Лазерный мир

Вейко В.П. // Патент RU 2 263 567 C1

Способ влажной лазерной очистки твердых поверхностей, включающий нанесение слоя жидкости на поверхность, облучение поверхности импульсным лазерным излучением, отличающийся тем, что облучение поверхности производят пространственно-модулированном пучком лазерного излучения

Изобретение относится к области лазерной обработки материалов и может быть использовано в приборостроении, чистке оптических и электрических элементов. Известен способ ультразвуковой очистки твердых поверхностей (I.P.Maragopoulos, C.J.Martin and J.S.M.Hutchison. Measurement of field distribution in ultrasonic cleaming baths: implications for cleaming efficiency. 15 August 1995, p.1897-19080), заключающийся в удалении частиц с твердой поверхности под действием ультразвука.

Однако нижний предел размера удаляемых частиц составляет около 0.5 мкм. Нет защиты от дополнительного загрязнения и повреждения обрабатываемой поверхности. Известны способы лазерной очистки твердых поверхностей, например, способ сухой лазерной очистки (М.Н.Hong, T.C.Chong, Laser removal of particles from solid surfaces. Riken Review, January 2001, p.64). Он связан с импульсным облучением обрабатываемой поверхности лазерным излучением, это влечет за собой быстрое тепловое расширение подложки и/или загрязняющих частиц, которое приводит к удалению частиц с твердой поверхности. Однако при сухой лазерной очистке на очищенной поверхности в местах, где частицы были удалены, наблюдается повреждение поверхности: образование углублений, которое объясняется как результат локальной абляции подложки. Известен способ влажной лазерной очистки твердых поверхностей (М.Mosbacher, V.Dobler, P.Leiderer. Universal threhold for the steam laser cleaning of submicron spherical particles from silicon. Appl. Phys., A 70, 2000, p.669-672), включающий нанесение слоя жидкости на поверхность и облучение ее импульсным лазерным излучением, вызывающим кипение жидкости и удаление ее с поверхности вместе с загрязняющими частицами.

Этот способ по совокупности признаков является наиболее близким к предлагаемому изобретению и выбран авторами за прототип. Упомянутый способ-прототип не позволяет повысить площадь очищаемой поверхности. Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании способа, позволяющего увеличить площадь очищаемой поверхности при одновременном уменьшении плотности мощности лазерного излучения. Указанная задача решается при осуществлении изобретения за счет достижения температуры кипения жидкости только в максимумах распределения интенсивности лазерного излучения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в способе влажной лазерной очистки поверхности, включающем нанесение слоя жидкости на поверхность и облучение ее импульсным лазерным излучением, вызывающем кипение жидкости и удаление ее с поверхности вместе с загрязняющими частицами, производят облучение поверхности пространственно-модулированным пучком лазерного излучения

Работа устройства состоит в следующем. Перед облучением на очищаемую поверхность детали распыляют слой жидкости. Пучок излучения лазера 1 попадает на зеркало 2. Отражаясь, попадает на телескопическую систему 3. Излучение, прошедшее через телескопическую систему 3 и функциональный узел 4, формирующий пространственно-модулированное излучение, падает на деталь 5 с нанесенным на нее слоем жидкости. При поглощении излучения происходит быстрый рост температуры приповерхностных слоев детали. Если интенсивность лазерного излучения такова, что происходит прогрев жидкости на границе с подложкой достаточный для ее кипения при нормальном давлении, то на поверхности детали образуются и растут паровые пузырьки. Удаление частиц происходит под действием акустической волны, возникающей при расширении и последующем сжатии и исчезновении пузырьков.

В качестве примера рассмотрим удаление загрязняющих частиц с поверхности кремниевой пластины. Непосредственно перед самым излучением на пластину наносим слой жидкости. В нашем примере это вода. В качестве излучателя выбран YAG:Nd-лазер с длинной волны λ=1,06 мкм, длительностью импульса τ=15 нс, частотой следования импульсов f=2 Гц и мощностью Р_имп=1,3·10⁶Вт, диаметр пучка излучения на выходе лазера составляет d₀=1,5 мм.

Полное содержание на https://yandex.ru/patents/doc/RU2263567C1_20051110