EP1511582A2 - Dispositif de nettoyage d'une surface d'une piece - Google Patents
Dispositif de nettoyage d'une surface d'une pieceInfo
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- EP1511582A2 EP1511582A2 EP03760019A EP03760019A EP1511582A2 EP 1511582 A2 EP1511582 A2 EP 1511582A2 EP 03760019 A EP03760019 A EP 03760019A EP 03760019 A EP03760019 A EP 03760019A EP 1511582 A2 EP1511582 A2 EP 1511582A2
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- particles
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
- B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
- B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser
Definitions
- the subject of this invention is a device for cleaning a surface of a part, in particular an optical or electronic part, in order to remove certain so-called contaminating particles which would render it unfit for the service for which it is intended.
- These particles can be mineral or organic in nature.
- One known means for cleaning various objects is the beam of a laser. This technique has been proposed for cleaning facades of monuments, micro-electronic components such as integrated circuits of optical discs, or parts intended for optical uses.
- the beam energy detaches the particles from the surface.
- the means of elimination proposed with the invention is a means of capturing or destroying particles which can take various forms, but which is arranged in front of the surface (and therefore close to it) to produce either an attraction on the particles if the medium is a means of capture, or an immediate elimination of particles if the means is a means of destruction.
- the attraction capture means have the characteristic that their action on the particles does not relax until capture, unlike the action of the scanning means. Some of these means consist of suction means or structures polarized with respect to the part to produce the force of attraction on the detached particles. Destruction means may include the beam of a second laser different from the previous one. The proximity of the means for capturing or destroying the surface to be cleaned guarantees a good result of the process.
- a part to be decontaminated bears the reference 1, and it is placed on a table 2 movable in an XY plane to move the part 1, and more precisely its upper face 3 to be decontaminated, in front of an apparatus which comprises a laser 4 emitting a beam 5 directed towards the face 3, and a suction device 6 comprising a pump 7 and a conduit 8 directed towards the face 3 and more precisely towards the point of arrival of the beam 5; a filter 9 can be added in the duct 8 or downstream of the pump 7.
- the beam 5 detaches the contaminating particles from the face 3, and the suction current attracts them towards the conduit 8 and passes them through the filter 9 where they are definitively retained.
- the complete decontamination process consists of moving the table 2 and the piece 1 of preservation until the entire area to be cleaned of the face 3 has been scanned by the beam 5.
- the suction device is replaced by a tip 10 made of conductive material and therefore capable of being polarized by a voltage generator 11 relative to the part 1.
- the direction of polarization is chosen so that the detached particles and ionized by the energy of the laser 4 are attracted to the tip 10 and deposit on it.
- the distance between tip 10 and face 3 is a few hundred micrometers, for a difference potential from a few tens of volts to a few kilovolts.
- this embodiment is particularly advantageous for parts in relief, and in particular with cavity, since the attraction means can be shaped so as to remain very close to the beam of the laser 5 and to follow it even in narrow cavities.
- All the embodiments of the invention comprising a capture of the particles thus comprise a point-shaped polarization piece which attracts the detached particles from the surface under the best conditions.
- the pointed shape has the other advantage of strengthening the field of polarization where it is required.
- the polarization can be continuous or alternative.
- the application of the field is located where it is useful.
- the end of the conduit 8 comprises polarized plates 15 (which can form the duct or be simply added to it) similar to those of the tip 10.
- the detached particles are sucked into the duct 8 by both the suction force and the electrostatic force, and they can deposit on the plates 15 when this force is sufficient.
- a voltage generator 11 for polarizing the plates 15 relative to the part 1.
- Another means used to prevent contamination includes a second laser, providing energy different from the first and designed to destroy loose particles.
- the first laser 4 can provide a beam 5 per pulse of 0.1 nanosecond to 100 nanoseconds at a rate greater than a few hertz and a wavelength in the ultraviolet
- the second laser will for example be continuous operation at several hundred watts or a few kilowatts.
- the wavelength will be chosen to be best absorbed by the body constituting the particles.
- 5 shows a 'such an arrangement, where next to the first laser 4, a second laser 16 is encountered which emits a beam 17 at grazing incidence above the upper face 3 so as to contact the loose particles that fly at this height.
- the beam 17 is focused in one or two directions and has a focus 18 where it cuts the beam 5 of the first laser 4, so that the energy is most concentrated at the place where the particles are detached and where their destruction is therefore most indicated.
- Certain variants of the invention must also be mentioned. It is thus not necessary that the laser 4 detaching the particles is directed towards the contaminated face 3: FIG. 6 shows that it can very well be directed towards the opposite side of this face, provided that the part 1 is transparent to the beam 5. The laser 4 is then separated from the means for capturing or destroying the particles (which may be the same as previously, for example a second laser 16) by the part 1.
- FIG. 6 shows that it can very well be directed towards the opposite side of this face, provided that the part 1 is transparent to the beam 5.
- the laser 4 is then separated from the means for capturing or destroying the particles (which may be the same as previously, for example a second laser 16) by the part 1.
- FIG. 7 shows that at the device previous can be added a device for observing the phenomenon which may consist of an additional laser 18 emitting a beam 19 of illumination which is diffused towards an optical device which may include a deflection mirror 20 and a lens 21 which focuses this beam towards a camera 22.
- This device makes it possible in particular to visualize the particles then to destroy them by following, in the image, the result of cleaning. So it is not always necessary to sweep the whole surface but to direct the beam only on the particles when these are rare.
- a means for capturing or eliminating particles similar to the previous ones is added to the device, but has not been shown here for reasons of clarity. It should be noted that the beams laser are not necessarily perpendicular to the surfaces to be cleaned or observed.
- the tips 25 depend on a common support 26 and are all directed parallel to the surface to be decontaminated from the part 1 Screw or friction adjustments of the points 25 in the holes of the common support 26 make it possible to separately adjust the advance of each of the points 25 and therefore to place them all at the desired distance from the surface of the part 1 even if it is in relief, so as to establish a sufficient field without risking a scratching of the surface and also according to the nature of the field, that of the particles and the conditions of execution of the process.
- the source 27 of the field can be different for each of the points 25 or common. As before, it can be thermal, electric, alternative or continuous.
- This embodiment can be used with effect in microelectronics, on laminated substrates and composed of etched layers. Peaks
Landscapes
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- Optics & Photonics (AREA)
- Cleaning In General (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Un moyen de capture de particules détachées par un laser (4) permet de les attirer et de les empêcher de retomber mieux que ne le ferait un moyen de balayage traditionnel par soufflage. Diverses catégories de forces d'attraction peuvent être exploitées. On pourra aussi utiliser un moyen de destruction des particules, comme un deuxième laser à forte puissance au-dessus de la surface (3) travaillée.
Description
DISPOSITIF DE NETTOYAGE D'UNE SURFACE D'UNE PIECE
DESCRIPTION
Le sujet de cette invention est un dispositif de nettoyage d'une surface d'une pièce notamment optique ou électronique pour y ôter certaines particules dites contaminantes qui la rendraient inapte au service pour lequel elle est prévue. Ces particules peuvent être de nature minérale ou organique.
Un moyen connu pour nettoyer divers objets est le faisceau d'un laser. Cette technique a été proposée pour nettoyer des façades de monuments, des composants micro-électroniques comme des circuits intégrés des disques optiques, ou des pièces destinées à des usages optiques. L'énergie du faisceau détache les particules de la surface.
On s'est aussi préoccupé de retirer les particules détachées de la surface de la pièce pour éviter qu'elles ne retombent ensuite. Un gaz de balayage est fréquemment employé. Un autre procédé utilise la vaporisation d'un liquide préalablement déposé sur la surface à décontaminer par le laser lui- même : la vapeur soulève les particules. Une illustration de ces techniques est constituée par le brevet US 5 024 968 A.
On observe toutefois certaines insuffisances des procédés déjà proposés, certaines au moins des particules détachées retombant sur la surface nettoyée, non loin de l'endroit d'où elles proviennent.
Un moyen d'élimination perfectionné de ces particules est donc souhaité : c'est le sujet de cette invention.
Dans le brevet antérieur mentionné plus haut, on s'efforce de retirer les particules soulevées par un balayage accompli par un courant de gaz rasant la surface. Un tel balayage est insuffisant puisque les particules détachées sont transportées en survolant la pièce à peu de distance, ce qui explique qu'elles puissent facilement retomber. Le moyen d'élimination proposé avec l'invention est un moyen de capture ou de destruction des particules pouvant prendre diverses formes, mais qui est disposé devant la surface (et donc proche d'elle) pour produire soit une attraction sur les particules si le moyen est un moyen de capture, soit une élimination immédiate des particules si le moyen est un moyen de destruction.
Les moyens de capture par attraction ont pour caractéristique que leur action sur les particules ne se relâche pas jusqu'à la capture contrairement à l'action des moyens de balayage. Certains de ces moyens consistent en des moyens d'aspiration ou des structures polarisées par rapport à la pièce pour produire la force d'attraction sur les particules détachées. Des moyens de destructions peuvent comprendre le faisceau d'un deuxième laser différent du précédent. La proximité du moyen de capture ou de destruction de la surface à nettoyer garantit un bon résultat du procédé.
Les divers aspects de l'invention seront à présent décrits au moyen des figures 1 à 8, qui
représentent toutes un mode particulier de sa réalisation, sans que d'autres soient exclus.
On se reporte à présent aux figures. A la figure 1, une pièce à décontaminer porte la référence 1, et elle est posée sur une table 2 mobile dans un plan X-Y pour déplacer la pièce 1, et plus précisément sa face 3 supérieure à décontaminer, devant un appareillage qui comprend un laser 4 émettant un faisceau 5 dirigé vers la face 3, et un dispositif d'aspiration 6 comprenant une pompe 7 et un conduit 8 dirigé vers la face 3 et plus précisément vers le point d'arrivée du faisceau 5 ; un filtre 9 peut être ajouté dans le conduit 8 ou en aval de la pompe 7.
Le faisceau 5 détache les particules contaminantes de la face 3, et le courant d'aspiration les attire vers le conduit 8 et les fait passer par le filtre 9 où elles sont définitivement retenues. Le procédé de décontamination complet consiste à déplacer la table 2 et la pièce 1 de conserve jusqu'à ce que toute la zone à nettoyer de la face 3 ait été balayée par le faisceau 5.
A la figure 2, le dispositif d'aspiration est remplacé par une pointe 10 en matière conductrice et donc apte à être polarisée par un générateur de tension 11 par rapport à la pièce 1. La direction de polarisation est choisie de façon que les particules détachées et ionisées par l'énergie du laser 4 soient attirées par la pointe 10 et se déposent sur elle. La distance entre la pointe 10 et la face 3 est de quelques centaines de micromètres, pour une différence
de potentiel de quelques dizaines de volts à quelques kilovolts .
On notera que ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour des pièces en relief, et notamment à cavité, puisque le moyen d'attraction peut être façonné de façon à rester très proche du faisceau du laser 5 et à le suivre même dans des cavités étroites. Toutes les réalisations de l'invention comprenant une capture des particules comportent ainsi une pièce de polarisation en forme de pointe qui attire les particules détachées de la surface dans les meilleures conditions. La forme pointue présente l'autre avantage de renforcer le champ de polarisation où il est requis. La polarisation peut être continue ou alternative. Enfin, l'application du champ est localisée où elle est utile.
Tout ce qui précède vaut pour la réalisation de la figure 3, où la pointe 10 électrostatique de la réalisation précédente est remplacée par une autre pointe 12 chauffée, par exemple par une résistance électrique 13 qu'elle contient et qui est parcourue d'un courant alternatif issu d'une source 14. C'est ici le phénomène de thermophorèse qu'on exploite pour faire attirer les particules détachées par la pointe 12. L'effet peut être avantageusement renforcé en refroidissant la pièce 1, par exemple par effet Peltier ou par un courant de gaz liquifié qui peut couler dans un conduit 23 creusé dans la table 2. Les moyens d'attraction décrits jusqu'à présent ne s'excluent pas, et ceux à décrire non plus.
Il est ainsi possible de combiner l'attraction par aspiration à l'attraction par polarisation électrique ou thermique, comme le montre la figure 4. On retrouve une pompe 7 et un conduit 8, mais l'extrémité du conduit 8 comporte des plaquettes polarisées 15 (qui peuvent former le conduit ou lui être simplement adjointes) analogues à ceux de la pointe 10. Les particules détachées sont aspirées dans le conduit 8 à la fois par la force d'aspiration et par la force électrostatique, et elles peuvent se déposer sur les plaquettes 15 quand cette force-ci est suffisante. On retrouve ici aussi un générateur de tension 11 pour polariser les plaquettes 15 par rapport à la pièce 1.
Un autre moyen utilisé pour empêcher la contamination comprend un deuxième laser, fournissant une énergie différente du premier et conçu pour détruire les particules détachées . Alors que le premier laser 4 peut fournir un faisceau 5 par impulsions de 0,1 nanoseconde à 100 nanosecondes à une cadence supérieure à quelques hertz et une longueur d'onde dans l'ultra-violet, le second laser sera par exemple à fonctionnement continu à plusieurs centaines de watts ou quelques kilowatts. La longueur d'onde sera choisie pour être au mieux absorbée par le corps constituant les particules. La figure 5 représente un' tel agencement, où à côté du premier laser 4, on rencontre un deuxième laser 16 qui émet un faisceau 17 en incidence rasante au-dessus de la face supérieure 3 de manière à toucher les particules détachées qui s'envolent à cette hauteur. Avantageusement, le faisceau 17 est focalisé dans une ou deux directions et
comporte un foyer 18 là où il coupe le faisceau 5 du premier laser 4, afin que l'énergie soit le plus concentrée à l'endroit où les particules se détachent et où leur destruction est donc la plus indiquée. Certaines variantes de l'invention doivent encore être mentionnées. Il n'est ainsi pas nécessaire que le laser 4 détachant les particules soit dirigé vers la face 3 contaminée : la figure 6 montre qu'il peut très bien être dirigé vers le côté opposé de cette face, à condition que la pièce 1 soit transparente au faisceau 5. Le laser 4 est alors séparé du moyen de capture ou de destruction des particules (qui peut être le même que précédemment, par exemple un second laser 16) par la pièce 1. Enfin, la figure 7 montre qu'au dispositif précédent peut être adjoint un dispositif d'observation du phénomène pouvant consister en un laser supplémentaire 18 émettant un faisceau 19 d'éclairage qui est diffusé vers un dispositif optique pouvant comprendre un miroir 20 de renvoi et une lentille 21 qui focalise ce faisceau vers une caméra 22. Ce dispositif permet en particulier de visualiser les particules puis de les détruire en suivant, à l'image, le résultat du nettoyage. Ainsi il n'est pas toujours nécessaire de balayer toute la surface mais de diriger le faisceau uniquement sur les particules quand celles- ci sont rares. Un moyen de capture ou d'élimination des particules semblable aux précédents est ajouté au dispositif, mais n'a pas été représenté ici pour des raisons de clarté. Il est à remarquer que les faisceaux
laser ne sont pas nécessairement perpendiculaires aux surfaces à nettoyer ou à observer.
Les réalisations précédentes pourraient être modifiées dans le détail, et d'autres seraient possibles : c'est ainsi qu'on pourrait combiner des moyens de capture et de destruction, pour par exemple attirer les particules par un moyen d'aspiration vers leur lieu de destruction, par le laser à forte énergie ou autrement . Une réalisation particulière d'intérêt certain . est décrite à la figure 8. Elle comprend une batterie de pointes 25 polarisées électriquement ou thermiquement et analoguese aux pointes 10 ou 12. Les pointes 25 dépendent d'un support commun 26 et sont toutes dirigées parallèlement vers la surface à décontaminer de la pièce 1. Des ajustements à vis ou à frottement des pointes 25 dans des perçages du support commun 26 permettent de régler séparément l'avance de chacune des pointes 25 et donc de les placer toutes à la distance voulue de la surface de la pièce 1 même si elle est en relief, de façon à instaurer un champ suffisant sans risquer un grattage de la surface et d'après aussi la nature du champ, celle des particules et les conditions d'exécution du procédé. La source 27 du champ peut être différente pour chacune des pointes 25 ou commune. Comme précédemment, elle peut être thermique, électrique, alternative ou continue.
Cette réalisation peut être employée avec effet en micro-électronique, sur des substrats feuilletés et composés de couches gravées. Les pointes
25 sont alignées perpendiculairement à une direction
des reliefs de la surface de la pièce 1, et déplacées dans cette direction.
Quand les pointes 10, 22 ou 25 sont polluées, elles sont soit nettoyées soit remplacées.
Claims
REVENDICATIONS
1) Dispositif de nettoyage de surface (3) d'une pièce, notamment optique ou électronique, par un laser dirigé vers ladite surface, caractérisé en ce qu'il comprend, disposé devant la surface, un moyen de capture de particules détachées de la surface, qui comprend une structure polarisée par rapport à la pièce, caractérisé en ce que la structure comporte au moins une pointe dirigée vers la surface.
2) Dispositif de nettoyage de surface (3) d'une pièce notamment optique ou électronique, par un laser dirigé vers ladite surface, comprenant disposé devant la surface, un moyen de destruction de particules détachées de la surface.
3) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de capture comporte en outre un moyen d'aspiration (6) comprenant un conduit (8) orienté vers la surface (3) .
4) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure est polarisée thermiquement par rapport à la pièce (1) .
5) Dispositif de nettoyage d'une surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure est polarisée électriquement par rapport à la pièce. 6) Dispositif de nettoyage d'une surface selon la revendication 1, caractérisé en ce que le
moyen de capture de particules comprend un ensemble de plusieurs pointes polarisées par rapport à la pièce.
7) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 et la revendication 3, caractérisé en ce que la structure (15) forme le conduit (8) ou est adjacente au conduit .
8) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de destruction est un faisceau (17) d'un deuxième laser (16) .
9) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon la revendication 8, caractérisé en ce que le deuxième laser est disposé en incidence rasante devant la surface.
10) Dispositif de nettoyage • de surface d'une pièce selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le deuxième laser est focalisé à un endroit où il coupe le faisceau (5) du laser (4) dirigé vers la surface (3) .
11) Dispositif de nettoyage de surface d'une pièce selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moyen de destruction est combiné un moyen de capture des particules détachées de la surface.
Applications Claiming Priority (3)
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Publications (1)
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Country Status (4)
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| EP (1) | EP1511582A2 (fr) |
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