NO180739B - Fremgangsmåter og anordning for fjerning av overflateforurensninger ved bestråling fra en höyenergikilde - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og anordning for å fjerne forurensninger fra en overflate. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen fjerningen av forurensninger fra en substratoverflate ved anvendelsen av energi fra en høyenergi-kilde mens den molekylære krystallstrukturen i overflaten som behandles bevares, slik som angitt i ingressen av vedlagte patentkrav 1, 3, 5 og 7.

Overflateforurensninger innbefatter diskrete stykker av stoff som strekker seg i størrelse fra submikron til granulater som er synlige til å bli observert med øyet. Slike forurensninger kan være fine støv- eller skittpartikler eller uønskede molekyler bestående av elementer slik som karbon eller oksygen. Forurensninger blir ofte klebet til en overflate ved hjelp av svake kovalente bindinger, elektrostatiske krefter, van der Walls-krefter, hydrogenbinding, coulombiske krefter eller dipol-dipol-samvirkninger, som gjør fjerning av forurensningene vanskelig.

I visse tilfeller gjør nærværet av overflateforurensninger det forurensede substratet mindre effektivt eller uvirksomt for substratets tiltenkte formål. Innenfor visse nøyaktige vitenskapelige måleanordninger blir eksempelvis nøyaktighet mistet når optiske linser eller speil i anordningene blir belagt med mikrofine overflateforurensninger. På tilsvarende måte i halvledere vil overflatedefekter pga. ørsmå molekylære forurensninger ofte gjøre halvledermasker eller brikker verdiløse. Redusering av antallet av molekylære overflatedefekter i en kvartshalvledermaske med endog en liten størrelse, kan radikalt forbedre halvlederbrikkeproduksjons-utbytte. Ved å fjerne molekylære overflateforurensninger, slik som karbon eller oksygen, fra overflaten av silisium-skiver før kretssjikt avsettes på skiven eller mellom avsetning av sjikt, vil likeledes i vesentlig grad forbedre kvaliteten av den produserte datamaskinbrikken.

Behovet for rene overflater som er fri for endog de fineste forurensninger, har ført til utviklingen av et antall av i øyeblikket anvendte overflaterengjøringsmetoder. Disse kjente metoder har imidlertid hver sin egne alvorlige ulemper. Eksempelvis krever de meget anvendte kjemiske og mekaniske rengjøringsteknikker bruken av rengjøringsverktøy og hjelpemidler som kan innføre like så mange nye forurensninger på en overflate som skal behandles som de fjerner.

En annen i øyeblikket anvendt fremgangsmåte for å rengjøre substratoverflater uten utenforliggende hjelpemidler, krever at behandlingsoverflaten smeltes til å frigjøre forurensninger som så fjernes ved hjelp av ultrahøyt vakuumtrykk. Denne fremgangsmåte har den ulempe at overflaten som behandles må kort smeltes, hvilket kan være uønsket, slik som eksempelvis når en halvlederoverflate rengjøres mellom avsetning av kretssjikt og det er ønskelig at integriteten av de tidligere avsatte sjikt ikke forstyrres. En ytterligere ulempe med denne prosess er at det ultrahøye vakuumutstyret er både kostbart og tidskrevende å betjene.

Utglødningsbehandlingsmetoder lider av lignende ulemper. Når en overflate rengjøres ved hjelp av utglødningsmetoder, blir behandlingsoverflaten av substratet som rengjøres oppvarmet til en temperatur som er generelt under smeltepunktet for materialet som behandles, men høy nok til å muliggjøre omordning av materialets molekylære krystallstruktur. Overflaten som behandles holdes på denne høye temperatur over en utstrakt periode under hvilken tid overflatens molekylære krystallstruktur omordnes og forurensninger fjernes ved hjelp av ultrahøyt vakuum. Utglødningsrengjøringsmetoder kan ikke anvendes der det er ønskelig å bevare integriteten av den eksisterende struktur som rengjøres.

En annen i øyeblikket anvendt rengjøringsmetode, kjent som ablasjon, lider av sine egne, særlige ulemper. Med ablasjon blir en overflate eller forurensninger på en overflate oppvarmet til fordampningspunktet. Avhengig av materialet som ablaseres, kan materialet smelte før det fordamper eller materialet kan sublimere direkte ved oppvarming. Med ablasjonsrengjøringsteknikker, dersom skade på behandlingsoverflaten skal hindres, må ablasjonsenergien være nøyaktig innsiktet mot forurensninger i stedet for overflaten på hvilken forurensningen ligger, hvilket er en vanskelig oppgave når forurensningene er uhyre små eller vilkårlig spredt. Selv hvor ablasjonsenergien kan på vellykket måte rettes mot en forurensning, er det vanskelig å fordampe forurensningen uten også å skade den underliggende behandl ingsoverf laten .

Overflaterengjøring ved smelting, utglødning og ablasjon kan gjennomføres med en laserenergikilde. Bruk av en laserenergikilde for å fjerne forurensninger fra en overflate ved smelting, utglødning eller ablasjon overvinner imidlertid ikke den naturlige ulempe ved disse prosesser. I eksempelvis US-patent nr. 4 292 093, "Method Using Laser Irradiation For the Production of Atomically Clean Crystalline Silicon and Germanium Surfaces", krever den omhandlede laserutglødnings-metoden både vakuumbetingelser og energinivåer som er tilstrekkelig til å bevirke omordning og smelting av behandl ingsoverf laten. Andre kjente laseroverflaterengjør-ingsmetoder som involverer smelting og herding, krever lignende høyenergilaseroperasjons- og/eller vakuumforhold, slik som omhandlet i US-patentene nr. 4 181 538 og 4 680 616. På tilsvarende måte lider laserablasjonsteknikken som er omhandlet i US-patent nr. 3 464 534, "Laser Eraser", av de samme ulemper som andre høyenergiablasjonsmetoder.

Av ytterligere kjent teknikk kan det vises til den japanske patentpublikasjon JP 57-76846. Denne publikasjon beskriver anvendelse av en laser for termisk oppvarming av overflaten for å fremme en reaktiv plasmasamvirkning med forurensningene på overflaten. Ettersom fremgangsmåten er basert på reaktiv ione-etsning, blir en bestemt mengde av reaktiv gass tillatt i kammeret for å reagere med overflaten og tillates å avgis ved det passende prosesstidspunkt. Denne prosess beskriver således at en pulset lysstråle skal bestråle og oppvarme kun overflaten av en halvleder på en måte som bevirker reagering med og deretter eliminering av avfallsmaterialet på overflaten, idet avfallsmaterialet er rester etter en plasmatørr-etsningsprosess. Den kjente prosessen omhandler således kun en statisk ablasjonsmetode.

Av ennu ytterligere kjent teknikk skal vises til Y.R. Shen, Principles of Nonlinear Optics (New York; John Wiley & Sons,1984) sidene 334-338, som omhandler en teoretisk basis for multippel-fotonos samvirkninger med en overflate. Publika-sjonen gir imidlertid kun en generell teknisk bakgrunn.

R.Loundon, The quantum theory of light,(Oxford, England, The Clarendon Press, 1983), sidene 33-37 beskriver kvanteteori i tilknytning til lys og hvorledes en vandrende, elektromag-netisk bølge har en egenskap som benevnes som et strålings-felt. En laser har en slik egenskap. Strålringsfeltet, når dette samvirker med en forurensning på en overflate, kan bevirke en momentutveksling som kan hjelpe til med å bevirke forurensninger til å "levitere".

Til sist nevnes A.Ashkin og J.M. Dziedzic, Applied Physics Letters, (19.(8) 1971), side 283, 28(6) 1976), side 333, 30(4) (1977), side 202. Disse publikasjoner beskriver fenomenet med optisk levitering gjennom samvirke med laserstrålingsfeltet (laser). Forfatternes arbeid ble utført i et vakuum med hjelp av en piezoelektrisk kobler for å observer "Optisk levitering av to mikron polystyrenlateks-kuler".

Følgelig er det er formål med oppfinnelsen å tilveiebringe fremgangsmåter og en anordning for å fjerne forurensninger fra en substratoverflate, og der slik fjerning ikke endrer den molekylære krystallstrukturen i overflaten som behandles. Det er et annet formål med oppfinnelsen å kunne tilveiebringe en løsning der forurensninger kan fjernes fra en behandlingsoverflate som ikke smelter eller fordamper noen del av den overflate som behandles.

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å muliggjøre fjerning forurensninger fra overflaten av et substrat, slik at det ikke introduseres noen ytterligere urenheter til substratets overflate.

Det er et ennu ytterligere formål ved oppfinnelsen å muliggjøre rengjøring av et substrats overflate, der rengjøringen ikke krever et vakuum og kan gjennomføres økonomisk under en meget kort tidsperiode.

De for oppfinnelsen kjennetegnende trekk ved fremgangsmåtene, samt ved anordningen vil fremgå av de vedlagte patentkrav.

Ytterligere formål og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse vil bli angitt delvis i beskrivelsen som følger og delvis vil være åpenbar fra beskrivelsen eller kan erfares ved utøvelse av oppfinnelsen.

De vedlagte tegninger som inngår i og danner del av denne beskrivelse, viser i øyeblikket foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen og tjener sammen med beskrivelsen, til å forklare oppfinnelsens prinsipper. Fig. 1 er et skjematisk riss over f orurensningsf jerning i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk riss som viser hvorledes laserbestråling rettes i én utførelsesform av oppfinnelsen. Fig. 3 er et skjematisk riss som viser hvorledes laserbestråling rettes i en annen utførelsesform av oppfinnelsen.

Det skal nå vises i detalj til en i øyeblikket foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, hvorav et eksempel er vist i de vedlagte tegninger. Over alt på tegningene anvendes like henvisningstall til å betegne like elementer.

En fremgangsmåte for å fjerne overflateforurensninger fra overflaten av et substrat mens den molekylære krystallstrukturen i overflaten som behandles bevares, er vist i fig. 1. Slik som vist i fig. 1 holder en sammenstilling 10 et substrat 12 fra hvilket overflateforurensninger skal fjernes. En gass 18 fra en gasskilde 16 bevirkes til konstant å spyles over substratet 12. Gassen 18 er inert overfor substratet 12 og spyles over substratet 12 for derved å bade substratet 12 i et ikke-reaktivt gassmiljø. Fortrinnsvis er gassen 18 en kjemisk inert gass slik som helium, nitrogen eller argon. En inneslutning 15 for å holde substratet 12 kommuniserer med gasskilden 16 via en rekke av rør 21, ventiler 22 og en gass-strømningsmåler 20.

Ifølge utførelsesformen av oppfinnelsen som er vist i fig. 1, omfatter inneslutningen 15 en prøvereaksjonscelle av rustfritt stål utstyrt med motstående respektive gassinnløps- og utløpsporter 23, 25. Inneslutningen 15 er utstyrt med et avtettet, optisk-grad kvartsvindu 17 gjennom hvilket bestråling kan passere. Innløps- og utløpsportene 23, 25 kan eksempelvis omfatte rør av rustfritt stål utstyrt med ventiler. Etter at prøven 12 er anbrakt i inneslutningen 15, blir inneslutningen 15 gjentatte ganger spylt og tilbakefylt med gass 18 og holdes på et trykk som er noe over det omgivende atmosfæriske trykk for å hindre innstrømning av andre gasser. Selv om inneslutningen 15 er vist som et fast kammer, forventes det at en overflate som rengjøres kunne omsluttes i en hvilken som helst type av inneslutting, gjennom hvilken en gass kan spyles. Dersom eksempelvis overflaten som behandles er et stort fast objekt, kan en stor forflyttbar inneslutning, slik som en plastpose, anvendes. Spyling av gass 18 kan reguleres ved hjelp av strømningsmåler 20 som, i den foretrukne utførelsesform, er en Matheson Model 602-strømningsmåler. Ventiler 22 er fortrinnsvis målings-, regulerings- eller belgventiler som er egnet for applikasjoner med høy temperatur og trykk, og for bruk med giftige, farlige, korroderende eller kostbare gasser eller væsker, slik som eksempelvis Swagelok SS=4E<®->serieverdier fra Swagelok Co., Solon, Ohio. Ventiler 22 kan åpnes eller lukkes for å isolere inneslutningen 15, for å bevirke kommunikasjon mellom inneslutningen 15 og gasskilden 16 eller å sette inneslutningen 15 i forbindelse med en annen substans, slik som en gass for avsetning på substratet 12, som kommer fra en alternativ kilde 40.

I henhold til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir substratets behandlingsoverflate bestrålt med høyenergi-bestråling, kjennetegnet ved en energitetthet og varighet mellom det som kreves for å frigjøre overflateforurensninger fra substratets behandlingsoverflate og det som kreves for å endre den molekylære krystallstrukturen på substratets behandlingsoverflate. I henhold til den foretrukne utfør-elsesform av oppfinnelsen som er vist i fig. 1, genererer en laser 14 laserbestråling 11 som er rettet mot behandlingsoverflaten på substratet 12. I fig. 1 er laseren 14 vist til å være utenfor inneslutningen 15 og bestråler prøven 12 gjennom kvartsvinduet 17. Imidlertid tilsiktes det at laseren 14 kunne alternativt anbringes innenfor inneslutningen 15.

Energifluksen og bølgelengden av høyenergibestrålingen blir fortrinnsvis valgt til å være avhengig av overflatefor-urensningene som fjernes. I dette henseendet kan en gass-analysator 27 kobles til utløpsporten 25. Analysatoren 27 analyserer innholdet i avgassen fra inneslutningen 15 for å muliggjøre selektiv energi og bølgelengdejustering av laseren 14. Gassanalysatoren 27 kan være et massespektrometer slik som eksempelvis et kvadrapolmassespektrometer.

Valg av høyenergibestrålingskilden for bruk i oppfinnelsen avhenger av den ønskede bestrålingsenergi og bølgelengde. Elektronvolt/foton (eV/foton) av bestrålingen er fortrinnsvis minst to ganger den energi som er nødvendig for å bryte bindingene som fester forurensningene til overflaten som rengjøres. Bindingsenergiene mellom vanlige forurensninger slik som karbon og oksygen, og vanlige substratmaterialer slik som silisium, titan, germanium, jern, platina og aluminium, strekker seg mellom 2 og 7 eV/binding slik som omtalt i Handbook of Chemistry and Physics, 68. utg., s. F-169 til F-177 (CRC Press 1987), som her innbefattes ved denne henvisning. Følgelig er lasere som utsender fotoner med energier i området 4-14 eV/foton ønskelige. Bølgelengden bør være under bølgelengden som ville kompromittere integriteten av substratets overflate ved hjelp av den foto-elektriske effekten, slik som beskrevet i G. W. Castellan, Physical Chemistry, 2. utg., s. 458-459 (Academic Press, 1975), som her innbefattes med denne henvisning. Den foretrukne bølgelengde avhenger av molekyltypene som fjernes og resonanstilstandene i slike typer. Bølgelengdene og foton-energiene for et antall av lasere som kan betjenes i oppfinnelsen, er angitt nedenfor.

Disse lasere er beskrevet i nærmere detalj i de etterfølgende publikasjoner som her innbefattes med denne henvisning: M. J. Webber, ed., CRC Handbook of Laser Science, Vols. 1-5 (1982-1987); Mitsuo Maeda, Laser Dyes, (Academic Press 1984); og laserproduktlitteratur fra Lambda Physik, 289 Great Road, Acton Massachusetts; Coherent, Inc., 3210 Porter Drive, Palo Alto, California; og Spectra-Physics, 1250 West Middlefield Road, Mountain View, California. Det forventes at høyenergi xenon- eller kvikksølvlamper eller andre typer av lasere, innbefattende synlige, ultrafiolette, infrarøde, røntgen-eller frielektronlasere, kan anvendes som bestrålingskilden ifølge oppfinnelsen.

I henhold til oppfinnelsen har bestrålingen som rettes mot substratets behandlingsoverflate en effekttetthet som er mindre enn den som behøves for å endre den molekylære krystallstrukturen av behandlingsoverflaten hvorfra forurensninger fjernes. Fortrinnsvis blir effekttettheten av bestrålingen og varigheten av bestrålingen valgt for derved å påføre en energimengde på substratets overflate som er vesentlig under den energi som kreves for endring av substratets overflatestruktur. Det foretrukne energinivået er avhengig av sammensetningen av substratet som behandles. Eksempelvis, med visse substratmaterialer, slik som plast, vil dette energinivå være langt lavere enn for andre materialer slik som karbidstål som har høy styrke. Dannelsevarmen for forskjellige materialer er velkjente og er angitt i Handbook of Chemistry and Physics, 68. utg., s. D33-D42 (CRC Press 1987), som herved innbefattes med denne henvisning. Dannelsevarmen tilsvarer generelt mengden av varme som kreves for å bryte ned forskjellige materialer og kan anvendes som en retningslinje for å velge et laserbestrål-ingsenerginivå og varighet som ikke vil endre den molekylære krystallstrukturen i den overflate som behandles. Dannelsevarmen for et antall av vanlige substratmaterialer er oppsummert i den følgende tabell.

Bestrålingsenergitettheten og varigheten av bestråling som anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse, er slik at dannelsevarmen ikke nærmes på substratbehandlingsoverflaten. Å finne den maksimale energi som er brukbar på et gitt substratmateriale ville kreve en viss eksperimentering i lys av materialets kjente dannelsevarme. Således blir utglødning, ablasjon og smelting hindret fra å opptre.

Når en substratoverflate bestråles som beskrevet ovenfor, blir bindingene og/eller kreftene som holder overflate-forurensningene til substratets overflate, brutt og den inerte bæregass bærer forurensningene bort fra substratets overflate under laserbestråling. Så lenge som det rengjorte substratet forblir i det inerte gassmiljø, vil nye forurensninger ikke dannes på substratets overflate. Om nød-vendig kan et passende fangingssystem forbindes med inne-slutningens utløp 25 for å fange og nøytralisere fjernete forurensningstyper.

Et substrat som behandles kan selektivt utsettes for laserbestråling ved et antall av metoder. Slik som vist i fig. 2 blir eksempelvis substratet 12 festet på et XY-bord 13 som selektivt beveges relativt en fast stråle av laserpulser 11 som rettes gjennom en strålesplitter 24 og en fokuserende linse 28 før den danner kontakt med valgte partier av overflaten av substratet 12 over hvilket inert gass 18 strømmer.

Alternativt, som vist i fig. 3, kan laserpulser 11 splittes ved hjelp av strålesplittere 30, 32 i to sett av pulser som selektivt beveges ved å justere speil 34-37 over overflaten av substratet 12 på et fast bord 17. En lasereffektmåler 26 tillater nær overvåkning av lasereffekten som tilføres substratet.

Eksempel I

Det naturlige oksid av silisium er nødvendig for å fremme tynnfilmveksten på halvlederoverflater. Uheldigvis, når halvlederoverflater av silisiumoksid utsettes for miljøet, vil karbonforurensninger feste seg svakt til halvleder-overflaten. Nærværet av disse forurensninger reduserer i stor grad ledeevnen eller den isolerende natur for tynnfilmen som avsettes. Derfor, ved halvlederproduksjon, tas det store forholdsregler for å minimalisere miljøeksponering gjennom bruken av komplisert vakuum, kjemiske og mekaniske teknikker. Vakuumteknikker er kostbare, særlig dersom høyt eller nær ultrahøyt vakuum anvendes til å holde overflater rene mellom behandlingstrinnene. Kjemiske (våte og tørre) og mekaniske teknikker kan skade substratets behandlingsoverflate, og dersom substratet som behandles er en behandlet integrert krets, kan det oppstå skade på den underliggende struktur.

I et forsøk på å overvinne disse problemer ble en pulset KrF-eksimerlaser, hvis grunnleggende bølgelengde er 248 nm (UV-området), rettet mot overflaten av et silisiumsubstrat i en avtettet kasse gjennom hvilken argongass ble spylt. For å minske overflatekarbonforurensning og minske karbonprosent-andel knyttet til kjemisorbert organometallisk materiale (trimetylaluminium), en forløper for aluminiumtynnfilm-dannelse i halvlederproduksjon, ble bestråling med 35 mJ/cm<2>for 6 000 laserskudd med en 10 Hz repetisjonstakt tilført en silisiumoksidsubstratoverflate med KrF-eksimerlaseren. De laserbehandlede overflater ble eksponert under bestråling overfor en kontinuerlig strøm av argongass med en strømnings-takt lik 16 l/t under et 1,03 x 10<3>torr (13,732 x 10<3>dynes/cm<2>) støttende regulatortrykk. Etter behandling viste XPS-analyse at substratet oppviste en vesentlig reduksjon i overflatekarbon fra et gjennomsnittlig overflatekarbondekke lik 30-45 % av substratoverf laten før behandling til en gjennomsnittlig overflatekarbondekning lik 19 % av substratets overflate etter behandlingen. Selve substratets overflate viste ingen skade eller endring.

En overflate behandlet med laserbestråling som beskrevet ovenfor og så frilagt for en organometallisk gass-strøm, viste ved hjelp av XPS-analyse, at 20,8 % av substratets overflate var dekket med karbon sammenlignet med 40-45 % av substratets overflate som var dekket med karbon etter organometallisk gasseksponering på en ikke-laserbehandlet overflate. Når laseren ble anvendt, slik som beskrevet ovenfor, både forut for eksponering overfor organometallisk gass og igjen etter gasseksponering, var kun 8,9 % av overflaten dekket med karbon. Områder hosliggende de laser-eksponerte områder oppviste også visse virkninger av laser-rengjøringsbehandlingen. Områder hosliggende de behandlede områder viste et redusert karbonnivå lik 12,7 %. Denne effekt skyldtes muligvis den gaussiske natur av den anvendte laser-puls.

Overføring av skiven fra prøvecellen til XPS-analysatoren var via en argonfylt hanskekasse. Silisiumskiven ble overført til nevnte XPS ved hjelp av en inert UHV-overføringsstang. Dette holdt den miljømessige eksponering til et minimum.

En annen skive av silisiumoksid, mens den var utsatt for argongass som beskrevet ovenfor, ble utsatt for pulset KrF-eksimerlaserbestråling lik 9 mJ/cm<2>for 6 000 skudd med en 10 Hz repetisjonstakt. XPS-analysen viste en overflatekarbondekning lik 40-45 % både før og etter laserbehandling. Således fjernet bestråling med 9 mJ/cm<2>ikke det adsorberte overflatekarbon.

En annen skive av silisiumoksid, mens den ble eksponert overfor argongass som beskrevet ovenfor, ble eksponert overfor pulset KrF-eksimerlaserbestråling av 300 mJ/cm<2>for 6 000 skudd med en 10 Hz repetisjonstakt. Ved slutten av behandlingen hadde substratets overflate fått betydelig skade, innbefattende et hull gjennom substratet. Således endret bestråling på 300 mJ/cm<2>den molekylære krystallstrukturen i substratets overflate.

Disse eksempler viser laserbestråling på en passende energifluks og bølgelengde som kan minske overflateforurensning uten å skade underliggende overflate eller hosliggende strukturer.

Det er forventet, i betraktning av dannelsesvarmen hos Si02, at å utsette en substratoverflate av silisiumoksid for pulset KrF-eksimerlaserbestråling som er mindre enn 100 mJ/cm<2>for 6 000 skudd på en 10 Hz repetisjonstakt, ikke ville endre den molekylære krystallstrukturen for substratet. Pulset KrF-eksimerlaserbestråling som er mindre enn 75 mJ/cm<2>for 6 000 skudd på en 10 Hz repetisjonstakt, forventes ikke å endre en substratoverflate silisiumoksid på noen som helst måte.

Eksempel II

Høyenergioptiske komponenter er vanskelige å fremstille for slike teknologier som laserfusjon, røntgenlitografi og UV-eksimerlaseroptikk. Teknologier knyttet til laserfusjon og røntgenlitografi anvendes utelukkende i "rene" miljøer. Eksimerlaseroptikk har en kort arbeidslevetid pga. at det med nåværende kommersielle filmavsetningsteknologi er vanskelig å fremstille filmer som er i stand til å motstå forlenget høy-energiflukser.

Et vedvarende problem med høyenergioptikk er optiske sammenbrudd. Dette fenomen kan beskrives som "den katastrofale skadeutvikling som skjer i et gjennomsiktig medium i et sterkt laserfelt". Y. R. Shen, Principles of Nonlinear Optics, 1. utg., s. 528-540 (Wiley Interscience 1984). Dette fenomen opptrer i faststoffer like som i gasser. Med et faststoff, slik som en høyenergioptikk, blir optiske sammenbrudd forverret ved nærværet av en overflatedeffekt slik som skrapninger og porer i massematerialet. I de fleste tilfeller skyldes optiske sammenbrudd overflateforurensning slik som adsorberte støvpartikler. Nærværet av disse forurensninger senker sammenbruddsterskelen som i sin tur begrenser den maksimale lasereffekt som kan anvendes fra et gitt laser-system. Dette faktum er en meget viktig begrensning med hensyn til pumpingen av et lasermedium (fast tilstand eller gasstilstand) ved hjelp av en ekstern pumpeenergikilde. Dette i sin tur begrenser lasereffekten som kan anvendes for å sende energi gjennom optiske vinduer, linser og andre optiske komponenter.

Optisk sammenbrudd, eksempelvis på et faststoff, fremmes ved nærværet av overflatefestede forurensninger. Samvirket mellom et laserpulstog med et tilstrekkelig energitverrsnitt, kan avsette nok energi til å skape en "skred"-ionisering på den faste overflaten. Dette kan danne et overflateplasma som kan disintegrere det faste materialet. Nærværet av forurensninger minsker effektivt laserens virkningsgrad og minsker dens bruk i potensielle applikasjoner.

For å overvinne de ovenfor beskrevne problemer kan metoden for fjerning av forurensning, som beskrevet i denne søknad, anvendes til å fjerne festede forurensninger, slik som adsorbert støv. For eksempelvis å behandle en optisk komponent blir komponenten eksponert overfor en kontinuerlig strøm av argongass under hvilken tid en puls KrF-eksimerlaser rettes mot overflaten av den optiske komponenten. Laseren avstemmes til en passende energifluks og bølgelengde som er betydelig mindre enn høyenergipulsen som kreves for å fremme ionisering og påfølgende plasma i høyenergioptikk. Den optiske komponentoverflaten bestråles på den valgte fluks og bølgelengde under en varighet som er tilstrekkelig til å fjerne adsorberte forurensninger.

Det vil forstås av fagfolk at modifikasjoner og variasjoner kan foretas i fremgangsmåten og anordningen for å fjerne overflateforurensninger ifølge denne oppfinnelse. Oppfinnelsen i dens bredere aspekter er derfor ikke begrenset til de bestemte detaljer, representative fremgangsmåter og anordninger og illustrerende eksempler som er vist og beskrevet ovenfor. Således er hensikten at alt det som befinner seg i foregående beskrivelse eller er vist på vedlagte tegninger skal fortolkes som illustrerende og ikke i et begrensende henseende.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å fjerne overflateforurensninger fra overflaten av et substrat (12), mens den molekylære krystallstrukturen til overflaten som behandles, blir bevart, innbefattende å bestråle nevnte substrat (12) med høyenergi-bestråling (11), f.eks. laserenergi, karakterisert ved at nevnte bestråling (11) har en energitetthet og varighet mellom det som kreves for å frigjøre overflateforurensninger fra substratets behandl ingsoverf late og det som kreves for å endre den molekylære krystallstrukturen til nevnte overflate, og at en gass (18), som er inert overfor substratets behandlingsoverf late, konstant spyles over nevnte overflate for å fjerne den frigjorte overflateforurensningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved å analysere gassen (18) som har passert over substratets (12) behandlingsoverflate under laserbehandling (11) for å bestemme sammensetningen av fjernede forurensninger; og å justere energitettheten og varigheten av nevnte laserbestråling (11) over det som kreves for å bryte bindinger mellom de analyserte overflateforurensninger og behandlingsoverf laten .

3. Fremgangsmåte for å fjerne kjemisorberte molekylære forurensninger fra overflaten av et halvledersubstrat (12) mens substratets (12) behandlingsoverflate bevares, innbefattende å bestråle nevnte substrat med en rekke av lasergenererte pulser, karakterisert ved at nevnte laserpulsrekker har en varighet av minst 6 000 pulser, der hver puls har en energitetthet i området 35-75 mJ/cm <2> , og at en gass (18), som er inert overfor substratets (12) behandlingsoverf late, konstant spyles over substratets (12) behandlingsoverflate.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at nevnte halvledersubstrats (12) behandlingsoverflate består i alt vesentlig av silisium, eventuelt med halvlederkretser lagt i sjikt derpå.

5. Fremgangsmåte for å fjerne molekylære forurensninger fra overflaten av et halvledersubstrat (12), mens substratets (12) behandlingsoverf late bevares, karakterisert ved trinnene: a) å bevirke at en gass (18) spyles eller strømmer over halvledersubstratets (12) behandlingsoverflate, idet nevnte gass (18) er inert overfor substratets behandlingsoverflate, b) å bestråle nevnte substrat (12) før avsetning av kretser på halvledersubstratets (12) behandlingsoverflate med lasergenerert bestråling (11), idet nevnte bestråling (11) har en energitetthet og varighet mellom det som kreves for å frigjøre overflateforurensninger fra substratets (12) behandlingsoverf late og det som kreves for å endre den molekylære krystallstrukturen hos substratets (12) behandlingsoverflate, samtidig som nevnte gass (18) bevirkes til å strømme eller spyles over behandlingsoverflaten, c) å avsette et kretssjikt på nevnte halvledersubstrats behandlingsoverf late ; d) å bevirke at en gass spyles eller strømmer over nevnte avsatte kretssjikt, idet nevnte gass er inert overfor substratets (12) behandlingsoverflate og nevnte avsatte kretssj ikt; e) å bestråle nevnte substrats (12) behandlingsoverf late etter avsetning av kretser derpå med lasergenerert bestråling (11), idet nevnte bestråling (11) kjennetegnes ved en energitetthet og varighet mellom det som kreves for å frigjøre overflateforurensninger fra substratets (12) behandlingsoverf late og det som kreves for å endre den molekylære krystallmolekylstrukturen hos substratets (12) behandlingsoverflate, samtidig som sist nevnte gass bevirkes til å strømme eller spyles over behandlingsoverflaten.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 5, karakterisert ved at nevnte substrats (12) behandlingsoverflate består i alt vesentlig av silisium, og at nevnte lasergenererte bestråling har en varighet av ca.

6 000 pulser og en energitetthet av ca. 35 mJ/cm <2> .

7. Anordning for å fjerne adsorberte overflateforurensninger fra overflaten av et substrat mens substratets behandlingsoverf late bevares, der det anvendes en gass (18) som er inert overfor substratets behandlingsoverflate, f.eks. argon, der et gass-strømningsmiddel (15, 16, 20, 21, 22, 23, 25 ) konstant bevirker at gassen spyles eller strømmer over substratets (12) behandlingsoverflate, og der et laserpulsgenereringsmiddel (14) genererer pulser av laserenergi (11) mot substratets (12) behandlingsoverflate, karakterisert ved at anordningen er innrettet til å la nevnte laserenergipulser rettes mot substratets (12) behandlingsoverflate samtidig med at nevnte gass spyles eller strømmer over substratets (12) behandlingsflate, idet nevnte laserpulsgenereringsmiddel (14) genererer laserpulser (11) som har en energitetthet mellom energien som kreves for å bryte bindinger mellom adsorberte overflateforurensninger og behandlingsoverflaten, og den energi som kreves for å endre den molekylære krystallstrukturen av substratets behandlingsoverf late .

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte laserpulsgenereringsmiddel (14) har en ultrafiolett energikilde, eller er en KrF-eksimerlaser.

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte gass-strømningsmiddel (15, 16, 20, 21, 22, 23,25 ) omfatter på i og for seg kjent måte en inneslutning (15) i hvilken substratet som skal behandles kan anbringes, idet nevnte inneslutning har en innløpsport (23) og en utløpsport (25), og at middel (16, 20, 21, 22) er tilveiebragt for å innmate nevnte gass (18) til nevnte inneslutning (15) gjennom nevnte innløpsport (23).

10. Anordning som angitt i krav 7 eller 9, karakterisert ved dessuten å omfatte et gassanalysatormiddel (27) for å analysere gassen (18) som har passert over substratets (12) behandlingsoverflate samtidig med laserenergigenerering mot behandlingsoverflaten, idet gassanalysatormidlet (27) er innrettet til å bestemme sammensetningen av forurensninger som fjernes fra substratets (12) behandlingsoverflate.