激光技術(shù)的應(yīng)用已滲透到幾乎所有學(xué)科，進(jìn)入到各行各業(yè)，無所不包，無所不用。激光清洗技術(shù)的引人使一些傳統(tǒng)的清洗技術(shù)與研究方法得以更新和改進(jìn)，同時(shí)又提供了新的生產(chǎn)和研究手段。例如，當(dāng)今的微電子工業(yè)中最嚴(yán)重的問題之一是芯片 表面殘存微粒，會(huì)使成品率下降50%，要提高芯片成品率，必須采用有效的清洗技術(shù)，這對(duì)各種高技術(shù)過程都是關(guān)鍵的技術(shù)單元。這些過程包括半導(dǎo)體生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器、光存儲(chǔ)裝置和高能光學(xué)組件的加工。

當(dāng)這些小尺寸產(chǎn)品的技術(shù)要求提高時(shí)，要移去的最小粒子尺寸逐步變小，如對(duì)于亞微米集成電路技術(shù)，1um大小的顆粒是造成線路失敗的主要原因。20世紀(jì)90年代初，衣阿華大學(xué)Susan Allen 小組報(bào)道了激光清洗技術(shù):水作為能量的轉(zhuǎn)移物，首先在表面形成10μm厚的薄層(為避免引入水中的雜質(zhì)，采用氣相蒸發(fā)技術(shù)形成薄層)，再用CO2激光器輻照表面，將水層溫度升高到309C，蒸發(fā)過程如爆炸一樣將表 面殘余粒子帶走。IBM 公司用波長(zhǎng)為248nm的準(zhǔn)分子激光器也作了激光清洗研究，不同點(diǎn)是被處理的基板吸收紫外光后，再來加熱表面的薄水層。麥道公司利用Nd: YAG激光束清洗直徑為2μum的鎢顆粒，鎢顆粒本身吸收激光能量。TEA CO2激光器光束聚焦在材料表面，透鏡焦距為30cm,材料放在計(jì)算機(jī)控制的掃描平臺(tái)上，水層的蒸發(fā)采用N2氣流過40C的去離子水，蒸發(fā)冷凝在較低溫度的基板上，然后用激光輻照完成清洗工作。

①激光清洗技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

各種激光束清洗大小各異的粒子和材料不同的基板，都是利用產(chǎn)生足夠強(qiáng)的激光束移動(dòng)或捕獲小顆粒來實(shí)現(xiàn)的。將一高斯光束輻照在一 小顆粒 上時(shí)，光束傳輸有一定的能量和動(dòng)量；動(dòng)量=能量/光速。

光束與顆粒相互作用，-部分反射，一部 分折射進(jìn)顆粒且透過顆粒逸出。動(dòng)量是一個(gè)矢量，散射光在人射方向的總動(dòng)量小于原來的人射值，因此對(duì)新顆粒形成一個(gè)作用力——軸向力。

如果人射光的光強(qiáng)分布不均勻，例如TEM0高斯分布的模，還會(huì)形成垂直于人射方向的徑向力，徑向力可以向內(nèi)或向外，它會(huì)將粒子“推入”或“推出”光東范圍。利用激光輻射將顆粒從材料表面移走，需要很大的力量，但是使顆粒在表面滾動(dòng)或平移要容易得多，表4-12列出了一些主要試驗(yàn)結(jié)果。

可以利用激光清洗文物污垢和剝離飛機(jī)、艦艇及其他交通工具表面油漆。用- - 束幾百毫焦耳的YAG激光束通過透鏡的組合來聚焦光束，并把光束集中到個(gè)很小的、只有幾平方毫米或平方厘米范圍的區(qū)域。根據(jù)被處理物(雕刻藝術(shù)品、石頭墻壁等)表面的情況改變激光脈沖的頻率(每秒0.5~30個(gè)脈沖)和脈寬(8 ~25ns)。低頻率比高頻率更適用于處理易碎、堅(jiān)硬或多色表面，光束直徑可通過系列透鏡來改變。 處理光潔的石頭表面，光束直徑- -般為7mm;處理易碎表面時(shí)，光束直徑可增大。污垢吸收光后便蒸發(fā)掉，一種在表面產(chǎn)生的力學(xué)共振現(xiàn)象能使表面污垢凝結(jié)脫落。振幅很小的沖擊波可以被傳播到被處理物質(zhì)中，且不會(huì)造成被處理物的損壞。

美國(guó)軍方直利用激光清除 飛機(jī)、 艦艇和其他交通 工具表面的油漆。用激光清除漆層始終是替代普通溶劑清除法和噴砂法的一種誘人的手段， 也是較易適應(yīng)環(huán)境要求的技術(shù)，但重要的是激光束可以操縱，能去掉不規(guī)整表面的漆層。

美國(guó)HDE系統(tǒng)公司使用1800W連續(xù)波Nd: YAG 激光器和Polymiero的光纖傳輸系統(tǒng)，通過纖芯為600μm的光纜把1500W Nd: YAG 激光傳到150m之外的加工表面，用來剝除橋梁和車輛漆層。該公司經(jīng)理s. Enqel說，就每瓦的功率成本、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和平均功率可利用性等而言，連續(xù)波激光優(yōu)于脈沖激光。去掉漆層所需的平均功率密度(約12kW/im)遠(yuǎn)低于表面熔化功率密度(48kW/in), 因而這種技術(shù)有強(qiáng)大的生命力。

②激光清洗技術(shù)與其他技術(shù)的比較

激光清洗技術(shù)與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)或機(jī)械(水或微粒)清洗技術(shù)相比，激光束除污垢具有許多優(yōu)點(diǎn)。水清洗技術(shù)能清除表面可溶性鹽和黑色表層(這些東西在霧氣中會(huì)慢慢鼓起、變脆，并漸漸失去粘性)，然而滲透的危險(xiǎn)性非常大，這對(duì)深處的巖石損傷，尤其是當(dāng)接頭有缺陷時(shí)或當(dāng)石頭風(fēng)化很厲害時(shí)損傷更大。消除兒毫米厚的黑色薄層表層需要好幾天甚至幾個(gè)星期的連續(xù)水洗，而且水是種強(qiáng) 力溶劑，水滴軟化作用保持著水的溶解作用。因此，清洗結(jié)構(gòu)很不均勻。微粒清洗原理與水洗法相同，人們采用微粒清洗污染表面，所用的是極細(xì)的低壓磨蝕劑一氧化鋁、碳化硅、玻璃微珠、滑石粉等。采用此方法要求始終控制噴量，使微粒不致把表面磨損得太厲害。同時(shí)，需要的磨蝕劑劑量很大，要花的時(shí)間很長(zhǎng)，根據(jù)污垢的性質(zhì)和厚度，清洗2m2需要幾天到二十幾天。化學(xué)清洗法用的是酸或堿清洗物品，有時(shí)將酸堿一起用。 使用化學(xué)清洗法具有很大的危險(xiǎn)性，如對(duì)被處理物的腐蝕、廢鹽的形成、清洗后的長(zhǎng)期化學(xué)效應(yīng)等。用激光清洗法可以克服上述方法中的許多缺陷。它不需要任何可能損傷被處理物的水或微粒，可用來處理不堅(jiān)固的風(fēng)化的文物等。它既不會(huì)損傷被處理物質(zhì)表面的色澤，也不會(huì)改變它的結(jié)構(gòu)。