CN114472373A - 一种多角度双脉冲激光清洗装置及其清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光技术应用领域，具体涉及一种多角度双脉冲激光清洗装置，包括脉冲激光器、分光器、第一聚焦镜和脉冲光路角度调节单元，所述脉冲激光器用以发射激光，所述分光器用以对脉冲激光器发射的激光进行激光脉冲分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，所述第一聚焦镜用以将第一束脉冲激光聚焦至硅片上，所述脉冲光路角度调节单元用以改变第二束脉冲激光的传播方向，并将第二束脉冲激光聚焦至硅片上，使第一束脉冲激光和第二束脉冲激光以不同的角度照射到硅片上。本发明提供的激光清洗装置可以通过可移动的反射镜和聚焦镜让脉冲激光束在入射待清洗物时的角度不同，适用于不同工件的表面清洗，能更有效的去除硅胶片表面的颗粒。

Description

一种多角度双脉冲激光清洗装置及其清洗方法

技术领域

本发明属于激光技术应用领域，具体涉及一种多角度双脉冲激光清洗装置及其清洗方法。

背景技术

集成电路板硅片在封装前通常需要进行清洗，以去除加工过程中附着在硅片表面的颗粒污物，从而提高硅片的性能。微纳米级的颗粒污物在工件表面的粘着机制与较大尺寸的颗粒污物的粘着机制完全不同，在自身的重量下，会产生塑性变形，从而使黏着力大幅度上升，导致常规的化学清洗和超声清洗无法去除，因此，清洗掉微纳米尺寸的颗粒污物是硅片后处理工艺或透镜清洗的一个难题。

激光清洗是一种非接触、高效、绿色的清洗技术，能够有效去除多种类型的表面污染物。而激光直接作用于硅片表面会导致硅片损伤，故采用激光击穿空气产生冲击波的方式，对硅片表面颗粒进行清洗。但是，单脉冲激光存在清洗盲区，因此需要采用多角度双脉冲的方式进行清洗，可以有效提高清洗区域的清洗效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的激光清洗技术采用单脉冲激光存在清洗盲区而存在大量残留的颗粒需要多次重复进行激光清洗，导致清洗面的不均匀性、边缘烧蚀过强等清洗效果不理想、效率低的问题，提出了一种多角度双脉冲激光清洗装置及其清洗方法，目的是利用两束脉冲激光以不同角度进行激光清洗，加大了清洗面积的同时减少了残留的污染颗粒，提高清洗表面的光洁度与清洗效率，解决激光清洗时激光脉冲夹角角度单一的问题。

一种多角度双脉冲激光清洗装置，包括脉冲激光器、分光器、第一聚焦镜和脉冲光路角度调节单元，所述脉冲激光器用以发射激光，所述分光器用以对脉冲激光器发射的激光进行激光脉冲分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，所述第一聚焦镜用以将第一束脉冲激光聚焦至硅片上，所述脉冲光路角度调节单元用以改变第二束脉冲激光的传播方向，并将第二束脉冲激光聚焦至硅片上，使第一束脉冲激光和第二束脉冲激光以不同的角度照射到硅片上。

进一步地，所述脉冲光路角度调节单元依次包括固定设置的第一反射镜、移动式的第二反射镜和移动式的第二聚焦镜，所述分光器设置在脉冲激光器的入口处，脉冲光路角度调节单元设置在分光器远离脉冲激光器的一侧，分光器将脉冲激光器发出的单个脉冲激光束进行分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光透过分光器经过第一聚焦镜作用于硅片上，第二束脉冲激光经分光器发射到第一反射镜，经第一反射镜反射至第二反射镜，再经过第二反射镜后射到第二聚焦镜上，以不同于第一束脉冲激光的角度照射到硅片上。

进一步地，所述激光清洗装置还包括机架，所述第二聚焦镜通过第二聚焦镜底座安装于机架上，第二聚焦镜与第二聚焦镜底座滑动连接，第二聚焦镜的滑动轨迹为圆弧。

进一步地，所述第二聚焦镜底座上设置有圆弧导轨，第二聚焦镜底部设置有用以与该圆弧导轨相配合的滑块，滑块上设置有贯穿滑块并固定滑块位置的固定螺栓。

进一步地，所述第二聚焦镜的滑动轨迹为30-60°圆弧。

进一步地，所述第二聚焦镜底座两侧设置有用于固定的带有螺栓孔的第一侧耳。

进一步地，所述第二反射镜通过第二反射镜底座安装在整体机架上，所述第二反射镜与第二反射镜底座滑动连接，第二反射镜的滑动轨迹为直线。

进一步地，所述第二反射镜底座上设置有直线滑槽，第二反射镜底部固定有用以与该直线滑槽相配合的T型滑块，T型滑块上设置有贯穿T型滑块并固定T型滑块位置的固定螺栓。

进一步地，所述第二反射镜底座两侧设置有用于固定的带有螺栓孔的第二侧耳。

一种多角度双脉冲激光清洗方法，包括如下步骤：

步骤一：安装好如上所述的激光清洗装置，将待清洗物放置于工作台；

步骤二：操作脉冲激光器，激发单个脉冲光束；

步骤三：步骤二中激发的单个脉冲光束经过分光器的分光后产生第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光经过第一聚焦镜后击穿空气，第二束脉冲激光经过第一反射镜、第二反射镜与第二聚焦镜后击穿空气，之后第一束脉冲激光和第二束脉冲激光产生的冲击波对待清洗物的待清洗区域进行激光清洗。

与现有技术，本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的激光清洗装置可以通过可移动的反射镜和聚焦镜让脉冲激光束在入射待清洗物时的角度不同，适用于不同工件的表面清洗，能更有效的去除硅胶片表面的颗粒；

2、本发明提供的激光清洗装置利用分光器中的分光镜使一束脉冲激光分为两个不同角度对工件进行激光清洗，在提高了清洗范围的同时保证了清洗的均匀性，减少了热影响；

3、第二聚焦镜和第二反射镜分别安装在圆弧导轨和直线导轨上，利用圆弧导轨可在更高精度光路角度范围内快速调整光路入射角度，通过这样的装置调整光路时会更快捷并且精准。

附图说明

图1是本发明的一种多角度双脉冲激光清洗装置结构示意图；

图2是本发明的一种多角度双脉冲激光清洗装置中第二反射镜底座的结构示意图；

图3是本发明的一种多角度双脉冲激光清洗装置第二聚焦镜底座的结构示意图；

图4为本发明的一种多角度双脉冲激光清洗方法流程图。

图中：1-脉冲激光器、2-分光镜、3-第一聚焦镜、4-第一反射镜、5-第二反射镜、6-第二聚焦镜、7-硅片、8-第一脉冲激光束、9-第二脉冲激光束、10-第三脉冲激光束、11-整体机架、12-第二反射镜底座、13-第二聚焦镜底座。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1-3，一种多角度双脉冲激光清洗装置，包括脉冲激光器1、分光器2、第一聚焦镜3和脉冲光路角度调节单元，所述脉冲激光器1用以发射激光，所述分光器2用以对脉冲激光器1发射的激光进行激光脉冲分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，所述第一聚焦镜3用以将第一束脉冲激光聚焦至硅片7上，所述脉冲光路角度调节单元用以改变第二束脉冲激光的传播方向，并将第二束脉冲激光聚焦至硅片7上，使第一束脉冲激光和第二束脉冲激光以不同的角度照射到硅片7上。

继续参阅图1，所述脉冲光路角度调节单元依次包括固定设置的第一反射镜4、移动式的第二反射镜5和移动式的第二聚焦镜6，所述分光器2设置在脉冲激光器1的入口处，脉冲光路角度调节单元设置在分光器2远离脉冲激光器1的一侧，分光器2将脉冲激光器发出的单个脉冲激光束进行分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光透过分光器2经过第一聚焦镜3作用于硅片7上，第二束脉冲激光经分光器2发射到第一反射镜4，经第一反射镜4反射至第二反射镜5，再经过第二反射镜5后射到第二聚焦镜6上，以不同于第一束脉冲激光的角度照射到硅片7上。

其中，脉冲激光器1、分光器2、第一聚焦镜3和硅片7按照直线依次设置，第一反射镜4、第二反射镜5和第二聚焦镜6按照L形依次设置，也就是说，第一束脉冲激光为直线，而第二束脉冲激光自分光器2到硅片7与第一束脉冲激光形成一个口字形。

进一步地，所述激光清洗装置还包括机架11，所述第二聚焦镜6通过第二聚焦镜底座13安装于机架11上，第二聚焦镜底座13两侧设置有第一侧耳1300，第一侧耳1300带有螺栓孔，用于与机架11固定，第二聚焦镜6与第二聚焦镜底座13滑动连接，第二聚焦镜6的滑动轨迹为圆弧，其中，第二聚焦镜底座13上设置有圆弧导轨，圆弧导轨的弧度为30-60°，最好为45°，第二聚焦镜6底部设置有用以与该圆弧导轨相配合的滑块，滑块上设置有贯穿滑块并固定滑块位置的固定螺栓。

进一步地，所述第二反射镜5通过第二反射镜底座12安装在整体机架11上，第二反射镜底座12两侧设置有第二侧耳1200，第二侧耳1200带有螺栓孔，用于与机架11固定，所述第二反射镜5与第二反射镜底座12滑动连接，第二反射镜5的滑动轨迹为直线。其中，所述第二反射镜底座12上设置有直线滑槽，第二反射镜5底部固定有用以与该直线滑槽相配合的T型滑块，T型滑块上设置有贯穿T型滑块并固定T型滑块位置的固定螺栓。

请参阅图4，一种多角度双脉冲激光清洗方法，包括如下步骤：

步骤一：安装好如上所述的激光清洗装置，将硅片7放置于工作台；

步骤二：操作脉冲激光器1，激发单个脉冲光束；

步骤三：步骤二中激发的单个脉冲光束经过分光器的分光后产生第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光经过第一聚焦镜3后击穿空气，第二束脉冲激光经过第一反射镜4、第二反射镜5与第二聚焦镜6后击穿空气，之后第一束脉冲激光和第二束脉冲激光产生的冲击波对硅片7的待清洗区域进行激光清洗。

本发明的原理在于：足够大能量的脉冲激光能够击穿空气产生等离子体冲击波，使得颗粒受到清洗力，清洗力要克服颗粒在表面上的吸附力才能将颗粒移除。颗粒受到斜向下的冲击波清洗力，还受到向下的吸附力，斜向下的清洗力对颗粒产生推动作用，颗粒在此推动力下发生初始滚动。单一方向的激光脉冲在对硅片清洗时有清洗盲区，而多角度的双激光脉冲可以有效减小盲区面积，并对硅片清洗盲区有一定的清洗效果。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，包括脉冲激光器(1)、分光器(2)、第一聚焦镜(3)和脉冲光路角度调节单元，所述脉冲激光器(1)用以发射激光，所述分光器(2)用以对脉冲激光器(1)发射的激光进行激光脉冲分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，所述第一聚焦镜(3)用以将第一束脉冲激光聚焦至待清洗物上，所述脉冲光路角度调节单元用以改变第二束脉冲激光的传播方向，并将第二束脉冲激光聚焦至待清洗物上，使第一束脉冲激光和第二束脉冲激光以不同的角度照射到待清洗物上。

2.根据权利要求1所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述脉冲光路角度调节单元依次包括固定设置的第一反射镜(4)、移动式的第二反射镜(5)和移动式的第二聚焦镜(6)，所述分光器(2)设置在脉冲激光器(1)的入口处，脉冲光路角度调节单元设置在分光器(2)远离脉冲激光器(1)的一侧，分光器(2)将脉冲激光器(1)发出的单个脉冲激光束进行分束，形成第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光透过分光器(2)经过第一聚焦镜(3)作用于待清洗物上，第二束脉冲激光经分光器(2)发射到第一反射镜(4)，经第一反射镜(4)反射至第二反射镜(5)，再经过第二反射镜(5)后射到第二聚焦镜(6)上，以不同于第一束脉冲激光的角度照射到待清洗物上。

3.根据权利要求2所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述激光清洗装置还包括机架(11)，所述第二聚焦镜(6)通过第二聚焦镜底座(13)安装于机架(11)上，第二聚焦镜(6)与第二聚焦镜底座(13)滑动连接，第二聚焦镜(6)的滑动轨迹为圆弧。

4.根据权利要求3所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二聚焦镜底座(13)上设置有圆弧导轨，第二聚焦镜(6)底部设置有用以与该圆弧导轨相配合的滑块，滑块上设置有贯穿滑块并固定滑块位置的固定螺栓。

5.根据权利要求3所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二聚焦镜(6)的滑动轨迹为30-60°圆弧。

6.根据权利要求3所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二聚焦镜底座(13)两侧设置有用于固定的带有螺栓孔的第一侧耳(1300)。

7.根据权利要求3所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二反射镜(5)通过第二反射镜底座(12)安装在整体机架(11)上，所述第二反射镜(5)与第二反射镜底座(12)滑动连接，第二反射镜(5)的滑动轨迹为直线。

8.根据权利要求7所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二反射镜底座(12)上设置有直线滑槽，第二反射镜(5)底部固定有用以与该直线滑槽相配合的T型滑块，T型滑块上设置有贯穿T型滑块并固定T型滑块位置的固定螺栓。

9.根据权利要求7所述的一种多角度双脉冲激光清洗装置，其特征在于，所述第二反射镜底座(12)两侧设置有用于固定的带有螺栓孔的第二侧耳(1200)。

10.一种多角度双脉冲激光清洗方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：安装好如权利要求1-9中任一所述的激光清洗装置，将待清洗物放置于工作台；

步骤二：操作脉冲激光器，激发单个脉冲光束；

步骤三：步骤二中激发的单个脉冲光束经过分光器的分光后产生第一束脉冲激光和第二束脉冲激光，第一束脉冲激光经过第一聚焦镜后击穿空气，第二束脉冲激光经过第一反射镜、第二反射镜与第二聚焦镜后击穿空气，之后第一束脉冲激光和第二束脉冲激光产生的冲击波对待清洗物的待清洗区域进行激光清洗。

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