CN105276934B - 一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置和工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置和工艺，该装置由干燥槽、鼓风机、空气加热器、空气高效过滤器和洁净气体屏蔽静电消除器等部分组成，通过加热高效过滤的超洁净循环空气，对湿法清洗后的光学元件进行干燥，利用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，保持元件表面在干燥的过程中不吸附微粒，有效避免干燥过程中的二次污染，克服了以往装置的不足。基于此装置，开发了一套完整的光学元件清洗后的干燥工艺，经试验证明，该基于此装置的干燥工艺干燥效果好，有效防止了表面残留液体自行干燥的印迹，能够实现光学元件的超洁净清洗干燥。

Description

一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置和工艺

技术领域

本发明涉及一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置和工艺，特别涉及精密光学元件化学清洗后的超洁净干燥装置和工艺。

背景技术

高效率超洁净清洗技术是高损伤阈值激光薄膜、超低损伤激光薄膜等高精度光学元件研制的关键基础技术。基板清洗效果的优劣直接影响了后续工作成功与否。首先，基板上的残留污染物将大幅度降低基板和薄膜界面对高功率激光的承受能力；其次，在后续薄膜镀制过程中残留物容易产生诸如节瘤等薄膜缺陷，在这些缺陷处激光与薄膜的相互作用会被放大，缺陷成为损伤的诱发源和短板。通过对镀膜前基板的清洗、镀膜后薄膜的清洗，能够有效去除表面污染物，减少激光损伤的种子源和纳米吸收中心，有效降低薄膜元件的吸收损耗，提高光学元件的损伤阈值。

目前，清洗工艺主要是化学湿法清洗工艺，经过复杂的化学、物理、机械过程的清洗、漂洗，最终实现对光学元件表面各种有机、无机、金属微粒等污染物的去除，最后干燥表面，获得洁净的光学元件。常用的清洗方法有水合平面旋转法、RCA法和超声波清洗法等。水合平面旋转法通过对污染施加物理力，达到清除基板表面污染的目的，可以去除微米级的大尺寸污染颗粒，但是对于纳米级的颗粒和纳米吸收中心的去除效果较差。针对半导体行业中对硅片超洁净清洗的要求，使用最早、最广泛的是RCA清洗工艺，属于湿法化学清洗中的一种。

当用水作溶剂时, 干燥便成了一个问题，因为元件表面、元件夹持装置都会残留有水，不适当的干燥方法将会在光学元件表面留下水迹，在后续元件表面镀膜过程中，元件表面残留的水对镀膜质量有至关重要的影响，因此既要对清洗后的元件进行干燥，也要避免在干燥过程中对清洗过程引起的二次污染。例如英国Balston公司就是将干燥的压缩空气经过滤器使元件表面干燥的。也有主张由水直接进行干燥, 如用真空干燥或加热至150℃以上干燥。也可在热空气中吹风或分析纯酒精中干燥。英国国立物理实验室通常用洁净的棉布、羊毛缓冲器在分析纯酒精中干燥光学元件表面。干燥过程持续到出现“呵气图”为止。通过“呵气图”的测试可检测出极轻微的污染物。

现在清洗工艺的研究焦点往往聚焦在清洗效率和各种尺寸、不同性质的污染物的去除上，对最终直接决定清洗后元件表面最终洁净度的干燥工序研究不够。通常情况下，往往是用吸收体纤维擦拭或以空气、氮气喷气液喷射去水。其他如冷冻干燥，或者采用慢提拉后自然干燥的手段。但是冷冻干燥需要使用化学试剂，对耐腐蚀性差或者化学敏感的材料不适用。慢提拉后自然干燥的方法虽然对所有能够化学湿法清洗的材料都适用，而且工艺简单易操作，但最大的问题一是表面容易残留水汽，会增大薄膜的吸收，二是自然干燥时间长，在干燥过程中表面会产生表面静电吸附空气中的污染物，增加了二次污染的几率。

还有在传统清洗的最后将清洗液体用液态二氧化碳置换，然后进行超流体清洗和超临界干燥，但此类方法都需要低温冷凝，对光学元件的温度冲击大，无法使用在大尺寸光学元件或对温度敏感的光学元件的清洗干燥工艺中。

风刀干燥是另一种使用非常广泛的干燥技术，特别是在大面积玻璃领域，其原理为压缩空气经过狭缝喷嘴吹到玻璃表面上, 产生出像刀刃一样的气流, 可以将水膜分离开, 并立即雾化, 水分与空气一起排出。这种方法的优点是可以快速去除水膜,能保持玻璃处于低温状态，但最大缺点是对元件的干燥程度不够。

针对以上问题，基于热风干燥方法，设计了一种光学元件湿法化学清洗后的光学元件干燥装置，并基于此装置开发了一套干燥工艺。热风干燥的原理是, 热空气具有较高的吸收水分的能力，过滤后的热空气吹过洁净的湿玻璃, 使水膜气化并将水蒸气带走。热风干燥技术在工业上有着非常广泛的应用，但是在光学元件清洗后的干燥过程中对干燥空气的洁净度、干燥热风的温度、速度有较高的要求。本装置通过合理选择空气高效过滤器对循环热风进行高效过滤，特别是在装置上设置了洁净气体屏蔽静电消除器，利用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，防止光学元件在热风干燥和冷却过程中，由于表面产生静电而吸附微粒，有效避免了光学元件的二次污染。

发明内容

本发明的目的是解决现有光学元件化学水基溶剂清洗工艺中的超洁净干燥问题，提供一种高效、洁净的光学元件化学湿法清洗后的干燥装置和工艺。

本发明提出的一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置，由干燥槽、鼓风机、空气加热器、空气高效过滤器和洁净气体屏蔽静电消除器组成，其中：干燥槽内设置洁净气体屏蔽静电消除器，干燥槽的循环空气出口对准鼓风机的循环空气进口，鼓风机的循环空气出口对准空气加热器的循环空气进口，空气加热器的循环空气出口对准干燥槽的循环空气进口，构成空气循环回路；鼓风机、空气加热器和洁净气体屏蔽静电消除器分别连接控制器；干燥槽上设有可开闭的盖子；通过加热空气循环回路上经过超过滤的洁净空气，对湿法清洗工艺中脱水后的光学元件进行干燥，利用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，保持元件表面在干燥的过程中不吸附微粒，避免干燥过程的二次污染；控制循环空气温度为室温～65℃，调节精度0.2℃,循环空气出口风速为3m/s～35m/s。

本发明提出的一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置的干燥工艺，具体步骤如下：

（１）盖上干燥装置的盖子，启动空气加热器、鼓风机和洁净气体屏蔽静电消除器，调节循环空气加热温度为35℃～45℃，预加热干燥装置和循环空气各3～10分钟，使空气循环回路中空气为热空气；

（２）关闭鼓风机，打开干燥装置的盖子，将已经过湿法化学清洗的光学样品从漂洗槽中取出后，慢慢放入干燥装置的干燥槽中；

（３）盖上干燥槽的盖子，启动鼓风机，调节循环气体流量，使步骤（１）所得的循环热空气的风速为8～15m/s，保持热风循环干燥3分钟；

（４）调节循环空气温度至40℃～50℃，调节循环气体流量，使循环热空气的风速为22～28m/s，保持热风循环干燥5分钟；

（５）关闭鼓风机和空气加热器，结束热风循环，使干燥装置内的光学元件自然冷却至室温；

（６）打开干燥槽盖子，取出光学元件样品架，将装有光学元件的样品架转移到小车上；

（７）关闭洁净气体屏蔽静电消除器；

（８）干燥过程结束。

本发明中，干燥开始前打开洁净气体屏蔽静电消除器，取出样品后再关闭洁净气体屏蔽静电消除器。

本发明的有益效果在于：本发明公开了一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置，由干燥槽、鼓风机、空气加热器、空气高效过滤器和洁净气体屏蔽静电消除器等部分组成，克服了以往装置的不足，通过高效过滤的洁净循环热风对清洗后的光学元件进行干燥，其特征在于通过加热超过滤的洁净空气，对湿法清洗工艺中脱水后的光学元件进行干燥，利用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，保持元件表面在干燥的过程中不吸附微粒，避免干燥过程的二次污染。本发肯采用“热风循环过滤技术”，有效控制进入干燥槽的热风温度，利用循环热风不但节能降耗，而且热风经过循环过滤，洁净度不断提高；采用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除在干燥过程中光学元件表面的静电。

附图说明

图1（a）和（b）光学元件化学湿法清洗后的干燥装置的结构框图和布局示意图。

图2干燥过程中的洁净气体屏蔽静电清除器产生离子，消除光学元件表面静电原理示意图。

图3 （a）、（b）、（c）基于此装置的光学元件化学湿法清洗后的干燥过程图

图4 （a）和（b）利用本发明的干燥方法干燥后的光学元件表面。

图中标号：1是干燥槽、2是鼓风机、3是空气加热器、4是空气高效过滤器、5是洁净气体屏蔽静电消除器、6是盖子、７是清洗工件。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明作详细说明。

实施例1：

如图1所示，是循环过滤热风干燥装置示意图，由干燥槽1、鼓风机2、空气加热器3、空气高效过滤器4、洁净气体屏蔽静电消除器5和盖子6部分组成。干燥槽为不锈钢结构，外敷隔热层，槽体为梯形结构，长800mm，宽350mm，短边深750mm，长边深850mm。循环空气温度可在室温～65℃之间调节，调节精度0.2℃，循环空气出口风速可在3m/s～35m/s之间调节。采用“热风循环过滤技术”，有效控制进入干燥槽的热风温度，利用循环热风不但节能降耗，而且热风经过循环过滤，洁净度不断提高；在干燥槽中加装的洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，保持元件表面在干燥过程中不吸附微粒，避免干燥过程中的二次污染。该干燥装置既可以作为单独装置使用，也可以配合其他清洗机使用。

如图2所示，干燥过程中的洁净气体屏蔽静电清除器产生离子，消除光学元件表面静电原理示意图。在干燥槽中安装有两根超高速清洁气体屏蔽静电清除器，光学元件放置在干燥槽中央，通过在干燥热风中释放大量气体离子，可在近距离到远距离范围内实现高速静电消除。

如图3（a）、（b）、（c）所示，此装置的光学元件化学湿法清洗后的干燥过程示意图，图3（a）所示是工件放入干燥槽中，图3（b）所示是光学元件在干燥槽中进行干燥，图3（c）所示是干燥结束后，取出光学元件。

实施例２：

一个尺寸为400mm×400mm×50mm的K9玻璃光学元件，经过化学溶液超声波清洗、漂洗后，进行最后的干燥工序。干燥步骤如下：

（1）盖上干燥槽盖子，启动空气加热器、鼓风机、洁净气体屏蔽静电消除器，调节空气加热温度为35℃～45℃，预加热干燥装置和循环空气3～10分钟；

（2）关闭鼓风机，打开干燥装置盖子，将已经过湿法化学清洗的光学样品从漂洗槽中取出后，慢慢放入干燥装置的干燥槽中；

（3）盖上干燥槽的盖子，启动鼓风机，调节气体流量，使循环热空气的风速为8～15m/s，保持热风循环干燥3分钟；

（4）调节循环空气温度至40℃～50℃，调节气体流量，使循环热空气的风速为22～28m/s，保持热风循环干燥5分钟；

（5）关闭鼓风机、空气加热器，结束热风循环，使干燥装置内的光学元件自然冷却至室温；

（6）打开干燥槽盖子，取出光学元件样品架，将装有光学元件的样品架放在转移小车上；

（7）关闭洁净气体屏蔽静电消除器；

（8）干燥过程结束。

干燥效果：

参阅图4，用Normaski显微镜观察干燥后的熔融石英光学元件表面，观察不到残留水滴和水迹；检测表面，未在表面发现吸附的微粒，表面未被二次污染。表明此装置和工艺可以有效对化学湿法清洗后的光学元件进行干燥，且避免了在干燥过程中的二次污染。

上述的对实施例的描述是为说明本发明的技术思想和特点，目的在于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种光学元件化学湿法清洗后的干燥装置，由干燥槽、鼓风机、空气加热器、空气高效过滤器和洁净气体屏蔽静电消除器组成，其特征在于：干燥槽内设置洁净气体屏蔽静电消除器，洁净气体屏蔽静电消除器为两个，分别设置在光学元件的前后两面，干燥槽的循环空气出口对准鼓风机的循环空气进口，鼓风机的循环空气出口对准空气加热器的循环空气进口，空气加热器的循环空气出口对准空气高效过滤器的循环空气进口，空气高效过滤器的循环空气出口对准干燥槽的循环空气进口，构成空气循环回路，干燥槽的循环空气进口和循环空气出口设置在光学元件的左右两侧；鼓风机、空气加热器和洁净气体屏蔽静电消除器分别连接控制器；干燥槽上设有可开闭的盖子；通过加热空气循环回路上经过超过滤的洁净空气，对湿法清洗工艺中脱水后的光学元件进行干燥，利用洁净气体屏蔽静电消除器产生的离子消除元件表面静电，保持元件表面在干燥的过程中不吸附微粒，避免干燥过程的二次污染；控制循环空气温度为室温～65℃，调节精度0.2℃,循环空气出口风速为3m/s～35m/s。

2.一种实现如权利要求1所述的光学元件化学湿法清洗后的干燥装置的干燥工艺，其特征在于具体步骤如下：

（1）盖上干燥装置的盖子，启动空气加热器、鼓风机和洁净气体屏蔽静电消除器，调节循环空气加热温度为35℃～45℃，预加热干燥装置和循环空气各3～10分钟，使空气循环回路中空气为热空气；

（２）关闭鼓风机，打开干燥装置的盖子，将已经过湿法化学清洗的光学样品从漂洗槽中取出后，慢慢放入干燥装置的干燥槽中；

（３）盖上干燥槽的盖子，启动鼓风机，调节循环气体流量，使步骤（1）所得的循环热空气的风速为8～15m/s，保持热风循环干燥3分钟；

（４）调节循环空气温度至40℃～50℃，调节循环气体流量，使循环热空气的风速为22～28m/s，保持热风循环干燥5分钟；

（５）关闭鼓风机和空气加热器，结束热风循环，使干燥装置内的光学元件自然冷却至室温；

（６）打开干燥槽盖子，取出光学元件样品架，将装有光学元件的样品架转移到小车上；

（７）关闭洁净气体屏蔽静电消除器；

（８）干燥过程结束。