MXPA97002097A - Eliminacion selectiva de material por medio de irradiac - Google Patents

Abstract

Un aparato y un método para eliminar selectivamente material no deseado de una superficie de un substrato que proporciona un flujo de gas inerte sobre la superficie del substrato de material no deseado mientras que irradia el material no deseado con fotones de energía. La invención permite la eliminación de material no deseado sin alterar las propiedades físicas del material subyacente o adyacente al material no deseado. La invención no puede aplicarse para producir cambios en la topografía de la superficie (incluyendo la superficie plana y la nanoestructuraci

Description

ELIMINACIÓN SELECTIVA DE MATERIAL POR MEDIO DE IRRADIACIÓN Antecedentes del invento Esta solicitud es una Continuación como Parte de la solicitud de Patente de Estados Únicos App. Ser. No. 08/045,165, registrada el 12 de abril de 1993 (cuya información se incorpora al presente documento mediante referencia, y la cual se denomina en este documento como la "aplicación principal") , la cual es una Continuación como Parte de la Patente de Estados Unidos App. Ser. No. 07/865,039 solicitada el 31 de marzo de 1992 (cuya información se incorpora al presente documento mediante referencia, y la cual se denomina en este documento como la "aplicación 039", la cual es Continuación como Parte de la Patente de Estados Unidos Ser. No. 07/611,198, registrada el 9 de noviembre de 1990, ahora la Patente de Estados Unidos No. 5,099,557 (la "patente 557"), la cual es una División de la Patente de Estados Unidos App. Ser. No. 07/216,903, solicitada el 8 de julio de 1988, ahora la Patente de Estados Unidos No. 5,024,968 (la "patente 968"). Este invento está relacionado con la eliminación de material de una superficie. En especial, el invento se relaciona con la eliminación selectiva de material de una superficie de un substrato por medio de irradiación, sin alterar las propiedades físicas del material que está debajo o adyacente al material a eliminar y quedará en el substrato. La efectiva eliminación del material no deseado de la superficie de un substrato constituye un aspecto crítico del proceso de muchos materiales importantes y del proceso de fabricación de productos. Como se describió en la aplicación principal, los materiales no deseados (los cuales también pueden considerarse como contaminantes) incluyen partículas, elementos o compuestos químicos no deseados, y películas o capas de material. Las partículas pueden ser pedazos pequeños de materia cuyo tamaño fluctúa de submicrones a granulos visibles a simple vista. Los productos químicos no deseados incluyen cualquier elemento o compuesto, el cual no es deseado en el momento en que se lleva a cabo el proceso de eliminación. Por ejemplo, los grupos de hidróxilos (-0H) puede ser un promotor de reacción deseado sobre una superficie de un substrato en una etapa de un proceso, pero pudiera no ser un contaminante no deseado en otra etapa. Las películas o capas de material pueden ser orgánicas, como la grasa corporal humana procedente de las huellas dactilares, pintura, y epóxicos, o bien inorgánicas como los óxidos del material del substrato u otro material inorgánico al cual haya estado expuesto el substrato. Es posible que sea necesario eliminar tales materiales no deseados a fin de dejar el substrato más útil para los fines para los cuales está destinado. Por ejemplo, en algunos dispositivos científicos de medición precisa, se pierde la exactitud cuando los lentes o espejos ópticos de los dispositivos se cubren con contaminantes superficiales microfinos. En los semiconductores, de igual forma, los defectos en la superficie ocasionados por contaminantes moleculares menores, con frecuencia hacen que los marcos y los chips del semiconductor se inutilicen. Reducir el número de defectos de superficie molecular del marco de un semiconductor de cuarzo, aún cuando la cantidad sea muy pequeña, puede mejorar radicalmente el rendimiento del chip del semiconductor. De igual manera, eliminar los contaminantes de superficie molecular, como carbono u oxígeno, de la superficie de las pastillas de silicio antes de que se depositen las capas del circuito en la pastilla o entre la disposición de capas, mejora de manera importante la calidad del chip producido para computadora. Se puede eliminar selectivamente las capas del material del substrato, para formar estructuras de escala muy pequeña sobre la superficie del substrato (llamadas "nanoestructuras") . También es posible eliminar selectivamente el material (ya sea material del substrato, capas de óxido, u otras capas de material) en diferentes cantidades a lo largo de la estructura del substrato para cambiar la topografía de superficie del substrato (como pulir una superficie áspera) . El equipo para proceso de material con frecuencia requiere tratamiento para eliminar el material no deseado y evitar la contaminación de los productos procesados por el equipo. Por ejemplo, una parte importante del material no deseado que contamina finalmente las pastillas de silicio durante la producción emana de los aparatos de producción como las cámaras de proceso en las cuales se colocan las pastillas, las cápsulas de las pastillas de cuarzo utilizadas para sostener las pastillas para que pasen por los tubos del horno de cuarzo (y los tubos del horno en sí), y los conductos que llevan el gas del proceso hacia las cámaras. De igual forma se puede reducir el nivel de contaminación de la pastilla durante el curso de la producción de manera importante, por medio de la limpieza periódica de tales aparatos. En general, cualquier proceso utilizado para eliminar material de un substrato debe hacerlo sin afectar las propiedades físicas del material (deseado) que debe permanecer. Las propiedades físicas que deben no ser afectadas pueden incluir en general la estructura cristalina, conductividad, densidad, constante dieléctrica, densidad de carga, coeficiente Hall, y el coeficiente de difusión para los electrones/orificios. En las aplicaciones especiales de los semiconductores (como metal-óxido-semiconductor ("MOS") ; transistor de efecto de campo ("FET") ; y unión bipolar ("BJT") , las propiedades pueden incluir la capacitancia/área en el MOS; la capacitancia de la unión; la corriente en el canal en un FET, dirigido del drenaje hacia la fuente; el voltaje del colector a la base, emisor hacia la base en un BJT; el voltaje del drenaje a la fuente, compuesta a la fuente en un FET; potencial umbral del MOS; carga/área del estado de la superficie del MOS; y tiempo de demora en almacenaje. Es más, pudiera no ser deseable cambiar la topografía (como la rugosidad de la superficie) del material que debe quedar. Como se describe con detalle en la aplicación principal, se han propuesto varias técnicas (las cuales actualmente están en uso) para eliminar los materiales no deseados. Entre estas técnicas se incluyen la limpieza con productos químicos (proceso RCA) , diluir HF, megasónicas y ultrasónicas, limpieza con líquido supercrítico, limpieza con UV y ozono, limpieza con cepillo, vapor HF, limpieza con líquido y láser (incluyendo el proceso Alien y el proceso Ta ) , fundición de la superficie, recocido, y ablación. La limpieza con plasma es otra técnica que se puede utilizar para limpiar las cámaras de proceso de las herramientas con iones de ataque químico por reactivo (RÍE) después de terminar cierta cantidad de procesos (por ejemplo cada cierto número de pastillas) . Las especies de plasma preferidas son en oxígeno, tetracloruro de carbono, y el nitrógeno, los cuales se pueden utilizar con diversas concentraciones molares de masa para limpiar las superficies ópticas y de silicio. Los plasmas de resonancia electrón ciclotrón (ECR) son lo más reciente. La efectividad de este tipo de limpieza se limita a la eliminación de partículas, y la eliminación de una película parecen .ser difícil y perjudicial para los paramétricos eléctricos. La limpieza con hielo seco (C02) (también conocida como limpieza con nieve y limpieza por roció en chorro de C02) es un método mediante el cual se aplica nieve de C02 con un dispositivo manual que tiene varios orificios para limpiar una superficie. Esta técnica está limitada por la solubilidad de las partículas en la nieve de C02, por ejemplo, si la partícula no es soluble en C02 entonces ésta no se eliminará de la superficie. Más aún, con esta técnica de limpieza no se puede eliminar las películas de óxidos y polímeros. Todas estas técnicas sufren retrocesos, incluyendo: incapacidad para eliminar partículas muy pequeñas; alteración no deseada de las propiedades físicas del substrato subyacente; consumo de grandes cantidades de materiales caros como el agua ultrapurificada y los gases; y la producción de productos de desperdicios tóxicos (como los ácidos HF) . Las películas, y en especial las de oxidación especial, son una categoría común y problemática de materiales que es necesario quitar de un substrato. La mayoría de los materiales que están expuestos a una atmósfera oxigenada (por ejemplo el aire) forman un óxido natural que cubre la superficie. Tales capas de óxido son normalmente una capa continua de moléculas del material del óxido. En la mayoría de los casos esta capa de óxido natural es perjudicial, dependiendo de cómo se utilizará el material del substrato. Un enfoque a este problema ha sido conservar el material del substrato al vacío para evitar el crecimiento de óxido. Las técnicas conocidas para eliminar las capas de óxido incluyen el tratamiento con ácidos fuertes como el agua regia, ácido sulfúrico y ácido fluorhídrico.

En la fabricación de los semiconductores, la eliminación del óxido natural (bióxido de sílice) del substrato de sílice es de gran preocupación a medida que las geometrías de la tecnología disminuyen su tamaño. Los métodos actuales para eliminar el bióxido de sílice emplean el HF líquido, y se están llevando a cabo experimentos con halógenos con fase en vapor y halógenos con fase en vapor conjuntamente con radiación UV. B. Van Exk, S. Bhat, y V. Menon, "ataque químico y limpieza en etapa de vapor del Si02," Procedimientos, Microcontaminación 92, (Sante Clara, CA; Octubre 27-30, 1992), p. 694; J.de Larios, W. Krusell, D. McKean, G. Smolinsky, B. Doris, y M. Gordon, "limpieza en etapa gaseosa del trazas de metal y contaminantes orgánicos de las pastillas: Química de irradiación ultravioleta con base de oxígeno y con base de cloro," Procedimientos, Microcontaminación 92, (Santa Clara, CA; Octubre 27-30, 1992), p. 706; M. Miyashita, T. Tusga, K. Makihara, y T. O hi, "Dependencia de la microrugosidad en la superficie de pastillas de CZ, FZ, y EPI en el proceso químico húmedo," Revista de la Sociedad Electroquímica, vol. 139(8) 1992, p. 2133; y T. Ohmi, "confiabilidad en el ULSI a lo largo del proceso de ultralimpieza, " Procedimientos IEEE, vol. 81 (5), p. 716. El uso de la química con base de alógeno puede dañar la circuitería adyacente ya que es un método de eliminación general, en lugar de ser específico para un punto . La eliminación de los óxidos de la superficie también es importante al preparar los substratos metálicos para la aplicación de adhesivos, como una alternativa a las aplicaciones de soldadura en aeroespacio, automotriz y en la construcción (edificación) . La eliminación de las películas de óxido también se puede utilizar en el reacondicionamiento de superficies metálicas alteradas por agentes atmosféricos y para mejorar el grado de la moneda en circulación. Otro proceso importante de tratamiento es la creación de nanoestructuras (estructuras físicas extremadamente pequeñas) sobre o en materiales del substrato, como los transductores por presión, acelerómetros, sondas microscópicas de fuerza atómica, y micromotores. Una de las técnicas propuestas para la creación de nanoestructuras involucra el ataque con productos químicos en combinación con técnicas de enmascaramiento (útil en la micromaquinación a granel en la cual las capas estructurales de material se colocan sobre una pastilla y después se elimina por ataque químico la capa que se sacrifica) . J. Bryzaek, K. Peterson, y . McCulley, Espectro IEEE, MAYO DE 1994, P. 20. Otra de las técnicas propuestas involucra la deposición de material por medio de láser enfocado. J.J. McClelland, R.W. Sc olten, E.C. Palm, y R. J. Celotta, "Deposición atómica por láser enfocado", Science, vol. 262, 5 de noviembre de 1993, p. 877. Otro proceso importante de tratamiento es el aplanado, pera eliminar o reducir las partes no uniformes de la superficie de un substrato. Una de las técnicas utilizadas comúnmente para el aplanado es el pulido mecánico con productos químicos CMP) , el cual utiliza mezclas de pastas de marca privada para pulir la superficie hasta dejarla plana, utilizando almohadillas para pulido. Este pulido de la superficie tiene la ventaja de mejorar el rendimiento del chip. El aplanado CMP se controla por medio de "limitación por ataque químico" y controlando el tiempo del proceso, de forma que no ocurra un pulido excesivo. Este proceso produce grandes cantidades de contaminantes (residuos de la pasta) y además es muy caro (con un costo promedio de aproximadamente $35 por pastilla) , el cual se atribuye al costo de los consumibles como la pasta, las almohadillas y los cepillos para lavar los limpiadores. Otro de los problemas relacionados con el CMP es quitar de la superficie de agua los residuos de pasta. La eliminación utilizando cepillos, la cual es el proceso utilizado actualmente, solamente es eficiente para partículas con tamaño aproximado de 0.5 µm. Otro desventaja del proceso de aplanado CMP es que no se puede utilizar con otras tecnologías actuales de limpieza.

Resumen del Invento El invento soluciona los problemas y evita las desventajas de la técnica anterior, eliminando selectivamente el material no deseado de una superficie de tratamiento de un substrato, por medio de la irradiación del material no deseado con fotones energéticos que tienen una concentración espacial y temporal (flujos de energía y potencia) suficiente para eliminar el material no deseado e insuficiente para alterar las propiedades físicas del substrato subyacente. De preferencia se tiene un flujo continuo de gas por la superficie, para quitar el material eliminado, a fin de evitar que el material se deposite nuevamente en otro lugar del substrato de tratamiento. Lo óptimo es que el gas sea inerte al substrato y al material a eliminar. Más aún, para evitar a mayor grado la posibilidad de que los contaminantes que están en el flujo se depositen sobre la superficie de tratamiento, el flujo de gas se realiza de preferencia en el régimen de flujo laminar. La fuente de radiación (de fotones ene.rgéticos) puede ser cualquier medio conocido en la técnica para proporcionar fotones del nivel de energía necesario, incluyendo láseres de pulsos o de onda continua y lámparas de alta energía. En algunas aplicaciones, como en aquéllas en las que se requiere la aplicación cercana y simultánea de fotones múltiples, se prefiere una fuente con alta producción de energía, como el láseres ultravioleta de pulsos. La invención ha demostrado ser aplicable para eliminar capas casi continuas de películas orgánicas e inorgánicas no deseadas. La eliminación de las películas orgánicas incluye quitar la pintura y el marcador de los substratos de acero inoxidable o cuarzo. La eliminación de las películas de óxido inorgánico incluye quitar el óxido de cromo, aleaciones de molibdeno, aleaciones de níquel/hierro, acero inoxidable, tántalo, tungsteno, cobre, erbio y circonio y quitar el sílice policristalino del cuarzo. Dependiendo de las propiedades y el grosor del material no deseado y del substrato, y de las propiedades de la fuente de radiación disponible, pudiera ser necesario quitar el material no deseado en una sucesión de aplicaciones de tratamiento. La aplicación correcta del proceso de tratamiento también puede modificar la topografía de una superficie. Por ejemplo, se puede eliminar relativamente más material de las regiones en las que el grosor del material es relativamente mayor, y menos en las regiones en donde el grosor es menor para producir un grosor del material más uniforme. Esto puede reducir de manera efectiva la rugosidad de la superficie del material. Se puede unir una fuente de fotones a una interacción de control con un elipsómetro u otro dispositivo para metrología de superficie para retroalimentar un monitor y controlar la eliminación de material en cada región. De igual manera, aplicar la radiación a una superficie rugosa en un ángulo relativamente superficial proporciona una mayor concentración incidente de fotones sobre las partes más prominentes de la superficie, mientras que las partes menos prominentes están ocultas y por lo ello reciben menos concentración de fotones. Por lo tanto, se elimina relativamente más material de las partes prominentes, reduciendo la rugosidad de la superficie. Se puede crear nanoestructuras irradiando selectivamente una superficie para eliminar el material de las áreas seleccionadas hasta la profundidad seleccionada.

Descripción breve de los Dibujos La Figura 1 es un diagrama esquemático de un método y aparato para eliminar el material no deseado de un substrato, de acuerdo con los principios del invento. Las Figuras 2A-B son diagramas esquemáticas de dos aparatos de prueba utilizados para eliminar materiales de substratos seleccionados. La Figura 2C es un diagrama esquemático de un tercer aparato, similar a los de las Figuras 2A-B, pero con tren óptico más sencillo. La Figura 3 es un diagrama esquemático de la geometría de la región de radiación incidente creada sobre un substrato, por medio de los aparatos de las Figuras 2A-C. La Figura 4 es una ilustración esquemática de una técnica para eliminar selectivamente material de un substrato para crear nanoestructuras. La Figura 5 es una ilustración esquemática de un substrato antes del proceso de aplanado. La Figura 6 es un diagrama esquemático de un primer aparato para utilizarlo en el proceso de aplanado del substrato de la Figura 5. La Figura 7 es una ilustración esquemática de la reducción selectiva de la rugosidad de la superficie de un substrato, por medio de irradiación oblicua de la superficie.

Descripción Detallada Por ahora no se hará referencia con • detalle a las realizaciones actualmente de preferencia del invento, cuyos ejemplos se ilustran en los planos que acompañan a este documento. En los planes se utiliza caracteres de referencia similares para designar elementos similares. 1. Métodos y Aparatos de Tratamiento Básico En la Figura 1 se ilustra esquemáticamente un método y aparato para eliminar material no deseado de la superficie de tratamiento de un substrato, sin alterar las propiedades físicas del substrato. Como se muestra en la Figura 1, el aparato 10 para el tratamiento de un substrato 12, del cual se desea eliminar el material no deseado, incluye un sistema de radiación 400, un sistema de gas 500 y un sistema de movimiento relativo 600. El sistema de irradiación 400 incluye una fuente 410 de irradiación 11 (la cual consiste en fotones energéticos), como un láser y ópticas de abastecimiento adecuada 450 que conducen la radiación 11 hacia la superficie de tratamiento del substrato 12. El sistema de gas 500 incluye una fuente 510 de gas 18 y un sistema de abastecimiento relacionado 550 para hacer que fluya el gas 18 sobre cuando menos la parte de la superficie del substrato 12 a la que se aplica la radiación 11. De preferencia el gas 18 es inerte al substrato 12 y fluye por el substrato 12 de manera que bañe el substrato 12 en un ambiente no reactivo al gas. De preferencia, el gas 18 es un gas químicamente inerte como el helio, nitrógeno, o argón. El sistema de movimiento relativo 600 crea un movimiento relativo entre una parte de l superficie de tratamiento del substrato 12 a tratar, y la radiación 11 y, de manera opcional, el gas 18. Cada uno de los elementos que forman estos componentes del aparato 10 (fuente de radiación 410, ópticas de abastecimiento 450, fuente de gas 510, sistema de abastecimiento del gas 550, y el sistema de movimiento relativo 600) puede ser como el que se describe en la aplicación principal y los selecciona el artesano que configurará el aparato de acuerdo con los principios del invento. Por ejemplo, las ópticas de abastecimiento 450 pueden incluir espejos, lentes, fibras ópticas, colimadores, aperturas, y otros elementos. El sistema de abastecimiento de gas 550 puede incluir conductos, cámaras, ductos, válvulas, filtros, medidores de flujo, y otros elementos. El sistema de movimiento relativo 600 puede ser cualquier sistema adecuado para el movimiento de translación o rotación del substrato 12, con respecto a la radiación 11 y al gas 18, y puede incluir una etapa translacional para translación planar del substrato, un dispositivo rotacional para rotar el substrato, o componentes móviles en las ópticas de abastecimiento para barrer con el rayo de radiación 11 el substrato. A continuación se describe las realizaciones ilustrativas del aparato 10. De acuerdo con el método del invento, se irradia fotones energéticos hacia la superficie de tratamiento del substrato con una concentración espacial y temporal (flujos de energía y potencia) suficiente para eliminar el material no deseado de la superficie de tratamiento del substrato e insuficiente para alterar las propiedades físicas del material que se desea dejar sobre la superficie del substrato. Para eliminar el material no deseado, es necesario romper las uniones por medio de las cuales se adhiere al material subyacente y adyacente sobre la superficie de tratamiento (que pudiera ser del mismo material, del material del substrato, o de un tercer material) . Cada una de estas uniones se rompe introduciendo una cantidad de energía cuando menos igual a la energía que forma la unión. En el Cuadro la se muestra las energías que forman las uniones (es decir la cantidad de energía liberada cuando se forma la unión) de los materiales de un substrato. Las energías de unión que se muestran están entre los elementos del material en si (por ejemplo Cr-Cr) y entre el elemento del material y el oxígeno (e.g., Cr.O) . En el siguiente Cuadro Ib se muestra las energías que forman uniones en los diversos compuestos de carbono.

Cuadro la Cuadro Ib Las uniones se rompen cuando la energía portada por los fotones se imparte hacia las uniones en una cantidad mayor a la energía que forma la unión. Se piensa que existen ineficiencias de energía inherentes en este proceso de rompimiento de la unión, y por lo tanto, la cantidad de energía del fotón necesaria es aproximadamente el doble de la energía para formar la unión. Como se puede observar en los Cuadros la, las energías de unión del óxido están en el orden de 4.0 a 8.3 eV, mientras que las energías de la unión orgánica (carbón) están en el orden de 3.5 a 11.2 eV. Por lo tanto, se requieren energías de fotón de aproximadamente 7 a 22 eV. La energía de un fotón depende de su longitud de onda, en la relación: he E = ? en donde c es la velocidad de la luz (3.00 x 108 m/s), ? es la longitud de onda (m) , y h es la constante de Planck (4.14 x 10"15 eV seg) . Por lo tanto, la selección de la fuente de fotones depende de la energía del fotón necesaria, y por lo tanto de la longitud de onda necesaria. En el siguiente Cuadro le se identifica una variedad de láseres. En el cuadro se identifica el medio de láser (y si el medio es gas (g) , líquido (1), sólido (s) , o plasma (p) ) , la longitud de onda del fotón ? (nm) , y la energía del fotón Eph (eV) . Para láseres de onda continua también se muestra una potencia promedio Pprom ( ) , y para los láseres por pulso, la energía por pulso EpU?So (j) una duración representativa de pulso tpulso (ns) y la potencia pico durante un pulso Ppico (MW) .

Cuadro le Al comparar las energías del fotón de los láseres anteriores, con las energías requeridas antes identificadas para los materiales de un substrato común (y considerando las ineficiencias esperadas) , se hace evidente que en la mayoría de los casos la energía de un sólo fotón no es suficiente para romper las uniones de interés. Sin embargo, se considera varios fotones pueden proporcionar la energía para romper la unión, si los fotones golpean la unión durante un periodo muy corto, o "simultáneamente". Ya que se requiere cierta cantidad de energía para romper cada unión, la cantidad total de energía (y por lo tanto, el número total de fotones en una energía dada) que se requiere para eliminar una cantidad dada de material no deseado de la superficie de tratamiento de un substrato, es, por lo general, proporcional al número de uniones en esa cantidad de material. Se piensa que los fotones ineteractúan con las uniones solamente en la región interfacial de la superficie de tratamiento (es decir la primera o dos primeras capas de átomos o moléculas (monocapas) ) . Por lo tanto, para la eliminación de capas de material substancialmente continuas (como las capas de óxido) es útil considerar las áreas de superficie y el grosor de las monocapas de material. De esta forma, para un área de superficie dada, la eliminación de cierto grosor (o número de monocapas) de material requiere la aplicación efectiva de una cantidad dada de energía (número de fotones) . Por supuesto no todos los fotones que golpean la superficie de tratamiento del substrato contribuyen a romper la unión -se piensa que una pequeña fracción de los fotones contribuye a romper la unión. Se piensa que esto sucede, cuando menos en parte, a causa de que la ubicación efectiva (de las uniones, o parte de las mismas) para absorber la energía del fotón ocupa una pequeña fracción del área de superficie. Sin embargo, cuando menos para un material dado, se considera que existe una relación relativamente constante entre el número real de fotones necesarios y el número teórico, tomando como base el número de uniones a romper. De igual manera, un parámetro importante que es necesario considerar es el flujo de energía (energía por unidad de área, o número de fotones por unidad de área) aplicada a la superficie de tratamiento del substrato, el cual corresponde al grosor del material no deseado eliminado. Como se indicó anteriormente, existen caso en los que las uniones de interés requieren más energía de la que lleva un solo fotón emitido por la fuente de radiación seleccionada. En este documento nos referimos a tales uniones como "unión de fotón múltiple". Como se indicó antes, se piensa que es posible añadir las energías de dos o más fotones para abastecer la energía necesaria para romper una unión de fotón múltiple, solamente si los fotones golpean la unión simultáneamente. Esto implica la velocidad de llegada de los fotones al sitio de unión, el cual es un flujo de potencia (energía por unidad de tiempo por unidad de área) . Es más, se piensa que existe una naturaleza probabilística con el rompimiento de la unión del fotón múltiple. Para un flujo de potencia promedio dado en una área del substrato, existe una velocidad de llegada promedio de fotones en el sitio de unión dado. Sin embargo, la velocidad de llegada real de los fotones se debe distribuir aleatoriamente aproximadamente al valor promedio. Por lo tanto, si existe una velocidad mínima de llegada del fotón (el intervalo máximo entre los fotones) en la cual ocurra la adición de energía del fotón para permitir el rompimiento de una unión de fotón múltiple, entonces un flujo promedio de potencia aplicado a cierta área que corresponde a la velocidad mínima de llegada expondrá aproximadamente la mitad de los sitios de unión en esa área expuesta a la velocidad de llegada necesaria (o a una velocidad mayor) . Por el contrario, aún cuando el flujo de potencia promedio sea un tanto más bajo que el necesario para producir la velocidad mínima de llegada necesaria del fotón, se espera que los protones lleguen a algunos de los sitios de unión dentro del intervalo requerido. en resumen, para eliminar un grosor dado de material no deseado de una superficie de tratamiento del substrato, se deberá aplicar al material no deseado un flujo mínimo de energía total (un número total de fotones a cierto nivel de energía por unidad de área) . Si se tienen uniones de fotón múltiple, entonces también se requerirá cierto flujo de potencia, en donde a mayor flujo de potencia mayor la oportunidad de que cada sitio de unión esté sujeta a la velocidad de llegada necesaria del fotón. La elección de una fuente adecuada de fotones energéticos requiere la evaluación de la energía del fotón requerida, y en el caso de las uniones de fotón múltiple es necesario evaluar también la potencia disponible. Como se hará evidente con la información presentada a continuación, para eliminar películas de óxidos y orgánicas (con altas energías de unión, y por lo tanto fotón múltiple) , las fuentes de fotones de preferencia son los láseres UV por pulsos, lo cuales tienen los niveles de potencia pico más altos y las energías de fotón más altas. Una consideración de competencia limita la energía y los flujos de potencia que se pueden aplicar a una superficie de tratamiento del substrato, y la necesidad de evitar alterar las propiedades físicas del material que debe quedar sobre la superficie. En general, los cambios en las propiedades físicas de un material son a caµsa de aumentar la temperatura del material por arriba del nivel umbral. El cambio en temperatura de en la superficie de un material, causada por la aplicación de energía radiante, depende de las características de transferencia de calor del material y de los flujos de potencia y energía de la radiación aplicada. Se requerirá experimentación para conocer los flujos máximos de potencia y energía utilizable en un material de cierto substrato. Las técnicas anteriores de la limpieza por láser que utilizaban la vaporización, ablación, o fusión de la superficie, ya indicaban cierta guía acerca de los flujos de energía y potencia que se requerían para producir cambios en el estado de los materiales del substrato.

En general, los fotones se direccionan de preferencia perpendicularmente al plano de la porción del substrato que se está tratando, para elevar al máximo en la superficie los flujos de potencia y energía causados por la potencia útil de la fuente de fotones. Sin embargo, es posible dirigir los fotones con al ángulo del substrato que sea conveniente o necesario para implementar el proceso en un medio especial. Por supuesto, los flujos de energía y potencia en la superficie variarán de acuerdo con el seno del ángulo de incidencia de los fotones con respecto al plano de la superficie, la cual es necesario tomar en cuenta al seleccionar la potencia útil de la fuente de fotones. En algunas situaciones pudiera ser preferible dirigir la radiación en un ángulo oblicuo al substrato para irradiar preferencialmente, y así eliminar las elevaciones en el material y alisarlo. 2. Aparatos de Prueba En los siguientes ejemplos se utilizó dos grupos de aparatos de prueba (en este documento denominados los aparatos A y B) . En la Figura 2A se ilustra esquemáticamente el aparato A. En este aparato (identificado en la figura como 10A) , la fuente de radiación es láser 411, el cual es un láser excímero KrF por pulsos, a la venta por Lambda Physik como el modelo número LEXtra200. Este láser tiene una longitud de onda de 248 nm (para una energía de fotón de 5.01 eV) , una energía con potencia útil máxima por pulso de 600 mJ, y una duración fija del pulso de 34 ns (para una potencia máxima por pulso de 17.65 MW) . La velocidad máxima de repetición del pulso es de 30 Hz, la cual produce una potencia promedio máxima de 18 W. El haz de radiación es de 23 mm por 13 mm en la potencia útil del láser.

El sistema de suministro de radiación 450 incluye, en el orden que encuentra el haz de radiación 11 al salir del láser 411, una placa de apertura 452, espejos que giran a 45° 453, 454, 455 y 456, y lentes convergentes ajustables 457. La placa de apertura 452 es una placa plana con una apertura rectangular de 6mm de ancho y 25 mm de largo, y se le utiliza para bloquear las "colas" de la distribución Gausiana de los fotones que emanan del láser 411, de manera que la distribución en el espacio de la energía en el haz de radiación 11 sea casi uniforme sobre un plano perpendicular al haz. Cada uno de los espejos giratorios planos 453 y 454 son de 550 mm, y los 455 y 456 son de 25 mm. Los lentes convergentes ajustables 457 son lentes cilindricos con un ancho de 25 mm, largo de 37 mm, y una longitud focal de 75 mm. Al seleccionar la altura de los lentes convergentes 457 de la superficie del substrato 12 y la orientación (cóncavo hacia arriba o hacia abajo) de los lentes, se puede ajustar el ancho del punto del haz en la superficie del substrato. Todos los elementos ópticos están recubiertos con antirreflejante a 248 nm de luz. El sistema de suministro 450 del segundo aparato, Aparato B (que se muestra en la Figura 2B) , es idéntico al del Aparato A, excepto que se omite el primer espejo giratorio 453 (y el láser 411 y la placa de apertura 452 se reorientan a 90° para apuntar directamente hacia el espejo giratorio 454) y el espejo giratorio 455 es de 50 mm (en lugar de 25mm como en el Aparato A) . En la Figura 2C se muestra un tercer aparato (no utilizado en los experimentos) con un tren óptico más sencillo (y por lo tanto el preferido) . El haz de radiación 11 llega de manera aproximadamente perpendicular al nivel 610 en el cual está montado el substrato 12. Como se muestra en la Figura 3, el nivel 610 se puede trasladar en las direcciones X y Y (paralelas al plano del nivel, e indicadas en la Figura 3 con las flechas X y Y) . El haz de radiación 11 produce una región de radiación 611 incidente por lo general rectangular, con un ancho y un largo I. La región 611 barre la superficie del substrato 12 trasladando el nivel 610. El sistema de suministro de gas 500 incluye un rocío de nitrógeno líquido (capacidad de 4500 I) acoplado en serie a: un regulador de doble etapa; un absorbente de humedad/oxígeno (MG Industries Oxiborb, que absorbe a concentraciones de 0.01 ppb) ; un filtro de partículas Millipore Modelo 304 (filtros a 0.003 µm) ; un medidor de flujo; un filtro U.S. Filter Membralox (filtros a 0.001 µ ) ; una boquilla 551 que termina adyacente a la región 611. La boquilla 551 descarga un flujo de gas 18 en la región 611, y permanece fija con respecto a la región 611 de manera que el nivel 610 y el substrato 12 se traslade con respeto a éste. Este sistema de suministro de gas es útil para los materiales que no son sensibles a los gases atmosféricos normales, , y permite el uso de un aparato más sencillo del que se necesita cuando de requiere o desea aislar al substrato de la atmósfera durante el tratamiento (tal como se indicó en la información de la aplicación principal) . Se coloca una cámara de vídeo 700 para ver la región 611 y así obtener información visual de los resultados del tratamiento. En la realización ilustrada, el nivel 610 se traslada primero longitudinalmente en dirección X, mientras se aplica el haz de radiación 11 a la superficie del substrato 12, produciendo una fila rectangular elongada 612 en el substrato 12 que estuvo expuesto al haz de radiación 12. El nivel 610 se puede graduar a la posición inicial y trasladarse nuevamente en la dirección X, de manera que el haz de radiación 12 de otra "pasada" por la fila 612. Después de una o más pasadas, el nivel 610 se puede trasladar lateralmente en dirección Y una distancia aproximada igual al largo /, después de traslada otra vez por la dirección X para formar otra fila adyacente a la fila anterior 612. Por lo tanto, la porción de la superficie del substrato 12 a tratar se expone en secuencia al haz de radiación 11 y al flujo concurrente de gas 18. El flujo de energía (energía por unidad de área) aplicada a cualquier punto sobre la superficie del substrato 12 por medio del haz de radiación 11 durante un solo pulso de láser 411 es igual a la energía del pulso en la superficie, dividido entre el área sobre la cual se distribuye esa energía. Esto se puede expresar como: EpS eps _ I w en donde FepS es el flujo de energía de pulsos por unidad de área en la superficie (J/cm2) , Eps es la energía del pulso en la superficie (J) , e I y w son la longitud y el ancho de la región 611 (cm) . De igual manera, se puede calcular un flujo de potencia del pulso (Fpps) como: eps pps tp en donde tp es la duración del pulso láser. Existen pérdidas de energía relacionadas con el paso del haz de radiación 11 por las ópticas y la placa de apertura. Por lo tanto, la energía del pulso del láser en la superficie (EpS) es menor que la energía del pulso del láser emitido. El láser LEXtra 200 incluye un minicontrolador con un medidor de energía del pulso que es útil para registrar la potencia útil del láser durante los experimentos. Sin embargo, el medidor .interno no es extremadamente exacto. Para obtener mediciones más exactas de la energía, el aparato de prueba se calibró para desarrollar un factor de corrección que se aplica a la lectura del medidor interno, a fin de obtener una lectura más exacta. De igual forma se midió la energía del pulso láser en la superficie (EpS) con una cabeza de detección Molectron J50 y un joulómetro JD 1000 colocado en el lugar de la superficie de tratamiento, y la lectura de la energía medida se compara con la lectura del medidor interno de energía del pulso (Epm) . De esta forma se desarrolló un factor de corrección (^corrección) c?ue incluye tanto las pérdidas por medio del tren óptico como las faltas de exactitud del medidor. EpS = Epm Rcorrßcción Este factor de corrección no es constante, se ha encontrado que varía aproximadamente de manera lineal con el nivel de potencia útil del láser. La energía del pulso depende de la entrada de voltaje (Vi) al láser, la cual se puede ajustar a niveles de aproximadamente 17 a 22 kV. La energía de la potencia útil del láser (indicada por el medidor interno) varía para un voltaje dado, dependiendo de factores como el nivel de abastecimiento de gas al láser, de manera que no se puede utilizar el voltaje directamente como una medida de energía del pulso, sino que se lee el medidor interno. Por conveniencia, el factor de corrección se calcula como una función de la graduación del voltaje y después se aplica a la lectura de energía del medidor interno.- El factor de corrección es de la forma: ^corrección ~ m-Vi+b en donde m es la curva, y b es la intersección de la relación lineal. En el siguiente Cuadro 2a se muestra los valores de m y b de los dos aparatos de prueba.

Cuadro 2a Por lo tanto, la energía por pulso en la superficie de tratamiento es: Epm Epg - m-Vi+b En la realización ilustrada, la fila 612 está formada por una serie de regiones discretas 611 (como se indica en la Figura 3 con una segunda región 611', la cual aparece sombreada) . La distancia por la cual está desplazada la región 611' de la región 611 (?X) es el producto del tiempo entre los pulsos del láser (que es el inverso de la velocidad de repetición del pulso del láser Rl) y la velocidad de translación del nivel 610 (la velocidad de barrido vs) . Por lo tanto, el flujo de energía administrado a un punto dado en el substrato es el producto del flujo de energía por pulso (FßpS) y el número de pulsos láser a los que esta expuesto el punto (Npj) . El número de pulsos Npi.es igual al ancho w de la región 611 dividida entre la distancia ?x que el nivel se mueve entre pulsos. Por supuesto, si w no es un múltiplo integral de ?x y cada punto debe recibir un número entero de pulsos, no todos los puntos recibirán el mismo número de pulsos. Sin embargo, la relación antes mencionada tiene una exactitud razonable para determinar la energía promedio aplicada a cada fila 612. Es más, en lugar de graduar el nivel lateralmente antes de comenzar otra fila 612, el nivel se puede dejar en la misma posición lateral y aplicar otra fila 612 en el mismo lugar, dando otra "pasada" sobre el substrato. Por lo tanto, el total del flujo de energía suministrado (Fet) es igual al flujo de energía por pasada (Fßpa) multiplicado por el número de pasadas (Npa) . El flujo promedio de energía aplicada a la superficie del substrato 12 se puede calcular como: Feps-Ri'w epa s El flujo total de energía aplicado a un punto dato se obtiene multiplicando el flujo de energía por pasada (F?pa) por el número de pasadas Fet = Fepa'npa En la información experimental presentada a continuación, los parámetros de prueba se identifican como se muestra en el Cuadro 2b.

Cuadro 2b En todas las pruebas la velocidad del flujo del gas de nitrógeno a lo largo de la superficie del tratamiento fue de 250 a 500 ml/s. 3. Ejemplos de la Eliminación de Películas de Oxidación En los siguientes ejemplos se ilustra la aplicación del método de tratamiento básico y los aparatos antes descritos para las películas de óxido. En cada ejemplo se hizo una serie de "corridas" de tratamiento en una o más muestras de materiales oxidadas del substrato. Cada corrida consistió en tratar una sola fila 612 a lo largo de la superficie de tratamiento, con una o más pasadas en la fila. A menos que se indique de otra manera, las muestras fueron tratadas sobre una superficie plana (como la cara plana de los objetivos metalizados por bombardeo iónico.

La efectividad del tratamiento se clasificó de acuerdo con una escala de velocidad de limpieza de seis puntos, la cual se explica en el siguiente Cuadro 3a. Cuadro 3a En estas pruebas, el objetivo fue eliminar todo el óxido con las menos pasadas posibles (de preferencia con una sola pasada) y con la mayor velocidad posible sin dañar la superficie de tratamiento. Esto corresponde a una velocidad máxima de proceso para la aplicación comercia, para tratar un substrato en el menos tiempo posible. Como se comentó antes, se piensa que los factores clave del proceso son el flujo de energía por pulso (FßpS), el flujo de potencia directamente relacionado (mediante la duración del pulso fijo de 34 ns) por pulso (Fpps) , y el flujo total de energía (Eft) . Se varió estos factores del proceso ajustando la energía del pulso (EpS) , la velocidad de repetición del pulso (IR), la velocidad del nivel (Vs) , y el ancho de la región de incidencia (w) . a. Objetivo de Cromo metalizado por bombardeo iónico En este ejemplo se trató con el Aparato B un objetivo oxidado de cromo metalizado por bombardeo iónico. El objetivo metalizado por bombardeo iónico (al igual que con los objetivos metalizados por bombardeo iónico utilizados en los experimentos antes descritos) tenía aproximadamente 21 cm de largo, de forma ligeramente ovalada, con un ancho máximo de 9 cm. Se realizó una serie de nueve corridas, cuyos resultados aparecen resumidos en el siguiente Cuadro 3b. Cuadro 3b Estos datos sugieren que el flujo de potencia por niveles de pulso aplicado en las corridas recorrieron el nivel umbral en busca de uniones de fotón múltiple. Se obtuvo una buena eliminación con valores Fpps mayores de aproximadamente 12 MS/cm2, aún con valores constantes de Fepa (por ejemplo de la corrida 5 a la 7) y después los valores más bajos de Fepa (por ejemplo de la corrida 8 a la 10) . b. Objetivo de eribio metalizado por bombardeo iónico En este ejemplo se trató con el Aparato B un objetivo oxidado de erbio metalizado por bombardeo iónico. En el siguiente Cuadro 3c se muestra un resumen de los resultados.

Cuadro 3c Se piensa que el óxido azul que se observa es el óxido del erbio o de algún otro producto derivado de la interacción del objetivo metalizado por bombardeo iónico. Todas las corridas se llevaron a cabo con el mismo ancho de haz de 2.9 mm, mientras que se aumento ligeramente la energía del pulso láser Eps (y por lo tanto el flujo de potencia del pulso FppS) , y la velocidad de barrido se disminuyó de manera importante, de una corrida a otra. Las primeras dos corridas dieron como resultado una limpieza parcial, mientras las corridas sucesivas (con valores Fppg ligeramente más altos, de aproximadamente 8 MW/cm2) dieron como resultado una buena limpieza con niveles sucesivamente más bajos del flujo total de energía Fßt, con 0.7 J/cm2, los cuales continuaron dando una buena eliminación. Esto sugiere nuevamente que un umbral de unión de fotón múltiple de FppS se cruza con 2 a 3 corridas. En la corrida 7 se aumentó la velocidad del nivel Vs a 50 mm/s, en un intento por reducir el flujo total de energía a un nivel demasiado bajo para eliminar el óxido. El resultado de esta corrida fue un patrón de "difracción" de las líneas de óxido residual en la dirección X, sugiriendo que las regiones en donde permaneció el óxido no habían estado expuestas a la misma energía o flujos de potencia como las regiones intermedias que si se limpiaron. Aunque la velocidad no fue tan alta para que las regiones incidentes sucesivas (611) no se traslaparan (con una velocidad de repetición láser de 30/s, el substrato se movió una distancia (1.6 mm) entre pulsos, lo cual es menor que el ancho de la región incidente (2.9 mm) ) , el efecto observado puede ser indicativo de una distribución Gaussiana de fotones por la dimensión X de la región incidente 611. c. Objetivo de circonio metalizado por bombardeo iónico En este ejemplo se trató con el Aparato B un objetivo oxidado de circonio metalizado por bombardeo iónico. En el siguiente Cuadro 3d se muestra un resumen de -los resultados. Cuadro 3d Al igual que en el ejemplo anterior, todas la corridas se hicieron con el mismo ancho de haz de 2.9 mm, mientras que se aumento ligeramente la energía del pulso EpS (y por lo tanto el flujo de potencia del pulso pps ) , la velocidad de barrido se aumentó de manera importante de una corrida a otra. Cada corrida produjo una buena limpieza, y los niveles sucesivamente más bajos del flujo total de energía, con aproximadamente 0.9 J/cm2, continuaron dando como resultado una buena eliminación. d. Soporte de Tántalo En este ejemplo se trató con el Aparato B un soporte cilindrico oxidado de tántalo. Debido a que el soporte era cilindrico, éste presentaba una superficie curva para el tratamiento, y la capacidad de translación lineal del nivel no era adecuado para el barrido sin contratiempos de la región incidente del haz 611 de la superficie. De igual forma, el soporte se rotó manualmente a una velocidad a la cual no se traslapaba las regiones incidentes. Por lo tanto, la información que aparece en el Cuadro 3 es aplicable solamente a las regiones incidentes aisladas. Cuadro 3e La información muestra que es adecuado un flujo de energía de aproximadamente 0.5 J/cm2 para eliminar la película de óxido de tántalo del substrato subyacente de tántalo. Con un flujo de potencia de más de aproximadamente 22 MW/cm2 (en la primera a la tercera corrida) , se observo la provocación de cierto daño en el ennegrecimiento de la superficie del substrato. e. Crisol de Tungsteno En este ejemplo se trató con el aparato B un crisol oxidado de tungsteno. El crisol tenía una longitud aproximada de 10 cm y un ancho de 2.5 c , de forma como plato elongado (aproximadamente semi-cilíndrico en la región tratada) . La información mostrada en el siguiente Cuadro 3f incluye de la primera a la tercera corrida sobre la superficie interna (cóncava) y de la cuarta a séptima corrida sobre la externa (convexa) . Cuadro 3f Esta información muestra que es posible eliminar el óxido de tungsteno con un flujo de energía tan bajo como aproximadamente 1.3 J/cm2, mientras que el substrato no se daña con velocidades de flujo de potencia tan altas como aproximadamente 41 MW/cm2. f. Máscaras con Aleación de Molibdeno En este ejemplo, se trató con el aparato A a tres máscaras oxidadas (utilizadas en la producción de áreas de empaque de patrón de alambre de chips de sílice) hechas de fabricación de molibdeno. La información relacionada con el tratamiento de las máscaras aparece en el siguiente Cuadro 3g. Cuadro 3g Se requirió flujos totales de energía (Fßt) más altos para eliminar la oxidación de las mascaras más grandes utilizadas como ejemplo 1, que en las otras dos máscaras. En la primera máscara el tratamiento dejó un residuo café en las corridas 6 y 9a, lo cual puede indicar cierto daño al material restante. La información también sugiere que el Fppg no excedió el umbral de potencia de la unión de fotón múltiple de la Muestra 1 (en el que el FppS fue menor que aproximadamente 30 MW/cm2) , pero excedió el umbral de las Muestras 2 y 3 (FppS sobre aproximadamente 60 MW/cm2) . g. Regla de Acero En este ejemplo se trató con el aparato A una regla oxidada de acero. En el siguiente Cuadro 3h se muestra un resumen de la información del tratamiento de la regla. Cuadro 3h La información indica que el umbral del flujo de potencia de la unión de fotón múltiple se cruzó entre la corrida 2b y 2c a la 7 (siendo aproximadamente de 7.5 a 9.3 MW/cm2) . Es más, aunque el Fppg fue lo suficientemente alto en las corridas 5 a la 7, el flujo total de energía Fßt no fue lo suficientemente alto (aproximadamente de 1.5 a 1.9 J/cm2) para eliminar todo el óxido. h. Objetivo de níquel/hierro metalizado por bombardeo iónico En este ejemplo se trató con el Aparato B un objetivo metalizado por bombardeo iónico, el cual estaba formado por una aleación de níquel y aproximadamente el 19% de hierro. En el siguiente Cuadro 3i se muestra un resumen del tratamiento al objetivo.

Cuadro 3i En las corridas 1, 3, 4, 5, y 7, se observó una ligera interacción rosada durante el tratamiento, y en la corrida 7 la superficie quedó con un tinte ligeramente rosado. Una posible explicación es que el substrato sufrió el daño con el flujo más alto de potencia del pulso de aproximadamente 20 a 26 MW/cm2. Otra alternativa es que los flujos más altos pudieron haber inducido un cambio en la composición de la capa de óxido para formar una composición cuya eliminación es más difícil (es decir con energías de unión más altas. (Esto es consistente con la observación de que en esas corridas se requirió el flujo total de energía para eliminar toda la capa de óxido. En contraste, en las corridas 8 a la 10, los flujos bajos de potencia de pulso que fluctuaron de aproximadamente 9 a 10 MW/CM2 fueron los adecuados para eliminar el óxido (con aproximadamente un flujo total de energía F?¿ de 1.3 o más J/cm2). i . Tira de aleación de níquel En este ejemplo se trató con el Aparato A una tira oxidada de aleación de níquel. La aleación de níquel era de una composición no determinada. En el siguiente Cuadro 3j se muestra un resumen de la información del tratamiento de la tira. Cuadro 3j café, tal vez indicativo de daño al material restante. La inspección visual de la corrida 7, entre pasadas, indicó que el óxido se eliminó de manera incremental con cada pasada. Es más, tal parece que el umbral del flujo de potencia de la unión de fotón múltiple es aproximadamente de 50 MW/cm2, ya que se logró cierta limpieza con valores ppS más bajos, pero se requirió valores Fe^ más altos para eliminar todo el óxido. j . Moneda de cobre En este ejemplo se trató con el Aparato B monedas de Estados Unidos (de cobre) . Se trató tres monedas, en cada reverso y anverso de cada moneda se aplicó una corrida (las corridas fueron pares para cada moneda, las corridas 1 y 2 en la misma moneda, las corridas 3 y 4 en la siguiente, etc.) En el siguiente Cuadro 3k se muestra un resumen de la información del tratamiento a las monedas. Cuadro 3k Esta información muestra la eliminación efectiva del óxido de cobre con niveles de flujo de la potencia del pulso de aproximadamente 8 a 20 MW/cm2 (se requirió energías totales de aproximadamente 13 a 130 J/cm2 para eliminar todo o casi todo el óxido), mientras que flujos de potencia de pulso más altos (20 MW/cm2 en la corrida 6) pueden dañar la superficie. k. Monedas de veinticinco centavos de dólar de aleación de níquel En este ejemplo se trató con el Aparato B cinco monedas oxidadas de 25 centavos de dólar de los Estados Unidos (con capa superficial de aleación de níquel) . Se trató dos monedas, aplicando una corrida en el anverso y otra en el reverso de cada moneda (como en el ejemplo anterior, las corridas 1 y 2 a los dos lados de una moneda, y la 3 y 4 en la otra) . En el siguiente Cuadro 31 se muestra un resumen de la información del tratamiento a las monedas.

Cuadro 31 Esta información muestra que la capa de óxido en la superficie de aleación de níquel de las monedas se eliminó de manera efectiva con flujos de potencia de pulso de aproximadamente 10 a 11 MW/cm2, con 1 a 4 pasadas. 4. Eliminación de Películas Orgánicas En los siguientes ejemplos se ilustra la aplicación del método de tratamiento y del aparato antes descrito, en relación con las películas orgánicas. A menos que se indique de otra forma, las pruebas se realizaron de la misma manera, y los datos se muestran en el mismo formato y unidades que en los ejemplos para eliminar película de óxido. Todas las pruebas se llevaron a cabo con el Aparato A. a. Pintura en Acero Inoxidable En este ejemplo se recubrió (por rocío) 304 discos de acero inoxidable con terminado Ra 20, con una pintura metálica para aplicación convencional (en este caso la pintura vendida con el nombre comercial "RUSTOLEUM") . En el siguiente Cuadro 4a se muestra un resumen de los resultados del tratamiento.

Cuadro 4a Estos datos indican que es posible quitar de manera efectiva una capa orgánica relativamente gruesa de un substrato de acero inoxidable, sin daño aparente al substrato. Todo indique que la película de pintura requirió un flujo total de energía ( et) de al menos aproximadamente 16 J/cm2, y una energía más total (167 J/cm2) con un flujo más bajo de potencia del pulso (aproximadamente 8 MW/cm2 en la corrida 9) . Esto pudiera ser también un indicativo del umbral de un flujo de potencia de 8 a 12 MW/cm2. b. Películas Orgánicas sobre la Cápsula de Pastillas de Cuarzo En este ejemplo se aplicó varias películas orgánicas a la superficie de una cápsula generalmente cilindrica y aranurada de una pastilla de cuarzo (utilizadas para transportar pastillas semiconductoras por los hornos) . Se aplicó tres tipos de películas orgánicas: huellas dactilares (aceite corporal de humano); pintura (azul y roja); y "marcador mágico" . Posteriormente se trató la cápsula de pastilla de cuarzo con el Aparato A. En el siguiente Cuadro 4b se muestra un resumen de los resultados del tratamiento. Cuadro 4b Estos datos indican que las películas orgánicas se pueden eliminar de manera efectiva sin dañar el substrato de cuarzo, con diversos niveles de energía, con uno o más pasadas. c. Películas Orgánicas en Ventana de Cuarzo de Sílice Fundido en este ejemplo se aplicó varias películas orgánicas a la superficie de una ventana óptica generalmente plana de cuarzo de sílice fundido. Se aplicó dos tipos de películas orgánicas: huellas dactilares (aceite corporal humano), con o sin polvo adicional; y pintura azul. La ventana se trató posteriormente con el Aparato A. En el siguiente Cuadro 4c se muestra un resumen de los resultados del tratamiento. Cuadro 4c Nuevamente, estos datos muestran que es posible eliminar de manera efectiva las películas orgánicas, sin dañar el substrato de cuarzo, con varios niveles de energía, con una o más pasadas.

. Eliminación del Silicio Policristalino del Cuarzo En los siguientes ejemplos se ilustra la aplicación del método di tratamiento y de los aparatos antes descritos, en relación con el silicio policristalino sobre cuarzo. Se trató la superficie interna de un tubo cilindrico de horno de cuarzo, para eliminar una capa de silicio policristalino que se había condensado en la superficie durante el tratamiento de los datos de silicio que pasan por el tubo del horno. Una sección radial del tubo se trató con el Aparato A. Se llevó a cabo una serie de corridas de prueba, cuyos resultados se muestran en el siguiente Cuadro 5a. En el aparato de prueba se barrió continuamente la región incidente 611, a lo largo de una fila 612 con un ancho (dimensión X) de 0.9 a 2.0 mm, con tiempos de barrido tan prolongados como décimos de minuto. Por lo tanto el número de pasadas ( (Npa) que se muestra en el cuadro 5a es: ^-barrido '^s Npa fila en donde f¿?a es el ancho de la fila 612, tbarrido es ^a duración del barrido, y Vi es la velocidad de barrido del láser. Se observó que con niveles más altos de energía y flujos de poder, el punto en el que se elimina por completo la capa de silicio policristalino, y el cuarzo se expone a la radiación, se logra por medio de fluorescencia del cuarzo. Lo cua1 proporcionó un indicador visual conveniente del tiempo en e1 que se alcanza la ruptura. Cuadro 5a policristalino de una superficie de cuarzo. 6. Modificación de la Topografía de la Superficie A partir de la descripción y los datos arriba presentados, se hace evidente que las capas substancialmente continuas de material se pueden eliminar selectivamente de la superficie del substrato. El grosor del material eliminado del substrato es una función de las energías de unión del material a eliminar, la energía (longitud de onda) de los fotones aplicados, el flujo de energía de los fotones aplicados, y, en el caso de las uniones de fotón múltiple, el flujo de potencia. También podemos referirnos a la energía y a los flujos de potencia como una concentración espacial y temporal de los fotones aplicados. Por lo tanto, es posible determinar para un material dado la concentración temporal y espacial del fotón necesaria para eliminar una capa de material, con el grosor deseado. Como se describió antes para las capas de película orgánica e inorgánica, las capas de material se pueden eliminar de manera uniforme por una área extensa del substrato barriendo la radiación sobre la superficie del substrato. Sin embargo, mediante el control adecuado del proceso de eliminación, es posible eliminar selectivamente (por ejemplo de manera no uniforme) material de áreas relativamente pequeñas para modificar la topografía de la superficie del substrato. La modificación de la topografía puede realizarse en la naturaleza de la microfabricación para crear nanoestructuras, o para aplanar una superficie rugosa. a. Creación de Nanoestructuras Las nanoestructuras se pueden crear eliminando selectivamente el material del substrato de las estructuras aledañas que están elevadas por arriba de la superficie que la rodea. Esto se puede hacer de dos formas. La primera equivale, en concepto, a una operación de fresado con escalas de estructuras convencionales. Para continuar esta analogía, la región de radiación incidente 611 se puede considerar como la herramienta de fresado, en la que el tamaño de la región 611 (correspondiente al tamaño de la herramienta de fresado) indica el ancho más pequeño de material que se puede eliminar. De igual manera, la resolución lateral del control sobre el movimiento de la región 611 (ya sea mediante movimiento lateral de un nivel como el 610 o moviendo las ópticas convergentes) indica la escala y exactitud con las cuales se puede crear las estructuras. La energía y los flujos de potencia indican la profundidad del "corte" logrado con cada "pasada" en la región incidente, y la profundidad total del material eliminado se controla por medio del número de pasadas hechas sobre la superficie. En la Figura 5 se ilustra esquemáticamente la creación de una nanoestructura sencilla. La nanoestructura es una "isla" 720 rodeada por una "zanja" 720 formada en la superficie del substrato 12. La zanja 710 se forma moviendo la región de radiación incidente 611 (la cual se muestra esquemáticamente como una región circular, aunque pudiera ser rectangular como se ilustra en el aparato experimental que aparece arriba) al rededor del perímetro de la región en la cual se desea crear la isla 720. El movimiento de la región 611 está indicada con otra posición de la región (611') en otra parte de la zanja 710. Una técnica alternativa de micromaquinación es usar una máscara para definir las áreas del material a eliminar, sobreponer la máscara sobre o por arriba de la superficie de tratamiento del substrato, y barrer uniformemente la región de radiación incidente por la máscara. Por supuesto se deberá seleccionar la máscara y los materiales del substrato, y fijar los niveles de la potencia del fotón y el flujo de energía, para eliminar el material no deseado de la superficie de tratamiento del substrato sin dañar la máscara de forma que quede inutilizable antes de que se termine la micromaquinación del substrato. En la técnica anterior se demostró que es posible controlar las técnicas para el uso de las máscaras (como para la fotolitografía) y el control sobre el tamaño y posición de la región incidente del láser, en la escala espacial de interés en la micromaquinación de nanoestructuras. La forma en que al esas técnicas se pueden aplicar para utilizar este invento en la micromaquinación son evidentes para el artesano y por lo tanto no se les describe con más detalle en este documento. b. Aplanado También es posible "aplanar" una superficie del substrato por medio de la aplicación selectiva de radiación, como ese ilustra esquemáticamente en la Figura 8. Si, como se muestra en la Figura 8, el substrato 12 tiene una capa 12b (como una capa de óxido, aunque la capa puede ser simplemente una capa de la superficie del substrato) que no tenga un grosor uniforme (indicado por las regiones 12bl, 12b2, 12b3, etc.), en algunas aplicaciones pudiera ser deseable eliminar una parte, y no toda la capa de óxido, y para hacer que la capa de óxido tenga un grosor más uniforme (indicado por la línea punteada 12c) . Esto se puede realizar mediante la aplicación selectiva de radiación a cada una de las regiones 12bl, etc. para eliminar un grosor de material igual a la diferencia entre el grosor previo al tratamiento y el grosor deseado. La radiación se puede barres como rastreo por la superficie del substrato, y así quitar la cantidad deseada de material de cada región. Para determinar con exactitud el grosor antes del tratamiento de la capa 12b (y, opcionalmente, para confirmar el grosor deseado después del tratamiento) , es deseable utilizar una técnica de medición del grosor de la película in-situ. Algunas técnicas conocidas incluyen la espectrofotometría o elipsometría con perfil de reflección o de haz. (Estas técnicas están descritas en P. Burggraaf, "Metrología de Capa Delgada: Título para una Nueva Meseta" Semiconductor International marzo de 1994) . El grosor real de cada región se puede comparar con el grosor deseado, a fin de determinar el grosor del material no deseado. Entonces se podrá aplicar los flujos de energía y potencia de radiación correctos a la región para eliminar el grosor del material no deseado. Se puede medir el grosor después del tratamiento para confirmar que el grueso real es igual al grueso deseado, y hacer una aplicación adicional del tratamiento, en caso de que fuera necesario. Este proceso se puede continuar de manera iteractiva para cada región. En la Figura 6 se ilustra esquemáticamente un aparato adecuado. El substrato 12 está dispuesto en un nivel móvil 610, y se aplica una radiación 11 de la fuente 410 por medio de ópticas de suministro 450. La información del grosor 805 se reúne por medio de un elipsómetro 810 (o de otro dispositivo adecuado para la medición del grosor) . Un controlador 850 recibe la información del grosor 185 del elipsómetro 810, y emite la señal de control de radiación 820 hacia la fuente 410 y las señales de control de posición 825 hacia el nivel 610 o las señales 830 hacia las ópticas movibles 450. c. Irradiación oblicua También se puede "alisar" una superficie de tratamiento del substrato que no tenga un grosor uniforme, mediante la aplicación de radiación en un ángulo oblicuo hacia la superficie promedio del substrato, como se ilustra esquemáticamente en la Figura 7. La capa rugosa de la superficie 12b del substrato 12 (mostrado en la sección transversal en la Figura 7) tiene los elementos de superficie orientados en varias direcciones (o en varios ángulos relativos al plano general de la superficie de tratamiento) . Debido a que los flujos de potencia y energía incidente de la radiación 11 varía con el ceno del ángulo incidente sobre el elemento de la superficie, los elementos que son más normales a la radiación estarán expuestos a flujos más altos que los elementos que están oblicuos. Más aún, los elementos que están a la sombra (que no están expuestos), no recibirán flujo. Por lo tanto el efecto acumulativo de la aplicación de radiación 11 será eliminar relativamente más material de los elementos de la superficie que tienen orientación normal, y menos cantidad de los elementos oblicuos o a la sombra (indicados esquemáticamente por medio de contornos de superficie sucesivos después del tratamiento 12b', 12b''). Esto, a su vez, reducirá el promedio de rugosidad de la capa de la superficie 12b.

Claims (11)

1. Lo que se reivindica es: 1. Un método para eliminar selectivamente una capa continua de material no deseado de una superficie de tratamiento de un substrato sin afectar las propiedades físicas del material que se desea dejar sobre la superficie de tratamiento adyacente o subyacente al material no deseado, incluye los siguientes pasos: introducir por dicho material no deseado un flujo de gas substancialmente inerte a dicho substrato; e irradiar dicho material no deseado con fotones energéticos con una concentración espacial y temporal suficiente para liberar el material no deseado de la superficie de tratamiento pero insuficiente para alterar las propiedades físicas del material deseado.
2. 2. Un método para eliminar selectivamente una capa continua de material no deseado de una superficie de tratamiento de un substrato sin afectar las propiedades físicas del material que se desea dejar sobre la superficie de tratamiento adyacente o subyacente al material no deseado, incluye los siguientes pasos: introducir por dicho material no deseado un flujo de gas substancialmente inerte a dicho substrato; e irradiar dicho material no deseado con fotones energéticos a niveles de flujo de energía y potencia suficientes para romper las uniones que forman el material no deseado, pero insuficientes para elevar la temperatura del material deseado al nivel en el que se podrían producir cambios en las propiedades física del material deseado.
3. 3. Un método para crear estructuras en una superficie de un substrato, eliminando selectivamente el material no deseado de la superficie de tratamiento sin afectar las propiedades físicas del material que se desea dejar sobre la superficie de tratamiento adyacente o subyacente al material no deseado, incluye los siguientes pasos: introducir por dicho material no deseado un flujo de gas substancialmente inerte a dicho substrato; e irradiar selectivamente dicho material no deseado con fotones energéticos a niveles de flujo de energía y potencia suficientes para eliminar el material no deseado de la superficie de tratamiento, pero insuficientes para alterar las propiedades físicas del material deseado; y eliminar de la superficie de tratamiento un grosor de material no deseado en el patrón espacial necesario para formar una estructura deseada.
4. 4. El método de la reivindicación 3 más los siguientes pasos: producir en dicho material no deseado una región incidente de irradiación que tenga las dimensiones adecuadas para la formación de la estructura deseada; y graduar dicha región de radiación incidente a lo largo de dicho patrón espacial.
5. 5. El método de la reivindicación 3 más los siguientes pasos: colocar entre la superficie de tratamiento y una fuente de dichos fotones energéticos, una máscara que corresponda a dicho patrón espacial; e irradiar de manera substancialmente uniforme dicho patrón espacial sobre la superficie de tratamiento, a través de dicha máscara.
6. 6. Un método para aplanar la superficie de tratamiento de un substrato que tenga una pluralidad de regiones contiguas con un grosor diferente de material, eliminando selectivamente los grosores que difieren en el material de cada región, sin afectar las propiedades físicas del material que se desea dejar, incluye los siguiente pasos: determinar la grosor de cada región existente en el material de la región; comparar cada grosor del material existente con el grosor del material deseado, y con esa información determinar el grosor del material no deseado; y en cada región que tenga un grosor de material no deseado, irradiar selectivamente dicha región con fotones energéticos que tengan la concentración espacial y temporal suficiente para eliminar dicho grosor del material de la región, pero insuficiente para alterar las propiedades físicas del material que se desea dejar.
7. 7. El método de las reivindicaciones 1, 2, 3, ó 6, en las que dicho material que debe quedar sobre la superficie de tratamiento es un metal, y dicho material a eliminar es un óxido de dicho metal.
8. 8. El método de las reivindicaciones 1, 2, 3, ó 6, en las que dicho material que debe quedar sobre la superficie de tratamiento es inorgánico dicho material a eliminar es orgánico.
9. 9. El método de las reivindicaciones 1, 2, 3, ó 6, en las que dicho material que debe quedar, y dicho material a eliminar de la superficie de tratamiento tiene materialmente la misma composición química.
10. 10. El método de las reivindicaciones 1, 2, 3, ó 6, en las que dicho material que debe quedar sobre la superficie de tratamiento es cuarzo, y dicho material a eliminar es silicio policristalino.
11. 11. Un método para reducir la rugosidad de una superficie de tratamiento que tiene un plano promedio de superficie, y tiene elementos individuales de la superficie dispuestos en ángulos al plan promedio de la superficie, sin afectar las propiedades físicas de la superficie de tratamiento, incluye los siguiente pasos: introducir por dicha superficie de tratamiento un flujo de gas substancialmente inerte a dicha superficie de tratamiento; e irradiar dicha superficie de tratamiento con fotones energéticos a niveles de flujo de energía y potencia suficiente para romper las uniones que forman el material de la superficie de tratamiento y así liberar el material de la superficie de tratamiento, pero insuficiente para alterar las propiedades físicas del material de la superficie que se desea dejar, aplicando dichos fotones a dicha superficie de tratamiento en un ángulo relativamente oblicuo al plano promedio de la superficie de tratamiento.