CN113058935A - 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法 - Google Patents
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Abstract
一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,包括以下步骤:1),将待清洗基板固定在三维移动平台上,将第一脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦到水箱内同一点,移动三维移动平台使待清洗基板表面位于双束脉冲激光聚焦点正上方;2),利用第一脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦在待清洗基板表面上方诱导液体击穿产生等离子体冲击波,在冲击波去除力的作用下,待清洗基板表面上的微纳米颗粒污染物从待清洗基板表面飞离。本发明提供一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,能有效提高基板的清洗面积与清洗效率。
Description
技术领域
本发明涉及表面清洗技术,特别涉及一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法。
背景技术
颗粒污染物会降低集成芯片、微型机械、精密光学元器件等产品的性能,严重时会导致产品报废。传统的机械清洗与化学清洗方法,如机械洗刷、化学液浸泡、超声清洗等在清洗过程中会对基板造成破坏,还可能使基板二次污染。
激光诱导冲击波清洗方法避免了激光与基体的直接作用,可以有效去除纳米级颗粒,控制方便、效率高且对基板无损伤。最近研究发现双束脉冲诱导等离子体冲击波清洗技术能克服传统单束脉冲诱导等离子体清洗的清洗盲区问题,但仍存在清洗面积小的问题。
发明内容
为了克服已有技术的不足,本发明提供一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,能有效提高基板的清洗面积与清洗效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,所述方法包括以下步骤:
1),将待清洗基板固定在三维移动平台上,将第一脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦到水箱内同一点,移动三维移动平台使待清洗基板表面位于双束脉冲激光聚焦点正上方;
2),利用第一脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦在待清洗基板表面上方诱导液体击穿产生等离子体冲击波,在冲击波去除力的作用下,待清洗基板表面上的微纳米颗粒污染物从待清洗基板表面飞离。
进一步,所述三维移动平台由计算机控制系统控制,三维移动平台移动精度为5μm。
再进一步,所述待清洗基板的背面与三维移动平台在实验时固定,在实验后取下,清洗基板与三维移动平台粘结稳定性在短时内不受水下环境影响,使用双面胶带粘结。
所述待清洗基板表面平行于第一脉冲激光束和第二脉冲激光束光路平面,位于双束脉冲激光聚焦点正上方;激光聚焦点与待清洗基板表面的垂直距离要保证实验过程中不会损伤基板,且有好的清洗效果。
所述第一脉冲激光束和第二脉冲激光束分别由第一脉冲激光器和第二脉冲激光器产生;所述第一脉冲光束经过反射镜形成反射脉冲激光束,其中至少有一束脉冲激光能单独击穿液体诱导产生等离子体冲击波,所述第一脉冲激光束和第二脉冲激光束的光束能量比值在1:0-1:1之间可调。
所述第一脉冲激光束和第二脉冲激光束由数字延迟发生器控制两脉冲延迟时间,延迟时间在0-100μs之间可调,使脉冲激光束在空间中同点击穿。
所述反射脉冲激光束和第二脉冲激光束分别由第一聚焦镜和第二聚焦镜聚焦于水箱内同一点,所述反射脉冲激光束和第二脉冲激光束夹角在内0-180℃之间可调。
所述水箱拥有至少有2个能被激光穿过的第一水箱窗口与第二水箱窗口,第一水箱窗口与第二水箱窗口材料为玻璃。
所述反射脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦在待清洗基板表面正下方,击穿次数在1-100之间。
所述水箱内液体至少要浸没待清洗基板表面,使所述第一脉冲激光束和第二脉冲激光束在液体中击穿并在液体环境中实现颗粒去除;
所述反射脉冲激光束和第二脉冲激光束聚焦在待清洗基板表面下方液体中,此液体不能与待清洗基板和污染颗粒反应,包括但不限于去离子水;
所述清洗用第一脉冲激光器和第二脉冲激光器波长为1064nm或532nm,脉宽在10fs-10ns之间,单脉冲能量范围为100-1000mJ;
所述的微纳米颗粒污染物的直径为0.01-1000μm。
本发明提出一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其能在保留双束脉冲激光诱导气体击穿冲击波清洗技术优势的同时有效提高冲击波强度与避免颗粒再沉积,在液体环境中产生的等离子体温度较气体氛围低,在提高清洗效率的同时进一步防止基板表面损伤。
本发明的有益效果主要表现在:通过双束脉冲激光诱导水下液体击穿等离子体冲击波,避免了激光与基体的直接相互作用,在保留了能有效去除单脉冲诱导冲击波清洗方法正下方的残余颗粒优势的同时,增大了清洗面积,绿色环保、对基板无损伤。
附图说明
图1为本发明所述水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法的装置图。
其中,1第一脉冲激光器,2数字延迟发生器,3第二脉冲激光器,4第一脉冲激光束,5反射镜,6反射脉冲激光束,7第二脉冲激光束,8第一聚焦镜,9第二聚焦镜,10第一水箱窗口,11第二水箱窗口,12水箱,13液体,14计算机控制系统,15三维移动平台,16基板,17污染颗粒,18冲击波,19激光聚焦焦点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1,一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,所述方法包括以下步骤:
1),将待清洗基板16固定在三维移动平台15上,将第一脉冲激光束6和第二脉冲激光束7聚焦到水箱12内同一点,移动三维移动平台15使待清洗基板16表面位于双束脉冲激光聚焦点19正上方;
2),利用第一脉冲激光束4和第二脉冲激光束7聚焦在待清洗基板16表面上方诱导液体击穿产生等离子体冲击波18,在冲击波18去除力的作用下,待清洗基板16表面上的微纳米颗粒污染物17从待清洗基板16表面飞离。
所述三维移动平台15由计算机控制系统14控制,三维移动平台15移动精度为5μm。
所述待清洗基板16的背面与三维移动平台15在实验时固定,在实验后取下,清洗基板16与三维移动平台15粘结稳定性在短时内不受水下环境影响,使用双面胶带粘结。
所述待清洗基板16表面平行于第一脉冲激光束4与第二脉冲激光束7光路平面,位于双束脉冲激光聚焦点19正上方;激光聚焦点19与待清洗基板16表面的垂直距离要保证实验过程中不会损伤基板16,且有好的清洗效果。
所述第一脉冲激光束4和第二脉冲激光束7分别由第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器3产生;所述第一脉冲光束4经过反射镜形成反射脉冲激光束6,其中至少有一束脉冲激光能单独击穿液体诱导产生等离子体冲击波;所述第一脉冲激光束4和第二脉冲激光束7的光束能量比值在1:0-1:1之间可调。
所述第一脉冲激光束4和第二脉冲激光束7由数字延迟发生器2控制两脉冲延迟时间,延迟时间在0-100μs之间可调,使第一脉冲激光束6和第二脉冲激光束7在空间中同点击穿。
所述反射脉冲激光束6和第二脉冲激光束7分别由第一聚焦镜8和第二聚焦镜9聚焦于水箱12内同一点,所述反射脉冲激光束6和第二脉冲激光束7夹角在内0-180℃之间可调。
所述水箱12拥有至少有2个能被激光穿过的第一水箱窗口10与第二水箱窗口11,第一水箱窗口10与第二水箱窗口11材料为玻璃。
所述反射脉冲激光束6和第二脉冲激光束7聚焦在待清洗基板16表面正下方,击穿次数在1-100之间。
所述水箱12内液体13至少要浸没待清洗基板16表面,使所述第一脉冲激光束6和第二脉冲激光束7在液体13中击穿并在液体环境中实现颗粒去除;
所述反射脉冲激光束6和第二脉冲激光束7聚焦在待清洗基板16表面下方液体中,此液体不能与待清洗基板16和污染颗粒17反应,包括但不限于去离子水;
所述清洗用第一脉冲激光器1和第二脉冲激光器3波长为1064nm或532nm,脉宽在10fs-10ns之间,单脉冲能量范围为100-1000mJ;
所述的微纳米颗粒污染物17的直径为0.01-1000μm。
如图1所示,分别由第一脉冲激光器1第二脉冲激光器3产生的第一脉冲激光束4、第二脉冲激光束7在数字延迟发生器2的时间调控下,所述第一脉冲光束4经过反射镜形成反射脉冲激光束6,通过第一水箱窗口10与第二水箱窗口11聚焦于水箱12液面下一点,激光聚焦产生的冲击波18最终在水箱12内冲击不锈钢板13表面,污染颗粒17被吹离。在三维移动平台15上通过双面胶带固定的不锈钢板13,再通过计算机控制系统14控制三维移动平台15的移动,以调节激光聚焦焦点19与不锈钢板13表面的距离,此时待清洗基体表面位于激光聚焦焦点19正上方。实验用第一脉冲激光器1与第二脉冲激光器3为Nd:YAG脉冲激光器,其工艺参数为:输出波长1064nm,脉宽6ns,频率10Hz,光斑直径0.5mm。第一聚焦镜8与第二聚焦镜9焦距为250mm。不锈钢板13表面的污染颗粒17为氧化铜,平均直径为800nm。通过调节水下击穿点与液面距离、两脉冲激光的能量、脉冲次数、脉冲之间的延迟时间、以及激光聚焦焦点19与不锈钢板13表面的距离,调节出最佳激光冲击波去除不锈钢板13表面微纳米颗粒的参数。当激光能量过低和激光聚焦点与不锈钢板表面的距离过大时,清洗面积与效率会大大降低;当双束脉冲间延迟时间过大时,未能有效去除残余未清洗区域。通过实验,我们设定水下击穿点与液面距离为100mm,激光焦点与不锈钢板垂直距离为2.5mm,双束脉冲激光能量相同且设置为400mJ,每一次的脉冲数为3,双束脉冲激光延迟间隔为200ns。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举,仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
1),将待清洗基板(16)固定在三维移动平台(15)上,将第一脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)聚焦到水箱(12)内同一点,移动三维移动平台(15)使待清洗基板(16)表面位于双束脉冲激光聚焦点(19)正上方;
2),利用第一脉冲激光束(4)和第二脉冲激光束(7)聚焦在待清洗基板(16)表面上方诱导液体击穿产生等离子体冲击波(18),在冲击波(18)去除力的作用下,待清洗基板(16)表面上的微纳米颗粒污染物(17)从待清洗基板(16)表面飞离。
2.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述三维移动平台(15)由计算机控制系统(14)控制,三维移动平台(15)移动精度为5μm。
3.如权利要求2所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述待清洗基板(16)的背面与三维移动平台(15)在实验时固定,在实验后取下,清洗基板(16)与三维移动平台(15)粘结稳定性在短时内不受水下环境影响,使用双面胶带粘结。
4.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述待清洗基板(16)表面平行于第一脉冲激光束(6)与第二脉冲激光束(7)光路平面,位于双束脉冲激光聚焦点(19)正上方;激光聚焦点(19)与待清洗基板(16)表面的垂直距离要保证实验过程中不会损伤基板(16),且有好的清洗效果。
5.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述第一脉冲激光束(4)和第二脉冲激光束(7)分别由第一脉冲激光器(1)和第二脉冲激光器(3)产生;所述第一脉冲光束(4)经过反射镜形成反射脉冲激光束(6),其中至少有一束脉冲激光能单独击穿液体诱导产生等离子体冲击波;所述第一脉冲激光束(4)和第二脉冲激光束(7)的光束能量比值在1:0-1:1之间可调。
6.如权利要求5所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述第一脉冲激光束(4)和第二脉冲激光束(7)由数字延迟发生器(2)控制两脉冲延迟时间,延迟时间在0-100μs之间可调,使反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)在空间中同点击穿。
7.如权利要求5所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)分别由第一聚焦镜(8)和第二聚焦镜(9)聚焦于水箱(12)内同一点,所述反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)夹角在内0-180℃之间可调。
8.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述水箱(12)拥有至少有2个能被激光穿过的第一水箱窗口(10)与第二水箱窗口(11),第一水箱窗口(10)与第二水箱窗口(11)材料为玻璃。
9.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)聚焦在待清洗基板(16)表面正下方,击穿次数在1-100之间。
10.如权利要求1所述的水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法,其特征在于,所述水箱(12)内液体(13)至少要浸没待清洗基板(16)表面,使所述反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)在液体(13)中击穿并在液体环境中实现颗粒去除;
所述反射脉冲激光束(6)和第二脉冲激光束(7)聚焦在待清洗基板(16)表面下方液体中,此液体不能与待清洗基板(16)和污染颗粒(17)反应,包括但不限于去离子水;
所述清洗用第一脉冲激光器(1)和第二脉冲激光器(3)波长为1064nm或532nm,脉宽在10fs-10ns之间,单脉冲能量范围为100-1000mJ;
所述的微纳米颗粒污染物(17)的直径为0.01-1000μm。
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