CN114178718A - 一种光掩膜版无粉尘激光加工装置及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置及加工方法，包括加工平台，加工平台上放置有加工工件，加工平台上还设置有激光加工头，加工激光头对加工工件进行加工处理，其特征在于：加工平台上设置有将激光切割路径通道和光罩核心区域通道分开的双通道夹具双通道夹具包括夹具板，夹具板上设置有一组吸附通道，吸附通道为激光切割路径通道和光罩核心区域通道，激光切割路径通道和光罩核心区域通道与集尘系统连通。本发明通过特有的双通道夹具，将激光加工部分与光罩核心区域实现隔绝状态，无粉尘切割，不需要对切好的掩模版进行二次清洗，可以避免二次处理造成损坏风险，良品率高。

Description

一种光掩膜版无粉尘激光加工装置及加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工技术领域，具体涉及一种光掩膜版无粉尘激光加工装置及加工方法。
背景技术
在半导体制造的整个流程中，其中一部分就是从版图到晶圆(wafer)制造中间的一个过程，即光掩膜或称光罩(mask)制造，光掩膜除了应用于芯片制造外，还广泛的应用于LCD，PCB，光掩模版是流程衔接的关键部分，是流程中造价最高的一部分。以玻璃为衬底的光掩膜版造价十分昂贵。传统的光掩模版加工方法普遍采用刀轮切割，其与激光加工存在的差异性主要在于刀轮加工需要从掩模版上表面开始切割，而激光可以穿过石英玻璃聚焦在任意位置开始切割，会通过技术手段避免粉尘污染核心区域，所以刀轮产生大量的粉尘一直是造成光掩模版分版良品率低的直接原因，且加工速度慢，精度差，异形无法加工，常常因为加工的问题导致严重的经济损失。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种光掩膜版无粉尘激光加工装置及加工方法，可以解决传统工艺中产生大量粉尘的技术难题,并且加工速度快,精度高。
技术方案：本发明提供的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，包括加工平台，加工平台上放置有加工工件，加工平台上还设置有激光加工头，加工激光头对加工工件进行加工处理，其特征在于：加工平台上设置有将激光切割路径通道和光罩核心区域通道分开的双通道夹具；
加工平台包括X轴运动平台、Y轴运动平台和Z轴运动平台，Z轴运动平台上设置有激光加工头，Y轴运动平时上设置有夹具，夹具上设置有光掩膜版；
夹具为双通道夹具，双通道夹具包括夹具板，夹具板上设置有一组吸附通道，吸附通道为圆柱状管道，其侧壁上设置有至少一组孔道组，孔道组包括两个通孔，两个通孔分别为激光切割路径孔和光罩核心区域孔，激光切割路径孔和光罩核心区域孔分别连接激光切割路径通道和光罩核心区域通道，激光切割路径通道和光罩核心区域通道与集尘系统连通。
进一步地，光掩膜版为以玻璃为衬底的光掩膜版。玻璃具有透光性，激光可以透过玻璃上表面聚焦到下表面进行由下向上切割。另外根据材料的吸收率，目前只有石英玻璃，532nm波长是可以由下向上切割，所以本发明汇总双通道夹具配合激光系统实现粉尘隔离，避免粉尘污染膜面达到无粉尘切割目的。
进一步地，激光加工头包括设置在Z轴运动平台上的激光器，激光器上固定有扫描振镜，扫描振镜上固定有聚焦场镜。
进一步地，激光器发射的激光的波长为355nm-1064nm。
进一步地，以玻璃为衬底的光掩膜版表面上镀有50-1200nm厚度的金属薄膜。
进一步地，集尘系统包括与激光切割路径通道和光罩核心区域通道分别连通的吸尘通道，吸尘通道与吸尘器连通。
本发明还提供一种光掩膜版无粉尘激光加工装置的加工方法，包括如下步骤：
步骤1、使用激光3D打印技术根据掩模版的排版制作双通道夹具；
步骤2、将光掩模版核心膜面朝下固定在双通道夹具上；
步骤3、打开集尘系统使双通道夹具激光切割路径通道和光罩核心区域通道产生负压，实现激光切割路径部分与光罩核心区域路径部分隔绝；
步骤4、利用激光加工系统视觉校准加工位置；
步骤5、激光加工头发出的激光经过聚焦场镜聚焦到掩膜版表面，调节好激光工艺参数，在计算机加工系统中输入工艺参数进行光掩膜版的外形切割。
工作原理：光掩模版的排版包括核心区域和切割区域，核心区域(称为光罩)为镀膜区域，其对应光罩核心区域通道，此为单独通道；切割区域是排版图纸设定的切割部分，是透光的，其对应的通道是激光切割路径通道，此对应的是激光与材料作用区域，这两个通道是分开的，所以粉尘无法进入核心区域，加工的粉尘也由夹具的激光切割路径通道吸走。
本发明通过特有的双通道夹具，分别为激光切割路径通道和光罩核心区域通道，其中激光加工部分为产生粉尘区域，利用集尘装置产生负压使得激光加工部分与光罩核心区域实现隔绝状态，使粉尘无法进入光罩核心区域，从而达到无粉尘切割。
有益效果：(1)本发明可以将光掩膜版切割成任意形状，不受传统刀轮切割尺寸形状的局限性；(2)本发明通过特有的双通道夹具，将激光加工部分与光罩核心区域实现隔绝状态，无粉尘切割，不需要对切好的掩模版进行二次清洗，可以避免二次处理造成损坏风险，良品率高；(3)本发明由于可以模块化生产，所以可以在现有装置上直接进行改造，将夹具改进后即可投入生产加工。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2为本发明中双通道夹具的俯视图；
图3为本发明中吸附通道的结构示意图；
图4为图3的主视图；
图5为图4中A-A方向的剖视图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
如图1所示的光掩膜版无粉尘激光加工装置，本发明提供的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，包括加工平台，加工平台上放置有加工工件，加工平台上还设置有激光加工头，加工激光头对加工工件进行加工处理，其特征在于：加工平台上设置有将激光切割路径通道和光罩核心区域通道分开的双通道夹具。
加工平台包括X轴运动平台6、Y轴运动平台3和Z轴运动平台10，Z轴运动平台10上设置有激光加工头，Y轴运动平时上设置有夹具4，夹具上设置有光掩膜版5；
夹具4为双通道夹具，双通道夹具包括夹具板4-1，夹具板4-1上设置有一组吸附通道4-2，吸附通道4-2为圆柱状管道，其侧壁上设置有至少一组孔道组，孔道组包括两个通孔，两个通孔分别为激光切割路径孔4-3和光罩核心区域孔4-3，激光切割路径孔4-3和光罩核心区域孔4-3分别连接激光切割路径通道4-6和光罩核心区域通道4-5，激光切割路径通道4-6和光罩核心区域通道4-5与集尘系统连通。
光掩膜版5为以石英玻璃为衬底的光掩膜版。激光加工头包括设置在Z轴运动平台上的激光器9，激光器9上固定有扫描振镜8，扫描振镜8上固定有聚焦场镜7。激光器9发射的激光的波长为532nm，该波长具有在石英内部任意位置聚焦特点、脉宽5ns-15ns、重复频率30khz-100khz，功率2w-15w。
以石英玻璃为衬底的光掩膜版表面上镀有一定厚度的金属薄膜，可以选择品牌为HAOYA厚度为0.1mm-8mm6.3mm光学石英玻璃。集尘系统包括与激光切割路径通道4-6和光罩核心区域通道4-5分别连通的吸尘通道2，吸尘通道2与吸尘器1连通。
实施例2
本发明还提供一种光掩膜版无粉尘激光加工装置的加工方法，包括如下步骤：
步骤1、使用激光3D打印技术根据掩模版的排版制作双通道夹具；根据355nm-1064nm该波长范围激光特性可以聚焦在玻璃下表面进行能量释放进行由下向上进行切割，因此选用波长为532nm的激光加工系统。
步骤2、将光掩模版核心膜面朝下固定在双通道夹具上；
步骤3、打开集尘系统使双通道夹具激光切割路径通道和光罩核心区域通道产生负压，实现激光切割路径部分与光罩核心区域路径部分隔绝；
步骤4、利用激光加工系统视觉校准加工位置；
步骤5、激光加工头发出的激光经过聚焦场镜聚焦到掩膜版表面，调节好激光工艺参数，在计算机加工系统中输入工艺参数进行光掩膜版的外形切割。
步骤4和步骤5中，利用激光器9经过扫描振镜8规划激光路径聚焦场镜7聚焦到工件表面，通过激光加工系统视觉测量将焦点位置定在调节好激光聚焦参数，令由短脉冲激光器9发出波长532nm,脉宽30khz-100khz、重复频率30khz-100khz，切割速度300-1500mm/s，Z轴运动平台10由下向上偏移量0.01-0.05mm,烧蚀阈值功率2w-15w的激光经聚焦场镜到玻璃膜面，经加工系计算切割路径，在系统控制下，Z轴运动平台10改变焦点进行分层由下向上完成切割。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，包括加工平台，所述加工平台上放置有加工工件，所述加工平台上还设置有激光加工头，所述加工激光头对加工工件进行加工处理，其特征在于：所述加工平台上设置有将激光切割路径通道和光罩核心区域通道分开的双通道夹具；
所述加工平台包括X轴运动平台(6)、Y轴运动平台(3)和Z轴运动平台(10)，所述Z轴运动平台(10)上设置有激光加工头，所述Y轴运动平时上设置有夹具(4)，所述夹具上设置有光掩膜版(5)；
所述夹具(4)为双通道夹具，所述双通道夹具包括夹具板(4-1)，所述夹具板(4-1)上设置有一组吸附通道(4-2)，所述吸附通道(4-2)为圆柱状管道，其侧壁上设置有至少一组孔道组，所述孔道组包括两个通孔，所述两个通孔分别为激光切割路径孔(4-3)和光罩核心区域孔(4-3)，所述激光切割路径孔(4-3)和光罩核心区域孔(4-3)分别连接激光切割路径通道(4-6)和光罩核心区域通道(4-5)，所述激光切割路径通道(4-6)和光罩核心区域通道(4-5)与集尘系统连通。
2.根据权利要求1所述的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，其特征在于：所述光掩膜版(5)为以玻璃为衬底的光掩膜版。
3.根据权利要求1所述的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，其特征在于：所述激光加工头包括设置在Z轴运动平台上的激光器(9)，所述激光器(9)上固定有扫描振镜(8)，所述扫描振镜(8)上固定有聚焦场镜(7)。
4.根据权利要求3所述的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，其特征在于：所述激光器(9)发射的激光的波长为355nm-1064nm。
5.根据权利要求2所述的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置，其特征在于：所述以玻璃为衬底的光掩膜版表面上镀有50-1200nm厚度的金属薄膜。
6.根据权利要求1所述的一种光掩膜版无粉尘激光加工装置：所述集尘系统包括与激光切割路径通道(4-6)和光罩核心区域通道(4-5)分别连通的吸尘通道(2)，所述吸尘通道(2)与吸尘器(1)连通。
7.一种光掩膜版无粉尘激光加工装置的加工方法，采用权利要求1～6任一的光掩膜版无粉尘激光加工装置，其加工方法包括如下步骤：
步骤1、使用激光3D打印技术根据光掩模版的排版制作双通道夹具；
步骤2、将光掩模版核心膜面朝下固定在双通道夹具上；
步骤3、打开集尘系统使双通道夹具激光切割路径通道和光罩核心区域通道产生负压，实现激光切割路径部分与光罩核心区域路径部分隔绝；
步骤4、利用激光加工系统视觉校准加工位置；
步骤5、激光加工头发出的激光经过聚焦场镜聚焦到掩膜版表面，调节好激光工艺参数，在计算机加工系统中输入工艺参数进行光掩膜版的外形切割。
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