用极化辐照和背面辐照方法清除物质 发明的背景
本发明涉及到从表面清除物质。更确切地说，本发明涉及到用辐照的方法从衬底表面有选择地清除物质而不改变处于被清除物质下方或附近的待要保留在衬底上的物质的物理性质。
从衬底表面有效地清除不希望有的物质，是许多重要的材料加工和产品制造工艺的一个关键步骤。如在专利申请′165中所述，不希望有的物质(也可认为是沾污物)包括颗粒、不希望有的化学元素或化合物以及材料薄膜或材料层。颗粒可以是尺寸从亚微米到肉眼可见的细粒的分立物质。不希望有的化学物包括清除工序执行时不希望有的任何元素或化合物。例如，羟族(-OH)在某一工序阶段可以是一种衬底表面上需要的反应助催化剂，而在另一阶段可能是一种不希望有的沾污物。材料薄膜或层可以是诸如来自指纹的人体油、油漆和环氧树脂之类的有机物，或诸如衬底材料的氧化物或者衬底暴露于其中地其它无机物。
为使衬底更好地达到其使用目的，可能需要清除这类不希望有的物质。例如，在某些精密科学测量器件中，当器件中的光学透镜或平面镜被微细的表面沾污物覆盖时，其精度就受到损失。同样，在半导体中，由少量分子沾污物造成的表面缺陷常常使半导体掩模或芯片变得毫无用处。在石英半导体掩模中，即使少许降低分子表面缺陷的数量，也可以大大改善半导体芯片的成品率。同样，在片子上沉积电路层之前或在各层沉积之间，从硅片表面清除掉诸如碳或氧之类的分子表面沾污物，也可显著地改善制得的计算机芯片的质量。
可做到衬底材料层的选择性清除，从而在衬底表面上形成极小尺寸的结构(所谓“纳米结构”)。无论是衬底材料、氧化层或其它的材料层，还可沿衬底表面按不同的量作选择性清除，从而改变衬底的表面形貌(诸如使粗糙的表面变平滑)。
材料加工设备需要经常处理以清除不希望有的物质，从而防止该设备所加工的产品受到沾污。例如，在生产过程中最终沾污硅片的大部分不希望有的物质从诸如放置片子的加工室、用来支持片子以通过石英炉管的石英装片舟(及炉管本身)以及使工艺气体进入工作室的气体管道之类的生产设备中放出。因此，定期清洗这些设备就能够显著地降低生产过程中片子所受的沾污水平。
通常，用来从衬底清除物质的任何工序都应该不影响需要保留的材料的物理性质。需保留不受影响的物理性质一般包括晶体结构、导电率、密度、介电常数、电荷密度、霍耳系数以及电子/空穴的扩散系数。在特殊的半导体应用中(诸如金属氧化物半导体(“MOS”)；场效应晶体管(“FET”)；和双极结(“BJT”))，这些性质可包括MOS中的单位面积电容；结电容；FET中从漏到源的沟道电流；BJT中从收集极到基极和从发射极到基极的电压；FET中从漏到源和从栅到源的电压；MOS阈值电位；MOS单位面积表面态电荷；以及存储延迟时间。而且，改变留下的材料的形貌(如表面粗糙度)可能是不可取的。
如在专利申请′165中详细描述的那样，已提出了并正在使用着许多用来清除不希望有的物质的方法。这些方法包括湿法化学清洗(RAC工艺)、稀释氢氟酸、强声与超声、超临界流体清洗、紫外和臭氧清洗、刷扫清洗、气相HF、激光增强液体清洗(包括Allen工艺和Tam工艺)、表面熔化、退火、以及烧蚀。
另一种方法是等离子清洗，此法可在反应离子刻蚀(RIE)设备完成一定数量工序(例如一定数目的片子)之后用来清洗RIE的工作室。最佳等离子物质是氧、四氧化碳和氮，它们可用于各种不同的质量克分子浓度来清洗光学元件和硅表面。基于电子回旋共振(ECR)的等离子体是当前的工艺。这种清洗的效果局限于颗粒一清除薄膜看来有困难而且对电学参数有损害。
干冰(CO2)清洗(即所知的雪洗和CO2喷洗)是通过带有各种喷孔的手持工具提供CO2雪花以清洗表面的方法。此法受限于颗粒在CO2雪花中的溶解度，例如，若该颗粒不溶于CO2，则此颗粒就不会从表面被清除掉。而且，此法不能清除氧化物和聚合物薄膜。
所有这些方法都有一些缺点，包括：不能清除非常小的颗粒；引起下方衬底物理性质不希望有的变化；耗费大量超纯水和气之类的昂贵材料；以及产生有毒废品(如氢氟酸)。
薄膜，特别是氧化膜是一种需要从衬底清除的普通而麻烦的材料。暴露于氧化气氛(如空气)中的大多数材料都形成一个覆盖表面的天然氧化物。这种氧化层通常是一种基本上连续的氧化材料分子层。在大多数情况下，这种天然氧化层都是有害的，依赖于衬底材料如何使用。解决此问题的一个途径是使衬底材料保持在真空中以防止氧化物生长。已知的清除氧化膜的方法包括用王水、硫酸和氢氟酸之类的强酸对它们进行处理。
在半导体制造过程中，由于工艺图形不断变小，故从硅衬底清除天然氧化物(氧化硅)受到极大的关注。清除氧化物的现行方法是采用液相HF，并正实验采用气相卤素和结合紫外辐照的气相卤素。见B.VanEck，S.Bhat，V.Menon的“SiO2的气相腐蚀及清洗”(Proceedings，Micro-contamination 92，Santa Clara，CA，Oct.27-30，1992，P694)；J.de Larios，W.Krusell，D.Mckean，G.Smolinsky，B.Doris，M.Gordon的“从片子气相清洗痕量金属和有机沾污物：紫外辐照氧基和氯基化学”(Proceedings，Microcontamination 92，SantaClara，CA，Oct.27-30，1992，P.706；M.Miyashita，T.Tusga，K.Makihara，T.Ohmi的“CZ、FZ和EPI片子表面微粗糙性对湿法化学工艺的依赖”(J.Electrochem.Soc.，139(8)，P.2133(1992))；以及T.Ohmi的“通过超净加工的ULSI可靠性”(Proceedings IEEE，81(5)，P716)。采用卤基化学由于是一种整体而非定点的清除方法，因而会损害相邻的电路。
清除表面氧化物对于制备在空间、汽车和建筑结构应用中作为替代焊接的用于粘结的金属衬底来说也是重要的。在修复风化了的金属表面和改进流通货币的质量方面也有用处。
另一重要处理工艺是在诸如压力传感器、加速计、原子力显微探针和微电机之类的衬底材料上或其中产生纳米结构(极小的物理结构)。所提出的产生纳米结构的一种方法涉及到结合掩模技术的化学腐蚀(可用于大块微加工，其中的材料结构层建立在片子上，然后将牺牲层腐蚀掉)，见J.Bryzaek，K.Peterson，W.McCulley，IEEE Spectrum，1994年5月，P.20。提出的另一方法涉及到材料的激光聚焦沉积，见J.J.McClelland，R.E.Scholten，E.C.Palm，R.J.Celotta的“激光聚焦原子沉积”(Science，262，P.877(1993))。
另一重要处理工艺是平整化以消除或减小衬底表面的不均匀性。一个常用的整平方法是化学机械抛光(CMP)，它采用专利悬浮混合液通过抛光垫将表面研磨成平坦水平。这一表面抛光提供了改进芯片性能的优点。CMP整平是由“腐蚀停止层”和工序定时来控制的因此不会发生过量抛光。这种工艺产生大量的沾污物(由悬浮液残留)而且很昂贵(每个片子平均成本约$35)，这是由于悬浮液、水、抛光垫和刷扫清洁器所用刷子的消耗所造成的。与CMP相关的另一问题是从片子表面清除悬浮液残留物。用现今的刷扫清除工艺只对大约0.5μm的颗粒有效。CMP整平工艺的另一额外缺点是它不能同现今其它清洗方法组合到一起。
当衬底表面覆盖有所需材料的薄膜时，有效地清除不希望有的材料是特别复杂的。这种薄膜的厚度可能是数到数十μm。已发现本专利申请中所述的设备和技术在用足以有效地清除不希望有的物质的能量或功率流来处理某些这类衬底方面不完全有效，可能损伤薄膜涂层。当能量流降低到低得足以避免损伤的水平时，当不希望有的物质的清除可能无效。还发现包括铁电衬底在内的压电材料也难以处理。
由于来自诸如激光器之类的光源的载能光子较难以加于内表面，故从较小的封闭形状(如管道)的内表面清除不希望有的物质更为困难。本专利申请′039中公开了解决此问题的一种方法，其中用特种设备将光子和惰性气体引到处理表面。虽然此法提供了许多好处，但在某些情况下，最好不使用专利申请′039所公开的较复杂的设备来从内表面清除不希望有的物质。具体地说，最好能够用在外表面上施加辐照的方法来从内表面清除不希望有的物质。
在许多应用中，利用将沾污(包括不希望有的化学物质)从表面上键合位置清除掉的方法，使所需的物质(其余的化学物质)更有效地被化学吸附，这是可取的。
发明概要
本发明借助于用具有足以清除不希望有的物质而不足以改变其下方衬底物理性质的空间和时间浓度(能量和功率流)的载能光子(energetie photon)来辐照不希望有的物质，而从衬底的处理表面选择性地清除不希望有的物质，从而解决了现有技术的问题并避免了现有技术的缺点。最好将气体连续地流过其表面以带走被清除的物质从而避免此物质重新沉积在被处理的衬底上。此气体最好对该衬底及对要清除的物质是惰性的。而且，为了最大限度地避免气流夹带的沾污物在被处理表面上沉积的可能性，气流最好是处于片流状态。
辐照源(载能光子的)可以是本技术领域所知的任何一种提供所需能量水平的光子的装置，包括脉冲或连续波激光器和高能灯。在诸如其中感兴趣的键(bond)要求几乎同时加上多个光子的某些应用中，最好采用脉冲紫外激光器之类的大功率输出光源。
本发明表明可用来清除不希望有的基本上连续的有机和无机膜层。有机膜的清除包括从不锈钢或石英衬底上清除油漆和印记。无机氧化膜的清除包括从铬、钼合金、镍/铁合金、不锈钢、钽、钨、铜、铒、和锆上清除氧化物以及从石英上清除多晶硅。根据不希望有的物质和衬底的性质和厚度，以及可获得的辐照源的性质，可能需要在连续处理中清除不希望有的物质。
表面形貌也可借助于适当采用处理工艺来加以修正。例如，在材料厚度较大的区域中可清除较多的材料，而在厚度较小的区域中可清除较少的材料，从而得到更为均匀的材料厚度。这可以有效地降低材料的表面粗糙度。光子源可在控制回路中与一个椭圆仪或其它表面计量器相耦合，以便提供反馈来监控各个区域中的材料清除。同样，以较小的角度辐照一粗糙表面可在表面更突出的部位提供更大的光子入射浓度，而不很突出的部位被隐藏从而接收到较少的光子浓度。因此从突出部位清除掉较多的材料，从而降低了表面粗糙度。
借助于选择性地辐照表明以从选定的区域将材料清除到选择的深度，可得到纳米结构。
借助于用极化激光处理表面，可从涂覆在衬底材料上的薄膜的表面清除不希望有的物质而不损伤此表面。
用极化激光也可以有效地从包括铁电材料在内的压电衬底有效地清除不希望有的物质。采用包括氩气之类的稀有气体的具有低的反应性的流动气体，可提高清除效率。
将光子引向带有不希望有的物质的衬底侧的反面，可提高不希望有的物质的清除效率，并可从外部来处理封闭表面的内部。
借助于在有流动的惰性气体的情况下辐照表面而从其上可能键合所需物质的键合位置清除不希望有的物质，然后将此表面暴露于所需的物质，可提高所需物质在衬底表面上的化学吸附。
图1是根据本发明原理用来从衬底上清除不希望有的物质的方法和设备的示意图。
图2A-B是用来从选定衬底清除物质的二个测试设备的示意图。
图2C是第三设备的示意图，它相似于图2A-B中的设备，但带有一个更简单的光学系统。
图3是由图2A-C中任一设备在衬底上产生的入射辐照区图形的示意图。
图4是从衬底上选择性地清除物质以产生纳米结构的方法的示意图。
图5是整平工序之前的衬底示意图。
图6是用于图5衬底整平工序中的第一设备的示意图。
图7是倾斜地辐照表面所引起的衬底表面粗糙度选择性降低的示意图；
图8是用来进行此处所述各种测试的极化光束分离器的工作示意图。
现详细参照本发明的最佳实施例，其例子示于附图中。所有附图中的相似参考号用来表示相似的组成部分。
1.基本的处理方法和设备
图1示出了用来从被处理的衬底表面清除不希望有的物质而不改变衬底物理性质的方法和设备。如图1所示，用来处理其中不希望有的物质要被清除的衬底12的设备10，包括一个辐照系统400、一个气体系统500和一个相对运动系统600。辐照系统400包括一个辐射11(由载能光子组成)的激光器之类的源410和将辐射11引向衬底12被处理表面的适当的发送镜450。气体系统500包括一个气体18的源510和一个用来使气体18至少流过加有辐射11的衬底表面的一部分的相关输送系统550。气体18最好对衬底12是惰性的且流过衬底12以便在非反应性气氛中冲洗衬底12。气体18最好是氦、氮或氩之类的化学惰性气体。相对运动系统600提供被处理衬底12表面部位和辐射11(还可以是气体18)之间的相对运动。
设备10的每一组成部件(辐射源410、发送光学部件450、气源510、气体输送系统550以及相对运动系统600)可以如专利申请′165所述，而且很容易由工作者选择来组成根据本发明原理的设备。例如，发送镜450可包括平面镜、透镜、光纤、平行光管、光圈、光束均匀器和其它元件。气体输送系统550可包括导管、工作室、气路、阀门、过滤器、流量计和其它元件。相对运动系统600可以是任何一个用来使衬底12相对于辐射11和气体18作平移和旋转运动的适当系统，而且可包括一个用于衬底平面移动的平移台、一个用来旋转衬底的旋转装置，或者在发送镜中使辐射11沿衬底扫描的可动元件。下面更详细地描述设备10的实施例。
根据本发明的方法，载能光子以足以从衬底被处理表面上清除不希望有的物质而不足以改变希望留在衬底表面上的材料的物理性质的空间和时间浓度(能量和功率流)照射在衬底被处理的表面上。
为了清除不希望有的物质，必须击断使其附着于被处理表面下方和邻近物质(可以是同一材料、衬底材料或一种第三材料)的键。借助于引入至少等于键的形成能的能量来击断每个这种键。普通衬底材料的键形成能(即形成键时释放的能量)示于下表1a和1b。所示键能处于材料元件本身(如Cr-Cr)之间和材料元件与氧之间(如Cr-O)。下表1b示出了各种碳化合物的键形成能。
表1a 元素 键形成能(eV/键) 本身 氧(-O) O 5.2 Cr 1.6 4.5 Si 3.4 8.3 Mo 4.2 5.8 Fe 1.0 4.1 Ni 2.1 4.0 Er 6.4 Zr 8.1 Ta 8.3 W 7.0
表1b 元素 键形成能(eV/键) C 6.3 Cl 4.1 F 5.7 H 3.5 Mo 5.0 O 11.2 Si 4.7 Zr 5.8
当光子携带的能量以大于键形成能的量传给键时，此键就被击断。据信在这种键击断过程中存在着固有的能量无效性，因此，所需的光子能量约为键形成能的二倍。如从表1a和1b可见，氧化物键合能约为4.0-8.3eV，而有机(碳)键合能约为3.5-11.2eV。这样就需要光子能量约为7-22eV。
光子的能量依赖于其波长，关系如下：E=hcλ----(1)]]>
其中c是光速(3.00×108m/s)，λ是波长(m〕，而h是普朗克常数(4.14×10-15eVsec)。因此，光子源的选择依赖于所需的光子能量，因而依赖于所需的波长。下面表1c中示出了各种激光器。表中示出了激光器介质(且示出了介质是气体(g)、液体(1)、固体(s)或等离子体(P))、光子波长λ(nm)以及光子能量Eph(eV)。对于连续波激光器，还示出了平均功率Pave(W)，而对于脉冲激光器，示出了单位脉冲能量Epulse(J)、典型脉冲持续时间tpulse(ns)以及脉冲峰值功率Ppeak(MW)。
表1c 介质 λ Eph Epulse Tpulse Pave Ppeak (nm) (eV) (J) (ns) (W) (MW)C(6+)(p) 18 68.242 2.00E-03 50 4.00E-02 ArF多激准分子(g)KrF多激准分子(g) 193 6.435 5.00E-01 50 1.00E+01 248 5.008 5.00E-01 34 1.47E+01 He-Cd(g) 442 2.810 1.00E-02 Ar+(g) 515 2.412 1.00E+01若丹明-6G染料(I) 560 2.218 1.00E-01 640 1.941 1.00E-01 He-Ne(g) 633 1.962 1.00E-03 Kr+(g) 647 1.920 5.00E-01红宝石(s) 693 1.792 5.00E+00 50 1.00E+02Ti(3+)：Al2O3(s) 660 1.882 1.00E+01 1180 1.053 Nd(3+)：玻璃(s) 1060 1.172 5.00E+01 50 1.00E+03 Nd(3+)：YAG(s) 1064 1.167 1.00E+01 KF色心(s) 1250 0.994 5.00E-01 1450 0.857 5.00E-01 He-Ne(g) 3390 0.366 1.00E-03 FEL(LANL) 9000 0.138 1.00E-03 50 2.00E-02 40000 0.031 1.00E-03 50 2.00E-02 CO2(g) 10600 0.117 1.00E+02 H2O(g) 118700 0.010 1.00E-05 HCN(g) 336800 0.004 1.00E-03
将上述激光器的光子能量与普通衬底材料的上述所需能量进行比较(并考虑到预计的无效性)，显然在大多数情况下，单个光子的能量不足以击断有关的键。但相信若多个光子在极短的时间内即几乎同时地冲击键，则可由多个光子来提供这一断键能量。
由于为了击断每个键而需要一定量的能量，故为了从衬底被处理的表面清除给定数量的不希望有的物质所需的总能量(因而也是给定能量的光子的总数)一般正比于该数量物质中的键数。相信光子只在被处理表面的界面区(即最顶部一二个原子或分子层(单层))中与键发生相互作用。因此，为了清除基本上连续的材料层(如氧化物层)，考虑单层中的材料的单位表面面积和厚度是有帮助的。于是，对于一个给定的表面面积，清除一定厚度材料(或单层数)就要求有效地利用给定量的能量(光子数)。当然，不是所有撞击衬底被处理表面的光子都对键击断有贡献一相信只有小部分光子有助于键击断。据信这至少部分地是因为光子能量吸收的有效位置(键或其部分)只占据少部分的表面面积。但至少对于给定的材料，相信在所要求的光子实际数目和基于要击断的键数的理论数目之间存在相对恒定的关系。因此，要考虑的相关参数是加至衬底被处理表面的能量流(单位面积的能量，即单位面积的光子数)，它对应于清除的不希望有的材料的厚度。
如上所述，有些情况下，有关的键所需的能量比选定辐射源发射的单个光子所携带的能量更多。此处将这种键称为“多光子键”。如上所述，若多个光子同时撞击键，相信二个或更多个光子的能量会被加在一起以提供击断一个多光子键所需的能量。这意味着键位处光子的到达率，这是一个功率流(单位时间单位面积的能量)。而且，相信对多光子键击断有一个几率性。对于衬底面积上一个给定的平均功率流，在任一给定的键位处存在一个平均光子到达率。但实际的光子到达率应该围绕此平均值随机分布。因此，若存在一个光子能量可发生相加以击断多光子键的最小光子到达率(光子之间的最大时间间隔)，则加于给定面积的对应于最小到达率的平均功率流将冲击暴露于所需到达率(或更大)的该面积中大约一半的键位。相反，即使平均功率流稍低于产生最低要求的光子到达率所需的功率流，也可望光子会在所要求的时间间隔内到达某些键位。
总之，为了从衬底被处理的表面清除给定厚度的不希望有的物质，必须将最小总能量流(单位面积给定能量水平的光子总数)加至不希望有的物质。若涉及到多光子键，则也要求一定的功率流，而且功率流越高，每个键位承受所需的光子到达率的机会就越大。因此，恰当的载能光子源的选择就要求评估所需的光子能量，而且对于多光子键还要评估可利用的功率。从下面提出的数据能明了，为了清除氧化物和有机膜(它们具有高的多光子键能)，最佳的光子源是脉冲紫外激光器，这种激光器具有最高的峰值功率电平和高的光子能量。
一个对抗性考虑限制了能够加到衬底被处理表面上的能量和功率流，即需要避免改变待要留在表面上的材料的物理性质。通常，材料物理性质的改变由材料的温度升高到某一阈值以上而引起。由辐射能量引起的材料表面温度的改变依赖于材料热传导特性和所加辐射的功率和能量流。需要进行实验才能找出可以加到给定衬底材料的最大功率和能量流。依赖于蒸发、烧蚀或表面熔化的现有技术激光清洗技术在引起衬底材料状态改变所需能量和功率流方面提供了一些指南。
通常，光子最好垂直指向被处理衬底部位的表面，以便来自光子源的给定输出在表面上的功率和能量流尽可能大。但为了在特殊情况下实现工艺的方便和必要，光子也可相对于衬底以一定角度导入。当然，表面处的能量和功率流会随光子相对于表面的入射角的正弦而改变，在选择光子源的输出时必须考虑这一点。在某些情况下，可能最好以一倾斜角将辐射引到衬底，以便最佳地辐照从而清除材料中的尖峰从而使材料平滑。
激光器发出的光束通常具有高斯型的光束形状。高斯型代表发送能量的一种性质，其能量在中心处最高而束的边缘能量降低。当结合球面光学系统使用时，此高斯束形状是有效的，并可应用于光刻、钻孔和微加工领域中。
另一方面，束截面上能量密度均匀的分布(“平坦顶面束分布”)对许多应用是有优点的。通过采用光阑和/或束均匀器，可产生平坦顶面光束分布。此分布在形成光束聚点以防止损伤衬底方面有极大的灵活性，且由于能够将足够的能量均匀地传送到被扫描区域的所有部位而不致使扫描区的中央过分曝光，从而可以较少的能量来清除不希望有的物质。此外，平坦顶面分布使得可以采用柱形透镜来在工件上作最终聚焦，这也提供更为均匀的能量分布。
2.测试设备
在下列例子中采用了二组测试设备(此处称为设备A和B)。图2A示意地示出了设备A。在此设备中(图中示为10A)，辐射源是LambdaPhysik出售的LEXtra 200型脉冲KrF准分子激光器411。此激光器的波长为248nm(对于5.01eV的光子能量)，每脉冲的最大输出能量为600mJ，固定脉冲时间长度为34ns(对于17.65MW的单位脉冲最大功率)。最高脉冲重复速率为30Hz，它产生18W的最大平均功率。在激光输出处的辐射束为23mm×13mm。
按辐射束11离开激光器411的顺序，辐射发送系统450包括一个光圈板452、45°旋转平面镜453、454、455和456以及可调焦透镜457。光圈板452是一个带有6mm宽和25mm长的矩形光圈的平板，用来挡去发自激光器411的光子的高斯分布的“拖尾”，使辐射束11的能量空间分布沿垂直于束的平面大致均匀。旋转平面镜453(50mm)、454(50mm)、455(25mm)和456(25mm)都是平面镜。可调焦透镜457是一个25mm宽、37mm长、焦距为75mm的柱形透镜。借助于选择聚焦透镜457到衬底12表面的高度以及透镜的方位(凹侧向上或向下)，可调节衬底表面处束斑的宽度。所有光学元件都涂覆有对248nm光的抗反射膜。
第二设备(即图2B所示设备B)的发送系统450除略去了第一旋转平面镜453(同时激光器411和光圈板452相应地重新定向90°以直指旋转平面镜454)以及旋转平面镜455为50mm而不是设备A中的25mm之外，其它都与设备A完全相同。带有更简单的因而也是最佳的光路的第三设备(不用于本实验)示于图2C。
辐射束11被大致垂直于其上安装有衬底12的平台610而发送。如图3所示，平台610可沿X和Y方向平移(平行于平台表面，在图3中由箭头X和Y示出)。辐射束11产生一个大致矩形的入射辐照区611，其宽度为W，长度为L。由平移平台610将区域611扫过衬底12的表面。
气体输送系统500包括一个串接于双级调节器的4500升容量液氮杜瓦瓶、一个潮气/氧吸附器(MG Industries Oxisorb型，吸附浓度到0.01ppb)、一个Millipore 304型颗粒过滤器(过滤到0.003μm)、一个流量计、一个美国Filter Membralox过滤器(过滤到0.001μm)、然后到喷咀551，终止于区域611附近。喷咀551在区域611上放出气流18且相对于区域611保持固定，以便平台610和衬底12相对于它平移。此气体输送系统可用于对典型的大气气体不敏感的材料，而且比需要在处理过程中将衬底隔离于大气的设备(如本专利申请所公开的)更简单。
安装了一个摄象机700以观察区域611从而提供处理结果的视频数据。
在所示实施例中，当辐射束11加至衬底12表面时，平台610先沿X方向纵向平移，在暴露于辐射束12的衬底12上产生一个拉长了的矩形幅区612。平台610可转回到起始位置，沿X方向再平移，使辐射束12在幅区612上再通过一次。在通过一次或更多次之后，平台610可沿Y方向横向平移一个大约等于长度l的距离，然后再通过X方向平移形成邻近于先前幅区612的另一个幅区。于是，待要处理的衬底12表面就相继暴露于辐射束11和气体18的气流。
在激光器411的每个脉冲过程中，由辐射束11加至衬底12表面上任何一点的能量流(单位面积的能量)，等于表面处的脉冲能量除以此能量所分布的面积。可表为：Feps=Epsl·W----(2)]]>
其中Feps是表面处单位面积的脉冲能量流(J/cm2)，Eps是表面处的脉冲能量(J)，l和w是区域611的长度和宽度(cm)。同样，脉冲功率流(Fpps)可计算为：Fpps=Fepstp----(3)]]>
其中tp是激光脉冲持续时间。
存在着与辐射束11通过光路和光圈板相关的能量损耗。于是，表面处的激光脉冲能量(Eps)小于发射的激光脉冲能量。LEXtra200激光器包括一个带有可用来记录实验过程中激光器能量输出的脉冲能量计的微型控制器。但此内置脉冲能量计不很准确。为了提供更准确的能量测定，测试设备要校准以提供一个加至内置脉冲能量计读数从而得到更准确读数的修正因子。因此，用Molectron J50探测头和置于被处理表面位置处的JD1000焦耳计来测量表面处的激光脉冲能量(Eps)，并将测得的能量读数与该内置计的脉冲能量读数(Epm)进行比较。这样就得出了包括光路损耗和仪表不准确性二者在内的修正因子(Rcorrection)。
Eps＝Epm·Rcorrection (4)
此修正因子不是常数，已发现它随激光器的输出电平大致线性变化。脉冲能量依赖于激光器的电压输入(VI)，此电压可调节到约17-22KV之间。对于一个给定的电压设定，激光器输出能量(如内置计所指示的)依赖于诸如激光器气体供应水平之类的因素而变化，致使此电压不能直接用作脉冲能量的度量，而代之以读取内置计。为方便起见，修正因子计算成电压设定的函数，然后加至读自内置计的能量。修正因子有下列形式。Rcorrection=1m·V1+b----(5)]]>
其中m是线性关系的斜率，b是截距。
二种测试设备的m和b值示于下面的表2a。
表2a 因子 设备A 设备B b 1.20 0.74 m 0.029 0.066
于是，被处理表面处的单位脉冲能量为：Eps=Epmm·V1+b----(6)]]>
在所示实施例中，幅区612由一系列分立的区域611组成(如图3中剖示图所示第二区611′所示)。611′区偏离611区的距离AX是激光脉冲之间的时间(即激光脉冲重复速率RI的倒数)与平台610平移速度(即扫描速度Vs)的乘积。因此，传给衬底上一给定点的能量流是单位脉冲能量流(Feps)和此点暴露到的激光脉冲数(Npe)的乘积。脉冲数Npe等于611区的宽度除以脉冲之间平台移动的距离ΔX。当然，若W不是ΔX的整数倍，而每个点必须接收整数个数的脉冲，则不是每个点都接收相同个数的脉冲。但上述关系可较准确地确定加至各幅区612的平均能量。而且，在开始另一幅区之前，平台可不横向移动位，而可保持在同一横向位置，并在同一位置加另一幅区612，这样就在衬底上作出另一“通过”。因而传送的总能量流(Fet)等于每次通过的能量流(Fepa)乘以通过的次数(Npa)。
于是，加至衬底12表面的平均能量流可计算为：Fepa=Feps·R1·WVs----(7)]]>
将单位通过的能量流(Fepa)乘以通过次数，就得到加于给定点的总能量流：
Fet＝Fepa·Npa (8)
在下列实验数据中，测试参数如下面表2b所示。
表2b 参数项目单位 Epm脉冲能量(表指示)mJ Eps脉冲能量(表面上实际值)mJ Feps单位脉冲能量流(表面处)J/cm2 Fpps单位脉冲功率流(表面处)MW/cm2 Fepa每次通过的平均能量流J/cm2 Fet总能量流(总通过次数的)J/cm2 l611区的长度mm Npl撞击该点的有效脉冲数- Npa通过次数- Rg气体供应速率ml/s R1激光重复速率s-1 Vs激光扫描速度km/s V1激光器电压KV W611区的宽度mm
除非特别指出，所用的气体都是氮气，且被处理表面上的流量在250-500ml/s之间。
3.清除氧化膜的例子
在下列例子中说明了上述基本处理方法和设备在氧化膜上的应用。在各个例子中，在一个或更多个氧化衬底材料的样品上进行了一系列处理“操作”。每个操作由处理衬底表面上单个幅区612(在幅区上通过一次或更多次)组成。除非另有说明，样品都是在平坦表面上处理(如溅射靶的平坦面上)。
根据六个点清洗率(Rc)标度，将处理效率分类如下面表3a所示。
表3a Rc含意 1完全清除 2要求额外的通过 3要求多次通过 4清除不良，要求改变工艺条件 5勉强够格的条件 6未清除
在这些试验中，目的是以尽量少的通过(最好是一次通过)和尽量高的平台速度将所有的氧化物清除掉而不损伤被处理表面。这相当于商业应用的最大处理速率，即在尽量短的时间内处理一个衬底。如上所述，相信关键的工艺参数是单位脉冲的能量流(Feps)、直接相关(34ns固定的脉冲持续时间)的单位脉冲功率流(Fpps)和总能量流(Fet)。借助于调节脉冲能量(Eps)、激光脉冲重复速率(RI)、平台速度(Vs)和入射区宽度(W)，可改变这些工艺参数。
a.铬溅射靶
在本例中，用设备B来处理氧化了的铬溅射靶。此溅射靶(以及下述各实验中所用的其它溅射靶)长约21cm，形状稍许椭圆，最大宽度为9cm。进行了一系列9个操作，其结果总结于下面的表3b中。
表3b Run VI Epm Eps RI VS l W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 2 18 275 143 20 5 23 2.90 0.21 6.3 11.6 2.48 1 2.48未观察到清除6 3 18 273 142 30 5 23 2.90 0.21 6.2 17.4 3.69 1 3.69与R2相同，改变参数6 4 18 279 145 30 5 23 2.05 0.31 9.0 12.3 3.78 1 3.78未观察到清除6 5 19 348 175 30 5 23 2.05 0.37 10.9 12.3 4.55 1 4.55未观察到清除6 6 20 390 189 30 5 23 2.05 0.40 11.8 12.3 4.94 1 4.94勉强够格的/窄的宽度5 7 20 390 189 30 5 23 0.90 0.91 26.9 5.4 4.94 1 4.94清除了1 8 19 348 175 30 5 23 0.90 0 84 24.8 5.4 4.55 1 4.55清除了1 9 19 351 176 30 10 23 0.90 0.85 25.0 2.7 2.30 1 2.30清除了，但需提高E5 10 20 396 192 30 7 23 0.90 0.93 27.3 3.9 3.58 1 3.58清除了/指纹1
这些数据表明，加于各操作的单位脉冲的功率流水平跨越了对于多光子键的一个阈值水平。对于大于约12MW/cm2的Fpps值，甚至对于Fepa的恒定值(例如操作5-7)然后对较低的Fepa值(为操作8-10)，都得到了良好的清除。
b.铒溅射靶
在本例中，用设备B处理氧化了的铒溅射靶。结果总结在下面的表3C中。
表3c Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 18 303 157 20 5 23 2.90 0.24 6.9 11.6 2.73 1 2.73一次通过后留下浅蓝色氧化物1 1a 18 303 157 20 5 23 2.90 0.24 6.9 11.6 2.73 1 2.73一次已够，作了二次通过1 2 19 354 178 20 10 23 2.90 0.27 7.8 5.8 1.54 1 1.54一次通过清除了氧化物1 3 20 390 192 20 15 23 2.90 0.29 8.5 3.9 1.12 1 1.12一次通过清除了氧化物1 5 20 414 201 20 20 23 2.90 0.30 8.9 2.9 0.87 1 0.87一次通过清除了氧化物1 6 20 414 201 20 25 23 2.90 0.30 8.9 2.3 0.70 1 0.70一次通过清除了氧化物1 7 20 423 205 30 30 23 2.90 0.31 9.1 1.7 0.54 1 0.54形成衍射图形5
所观察到的蓝色氧化物据信是氧化铒或溅射靶相互作用的某些其它副产品。所有操作都由相同的2.9mm束宽度进行，而激光脉冲能量Eps(即脉冲功率流Fpps)由一个操作到下一操作稍许增大而扫描速率显著提高。前二个操作得到部分清洗，而后续的各操作(Fpps值稍大，约为8MW/cm2)，以不断降低的总能量流Fet而得到良好的清洗，0.7J/cm2仍提供了良好的清洗。这再次表明Fpps的多光子键阈值在操作2和3之间。
在操作7中，为使总能量流降低到不足以清除氧化物的水平，平台速度Vs被提高到50mm/s。此操作产生沿X方向的残留氧化物线的“衍射”图形，表明保留有氧化物的那些区域与中间清洗过的区域所受能量或功率流的暴露不一样。虽然速度没有高到相继入射区(611)不重叠(在30/s的激光重复速率下，脉冲之间衬底移动1.6mm距离，这小于入射区的宽度2.9mm)，但观察到的效应表明可能有光子沿入射区611X方向的高斯分布的特征。
c.锆溅射靶
在本例中，用设备B处理氧化了的锆溅射靶。结果总结在下面的表3d中。
表3d Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 18 279 145 20 3 23 2.90 0.22 6.4 19.3 4.19 1 4.19一次通过清除了1 2 18 279 145 20 5 23 2.90 0.22 6.4 11.6 2.52 1 2.52一次通过清除了1 3 18 279 145 20 5 23 2.90 0.22 6.4 11.6 2.52 2 5.03一次通过已移，作了二次通过1 4 19 366 184 20 5 23 2.90 0.28 8.1 11.6 3.19 1 3.19一次通过清除了1 5 19 366 184 20 8 23 2.90 0.28 8.1 7.3 2.00 1 2.00一次通过清除了16 19 366 184 20 10 23 2.90 0.28 8.1 5.8 1.60 1 1.60一次通过清除了1 7 20 417 202 20 15 23 2.90 0.30 8.9 3.9 1.17 1 1.17一次通过清除了1 8 20 417 202 20 20 23 2.90 0.30 8.9 2.9 0.88 1 0.88一次通过清除了1
如前例，所有操作都以2.9mm的相同束宽进行，而由一个操作到下一个操作的脉冲能量Eps(也是脉冲功率流Fpps)稍许增大，而扫描速率显著提高。总能量流相继降低时，每一操作都得到良好的清洗，大约0.9J/cm2仍提供良好的清除。
d.钽夹具
在此例中，用设备B处理氧化了的钽圆筒形夹具。由于夹具是圆筒形，故处理表面为弯曲面，且平台的线性平移能力不适于在表面上平滑地扫描束入射区611。因此，手动地转动夹具，其转速使入射区不重叠。因此，下面表3e所示的数据可用于弧立的入射区。
表3e Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 19 315 158 30 m 23 0.57 1.20 35.4 1 1.20 1 1.20清除了氧化物，有些损伤5 2 19 291 148 30 m 23 0 57 1.13 33.3 1 1.13 1 1.13清除了氧化物，有些损伤5 3 18 264 137 30 m 23 0.57 1.04 30.7 1 1.04 1 1.04清除了氧化物，有些损伤5 4 18 267 138 30 m 23 1.2 0.50 14.8 1 0.50 1 0.50清除了氧化物，无损伤1 5 19 327 164 30 m 23 1.2 0.59 17.5 1 0.59 1 0.59清除了氧化物，无损伤1 6 20 351 173 30 m 23 1.2 0.63 18.5 1 0.63 1 0.63清除了氧化物，无损伤1 7 20 414 201 30 m 23 1.2 0.73 21.4 1 0.73 1 0.73清除了氧化物，无损伤1
此数据表明约为0.5J/cm2的能量流适合于从下方的钽衬底清除氧化钽。在大于约22MW/cm2的功率流下(在操作1-3中)，产生了一些损伤，观察到了衬底表面的变黑。
e.钨坩埚
在此例中，用设备B处理氧化了的钨坩埚。此坩埚长约10cm，宽2.5cm，为细长的碟形(在区域中约半个圆筒被处理)。表3f所示的数据包括在内侧凹面上的操作1-3和在外侧凸面上的操作4-7。
表3f Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价 Rc 1 19 330 165 30 5 23 0.63 1.14 33.6 3.8 4.32 1 4.32一次通过清除了 1 2 19 330 165 30 5 23 0.63 1.14 33.6 3.8 4.32 2 8.63一次通过清除了，作了第二次通过1 3 19 330 165 30 8 23 0.63 1.14 33.6 2.4 2.70 1 2.70一次通过清除了1 4 21 414 195 30 8 23 0.63 1.34 39.5 2.4 3.17 1 3.17一次通过清除了1 5 21 405 190 30 12 23 0.63 1.31 38.7 1.6 2.07 1 2.07一次通过清除了1 6 22 438 200 30 15 23 0.63 1.38 40.8 1.3 1.74 1 1.74一次通过清除了1 7 22 429 196 30 20 23 0.63 1.35 39.7 0.9 1.28 1 1.28一次通过清除了1
这些数据表明在低达约1.3J/cm2的能量流下可清除氧化钨，而衬底在高达约41MW/cm2的功率流速率下不受损伤。
f.钼合金掩模
在此例中，用设备A来处理钼合金制成的三个氧化了的掩模(用于生产硅芯片的布线图形封装区)。掩模处理的数据总结在下面的表3g
表3g Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价 Rc 样品1＝125掩模 4 22 528 285 30 6 23 1.3 0.95 28.1 7.8 7.45 2 14.89 要求二次通过 2 5 22 528 285 30 2 23 1.3 0.95 28.1 19.5 18.62 2 37.23 要求二次通过 2 6 20 450 251 30 2 23 1.3 0.84 24.7 19.5 16.38 2 32.77 要求二次通过，棕色残留物 4 7 18 324 187 30 2 23 1.3 0.63 18.4 19.5 12.20 2 24.40 要求二次通过 4 8 20 528 295 30 5 23 1.3 0.99 29.0 7.8 7.69 2 15.38 要求二次通过，无残留物， 2 9a 20 528 295 30 2 23 1.3 0.99 29.0 19.5 19.23 1 19.23 一次通过，棕色残留物 4 9b 20 528 295 30 5 23 1.3 0.99 29.0 7.8 7.60 2 15.38 要求二次通过 2 样本2＝82mm掩模 1 22 525 284 30 2 23 0.6 2.06 60.5 9.0 18.51 1 18.51 一次通过清除了 1 样本3＝82mm掩模 1 22 525 284 30 5 23 0.6 2.06 60.5 3.6 7.40 1 7.4 一次通过清除了 1
从用作样品1的较大的掩模清除氧化物所需的总能量流(Fet)比从其它二个掩模清除氧化物所需的更大。在第一掩模上，第6和9a操作处理后留下棕色残留物，这可能是对留下材料有损伤的特征。此数据还表明样品1中的Fpps不超过多光子键功率阈值(其中Fpps小于约30MW/cm2)，但在样品2和3中确实超过了阈值(其中Fpps超过约60MW/cm2)。
g.钢尺
在此例中，用设备A处理氧化了的钢尺，处理钢尺的数据总结在下面的表3h中。
表3h Run VIEpmEps RIVS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 17 168 99 30 1 23 3 0.14 4.2 90.O 12.87 1 12.87清除了1 2a 17 180 106 30 5 23 3 0.15 4.5 18.0 2.76 1 2.76部分清除3 2b 18 303 175 30 5 23 3 0.25 7.5 18.0 4.56 1 4.56部分清除3 2c 20 441 246 30 5 23 3 0.36 10.5 18.0 6.42 1 6.42清除了2 3 19 387 220 30 3 23 3 0.32 9.4 30.0 9.55 1 9.55清除了1 4 19 398 225 30 10 23 3 0.33 9.6 9.0 2.93 1 2.93清除了1 5 19 396 225 30 20 23 3 0.33 9.6 4.5 1.47 1 1.47清除很少4 6 19 385 219 30 15 23 3 0.32 9.3 6.0 1.90 1 1.90部分清除3 7 19 390 221 30 12 23 3 0.32 9.4 7.5 2.41 2 4.81要求二次通过2
此数据表明多光子键功率流阈值在操作2b和2c与操作7之间(因而在约7.5和9.3MW/cm2之间)。而且，虽然Fpps在操作5-7中足够高，总能量流Fet却没有高到足以清除所有的氧化物(约为1.5-1.9J/cm2)。
h.镍/铁合金溅射靶
在此例中，用设备B来处理溅射靶．此溅射靶由镍和约19％的铁所构成的合金组成。靶的处理数据总结在下面的表3i中。
表3i Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 18 267 138 30 7 23 0.9 0.67 19.7 3.9 2.58 2 5.16二次通过，全部清除2 3 20 354 175 30 7 23 0.9 0.84 24.8 3.9 3.25 2 6.51二次通过，全部清除2 4 20 354 175 30 7 23 0.9 0.84 24.8 3.9 3.25 3 9.76二次通过，全部清除3 5 20 363 176 30 10 23 0.9 0.85 25.0 2.7 2.30 3 6.90二次通过，全部清除3 7 20 387 188 30 12 23 0.9 0.91 26.7 2.3 2.04 4 8.17四次通过，粉红色表面1 8 20 375 182 30 12 23 2.5 0.32 9.3 6.3 1.98 2 3.96二次通过，全部清除4 9 20 387 188 30 15 23 2 5 0.33 9.6 5.0 1.63 1 1.63一次通过，全部清除1 10 21 426 200 30 20 23 2.5 0.35 10.2 3.8 1.31 1 1.31一次通过，全部清除1
在操作1、3、4、5和7的处理过程中，观察到粉红色光的相互作用，而在操作7中，表面留有浅粉红色特色。一个可能的解释是衬底在约为20-26MW/cm2的较高脉冲功率流下被损伤了。或者是，较高的流可能引起氧化层的组分改变到了更难以清除的一种组分(即具有更高的键能)。这与观察到在这些操作中为了清除全部氧化层所要求的总能量流更大是一致的。相反，在操作8-10中，约9-10MW/cm2范围内的较低的脉冲功率流适合于清除氧化(以约1.3J/cm2或更大的总能量流Fet)。
i.镍合金带
在此例中，用设备A来处理氧化了的镍合金带。镍合金的组分未确定。处理带的数据总结在下面的表3j中。
表3j Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价Rc 1 20 397 224 30 2 23 0.5 1.94 57.2 10.0 19.44 1 19.4一次通过5 2 22 485 262 30 2 23 0.5 2.28 67.1 10.0 22.80 1 22.8一次通过5 3 22 489 264 30 2 23 0.5 2.30 67.6 10.0 22.99 1 23.0一次通过5 4 22 489 264 30 1 23 0.5 2.30 67.6 15.0 34.48 3 103.4三次通过，棕色残留物5 5 19 378 215 30 1 23 0.5 1.87 54.9 15.0 27.99 1 28.0一次通过，部分清除5 7 20 414 231 30 1 23 0.82 1.23 36.1 24.6 30.15 7 211.1七次通过，清除几层2 6a 20 438 243 30 1 23 0.82 1.29 38.0 24.6 31.74 1 31.7一次通过，部分清除3 6b 21 462 254 30 1 23 0.82 1.35 39.6 24.6 33.10 1 33.1一次通过，氧化物保留(6a)2
肉眼观察操作4发现一种棕色残留物，可能是留下材料受到损伤的特征。在各次通过之间肉眼检查操作7表明氧化物在各次通过中不断被清除。而且，看来多光子键功率流阈值约为50MW/cm2，即在较低的Fpps下得到一些清洗，但为了清除全部氧化物则要求更高的Fet值。
j.铜质分币
在此例中，用设备B来处理氧化了的美国分币(铜)。处理了三个分币，一个操作在每个分币的正反二侧进行(操作对每一硬币成对，即操作1和2是对同一个硬币进行的，操作3和4则对下一硬币进行，等等)。分币的处理数据总结在下面的表3k中。
表3k Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 20 348 169 30 5 23 2.1 0.35 10.3 12.6 4.41 4 17.6四次通过中清除3 2 18 243 126 30 5 23 2.1 0.26 7.7 12.6 3.29 4 13.2四次通过中清除3 3 19 306 153 30 5 23 2.1 0.32 9.3 12.6 4.00 15 60.015次通过/很好的铜锈3 4 20 351 170 30 5 23 2.1 0.35 10.4 12.6 4.44 30 133.330次通过/很好的铜锈3 5 20 348 169 30 5 23 1.1 0.67 19.6 6.6 4.41 15 66.115次通过/很好的铜锈3 6 20 348 169 30 5 23 1.1 0.67 19.6 6.6 4.41 15 66.1受损伤/15次通过6
这些数据表明，在约为8-20MW/cm2的脉冲功率流下，得到了氧化铜的有效清除(为消除全部或几乎全部氧化物，需要约13-30J/cm2的能量)，而较高的脉冲功率流(操作6中的20MW/cm2)可能损伤表面。
k.镍合金25美分硬币
在此例中，用设备B来处理氧化了的25美分硬币(带镍合金表面层)。处理了二个25分硬币，在每硬币的正反面各做一个操作(如上，操作1和2对一个硬币的二面，而3和4对其它硬币的二面)。处理的数据总结在下面的表31中。
表3l Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 1 21 384 181 30 5 23 2.1 0.37 11.0 12.6 4.71 2 9.4一次通过清除了，不要求二次通过1 2 21 378 178 30 5 23 2.1 0.37 10.8 12.6 4.64 4 18.6四次通过中清除3 3 21 348 164 30 5 23 2.1 0.34 10.0 12.6 4.27 3 12.8三次通过中清除3 4 21 348 164 30 5 23 2.1 0.34 10.0 12.6 4.27 3 12.8三次通过中清除3
这些数据表明在约为10-11MW/cm2的脉冲功率流下，在1-4次通过中，有效地清除了25分硬币镍合金表面上的氧化层。
4.有机膜的清除
在下列例子中说明了上述处理方法和设备对有机膜的应用。除非另有说明，所有测试都以与氧化物清除例子相同方法进行，且所示数据的格式和单位也与氧化物清除例子相同。所有测试都用设备A进行。
a.不锈钢上的油漆
在本例中一个Ra20加工的304不锈钢盘用常规金属用油漆(商标为“RUSTOLEUM”)进行喷涂。处理结果总结在下面的表4a中。
表4a Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价 Rc 1 3 5 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 18 22 18 18 22 22 22 22 22 22 22 22 22 318 315 501 318 318 510 510 516 522 522 522 522 522 522 183 182 271 184 184 276 276 279 282 282 282 282 282 282 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 3 3 3 1 1 3 2 2 2 2 2 2 3 2 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 1.00 1.00 1.00 1.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 3.00 2.10 2.10 3.00 0.80 0.79 1.18 0.80 0.27 0.40 0.40 0.40 0.41 0.41 0.41 0.58 0.58 0.41 23.4 23.2 34.6 23.5 7.8 11.8 11.8 11.9 12.0 12.0 12.0 17.2 17.2 12.0 10.0 10.0 10.0 30.0 90.0 30.0 45.0 45.0 60.0 52.9 56.3 39.4 21.0 50.0 7.97 7.89 11.78 23.95 23.95 11.99 17.98 18.19 24.54 21.65 23.01 23.01 12.27 20.45 2 2 3 2 7 2 2 2 1 1 1 1 3 1 15.9 15.8 35.3 47.9 167.6 24.0 36.0 36.4 24.5 21.7 23.0 23.0 36.8 20.4 二次通过 二次通过 二次通过 二次通过 七次通过 二次通过 二次通过 二次通过 一次通过清除了 一次通过清除了 一次通过清除了 一次通过清除了 三次通过 一次通过清除了 2 2 3 2 3.4 2 2 2 1 1 1 1 3 1
这些数据表明能够有效地从不锈钢衬底清除相当厚的有机膜而未观察到对衬底的损伤。看来油漆膜要求至少约为16J/cm2的总能量流(Fet)，而且在较低的脉冲功率流的情况下(在操作9中约为8MW/cm2)要求更高的总能量(167J/cm2)。这也可能是8-12MW/cm2的功率流阈值的特征。
b.石英装片舟上的有机膜
在此例中，在通常圆筒形的开槽石英装片舟(用来经过炉子传输半导体片子)的表面上涂了各种有机膜。使用了三类有机膜：指纹(人体油)；油漆(蓝色和红色)以及“万能标志”(magic marker)。然后用设备A处理石英装片舟。处理结果总结在下面的表4b中。
表4b Run VI Epm Eps RI VS I W Febs FppsNpl FepaNba Fet评价Rc样品1＝指纹 7 18 388 224 30 3 23 4.4 0.22 6.5 44.0 9.74 2 19.48留有残留物2 8 18 285 165 30 2 23 4.4 0.16 4.8 66.0 10.73 2 21.46留有残留物2 9 20 396 221 30 2 2 3 4 0.24 7.1 60.0 14.42 2 28.84留有残留物2 10 22 450 243 30 2 23 4 0.26 7.8 60.0 15.87 1 15.87指纹清除了1 12 18 273 158 30 1 2 3 2.2 0.31 9.2 66.0 20.56 1 20.56指纹清除了1 13 18 273 158 30 3 23 2.2 0.31 9.2 22.0 6.85 2 13.71留有残留物2 15 18 273 158 30 2 23 2.2 0.31 9.2 33.0 10.28 1 10.28指纹清除了1样品2＝油漆(蓝色) 1 18 300 173 30 2 23 2.2 0.34 10.1 33.0 11.30 1 11.30红色油漆清除了1 2 18 300 173 30 2 23 2.2 0.34 10.1 33.0 11.30 1 11.30红色油漆清除了1 3 18 300 173 30 6 23 2.2 0.34 10.1 11.0 3.77 1 3.77红色油漆清除了1样品3＝标志 4 18 300 173 30 6 23 2.2 0.34 10.1 11.0 3.77 2 7.53要求二次通过2 5 18 300 173 30 4 23 2.2 0.34 10.1 16.5 5.65 2 11.30要求二次通过2 6 18 360 208 30 4 23 2.2 0.41 12.1 16.5 6.78 2 13.55要求二次通过2 7 22 561 303 30 4 23 3.4 0.39 11.4 25.5 9.89 2 19.78要求二次通过2样品4＝油漆(蓝色)10 18 300 174 30 7 23 0.5 1.51 44.4 2.3 3.49 1 3.49蓝色油漆清除了112 18 324 187 30 10 23 0.5 1.63 47.8 1.5 2.44 1 2.44蓝色油漆清除了1样品5＝指纹13 18 320 185 30 10 23 0.5 1.61 47.2 1.5 2.41 2 4.82观察到残留残留物214 18 324 187 30 7 23 0.5 1.63 47.8 2.1 3.49 1 3.49指纹清除了1
这些数据表明，可用各种能量水平在一次或更多次通过中有效地清除有机膜而不损伤石英衬底。
c.在熔炼氧化硅石英窗上的有机膜
在此例中，将各种有机膜涂于通常平坦的熔炼氧化硅石英光学窗的表面。使用了二类有机膜：带有或不带有额外尘埃的指纹(人体油)；以及蓝色油漆。然后用设备A处理窗口。处理结果总结在下面的表4c中。
表4c Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价Rc 样品1＝指纹/尘埃 1 18 336 194 30 4 23 3.5 0.24 7.1 26.3 6.33 1 6.33尘埃清除了，残留指纹1 2 19 435 247 30 4 23 3.5 0.31 9.0 26.3 8.05 1 8.05观察到更好的清除5 3 19 400 228 30 4 23 1.8 0.55 16.2 13.5 7.44 1 7.446 1 22 546 295 30 5 23 1.8 0.71 21.0 10.8 7.70 2 15.40有些残留物2 2 22 549 297 30 5 23 1 1.29 38.0 6.0 7.74 2 15.49有些残留物2 4 22 546 295 30 5 23 0.5 2.57 75.5 3.0 7.70 1 7.70指纹和尘埃都清除了1 5 22 529 286 30 10 23 0.5 2.49 73.1 1.5 3.73 2 7.46有些残留物2 6 22 549 297 30 7 23 0.5 2.58 75.9 2.1 5.53 2 11.06有些残留物，90％清除了2 7 22 549 297 30 7 23 0.5 2.58 75.9 2.3 5.96 1 5.96指纹和尘埃都清除了1 8 18 348 201 30 7 23 0.5 1.74 51.3 2.3 4.02 2 8.05残留指纹2 8a 19 420 239 30 7 23 0.5 2.08 61.2 2.3 4.80 2 9.60残留指纹2 9 20 480 268 30 7 23 0.5 233 68.5 2.3 5.38 2 10.76有些指纹残留2 样品2＝油漆(蓝色) 10 18 300 174 30 7 23 0.5 1.51 44.4 2.3 3.49 1 3.49蓝色油漆清除了1 12 18 324 187 30 10 23 0.5 1.63 47.8 1.5 2.44 1 2.44蓝色油漆清除了1 样品3＝指纹 13 18 320 185 30 10 23 0.5 1.61 47.2 1.5 2.41 2 4.82有些残留物2 14 18 324 187 30 7 23 0.5 1.63 47.8 2.1 3.49 1 3.49指纹清除了1
这些数据再次表明可用各种能量水平在一次或更多次通过中有效地清除有机膜而不损伤石英衬底。
5.从石英上清除多晶硅
下列例子说明了上述处理方法和设备对石英上多晶硅的应用。对圆筒形石英炉管的内表面进行了处理，以清除通过炉管处理硅管芯过程中重新凝结在表面上的一层多晶硅。管子的部分径向区用设备A来处理。进行了一系列的测试操作，其结果示于下面的表5a。在测试设备中，入射区611沿幅区612被连续扫描，其宽度(X尺度)在0.9和2.0mm之间，扫描时间长达数十分钟。因此，表5a中所示的通过次数(Npa)为：Npa=tscan·VsWswath----(9)]]>
其中Wswath是幅区612的宽度，tscan是扫描的持续时间，VI是激光扫描速度。
发现，在高能量和功率流水平下，多晶硅被完全清除因而石英暴露于辐射处的点伴随有石英荧光。这提供了一个表明转折已达到的方便的目测指示。
表5a Run VI Epm Eps RI VS l W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 5.67 21 507 280 30 1 23 0.37 3.29 97 22.2 73.01 2595 189438观察到硅膜减少5 8 21 507 281 30 1 23 0.37 3.30 97 22.2 73.25 3405 249447荧光：表面粗糙了5 9 22 535 289 30 1 23 0.25 5.13 151 7.4 37.73 14694 554348从石英清除了几层5 10 22 540 292 30 3 23 0.25 5.18 152 2.5 12.69 2204 279765 11 20 534 298 30 3 23 0.3 4.32 127 3.0 12.69 3000 38892硅膜变薄5 11a 20 546 305 30 3 23 0.3 4.42 130 3.0 13.26 4200 556736.3分钟时石英被损伤5 11b 19 399 227 30 3 23 0.3 3.29 97 3.0 9.88 9000 88932硅膜变薄5 11c 19 405 231 30 3 23 0.3 3.34 98 3.0 10.03 1350 13540有些石英被损伤5 11d 18 351 203 30 3 23 0.3 2.94 86 3.0 8.81 4350 38326良好的清除速率5 12q 18 537 310 30 3 23 0.25 5.50 162 2.5 13.48 1800 24263良好的清除速率5 12b 18 450 260 30 3 23 0.25 4.61 136 2.5 11.30 4430 500425 12c 18 400 231 30 3 23 0.25 4.10 121 2.5 10.04 3504 35187荧光5 12d 18 396 229 30 3 23 0.25 4.06 119 2.5 9.94 1550 15409显著的硅清除5 12e 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 617 5809有些石英被损伤5 12f 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 3130 294615 12g 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 3321 312595 12h 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 367 34585 12i 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 1102 103745 12j 18 375 217 30 3 23 0.25 3.84 113 2.5 9.41 1638 154225 13q 18 528 305 30 3 15 0.24 8.47 249 2.4 20.32 1275 259115 13b 18 452 261 30 3 15 0.24 7.25 213 2.4 17.40 1650 28705显著的硅清除5 13c 18 441 255 30 3 15 0.24 7.07 208 2.4 16.97 825 140035 13d 18 447 258 30 3 15 0.24 7.17 211 2.4 17.20 1403 241295 13e 18 447 258 30 3 15 0.24 7.17 211 2.4 17.20 263 45165 13f 18 447 258 30 3 15 0.24 7.17 211 2.4 17.20 2385 41033显著的硅清除5 13g 18 372 215 30 3 15 0.24 5.97 175 2.4 14.32 1088 155715 13h 18 372 215 30 3 15 0.24 5.97 175 2.4 14 32 1260 180415 13l 18 342 197 30 3 15 0.24 5.48 161 2.4 13.16 2228 29321硅完全被清除5 14a 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 1238 232315 14b 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 300 56325 14c 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 323 60545 14d 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 518 97155 14e 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 525 98565 14f 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 150 28165 14g 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 503 94335 14h 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 150 28165 14i 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 630 118275 14j 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 120 22535 14k 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 75 14085 14l 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 83 15495 14m 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 75 14085 14n 23 525 282 30 3 15 0.24 7.82 230 2.4 18.77 90 1690硅完全被清除5 14a2 19 399 225 30 5 15 0.24 6.26 184 1.4 9.02 1763 158905 b2 19 342 196 30 5 15 0.24 5.44 160 1.4 7.83 2500 19579大面积硅被清除5 c2 18 297 172 30 5 15 0.24 4.77 140 1.4 6.87 7350 50497硅膜变薄5 d2 18 318 183 30 5 15 0.24 5.09 150 1.4 7.33 1650 120975 e2 18 318 183 30 5 15 0.24 5.09 150 1.4 7.33 1800 131965 f2 18 318 183 30 5 15 0.24 5.09 150 1.4 7.33 2700 19794硅膜变薄5
此数据表明可从石英衬底清除多晶硅。
6.表面形貌修正
从上面的描述和数据显见，从衬底表面可选择性地清除基本上连续的材料层。从衬底所清除的材料的厚度是待清除材料的键能、所用光子的能量(波长)、所用光子的能量流以及多光子键时的功率流的函数。能量流和功率流也可认为是所用光子的空间和时间浓度。因此，对于一个给定的材料，可以确定为了清除一层所需厚度的材料而要求的时间和空间光子浓度。如上所述，对于氧化和有机及无机膜层，借助于跨过衬底表面扫描辐射，可在很广的衬底面积上均匀地清除材料层。但借助于适当地控制清除工序，有可能从相当小的面积中选择性地(例如非均匀地)清除材料以修正衬底表面的形貌。形貌修正可具有微加工的性质以得到纳米结构或用来整平粗糙的表面。
a.产生纳米结构
借助于选择性地清除相对于周围表面待要升高的结构周围的衬底材料，可建立纳米结构。做法有二种。第一种概念上等价于在常规结构尺度上的研磨操作。为了继续这一比拟，入射辐照区611可认为是磨具，以区域611的尺寸(相当于磨具的尺寸)规定可被清除的材料最小宽度。同样，对区域611运动的控制(无论是移动610之类的平台或是移动聚焦光路)横向分辨率规定能够产生的结构的尺度和准确性。入射区每次“通过”所得到的“切入”深度由能量流和功率流规定，而所清除的材料的总深度进一步由在表面上进行的通过次数来控制。
图4示意地示出了一种简单纳米结构的产生。此纳米结构是一个被制作在衬底12表面中的沟槽710所围绕的岛720。沟槽710是借助于使入射辐照区611(示意地示为圆形区，虽然也可以是上述实验设备所示的矩形)绕着待要产生岛720的区域边缘平移而制作的。区域611的移动由沟槽710另一部分中的区域(611′)的另一位置表明。
一个变通的微加工技术是使用掩模来确定待要清除的材料区，将掩模重叠在衬底处理表面上或其上方，并使入射辐照均匀地扫过掩模。当然必须选择掩模和衬底材料以及设定光子功率和能量流水平，以便从衬底表面清除不希望有的材料而不使掩模受到大得足以使它在衬底微加工完成之前就变得不能用的损伤。
采用掩模(如光刻中)和控制激光入射区尺寸和位置的技术，在现有技术中已表明在纳米结构微加工有兴趣的空间尺寸上是可以控制的。因此，可用于本发明微加工的方法对工人来说是明白的，此处不再详述。
b.整平
如图5所示，借助于选择性地使用辐照，也可以整平衬底表面。如图5所示，若衬底12的层12b(诸如一个氧化层，尽管此层可以仅仅是衬底的一个表面层)的厚度不均匀(区域12b1、12b2、12b3等所示)，在某些应用中，可能希望清除一些(但不是全部)氧化层使氧化层厚度更为均匀(虚线12c所示)。借助于将辐照选择性地加于各个区域12b1等以清除厚度等于处理前厚度和所需厚度之间的差的材料，就可做到这一点。可使辐照在衬底表面上以光栅的方式扫描，则所需数量的材料就从各个区域中被清除掉。
为了准确地确定层12b的处理前厚度(或者为了确认所需的处理后厚度)，采用膜厚原位测量技术是可取的。已知的适用技术包括反射或束分布分光光度测定法或椭圆光度法，诸如在P.Burggraaf的论文“薄膜计量学：新台阶前沿”(Semiconductor International，1994年3月)中所述的那些技术。然后可将各区中的实际厚度与所需厚度进行比较以确定不希望有的材料的厚度。然后可将恰当的辐射能量流和功率流加至该区域以清除不希望有的材料厚度。可进行处理后的厚度测量以确认实际厚度等于所需的厚度，如有需要则进行额外的处理。此过程可对每个区域反复地进行下去。
图6示意地示出了一种适用的设备。衬底12被置于可移动的平台610上，来自源410的辐射11通过发送光学部件450被采用。用椭圆仪810(或其它适当的厚度量测器件)收集厚度信息805。控制器850从椭圆仪810接收厚度信息185，并将辐射控制信号820输出到源410，而且将位置控制信号825输出到平台610或将信号830输出到可操纵的光学部件450。
c.倾斜的辐照
如图7所示，以一倾斜角将辐射加于劣等衬底表面，也可使厚度不均匀的衬底被处理表面变平滑。衬底12的粗糙表面层12b带有许多取向不同的表面组成部分(即相对于被处理表面的总体平面形成许多不同的角度)。由于来自辐射11的入射能量流和功率流随表面组成部分上入射角的正弦而变化，故最垂直于辐射的组成部分将暴露于比倾斜部分更高的能量流和功率流。而且，隐藏的(不暴露的)组成部分将接收不到能量和功率流。于是，施加辐射11的累积效果将从垂直取向的表面组成部分清除更多的材料，而从倾斜或隐藏的表面组成部分清除更少的材料(由相继的处理后表面轮廓线12b′和12b″示出)。这反过来就减小了表面层12b的平均粗糙度。
7.极化对清除的影响
如上所述，当衬底含有薄膜涂层时，从衬底表面将不希望有的物质有效地清除是特别复杂的。薄膜涂层的厚度可从数到数十μm。已发现用上述设备和技术在足以清除许多不希望有的物质的能量和功率水平下对这类表面的处理，会损伤某些薄膜涂层。另一方面，已发现低得不致损伤薄膜的能量和功率水平又不能有效地清除某些不希望有的物质。如下列数据所证实的那样，现已确定，激光的极化使得能够在不足以损伤薄膜的能量和功率流下，从各种衬底上的各种薄膜材料上清除某些不希望有的物质。
还发现某些种类的压电物质(特别是那些铁电体)难以用上述的技术和设备加以清洗。压电材料是那些在材料上的电荷分布与材料中的尺寸改变之间表现出相互作用的材料。于是，外加电场就产生尺寸变化，反之亦然。热引发的压电材料中的尺寸变化也产生电场(“热电”效应)。某些压电材料还是铁电性的，其中表面中的电偶极子自发地对准以产生强相互作用，且据信产生与铁电材料表面上的物质的相当强的相互作用。现已发现，极化的激光可有效地从二种重要的铁电材料，即铌酸锂(LiNbO3)和钽酸锂(LiTaO3)上清除颗粒。借助于采用氩气代替氮气，进一步提高了清洗效率。
从用于这些测试中的KrF脉冲激光器的激光腔中发出的光子脉冲是未极化的，在激光器的情况下，这意味着光由二个其功率彼此随时间随机地(且相反地)变化的正交线性极化的共线光束(一个P分量和一个S分量)组成。在下列例子中，用可从加州Irvine市Melles Griot购得的涂层附件/802(零件号08BSQ005)的高能激光束分离器将加于处理表面的激光进行部分极化。此光束分离器由涂在一侧上的45°平均反射50％而涂在另一侧抗反射的UV级人造熔融石英组成。图8示意地示出了光束分离器。未被极化的入射束910被引到光束分离器900的第一侧。入射束被分离成一个反射束920和一个透射束930。对于248nm的KrF激光，光束分离器反射入射束的71％的S极化分量和29％的P极化分量。这样，反射束920就主要是S极化，而透射束主要是P极化。反射束和透射束各携带大约50％的入射束的能量和功率。
用来产生下列数据的设备，除了用光束分离器替代一个或更多个的光路元件之外，基本上与图2A-C中所示的相同。借助于用光束分离器代替光圈板452和第一旋转镜4453而修改了设备A(图2A)。借助于用光束分离器代替第二旋转镜455而修改了设备B(图2B)。借助于用光束分离器代替旋转镜458而修改了设备C(图2C)。光束分离器可排列在光路中的任一位置，但最好是位于靠近激光器处。
在下列各例中，在衬底材料的一个或更多个榈上进行了一系列的处理“操作”。各操作包含一个跨过处理表面的幅区612，在幅区上通过一次或更多次。除非特别指出，各样品都在平坦表面上处理。
对于下列的各样品，测试设备均如上所述地校准，利用测量处理表面上的脉冲能量(Eps)来得到修正因子(Rcorrection)以加至激光器内置计所示的脉冲能量(Epm)。Rcorrection仍是上述公式(5)所示的激光输入电压V1的线性函数。在下列各例中指明了修正系数m和b。通常，在光路中引入极化器明显地增大了光学损耗，从而降低了Eps对Epm的比率。
在“评价”栏中示出了处理的效率。如上所述，相信关键的工艺因素是单位脉冲的能量流(Feps)、单位脉冲的功率流(Fpps)以及总能量流(Fet)。借助于调节脉冲能量(Eps)、激光脉冲重复速度(R1)、平台速度(Vs)和入射区宽度(W)而改变这些工艺因素。
在下列各测试中描述了各种不希望有的物质。大多数测试涉及到通常在半导体和其它工业制造过程中所遇到的一种或更多种不希望有的物质。这包括：(a)指纹(人体油)；(b)人类唾液；(c)可能由一种或更多种不同物质组成的但通常相信是一种非常细小的颗粒的薄的不连续的涂层的“雾状物”；(d)“颗粒”，除非特别指出，它们是暴露于环境气氛过程中沉积在表面上的尘埃和其它未知的物质所组成的细小的碎屑；以及(e)油墨。
a.玻璃和石英上的铟锡氧化物
在本例中，处理了带有铟锡氧化物(InSnOx)薄膜的玻璃和石英薄衬底。操作1-7中的数据是玻璃衬底的，其中清除了指纹、环境颗粒和细分颗粒所组成的雾状物。在操作8-11中，从石英衬底清除了油墨、指纹和雾状物。其结果总结于下面的表7a中。这些数据所用的修正系数为m＝0.1023，b＝2.742。
表7aRunVlEoorEosRlvslWFepsFoosNo1 FeoalNoalFer评价衬底：薄玻璃117264593030103.60.164.8365.915.9清除了217300663030103.60.185.4366.616.6清除了318361773030103.60.216.8367.717.7清除了418406883030103.60.257.2368.818.8清除了519451963030103.60.277.9369.619.6清除了6205111073030103.60.308.73610.7110.7清除了7215431123030103.60.319.13611.2111.2损伤了衬底衬底：石英817251583050103.60.154.7223.513.5清除了918306673050103.60.195.5224.014.0清除了1018364773050103.60.216.3224.614.6清除了1119372803050103.60.225.6368.018.0清除了
这些数据一般表明，特别是在单位脉冲能量流(Feps)小于0.30J/cm2和单位脉冲功率流(Fpps)小于8.7MW/cm2的情况下能够有效地清除铟锡氧化物薄膜而不损伤薄膜。但在Feps＝0.31J/cm2和Fpps＝9.9MW/cm2情况下，薄膜被损伤。
b.硅上的铝膜
在本例中，从数字微镜器件上的铝薄膜(厚度约为数百)上清除了颗粒。附着在这种铝膜上的颗粒由于会使平面镜投影的图象失真而有害。其处理结果总结在下面的表7b中。这些数据所用的修正系数为m＝0.0082，b＝5.9357。
表7bRunVlEoorEosR1vslWFepsFoosNo1FeoalNoalFer评价12150483305.08.91.10.8424.875.615.6清除了22149281305.08.91.10.8224.275.415.4清除了32150483303.08.91.10.8424.8119.319.3清除了42050382307.08.91.10.8424.854.014.0清除了5204988230***8.91.10.8324.532.512.5清除了62151987305.08.90.71.3941.045.915.9损伤了衬底72254988305.08.90.42.7681.026.016.0清除了82254589305.08.90.42.7681.826.016.0清除了
在操作1-5中，用极化的激光能量处理了数字微镜器件，且有效地清除了颗粒而未损伤器件。
在操作6中，当用可从麻省Acton Research购得的部件248-P50-45-2D-AR的50％光束分离器(非极化器)代替光束分离器时，薄膜被损伤。此光束分离器有45°涂层，且在248nm波长(此例中所用激光器的波长)处，入射束的能量被分成50％透射和50％反射。此操作所用的修正系数为m＝0.00794，b＝5.813。
操作7和8分别说明了从斜角和平坦的硼硅玻璃清除颗粒的效率和相似性。
c.金属合金上的镍涂层
在本例中处理了带有镍薄膜的金属合金光学压模。被清除的不希望有的物质是：a)多碳酸盐颗粒；b)环境颗粒；c)用热压方法熔融在镍表面上的乳胶手套片；d)甘醇残留物；以及e)机器润滑油。其结果总结在下面的表7c中。这些数据所用的修正系数为m＝0.1052，b＝4.7874。
表7c
采用Feps=0.18J/cm2和Fpp=5.3MW/cm2下的多次通过清除了多碳酸盐和颗粒。在Feps=0.16J/cm2和Fpps=4.8MW/cm2下清除了湿的和干的乳胶手套物质。湿的乳胶手套物质引起一些局部腐蚀。甘醇在一次通过中被清除，而油的清除要求在Feps＝0.13J/cm2和Fpps=3.9MW/cm2下进行二次通过。在Feps＝0.27J/cm2和Fpps＝7.8MW/cm2下，镍涂层受到损伤，在表面上观察到起泡。
d.石英上的铬薄膜
在本例中，用带有800厚的铬层的石英衬底进行各个操作。铬层有三种表面形状：(a)表面未图形化的普通平面；(b)逻辑掩模图形化的表面；以及(c)DRAM掩模图形化的表面。在操作1-10和17-23中清除了环境颗粒。在操作11-16中，光抗蚀剂残留物是沾污物。为了确定损伤阈值而执行了操作17-20。其结果示于下面的表7d中。这些数据所用的修正系数为m＝0.1888，b＝5.5861。
表7d Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价衬底：未图形化 沾污物：颗粒1 19 504 56 30 5.0 27 5.0 0.04 1.2 30 1.2 1 1.2少量清除2 19 510 56 30 3.0 27 5.0 0.04 1.2 50 2.1 1 2.1未清除3 21 597 63 30 3.0 27 5.0 0.05 1.4 50 2.3 1 2.3少量清除4 21 597 53 30 3.0 27 4.0 0.06 1.7 40 2.3 1 2.3良好清除5 21 580 62 30 3.0 27 4.0 0.06 1.7 40 2.3 1 2.3清除颗粒，某些雾状物6 22 656 67 30 3.0 27 4.0 0.06 1.8 40 2.5 1 2.5无明显的颗粒清除7 22 653 67 30 3.0 27 4.0 0.06 1.8 40 2.5 1 2.5良好清除，Cr中有些裂纹8 22 657 67 30 3.0 27 4.0 0.06 1.8 40 2.5 1 2.5良好清除9 22 657 67 30 5.0 27 4.0 0.06 1.8 24 1.5 1 1.5良好清除10 22 657 67 30 3.0 27 4.0 0.06 1.8 40 2.5 2 5.0良好清除，二次通过无改变衬底：未图形化 沾污物：光扰蚀剂残留物11 20 660 69 30 3.0 27 3.8 0.07 2.0 38 2.6 2 5.1无效12 22 666 67 30 3.0 27 3.8 0.07 2.0 38 2.5 5 12.5无效13 22 689 69 30 1.5 27 3.8 0.07 2.0 75 5.1 2 10.2清除14 22 668 69 30 1.5 27 3.8 0.07 2.0 75 5.1 2 10.2清除15 19 518 56 30 1.0 27 3.8 0.06 1.6 113 6.3 2 12.5清除16 18 435 48 30 1.0 27 3.8 0.05 1.4 113 5.4 2 10.8清除，但有些损伤衬底：逻辑掩模图形化 沾污物：颗粒17 22 666 67 30 3.0 27 3.8 0.07 2.0 38 2.5 1 2.5有些损伤18 20 563 80 30 3.0 27 3.8 0.06 1.7 38 2.2 1 2.2无损伤19 18 408 45 30 3.0 27 3.8 0.04 1.3 38 1.7 1 1.7无损伤20 21 623 66 30 3.0 27 3.8 0.06 1.9 38 2.4 1 2.4无损伤衬底：DRAM掩模图形化 沾污物：颗料21 22 683 67 30 3.0 27 3.8 0.07 1.3 38 2.5 1 2.5清除22 20 580 60 30 3.0 27 3.8 0.06 1.7 38 2.2 1 2.2清除23 18 427 48 30 3.0 27 3.8 0.05 1.4 38 1.8 1 1.8未清除
在Feps＝0.06J/cm2和Fpps＝1.8MW/cm2下，从未图形化的铬膜有效地清除了颗粒而不引起损伤。在稳定的能量和功率流下，从未图形化的铬膜清除光抗蚀剂残留物有赖于每次通过的平均能量流Feps。在Feps＝2.5J/cm2下，即使多次通过后，亦不发生清除。在Feps＝5.1J/cm2下，二次通过就有效地清除了光抗蚀剂残留物，但在Feps为5.4和6.3J/cm2时，铬涂层开始破裂。
对于有图形化逻辑掩模的各个操作，数值表明工作上限是Feps＝0.07J/cm2、Feps＝2.5J/cm2和Fpps＝2.0MW/cm2，在这些条件下出现一些损伤。
在Feps＝0.05J/cm2、Feps＝1.8J/cm2和Fpps＝1.4MW/cm2下，未能从图形化的DRAM掩模清除颗粒。在较高的能量和功率流下，观察到了有效的清除。
e.镜片上的氧化铪
在本例中使用了一种不同的可调焦距透镜457。此透镜为50mm×50mm，焦距为200mm，可从美国麻省Acton的Acton Research购得，零件号为03-060-1-248-AR。在下列各操作中，从石英上和BK-7(一种工业标准的硼硅冕牌玻璃组分)的20厚氧化铪清除了沾污物。发现极化光对清除沾污物无效，而非极化光有效。其结果总结在下面的表7e中。被处理的衬底是：a)一个光学反射器(BK-7)；b)一个Porro平面镜(石英)；c)一个Dove棱镜(BK-7)；一个激光反射器(BK-7)；以及一个输出耦合器(BK-7)。被处理的不希望有的物质是：a)指纹；b)唾液；c)粘合剂；d)锈蚀。在衬底上只存在环境颗粒，其中的沾污物被确认为“清除”或“形成”。这些数据所用的修正系数为m＝0.0436，b-2.7844。
表7eRunVlEoorEosR1vslWFepsFoosNo1 FeoalNoalFer评价光学反射器：操作1和2＝指纹操作3＝唾液操作4和5＝粘合剂12257052300.3250.60.9728.47673173指纹被清除22256050300.3250 60.9527.97673172指纹被清除32257052300.3250.60.9728.47673173清除，唾液损伤薄膜42257052300.3250.60.9728.476732146无气流，无清除52257052300.3250.60.9728.47673173粘合剂被清除Porro平面镜：操作1＝粘合剂操作2＝唾液操作3＝颗粒11830084300.3250.90.3710.910940140气流有关219400110301.5250.90.4814.2188.819唾液锈蚀被清除319400110305.0251.30.3410.082.5411清除，无损伤320500137305.0251.30.4212.583.3310清除，无损伤322565151305.0251.30.4713.883.627第二次通过时损伤薄膜Dove棱镜：操作1＝形成操作2＝指纹操作4＝粘合剂119400111300.8251.30.3410.15218118颗粒被清除，无损伤219400111300.8251.30.3410.15218118无清除效应222600160300.4251.30.5014.69748148表面清除422600160300.4251.30.5014.69748148粘合剂清除激光反射器：操作1和2＝指纹操作3＝锈蚀120498136300.8251.60.3410.06422122指纹被清除220500137301.0251.60.3410.04816116指纹被清除320500137301.8251.70.329.5289.119.1锈蚀被清除输出耦合器操作1＝形成；操作1c和2＝指纹；操作3＝唾液119400111305.0252.10.216.2132.712.7颗粒被清除1c23590157300.8251.10.6017.64225125指纹被清除223590157300.8251.10.6017.64225125无气流，表面损伤323590157300.8251.10.6017.64225125清除，唾液损伤
从光学反射器(BK-7)清除了指纹、唾液和粘合剂而未损伤氧化铪膜。操作4和5又一次表明流动气体的重要性，其中在操作4中没有流动气体就没有得到清除，而在操作5中有气流就在相同的功率和能量流和较低的总能量下得到了完全的清除。
Porro平面镜的处理表面相对于其载片凹下。在操作1中观察到粘合剂脱离处理表面又重新粘附到处理表面。在随后的各个操作中重新定向了气体喷咀以便使气流射在表面上(而不是平行于表面流动)，而且提高了流速以便更有效地带走被清除的沾污物。在Feps＝0.47J/cm2和Fpps＝13.8MW/cm2下，从Porro平面镜(石英)清除了粘合剂和唾液且出现损伤。
在Feps＝0.34J/cm2和Fpps＝10.1MW/cm2下，从Dove棱镜(BK＝7)清除了颗粒而未损伤薄膜。指纹和粘合剂的清除分别要求0.50和14.7J/cm2的更高的能量和功率流水平(每个脉冲)。从激光反射器(BK-7)和输出耦合器(BK-7)清除了指纹、颗粒、锈蚀和唾液。
在清除唾液过程中损伤了一些表面。相信所发生的腐蚀是由唾液的酸性造成的。
f.压电衬底
在本例中，从三种压电材料，即铌酸锂(LiNbO3)、钽酸锂(LiTaO3)和石英中清除了环境颗粒。一开始使用了非极化光，对清除颗粒无效。接着在光路中放入光束分离器，使反射束920加至表面，有如所有先前的“极化”例子(7a-e)中所做的那样。发现这也无效。然后重新组织光路来排列光束分离器，使透射束930加至处理表面。这一步的完成是借助于在图2B中将光束分离器置于旋转平面镜455和456之间，使旋转平面镜455反射的激光通过光束分离器透射到旋转平面镜456。利用图2A和2C中所示的设备，借助于将光束分离器置于旋转平面镜455和旋转平面镜456之间，可以实现透射中极化的同样结果。透射的极化光产生了极好的结果。
所用的衬底是LiNbO3(操作1-10)、LiTaO3(操作11-16)和石英(操作17-23)。在操作序数中，字母N表示用氮作为载气，而A表示氩气。于是，1N表示用氮和LiTaO3的一个实验操作，而操作19A表示在石英衬底上用氩的操作。其结果总结在下面的表7f中。这些数据所用的修正系数为m＝0.1701，b＝4.228。
表7fRun VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价LiNbO31N 19 500 66 30 8.0 25 2.5 0.10 3.5 24 1.0 1 1.0表面损伤2N 17 360 57 30 8.0 25 3.7 0.05 1.6 24 0.7 1 0.7精除不良3N 20 520 67 30 8.0 25 6.4 0.04 1.2 24 1.0 1 1.0清除不良4N 21 600 75 30 8.0 25 6.4 0.05 1.4 24 1.1 1 1.1颗粒清除5A 18 400 53 30 8.0 25 6.3 0.03 1.3 24 0.8 1 0.8有效清除6A 19 500 66 30 8.0 25 6.3 0.04 1.2 24 1.0 1 1.0有效清除7A 20 600 77 30 8.0 25 6.3 0.05 1.4 24 1.1 1 1.1有效清除8A 23 705 85 30 8.0 25 6.3 0.05 1.5 24 1.3 1 1.3有效清除9A 18 400 53 30 8.0 25 6.3 0.03 1.6 24 0.8 1 0.8有效清除10A 19 450 59 30 8.0 25 2.5 0.09 2.8 9 0.9 1 0.9损伤LiTaO311N 18 360 47 30 8.0 25 2.5 0.08 2.2 24 0.7 1 0.7颗粒清除12A 18 400 54 30 8.0 25 6.3 0.03 1.0 24 0.8 1 0.8有效清除13A 19 500 66 30 8.0 25 6.3 0.04 1.2 24 1.0 1 1.0有效清除14A 20 600 77 30 8.0 25 6.3 0.05 1.4 24 1.1 1 1.1有效清除15A 22 687 84 30 8.0 25 6.3 0.05 1.6 24 1.3 1 1.3有效清除16A 18 400 54 30 8.0 25 3.7 0.06 1.7 24 0.8 1 0.8损伤石英17N 19 500 66 30 8.0 25 2.5 0.10 3.5 8 1.0 1 1.0颗粒清除18N 21 600 75 30 8.0 25 2.5 0.12 3.5 9 1.1 1 1.1颗粒清除19A 18 450 60 30 8.0 25 1.5 0.16 4.7 6 0.9 1 0.9颗粒清除20A 19 500 65 30 8.0 25 1.5 0.18 5.2 6 1.0 1 1.0颗粒清除21A 19 550 72 30 8.0 25 1.5 0.19 5.5 6 1.1 1 1.1颗粒清除22A 20 600 77 30 8.0 25 1.5 0.20 6.0 6 1.2 1 1.2颗粒清除23A 23 711 86 30 8.0 25 1.5 0.23 6.8 6 1.3 1 1.3颗粒清除
对于LiNbO3，采用氩气比采用氮气能更有效地清除颗粒。即使出现在较低的能量和功率流(每个脉冲)时，这也改善了清除。在较高的能量流Feps＝0.9J/cm2和Fpps＝2.8MW/cm2下，LiNbO3衬底受到损伤。每次通过的平均能量流(Feps)看来与清除效率和表面损伤无关。
此结果相似于LiTaO3，在较低的流量下用氩比用氮更能有效地清除。在操作16A中所处理的表面在处理之前就破裂了。颗粒被有效地从这一表面清除，直至激光遇到裂纹-然后衬底破裂。
此数据并不表示石英衬底的清除效率和载气类型之间的任何关系。
对于铁电衬底，载气的选择更为重要。相信由于氩气是稀有气体，它比氮更不容易与这些衬底反应，故氩气比氮更能有效地从被测衬底扫去颗粒。
8.背面清除
借助于辐照与带有不希望有的物质的一侧相反的衬底侧面处理了各种衬底。在相对于入射辐照的这种衬底取向中，不希望有的物质被认为是在衬底的“背”面。由于不希望有的物质从被辐照衬底的一侧被清除，故上述的测试被认为是“正面”清洗。
用来进行下述测试的设备除了处理样品定向成要从中清除不希望有的物质的表面朝下之外，与图2A-C所示的设备基本相同。(样品用可调支架支持在平台上方的位置处。)辐射于是加至“所需材料”侧，即衬底的无沾污侧。气体输送系统也被重新定向以便使气体流过衬底的下侧(除下面指出的之外)，且摄象机重新定向以观察正面。
a.从石英清除多晶硅
在本例中，处理了石英炉管以清除多晶硅层。测试样品与上面例5中所述的基本相同，且除了样品是从背面被辐照之外，辐射的入射区和应用的技术与例5的相同。其数据表示在下面的表8a中。这些数据所用的修正系数为m＝0.029，b＝1.20。
表8a Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价Rc 17a 18 300 174 30 5 15 0.24 4.84 142 1.4 6.96 1 6.96无效6 17b 20 400 225 30 5 15 0.24 6.26 184 1.4 9.01 1 9.01无效6 17c 21 450 248 30 5 15 0.24 6.88 202 1.4 9.90 1 9.90无效6 17D 23 500 268 30 5 15 0.24 7.45 219 1.4 10.73 1 10.73清除1 18 23 500 268 30 5 15 0.24 7.45 219 1.4 10.73 1 10.73清除1 19 20 399 225 30 5 15 0.24 6.24 184 1.4 8.99 1 8.99清除1 20 20 400 224 30 20 15 0.24 6.22 183 0.4 2.24 1 2.24清除1
这些数据表明借助于从衬底背面施加辐照，能够从石英衬底清除多晶硅。观察到硅以相当大的片状被分离，以致衬底给定区域上硅的整个厚度一下子就被剥去，而不像上述例5中从正面加辐照时所得到的逐步清除那样。
b.从石英清除锰离子
在本例中，借助于从正面(操作1-3，离子靠近激光束)、背面(操作5-7，离子远离激光束)以及随后从二面(操作4)进行辐照，处理了涂覆有从干燥的锰标准溶液(1000ppm Mn++)残留的锰离子的石英衬底。在这些测试中，气体流过带有锰离子的表面。其结果示于下面的表8b1中。这些数据所用的修正系数为m＝0.0698，b＝2.7757。
表8b1Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet评价1 19 525 128 30 3.0 25 0.7 0.70 20.7 4 3.0 2 5.9正面，有些损伤2 21 653 154 30 3.0 25 0.7 0.85 24.9 7 5.9 1 5.9正面，有些损伤3 20 612 147 30 5.0 25 0.7 0.81 23.7 4 3.4 1 3.4正面，有些损伤4 20 609 146 30 5.0 25 1.2 0.47 13.8 7 3.4 2 6.7第一次通过正面，第二次通过背面5 21 660 154 30 5.0 25 1.2 0.49 13.5 7 3.5 1 3.5背面，清除了6 21 660 154 30 7.0 25 1.2 0.49 14.5 5 2.5 1 2.5背面，清除了7 22 692 161 30 7.0 25 1.2 0.51 15.1 5 2.6 1 2.6背面，清除了
在操作1-4中，发现处理在衬底表面上产生一个副产品或残留物，相信这是损伤的表面。在操作5-7中未观察到这些残留物。实际上，在操作4中，在正面操作中所产生的残留物在背面处理中被清除了。而且，操作5-7导致完全的离子清除，而操作1-3只提供部分的清除。
在下列的测试中，辐照被加于石英衬底带有不希望有的物质或沾污的一侧的反面(背面处理)。在操作1-4中，气体流过正面，而在操作5-12中，气体流过背面。数据示于下面的表8b2中。这些数据所用的修正系数为m＝0.0698，b＝2.7757。
表8b2Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Nba Fet 评价1 20 611 127 30 5.0 30 1.3 0.32 9.5 8 2.5 1 2.5部分清除，有些损伤2 20 560 118 30 5.0 30 1.3 0.30 8.9 8 2.4 1 2.4部分清除，有些损伤3 20 606 126 30 7.0 30 1.3 0.32 9.5 6 1.8 1 1.8部分清除，有些损伤4 22 659 133 30 7.0 30 1.3 0.34 10.0 6 1.9 1 1.9部分清除，有些损伤5 22 662 134 30 9.0 30 1.3 0.34 10.1 4 1.5 1 1.5清除了6 22 656 132 30 7 0 30 1.3 0.34 10.0 6 1.9 1 1.9清除了7 22 650 131 30 3.0 30 1.3 0.34 9.9 13 4.4 1 4.4清除了8 22 638 129 30 5.0 30 1.3 0.34 9.7 8 2.6 1 2.6清除了9 22 655 132 30 7.0 30 1.8 0.24 7.2 8 1.9 1 1.9清除了10 22 657 133 30 9.0 30 1.8 0.25 7.2 6 1.5 1 1.5清除了11 22 650 131 30 5.0 30 1.8 0.24 7.1 11 2.6 1 2.6清除了12 22 638 129 30 3.0 30 1.8 0.24 7.0 18 4.3 1 4.3清除了
这些数据表明流动的气体应该被引导通过带有不希望有的物质的表面。操作1-4与9-12的比较表明即使采用明显降低了的能量流，用背面辐照技术也能得到有效的清除。
c.从各种材料清除有机物
在本例中，有机物质(黑色油墨)被加于各种衬底材料样品的“正”面。然后借助于从其背面进行辐照而处理这些样品。衬底包括：a)<100>硅；b)304电抛光的不锈钢；c)不透明的片子载体塑料(反射激光的)；d)“Canasite”，一种由钙、钠和硅构成的专利配方的陶瓷材料；e)聚四氟乙烯(20密耳厚)；f)冰箱袋的聚丙烯膜；以及g)用于石英的多碳酸盐密封带。其结果总结在下面的表8c中。这些数据所用的修正系数为m＝0.0698，b＝2.7757。
表8c Run VI Epm Eps RI VS I W Febs Fpps Npl Fepa Npa Fet 评价 Si<100> 1 22 606 141 30 1.0 30 1.8 0.26 7.7 54 14 1 14.1未清除304EPs 2 22 606 141 30 1.0 30 1.8 0.26 7.7 54 14 1 14.1未清除片子载体塑料3 22 627 145 30 1.0 30 1.8 0.27 7.9 54 15 1 14.5未清除，相机被损伤聚四氟乙烯4 22 627 145 30 1.0 30 1.8 0.27 7.9 54 15 1 14.5清除了，但损伤表面5 17 308 78 30 5.0 30 3.0 0.09 2.5 18 1.6 1 1.6清除了，无损伤Canasite 6 17 308 78 30 5.0 30 3.0 0.09 2.5 18 1.6 1 1.6未清除冰箱袋(聚丙烯)7 22 627 145 30 5.0 30 1.5 0.32 9.5 9 2.9 1 2.9清除了清洁的石英密封袋(多碳酸盐) 8 22 627 145 30 5.0 30 0.6 0.61 17.8 8 2.9 1 2.9清除了
油墨未能从硅(100)、不锈钢、片子载体塑料或Canasite上清除掉，但从石英上的聚四氟乙烯、聚丙烯和多碳酸盐上被有效地清除了。清除效率之间的差异看来是由衬底材料对KrF激光器的波长的透明度差别所引起的。未被清洗掉的所有材料对KrF光基本上是不透明的，而被清洗了的材料至少是稍许透明。要指出的是聚四氟乙烯在20密耳的被测厚度下微弱地透射KrF激光。
背面清洗从正面清除不希望有的物质的机制尚不清楚。一种可能性是光子/声子(phonon)相互作用。众所周知，在衬底中沿外加激光场的方向可产生声子场。声子能够振动共价或离子以及非晶或结晶固化结构中的键。在给定频率下，相邻这些振动能够传输足够的能量以击断所需的与不希望有的物质之间的键。利用表面晶体界面、表面上的薄膜涂层以及不希望有的物质的性质，可增大声子的强度。关于声子的某些背景理论参考有A.Neubrand和P.Hess的“激光发生与表面声学波的检测：表面层的弹性性质”，JAP，71(1)，(1992)，pp.227-38；R.Hrovatin和J.Mozina的“透明板中的激光诱导的表面波的光学探测”，JAP，71(12)，(1992)，PP.6192-6194；以及P.Knipp的“台阶状表面上的声子”，Phys.Rev.B，Condensed Matter，43(15)，pp.6908-23。
9.化学吸附的增强
如在专利′968中所述，借助于在有流动的惰性气体来清除可能降低薄膜的导电或绝缘性质的碳沾污(根据此处公开并提出权利要求的方法)的情况下，用载能光子辐照处理表面而预处理衬底，可以增强半导体表面上的薄膜生长(例如借助于氧化硅衬底上的有机金属膜的化学吸附)。用同样的处理方法也可清除此薄膜。这种表面制备和清除(尽管是在高真空条件下而不是在有流动气体的情况下)已相继报导有玻璃和熔融石英载片上的一些有机硅烷薄膜。见Dulcey等人的“化学吸附单层的深UV光化学：图形化的共平面分子集群”，Science，252，551-554(1991年4月)。如本专利申请所示，从包括金属、硅基材料以及金属和硅基材料的氧化物在内的各种衬底，可清除各种不希望有的物质。借助于利用本发明的方法击断不希望有的物质与衬底之间的键以便从希望吸附其它所需物质的键位上清除沾污物(不希望有的物质)，然后将衬底暴露于所需的物质，这样就可处理任何一种这类衬底。