학 흡착을 개선시키는 방법으로서,
    a) 상기 처리 표면을 가로질러 상기 기판에 대해 불활성인 유동 가스를 도입하는 단계와,
    b) 상기 처리 표면으로부터 불필요한 재료를 제거하기에 충분한 시공간적 집중도를 갖는 에너지 광자를 상기 처리 표면에 동시하는 조사하는 단계와, 그리고
    c) 상기 기판을 필요한 재료에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 기판이 산화물인 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 필요한 재료가 유기물인 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 기판이 실리콘 산화물인 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 필요한 재료가 유기 금속 물질인 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 필요한 재료가 트리메틸 알루미늄인 방법.
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