CN109675869B - 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法 - Google Patents

激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109675869B
CN109675869B CN201811639966.4A CN201811639966A CN109675869B CN 109675869 B CN109675869 B CN 109675869B CN 201811639966 A CN201811639966 A CN 201811639966A CN 109675869 B CN109675869 B CN 109675869B
Authority
CN
China
Prior art keywords
cleaned
substrate
removal area
laser plasma
rolling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811639966.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109675869A (zh
Inventor
韩敬华
罗菊
姜越
冯国英
于慧波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sichuan University
Original Assignee
Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sichuan University filed Critical Sichuan University
Priority to CN201811639966.4A priority Critical patent/CN109675869B/zh
Publication of CN109675869A publication Critical patent/CN109675869A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109675869B publication Critical patent/CN109675869B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02098—Cleaning only involving lasers, e.g. laser ablation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明涉及激光技术。本发明的目的是要进一步提高等离子冲击波式激光清洗方法的去除率，提供一种激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其技术方案可概括为：欲使用等离子冲击波式激光清洗方法清洗待清洗基底，首先确定单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的距离及单束激光的激光能量，然后获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域，最后在扫描清洗待清洗基底时，针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次。本发明的有益效果是：有效提高去除率，适用于等离子冲击波式激光清洗方法清洗待清洗基底。

Description

激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法
技术领域
本发明涉及激光技术，特别涉及激光清洗的技术。
背景技术
近些年来科技的迅速发展，精密仪器种类也逐渐增多，如几何量精密仪器、热工量精密仪器及机械量精密仪器等，这些精密仪器被工厂和科研机构广泛使用。除此之外，人们对于芯片的耐久度以及可靠性也有越来越高的要求，特别是用于辅助高铁等交通网络稳定运转的芯片若出现问题，将造成无法估量的损失，而芯片表面残留的微纳米级颗粒状污染物会对芯片的可靠性及耐久度有着极恶劣的影响。因此，精密仪器及高集成度芯片表面的微纳米级颗粒污染物的清洗问题也变得越发引人关注。但是由于精密仪器及芯片自身高精度和高自动化程度的要求和特点，对于其的清洗方法也有着很高的标准，更好的清洗方法也成为了难度较大且亟待解决的问题。
通常，精密仪器及芯片表面粘有亚微米级的污染颗粒时，这些颗粒往往粘得很紧，常规的清洗方法不能将其去除，而用激光辐射工件(精密仪器中的工件或芯片)表面进行清洗的方法可以去除亚微米级的颗粒。
但是传统的激光清洗方法如干式激光清洗法(dry laser cleaning)、湿式激光清洗法(stream/wet laser cleaning)、基质激光清洗法(matrix laser cleaning)对微纳颗粒去除时，有效率低及易损伤基底等缺点，已无法满足人们的需求，等离子冲击波(LPSC)作为一种新型的清洗方法，具有冲击压强较大，激发光谱有利于微纳颗粒吸收的优势，特别是其采用非接触式清洗，对精密工件或其精细部位清洗十分安全，可在清洗后仍然保持较高的精度，所以等离子冲击波式激光清洗方法在激光清洗中独具优势，吸引了很多学者对其在实验和理论上进行大量研究。
然而尽管等离子冲击波式激光清洗方法采用的非接触式清洗方式相比于传统的激光清洗方法有很大优势，但是该方法仍然有很大缺陷，我们通过实验发现，LPSC清洗法清洗过的区域仍然有一些微纳颗粒污染物的残留，以激光等离子体作用点为圆心，则其去除区域可根据其颗粒去除的作用机理不同(主要作用机理，并非为唯一的作用机理)划分为不同的区域，分别为弹跳去除区域、滚动去除区域及滑动去除区域，其中，以激光等离子体作用点为圆心，整个清洗区域为一个圆，则弹跳去除区域为最靠近圆心的一个区域，其次是滚动去除区域，最外围是滑动去除区域，这里，弹跳去除区域及滑动去除区域的去除效果较差，因此会造成清洗过的区域仍然有一些微纳颗粒污染物残留，上述具体的分析可参见“Regional effects and mechanisms of nanoparticle removal from Si substrate bylaser plasma shock waves”，Qiongqiong Gu、Guoying Feng、Guorui Zhou、Jinghua Han、Ju Luo、Jinliang Men、Yue Jiang著，《Applied surface science》，Vol.457，第604-615页。
发明内容
本发明的目的是要进一步提高等离子冲击波式激光清洗方法的去除率，提供了一种激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，欲使用等离子冲击波式激光清洗方法清洗待清洗基底，包括以下步骤：
步骤1、确定单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的距离及单束激光的激光能量；
步骤2、获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域；
步骤3、在扫描清洗待清洗基底时，针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次。
具体的，为方便操作简化计算，步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法可以为：预先在待清洗基底上选择一点进行实验清洗，通过实验观测获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域。
进一步的，为精确获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域，从而使步骤3中扫描清洗待清洗基底时减少单束激光等离子体的数量，则步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法可以为：确定待清洗基底上各微纳颗粒的种类及大小，进而确定其各自的泊松比及杨氏模量，并确认最大微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙，以及最大微纳颗粒的等效半径及形变参量，计算出待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量，确定激光等离子体作用到基底的距离及冲击波波前传输压力，确定待清洗基底与微纳颗粒之间的Hamaker常数，计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域。
具体的，为提供一种计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的方法，则所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的方法可以为：计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径，当弹跳去除区域外径大于滚动去除区域内径时，取弹跳去除区域外径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域，否则取滚动去除区域内径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域。
再进一步的，为提供一种计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径的方法，则所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径的方法优选为：设待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量为E*，形变参量为n，微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙为z，最大微纳颗粒的等效半径为r，激光等离子体作用到基底的距离为d，冲击波波前传输压力为P，Hamaker常数为G，弹跳去除区域外径为S1，滚动去除区域内径为S2，滚动去除区域外径为S3，则有：
Figure BDA0001930941470000031
Figure BDA0001930941470000032
Figure BDA0001930941470000033
其中，
Figure BDA0001930941470000034
具体的，为节省步骤3中扫描清洗待清洗基底时减少单束激光脉冲的数量，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体可以为：将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的2倍最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
再进一步的，为进一步提高去除率，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体可以为：将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
具体的，为进一步提高去除率，消除行与行之间或列与列之间可能会存在未清洗到的区域，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体可以为：设实际的滚动去除区域内径为S4，设滚动去除区域外径为S3；
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于S3-S4，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于
Figure BDA0001930941470000041
其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点；
或，
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于
Figure BDA0001930941470000042
令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于S3-S4，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
再进一步的，为避免所划分的行与行之间或列与列之间的微纳颗粒滚动去除时的互相污染，则在划分行或列时，从待清洗基底的边沿开始按顺序划分行或列，并在清洗时，按照行或列的顺序进行清洗。
本发明的有益效果是，在本发明方案中，通过上述激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，可以提高等离子冲击波式激光等离子体清洗方法的去除率。
具体实施方式
下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明所述激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，欲使用等离子冲击波式激光等离子体清洗方法清洗待清洗基底，包括以下步骤：
步骤1、确定单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的距离及单束激光等离子体的激光能量；
步骤2、获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域；
步骤3、在扫描清洗待清洗基底时，针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次。
为方便操作简化计算，步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法可以为：预先在待清洗基底上选择一点进行实验清洗，通过实验观测获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域。
为精确获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域，从而使步骤3中扫描清洗待清洗基底时减少单束激光等离子体的数量，则步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法可以为：确定待清洗基底上各微纳颗粒的种类及大小，进而确定其各自的泊松比及杨氏模量，并确认最大微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙，以及最大微纳颗粒的等效半径及形变参量，计算出待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量，确定激光等离子体作用到基底的距离及冲击波波前传输压力，确定待清洗基底与微纳颗粒之间的Hamaker常数，计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域。
为提供一种计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的方法，则所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的方法可以为：计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径，当弹跳去除区域外径大于滚动去除区域内径时，取弹跳去除区域外径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域，否则取滚动去除区域内径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域。
为提供一种计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径的方法，则所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径的方法可以为：设待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量为E*，形变参量为n，微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙为z，最大微纳颗粒的等效半径为r，激光等离子体作用到基底的距离为d，冲击波波前传输压力为P，Hamaker常数为G，弹跳去除区域外径为S1，滚动去除区域内径为S2，滚动去除区域外径为S3，则有：
Figure BDA0001930941470000051
Figure BDA0001930941470000052
Figure BDA0001930941470000061
其中，
Figure BDA0001930941470000062
为节省步骤3中扫描清洗待清洗基底时减少单束激光等离子体的数量，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体可以为：将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的2倍最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
为进一步提高去除率，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体优选为：将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
为进一步提高去除率，消除行与行之间或列与列之间可能会存在未清洗到的区域(因为滚动去除区域相当于圆环型，采用上述方法有可能造成行与行或列与列之间并排的圆环之间存在缝隙)，则步骤3中，所述针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次，具体可以为：设实际的滚动去除区域内径为S4，设滚动去除区域外径为S3；
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于S3-S4，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于
Figure BDA0001930941470000063
其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点；
或，
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于
Figure BDA0001930941470000071
令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于S3-S4，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
为避免所划分的行与行之间或列与列之间的微纳颗粒滚动去除时的互相污染，则可在划分行或列时，从待清洗基底的边沿开始按顺序划分行或列，并在清洗时，按照行或列的顺序进行清洗。
这里，上述公式的推导依据如下：
参见“Regional effects and mechanisms of nanoparticle removal from Sisubstrate by laser plasma shock waves”，Qiongqiong Gu、Guoying Feng、GuoruiZhou、Jinghua Han、Ju Luo、Jinliang Men、Yue Jiang著，《Applied surface science》，Vol.457，第604-615页，可知：
1、计算弹跳去除区域外径，当P·sinθ<Fp/πa2时，微纳颗粒弹跳，且有：
Figure BDA0001930941470000072
Figure BDA0001930941470000073
Figure BDA0001930941470000074
Figure BDA0001930941470000075
Figure BDA0001930941470000076
Figure BDA0001930941470000077
其中，Fp为微纳颗粒受到的弹力，r为微纳颗粒的半径，Lp(t)为微纳颗粒的形变量，Lp(2)为微纳颗粒中间形变时的形变量(因此该
Figure BDA0001930941470000078
而不是所引用文件中的Lp＝n·r)，B为微纳颗粒中心点到激光等离子体发出点的距离，S为微纳颗粒中心点到激光等离子体发出点的水平距离，θ为激光等离子体发出点到微纳颗粒中心点的直线与待清洗基底间的夹角，a为微纳颗粒与待清洗基底接触区域的半径。
则当P·sinθ＝Fp/πa2时计算得到的S即为弹跳去除区域外径S1，将已知代入P·sinθ＝Fp/πa2，得：
Figure BDA0001930941470000081
设
Figure BDA0001930941470000082
则有：
m2d2+m2S2＝d
Figure BDA0001930941470000083
此时的S即为S1，将m代入S中，得到：
Figure BDA0001930941470000084
2、计算滚动去除区域内径，设Mc为清洁力矩，Mr1为弹出滚动时的阻力矩，Fx和Fy分别为激光等离子体产生冲击波给予微纳颗粒的动力F在水平方向和竖直方向的分力，Fx＝Fcosθ，Fy＝Fsinθ；hx和hy分别为Fy和Fx的力臂。若滚动去除发生，则必须有清洁力矩大于阻力矩，即Mc>Mr1，即
Figure BDA0001930941470000085
时，微纳颗粒滚动，则已知：
MC＝Fx·hy
Mr1＝Fy(hx+a)+F0a
hx＝r·cosθ
Figure BDA0001930941470000091
Fx＝P·As·cosθ
Fy＝P·As·sinθ
Figure BDA0001930941470000092
其中，As为激光等离子体产生冲击波与微纳颗粒的接触面积，F0为颗粒无形变时的范德华力。
则当
Figure BDA0001930941470000093
时计算得到的S即为滚动去除区域外径S2，代入已知可得：
Figure BDA0001930941470000094
根据文献及相关公式可计算出a大致等于0.05r，则若令a＝0.05r，有：
Figure BDA0001930941470000095
令
Figure BDA0001930941470000096
则有
m2(20S-d)2＝S2+d2
(400m2-1)·S2-40m2d·S+(m2-1)d2＝0
所以
Figure BDA0001930941470000097
此时的S即为S2，经过化简，可得
Figure BDA0001930941470000098
将m代入S2中，化简可得
Figure BDA0001930941470000101
3、计算滚动去除区域外径：当颗粒不满足起跳条件时，即颗粒位置在弹跳机理作用范围之外，此时冲击波竖直方向上的分力继续减小，而水平分力则先增大后减小，降低速度要比竖直方向分力小得多。若颗粒发生滚动，忽略颗粒受到的重力，则阻力矩Mr2可以表示为：
Mr2＝Fy(hx+a)+Fva
其中，Fv为微纳颗粒包含无形变及有形变时的范德华力。
仍然已知：
MC＝Fx·hy
hx＝r·cosθ
Figure BDA0001930941470000102
Fx＝P·As·cosθ
Fy＝P·As·sinθ
Figure BDA0001930941470000103
则当
Figure BDA0001930941470000104
时计算得到的S即为滚动去除区域外径S3，代入已知可得：
Figure BDA0001930941470000105
令
Figure BDA0001930941470000106
可得
Figure BDA0001930941470000111
由上式可得
Figure BDA0001930941470000112
此时的S即为S3，所以
Figure BDA0001930941470000113
将S3化简，可得
Figure BDA0001930941470000114
其中，
Figure BDA0001930941470000115
4、当弹跳去除区域外径大于滚动去除区域内径时，取弹跳去除区域外径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域，否则取滚动去除区域内径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域的原因为：
若S1＝S2，则有
Figure BDA0001930941470000116
其中，n由Ep＝Ev得到，Ep为微纳颗粒的弹性势能，
Figure BDA0001930941470000117
此时Lp(t)＝n·r，Ev为微纳颗粒的范德华吸附能，
Figure BDA0001930941470000118
Figure BDA0001930941470000119
Figure BDA00019309414700001110
由上式可以求得P的值，若令P的值为k。则有S1＝S2时S＝k·d
由
Figure BDA0001930941470000121
可知：
若S2<S，则取S1和S3之间的区域为滚动去除区域；
若S2>S，则取S2和S3之间的区域为滚动去除区域。
为解释本发明中所述的P值：
在点爆炸模型的基础上，修正后的冲击波半径B和速度U随扩散时间t的变化可以分别写为：
Figure BDA0001930941470000122
Figure BDA0001930941470000123
根据以上两式就可以得到同一时刻在不同冲击波扩展半径B处所对应冲击波速度U的大小，其中，B0是冲击波初始半径，而对于每一个S都会对应相应的冲击波半径B值，其关系可以表述为
Figure BDA0001930941470000124
而冲击波的压强P与运行速度和马赫数的关系可以表述为
Figure BDA0001930941470000125
因此，可以得到不同S处所对应的冲击波的压强P值。
上述方程中
Figure BDA0001930941470000126
β＝w(N+1)(N+2)/N(2+3N)
M＝(0.4/c)×((0.65Q/(αρ0))0.5)×B(-3/2)
式中：M0为初始马赫数，M为冲击波马赫数，B0为冲击波瞬间初始半径，c为声速，Q为激光输出能量，B为冲击波半径，t为冲击波扩散时间，w是通过数值方法确定的常数，空气环境下约为2，冲击波近似为球面波，所以N取3，α是空气常数，近似为0.9797，ρ0和γ代表等离子体的密度和绝热系数。
当把等离子体作为理想气体处理时，分别可以取ρ0＝1.3Kg/m3和γ＝4/3。

Claims (6)

1.激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，欲使用等离子冲击波式激光清洗方法清洗待清洗基底，包括以下步骤：
步骤1、确定单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的距离及单束激光的激光能量；
步骤2、获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域；
步骤3、在扫描清洗待清洗基底时，针对待清洗基底上的任意一个区域都必须采用单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域覆盖至少一次,具体为：
设实际的滚动去除区域内径为S4，设滚动去除区域外径为S3；
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于S3-S4，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于
Figure FDA0003037377230000011
其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点；
或，
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于
Figure FDA0003037377230000012
令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于S3-S4，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点；
或，
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的2倍最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光脉冲作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光脉冲作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光脉冲作用点是指单束激光脉冲作用到待清洗基底表面的那一点；
或，
将待清洗基底表面以行或列进行划分，每行或每列的行高或列宽小于等于单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的最大作用半径，令同一行或同一列中的单束激光等离子体作用点均位于该行中线或该列中线，同一行或同一列中相邻两次单束激光等离子体作用点之间的距离小于等于滚动去除区域的最大作用半径减去弹跳去除区域的2倍最大作用半径，其中，所述单束激光等离子体作用点是指单束激光等离子体作用到待清洗基底表面的那一点。
2.如权利要求1所述的激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法为：预先在待清洗基底上选择一点进行实验清洗，通过实验观测获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域。
3.如权利要求1所述的激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，步骤2中，所述获取单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域及滚动去除区域的方法为：确定待清洗基底上各微纳颗粒的种类及大小，进而确定其各自的泊松比及杨氏模量，并确认最大微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙，以及最大微纳颗粒的等效半径及形变参量，计算出待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量，确定激光等离子体作用到基底的距离及冲击波波前传输压力，确定待清洗基底与微纳颗粒之间的Hamaker常数，计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域。
4.如权利要求3所述的激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的滚动去除区域的方法为：计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径，当弹跳去除区域外径大于滚动去除区域内径时，取弹跳去除区域外径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域，否则取滚动去除区域内径与滚动去除区域外径之间的区域为滚动去除区域。
5.如权利要求4所述的激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，
所述计算得出单束激光等离子体作用到待清洗基底表面后的弹跳去除区域外径、滚动去除区域内径及滚动去除区域外径的方法为：设待清洗基底与微纳颗粒的复合杨氏模量为E*，最大微纳颗粒的形变参量为n，最大微纳颗粒与待清洗基底之间的间隙为z，最大微纳颗粒的等效半径为r，激光等离子体作用到基底的距离为d，冲击波波前传输压力为P，Hamaker常数为G，弹跳去除区域外径为S1，滚动去除区域内径为S2，滚动去除区域外径为S3，则有：
Figure FDA0003037377230000021
Figure FDA0003037377230000022
Figure FDA0003037377230000031
其中，
Figure FDA0003037377230000032
6.如权利要求1所述的激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法，其特征在于，在划分行或列时，从待清洗基底的边沿开始按顺序划分行或列，并在清洗时，按照行或列的顺序进行清洗。
CN201811639966.4A 2018-12-29 2018-12-29 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法 Active CN109675869B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811639966.4A CN109675869B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811639966.4A CN109675869B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109675869A CN109675869A (zh) 2019-04-26
CN109675869B true CN109675869B (zh) 2021-07-06

Family

ID=66191225

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811639966.4A Active CN109675869B (zh) 2018-12-29 2018-12-29 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109675869B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113053723A (zh) * 2019-12-26 2021-06-29 苏州富怡达超声波有限公司 一种基于超声波-等离子体复合清洗晶圆的方法和装置
CN111992543B (zh) * 2020-08-21 2021-10-22 厦门理工学院 一种激光等离子体光丝清洗法
CN113305106B (zh) * 2021-06-03 2022-08-02 四川大学 一种激光清洗微纳颗粒污染物的方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642846A1 (fr) * 1993-08-12 1995-03-15 ONET Société Anonyme Procédé et dispositif de décontamination autocontrôlé de surfaces par laser
JP2003047841A (ja) * 2001-08-02 2003-02-18 Electron Kiki Kk 超短パルスレーザーを用いた表面剥離洗浄方法とその装置
JP2011062650A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Hitachi High-Technologies Corp 有機ｅｌ用マスククリーニング方法、プログラム、有機ｅｌ用マスククリーニング装置、有機ｅｌディスプレイの製造装置および有機ｅｌディスプレイ
CN107442521A (zh) * 2017-08-18 2017-12-08 中国科学院半导体研究所 激光清洗头
CN108687056A (zh) * 2017-04-05 2018-10-23 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光清洗设备及方法
CN108816964A (zh) * 2018-08-27 2018-11-16 中国科学院半导体研究所 随机激光清洗装置与方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642846A1 (fr) * 1993-08-12 1995-03-15 ONET Société Anonyme Procédé et dispositif de décontamination autocontrôlé de surfaces par laser
JP2003047841A (ja) * 2001-08-02 2003-02-18 Electron Kiki Kk 超短パルスレーザーを用いた表面剥離洗浄方法とその装置
JP2011062650A (ja) * 2009-09-18 2011-03-31 Hitachi High-Technologies Corp 有機ｅｌ用マスククリーニング方法、プログラム、有機ｅｌ用マスククリーニング装置、有機ｅｌディスプレイの製造装置および有機ｅｌディスプレイ
CN108687056A (zh) * 2017-04-05 2018-10-23 大族激光科技产业集团股份有限公司 一种激光清洗设备及方法
CN107442521A (zh) * 2017-08-18 2017-12-08 中国科学院半导体研究所 激光清洗头
CN108816964A (zh) * 2018-08-27 2018-11-16 中国科学院半导体研究所 随机激光清洗装置与方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Nanoparticle removal from substrates with pulsed-laser induced plasma and shock waves》;Cetin Cetinkaya;《Journal of Adhesion Science and Technology》;20120402;第16卷(第9期);第1201-1214页 *
《On particle adhesion and removal mechanisms in turbulent flows》;MEHDI SOLTANI;《Journal of Adhesion Science and Technology》;20120402;第8卷(第7期);第763-785页 *
《Particle saltation removal in laser-induced plasma shockwave cleaning》;Ping Zhang;《Applied Surface Science》;20070707;第254卷;第1444-1449页 *
《Regional effects and mechanisms of nanoparticle removal from Si substrate by laser plasma shock waves》;Qiongqiong Gu;《Applied Surface Science》;20181130;第457卷;第604-615页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109675869A (zh) 2019-04-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109675869B (zh) 激光等离子体有效清洗微纳颗粒的脉冲空间间隔选择方法
Lv et al. Experimental investigations of the particle motions induced by a laser-generated cavitation bubble
CN100519773C (zh) 超声波高能表面机械加工的金属件表面纳米化方法
CN102189370B (zh) 结晶器铜板的冷喷涂修复方法
CN101722228A (zh) 用于处理金属工件表面的装置及其方法
WO2004068148A3 (en) Method of and apparatus for measurement and control of a gas cluster ion beam
CN104331604B (zh) 基于元胞自动机的瓷砖抛光能耗建模的方法
CN102513942A (zh) 单、双曲度整体壁板的超声波喷丸成形方法
CN108860662A (zh) 一种基于太阳光压的中轨道卫星离轨方法
Wu et al. Effect of abrasive particle hardness on interface response and impact wear behavior of TC17 titanium alloy
CN205413940U (zh) 一种带材边部吹扫除油装置
CN102433427A (zh) 一种增强轨道钢表面强度的方法
US9333626B2 (en) Apparatus for forming shot ball
Hara et al. Vibrational analysis of peanut-shaped C 120 fullerenes
CN108441925A (zh) 一种新型阳极氧化工艺预处理方法
CN206435701U (zh) 汽车零部件加工生产用的锻造装置
CN101311594A (zh) 纳米化金属管及其纳米化方法
Rao et al. Characterization of solid particle erosion resistance of ductile metals based on their properties
CN106670991B (zh) 一种固结磨料叶序研磨盘的图案优选方法
CN201394786Y (zh) 一种用于抛丸机的钢板输送辊道的合金套
CN206424538U (zh) 一种体感式动漫机
US20130129978A1 (en) Articles and Methods Providing Supermetalophobic/philic Surfaces and Superceramophobic/philic Surfaces
CN203541009U (zh) 锰锌铁氧体喷雾造粒枪杆粘料回收利用装置
Bzymek et al. Effectiveness of problem solving software in engineering conceptual design
Yang et al. Effects of spray angle on spray cooling of extruded aluminum alloy plate

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant