СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ПОДЛОЖКИ И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ПРОГРАММНЫЙ ПРОДУКТ
METHOD AND DEVICE FOR CLEANING SUBSTRATE AND COMPUTER SOFTWARE PRODUCT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу очистки подложки. Настоящее изобретение также относится к устройству и компьютерному программному продукту для очистки подложки.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к устройству и способу очистки подложки, в частности фотошаблона иммерсионной литографии или фотошаблона для экстремальной ультрафиолетовой (EUV) литографии.
Во многих областях техники и, в частности, в области изготовления полупроводников, очистка подложек может быть сложной из-за требуемой чистоты очищенных подложек. Одним примером такой подложки, которая требует высокой чистоты, является фотошаблон, который, например, используют в фотолитографии для массового изготовления устройств на интегральных схемах.
Любые частицы на поверхностях таких фотошаблонов, в частности, поверхностях с рисунком, могут приводить к ошибкам на подложках, на которых получают изображения с использованием фотошаблона. Следовательно, требуется регулярная очистка фотошаблонов, что, однако, может уменьшить их срок службы. Для защиты определенных поверхностей фотошаблонов от загрязнения частицами, были введены диафрагмы. Эти диафрагмы представляют собой тонкие пленки или мембраны, которые, например, прикрепляют к рамке, которую приклеивают к одной стороне фотошаблона, так что мембрана действует как крышка, которая предотвращает попадание частиц на закрытую поверхность. Диафрагма расположена на достаточном расстоянии от шаблона, так что частицы, которые обладают размером от среднего до малого и которые могут присутствовать на диафрагме, будут расположены слишком далеко от точки фокусировки, чтобы влиять на изображение, получаемое с помощью фотошаблона. Благодаря использованию таких диафрагм, может быть уменьшено количество циклов очистки фотошаблонов, таким образом, увеличивается срок службы фотошаблона и одновременно улучшаются результаты при получении изображения.
Тем не менее, такие пленочные мембраны необходимо менять после определенного количества циклов получения изображения путем удаления рамки пленки, которая приклеена к поверхности шаблона. После удаления рамки пленки, часть клея остается на фотошаблоне, при этом клей должен быть полностью удален до того, как к фотошаблону может быть прикреплена другая пленочная мембрана с рамкой.
В прошлом для удаления остатков клея с поверхности фотошаблона было необходимо использовать агрессивные химические очищающие растворы. Например, для удаления обычных остатков полимерного клея в последние годы использовали SPM. Несмотря на свои хорошие очищающие характеристики, SPM создавал другие проблемы, такие как порождение помутнений. Для решения вопросов с помутнением были предложены дополнительные способы, например, использование другого химического состава, который исключает порождение помутнений. Тем не менее, такие химические составы часто позволяют только частично удалить клей в рамках допустимых временных границ и трудно, если вообще возможно, добиться полного удаления. Для SPM и других химических составов также было невозможно очищать локальные области фотошаблона, так как химический состав не ограничивали. Так как химический состав также наносили на области, которые не нуждаются в очистке, то увеличивалось требующееся количество реагентов и создавалась опасность повреждения этих областей. Также для удаления остатков клея для пленки были предложены способы сухого удаления, такие как лазерная абляция, но эти способы были очень специфичными, для единичного использования, и сложными для управления.
Также имеются некоторые другие публикации, в которых для очистки подложки используют лазер, например, US 2012/0219654 A и US 2014/0345646 A. Например, в документе US 2012/0219654 A описано устройство очистки фотошаблона, которое содержит ступень приема фотошаблона и блок энергоснабжения лазера. Ступень приема фотошаблона принимает и удерживает фотошаблон в заданной ориентации. Фотошаблон имеет переднюю поверхность, на которой находится область с остатками клея пленки. Заданная ориентация представляет собой ориентацию, в которой передняя поверхность расположена так, чтобы сила тяжести могла перемещать частицы по передней поверхности по направлению от нее, без препятствий со стороны передней поверхности фотошаблона. Блок энергоснабжения лазера генерирует лазерный пучок, который непосредственно облучает остатки клея от пленки в целевой области на передней поверхности фотошаблона с целью их удаления с целевой области с помощью лазерной абляции. В ходе процесса абляции, энергия лазера поглощается остатками клея от пленки и вызывает фактически мгновенное их разложение. Устройство очистки фотошаблона выполнено с возможностью перемещения лазера по передней поверхности фотошаблона для облучения всей области с остатками клея от пленки. В частности, в процессе абляции используют лазерный пучок, диапазон длины волны которого составляет примерно от 193 нм до примерно 355 нм.
В документе US 2014/0345646 A описано устройство и способ для очистки фотошаблона путем нагревания металлической пластины, которая расположена рядом с остатками клеящего вещества на подложке, с помощью лазера. Это устройство, например, подходят для удаления остатков клеящего вещества с фотошаблона и содержит держатель для размещения фотошаблона, так что его поверхность, на которой остались остатки клеящего вещества, направлена вниз, и металлическая пластина расположена рядом с остатками клеящего вещества. Устройство также содержит лазерный генератор для направления лазерного излучения через фотошаблон и остатки клеящего вещества на металлическую пластину, для нагревания ее до температуры, которой достаточно для разложения остатков клеящего вещества из-за тепла от металлической пластины.
Тем не менее, в указанном уровне техники может существовать проблема невозможности надлежащей очистки подложки. Например, что касается обычного подхода по использованию химических составов на основе SPM, основной недостаток заключается в риске случайного попадания агрессивных химических составов в активную область шаблона, риске CD сдвига, повреждении непечатаемых вспомогательных структур (SRAF), ускорении роста помутнения и, таким образом, уменьшении срока службы. Непосредственная лазерная абляция, описанная в документе US 2012/0219654 A, может привести к недостаточной очистке, так как для разложения каждая частица должна подвергаться достаточному воздействию лазерного пучка. В документе US 2014/0345646 применяют металлическую пластину и используют выделенное тепло от металлической пластины, и, таким образом, конфигурация становится сложной и трудно эффективно и точно нагревать остатки на подложке из-за зазора между металлической пластиной и остатками. Более того, металлическая пластина может быть источником нежелательного загрязнения.
Следовательно, с учетом известного уровня техники для очистки подложки, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ и устройство для очистки подложки, которые, по меньшей мере частично, могут преодолеть один или несколько недостатков уровня техники, некоторые примеры которых приведены выше.
Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, с помощью приложенной формулы изобретения определен способ очистки подложки, которая содержит по меньшей мере одну поверхность, на которой расположены остатки, подлежащие удалению. В зависимых пунктах формулы изобретения, в частности, описаны дополнительные варианты осуществления изобретения.
В частности, в соответствии с одним аспектом осуществления изобретения, способ включает сканирование лазерным излучением по меньшей мере области поверхности с указанными остатками, так чтобы нагревать указанные поверхность и остатки; при этом регулируют указанный нагрев таким образом, чтобы в результате нагрева сначала часть остатков расплавлялась, так чтобы расплавленная часть остатков начинала перетекать к твердой части остатков, вследствие чего образовывала выпукло-вогнутый участок с твердой частью остатков и частично накапливалась сверху твердой части, а созданный таким образом более толстый слой остатков поглощал дополнительное тепло для их разложения или испарения.
В настоящем изобретении расплавленные остатки будут перемещаться в сторону еще не расплавленных остатков клея из-за разности поверхностного натяжения в расплавленной части и твердой части выпукло-вогнутого участка (эффект Марангони). Следовательно, выпукло-вогнутый участок перемещается вперед примерно с такой же скоростью, что и описанное выше вторичное перемещение, наплавляясь и дополнительно нагреваясь во время этого процесса, до разложения или испарения остатков клея. Следовательно, способ позволяет надлежащим образом очистить подложку. В частности, этот способ позволяет осуществлять процесс очистки подложки на основе лазера, в котором для обеспечения того, что на поверхности подложки не останется материала, используют эффект Марангони. Более того, поскольку способ не использует химические составы на основе SPM, этот способ способен очистить подложку без риска случайного попадания агрессивных химических составов в активную область шаблона, что может привести к CD сдвигу, повреждению непечатаемых вспомогательных структур (SRAF), ускорению роста помутнения и, таким образом, уменьшению срока службы. Более того, в соответствии с определенным способом, так как для нагревания остатков, подлежащих удалению, не нужно дополнительной металлической пластины, конфигурация для очистки подложки может быть сравнительно простой. Более того, по сравнению со способом, в котором используют дополнительную металлическую пластину, этот способ позволяет эффективно и точно нагревать оставшиеся остатки. В результате способ позволяет эффективно и точно нагревать оставшиеся остатки и, таким образом, эффективно очищать подложку.
Более того, в соответствии с одним аспектом осуществления изобретения, нагревание регулируют, по меньшей мере частично, с помощью одного из следующих параметров: скорость сканирования, размер пятна лазерного излучения на подложке, частота импульсов лазерного излучения, уровень фокусировки лазера и энергия лазерного излучения. Следовательно, нагревание можно регулировать легким и хорошо определенным образом в ходе сканирования с целью эффективной очистки подложки.
В соответствии с другим аспектом осуществления изобретения, сканирование лазерным излучением включает в себя: многократное перемещение лазерного излучения вперед-назад в первом направлении с первой скоростью сканирования, при этом одновременно перемещают лазерное излучение во втором направлении, которое перпендикулярно первому направлению, со второй скоростью сканирования. Следовательно, в соответствии со способом можно эффективным и хорошо определенным образом удалить оставшиеся остатки с подложки при перемещении расплавленных остатков в определенном направлении.
Более того, в соответствии с одним аспектом осуществления изобретения, первая скорость сканирования достаточно велика, чтобы образовывать выпукло-вогнутый участок в просканированной области поверхности, и превышает вторую скорость сканирования, а вторая скорость достаточно мала, чтобы выпукло-вогнутый участок перемещался вперед во втором направлении. Следовательно, в соответствии со способом можно эффективно удалить остатки, избегая, при этом, перегрева подложки.
В соответствии с другим аспектом осуществления изобретения, поверхность подложки, на которой расположены остатки, содержит центральную область, а остатки расположены в области поверхности, которая находится радиально снаружи центральной области, и второе направление представляет собой направление от радиально внутренней стороны остатков к радиально внешней стороне остатков, так что выпукло-вогнутый участок перемещается от центральной области. Следовательно, в соответствии со способом можно эффективно удалить оставшиеся остатки с подложки, особенно вокруг центральной области. Более того, перемещение расплавленных остатков происходит от центральной области к краю подложки, следовательно, предотвращается загрязнение центральной области.
Центральная область может иметь прямоугольную форму и остатки могут быть в виде линии, которая примерно параллельна одной стороне центральной области, при этом первое направление может быть продольным направлением остатков, а второе направление может быть направлением ширины остатков. Указанное позволяет удалить оставшиеся остатки с подложки эффективным и упорядоченным образом.
В другом варианте осуществления изобретения центральная область может иметь прямоугольную форму и остатки могут быть расположены снаружи центральной области, при этом второе направление идет от центральной области к краю подложки, таким образом, обеспечивая то, что расплавленные остатки перемещаются от центральной области.
Сканирование лазерным излучением может включать в себя перемещение во втором направлении со второй скоростью сканирования, которая достаточно мала, чтобы выпукло-вогнутый участок, который образуется в сканированной области поверхности, перемещался вперед во втором направлении. Таким образом, обеспечивается то, что все остатки эффективно удаляют с подложки.
2
Было обнаружено, что для многих приложений, в частности для удаления клея, полезен лазер с длиной волны от 5 до 25 мкм. В одном варианте осуществления изобретения лазерное излучение является излучением СО лазера с длиной волны, примерно 10,6 мкм, а подложка является подложкой из чистого кварца, или подложкой с металлическим покрытием, или сочетанием металлической подложки и кварцевой подложки. Эта комбинация лазера и материала для подложки, в частности, полезна в приложения с литографическим шаблоном для эффективного удаления остатков с подложки.
Для предотвращения перегрева подложки в конце каждого прохода сканирования энергия лазера может быть уменьшаться по направлению к концам каждого прохода сканирования в первом направлении. Указанный эффект особенно полезен тогда, когда сканирование осуществляют поперек линии расположения остатков, при этом сканирование заходит за пределы фактической линии остатков. Размер круглого пятна, имеющего достаточную ширину для перекрытия ширины остатков, будет оказывать аналогичное влияние, предоставляя больше энергии в середине линии сканирования по сравнению с прилегающими к ней местами.
В указанном способе подложка, с большой вероятностью, будет, по меньшей мере частично, отражать лазерное излучение. Это отражение можно отслеживать, и облучение лазером можно прекратить на основе коэффициента отражения, в частности на основе изменения коэффициента отражения, что может указывать на то, что присутствует не более определенного количества остатков или присутствует только пренебрежимо малое количество остатков. Таким образом, это отслеживание может обеспечить эффективное определение конечной точки очистки подложки.
Более того, в соответствии с одним аспектом осуществления изобретения, предложено устройство для очистки подложки, которая содержит по меньшей мере одну поверхность с остатками, подлежащими удалению. Устройство содержит: лазер, выполненный с возможностью сканирования по меньшей мере области поверхности, на которой расположены остатки, путем прохождения лазерного излучения, чтобы, нагреть поверхность и остатки; блок управления, выполненный с возможностью регулирования указанного нагрева таким образом, чтобы сначала часть остатков расплавлялась, так чтобы расплавленная часть остатков начинала перетекать к твердой части остатков, вследствие чего образовывала выпукло-вогнутый участок с твердой частью остатков и частично накапливалась сверху твердой части, а созданный таким образом более толстый слой остатков поглощал дополнительное тепло для их разложения или испарения. Устройство обладает достоинствами, которые изложены выше при описании способа.
Другим аспектом изобретения является компьютерный программный продукт, при выполнении которого на компьютере осуществляется управление соответствующим устройством для осуществления способа очистки подложки, содержащей по меньшей мере одну поверхность, на которой расположены остатки, которые подлежат удалению, указанный способ включает в себя: сканирование лазерным излучением по меньшей мере области поверхности с указанными остатками, так чтобы нагревать указанные поверхность и остатки;
регулирование указанного нагрева таким образом, чтобы в результате нагрева сначала часть остатков расплавлялась, так чтобы расплавленная часть остатков начинала перетекать к твердой части остатков, вследствие чего образовывала выпукло-вогнутый участок с твердой частью остатков и частично накапливалась сверху твердой части, а созданный таким образом более толстый слой остатков поглощал дополнительное тепло для их разложения или испарения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид сверху, показывающий пример подложки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 2 - вид, показывающий концептуальную схему, иллюстрирующую пример этапов из способа очистки остатков с подложки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 3 - вид, показывающий коэффициент пропускания лазерного излучения через кварцевую подложку в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 4 - вид, показывающий коэффициент пропускания лазерного излучения через оксид хрома в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 5А - 5С - виды, показывающие коэффициент поглощения лазерного излучения клеями в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 6 - вид, показывающий пример этапов, использованных в способе очистки остатков с подложки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 7А и 7В - виды, показывающие поперечные сечения, более подробно иллюстрирующие последовательность, использованную при удалении остатков с подложки в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;
фиг. 8 - вид, показывающий пример этапов, использованных в способе очистки остатков с подложки в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Подробное описание изобретения
Далее со ссылками на приложенные чертежи будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничено этими вариантами осуществления изобретения. Варианты осуществления изобретения могут быть надлежащим образом использованы в комбинации, если процессы не конфликтуют друг с другом.
Для иллюстрации, варианты осуществления изобретения будут описаны в связи с применением к очистке фотошаблона и, в частности, к удалению линий клея для пленки или следов клея с фотошаблона, хотя ясно, что они также могут быть применены для очистки других подложек и для удаления других материалов и частиц. Такие материалы будут называться твердыми, когда они находятся в состоянии, в котором они сохраняют свою физическую форму длительный период времени, даже несмотря на то, что их аморфное состояние может позволить читателю считать их высоковязкими жидкостями. В этом состоянии указанные материалы обладают вязкостью, которая значительно больше 100 000 сП (100 Па·с), обычно от 250 000 до 500 000 сП (от 250 до 500 Па·с). Такие материалы будут называться расплавленными в состоянии, в котором материал начинает течь без приложения внешних сил. В этом расплавленном состоянии указанные материалы обладают вязкостью, которая меньше 100 000 сП (100 Па·с), обычно вязкость составляет от 100 до 10 000 сП (от 0,1 до 10 Па·с). В расплавленном состоянии, которое возникает при нагревании, вязкость, а также поверхностное натяжение этих материалов, тем меньше, чем больше температура материала.
Используемые в настоящем документе выражения, относящиеся к направлению, такие, как например, лево, право, верх, низ, вертикальный, горизонтальный и их производные, касаются ориентации элементов, показанных на чертежах, и не ограничивают формулу изобретения, если явно не указано обратное.
(Первый вариант осуществления изобретения)
На фиг. 1 показана схема, иллюстрирующая пример вида сверху подложки 10 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Подложка 10 имеет по меньшей мере одну поверхность с остатками 20, подлежащими удалению. Как показано на фиг. 1, поверхность 10, на которой находятся остатки 20, включает в себя центральную область 30, а остатки 20 находятся в области поверхности, которая расположена радиально снаружи центральной области 30.
Более конкретно, подложка 10 является фотошаблоном и может быть подложкой из чистого кварца, или подложкой с металлическим покрытием, или сочетанием металлической подложки и кварцевой подложки. Остатки 20 представляют собой оставшиеся части клеящего вещества или оставшийся клей, который использовали для крепления пленки к фотошаблону и который остался после удаления пленки. Центральная область 30 является областью рисунка фотошаблона, которая, как известно в технике, используется для создания заданного рисунка при применении фотошаблона в процессе фотолитографии. Как указано выше, описанные в настоящем документе способ и устройство также могут быть использованы для очистки подложек других типов.
Как показано на фиг. 1, центральная область 30 описана как имеющая прямоугольную форму и остатки обычно остаются вдоль линии, которая примерно параллельна одной стороне центральной области 30.
Для удобства описания, далее в настоящем документе оси x и y описаны как направления на поверхности подложки 10, а ось z описана как направление по направлению толщины подложки 10 (перпендикулярное поверхности подложки 10).
В первом варианте осуществления изобретения продольная протяженность остатков 20 также называется первым направлением, а направление ширины (перпендикулярное продольной протяженности) остатков 20 также называется вторым направлением. Ясно, что первое и второе направления определены в отношении протяженности остатков (которая изменяет свое направление между направлениями оси x и оси y), а не подложки. Что касается остатков 20 в области 40 подложки 10, стрелка 50, указывающая на два направления, и направление оси х на фиг. 1 соответствуют первому направлению, а стрелка 60, указывающая на два направления, и направление оси y на фиг. 1 соответствуют второму направлению.
На фиг. 2 показана концептуальная схема, иллюстрирующая пример этапов способа очистки остатков 20 с подложки 10 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. Как ясно из этапа (1) на фиг. 2, подложку 10, содержащую остатки 20, которые подлежат удалению, закрепляют относительно устройства 200. Устройство 200 является устройством, которое выполнено с возможностью очистки подложки 10 с помощью лазерного излучения. Более конкретно, устройство 200 содержит источник лазерного излучения, который выполнен с возможностью облучения лазерным пучком 70 подложки 10 для ее очистки, что будет описано ниже. Устройство 200 также содержит сканирующее устройство для сканирования лазерным пучком целевой области подложки 10. Сканирование может быть обеспечено по меньшей мере с помощью одного перемещения лазерного пучка 70 по подложке 10 и с помощью перемещения подложки 10 относительно лазерного пучка 70 лазерного.
После того как подложку 10 закрепили относительно устройства 200, источник лазерного излучения генерирует лазерный пучок 70 и направляет его на область 11 поверхности, которая содержит остатки 20. Предпочтительно, чтобы световой пучок 70, такой как лазерный пучок 70, направляли на область 11, которая находится на краю остатков 20. Лазерный пучок 70 перемещается вперед и назад по области 11, например, перпендикулярно плоскости фиг. 2, что является, например, вторым направлением, то есть перпендикулярно продольной протяженности остатков. Одновременно подложку могут перемещать в направлении стрелки, как показано на фиг. 2, так что лазерный пучок 70 также осуществляет сканирование по остаткам в первом направлении, то есть по продольной протяженности остатков.
Лазерный пучок 70 выбран таким, чтобы он имел подходящую длину волны и интенсивность (что локально, в частности, соотносится с размером пятна и скоростью сканирования), так чтобы подложка и/или сами остатки поглощали достаточное количество лазерного излучения, чтобы - на первой стадии - нагревать остатки до температуры, превосходящей температуру плавления. Если остатки, например, являются, по существу, прозрачными для лазерного излучения, то это лазерное излучение может поглощаться подложкой, которая нагревается и далее нагревает остатки. В таком случае лазерный пучок будет рассматриваться как косвенно нагревающий остатки. Длину волны и интенсивность дополнительно выбирают так, чтобы они были подходящими, для того чтобы подложка и/или остатки на ней поглощали достаточное количество лазерного излучения, чтобы - на второй стадии - нагревать расплавленные остатки до температуры, превосходящей температуру разложения.
Когда остатки расплавляют на первой стадии, они образуют выпукло-вогнутый участок в краевой области, что объясняется температурным градиентом между расплавленным участком и твердым участком, который «втягивает» горячие расплавленные остатки в сторону более холодного твердого участка остатков. Этот эффект известен как тепловой эффект Марангони, и он обеспечивает то, что расплавленные остатки втягиваются к твердому участку. Таким образом, расплавленные остатки втягиваются налево на фиг. 2 и образуют выпукло-вогнутую форму, как показано на фиг. 2 на этапе (3), где они далее нагреваются, в ходе второй стадии, до температуры, превышающей температуру разложения. Таким образом, определяется двухстадийный процесс, в ходе которого остатки достаточно «медленно» нагревают, так что сначала они расплавляются, образуют мениск (выпукло-вогнутую форму) в расплавленном состоянии и, наконец, их нагревают до температуры, превосходящей температуру разложения и, таким образом, очищают остатки с подложки. Тянущее усилие, действующее на расплавленные остатки и вызванное тепловым эффектом Марангони, обеспечивает полное удаление остатков. В ходе очистки лазерный пучок медленно перемещают в направлении твердого участка остатков, тем самым определяют направление очистки. Одновременно лазер обычно сканирует (перемещение вперед и назад) с гораздо большей скоростью сканирования в направлении, которое перпендикулярно направлению очистки.
2
2
В качестве примера, лазерное излучение, используемое в первом варианте осуществления изобретения, может быть лазерным излучением, создаваемым СО лазером или другими лазерами, такими как твердотельные лазеры (DPSS), которые, например, создают лазерное излучение с длиной волны от 0,3 мкм (300 нм) до 2 мкм (2000 нм). В конкретном примере устройство доказало хорошую работу с СО лазером, который создает лазерное излучение с длиной волны примерно 10,6 мкм (10 600 нм), при этом лазерное излучение было использовано для очистки клея пленки с фотошаблона.
В этом примере лазерное излучение имело длину волны, при которой клей (остатки 20) были практически прозрачны, а фотошаблон (подложка 10) поглощал по меньшей мере достаточное количество лазерного излучения для нагрева подложки 10 и, таким образом, остатков 20 в ходе описанных выше двух этапов. В отличие от уровня техники, в котором лазерное излучение непосредственно нагревает остатки для их немедленного разложения, лазерное излучение из приведенных выше примеров нагревает подложку 10. В этом примере не обязательно непосредственно нагревать остатки 20 лазерным излучением и, таким образом, может быть использован лазер с меньшей длиной волны по сравнению с длиной волны, обычно требующейся для непосредственно нагревания остатков 20.
2
Например, когда подложка 10 является подложкой из чистого кварца, или подложкой с металлическим покрытием, или сочетанием металлической и кварцевой подложек, лазерное излучение может быть генерировано СО лазером с длиной волны примерно 10,6 мкм (10 600 нм).
-1
-1
Далее со ссылками на фиг. 3 - 5С будет описана взаимосвязь между подложкой 10, остатками 20 и лазерным излучением в соответствии с приведенным выше примером. На фиг. 3 показана схема, иллюстрирующая коэффициент пропускания лазерного излучения через кварцевую подложку в соответствии с приведенным выше примером. На фиг. 4 показана схема, иллюстрирующая коэффициент пропускания лазерного излучения через оксид хрома в соответствии с приведенным выше примером. На фиг. 5А - 5С показаны схемы, иллюстрирующие коэффициент поглощения клеями для пленки в соответствии с приведенным выше примером. На фиг. 3 и 4 горизонтальная ось представляет волновое число (см), а вертикальная ось представляет пропускающую способность (%). На фиг. 5А - 5С горизонтальная ось также представляет волновое число (см), а вертикальная ось представляет поглощающую способность (%), которая, другими словами, представляет собой значение, вычисленное путем вычитания пропускающей способности (%) из «1 (другими словами, из 100%)».
-1
Например, когда длина волны лазерного излучения 70 составляет 10,6 мкм, что соответствует 934 см, примерно 20% излучения поглощается, когда подложка является кварцевой подложкой, как показано на фиг. 3. Как показано на фиг. 4 и 5А - 5С, с другой стороны количество лазерного излучения с длиной волны, равной 10,6 мкм, которое поглощается или оксидом хрома или клеем, составляет практически 0%. Фактически, лазерное излучение только косвенно нагревает клей с помощью подложки. Когда клей расплавлен, поглощение клея может меняться и может стать больше, хотя этого не требуется.
С учетом приведенного выше примера, снова со ссылкой на фиг. 2, коротко резюмируем механизм очистки. Устройство 200 управляет лазерным пучком 70 и, таким образом, управляет нагреванием так, чтобы подложка нагревалась вблизи или под остатками 20, так чтобы остатки расплавлялись и начинали течь к твердой части остатков, таким образом, образуя выпукло-вогнутый участок (21, 22) с твердой частью остатков и накапливаясь частично сверху твердой части и, таким образом, образуется более толстый слой остатков, который поглощает дополнительное тепло, как показано на этапе (3) на фиг. 2. Таким образом, расплавленные остатки 20 перетекают к твердой части и продолжают нагреваться до температуры, превышающей температуру разложения, и далее они разлагаются. Остатки, например, могут расплавляться при температуре, находящейся в диапазоне от 200 до 300 °C, и могут разлагаться при температурах, находящихся в диапазоне от 350 до 400 °C. Ясно, что эти температуры плавления и разложения значительно меньше температуры плавления подложки, которая должна быть очищена.
Более конкретно, устройство 200 управляет нагреванием, по меньшей мере частично, с помощью одного из следующий параметров: скорость сканирования, размер лазерного пятна на подложке 10, частота импульсов лазерного излучения, уровень фокусировки лазера и энергия лазерного излучения. Устройство 200 также может управлять любым из следующих параметров: положение фокусировки, шаг сканирования и количество проходов и любая комбинация перечисленного.
Далее будут коротко описаны некоторые примеры параметров, которыми управляет устройство 200. Скорость сканирования соответствует первой скорости, то есть скорости, с которой лазерный пучок 70 перемещается вперед и назад по краевой области остатков 20. Скорость сканирования, например, составляет от 5 до 254 см в секунду. Другой параметр представляет собой количество проходов вдоль одной и той же линии сканирования, которое должно быть больше для большей скорости сканирования по сравнению со случаем меньшей скорости сканирования, если нужно доставить определенную мощность.
Вторая скорость сканирования, с которой фронт сканирования перемещается по направлению к остаткам (твердому участку остатков) гораздо меньше и составляет, например, от 1 до 10 см в секунду. Вторая скорость сканирования также может быть определена как шаг сканирования, определяющий прирастающее перемещение на сканирование вперед и назад или на несколько сканирований вперед и назад в первом направлении сканирования.
Размер пятна лазерного излучения соответствует размеру диаметра пучка 70 лазера на подложке или верхней поверхности остатков. Размер пятна для пучка 70 лазера составляет больше 20 мкм.
Если используют импульсный лазер, частота импульсов лазера влияет на мощность пучка 70 лазера и, таким образом, на обеспечиваемое пучком 70 лазера нагревание. Частота импульсов лазерного излучения может составлять от 1 до 20 000 Гц.
Уровень фокусировки лазера также влияет на интенсивность пучка 70 лазера и, таким образом, на обеспечиваемое пучком 70 лазера нагревание. Предпочтительно, чтобы фокус лазера устанавливали между поверхностью подложки и 10 мм выше поверхности подложки.
Как указано выше, энергии, обеспечиваемой с помощью пучка 70 лазера, должно быть достаточно для нагревания остатков до температуры, превосходящей температуру разложения, в ходе двухэтапного процесса. Было обнаружено, что не требуется лазеров большой мощности и, например, может быть использован недорогой лазер с мощностью 25 Вт. При обычной лазерной абляции нужны лазеры большой мощности, так как обычно желательно осуществить мгновенное разложение материала, подлежащего абляции. Предпочтительно, чтобы мощность лазера составляла порядка 200 Вт.
Устройство 200 также может использовать другие параметры для регулировки нагревания, такие как любой из следующих параметров: рабочее оптическое расстояние, смещение фокуса, уменьшение потока в конце сканирования, объем для выхлопа для улавливания паров расплавленных остатков и любая комбинация указанных параметров. Рабочее оптическое расстояние представляет собой расстояние между устройством 200 и остатками 20. Рабочее оптическое расстояние составляет от 0,1 до 100 см. Предпочтительно, чтобы рабочее оптическое расстояние составляло от 3 до 6 см. Смещение фокуса касается уровня фокусировки и размера пятна лазера и, таким образом, определяет величину энергии, которая может быть доставлена на единицу площади. Предпочтительно, чтобы смещение фокуса составляло от 0 до 10 мм. Уменьшение потока в конце сканирования представляет собой конкретную технологию, которая разработана авторами изобретения и которая уменьшает энергию потока для пучка 70 лазера в конец каждой линии сканирования, то есть до изменения направления сканирования на 180°. Это уменьшение используют для обеспечения более однородной передачи энергии в нагреваемую среду. Если поток не уменьшается, то концевые области (сканирования) могут принять слишком много энергии в ходе периода изменения направления сканирования, что может привести к локальному перегреву, в частности, когда концы сканирования расположены вне области, покрытой остатками. Чтобы исключить такой перегрев, уменьшением потока в конце сканирования могут управлять так, чтобы оно было существенно меньше обычного потока в ходе сканирования. Предпочтительно, чтобы поток мог быть уменьшен на 50%.
Со ссылками на фиг. 6, 7A и 7B, будет более подробно описан пример последовательности операций процесса для способа очистки остатков 20 с подложки 10. На фиг. 6 показаны виды сверху подложки, которую очищают, в разные моменты времени в ходе процесса очистки, при этом направление очистки (медленное перемещение пучка лазера по направлению к твердому участку остатков, когда расплавлена краевая область) перпендикулярно продольной протяженности остатков 20 на подложке 10. На фиг. 7А и 7В показаны виды, иллюстрирующие поперечные сечения очищаемой подложки в разные моменты времени в ходе процесса очистки.
Как показано на фиг. 6 и 7А, на первом этапе (1) устройство 200 (не показано) и подложку, которая подлежит очистке, выравнивают друг относительно друга, так что на втором этапе (2) лазерный пучок 70, генерированный с помощью устройства 200, может быть направлен на краевую область остатков 20 и может сканировать указанную область с целью очистки подложки 10. Сканирование с помощью лазерного пучка 70 включает в себя следующее: многократное перемещение лазерного излучения 70 вперед и назад в первом направлении с первой скоростью сканирования, при этом одновременно перемещают лазерное излучение во втором направлении (направлении очистки), которое перпендикулярно первому направлению, со второй скоростью сканирования. В показанном варианте осуществления изобретения первое направление параллельно продольной протяженности остатков, а второе направление перпендикулярно указанной протяженности. В частности, второе направление идет изнутри наружу, так что оно идет от внутреннего края остатков 20 - обращенным по направлению к центру подложки 10 - по направлению к внешнему краю остатков и за их пределы. Таким образом, второе направление представляет собой направление от внутренней по радиусу стороны остатков 20 до внешней по радиусу стороны остатков 20, так что выпукло-вогнутый участок перемещается от центральной области 30 подложки, которая, например, может быть областью рисунка фотошаблона. Соответствующими скоростями сканирования и другими параметрами пучка лазера управляют так, чтобы расплавлять или разжижать краевую область с первой скоростью сканирования, которая достаточно велика, чтобы образовывать выпукло-вогнутый участок в просканированной области поверхности 10, и которая больше второй скорости сканирования. Вторая скорость достаточно мала, чтобы выпукло-вогнутый участок перемещался вперед во втором направлении. На фиг. 6 и 7, первое направление является направлением по оси х, а второе направление является направлением по оси y.
Как показано на втором этапе (2) с фиг. 6 и 7А, устройство 200 многократно сканирует область 11 подложки 10 путем перемещения лазерного излучения 70 вперед и назад между краями (11а, 11b) области 11. Параметрами лазера управляют для того, чтобы породить нагревание и расплавление краевой области остатков для образования выпукло-вогнутого участка между расплавленной частью и твердой частью остатков. На этапе (2) с фиг. 6 расстояние между стрелками 11с соответствует ширине пучка 70 лазера. Как показано на этапах (2) - (6) с фиг. 6 и на этапах (2) - (9) с фиг. 7А и 7В, устройство медленно перемещает просканированную область по оси y со второй скоростью сканирования. Вторая скорость достаточно мала, чтобы образовывался выпукло-вогнутый участок, и он перемещался вперед во втором направлении, и порождалось дополнительное нагревание остатков, достаточное для их разложения. Тепловой эффект Марангони тянет расплавленный материал вверх и вперед по твердому участку остатков и даже может образовать небольшой выступ 22 из расплавленных остатков 20, который продолжается за пределы верхней поверхности твердого участка остатков, что показано на этапе (3) с фиг. 7А. Область подложки 10 за просканированной областью 11 становится чистой, то есть из нее удалены все остатки 20. Следует понимать, что, когда просканированная область 11 достигает внешнего края остатков, тепловой эффект Марангони больше не будет работать так, как ранее, из-за того, что будет уменьшен температурный перепад, так как не останется твердого участка. Тем не менее, оставшиеся остатки, которые еще не разложились, тянутся наружу подложки, так как там подложка холоднее. Благодаря дополнительному перемещению просканированной области 11 во втором направлении (направление очистки) все остатки 20 в конце концов будут достаточно нагреты для разложения.
Как показано на фиг. 6, 7А и 7В, используют два относительных перемещения пучка 70 лазера и поверхности подложки 10. В первом направлении перемещение представляет собой быстрое сканирование вперед-назад. Например, первая скорость может составлять 1 м/с или может равняться любой другой подходящей скорости с учетом других параметров лазера, которая позволяет расплавлять краевую область остатков и образовывать выпукло-вогнутый участок. Во втором направлении (которое в этом варианте осуществления изобретения показано перпендикулярным первому направлению) перемещение осуществляют в направлении очистки, то есть в направлении тянущего усилия, которое порождено тепловым эффектом Марангони и которое порождает течение расплавленного материала к твердому (более холодному) участку остатков, тем самым образуя выпукло-вогнутый участок. Вторая скорость выбрана так, чтобы быть достаточно малой, чтобы эффект Марангони имел место и чтобы происходило дополнительное нагревание расплавленного материала до температуры, превосходящей его температуру разложения. Например, вторая скорость достаточно мала по сравнению с первой скоростью сканирования и, например, может находиться в диапазоне от 1 до 10 см в минуту. Предпочтительно, чтобы сканирующее перемещение в первом направлении осуществлялось с помощью перемещения пучка лазера (например, с использованием сканирующего зеркала). Второе перемещение может быть осуществлено с помощью устройства 200 или также, например, с помощью перемещения сканирующего зеркала, но также оно может быть реализовано с помощью перемещения подложки 10. Для получения надлежащего перемещения пучка лазера могут быть предусмотрены другие средства.
Заметим, что расплавленные остатки будут перемещаться по направлению к еще не расплавленным остаткам клея благодаря перепаду поверхностного натяжения между расплавленным участком и твердым участком выпукло-вогнутого участка (эффект Марангони). Следовательно, выпукло-вогнутый участок перемещается вперед примерно с такой же скоростью, что и описанное выше вторичное перемещение, наплавляясь и дополнительно нагреваясь в ходе процесса с целью разложения или испарения.
В приведенных выше примерах указано, что лазерный пучок 70 нагревает остатки косвенно, так как остатки 20 не поглощают существенное количество лазерного излучения. Вместо этого лазерное излучение, по меньшей мере частично, поглощается подложкой, которая нагревается и, таким образом, нагревает расположенные на ней остатки. Тем не менее, необходимо понимать, что также возможно, в зависимости от материала остатков и выбранного лазерного излучения, что остатки поглощают больше лазерного излучения, а подложка 10 может быть прозрачной или также поглощает лазерное излучение. При надлежащем управлении передачей энергии в остатки, можно поддерживать ту же последовательность операций процесса, то есть краевую область остатков локально расплавляют, так что образуется выпукло-вогнутый участок, который перемещается вперед, когда область сканирования перемещается вперед (вторичное перемещение) благодаря эффекту Марангони жидкая среда с низким поверхностным натяжением (более горячий расплавленный материал) перемещается к жидкой среде с большим поверхностным натяжением (более холодный материал)). Материал дополнительно нагревается и, наконец, разлагается. Этот процесс управляется локальным нагреванием поверхности подложки/краевой области остатков/выпукло-вогнутого участка независимо от того, где фактически поглощается энергия лазерного излучения.
Как описано выше, этот вариант осуществления изобретения позволяет осуществить процесс очистки подложки на основе лазера, в котором для обеспечения того, что на поверхности подложки не останется материала, используют эффект Марангони. В этом подходе могут быть использованы дешевые лазеры, в отличие от обычных процедур абляции, так как в этом подходе не требуется непосредственное и мгновенное разложение целевого материала, подлежащего очистке. В этом подходе подложку 10 очищают без применения химических составов на основе SPM и, как указано, может быть использован инфракрасный лазер с большой длиной волны. В этом подходе используют прямое и/или косвенное нагревание для предоставления достаточного количества энергии, требующегося для двухэтапного процесса абляции.
(Другие варианты осуществления изобретения)
В то время как первый вариант осуществления изобретения описан для объяснения концепции изобретения, специалисту в рассматриваемой области ясны разные его изменения в плане реализации. Ниже будут приведены некоторые примеры таких других реализаций.
Компоненты или устройства, показанные на чертежах, не обязательно должны быть выполнены так, как проиллюстрировано на чертежах и описано выше. Например, в приведенных выше вариантах осуществления изобретения подложка 10 описана как являющаяся фотошаблоном, который является подложкой из чистого кварца, или подложкой с металлическим покрытием, или сочетанием подложек из кварца без покрытия и кварца с металлическим покрытием. Тем не менее, подложка 10 может быть любой другой подложкой из любого подходящего материала, к которому может быть применен описанный способ очистки. Более того, остатки описаны как клей для пленки, который обычно присутствует на фотошаблоне и имеет вид линии, как показано. Очевидно, любой другой материал, имеющий другие формы на подложке и который позволяет осуществлять двухэтапный подход по расплавлению с образованием выпукло-вогнутого участка и последующим разложением, может быть очищен указанным образом. Тем не менее, процесс рассматривается как подходящий и он зарекомендовал себя, в частности, как подходящий для применения к клею для пленки, когда желательна очень высокая степень чистоты без использования агрессивного химического состава или больших мощностей.
Хотя в описанных выше вариантах осуществления изобретения, лазерный пучок 70 излучали на сторону подложки 10, на которой расположены остатки 20 (передняя сторона), если подложка, по существу, является прозрачной и/или достаточно тонкой, то также может быть предусмотрено облучение задней стороны. Тем не менее, исходная концепция облучения передней стороны считается особенно предпочтительной, так как она позволяет наилучшим образом обеспечить локальный нагрев для получения желаемого эффекта, без слишком больших тепловых потерь в материале подложки. Тем не менее, в зависимости от приложения, в способе могут использовать облучение задней стороны, так что часть остатков 20 (на передней стороне) сначала расплавляется, так что расплавленная часть остатков начинает течь по направлению к твердой части остатков, таким образом, образуя выпукло-вогнутый участок с твердой частью остатков и накапливаясь в части сверху твердой части и, таким образом, вырабатывается более толстый слой остатков, который поглощает дополнительное тепло, чтобы разложиться или испариться.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения подложка 10 описана как имеющая центральную область 30, а остатки 20 находятся в области поверхности, которая расположена радиально снаружи центральной области 30; тем не менее, очевидно, что подложка не ограничена указанным вариантом. Например, подложка 10 может не содержать центральной области 30 или остатки также могут присутствовать или полностью располагаться в такой центральной области 30. В описанных выше вариантах осуществления изобретения форма центральной области 30 описана как прямоугольная, а форма остатков 20 описана как линейная, но эти формы не обязательно ограничиваются вариантами, описанными на фиг. 1. Форма центральной области 30 и форма остатков 20 может быть любой. Например, центральная область 30 может обладать прямоугольной формой, треугольной формой, круглой формой или любой другой подходящей формой. Остатки 20 могут иметь вид прерывистой линии, просто в виде единичной точки или в виде множества точек или иметь любой другой возможный вид.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения второе направление описано как перпендикулярное первому направлению, тем не менее, этот вариант не является единственно возможным. Например, второе направление может быть направлением, которое не является перпендикулярным первому направлению, оно может быть наклонным, под заранее заданным углом, относительно первого направления. Также, в отличие от сканирования вперед-назад в первом направлении, лазерный пучок также может иметь такую ширину, что сканирование в первом направлении не требуется и достаточно перемещения во втором направлении. Это может иметь место, например, тогда, когда остатки имеют вид линии и пятно лазера имеет ширину, превосходящую ширину упомянутой линии. В этом случае будет достаточно перемещения только в направлении очистки. Также может работать сканирование вперед-назад вдоль линии так, что получается составляющая перемещения в направлении этой линии. В примере очистки, который описан со ссылками на фиг. 6, 7A и 7B, средства сканирования сканировали лазерным пучком 70 вперед-назад в направлении продольной протяженности остатков (линия клея) для расплавления внутреннего края области остатков и так, чтобы расплавленные остатки 20 (или выпукло-вогнутый участок) перемещались перпендикулярно, к внешней стороне подложки, во втором направлении. Но, как указано выше, ясно, что возможны другие перемещения.
На фиг. 8 показан пример таких других перемещений, при этом на фиг. 8 показаны виды сверху подложки, которую очищают, в разные моменты времени процесса очистки, аналогичного процессу с фиг. 6. В это время направление очистки (медленное перемещение лазерного пучка к твердому участку остатков, когда часть остатков расплавлена) происходит вдоль продольной протяженности остатков 20 на подложке 10, а более быстрое сканирующее перемещение вперед-назад происходит в направлении ширины линии остатков. Как показано на фиг. 8, устройство 200 (не показано) снова сначала выравнивают с линией расположения остатков. Когда устройство генерирует лазерный пучок 70, оно создает на подложке облученную область 11. Лазерный пучок 70 вызывает расплавление остатков и образование выпукло-вогнутого участка в облученной области 11. Так как расплавленная часть находится в середине линии остатков, фактически изначально могут образовываться два выпукло-вогнутых участка. Благодаря перемещению облученной области 11 вдоль линии остатков в направлении налево на фиг. 8, выпукло-вогнутый участок на правой стороне облученной области в конечном счете отвердевает. Выпукло-вогнутый участок на левой стороне будет перемещаться с облученной областью 11, и описанный выше цикл расплавления, образования выпукло-вогнутого участка, разложения будет осуществляться вдоль линии остатков.
Устройство 200 может создавать облученную область 11 на подложке 10 - как показано на фиг.8, этап (2) - путем перемещения лазерного излучения 70 вперед и назад вдоль первого направления, в направлении ширины остатков 20. Лазерный пучок 70 может осуществлять сканирование так, что концевые точки этого сканирования находятся непосредственно за боковыми краями линии остатков. На фиг. 8, этап (2), расстояние между двумя стрелками 11с соответствует ширине лазерного пучка 70. Следует понимать, что ширина показана схематично, и она может быть меньше ширины, указанной на фигуре. Как показано на фиг. 8, этапы (2) – (6), далее облученная область 11 перемещается вдоль продольной протяженности остатков 20 с регулируемой скоростью, чтобы обеспечить последовательность осуществления процесса, как описано выше.
В описанном выше варианте осуществления изобретения сканирование было описано как содержащее два перемещения, одно - в направлении ширины линии остатков, одно - вдоль этой линии. Тем не менее, сканирование не ограничено указанным вариантом. Например, размер пятна пучка 70 лазера может быть отрегулирован так, что сканирования не требуется для обеспечения облучения в области 11, указанной на фиг. 8 (2). Тогда сканирование лазерным пучком 70 может включать в себя только перемещение вперед в направлении очистки со скоростью, которая достаточно мала, чтобы происходил последовательный процесс расплавления, образования выпукло-вогнутого участка и разложении. Другими словами, сканирование лазерным пучком 70 может не включать в себя перемещение лазерного пучка 70 вперед и назад в первом направлении. Например, когда лазерный пучок 70 имеет ширину, достаточную для перекрытия рассматриваемой области, подлежащей очистке, сканирование может не включать в себя перемещение лазерного пучка 70 вперед-назад в первом направлении, и при сканировании лазерный пучок 70 может перемещаться только одном направлении. Со ссылками на пример с фиг. 8, когда лазерный пучок 70 имеет размер пятна, который больше ширины остатков 20, сканирование будет осуществляться только вдоль линии остатков.
Более того, устройство 200 может регулировать энергию лазерного излучения 70 путем уменьшения энергии к концам каждого прохода, при сканировании в первом направлении. Указанное может предотвратить перегрев в конце каждого прохода сканирования, когда сканирование выполняется поперек линии остатков 20, как в упомянутом выше примере. Размер круглого пятна, имеющего достаточную ширину для перекрывания ширины линии остатков, будет оказывать аналогичный эффект, обеспечивая больше энергии в середине линии сканирования по сравнению с прилегающими к ней местами.
Когда подложка 10, по меньшей мере частично, отражает излучение лазерного пучка 70, способ очистки может включать в себя отслеживание отражения лазерного пучка 70, которое будет меняться в зависимости от оставшихся в облученной области 11 остатков. Далее процесс очистки может быть прекращен на основе отслеживания отражения.
В зависимости от очищаемой подложки, может быть предпочтительным осуществлять способ очистки под слоем инертного газа, такого как азот, для исключения окисления поверхности. Более того, параметрами пучка лазера можно управлять так, чтобы температура поверхности подложки 100 не превышала пороговый уровень, чтобы исключить влияние на физические или оптические свойства подложки. В частности, параметры можно регулировать так, чтобы температура поверхности подложки 10, например, не превышала 500°С. Температуру поверхности можно измерить в ходе процесса, или процессом управляют в соответствии с надлежащей инструкцией. Если обнаружены существенные отклонения от инструкции, например, сканирование осуществляется ненадлежащим образом, так что лазерный пучок, например, неподвижен или не перемещается вдоль направления сканирования так, как требуется, тогда лазер может быть выключен или отклонен, с тем чтобы избежать перегрева подложки.
Более того, способ очистки подложки также может быть реализован так, что функциями, осуществляемыми с помощью устройства 200, управляют с помощью известного устройства обработки информации, то есть с помощью компьютера. Известное устройство обработки информации может быть любым информационным устройством, которое соединено и которое может управлять устройством облучения лазером. Компьютер может содержать запоминающее устройство, которое выполнено с возможностью хранения разных программ, при этом компьютер обладает такими же функциями для реализации способа очистки подложки, как описано выше. Компьютер может содержать CPU, который выполнен с возможностью считывания разных программ из запоминающего устройства и исполнения этих программ для управления соответствующим оборудованием с целью очистки подложки.
Разные программы могут не всегда храниться на самом компьютере, а они могут храниться в считываемом компьютером носителе, таком как CD-ROM, DVD диск или USB память, полупроводниковая память, такая как флеш-память, накопитель на жестких дисках или другой носитель. Более того, упомянутые разные программы также могут храниться в устройстве, которое соединено с рассматриваемым устройством, например, с помощью сети, такой как интернет, локальная вычислительная сеть (LAN), глобальная вычислительная сеть (WAN) или подобные, и компьютер также может считывать и исполнять программы с описанного выше носителя информации.