CN112091431A - 面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，属于先进激光制造技术领域，将高精高效激光抛光技术应用到大尺寸超薄掩膜版的表面光洁度提升，具体包括四个步骤：步骤一，选取超薄因瓦合金掩膜版放置在5轴加工平台上；步骤二，采用纳秒连续激光器并设定激光入射角；步骤三，设置N次激光抛光区域；步骤四，激光抛光连续性拼接。与现有技术相比，本发明取得的技术突破在于可以抛光传统方法不能打磨的大尺寸超薄金属掩膜版，不仅提高了掩膜版的表面光洁度，而且抛光效率高，精度高，对原有掩膜版外形几何特征尺寸的影响小。

Description

面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法
技术领域
本发明属于先进激光制造技术领域，具体涉及面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法。
研究背景
掩膜版是微纳加工技术常用的光刻工艺所使用的图形母版，它由不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到产品基片上，广泛应用于航空航天、汽车电子、医疗器械等行业的显示面板领域。
在掩膜版制造过程中，为消除其表面的磨削、铣削和电火花等粗糙划痕，表面抛光成了必不可少的工序。但随着显示面板尺寸的增大以及显示要求的提高，对掩膜版的尺寸和表面精度提出了更为严格的要求，使抛光难度进一步增大。
传统的抛光方式由于是机械式接触抛光，容易对掩膜版造成机械损伤，严重者会形成褶皱，而掩膜版上的任何缺陷都会对最终光刻图形精度产生影响。另一方面，针对超薄因瓦合金掩膜版而言，在蒸镀过程中不可避免承受着热疲劳、冲蚀、化学腐蚀等物理和化学作用，主要失效形式有磨损失效、断裂失效和塑性变形等，进一步为超薄因瓦合金掩膜版的成形与成性提出了更加苛刻的要求。
作为一种新型非接触式抛光技术，激光抛光基于激光材料热力学及快速熔凝作用机理，通过精确控制激光熔化金属粗糙表面和优化非平衡态固液汽相变，在熔融材料的重力和表面张力的作用下，同时不影响原有材料几何外形尺寸的情况下，使粗糙的材料表面变的平滑，最终提高材料表面的光洁度，自动化程度高，抛光效率高，被众多科研院所和高校用来解决了传统方式打磨金属基体的依赖性。
因此开发一种可以抛光大尺寸超薄掩膜版的激光抛光方法，对原有掩膜版外形几何特征尺寸的影响小，且抛光效率高，精度高，自动化程度高，绿色环保，成为目前科研工作者亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，该方法不仅抛光效率高，精度高，而且在提高大尺寸超薄掩膜版表面光洁度的同时，对原有超薄掩膜版外形几何特征尺寸的影响小。
本发明面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，工艺流程如图1所示，其特征在于，将高精高效激光抛光技术应用到大尺寸超薄掩膜版的表面光洁度提升。
进一步，本发明主要包括如下步骤：
步骤一，选取超薄因瓦合金掩膜版，采用可以沿X、Y、Z轴平动且可以沿Z轴和Y轴旋转的5轴加工平台，加工平台的加工精度为0.0005-0.001mm，所述的加工平台上安装有2-10个温度传感器，可以识别激光抛光过程中产生的温度信号，同时X、Y、Z平动轴和Z、Y旋转轴上均通过橡胶管安装有冷却液出口，冷却液可对抛光过程中的温度进行实时调控；
步骤二，采用波长1065-1068nm、光斑直径850-1200μm并装有三维振镜的纳秒连续激光器，且激光光束为方形均匀分布的平顶光，同时激光光束的入射角与掩膜版始终保持在8-12°；
步骤三，设置N次激光抛光区域，第1次激光抛光完成后进行第2次抛光区域的抛光，以此类推逐次抛光，且掩膜版的表面尺寸为单次激光抛光区域尺寸的整倍数，采用CCD设备实时观测掩膜版的厚度变化和表面工况，同时结合步骤一中的温度传感器和冷却液，进行温度调控，避免出现搭接条纹、褶皱、烧蚀、气孔缺陷；
步骤四，通过步骤一中的5轴加工平台实时调整掩膜版的加工位置，对步骤三中的N个抛光区域进行激光抛光连续性拼接，当掩膜版表面粗糙度≤Ra 0.05μm，表面厚度偏差4-8μm，厚度变化为10-20μm，即完成整个掩膜版的激光抛光。
其中，步骤一所述的超薄因瓦合金掩膜版长宽尺寸大于125×50mm，平均厚度50-180μm。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将激光抛光技术应用到大尺寸超薄掩膜版的表面抛光，无需机械研磨剂和抛光工具，属于非接触式抛光，可以抛光传统方法不能打磨的超薄掩膜版；
(2)本发明基于激光材料热力学及快速熔凝作用机理，不仅抛光效率高，精度高，而且在提高大尺寸超薄掩膜版表面光洁度的同时，对原有超薄掩膜版外形几何特征尺寸的影响小；
(3)本发明方法简单，抛光效率高，可达400cm2/h以上，精度高，自动化程度高，绿色环保，可实现超薄掩膜版的大面积和重复性加工，易于实现工业化应用。
附图说明
图1为本发明的方法工艺流程图。
具体实施方式
为更好地理解本发明内容，以下结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细介绍，所举实例只用于解释本发明，并不用于限定本发明的范围。
本实施实例以实现因瓦合金掩膜版的激光抛光为例，将高精高效激光抛光技术应用到大尺寸超薄掩膜版的表面光洁度提升，具体抛光流程如图1所示，主要包括如下步骤：
步骤一，选取超薄因瓦合金掩膜版，长宽尺寸为200×100mm，平均厚度为120μm，采用可以沿X、Y、Z轴平动且可以沿Z轴和Y轴旋转的5轴加工平台，加工平台的加工精度为0.0005mm，所述的加工平台上安装有6个温度传感器，可以识别激光抛光过程中产生的温度信号，同时X、Y、Z平动轴和Z、Y旋转轴上均通过橡胶管安装有冷却液出口，冷却液可对抛光过程中的温度进行实时调控；
步骤二，采用波长1065nm、光斑直径1000μm并装有三维振镜的纳秒连续激光器，且激光光束为方形均匀分布的平顶光，同时激光光束的入射角与掩膜版始终保持在10°；
步骤三，设置8次激光抛光区域，每个抛光区域的抛光尺寸为50×50mm，保证掩膜版的表面尺寸为单次激光抛光区域尺寸的整倍数，第1次激光抛光完成后进行第2次抛光区域的抛光，以此类推逐次抛光，并采用CCD设备实时观测掩膜版的厚度变化和表面工况，同时结合步骤一中的温度传感器和冷却液，进行温度调控，避免出现搭接条纹、褶皱、烧蚀、气孔缺陷；
步骤四，通过步骤一中的5轴加工平台实时调整掩膜版的加工位置，对步骤三中的8个抛光区域进行激光抛光连续性拼接，当掩膜版表面粗糙度≤Ra 0.05μm，表面厚度偏差4-8μm，厚度变化为10-20μm，即完成整个掩膜版的激光抛光。
本发明的上述实施例是为了说明本发明所做的举例，并不用于限定本发明的实施方式，凡是在本发明精神和原则内，对本发明方法、步骤或条件所作的任何修改、改进等，均属于本发明的范围。

Claims (3)

1.面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，其特征在于，将高精高效激光抛光技术应用到大尺寸超薄掩膜版的表面光洁度提升。
2.根据权利要求1所述的面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，选取超薄因瓦合金掩膜版，采用可以沿X、Y、Z轴平动且可以沿Z轴和Y轴旋转的5轴加工平台，加工平台的加工精度为0.0005-0.001mm，所述的加工平台上安装有2-10个温度传感器，可以识别激光抛光过程中产生的温度信号，同时X、Y、Z平动轴和Z、Y旋转轴上均通过橡胶管安装有冷却液出口，冷却液可对抛光过程中的温度进行实时调控；
步骤二，采用波长1065-1068nm、光斑直径850-1200μm并装有三维振镜的纳秒连续激光器，且激光光束为方形均匀分布的平顶光，同时激光光束的入射角与掩膜版始终保持在8-12°；
步骤三，设置N次激光抛光区域，第1次激光抛光完成后进行第2次抛光区域的抛光，以此类推逐次抛光，且掩膜版的表面尺寸为单次激光抛光区域尺寸的整倍数，采用CCD设备实时观测掩膜版的厚度变化和表面工况，同时结合步骤一中的温度传感器和冷却液，进行温度调控，避免出现搭接条纹、褶皱、烧蚀、气孔缺陷；
步骤四，通过步骤一中的5轴加工平台实时调整掩膜版的加工位置，对步骤三中的N个抛光区域进行激光抛光连续性拼接，当掩膜版表面粗糙度≤Ra 0.05μm，表面厚度偏差4-8μm，厚度变化为10-20μm，即完成整个掩膜版的激光抛光。
3.根据权利要求1所述的面向大尺寸超薄掩膜版的一种高精高效激光抛光方法，其特征在于，步骤一所述的超薄因瓦合金掩膜版长宽尺寸大于125×50mm，平均厚度50-180μm。
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