RU2740533C1 - Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles - Google Patents
Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740533C1 RU2740533C1 RU2020124060A RU2020124060A RU2740533C1 RU 2740533 C1 RU2740533 C1 RU 2740533C1 RU 2020124060 A RU2020124060 A RU 2020124060A RU 2020124060 A RU2020124060 A RU 2020124060A RU 2740533 C1 RU2740533 C1 RU 2740533C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particle
- nanoparticles
- radiation
- cleaning
- solid
- Prior art date
Links
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 title claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 50
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 12
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 9
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 241000160765 Erebia ligea Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/268—Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Optics & Photonics (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
Description
Изобретение относится к устройствам очистки твердых поверхностей от нано- и микрочастиц и может быть использовано для удаления наночастиц с поверхности полупроводниковых пластин после их шлифовки, а также в космической оптике, оптике высокого разрешения, фотонике, иных нанотехнологиях.The invention relates to a device for cleaning hard surfaces from nano- and microparticles and can be used to remove nanoparticles from the surface of semiconductor wafers after grinding, as well as in space optics, high-resolution optics, photonics, and other nanotechnologies.
Наиболее совершенными способами очистки твердых поверхностей от наночастиц являются лазерные способы, т.к. они позволяют очищать заданную область подложки, не затрагивая уже очищенные участки (локальность воздействия), и подстраивать величину воздействия под тип загрязнения (регулируемость воздействия).The most advanced methods for cleaning solid surfaces from nanoparticles are laser methods, because they allow you to clean a specified area of the substrate without affecting the already cleaned areas (locality of exposure), and to adjust the magnitude of exposure to the type of pollution (controllability of exposure).
Тем не менее, в существующих лазерных методах очистки твердых поверхностей от наночастиц развиваются высокие температуры, доходящие до 103°С, либо высокие ударные давления, достигающие нескольких ГПа. С учетом того, что воздействие на поверхность в этих методах должно быть, как правило, многократным (десятки и сотни импульсов на одну область), это вызывает большой риск повреждения очищаемой поверхности.Nevertheless, in the existing laser methods for cleaning solid surfaces from nanoparticles, high temperatures, reaching 10 3 ° C, or high shock pressures, reaching several GPa, develop. Taking into account that the impact on the surface in these methods should, as a rule, be multiple (tens and hundreds of pulses per area), this causes a high risk of damage to the surface being cleaned.
Известно устройство удаления микрочастиц с подложек направленными импульсами твердотельного лазера, основанного на испарении этих частиц. Так, в [J.M. Lee,С.Curran, K.G. Watkins. Laser removal of copper particles from silicon wafers using UV, visible and IR radiation // Appl. Phys.A73, 219 - 224 (2001)] исследовали удаление медных частиц диаметром 1 мкм с поверхности кремниевых пластин нормально направленными импульсами твердотельного лазера длительностью 10 нс в 10-кратной повторности на трех длинах волн. Было установлено, что 100% очистка поверхности от частиц для λ=266 нм достигалось при плотности энергии 0,18 Дж/см2, а для λ=532 нм - при 0,46 Дж/см2. Для λ=1064 нм воздействие в 0,6 Дж/см2 убирало только от 18% частиц, а увеличение плотности энергии до 0,8 Дж/см2 привело к разрушению поверхности. Для плотности мощности 0,4 Дж/см2, и λ=266, 532 и 1064 нм температура поверхности пластин во время лазерного импульса составила, соответственно, 1000, 600 и 50°С.A device is known for removing microparticles from substrates by directed pulses of a solid-state laser based on the evaporation of these particles. So, in [JM Lee, C. Curran, KG Watkins. Laser removal of copper particles from silicon wafers using UV, visible and IR radiation // Appl. Phys.A73, 219 - 224 (2001)] investigated the removal of
Исследования [A. Kearns, С.Fischer, K.G. Watkins, М. Glasmacher, Н. Kheyrandish, A. Brown,W.M. Steen, P. Beahan // Laser removal of oxides from a copper substrate using Q-switched Nd:YAG radiation at 1064 nm, 532 nm and 266 nm. Applied Surface Science, 127 -129, 773 - 780 (1998)] с теми же длинами волн, но при большей плотности мощности показали, что локальное плавление поверхности на λ=532 нм происходит при воздействии в 5 Дж/см2, тогда как на λ=266 нм оно происходит при 0,1 Дж/см2. Кратное увеличение плотности мощности приводит к образованию кратера на поверхности пластин. При этом, вне зависимости от наличия или отсутствия кратера, поверхность пластин после воздействия луча представляет собой застывшие концентрические волны.Research [A. Kearns, C. Fischer, KG Watkins, M. Glasmacher, N. Kheyrandish, A. Brown, WM Steen, P. Beahan // Laser removal of oxides from a copper substrate using Q-switched Nd: YAG radiation at 1064 nm, 532 nm and 266 nm. Applied Surface Science, 127-129, 773-780 (1998)] with the same wavelengths, but at a higher power density showed that local surface melting at λ = 532 nm occurs when exposed to 5 J / cm 2 , while λ = 266 nm it occurs at 0.1 J / cm 2 . A multiple increase in the power density leads to the formation of a crater on the surface of the plates. In this case, regardless of the presence or absence of a crater, the surface of the plates after exposure to the beam is frozen concentric waves.
Указанные результаты говорят о том, что устройства, основанные на непосредственном воздействии лазерного импульса на поверхность, хотя и позволяют достичь ее полной очистки, но при использовании инфракрасного или видимого излучения приводят к ее разрушению, что недопустимо для микроэлектронного производства. Использование же ультрафиолетового излучения, хотя и позволяет избежать механического и теплового разрушения поверхности может приводить к ее фотохимической деградации, что также недопустимо. Кроме того, мощные импульсные лазеры и особенно ультрафиолетовые, являются дорогостоящим оборудованием с ограниченным ресурсом службы (числом импульсов).These results indicate that devices based on the direct action of a laser pulse on a surface, although they can achieve its complete cleaning, when using infrared or visible radiation, lead to its destruction, which is unacceptable for microelectronic production. The use of ultraviolet radiation, although it allows avoiding mechanical and thermal destruction of the surface, can lead to its photochemical degradation, which is also unacceptable. In addition, high-power pulsed lasers, and especially ultraviolet lasers, are expensive equipment with a limited service life (number of pulses).
В [K.G. Watkins, Carmel Curran, Jong-Myung Lee. Two new mechanisms for laser cleaning using Nd:YAG sources // Journal of Cultural Heritage, 4, 59 - 64 (2003)] предложено два альтернативных способа импульсной лазерной очистки поверхности от микрочастиц и устройств на их основе. В первом устройстве луч лазера падает под скользящим углом к поверхности. При этом, хотя поверхностная плотность энергии меньше, чем в традиционном способе с нормальным падением луча, а значит меньше и коэффициент очистки, зато растет скорость процесса. Так, для достижения 100% очистки твердой поверхности импульсами с λ=1064 нм и τ=10 нс при угле падения луча 10° достаточно было поверхностной энергии 0,1 Дж/см2, а при угле 90° требовалась плотность в 1 Дж/см2. Температура поверхности в момент импульса для этих значений угла была рассчитана как 1800 и 400°С. В то же время скорость очистки при угле 90° была в 10 раз больше, чем при угле 10°. Во втором устройстве воздействие лазерного луча происходит не непосредственно на поверхность, что снижает вероятность ее повреждения. Пучок направляется параллельно поверхности на высоте 1 - 10 мм, а за счет электрического пробоя воздуха возникают плазменные ударные волны, удаляющие микро и наночастицы с поверхности. При плотности энергии импульса 2 Дж/см2 и длительности 10 нс расчетное давление плазмы составило 2,2 тыс.атмосфер. При размере частиц в 1 мкм это давление вызывает силу в 10 раз больше Вандер-Ваальсовых, капиллярных или электростатических сил, удерживающих частицы на поверхности. Однако при уменьшении диаметра частиц до 1 нм сила воздействия плазмы становится одного масштаба с силами их удерживания.In [KG Watkins, Carmel Curran, Jong-Myung Lee. Two new mechanisms for laser cleaning using Nd: YAG sources // Journal of Cultural Heritage, 4, 59 - 64 (2003)] proposed two alternative methods for pulsed laser cleaning of the surface from microparticles and devices based on them. In the first device, the laser beam falls at a grazing angle to the surface. At the same time, although the surface energy density is less than in the traditional method with normal incidence of the beam, which means that the cleaning factor is also lower, the process speed increases. So, to achieve 100% cleaning of a solid surface by pulses with λ = 1064 nm and τ = 10 ns at an angle of incidence of the beam of 10 °, a surface energy of 0.1 J / cm 2 was sufficient, and at an angle of 90 °, a density of 1 J / cm was required 2 . The surface temperature at the moment of impulse for these values of the angle was calculated as 1800 and 400 ° C. At the same time, the cleaning speed at an angle of 90 ° was 10 times higher than at an angle of 10 °. In the second device, the laser beam is not directly applied to the surface, which reduces the likelihood of damage. The beam is directed parallel to the surface at a height of 1 - 10 mm, and due to the electrical breakdown of air, plasma shock waves arise, which remove micro and nanoparticles from the surface. At a pulse energy density of 2 J / cm 2 and a duration of 10 ns, the calculated plasma pressure was 2.2 thousand atmospheres. At a particle size of 1 micron, this pressure produces a force 10 times greater than the Vander-Waals, capillary, or electrostatic forces that hold the particles to the surface. However, when the particle diameter decreases to 1 nm, the force of the plasma action becomes of the same scale as the forces of their retention.
Оба устройства, предложенные в [K.G.Watkins, Carmel Curran, Jong-Myung Lee. Two new mechanisms for laser cleaning using Nd:YAG sources // Journal of Cultural Heritage, 4, 59-64 (2003)], использующие наклонное и параллельное расположение луча к очищаемой поверхности, обладают теми же недостатками, что и устройство, использующее перпендикулярный к поверхности лазерный импульс, а именно - использованием дорогостоящего мощного импульсного лазера и большим нагревом поверхности (сотни и тысячи градусов), либо большим давлением ударной волны (тысячи атмосфер), что в любом случае оказывает деструктивное воздействие на очищаемую поверхность.Both devices proposed in [K.G. Watkins, Carmel Curran, Jong-Myung Lee. Two new mechanisms for laser cleaning using Nd: YAG sources // Journal of Cultural Heritage, 4, 59-64 (2003)], using an inclined and parallel arrangement of the beam to the surface to be cleaned, have the same disadvantages as a device using a perpendicular to the surface of a laser pulse, namely, the use of an expensive powerful pulsed laser and high heating of the surface (hundreds and thousands of degrees), or high pressure of the shock wave (thousands of atmospheres), which in any case has a destructive effect on the surface to be cleaned.
В [W.D. Song,М.Н. Hong, В. Lukyanchuk, and Т.С.Chong. Laser -induced cavitation bubbles for cleaning of solid surfaces // Journal of Applied Physics 95, 6, 2952-2956 (2004)] разработаны способ и устройство удаления частиц, основанные на формировании в объеме жидкости у очищаемой подложки пузырьков газа за счет ударных волн в жидкости, созданных импульсом сфокусированного лазерного излучения. Использовали лазер с λ=248 нм и τ=23 нс, в фокусе луча которого сечением 2 мм2 достигалась плотность энергии 13,5 Дж/см2.In [WD Song, M.N. Hong, B. Lukyanchuk, and T.S. Chong. Laser-induced cavitation bubbles for cleaning of solid surfaces // Journal of Applied Physics 95, 6, 2952-2956 (2004)], a method and device for removing particles based on the formation of gas bubbles in the volume of a liquid near the substrate being cleaned due to shock waves in liquid created by a pulse of focused laser radiation. A laser with λ = 248 nm and τ = 23 ns was used, in the focus of a beam of which with a cross section of 2 mm 2 an energy density of 13.5 J / cm 2 was achieved.
Установлено, что действовало два механизма очистки. При схлопывании пузырька непосредственно у поверхности возникало давление около 6,4 ГПа, в то время как при схлопывании на заметном расстоянии L от поверхности на частицы действовала струя воды со скоростью 140 м/с и избыточным давлением лишь 0,21 ГПа. По этой причине эффективность очистки росла с приближением луча к подложке. Для частиц кремния диаметром 1 мкм на кремниевой подложке она составила 20% при L=16 мм и 100% при L=0,1 мм при числе импульсов в обоих случаях 100 шт.It was found that there were two cleaning mechanisms. When the bubble collapsed directly at the surface, a pressure of about 6.4 GPa arose, while during the collapse at a noticeable distance L from the surface, a water jet acted on the particles at a speed of 140 m / s and an excess pressure of only 0.21 GPa. For this reason, the cleaning efficiency increased as the beam approached the substrate. For silicon particles with a diameter of 1 μm on a silicon substrate, it was 20% at L = 16 mm and 100% at L = 0.1 mm with the number of pulses in both cases 100 pcs.
Недостатками данного способа и устройства являются использование дорогостоящего лазера, а также крайне высокое ударное давление (порядка ГПа), которое несет высокий риск повреждения очищаемых поверхностей.The disadvantages of this method and device are the use of an expensive laser, as well as an extremely high shock pressure (about GPa), which carries a high risk of damage to the cleaned surfaces.
Известно устройство для очистки твердых поверхностей по патенту PCT WO 03/106060 A2, Device for cleaning the surface of a component, состоящее из одного или двух лазеров, один из которых фокусирует лазерное излучение по нормали к очищаемой поверхности, а второй фокусирует лазерное излучение под углом к этой же поверхности, в предельном случае направлен параллельно очищаемой поверхности.Known device for cleaning hard surfaces according to PCT patent WO 03/106060 A2, Device for cleaning the surface of a component, consisting of one or two lasers, one of which focuses laser radiation normal to the surface to be cleaned, and the second focuses the laser radiation at an angle to the same surface, in the extreme case, directed parallel to the surface to be cleaned.
Недостатками данного устройства являются использование дорогостоящего лазера, а также крайне высокое ударное давление (порядка ГПа), которое несет высокий риск повреждения очищаемых поверхностей.The disadvantages of this device are the use of an expensive laser, as well as an extremely high shock pressure (on the order of GPa), which carries a high risk of damage to the cleaned surfaces.
Таким образом, общим недостатком всех известных лазерных устройств очистки поверхностей от микро- и наночастиц является большое тепловое, фотохимическое, либо ударное воздействие на эти поверхности, что несет высокий риск повреждения очищаемых поверхностей.Thus, a common disadvantage of all known laser devices for cleaning surfaces from micro- and nanoparticles is a large thermal, photochemical, or impact on these surfaces, which carries a high risk of damage to the surfaces to be cleaned.
Известно устройство оптической очистки твердой поверхности от наночастиц и принятое за прототип [Igor V. Minin, Oleg V. Minin, Yinghui Cao, Zhenyu Liu, Yuri E. Geints & Alina Karabchevsky. Optical vacuum cleaner by optomechanical manipulation of nanoparticles using nanostructured mesoscale dielectric cuboid // Scientific RepoRtS | (2019) 9:12748 | https://doi.org/10.1038/s41598-019-49277-9], включающее источник лазерного излучения, облучающий мезоразмерную диэлектрическую частицу в форме кубоида с характерным размером не менее длины волны используемого излучения и с эффективным показателем преломления материала приблизительно равного 2, а вдоль оптической оси по кубоиду выполнено отверстие с диаметром менее половины длины волны используемого излучения.Known device for optical cleaning of a solid surface from nanoparticles and taken as a prototype [Igor V. Minin, Oleg V. Minin, Yinghui Cao, Zhenyu Liu, Yuri E. Geints & Alina Karabchevsky. Optical vacuum cleaner by optomechanical manipulation of nanoparticles using nanostructured mesoscale dielectric cuboid // Scientific RepoRtS | (2019) 9: 12748 | https://doi.org/10.1038/s41598-019-49277-9], including a laser source irradiating a mesoscale dielectric particle in the form of a cuboid with a characteristic size not less than the wavelength of the radiation used and with an effective refractive index of the material approximately equal to 2, and along the optical axis along the cuboid, a hole is made with a diameter less than half the wavelength of the radiation used.
В результате исследований было установлено, что при величине эффективного показателя преломления материала диэлектрической мезоразмерной частицы порядка 2, область фокусировки излучения перемещается к теневой поверхности частицы кубоида и при дальнейшем увеличении величины эффективного показателя преломления перемещается внутрь отверстия кубоида. В результате градиента оптических сил, наночастицы, находящиеся на твердой поверхности захватываются этими силами и перемещаются внутрь отверстия в кубоиде.As a result of the research, it was found that when the effective refractive index of the material of a dielectric mesoscale particle is of the order of 2, the focusing region of radiation moves to the shadow surface of the cuboid particle and, with a further increase in the effective refractive index, moves into the cuboid hole. As a result of the gradient of optical forces, nanoparticles located on a solid surface are captured by these forces and move inside the hole in the cuboid.
Установлено, что характерный размер мезоразмерной диэлектрической частицы должен составлять не менее длины волны используемого излучения, при меньшем размере область фокусировки излучения на теневой поверхности частицы не формируется.It was found that the characteristic size of a mesoscale dielectric particle should be no less than the wavelength of the radiation used; at a smaller size, the focusing region of radiation on the shadow surface of the particle is not formed.
Достоинством устройства является возможность очистки твердой поверхности от микро- и наночастиц с минимальным тепловым, фотохимическим, либо ударным воздействием на эти поверхности и не повреждая очищаемые поверхности.The advantage of the device is the ability to clean a solid surface from micro- and nanoparticles with minimal thermal, photochemical, or impact on these surfaces and without damaging the surfaces to be cleaned.
Недостатком устройства является его низкая эффективность, обусловленная малой величиной очищаемой поверхности при минимальном риске повреждения очищаемой поверхности.The disadvantage of the device is its low efficiency, due to the small size of the cleaned surface with minimal risk of damage to the cleaned surface.
Указанная задача решена благодаря тому, что устройство оптической очистки твердой поверхности от наночастиц, содержит источник лазерного излучения, облучающий мезоразмерную диэлектрическую частицу с характерным размером (диаметром) не менее длины волны используемого излучения и эффективным показателем преломления материала приблизительно равным 2, в мезоразмерной частице выполнено отверстие с диаметром менее половины длины волны используемого излучения, новым является то, что мезоразмерная частица имеет форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда, облучение производят по боковой поверхности частицы, а отверстие выполнено непосредственно на теневой поверхности мезоразмерной частицы вдоль ее боковой поверхности.This problem is solved due to the fact that the device for optical cleaning of a solid surface from nanoparticles contains a laser radiation source that irradiates a mesoscale dielectric particle with a characteristic size (diameter) not less than the wavelength of the radiation used and an effective refractive index of the material approximately equal to 2, a hole is made in the mesoscale particle with a diameter less than half the wavelength of the radiation used, the novelty is that the mesoscale particle has the shape of a cylinder or rectangular parallelepiped, the irradiation is performed along the lateral surface of the particle, and the hole is made directly on the shadow surface of the mesoscale particle along its lateral surface.
В результате проведенных исследований, было обнаружено, что мезоразмерная диэлектрическая частица в форме цилиндра или прямоугольного параллелепипеда с характерным размером не менее λ, где λ - длина волны используемого излучения в среде, с относительным показателем преломления в материале частицы относительно показателя преломления окружающей среды порядка 2, формирует непосредственно на ее внешней теневой границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной концентрацией энергии и с поперечными размерами порядка λ/3 - λ/4. При выполнении отверстия с характерным размером менее λ/2 непосредственно на теневой поверхности мезоразмерной частицы вдоль ее боковой поверхности область фокусировки частично заходит в тело частицы. В этой области возникает градиент оптических сил [Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure // Phys. Rev. Lett. -1970. - Vol.24(4). - P. 156 - 159; Ashkin A., Dziedzic J. M. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. - 1986. - Vol.11(5). P. 288 - 291] воздействующих на микро- и наночастицы расположенные на твердой поверхности. Эти радиационные силы используются для бесконтактного и неразрушающего захвата отдельных частиц и их перемещения внутрь мезоразмерной частицы. Размер отверстия в мезоразмерной диэлектрической частице определяет порядок величины области фокусировки и градиент оптической силы действующей на микро- и наночастицы.As a result of the studies carried out, it was found that a meso-sized dielectric particle in the form of a cylinder or rectangular parallelepiped with a characteristic size of at least λ, where λ is the wavelength of the radiation used in the medium, with the relative refractive index in the particle material relative to the refractive index of the environment of the order of 2, forms directly on its outer shadow boundary on the opposite side of the incident radiation areas with an increased energy concentration and with transverse dimensions of the order of λ / 3 - λ / 4. When a hole with a characteristic size less than λ / 2 is made directly on the shadow surface of a mesoscale particle along its lateral surface, the focusing region partially enters the particle body. In this area, there is a gradient of optical forces [Ashkin A. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure // Phys. Rev. Lett. -1970. - Vol.24 (4). - P. 156 - 159; Ashkin A., Dziedzic J. M. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles // Opt. Lett. - 1986. - Vol.11 (5). P. 288 - 291] acting on micro- and nanoparticles located on a solid surface. These radiation forces are used for non-contact and non-destructive capture of individual particles and their movement inside the mesoscale particle. The size of the hole in a meso-sized dielectric particle determines the order of magnitude of the focusing area and the gradient of the optical power acting on micro- and nanoparticles.
На фиг.1 приведена схема устройства с мезоразмерной диэлектрической частицей в форме цилиндра, а на фиг.2 с частицей в форме прямоугольного параллелепипеда.Figure 1 shows a diagram of a device with a meso-sized dielectric particle in the form of a cylinder, and figure 2 with a particle in the form of a rectangular parallelepiped.
Обозначения: лазерное излучение - 1, мезоразмерная диэлектрическая частица в форме цилиндра - 2, отверстие в частице - 3, микро- и наночастицы - 4, твердая поверхность - 5, мезоразмерная диэлектрическая частица в форме прямоугольного параллелепипеда - 6.Designations: laser radiation - 1, a meso-sized dielectric particle in the form of a cylinder - 2, a hole in a particle - 3, micro- and nanoparticles - 4, a solid surface - 5, a meso-sized dielectric particle in the form of a rectangular parallelepiped - 6.
Заявляемое устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.
Лазерное излучение 1 освещает боковую поверхность мезоразмерной диэлектрической частицы в форме цилиндра 2 или прямоугольного параллелепипеда - 6. При эффективном показателе преломления материала диэлектрических частиц 2, 6 порядка 2, на непосредственно их теневой поверхности возникает область фокусировки излучения, частично располагающаяся в материале частиц 2, 6. В этой области выполнено отверстие 3 с характерным размером менее половины длины волны излучения. В этой области возникает градиент оптической силы действующей на микро- и наночастицы 4, расположенные на твердой поверхности 5. Очищаемая твердая поверхность 5 размещается параллельно теневой поверхности мезоразмерной диэлектрической частицы 2, 6. В результате взаимодействия радиационных сил с частицами 4, частицы 4 перемещаются во внутрь отверстия 3 бесконтактным способом, не повреждая твердую поверхность 5.
Техническим результатом является создание устройства оптической очистки твердой поверхности от наночастиц с высокой эффективностью работы за счет большей поверхности одновременного удаления микро- и наночастиц с твердой поверхности бесконтактным методом.The technical result is the creation of a device for optical cleaning of a solid surface from nanoparticles with high efficiency due to a larger surface of the simultaneous removal of micro- and nanoparticles from a solid surface by a non-contact method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124060A RU2740533C1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020124060A RU2740533C1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2740533C1 true RU2740533C1 (en) | 2021-01-15 |
Family
ID=74184032
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020124060A RU2740533C1 (en) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2740533C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003106060A2 (en) * | 2002-06-13 | 2003-12-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for cleaning the surface of a component |
| RU2538161C2 (en) * | 2012-12-28 | 2015-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Laser surface cleaning method |
| RU2666416C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-09-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" | Method for cleaning solid surface from microparticles |
| US10144088B2 (en) * | 2013-12-03 | 2018-12-04 | Rofin-Sinar Technologies Llc | Method and apparatus for laser processing of silicon by filamentation of burst ultrafast laser pulses |
-
2020
- 2020-07-13 RU RU2020124060A patent/RU2740533C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003106060A2 (en) * | 2002-06-13 | 2003-12-24 | Commissariat A L'energie Atomique | Device for cleaning the surface of a component |
| RU2538161C2 (en) * | 2012-12-28 | 2015-01-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" | Laser surface cleaning method |
| US10144088B2 (en) * | 2013-12-03 | 2018-12-04 | Rofin-Sinar Technologies Llc | Method and apparatus for laser processing of silicon by filamentation of burst ultrafast laser pulses |
| RU2666416C1 (en) * | 2017-07-14 | 2018-09-07 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский государственный университет" | Method for cleaning solid surface from microparticles |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Igor V. Minin, et al. Optical vacuum cleaner by optomechanical manipulation of nanoparticles using nanostructured mesoscale dielectric cuboid // Scientific RepoRtS / 04.09.2019. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lee et al. | Removal of small particles on silicon wafer by laser-induced airborne plasma shock waves | |
| JP6381753B2 (en) | Method and apparatus for non-ablation photoacoustic compression processing of transparent materials using filamentation by bursts of ultrafast laser pulses | |
| Tam et al. | Laser‐cleaning techniques for removal of surface particulates | |
| CN108260349B (en) | Method and device for reducing the photoelectron yield and/or the secondary electron yield | |
| TWI306793B (en) | A method and apparatus for cleaning surfaces | |
| RU2017116432A (en) | METHOD OF LASER PROCESSING FOR SEPARATION OR SCRIBING OF SUBSTRATE BY FORMING WEDGE-shaped DAMAGED STRUCTURES | |
| WO2016078138A1 (en) | Method and device for etching transparent insulating material with magnetic powder induction laser plasma | |
| Lee et al. | Angular laser cleaning for effective removal of particles. from a solid surface | |
| CN106935307B (en) | Accurate control microballoon based on pulse laser carries out the method and device of light suspension | |
| KR20180017803A (en) | apparatus and method for cleaning parts of semiconductor equipment | |
| RU2740533C1 (en) | Device for optical cleaning of solid surface from nanoparticles | |
| KR101040300B1 (en) | Cleaning Apparatus Based On Pulse Laser-induced Breakdown Of Droplet Or Liquid Jet And Method | |
| Park et al. | Removal of nanoparticles from a silicon wafer using plasma shockwaves excited with a femtosecond laser | |
| Hooper et al. | Efficiency studies of particle removal with pulsed-laser induced plasma | |
| CN109671616B (en) | Method for cleaning particles on surface of silicon wafer or lens by laser | |
| CN113198801A (en) | Method for cleaning micro-nano particles by spatially-constrained double-beam laser-induced shock waves | |
| CN113058935A (en) | Method for cleaning micro-nano particles by underwater double-beam pulse laser induced shock waves | |
| RU2666416C1 (en) | Method for cleaning solid surface from microparticles | |
| Vatry et al. | Experimental investigation on laser removal of carbon and tungsten particles | |
| CN111992543A (en) | Laser plasma light wire cleaning method | |
| CN108405487A (en) | A kind of lossless laser cleaning method | |
| Park et al. | Removal of nanoparticles on silicon wafer using a self-channeled plasma filament | |
| Devarapalli et al. | Post-chemical mechanical polishing cleaning of silicon wafers with laser-induced plasma | |
| Lee et al. | Surface cleaning of silicon wafer by laser sparking | |
| Mahmoud et al. | Laser-Produced Functional Surfaces of Silicon and Quartz |