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

一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113058935A
CN113058935A CN202110482169.5A CN202110482169A CN113058935A CN 113058935 A CN113058935 A CN 113058935A CN 202110482169 A CN202110482169 A CN 202110482169A CN 113058935 A CN113058935 A CN 113058935A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse laser
laser beam
substrate
cleaned
micro
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.)
Pending
Application number
CN202110482169.5A
Other languages
English (en)
Inventor
范丽莎
姚建华
张群莉
张硕文
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.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
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 Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202110482169.5A priority Critical patent/CN113058935A/zh
Publication of CN113058935A publication Critical patent/CN113058935A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035Cleaning 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
    • B08B7/0042Cleaning 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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08CLEANING
    • B08BCLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B13/00Accessories or details of general applicability for machines or apparatus for cleaning

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

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

一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法
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。
CN202110482169.5A 2021-04-30 2021-04-30 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法 Pending CN113058935A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110482169.5A CN113058935A (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110482169.5A CN113058935A (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113058935A true CN113058935A (zh) 2021-07-02

Family

ID=76568190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110482169.5A Pending CN113058935A (zh) 2021-04-30 2021-04-30 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113058935A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114226359A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 武汉凌云光电科技有限责任公司 一种用于去除电池测试探针污染物的清理系统和清理方法
CN114515730A (zh) * 2022-01-20 2022-05-20 哈尔滨工程大学 一种基于锥形光纤进行水下激光爆轰清洗的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303800A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Sony Corp 表面洗浄装置および表面洗浄方法
CN102009051A (zh) * 2010-10-15 2011-04-13 王治国 溶胶-凝胶膜面激光清洗设备及其清洗方法
CN102989720A (zh) * 2012-10-16 2013-03-27 江苏大学 一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法和装置
CN103357621A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 江苏大学 一种激光冲击波清洗金属工件表面微颗粒的方法和装置
CN106493121A (zh) * 2016-11-01 2017-03-15 武汉大学 一种基于活性液体和激光的纳米清洗方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303800A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Sony Corp 表面洗浄装置および表面洗浄方法
CN102009051A (zh) * 2010-10-15 2011-04-13 王治国 溶胶-凝胶膜面激光清洗设备及其清洗方法
CN102989720A (zh) * 2012-10-16 2013-03-27 江苏大学 一种激光辅助清除基体表面纳米颗粒的方法和装置
CN103357621A (zh) * 2013-07-12 2013-10-23 江苏大学 一种激光冲击波清洗金属工件表面微颗粒的方法和装置
CN106493121A (zh) * 2016-11-01 2017-03-15 武汉大学 一种基于活性液体和激光的纳米清洗方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张硕文等: "Elimination of blind zone in nanoparticle removal on silicon wafers using a double-beam laser shockwave cleaning process", 《APPLIED SURFACE SCIENCE》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114226359A (zh) * 2021-12-10 2022-03-25 武汉凌云光电科技有限责任公司 一种用于去除电池测试探针污染物的清理系统和清理方法
CN114515730A (zh) * 2022-01-20 2022-05-20 哈尔滨工程大学 一种基于锥形光纤进行水下激光爆轰清洗的方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10010971B1 (en) Method and apparatus for performing laser curved filamentation within transparent materials
US10391588B2 (en) Method and system for scribing brittle material followed by chemical etching
EP3292941B1 (en) Method for non-ablative and/or photo acoustic compression machining a transparent target
KR101839505B1 (ko) 버스트 초고속 레이저 펄스들의 필라멘테이션에 의한 실리콘의 레이저 가공을 위한 방법 및 장치
KR101549271B1 (ko) 레이저 가공 방법
KR101333518B1 (ko) 레이저 가공 방법 및 절단 방법 및 다층 기판을 가지는 구조체의 분할 방법
US6777642B2 (en) Method and apparatus for cleaning surfaces
TWI469841B (zh) 使用經傾斜的雷射掃描來加工工作件的方法和設備
JP2015037808A (ja) 透明材料の内部でレーザーフィラメンテーションを実行する方法および装置
CN113058935A (zh) 一种水下双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法
JP2005288503A (ja) レーザ加工方法
JP2007021548A (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
US20170313617A1 (en) Method and apparatus for laser-cutting of transparent materials
JP2008100284A (ja) レーザ加工方法及びレーザ加工装置
EP3490750A1 (en) Laser processing apparatus and methods of laser-processing workpieces
CN113198801A (zh) 一种空间约束双束激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法
CN113102390A (zh) 一种磁场约束双束脉冲激光诱导冲击波清洗微纳颗粒方法
CN113210357A (zh) 时间调控双束激光诱导冲击波清洗微纳米颗粒方法及装置
JP4607537B2 (ja) レーザ加工方法
KR20180011271A (ko) 투명 물질들을 가공하기 위한 방법 및 장치
CN111618452A (zh) 一种透明材料超快激光切割方法及装置
JP3873098B2 (ja) レーザ加工方法および装置
CN107866637B (zh) 脆性材料基板的断开方法及断开装置
US20210331273A1 (en) Laser processing apparatus and methods of laser-processing workpieces
CN213410786U (zh) 一种超快激光透明材料的加工装置

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210702