CN113172048A - 一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，先在工件表面随机取点检测清洗前待清洗工件表面的颗粒数目；计算待清洗工件单位面积的颗粒密度，判断是否需要激光诱导冲击波清洗；若不需要清洗，则可检测下一工件，反之则启动清洗流程，即使用激光诱导气体击穿产生等离子体冲击波去除待清洗工件表面颗粒；清洗后对工件表面再次取点检测，重复上述流程直到系统判断工件不需要清洗。以及提供一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除装置。本发明使用光学显微镜检测，成本低且使用方便；与脉冲激光清洗结合可以有效地定位去除工件表面颗粒污染物；使用同步检测与清洗大大节约了时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种表面清洗与检测技术，特别涉及一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法及装置。
背景技术
在包括芯片生产集成、微型电子器件、精密光学元件、微型机械等精密制造领域，污染会在产品制造及使用过程中不可避免地产生，并影响产品的使用性能，严重时导致产品报废。其中颗粒物污染，是不可忽视的污染来源之一，有文献报道，污染颗粒物密度达到临界值就会造成产品故障。因此，有必要对精密工件表面的颗粒密度进行检测。发明专利201910029734.5“一种半导体晶圆表面颗粒度的检测方法和装置”介绍了一种半导体晶圆颗粒检测方法，但是没有对不符合要求的工件做进一步的清洗。
激光诱导冲击波清洗是直接在气体氛围中聚焦，诱导气体电离产生等离子体冲击波，利用波的力作用去除被污染表面的纳米颗粒。该技术避免了激光与基体的直接相互作用，可以有效去除颗粒，控制方便、效率高且对工件无损伤。现今提出一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法与装置，使用显微镜同步检测工件，简化检测过程，降低检测成本，能大大提高工件清洗效率。
发明内容
为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法与装置，提高工件清洗达标率，节省总体清洗时间。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，所述方法包括以下步骤：
1)在工件表面随机取点检测清洗前的表面颗粒数目；
2)计算工件表面的颗粒密度；
3)判断是否需要激光诱导冲击波清洗；
4)若不需要激光诱导冲击波清洗，则检测清洗下一工件；
5)若需要激光诱导冲击波清洗，则在对应点处完成激光诱导冲击波清洗，之后重复随机取点检测过程，直到判断为不需要激光诱导冲击波清洗。
进一步，所述步骤1)中，在工件表面随机取点检测得到清洗前的颗粒数目，随机取点数在1-100之间。
再进一步，所述步骤1)中，在工件表面随机取点检测清洗前的颗粒数目之后，使用光学显微镜拍照获得工件表面照片。
更进一步，所述步骤2)中，计算工件的颗粒密度由颗粒计数软件分析工件表面照片得到：
单张照片中颗粒数目，单张照片中工件面积，单张照片中颗粒密度，所有照片的平均颗粒密度。
所述步骤3)中，判断是否需要激光诱导冲击波清洗的方式为：判断工件的颗粒密度是否超过阈值，其中，阈值的设定基于所述工件表面面积、表面颗粒物的直径、去除目的设定。
所述步骤4)中，不需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度未超过阈值。
所述步骤5)中，需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度超过阈值，在单张照片中颗粒密度超过阈值处及设定附近区域完成激光诱导冲击波清洗过程。
所述步骤5)中，激光诱导冲击波清洗过程，把工件表面颗粒密度超过阈值处及其附近处位置移动至激光焦点正下方；激光冲击清洗时使用吹风机协助颗粒飞离工件表面，防止颗粒再沉积。
一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除装置，所述装置包括：
记录模块，用于检测工件表面的颗粒密度；
判断模块，用于确定工件是否需要激光诱导冲击波清洗；
清洗模块，用于清洗工件表面的颗粒。
所述记录模块包括工件表面的随机取点、光学显微镜拍照与颗粒计数软件确定工件表面颗粒密度。
所述判断模块用于判断所述工件表面颗粒密度是否超过阈值，若是则需要激光诱导冲击波清洗，否则不需要激光诱导冲击波清洗。
所述阈值基于所述工件表面面积、所述污染颗粒直径和去除目的设定。
所述清洗模块包括激光器、聚焦镜和吹风机。
优选的，经过清洗模块的工件需要再次经过记录模块与判断模块，直到判断模块判定不需要激光诱导冲击波清洗。
本发明中，在所述工件表面随机取点检测，取点个数及相互之间的距离根据工件面积、污染颗粒大小设定。所述工件面积在0-7850mm2之间、污染颗粒直径在0.01-1000μm之间。所述光学显微镜与颗粒计数软件能按设定自动对焦拍照与计算工件表面平均颗粒密度。所述激光诱导冲击波清洗过程可根据前期实验优化实验参数，包括：脉冲能量值，激光聚焦焦点与工件表面的垂直距离，脉冲次数，吹风机风速。激光诱导冲击波清洗过程中光学显微镜升高，避免激光诱导等离子体与冲击波损伤镜片；清洗后光学显微镜降低至原来检测对焦位置。所述不需要激光诱导冲击波清洗时，由传送带传送下一个待清洗工件，传送带上的工件表面要在光镜聚焦平面上。
本发明的有益效果主要表现在：不需要在专门的检测设备，在实验室里即可完成工件颗粒的检测与清洗，应用广泛；使用光学显微镜检测，成本低且使用方便；与脉冲激光清洗结合可以有效地定位去除工件表面颗粒污染物；使用同步检测与清洗大大节约了时间，提高了清洗效率。
附图说明
图1为本发明实施例中流程图。
图2为本发明实施例中装置示意图。
其中，1脉冲激光器，2脉冲激光束，3聚焦镜，4光学显微镜，5计算机控制系统，6传送带，7工件，8污染颗粒，9冲击波，10聚焦焦点，11光学显微镜目镜，12吹风机。
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和图2，一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，所述方法包括以下步骤：
1)在工件7表面随机取点检测清洗前的表面颗粒数目；
2)计算工件7表面的颗粒密度；
3)判断是否需要激光诱导冲击波清洗；
4)若不需要激光诱导冲击波清洗，则检测清洗下一工件；
5)若需要激光诱导冲击波清洗，则在对应点处完成激光诱导冲击波清洗，之后重复随机取点检测过程，直到判断为不需要激光诱导冲击波清洗。
进一步，所述步骤1)中，在工件7表面随机取点检测得到清洗前的颗粒数目，随机取点数在1-100之间。
再进一步，所述步骤1)中，在工件表面随机取点检测清洗前的颗粒数目之后，使用光学显微镜4拍照获得工件表面照片。
更进一步，所述步骤2)中，计算工件的颗粒密度由颗粒计数软件分析工件表面照片得到：
单张照片中颗粒数目，单张照片中工件面积，单张照片中颗粒密度，所有照片的平均颗粒密度。
所述步骤3)中，判断是否需要激光诱导冲击波清洗的方式为：判断工件的颗粒密度是否超过阈值，其中，阈值的设定基于所述工件表面面积、表面颗粒物的直径、去除目的设定。
所述步骤4)中，不需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度未超过阈值。
所述步骤5)中，需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度超过阈值，在单张照片中颗粒密度超过阈值处及设定附近区域完成激光诱导冲击波清洗过程。
所述步骤5)中，激光诱导冲击波清洗过程，把工件表面颗粒密度超过阈值处及其附近处位置移动至激光焦点正下方；激光冲击清洗时使用吹风机12协助颗粒飞离工件表面，防止颗粒再沉积。
一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除装置，所述装置包括：
记录模块，用于检测工件表面的颗粒密度；
判断模块，用于确定工件是否需要激光诱导冲击波清洗；
清洗模块，用于清洗工件表面的颗粒。
所述记录模块包括工件表面的随机取点、光学显微镜拍照与颗粒计数软件确定工件表面颗粒密度。
所述判断模块用于判断所述工件表面颗粒密度是否超过阈值，若是则需要激光诱导冲击波清洗，否则不需要激光诱导冲击波清洗。
所述阈值基于所述工件表面面积、所述污染颗粒直径和去除目的设定。
所述清洗模块包括激光器、聚焦镜和吹风机。
优选的，经过清洗模块的工件需要再次经过记录模块与判断模块，直到判断模块判定不需要激光诱导冲击波清洗。
本发明中，在所述工件7表面随机取点检测，取点个数及相互之间的距离根据工件面积、污染颗粒大小设定。所述工件7面积在0-7850mm2之间、污染颗粒8直径在0.01-1000μm之间。所述光学显微镜与颗粒计数软件能按设定自动对焦拍照与计算工件表面平均颗粒密度。所述激光诱导冲击波9清洗过程可根据前期实验优化实验参数，包括：脉冲能量值，激光聚焦焦点与工件表面的垂直距离，脉冲次数，吹风机风速。激光诱导冲击波清洗过程中光学显微镜升高，避免激光诱导等离子体与冲击波损伤镜片；清洗后光学显微镜降低至原来检测对焦位置。所述不需要激光诱导冲击波清洗时，由传送带6传送下一个待清洗工件，传送带6上的工件表面要在光镜聚焦平面上。
本实施例中，工件是硅圆晶片7，尺寸为15×15mm2；硅圆晶片7表面的污染颗粒8为球状聚苯乙烯胶乳纳米颗粒，平均直径为300nm。根据硅圆晶片7面积和污染颗粒8直径，设定表面随机取点数为5个，相互间距在2mm以上，设定判断是否需要激光诱导冲击波清洗的阈值为6000颗/mm2。使用目镜倍数为50的光学显微镜。
清洗过程中脉冲激光器1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。聚焦镜3焦距为150mm。当采用的脉冲激光束5和脉冲激光束6能量均为245mJ时，通过调节脉冲激光能量以及激光聚焦点10与硅圆晶片7表面的距离,调节出最佳激光冲击波去除颗粒参数。通过实验设定激光焦点10与圆晶片7垂直距离为1mm,单脉冲激光能量均为200mJ,每一次清洗过程的脉冲数为5。
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)
1.一种同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)在工件表面随机取点检测清洗前的表面颗粒数目；
2)计算工件表面的颗粒密度；
3)判断是否需要激光诱导冲击波清洗；
4)若不需要激光诱导冲击波清洗，则检测清洗下一工件；
5)若需要激光诱导冲击波清洗，则在对应点处完成激光诱导冲击波清洗，之后重复随机取点检测过程，直到判断为不需要激光诱导冲击波清洗。
2.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤1)中，在工件表面随机取点检测得到清洗前的颗粒数目，随机取点数在1-100之间。
3.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤1)中，在工件表面随机取点检测清洗前的颗粒数目之后，使用光学显微镜拍照获得工件表面照片。
4.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法与装置，其特征在于，所述步骤2)中，计算工件的颗粒密度由颗粒计数软件分析工件表面照片得到：
单张照片中颗粒数目，单张照片中工件面积，单张照片中颗粒密度，所有照片的平均颗粒密度。
5.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤3)中，判断是否需要激光诱导冲击波清洗的方式为：判断工件的颗粒密度是否超过阈值，其中，阈值的设定基于所述工件表面面积、表面颗粒物的直径、去除目的设定。
6.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤4)中，不需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度未超过阈值。
7.如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤5)中，需要激光诱导冲击波清洗的条件为工件的颗粒密度超过阈值，在单张照片中颗粒密度超过阈值处及设定附近区域完成激光诱导冲击波清洗过程。
8.如权利要求7所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法，其特征在于，所述步骤5)中，激光诱导冲击波清洗过程，把工件表面颗粒密度超过阈值处及其附近处位置移动至激光焦点正下方；激光冲击清洗时使用吹风机协助颗粒飞离工件表面，防止颗粒再沉积。
9.一种如权利要求1所述的同步检测脉冲激光诱导冲击波颗粒去除方法实现的装置，其特征在于，所述装置包括：
记录模块，用于检测工件表面的颗粒密度；
判断模块，用于确定工件是否需要激光诱导冲击波清洗；
清洗模块，用于清洗工件表面的颗粒。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，经过清洗模块的工件需要再次经过记录模块与判断模块，直到判断模块判定不需要激光诱导冲击波清洗。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 | ||
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Application publication date: 20210727 |