Устройство для удаления поверхностных загрязнений с подложки (варианты)

 

Изобретение относится к устройствам для удаления нежелательных поверхностных примесей с плоской или имеющей нерегулярную форму поверхности подложки 12 высокоэнергетическим излучением. Изобретение позволяет удалять нежелательные поверхностные примеси без изменения подложки, расположенной ниже молекулярной кристаллической структуры подложки 12. Источник высокоэнергетического излучения содержит импульсный или непрерывного действия лазер 14 или высокоэнергетическую лампу. 3 с. и. 20 з.п. ф-лы, 26 ил., 2 табл.

Изобретение относится к устройству для удаления нежелательных примесей с поверхности. В частности, изобретение относится к удалению нежелательных примесей с поверхности подложки путем обработки ее энергией излучения при сохранении молекулярной структуры обрабатываемой поверхности.

Поверхностные примеси включают в себя дискретные кусочки вещества, размеры которых колеблются от долей микрона до гранул, видимых невооруженным глазом. Такие нежелательные примеси могут представлять собой пыль или частицы грязи, или нежелательные молекулы, в которые входят такие элементы, как углерод или кислород. Нежелательные примеси часто прилипают к поверхности в результате образования слабых ковалентных связей, электростатических сил, сил Ван-дер-Вальса, водородных связей, сил Кулона или взаимодействий между диполями, которые затрудняют удаление нежелательных примесей.

В некоторых случаях наличие поверхностных примесей делает загрязненную подложку менее эффективной или нерабочей для тех функций, для которых подложка предназначена. Например, в некоторых устройствах для точных научных измерений теряется точность, когда оптические линзы оказываются покрытыми микроскопическими нежелательными примесями. В полупроводниках поверхностные дефекты, обусловленные наличием малых молекулярных примесей, также часто делают полупроводниковые маски и кристаллы бесполезными. Даже незначительное уменьшение количества молекулярных поверхностных дефектов в кварцевой полупроводниковой маске может резко увеличить выход готовых полупроводниковых кристаллов. Удаление нежелательных молекулярных поверхностных примесей, таких как углерод или кислород, с поверхности кремниевых пластин перед нанесением схемных слоев на пластину или между нанесениями слоев существенно улучшает качество изготовляемого кристалла ЭВМ.

Более того, значительная часть мусора, который обязательно загрязняет кремниевые пластины во время производственного процесса, исходит из производственного оборудования, такого как камеры для различных операций, в которых размещаются пластины, и трубы, которые проводят газ для этих операций в камере. Соответственно, уровень загрязнения пластин, возникающий в ходе процесса производства, может быть значительно сокращен путем периодической очистки такого оборудования. Наиболее близкое устройство для удаления поверхностных загрязнений известно из патента США N 5024968 (Eugebsborg), который выбран в качестве прототипа.

Как для изобретения, так и для патента N 5024968 существенным является взаимодействие потока фотонов с поверхностью в комбинации с газовым потоком, чтобы обеспечить достаточную энергию для разрыва связи загрязнений, не вызывающую в то же время изменения в молекулярной кристаллической структуре, и чтобы отделившиеся загрязнения были увлечены газовым потоком, не соединяясь вновь с подложкой.

Анализ прототипа показывает, что раскрытые в нем варианты осуществления предназначены, в частности, для использования на открытой лицевой поверхности подложки и не раскрывают точного скоординированного усилия, обеспечивающего подвод соответствующей энергии на поверхности, ориентированные в несовпадающих плоскостях, и соответствующего газового потока для разрыва связей и удаления загрязнений с каждой из поверхностей, ориентированных в несовпадающих плоскостях.

Традиционные способы очистки (продувки) труб газом требуют несколько дней и даже недель, и устройство по патенту N 5024968 не подходит для таких применений.

В основу изобретения положена задача предложить устройство с более широким спектром применения, которое позволяет легко очищать определенные конструкции, которые до сих пор было очень сложно очистить. Например, изобретение обеспечивает существенные преимущества при очистке труб для подачи высокочистых газов, применяемых в области биотехнологии и полупроводников.

Поставленная задача решается тем, что согласно изобретению средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки выполнено в виде проводника излучения, один торец которого оптически связан с источником излучения, и снабжено средством регулировки второго, выходного торца проводника излучения относительно обрабатываемой поверхности подложки, размещенным вдоль проводника излучения, а средство подвода газового потока выполнено с несколькими выходами для газа.

Желательно, чтобы: источник излучения был выполнен в виде лазера; в качестве лазера использовался импульсный эксимерный лазер на криптон-фторе; выходной торец проводника излучения был совмещен с выходом средства подвода газового потока; проводник излучения содержал по меньшей мере один жгут; проводник излучения и средство подвода газа были выполнены многоканальными и параллельными друг другу; выход первого канала средства подвода газового потока совпадал с выходным торцом проводника излучения, а выход второго канала был удален от выходного торца проводника излучения; средство регулировки положения выходного торца проводника излучения было выполнено в виде руки робота, снабженной средством манипуляции для перемещения в множестве разных направлений; средство подвода газа и проводник излучения были соединены, образуя общую кабельную секцию, и их выходные торцы были бы выполнены с возможностью направления излучения и газа в направлении, не параллельном центральной оси общей кабельной секции.

Согласно другому варианту воплощения изобретения было бы желательно, чтобы средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки включало бы кабельный проводник излучения с расположенной по центру продольной осью, входной торец которого оптически был бы связан с источником излучения, а газопровод был снабжен средством для направления потока газа из выходного торца газопровода в направлении от продольной оси газопровода, а кабельный проводник излучения был снабжен средством для направления излучения от его выходного торца в направлении от продольной оси проводника.

Желательно, чтобы: кабельный проводник излучения и газопровод были соединены в единый кабель;
единый кабель бы выполнен гибким;
средство для направления потока газа и средство для направления излучения представляли собой многоканальные устройства, размещенные на выходных торцах газопровода и кабельного проводника излучения, соответственно;
кабельный проводник излучения был выполнен в виде оптического волновода;
кабельный проводник излучения был выполнен в виде оптического волокна;
источник излучения был выполнен в виде импульсного лазера;
средство для облучения было снабжено средством регулировки положения выходного торца кабельного проводника излучения для обеспечения возможности обработки поверхностей подложки, ориентированных в несовпадающих плоскостях;
средство регулировки было выполнено с возможностью регулирования выходного торца газопровода для совпадения его положения с выходным торцом кабельного проводника излучения;
кабелепровод излучения и газопровод включали перепускные каналы, имеющие выходные концевые части, отогнутые назад к выходному концу части кабелепровода излучения, чтобы газопровод был радиально внутри канала излучения у его входной концевой части и радиально снаружи по отношению к кабелепроводу излучения у его выходной концевой части;
кабелепровод излучения и газопровод содержал выпускную головку со смонтированной на ней крышкой для перекрытия газа, выступающей в радиальном направлении от выпускной головки.

Согласно другому варианту воплощения средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки выполнено в виде кабельного проводника излучения, один торец которого оптически связан с источником излучения, а второй, выходной торец размерен внутри кожуха с возможностью регулировки его положения, соответствующего подводу газового потока, для обеспечения возможности обработки всех обрабатываемых поверхностей подложки объекта неправильной формы.

Желательно, чтобы средство для направления излучения было выполнено с множеством отверстий для впуска газа, расположенных в разных областях кожуха.

Желательно, чтобы средство подвода газа содержало газопровод, соединенный с кабельным проводником излучения и выполненный с общим выходным торцом.

В дальнейшем изобретение поясняется конкретными вариантами его выполнения, со ссылкой на сопровождающие фиг. 1 - 26.

На фиг. 1 изображена схема устройства для удаления ненужной примеси в соответствии с изобретением; на фиг. 2 - схема, показывающая, как при помощи лазерного излучения удаляют загрязнения с относительно плоских обрабатываемых поверхностей; на фиг. 3 - схема, показывающая, как при помощи лазерного излучения удаляют загрязнения с относительно плоских обрабатываемых поверхностей; на фиг. 4 - схема, показывающая использование маски в соединении с излучением и газом; на фиг. 5 - схема устройства для удаления загрязнений с обрабатываемых поверхностей нерегулярной формы согласно изобретению; на фиг. 6 - 11 изображены схематические торцевые виды устройств для подачи газа и излучения к обрабатываемым поверхностям нерегулярной формы согласно изобретению; на фиг. 12 и 13 изображены схематические виды сбоку, показывающие, как изобретение на фиг. 5 может быть применено для удаления загрязнений из внутреннего пространства удлиненных замкнутых проходов; на фиг. 14 - торцевые виды устройства для подачи газа и излучения к обрабатываемым поверхностям нерегулярной формы согласно принципам изобретения; на фиг. 15 - частичный вид сверху на устройство, иллюстрированное на фиг. 14; на фиг. 16 - частичный вид сверху другого расположения устройства для подачи газа и излучения к обрабатываемой поверхности нерегулярной формы согласно принципам изобретения; на фиг. 17,а,б изображаются схематические виды сбоку, представляющие применение изображения на фиг. 5 к гибкой пористой структуре, центрирующей подложку; на фиг. 18 - схематический вид сбоку, представляющий применение изобретения с оптическим диффузором; на фиг. 19 и 20 - схематические виды сбоку, представляющие, как изобретение на фиг. 5 может быть применено для удаления загрязнения из внутреннего пространства камеры для проведения операций; на фиг. 21 и 22 - схематические виды сбоку, представляющие, как изобретение на фиг. 5 может быть применено для удаления загрязнения из внутреннего пространства нерегулярной формы; на фиг. 23 и 24 - схематические виды сбоку, представляющие, как излучение применяется в другом конкретном исполнении изобретения для удаления загрязнения из внутренних пространств продуваемых отсеков; на фиг. 25 и 26 - схематические торцевые виды и виды сбоку соответственно, представляющие, как излучение применяется в другом конкретном исполнении изобретения для удаления загрязнений из внутреннего пространства объектов нерегулярной формы.

Рассмотрим подробно предпочтительное осуществление изобретения, примеры которых изображены на прилагаемых фиг. 1-26. Везде на фиг. 1-26 одни и те же обозначения относятся к одним и тем же элементам.

Устройство удаления ненужных поверхностей примесей с поверхности подложки без изменения молекулярной кристаллической структуры или иного повреждения поверхности подложки иллюстрируется схематически на фиг. 1. Как показано на фиг. 1, узел 10 держит подложку 12, с которой надо удалить ненужные поверхностные примеси. Над поверхностью 12 непрерывно пропускается газ 18 из источника газа 16. Газ 18 инертен по отношению к подложке 12 и течет над поверхностью 12 так, что погружает подложку 12 в атмосферу инертного газа. В предпочтительном варианте газ 18 представляет собой химически инертный газ, например гелий, азот или аргон. Оболочка 15 для удержания подложки 12 соединяется с источником газа 16 через серию трубок 21, клапанов 22 и газовый расходомер 20.

В соответствии с осуществлением изобретения, изображенным на фиг. 1, кожух 15 состоит из кювета для проб из нержавеющей стали, снабженной противоположно расположенными входными и выходными отверстиями соответственно 23 и 25. Кожух 15 снабжен герметизированным оптическим кварцевым окном 17, через которое может происходить облучение. Входное и выходное отверстия 23 и 25 могут включать в себя, например, трубки из нержавеющей стали, снабженные клапанами. После того как образец 12 помещен в кожух 15, последний периодически продувается и наполняется газом 18, и в нем поддерживается давление, несколько превышающее окружающее атмосферное давление, чтобы не допустить попадание других газов. Хотя кожух 15 изображен в виде сплошной камеры, можно предположить, что очищаемая поверхность может быть заключена в кожух любого типа, через который можно пропускать газ. Например, если обрабатываемая поверхность представляет собой большой неподвижный предмет, можно использовать переносной кожух, например пластмассовый мешок.

Течение газа 18 можно регулировать расходомером 20, который в предпочтительном осуществлении представляет собой расходомер Матесон Модель 602. Клапаны 22 в предпочтительном варианте представляют собой измерительные, регулирующие или сильфонные клапана, пригодные при высоких температурах и давлениях и для работы с токсичными, опасными, коррозийными или дорогостоящими газами или жидкостями, как, например, клапаны Свагелок SS=4H производства компании "Свагелок", Солон, шт. Огайо. Клапаны 22 можно открывать или закрывать, чтобы изолировать кожух 15, соединять его с источником газа 16 или соединять его с другим веществом, например газом для осаждения на подложку 12, поступающим из другого источника 40.

В соответствии с изобретением мощное излучение направляется на поверхность обрабатываемой подложки с плотностью энергии и длительностью находящейся между необходимой для высвобождения поверхностных примесей с поверхности подложки и той, которая изменит молекулярную кристаллическую структуру обрабатываемой поверхности подложки. В соответствии с осуществлением изобретения, изображенным на фиг. 1, источник излучения 14, который может быть лазером или мощной лампой, генерирует излучение 11, которое направлено на обрабатываемую поверхность подложки 12. На фиг. 1 источник 14 изображен расположенным за пределами кожуха 15 и облучающим образец 12 через кварцевое окно 17. Однако допускается расположение источника 14 внутри кожуха 15.

Поток энергии и длину волны мощного излучения желательно выбирать так, чтобы они зависели от удаляемых нежелательных поверхностных примесей. Для этого к выходному отверстию 25 может быть подсоединен газовый анализатор 27. Анализатор 27 анализирует состав газа на выходе из кожуха 15, чтобы облегчить регулировку энергии и длины волны источника 14. Газовый анализатор 27 может представлять собой масс-спектрометр, например квадрупольный масс-спектрометр производства компании "Брукер Инструментс, инк.", Биллерика, шт. Масачусетс или Перкин-Эльмер компании "Иден Прейри", шт. Миннесота.

Выбор источника облучения для изобретения зависит от требуемой энергии излучения и от длины волны. Уровень энергии излучения в электрон-вольт (фотон/эВ/фотон) излучения предпочтительно по меньшей мере вдвое больше энергии, необходимой для разрыва связей, удерживающих примеси на очищаемой поверхности. Энергии связей между нежелательными примесями, такими как углерод и кислород, и распространенными материалами подложки, такими как кремний, титан, германий, железо, платина и алюминий, лежат в пределах от 2 до 7 эВ/связь, как указывается в "Справочнике по химии и физике", 68-е изд. сс. F-169 - F-177 (СРС Пресс, 1987). Соответственно желательны источники излучения, излучающие фотоны с энергиями в диапазоне от 4 до 14 эв/фотон. Длина волны должна быть меньше длины волны, которая нарушает целостность поверхности подложки хорошо известным фотоэлектрическим эффектом, как указывается в книге Г.У. Кастеллана Физическая химия, 2-е изд. 458-459 (Академик Пресс, 1975). Предпочтительная длина волны зависит от удаляемых типов молекул и от резонансных состояний таких молекул. Любое устройство для генерации излучения соответствующей энергии, известное из литературы, может быть использовано в изобретении, включая мощные лампы и лазеры. В зависимости от применения ожидается, что световая энергия из таких источников находится в области от глубокого ультрафиолета до инфракрасного света с соответствующими длинами волн 193 - 3000 нм соответственно. Длины волн и энергии фотонов ряда лазеров, которые могут быть использованы в изобретении, перечислены в табл. 1.

Эти лазеры подробнее описаны в следующих источниках: М.Дж. Уэббер, под ред. , Справочник по теории лазеров компании СРС, тт. 1-5 (1982-1987); Мицус Мазда, Лазерные красители (Академик Пресс, 1984) и литература по выпускаемым лазерам, издаваемая фирмой "Ламбда Физик", 289 Грей-роуд, Актон, шт. Массачусетс; фирмой "Кохирент, инк", 3210 Портердрайв, Пало-Альто, шт., Калифорния, и фирмой "Спектр-физикс", 1250 Вест-Миддулфилд-роуд, Маунтин-Вью, шт. Калифорния. Следует иметь в виду, что в качестве соответствующих источников излучения могут использоваться мощные лазеры на ксеноновых или ртутных лампах или других типов, включая лазеры видимого диапазона, ультрафиолетовые, инфракрасные, рентгеновские лазеры или лазеры на свободных электронах.

В соответствии с изобретением облучение, направленное на обрабатываемую поверхность подложки, с которой удаляются загрязнения, имеет плотность энергии меньшую, чем необходимая для изменения молекулярной кристаллической структуры поверхности. Плотность энергии излучения и длительность облучения предпочтительно выбирать такими, чтобы передавать на поверхность подложки количество энергии, значительно меньшее энергии, необходимой для изменения структуры поверхности подложки. Предпочтительный уровень энергии зависит от состава обрабатываемой подложки. Например, для некоторых материалов подложки, таких как пластмасса, этот уровень энергии намного ниже, чем для других материалов, таких как высокопрочные углеродные стали. Теплоты формирования для различных материалов широко известны и указываются в Справочнике по химии и физике, 68-е изд., с. 33-42 (СРС Пресс, 1987). Под теплотой формирования обычно понимают количество тепла, необходимое для разрушения различных материалов, ее можно использовать в качестве критерия выбора энергии облучения и длительности облучения, при которых молекулярная кристаллическая структура обрабатываемой поверхности не изменяется. Теплоты образования ряда распространенных материалов подложки приведены в табл. 2.

Плотность энергии излучения и длительность облучения, используемые в изобретении, таковы, чтобы на обрабатываемой поверхности подложки теплота формирования не достигалась. Нахождение максимальной энергии, которая может быть использована для данного материала подложки, однако, требует некоторого экспериментирования при известной теплоте формирования материала. Такие эксперименты позволяют не допускать отжиг, абляцию и расплавление.

Когда поверхность подложки облучается так, как описано выше, связи и/или силы, удерживающие ненужные поверхностные примеси на поверхности подложки, разрываются, и инертный газ-носитель уносит примеси с поверхности подложки во время лазерного облучения. Пока очищенная подложка находится в среде инертного газа, на поверхности подложки новые примеси не будут образовываться. При необходимости к выходному отверстию 25 кожуха может быть подсоединена соответствующая система улавливания, предназначенная для улавливания и нейтрализации удаленного материала примеси.

Обработка плоских поверхностей
Плоскую обрабатываемую подложку в соответствии с изобретением можно избирательно облучить лазерным излучением. Как показано на фиг. 2, например, подложку 12 крепят на двухкоординатном столе 13, который можно избирательно перемещать относительно неподвижного луча лазерных импульсов 11, которые генерируются лазером 14, которые направляются через расщепитель луча 24 и фокусирующую линзу 28, после чего он контактирует с выбранными участками поверхности подложки 12, над которой течет инертный газ 18.

В другом варианте, как показано на фиг. 3, лазерные импульсы 11 могут расщепляться расщепителями луча 30 и 32 на две группы импульсов, которые избирательно перемещают, изменяя положение зеркал 34 - 37 над поверхностью подложки 12 на неподвижном столе 19. Измеритель 26 мощности лазера позволяет точно контролировать мощность лазера, направляемую на подложку.

Соответствующий измеритель мощности лазера доступен от Digirad in Oriskang, New York, USA и Scientech, Inc. of Boulder Colorado, USA.

Далее, селективное облучение плоской поверхности может достигаться путем использования масок, подобных тем, которые используются в полупроводниковой промышленности, расположенных между источником излучения и обрабатываемой подложкой. Как представлено на фиг. 4, маска 9 делает возможным селективное облучение подложки 12, укрепленной на фиксированном столе 19, путем ограниченного доступа излучения 11 к подложке 12 через проходы маски 9. Как представлено в деталях на фиг. 1, камера 15 включает реакционную ячейку для образца, соединенную с входом и выходом газа на противоположных сторонах 23 и 25 соответственно, и герметизированное окно из оптического кварца 17, через которое может пройти излучение.

Ожидается, что мощные лампы могут также быть использованы для облучения плоских поверхностей в расположениях, подобных тем, которые описаны на фиг. 2 - 4.

Устройства, описанные на фиг. 2 - 4, не дают возможности обрабатывать поверхности подложек плоскости, которые расположены параллельно или под углом, такие как противоположные внутренние стенки трубы или прилегающие стенки кубической камеры соответственно, занимают несовмещающиеся плоскости. Такие устройства строго ограничены исключительно плоскими подложками. Устройства на фиг. 5 - 26 могут эффективно обрабатывать поверхности, занимающие несовмещающиеся плоскости либо одновременно, либо одну за другой, как обсуждается более полно ниже.

Фиг. 5 представляет схематически устройство 80 для удаления загрязнений с удлиненных закрытых проходов, таких как трубы 71. Излучение от источника излучения 14 проводится через проводник излучения 50, который является оптическим волноводом, таким как пучок оптических волокон или световод, в то время как газ, инертный по отношению к поверхности обрабатываемой подложки, проводится от источника газа 16 к обрабатываемой поверхности через газопровод 51. проводник излучения 50 и газопровод 51 соединяются в концевой кабельной головке 52 или перед ней, где они могут быть "связаны" в единый кабель 52. Концевая кабельная головка 53, соединенная с концом кабеля 52, содержит проходы для излучения 54 (которые могут быть одним или более оптическими волокнами) и проходы для газа 55. Различные расположения концевой кабельной головки 53 иллюстрированы в поперечном сечении на фиг. 6 - 11.

Геометрическую форму и расположение проходов для излучения 54 и газа 55 на конце кабельной головки 53 можно выбирать, исходя из интенсивности и распределения излучения и/или турбулентности газа, требуемых для конкретных приложений (т. е. удлиненные закрытые проходы или более протяженные плоские поверхности). Например, фиг. 6 и 7 описывают расположения, которые модифицированы для увеличения экспозиции для излучения и турбулентности газа соответственно. Далее, фиг. 6 - 9 предусматривают геометрию, которая подает неодинаковые количества газа и/или излучения, когда они повторно проходят нормально над поверхностью. В противоположность этому одинаковое распределение газа и излучения предусматривается на фиг. 10 и 11, когда они направлены нормально к поверхности. Альтернативно фиг. 8 и 9 предусматривают относительно однородное распределение газа и излучения, когда приложены к поверхностям, в целом, параллельно оси концевой кабельной головки 53, как обсуждается более подробно ниже. Хотя контроль газа и излучения усиливается при использовании концевой кабельной головки 53, ожидается, что в некоторых применениях этот элемент может быть совершенно устранен, давая возможность газу и излучению просто распространяться непосредственно из выходов газопровода 51 и проводника излучения 50.

В дополнение к обеспечению множества проходов излучения 54 и газа 55 концевая кабельная головка 53 предусматривает устройство для селективного направления излучения и газа к обрабатываемой поверхности подложки 70. Такое селективное направление является необходимым тогда, когда устройство 80 используется для чистки узких проходов, таких как трубы 71, как представлено на фиг. 12 и 13, где ось концевой кабельной головки должна быть, в целом, параллельной обрабатываемой поверхности 70.

Как представлено на фиг. 15, проходы для излучения 54 и для газа 55 расширяются наружу от центральной линии концевой кабельной головки 53, из-за чего как излучение, так и газ направляются к внутренним стенкам прохода, подлежащего чистке. Угол расширения относительно центральной линии концевой кабельной головки 53 может изменяться от всего нескольких градусов до более чем 90^o, как показано на фиг. 15 и соответственно. Расположение концевой кабельной головки 55 зависит от применения по отношению к объемной скорости газа и к требованиям доставки фотонов для удаления загрязнений. Более конкретно, концевая кабельная головка 53 направляет излучение с соответствующей плотностью под соответствующим углом падения на конкретные загрязнения и подложку, в то время как поддерживается непрерывный поток инертного газа через часть подложки, которую облучают.

При работе устройства 80 кабель 52 и концевая кабельная головка 53 могут перемещаться в удлиненном закрытом проходе 71 либо вперед, либо в обратном направлении, как представлено на фиг. 12 и 13 соответственно. При движении вперед, как обозначено с помощью стрелки 60 на фиг. 12, концевая кабельная головка 53 может быть расположена так, как представлено на фиг. 15. Проходы для излучения 54 и для газа 53 могут быть расположены во внутреннем и в наружном проходах соответственно концевой кабельной головки 53. Таким образом, облучение поверхности подложки 70 энергией, подводимой через проход для излучения 54, происходит в направлении, противоположном направлению потока газа, выходящего из разрядного конца прохода для газа 55, и любые сорванные с места загрязнения непрерывно должны выноситься впереди кабельной головки 53 с помощью выходящего газа при движении концевой кабельной головки вперед.

Альтернативно, концевая кабельная головка 53 может двигаться назад или в обратном направлении, обозначенном стрелкой 61 на фиг. 13. Двигаясь назад, концевая кабельная головка 53' может быть расположена так, как представлено на фиг. 16. Проходы для излучения 54 и для газа 55 могут быть расположены во внутренних и наружных проходах концевой кабельной головки 53'. Газ, выходящий из прохода для газа 55, течет назад вдоль кабеля 52 в кольцевом зазоре между кабелем и трубой 71. Таким образом, часть поверхности подложки 70 облучается энергией, проводимой через проход для излучения 54, находится в атмосфере газа, и любые сорванные с места загрязнения должны напрерывно выноситься вместе с газом в направлении движения концевой кабельной головки 53', когда концевая кабельная головка движется назад вдоль трубы. Для предотвращения прохождения газа, содержащего загрязнения, в часть трубы, которая уже обработана, на конце трубы, ближайшем к первой обработанной части, может быть помещена крышка. Альтернативно, крышка 53а', как представлено на фиг. 16, может быть укреплена на конце кабельной головки 53'. Эта крышка имеет внешний диаметр, ненамного меньший, чем внутренний диаметр трубы 71, так что кольцевая область потока между крышкой и трубой является намного меньшей, чем кольцевая область потока между трубой 71 и кабелем 52 или кольцевой кабельной головкой 53'. Газ, таким образом, должен течь от крышки 56a' по направлению кабеля 52.

Как в расположении от движения вперед, так и в расположении для движения назад постоянная объемная скорость потока инертного газа является достаточной для продвижения загрязнений от обрабатываемого участка поверхности. Этот поток газа может также служить в качестве средства для центрирования концевой кабельной головки 53 внутри удлиненных закрытых проходов, которые подлежат очистке. Как представлено на фиг. 14 - 16, проход для газа 55 может быть расположен в виде кольца, направленного наружу от центральной линии кабеля 52. Когда прикладывается достаточное давление газа, однородный, направленный наружу газ из прохода для газа 55 может центрировать концевую кабельную головку 53 внутри удлиненного, закрытого прохода.

Альтернативно, гибкая пористая поддерживающая структура 56, состоящая из стабильного и не теряющего частицы материала, может быть размещена вокруг концевой кабельной головки 53 для целевой центровки, как представлено на фиг. 17, а, б. Для предотвращения загрязнения очищенных поверхностей поддерживающая структура 56 не должна никогда соприкасаться с обрабатываемыми поверхностями, движется ли концевая кабельная головка в прямом (стрелка 60) или в обратном (стрелка 61) направлениях. Таким образом, поддерживающая структура 56 должна проходить над поверхностью подложки перед обработкой излучения. Для такого применения структура должна быть достаточно пористой, чтобы давать возможность газу и сорванным с мест загрязнениям протекать сквозь нее, когда концевая кабельная головка 53 проходит закрытый проход. В конкретном исполнении с движением вперед, представленном на фиг. 17, а, проходы для газа 55 и для излучения 54 (не показаны) могут выходить скорее из боковых сторон кольцевой кабельной головки 53, чем из ее торцевой стороны, как представлено на фиг. 14 и 15, чтобы дать возможность установки поддерживающей структуры 56 против течения газа и загрязнения.

Там, где внутренняя часть удлиненного закрытого прохода сделана из достаточно сильно отражающего материала, как основная отожженная нержавеющая сталь 316, моющая лампа или проводник излучения 50 с оптическим диффузором, укрепленным на его конце, могут просто испускать излучение 11 на входе в проход и давать возможность полученному в результате излучению 11 путем отражений проходить внутреннее пространство 70', как показано на фиг. 18. Внутренняя поверхность 70' удлиненного прохода 71' является достаточно хорошо отражающей для того, чтобы давать возможность излучению 11 проходить внутреннее пространство без продвижения источника излучения. Поток инертного газа 18, доставляемый к входу в проход 71 с помощью устройств, известных из литературы, обеспечивает движение частиц вдоль потока, если они сорваны с мест на поверхности подложки 70'. В дополнение, рефлектор 58, который может также быть изготовлен из нержавеющей стали 316, укрепляют по периметру входа в проход 71' для предотвращения обратного потока излучения и газа.

Ожидается также, что скорее жидкость, чем газ может служить в качестве инертной среды для выноса загрязнений, сорванных с мест при облучении, из узких, удлиненных проходов. Такая модификация была бы, в частности, полезной при удалении бляшек с внутренних стенок кровеносных сосудов. В таком применении приложенное излучение может характеризоваться плотностью энергии и длительностью, имеющими значения между теми, что требуются для освобождения поверхностных загрязнений с обрабатываемых поверхностей, и теми, что могут повредить или нанести травму композиции структуры сосуда.

Как и для удлиненных закрытых проходов, устройство 80 или, более конкретно, кабель 52 и концевая кабельная головка могут использоваться для очистки более протяженных внутренних поверхностей, таких как рабочие камеры. В таких случаях концевая кабельная головка 53 может быть расположена снаружи раструба, так что излучение и инертный газ направляются прямо от конца кабеля вдоль его оси. Ручной или роботизированный контроль может быть использован для управления узлом, когда он очищает такие поверхности.

На фиг. 19, например, камера 15''содержит газовый вход, размещенный в проходе для газа 55 концевой кабельной головки 53, и выход для газа. Внутри камеры манипулятор 81, прикрепленный к основанию 83, обеспечивает возможность для продвижения концевой кабельной головки 53 по внутренним стенкам камеры, определяемым в качестве обрабатываемой поверхности подложки 70. Манипулятор может поворачиваться на полных 360^o, и основание 83 может двигаться вверх и вниз, как отмечено стрелкой 62, обеспечивая полный доступ к внутренней поверхности камеры. Когда излучение и газ подаются к обрабатываемой поверхности подложки 70 посредством проходов 54 и 55 и концевой кабельной головки 53, загрязнения срываются со своих мест на поверхности и выносятся к выходу 25 посредством силы тяжести.

Альтернативно, фиг. 20 иллюстрирует расположение очистки камеры, отличающееся тем, что выход газа расположен вверху камеры. Как и на фиг. 19, манипулятор 81, установленный на основании 83, обеспечивает возможность для продвижения концевой кабельной муфты 53 по внутренним стенкам камеры. В этом случае, однако, сила тяжести может быть помехой для того, чтобы сорванные со своих мест загрязнения поднимались до выхода для газа 25. Тогда предусматривается вторичный поток газа, как показано с помощью стрелки 55', для поддержания постоянной турбулентности на основании камеры 15''.

Этот вторичный поток вызывает постоянное движение газа к выходу 25, протяженное по всей глубине камеры. Соответственно, когда поверхность подложки 70 очищается от низа до верха, загрязнения уносятся с помощью восходящего потока газа, вызываемого вторичным потоком 55', и уносятся через выход 25. Ожидается, что один или более из вторичных источников газа может быть добавлен в камеру 15'' для приспособления к различным формам камер (т.е. расположение на стенках).

В дополнение к внутренним поверхностям кабель 52 и кабельная головка 53 могут быть использованы для удаления загрязнений с наружных поверхностей объектов нерегулярной формы. Например, на фиг. 21 камера 15 соединена с входами 23 и выходами 25 газа для того, чтобы дать возможность объемному потоку газа 18 пройти через камеру. Внутри камеры манипулятор 81, укрепленный на основании 82, обеспечивает возможность передвижения концевой головки кабеля 53 вокруг объекта 72, который включает обрабатываемую поверхность подложки 70. Доступ по всей поверхности 70 объекта 72 обеспечивается с помощью поворотного столика 84. Проходы 54 и 55 внутри концевой кабельной головки 53 подводят излучение и достаточный поток газа к конкретным областям поверхности, подлежащим обработке так, чтобы сорвать со своих мест загрязнения поверхности подложки 70. Оторвавшись однажды от обрабатываемой поверхности, загрязнение поступает в объемный поток газа 18 и уносится из камеры 15 через газовый выход 25. Как рассмотрено выше, этот выходящий газ может наблюдаться и контролироваться путем использования газоанализатора и/или детектора частиц для облегчения селективной установки энергии и длины волны источника излучения 14 (не показан).

Принципы, показанные на фиг. 21, в равной степени применимы к фиг. 22, отличаются тем, что объект 73 включает более плоскую обрабатываемую поверхность подложки 70.

Ожидается, что наружные поверхности объектов нерегулярной формы могут успешно обрабатываться с помощью рассмотренных выше способов без использования камеры, основываясь единственно на газе, подаваемом с помощью газопровода 51. Такое устройство может иметь форму ручного приспособления, отличающегося тем, что достаточная степень очистки оценивается скорее визуально, чем с помощью газоанализатора и/или детектора частиц.

В некоторых применениях к поверхностям нерегулярной формы может оказаться выгодным изменить устройство 80 путем отделения устройства передачи газа и излучения, например, когда удаляют загрязнения из внутреннего пространства рабочей камеры, один или более источников излучения, таких как ультрафиолетовая лампа, могут быть размещены внутри камеры с помощью опоры 85, как представлено на фиг. 23. Когда ультрафиолетовая лампа облучает внутреннее пространство камеры 70 (обрабатываемую поверхность подложки), газ может доставляться от одного или более входов 23 для выноса сорванных с мест загрязнений из камеры 15''' через выход 25. Поток газа 18 может контролироваться с помощью клапанов 22, как описано выше. Альтернативно, излучение может быть подведено во внутреннее пространство камеры 15''' через проводник излучения 50 и манипулятор 81, как представлено на фиг. 24.

Наконец, как иллюстрировано на фиг. 25 и 26, излучение может генерироваться посредством блока мощных ламп 59, которые практически заливают светом обрабатываемую поверхность подложки 70 объекта 75 с достаточным уровнем излучения для отрыва с мест загрязнений. Объект 74, который может быть бронированным транспортным средством, подставляют действию ламп 59 внутри блока "Quonset", в то время как инертный газ 18, ускоряемый вентилятором 86, протекает над поверхностью субстрата 70. Там, где геометрически защищенные поверхности могут избежать турбулентности газа, создаваемой с помощью вентилятора 86, или излучения, генерируемого блока ламп 59, одно или более устройств 80 (не показано) могут быть использованы для доступа к этим поверхностям.

Для специалистов в данной области очевидно, что в устройстве удаления ненужных поверхностных примесей в соответствии с изобретением возможны модификации и варианты. Поэтому в широком смысле изобретения не ограничивается конкретными деталями, типичными устройствами и иллюстративными примерами, показанными и описанными выше. Таким образом, весь материал, содержащийся в вышеизложенном описании или показанный на прилагаемых фиг. 1 - 26, должен пониматься как иллюстративный, а не ограничивающий.

Формула изобретения

1. Устройство для удаления поверхностных загрязнений с подложки, содержащее средство подвода газового потока для направления газа на обрабатываемую поверхность подложки, инертного по отношению к этой поверхности, средство для облучения, содержащее источник излучения, плотность и длительность которого достаточны, чтобы удалить с обрабатываемой поверхности поверхностные загрязнения, и в то же время недостаточны для того, чтобы вызвать изменения в молекулярной кристаллической структуре обрабатываемой поверхности подложки, средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки, отличающееся тем, что средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки выполнено в виде проводника излучения, один торец которого оптически связан с источником излучения, и снабжено средством регулировки второго выходного торца проводника излучения относительно обрабатываемой поверхности подложки, размещенным вдоль проводника излучения, а средство подвода газового потока выполнено с множеством выходов для газа.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде лазера.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что в качестве лазера используется импульсный эксимерный лазер на криптон-фторе.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выходной торец проводника излучения совмещен с выходом средства подвода газового потока.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что проводник излучения содержит по меньшей мере один жгут.

6. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что проводник излучения и средство подвода газа выполнены многоканальными и параллельными друг другу.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что выход первого канала средства подвода газового потока совпадает с выходным торцом проводника излучения, а выход второго канала удален от выходного торца проводника излучения.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство регулировки положения выходного торца проводника излучения выполнено в виде руки робота, снабженной средством манипуляции для перемещения в множестве разных направлений.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что средство подвода газа и проводник излучения соединен, образуя общую кабельную секцию, и их выходные торцы выполнены с возможностью направления излучения и газа в направлении, непараллельном центральной оси общей кабельной секции.

10. Устройство для удаления поверхностных загрязнений с подложки, содержащее средство подвода газового потока, включающее газопровод для подвода газа к обрабатываемой поверхности подложки, инертного по отношению к этой подложке, имеющий расположенную по центру продольную ось, средство для облучения, содержащее источник излучения, плотность и длительность которого достаточны, чтобы удалить с обрабатываемой поверхности поверхностные загрязнения, и в то же время недостаточны, чтобы вызвать изменения в молекулярной кристаллической структуре обрабатываемой поверхности подложки, и средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки, отличающееся тем, что средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки включает кабельный проводник излучения с расположенной по центру продольной осью, входной торец которого оптически связан с источником излучения, а газопровод снабжен средством для направления потока газа из выходного торца газопровода в направлении от продольной оси газопровода, а кабельный проводник излучения снабжен средством для направления излучения от его выходного торца в направлении от оси проводника.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что кабельный проводник излучения и газопровод объединены в единый кабель.

12. Устройство по п. 11, отличающееся тем, что единый кабель выполнен гибким.

13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что средство для направления потока газа и средство для направления излучения представляют собой многоканальные устройства, размещенные на выходных торцах газопровода и кабельного проводника излучения соответственно.

14. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что кабельный проводник излучения выполнен в виде оптического волновода.

15. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что кабельный проводник излучения выполнен в виде оптического волокна.

16. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что источник излучения выполнен в виде импульсного лазера.

17. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что средство для облучения снабжено средством регулировки положения выходного торца кабельного проводника излучения для обеспечения возможности обработки поверхностей подложки, ориентированных в несовпадающих плоскостях.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что средство регулировки выполнено с возможностью регулирования выходного торца газопровода для совпадения его положения с выходным торцом кабельного проводника излучения.

19. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что кабелепровод излучения и газопровод включают перепускные каналы, имеющие выходные концевые части, отогнутые назад к выходному концу части кабелепровода излучения, чтобы газопровод был радиально внутри канала излучения у его входной концевой части и радиально снаружи по отношению к кабелепроводу излучения у его выходной концевой части.

20. Устройство по п. 19, отличающееся тем, что кабелепровод излучения и газопровод содержат выпускную головку со смонтированной на ней крышкой для перекрытия газа, выступающей в радиальном направлении от выпускной головки.

21. Устройство для удаления поверхностных загрязнений с подложки, содержащее средство подвода газового потока для направления газа на обрабатываемую поверхность подложки, инертного по отношению к этой поверхности, кожух для размещения обрабатываемой детали с выходом для отработанного газа, средство для облучения, содержащее лазерный источник излучения, плотность и длительность которого достаточны, чтобы удалить с обрабатываемой поверхности загрязнения, и в то же время недостаточны для того, чтобы вызвать изменения в молекулярной кристаллической структуре обрабатываемой подложки, и средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки, отличающееся тем, что средство для направления излучения на обрабатываемую поверхность подложки выполнено в виде кабельного проводника излучения, один торец которого оптически связан с источником излучения, а второй выходной торец размещен внутри кожуха с возможностью регулировки его положения, соответствующего подводу газового потока, для обеспечения возможности обработки всех обрабатываемых поверхностей подложки объекта неправильной формы.

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что средство для направления излучения выполнено со множеством отверстий для впуска газа, расположенных в разных областях кожуха.

23. Устройство по п. 22, отличающееся тем, что средство подвода газа содержит газопровод, соединенный с кабельным проводником излучения и выполненный с общим выходным торцом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27