(57)【要約】【課題】表面洗浄方法及びその装置を提供する。【解決手段】本発明は、Ｓｉ基板、ディスクまたは磁気ヘッドスライダのような固体表面を洗浄するための方法および装置に関する。有機汚染物を含む汚染物、特にミクロンまたはサブミクロンの大きさの粒子を固体表面から有効に除去するものである。本発明は、液体に浸された固体表面の近くに強力なレーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波を発生させることによってこれを達成する。液体は、付着力を低減させ洗浄効率を高めるのを助けるための水および他の溶剤の溶液である。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光源と、
前記レーザー光源によって発生されたレーザー光の焦点を合わせるための光学系とを含み、
前記レーザー光の焦点を液体中の点に合わせ、前記液体中に液体ジェットおよび衝撃波を生成し、前記表面を洗浄する表面洗浄装置。
【請求項２】
前記レーザー光の焦点は、前記洗浄される表面に近接にした位置に合わせられる、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項３】
前記レーザー光の焦点は、前記表面の近くの０．１ｍｍ〜１０ｃｍの範囲に位置する、請求項２に記載の表面洗浄装置。
【請求項４】
前記表面を洗浄するための位置に保持するためのステージをさらに含む、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項５】
前記ステージは、前記表面を前記液体の中および外に移動する請求項４に記載の表面洗浄装置。
【請求項６】
前記ステージは、前記表面を前記液体中に完全または部分的に浸す、請求項４に記載の表面洗浄装置。
【請求項７】
前記ステージは、前記表面を前記液体中で水平方向に移動させる、請求項６に記載の表面洗浄装置。
【請求項８】
前記ステージは、前記表面を前記液体中で垂直方向に移動させる、請求項６に記載の表面洗浄装置。
【請求項９】
前記ステージは、前記表面を垂直方向に移動させる、請求項７に記載の表面洗浄装置。
【請求項１０】
前記表面が、Ｓｉ基板、ディスクおよび磁気ヘッドスライダからなる群のうちの１つから形成されている、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項１１】
前記液体から粒子をろ過するためのろ過システムをさらに含む、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項１２】
前記レーザー光源が、１ナノ秒〜１００マイクロ秒の範囲のパルス幅を有する、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項１３】
前記レーザー光源が、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーおよびＣＯ２レーザーからなる群のうちの１つである、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項１４】
前記レーザー光源からの前記レーザー光が、０．５Ｊ／ｃｍ２〜１００Ｊ／ｃｍ２の範囲のレーザーフルエンスを有する、請求項１２に記載の表面洗浄装置。
【請求項１５】
前記レーザー光が、１５７ｎｍ〜１０．６μｍの範囲の波長を有する、請求項１３に記載の表面洗浄装置。
【請求項１６】
前記レーザー光が、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数範囲を有する、請求項１３に記載の表面洗浄装置。
【請求項１７】
前記レーザー光が、ある位置を洗浄するために１〜１００００の範囲のパルス数を有する、請求項１３に記載の表面洗浄装置。
【請求項１８】
洗浄済みの表面を乾燥させるガス送風機をさらに含む、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項１９】
前記液体を保持するために容器をさらに含む、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項２０】
前記液体が、洗浄される前記表面上の粒子の付着力を低減させ、洗浄効率を高めるものである、請求項１に記載の表面洗浄装置。
【請求項２１】
前記液体が純水である、請求項２０に記載の表面洗浄装置。
【請求項２２】
前記液体が水と溶剤の混合液である、請求項２０に記載の表面洗浄装置。
【請求項２３】
前記溶剤が、アルコール類、芳香族類、エーテル類、ケトン類、アルカン類、ハロゲン化された炭化水素類および市販の洗浄液からなる群のうちの１つである、請求項２２に記載の表面洗浄装置。
【請求項２４】
洗浄される表面を液体中に固定する工程と、
液体ジェットおよび衝撃波を発生させるために前記液体中の点にレーザー光の焦点を合わせる工程と、
レーザーにより誘起された前記液体ジェットおよび衝撃波が前記表面を洗浄するように前記レーザー光の焦点を洗浄される前記表面に近接して位置決めする工程と、を含む表面洗浄方法。
【請求項２５】
前記液体中の前記レーザー光の焦点の近くに気泡が発生する、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項２６】
前記レーザー光の焦点を前記表面から約０．１ｍｍ〜約１０ｃｍの範囲に合わせる、請求項２５に記載の表面洗浄方法。
【請求項２７】
前記気泡が崩壊し、前記表面を洗浄するための前記液体ジェットおよび衝撃波を発生させる、請求項２６に記載の表面洗浄方法。
【請求項２８】
前記レーザー光が、１ナノ秒〜１００マイクロ秒の範囲のパルス幅を有する、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項２９】
前記レーザー光が、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーおよびＣＯ２レーザーからなる群のうちの１つである、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項３０】
前記レーザー光が、０．５Ｊ／ｃｍ２〜１００Ｊ／ｃｍ２の範囲のレーザーフルエンスを有する、請求項２９に記載の表面洗浄方法。
【請求項３１】
前記レーザー光が、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲の周波数を有する、請求項２９に記載の表面洗浄方法。
【請求項３２】
前記レーザー光が、同じ位置を洗浄するための１〜１００００の範囲のパルス数を有する、請求項２９に記載の表面洗浄方法。
【請求項３３】
前記レーザー光が、１５７ｎｍ〜１０．６μｍの範囲の波長を有する、請求項２９に記載の表面洗浄方法。
【請求項３４】
散らばった液体のしぶきを吹き飛ばし、洗浄済みの前記表面を乾燥させる工程をさらに含む、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項３５】
前記液体から粒子をろ過する工程をさらに含む、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項３６】
前記表面を固定するためにステージが設けられている、請求項２６に記載の表面洗浄方法。
【請求項３７】
前記洗浄される表面を前記液体の中および外に移動させることができる、請求項３６に記載の表面洗浄方法。
【請求項３８】
前記ステージは、前記表面を液体中で移動させる、請求項３６に記載の表面洗浄方法。
【請求項３９】
前記ステージは、前記表面を前記液体中で水平方向に移動させる、請求項３６に記載の表面洗浄方法。
【請求項４０】
前記ステージは、前記表面を前記液体中で垂直方向に移動させる、請求項３６に記載の表面洗浄方法。
【請求項４１】
前記ステージは、前記表面を垂直方向に移動させる、請求項３９に記載の表面洗浄方法。
【請求項４２】
ガス送風機が、散らばった液体のしぶきを吹き飛ばし、前記洗浄済みの表面を乾燥させる、請求項３４に記載の表面洗浄方法。
【請求項４３】
前記液体は容器中に保持される、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項４４】
前記液体は、洗浄される前記表面上の粒子の付着力を低減させ洗浄効率を高める、請求項２４に記載の表面洗浄方法。
【請求項４５】
前記液体が純水である、請求項４４に記載の表面洗浄方法。
【請求項４６】
前記液体が水と溶剤の混合液である、請求項４４に記載の表面洗浄方法。
【請求項４７】
前記溶剤が、アルコール類、芳香族類、エーテル類、ケトン類、アルカン類、ハロゲン化された炭化水素類および市販の洗浄液からなる群のうちの１つである、請求項４６に記載の表面洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体表面の洗浄のための方法および装置、特に間接的なレーザー照射を用いて固体表面上のミクロンまたはサブミクロンの大きさの微粒子を除去する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー洗浄は、比較的新しい表面洗浄技術であり、２つの分類つまりドライレーザー洗浄と蒸気レーザー洗浄とに分けることができる。以下の従来技術は、レーザー洗浄方法が固体表面上の粒子を除去するのにどのように応用されているかを詳細に開示している。特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４および特許文献５、ならびに特許文献６を参照。
特許文献１においては、高出力レーザーパルスの衝撃によってシリコン（Ｓｉ）マスクの表面のような小さな粒子が固体表面から除去される。特許文献２は、固体表面への低エネルギーで短パルスの紫外線（ＵＶ）レーザー放射の使用を教示しており、特許文献３では、ガラス製品を作成するための成形型のような固体表面を洗浄する２つの段階が設けられている。第１の段階は洗浄槽と超音波の作用を組み合わせ、第２の段階は表面領域を衝撃するためにレーザを用いる。この第２の段階は、残った残滓を除去することによって洗浄処理において第１の段階を補う。特許文献４もまた、成形型内の表面に直接レーザーを照射することによって成形型を洗浄するシステムを開示している。特許文献６は、半導体ウエハなどの表面のレーザー照射の使用に関し、表面を液体でぬらした後、表面上の液体および粒子を除去するために十分な光子エネルギーを有するレーザーを表面に照射する。特許文献５は、ドライレーザー洗浄を用いた装置を開示している。
【０００３】
関連文献である非特許文献１においては、ドライレーザー洗浄および蒸気レーザー洗浄の作用が開示されている。非特許文献２は、磁気ヘッドスライダへのドライレーザー洗浄の応用を教示している。非特許文献３は、レーザー洗浄における理論的モデルを提供している。
上記に引用した従来技術はすべて、薄い液体被膜の存在の有無にかかわらず固体表面のパルスレーザー加熱に拠っている。ドライレーザー洗浄においては、レーザーによって誘起される汚染物および／または固体表面の急速な熱膨張、あるいは汚染物のレーザーアブレーションによって、汚染物を固体表面から除去することができる。蒸気レーザー洗浄においては、汚染物は、レーザーによって誘起される固体表面上の液体被膜の爆発的蒸発によって除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
蒸気およびドライレーザー洗浄のいずれにおいても、液体膜の補助の有無にかかわらず表面への直接のレーザー照射によって、汚染物は固体表面から除去される。多くの固体表面はレーザー照射を吸収する傾向にあるので、レーザーによる固体表面の照射に伴い、レーザの吸収によって固体表面が高温になる。この技術と関連する１つの問題は、酸化、融解、アブレーション、固体表面の最上層における亀裂および応力の発生、ならびに他の物理的および化学的特性の変化などの表面への損傷である。このような変化は固体基板の性能に影響を及ぼす。出版物非特許文献２の「Ａ．損傷閾値（Ａ．　Ｄａｍａｇｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）」という章で述べられているように、損傷閾値があることが示されている。損傷閾値を超えると、何回かの加熱冷却サイクルの後に、基板に微小な亀裂が生じる。このような基板は、損傷を受けていない基板と比較して２０％以上性能が落ちる。したがって、基板の表面特性を変える直接の固体表面の加熱をすることなくレーザー洗浄するための方法を得ることが非常に望ましい。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第４，９８０，５３６号明細書
【０００６】
【特許文献２】
米国特許第５，１５１，１３５号明細書
【０００７】
【特許文献３】
米国特許第５，６４３，３６７号明細書
【０００８】
【特許文献４】
米国再発行特許発明第３５，９８１号明細書
【０００９】
【特許文献５】
米国特許第６，２９１，７９６Ｂ１号明細書
【００１０】
【特許文献６】
米国特許出願公開第２００１／００１１５４５Ａ１号明細書
【００１１】
【非特許文献１】
Ａ．　Ｃ．　タム（Ｔａｍ）、Ｗ．　Ｐ．　レオン（Ｌｅｕｎｇ）、Ｗ．　ザプカ（Ｚａｐｋａ）およびＷ．　ツィームリヒ（Ｚｉｅｍｌｉｃｈ）による「表面粒子の除去のためのレーザー洗浄技術（Ｌａｓｅｒ−ｃｌｅａｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｆｏｒ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）」（３５１５〜３５２３頁）Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，　７１（７），　１９９２
【００１２】
【非特許文献２】
Ｙ．　Ｆ．　ルー（Ｌｕ）、Ｗ．　Ｄ．　ソン（Ｓｏｎｇ）、Ｍ．　Ｈ．　ホン（Ｈｏｎｇ）、Ｂ．　Ｓ．　テオ（Ｔｅｏ）、Ｔ．　Ｃ．　チョン（Ｃｈｏｎｇ）およびＴ．　Ｓ．　ロウ（Ｌｏｗ）による「磁気ヘッドスライダからの粒子のレーザー除去（Ｌａｓｅｒ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ｆｒｏｍ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｈｅａｄ　ｓｌｉｄｅｒｓ）」（４９９〜５０４頁）Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，　８０（１），　１９９６
【００１３】
【非特許文献３】
Ｘ．　ウー（Ｗｕ）、Ｅ．　ザッハー（Ｓａｃｈｅｒ）およびＭ．　ムニエ（Ｍｅｕｎｉｅｒ）による「親水性シリコン表面からのエキシマレーザー粒子除去のモデリング（Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆ　ｅｘｃｉｍｅｒ　ｌａｓｅｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｒｅｍｏｖａｌ　ｆｒｏｍ　ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ　ｓｉｌｉｃｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅｓ）」（３６１８〜３６２７頁）Ｊ．　Ａｐｐｌ．　Ｐｈｙｓ．，　８７（８），　２０００
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体媒体中に浸漬された洗浄表面の近くの点にレーザー光の焦点を合わせる装置を用いて固体表面を洗浄する方法である。
本発明の第１は、表面を洗浄するための装置を提供する。装置は、レーザー光源と、レーザー光源からのレーザー光の焦点を合わせるための光学系と、洗浄する表面を浸漬するための液体とを含む。光学系は、液体中において、レーザー光の焦点を洗浄表面に近接させるが、直接的に表面上に位置しない、液体中の点に合わせるように装置内に配置される。装置はまた、表面がステージに載置されると、表面を液体中に浸したり液体から取り出したりできるように表面を固定するためのステージを有する。ステージはまた、表面を液体中に完全または部分的に浸すこともできる。ステージはまた、表面を液体中で水平に移動させることもでき、ステージの移動の速度は、除去される汚染物の種類および／または汚染物の量によって決定される。
【００１５】
本発明において提供される装置は、シリコン（Ｓｉ）基板、ディスクまたは磁気ヘッドスライダの表面を洗浄するために用いることができる。
さらなる実施形態において、装置は液体中の粒子をろ過し、新しい清浄な混合液を容器に注ぐためのろ過システムを含む。
またさらに好適な実施形態において、レーザー光の焦点を液体中の点に合わせると気泡が生じる。気泡は、崩壊の瞬間に気泡と洗浄される表面との界面においてレーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波を発生させる。レーザー光は、１ナノ秒〜１００マイクロ秒の範囲のパルス幅を有し、洗浄される基板の近くで焦点が合わせられると好ましい。レーザー源は、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーまたはＣＯ２レーザーであり得る。
【００１６】
好ましくは、レーザー光源は、０．５Ｊ／ｃｍ２〜１００Ｊ／ｃｍ２の範囲のレーザーフルエンスを有するレーザー光を提供する。
好ましくは、レーザー光は、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数範囲を有する。
好ましくは、レーザー光は、同じ位置を洗浄するための１〜１００００の範囲のパルス数を有する。
好ましくは、レーザー光は、１５７ｎｍ〜１０．６μｍの範囲の波長を有する。
【００１７】
本発明の別の実施形態において、光学システムに散った液体のしぶきを吹き飛ばし、洗浄済みの表面を乾燥させるためにガス送風機が設けられる。
装置は、液体を保持するために容器を有することが好ましい。
好適な実施形態において、液体は、基板表面への粒子の付着を低減させることで洗浄を容易にすることができる。
好ましくは、容器中の液体は純水である。
好ましくは、液体は水と種々の溶剤の混合液である。
【００１８】
溶剤の種類は、洗浄される表面上の粒子の付着力を低減させ洗浄効率を高めるアルコール、アセトン、芳香族類、エーテル類、ケトン類、アルカン類、ハロゲン化された炭化水素類または市販の洗浄液である。
本発明の第２は、表面を洗浄するための方法が提供され、この方法は、洗浄される表面を液体中に固定する工程と、レーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波を発生させるために液体中の点にレーザー光の焦点を合わせる工程と、レーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波が表面を洗浄するようにレーザー光の焦点を洗浄される表面に近接して位置決めする工程とを含む。
【００１９】
好適な実施形態において、液体中のレーザー光の焦点の近くに気泡を発生させる。
さらに別の好適な実施形態において、気泡が崩壊し、表面を洗浄するための液体ジェットおよび衝撃波が発生する。
本方法の一実施形態において、レーザー光は、１ナノ秒〜１００マイクロ秒の範囲のパルス幅を有する。
好ましくは、レーザー光の焦点を、洗浄される表面から０．１ｍｍ〜１０ｃｍの範囲内に合わせる。
【００２０】
好ましくは、レーザー光は、ＹＡＧレーザー、エキシマレーザーまたはＣＯ２レーザーであり得る。
好ましくは、レーザー光は、０．５Ｊ／ｃｍ２〜１００Ｊ／ｃｍ２の範囲のレーザーフルエンスを有する。
好ましくは、レーザー光は、１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数範囲を有する。
好ましくは、レーザー光は、同じ位置を洗浄するための１〜１００００のパルス数を有する。
【００２１】
好ましくは、レーザー光は、１５７ｎｍ〜１０．６μｍの範囲の波長を有する。
好ましくは、この方法は、光学システムに散った液体のしぶきを吹き飛ばし、洗浄済みの表面を乾燥させる工程を含む。これはガス送風機を用いることによって達成される。
好ましくは、この方法は、液体中の粒子をろ過する工程をさらに含む。
別の好適な実施形態において、表面が固定されるステージを用いることにより、洗浄される表面を液体中に固定することが可能になる。これは、表面が液体中ならびに液体の中および外に移動することを可能にする。ステージによって表面を液体中に完全または部分的に浸すこともできる。
【００２２】
別の好適な実施形態において、この方法は、液体を保持するための容器を含む。
好ましくは、液体は純水である。
好ましくは、液体は水と種々の溶剤の混合液である。
溶剤の種類は、洗浄される表面上の粒子の付着力を低減させ洗浄効率を高めるアルコール、アセトン、芳香族類、エステル類、ケトン類、アルカン類、ハロゲン化された炭化水素類および市販の洗浄液を含む。
【００２３】
本発明の方法が上記の段落で述べた従来技術において開示されているドライおよび蒸気レーザー洗浄とは異なることが理解される。高出力レーザー光の焦点を液体中に合わせると、そこで多くの気泡が生じる。液体中のレーザー光が液体に衝撃する焦点の近くに固体基板が挿入された場合、気泡はレーザー光の焦点のあたりに形成される。気泡と基板との相互作用によって気泡が崩壊する。気泡崩壊の瞬間に衝撃波が発生し、ほぼ同時に高速液体ジェットが形成される。これらの高速液体ジェットおよび衝撃波は、表面に向かって噴出すると汚染物粒子を固体表面から取り除く大きな力を生成する。本発明は、固体表面を洗浄するこれらのレーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波に基づいている。レーザーが固体表面を照射しないので、ドライおよび蒸気レーザー洗浄において固体表面への直接のレーザー照射によって誘起される熱効果による表面損傷は本発明により防止できる。
【００２４】
本発明を用いると、従来のレーザー洗浄方法における固体表面への直接のレーザー照射によって誘起される熱効果による表面損傷を防止することができ、レーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波によって固体表面上の汚染物、特に粒子および有機汚染物を有効に除去することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細は、以下の説明および添付の図面を参照することによって明らかとなる。
図１に、本発明の一実施形態による固体表面を洗浄するための装置を図示する。装置は、レーザー光２０を発生させるためのエキシマまたはＹＡＧレーザーのようなレーザー１０を含む。光学系３０は、液体容器５０内の液体４０中にレーザー光２０の焦点を合わせ、その表面を洗浄するために、基板７０の近くにレーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波６０を発生させる。基板７０は、液体４０中にレーザー光の焦点から一定の距離を離して配置される。ステージ８０は、洗浄を行うために基板７０を液体４０内の適切な位置に移動させ、液体容器５０内及び外に基板７０を移動させる。レーザー光の焦点を液体中に合わせた場合、レーザー光の衝撃により、一部の液体、特に液体表面からの液体が光学系３０に向かって飛び散る。このような散らばった液体が光学系３０のレンズやミラーのような光学部品の表面に飛び散ると、液体の滴または薄い液体膜が光学部品の表面にできる。このことがミラーの反射性やレンズの光透過性のような光学特性を変えることがある。２つのノズル１００を備えたガス送風機９０は、散らばった液体のしぶきを光学系３０から吹き飛ばすために用いられる。これにより、液体が光学部品表面に堆積されるのを防ぎ、同時に液体４０の外にある基板の洗浄済みの領域を乾燥することができる。液体混合およびろ過リサイクルシステム１１０は、液体４０中の粒子をろ過し、新しいきれいな混合液を液体容器５０に注ぐために用いられる。
【００２６】
図２ａおよび図２ｂは、本発明の一実施形態によるレーザー洗浄前のシリコン（Ｓｉ）基板２００およびレーザー洗浄後のＳｉ基板２２０を図示する。液体、好ましくは純水に浸されたＳｉ基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いる。本実施形態において、レーザーの波長は約２４８ナノメートル（ｎｍ）であり、パルス幅は約２３ナノ秒（ｎｓ）である。レーザーフルエンスは約１０．７Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約１００である。レーザー光の焦点を、Ｓｉ基板から約２ミリメートル（ｍｍ）離れている点に合わせる。レーザー洗浄前の領域２００では、直径が１マイクロメートル（μｍ）の大きさのガラス粒子を図２ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、Ｓｉ基板上のガラス粒子は図２ｂに示すように基板２２０から除去されている。
【００２７】
図３ａおよび図３ｂは、本発明の一実施形態によるレーザー洗浄前のＳｉ基板２４０およびレーザー洗浄後のＳｉ基板２６０を図示する。水とエタノールの混合液中のＳｉ基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いる。レーザーの波長は約２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは１３．３Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は２００である。レーザー光は、水表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から約２ｍｍ離して出射される。レーザー洗浄前のＳｉ基板２４０では、多数の５１ｎｍのポリスチレン粒子を図３ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、Ｓｉ基板上のポリスチレン粒子は図３ｂに示すように基板２６０から除去されている。このことは、本発明がごく小さな粒子、ナノ粒子でさえもを固体表面から除去するのに有効であることを示している。
【００２８】
図４ａおよび図４ｂは、本発明によるＹＡＧレーザー洗浄前のＳｉ基板２８０およびＹＡＧレーザー洗浄後のＳｉ基板３００を示す。レーザーの波長は約１０６４ｎｍであり、パルス幅は約７ｎｓである。レーザーフルエンスは約１５Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約１００である。レーザー光は、水表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から約４ｍｍ離して出射される。ＹＡＧレーザー洗浄前のＳｉ基板２８０では、多数の１μｍのガラス粒子を図４ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるＹＡＧレーザー洗浄後、Ｓｉ基板上のガラス粒子は図４ｂに示すように基板３００から除去されている。
【００２９】
図５ａおよび図５ｂは、本発明によるレーザー洗浄前の磁気ヘッドスライダ３２０およびレーザー洗浄後の磁気ヘッドスライダ３４０を示す。純水中の磁気ヘッドスライダを洗浄するためにエキシマレーザーを用いる。レーザーの波長は約２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは約１０Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約３００である。レーザー光は、水表面に焦点を合わせ、磁気ヘッドスライダ表面から約２ｍｍ離して出射される。レーザー洗浄前の磁気ヘッドスライダ３２０では、製造の際に発生した粒子を図５ａの磁気ヘッドスライダ表面上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、スライダ表面上の粒子は図５ｂに示すようにスライダ３４０から除去されている。したがって、本発明は、Ｓｉ基板、磁気ヘッドスライダおよびディスクのような多種の固体基板から汚染物を除去するのに用いることができる。
【００３０】
図６ａおよび図６ｂは、本発明によるレーザー洗浄の前後のＳｉ基板３６０、３８０を示す。水とエタノールの混合液中のＳｉ基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いる。レーザーの波長は約２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは約１３．３Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約１００である。レーザー光は、水表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から約２ｍｍ離して出射される。レーザー洗浄の前後のＳｉ基板３６０では、指紋を図６ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、Ｓｉ基板上の指紋は図６ｂに示すように基板３８０から除去されている。したがって、一実施形態において、本発明はグリースや他の有機汚染物を固体表面から除去するのに用い得る。
【００３１】
図７ａは、１時間の超音波洗浄後のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。しかしながら、超音波洗浄後でも、多くのごく小さな粒子が表面４００から除去されなかった。図７ｂは、本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す。純水中の基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いた。レーザーの波長は約２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは約１０Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約１００である。レーザー光は、水表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から２ｍｍ離して出射される。本発明によるレーザー洗浄後、粒子は図７ｂに示すようにＳｉ基板４２０から除去されている。したがって、本発明は超音波洗浄に比べると非常に有効な洗浄方法である。
【００３２】
図８ａおよび図８ｂは、本発明による水とエタノールの混合液を含む液体中でのレーザー洗浄の前後のＳｉ基板４４０、４６０を示す。液体中のＳｉ基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いる。レーザーの波長は２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは約５．７Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約５０である。レーザー光は、液体表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から約２ｍｍ離して出射される。レーザー洗浄の前のＳｉ基板４４０では、多数の１μｍのガラス粒子を図８ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、Ｓｉ基板上のガラス粒子は図８ｂに示すように基板４６０から除去されている。図２および図８における洗浄条件を比較すると、水にエタノールを添加することによって、Ｓｉ基板表面への粒子の付着力が低減されて低いレーザーフルエンスおよびパルス数で粒子が除去されるのを可能にすることがわかった。したがって、エタノールの添加は洗浄効率を高める。
【００３３】
図９は、本発明の一実施形態による水にエタノールを含ませる効果を示す。波長２４８ｎｍ、周波数２Ｈｚ、パルス幅２３ｎｓ、パルス数が５０であるエキシマレーザーは、エタノールと水の混合液中にその焦点を合わせる。ここでレーザーフルエンスは５．７Ｊ／ｃｍ２に設定されている。エタノール・水混合液中の焦点は基板表面からの距離ｄ＝２ｍｍにあり、エタノール・水混合液の表面からの焦点の深さはＤ＝０ｍｍであった。水中のエタノールの濃度の増加とともに（Ｓｉ）基板表面の直径１μｍの大きさのガラス粒子を洗浄するための洗浄効率が増加することがわかった。洗浄効率は、水中でエタノールの濃度が約３０％に達するとき最適値に達する。
【００３４】
図１０ａおよび図１０ｂは、本発明による水と市販の洗浄液の混合液を含む液体中でのレーザー洗浄の前後のＳｉ基板４８０、５００を示す。液体中のＳｉ基板を洗浄するためにエキシマレーザーを用いた。レーザーの波長は約２４８ｎｍであり、パルス幅は約２３ｎｓである。レーザーフルエンスは約５．７Ｊ／ｃｍ２であり、パルス数は約５０である。レーザー光は、液体表面に焦点を合わせ、Ｓｉ基板から約２ｍｍ離して出射される。レーザー洗浄の前のＳｉ基板４８０では、多数の１μｍのガラス粒子を図１０ａのＳｉ基板上に観察することができる。本発明によるレーザー洗浄後、ガラス粒子は図１０ｂに示すようにＳｉ基板５００から除去されている。図２ならびに図１０ａおよび図１０ｂにおける洗浄条件を比較すると、付着力を低減させ洗浄効率を高める効果を有する市販の洗浄液を水に添加することによって、低いレーザーフルエンスおよびパルス数で粒子を除去できることがわかる。
【００３５】
図１１は、本発明の一実施形態による水に添加された市販の洗浄液を含む効果を示す。波長２４８ｎｍ、周波数２Ｈｚ、パルス幅２３ｎｓ、パルス数が５０であるエキシマレーザーは、水と洗浄液の混合液中にその焦点を合わせた。ここでレーザーフルエンスは５．７Ｊ／ｃｍ２に設定された。レーザー光の焦点は、ｄ＝２ｍｍの距離かつ市販の洗浄液混合液の表面からＤ＝０ｍｍの深さに合わせた。水中の洗浄液の濃度の増加とともにシリコン（Ｓｉ）基板の直径１μｍの大きさのガラス粒子の洗浄効率を高められることがわかった。
【００３６】
図１２は、本発明の一実施形態によるレーザーフルエンスを変化させる効果を示す。水中の点に焦点を合わせたエキシマレーザーにおいて、パラメーターを波長＝２４８ｎｍ、周波数＝１０Ｈｚ、パルス幅＝２３ｎｓ、パルス数＝１００に固定した。洗浄される表面はシリコン（Ｓｉ）基板のものであり、１μｍの大きさのガラス粒子を除去する。Ｓｉ基板は水に浸されている。レーザー光は、基板表面からの距離ｄ＝２ｍｍかつ水表面からの深さＤ＝０ｍｍの点で焦点を合わせた。レーザーフルエンスを変化させて洗浄効率を監視すると、レーザーフルエンスの増加とともに洗浄効率が増加することがわかった。
【００３７】
図１３は、本発明の一実施形態によるパルス数を変化させる効果を示す。図１２に関して上述したように、波長、パルス幅、距離ｄおよび深さＤを一定に保ち、レーザーフルエンスを１０．７Ｊ／ｃｍ２に設定した。周波数は１Ｈｚとした。洗浄される表面はシリコン（Ｓｉ）基板のものであり、直径１μｍの大きさのガラス粒子を除去する。図１３に示すように、洗浄効率はパルス数の増加とともに増加する。
また、基板表面とレーザー光の焦点との距離ｄの増加とともに洗浄効率が減少することもわかった。これを図１４に示す。図１４は、本発明の一実施形態による距離を変化させる効果を図示するグラフである。用いられるレーザーは、波長２４８ｎｍおよび周波数１０Ｈｚでパルス幅２３ｎｓのエキシマレーザーである。パルス数は１００パルスでレーザーフルエンスは１３．５ｍＪ／ｃｍ２であって、Ｓｉ基板は水中にあり、洗浄される粒子は直径１μｍの大きさのガラス粒子である。水表面からの深さＤ＝０ｍｍである。
【００３８】
図１５は、本発明の一実施形態による深さを変化させる効果を示す。エキシマレーザーは、波長２４８ｎｍ、周波数１０Ｈｚでパルス幅２３ｎｓに設定される。パルス数は１００でレーザーフルエンスは１０．７Ｊ／ｃｍ２である。直径１μｍの大きさのガラス粒子を洗浄するために、Ｓｉ基板からの距離ｄ＝２ｍｍである。図示するように、水表面からのレーザーの焦点の深さＤの増加とともに洗浄効率は減少する。ここで、他のパラメーターはすべて一定に保たれている。
図１２、１３、１４および１５に示す結果から、本発明の洗浄効率はレーザーフルエンスまたはパルス数の増加とともに増加し、基板表面とレーザー光焦点との距離または液体表面下の深さの増加とともに減少する。エキシマレーザーやＹＡＧレーザーのような多種のレーザーは、液体中で強力なレーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波を発生させることができるので、本発明において用いることができる。本発明は、汚染物、特にごく小さな粒子および有機汚染物をＳｉ基板、磁気ヘッドスライダおよびディスクのような多くの種類の固体基板から除去するために用いることができる。本発明において用いられる液体は、水、または水と、付着力を低減させ洗浄効率を高めるのを助けるアルコール、アセトンおよび市販の洗浄液のような他の溶剤との混合液であるのが好ましい。本発明においてこれらの溶剤を水に添加することによって高い洗浄効率が得られる。
【００３９】
以上をまとめると、本発明は、ドライおよび蒸気レーザー洗浄を著しく改善するものである。高出力のレーザー光の焦点を液体中に合わせることによって、液体中に気泡が生じる。洗浄される固体表面に向かって気泡が移動すると、気泡が崩壊する瞬間に衝撃波が発生し、気泡と表面との境界の相互作用により、気泡崩壊の際に高速液体ジェットが形成される。レーザー誘起高速液体ジェットおよび衝撃波は、固体表面上の汚染物を有効に除去する。レーザーは固体表面を照射しないので、ドライおよび蒸気レーザー洗浄におけるレーザー照射によって誘起される熱効果による表面損傷は本発明により防止できる。
【００４０】
本発明の他の種々の実施形態は、本発明の精神および本質から逸脱することなく上記の利点を補足する利点を提供する。したがって、本明細書中に開示された実施形態はあらゆる点で例示的であり限定的ではないと考えられ、添付の請求項によって示される本発明の範囲ならびにそれらの請求項の意味および均等物の範囲にあるすべての変更は本発明に包含される。
【００４１】
【発明の効果】
本発明を用いると、従来のレーザー洗浄方法における固体表面への直接のレーザー照射によって誘起される熱効果による表面損傷を防止することができ、レーザー誘起液体ジェットおよび衝撃波によって固体表面上の汚染物、特に粒子および有機汚染物を有効に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による方法のための装置の模式図である。
【図２ａ】１μｍのガラス粒子が上に存在するレーザー洗浄前のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図２ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの純水中に焦点を合わせたエキシマレーザーを１０．７Ｊ／ｃｍ２および１００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図３ａ】５１ｎｍのポリスチレン粒子が上に存在するレーザー洗浄前のＳｉ基板を示すＳＥＭ写真である。
【図３ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの水とエタノールの混合液中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を１３．３Ｊ／ｃｍ２および２００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示すＳＥＭ写真である。
【図４ａ】１μｍのガラス粒子が上に存在するレーザー洗浄前のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図４ｂ】波長１０６４ｎｍおよびパルス幅７ｎｓの純水中に焦点を合わせたＹＡＧレーザー光を１５Ｊ／ｃｍ２および１００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図５ａ】製造の際に発生した粒子が存在するレーザー洗浄前の磁気ヘッドスライダを示す顕微鏡写真である。
【図５ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの純水中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を１０Ｊ／ｃｍ２および３００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じスライダを示す顕微鏡写真である。
【図６ａ】指紋がついたレーザー洗浄前のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図６ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの水とエタノールの混合液中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を１３．３Ｊ／ｃｍ２および１００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図７ａ】ごく小さな粒子が上に存在する１時間の超音波洗浄後のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図７ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの純水中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を１０Ｊ／ｃｍ２および１００パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図８ａ】１μｍのガラス粒子が上に存在するレーザー洗浄前のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図８ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの水とエタノールの混合液を含む液体中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を５．７Ｊ／ｃｍ２および５０パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図９】水中のエタノールの濃度に関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【図１０ａ】１μｍのガラス粒子が上に存在するレーザー洗浄前のＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図１０ｂ】波長２４８ｎｍおよびパルス幅２３ｎｓの水と市販の洗浄液の混合液を含む液体中に焦点を合わせたエキシマレーザー光を５．７Ｊ／ｃｍ２および５０パルスで用いた本発明によるレーザー洗浄後の同じＳｉ基板を示す顕微鏡写真である。
【図１１】水中の洗浄液の濃度に関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【図１２】レーザーフルエンスの変化に関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【図１３】パルス数の変化に関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【図１４】基板表面からの距離ｄに関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【図１５】液体の表面からの深さＤに関して本発明の方法の洗浄効率を図示するグラフである。
【符号の説明】
１０　　レーザー
２０　　レーザー光
３０　　光学系
４０　　液体
５０　　液体容器
６０　　液体ジェットおよび衝撃波
７０　　基板
８０　　ステージ
９０　　ガス送風機
１００　ノズル
１１０　液体混合およびろ過リサイクルシステム
２００、２２０、２４０、２６０、２８０、３００、３６０、３８０、４００、４２０、４４０、４６０、４８０、５００　Ｓｉ基板
３２０、３４０　磁気ヘッドスライダ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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