CN116477850A - 一种沟槽加工方法及转印基板 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种沟槽加工方法，该方法包括：提供一激光束，根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布调整激光束的聚焦线的焦深长度和/或焦点位置，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有与槽宽分布对应的能量分布；通过激光束对待加工器件的内部进行改质，形成与拟加工沟槽对应的改质区；改质区包括沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线，每条改质线在深度方向上的改性程度与槽宽正相关；将改质后的待加工器件置于腐蚀液中，对改质区进行刻蚀形成槽体；本发明通过设置不同激光参数及改性条件，可得到U型槽、矩形槽、梯形槽等不同槽型，所加工的沟槽底部平滑，尺寸可控且加工制作成本较低，满足不同产品的加工需求。

Description

一种沟槽加工方法及转印基板

技术领域

本申请涉及激光加工技术领域，更具体地，涉及一种沟槽加工方法及转印基板。

背景技术

随着激光转印技术的开发，激光转印用源基板成为了热门的研究课题。转印基板(源基板)上设置有沟槽图形，其内用以保持印刷浆料，通过激光束从与沟槽相对侧照射转印基板，将沟槽内的浆料转印至需要印刷的接收基板上。

目前常用的转印基板之一是聚合物基板，也称为转印薄膜(高分子材料)，可以料卷的方式进行传送，其缺点在于不可重复利用；另一种常用的转印基板是玻璃基板，其优势是耐热性能好、热膨胀系数低、透光性能好，激光转印后不易变形等，可以重复利用。实验验证发现，在玻璃上制作相同的栅线浆料填充沟槽，由于玻璃具有耐热性能好、热膨胀系数低、透光性能好的特点，激光转印后玻璃不会产生变形，具有可以重复利用的优势，因此成为转印薄膜的可替代产品。

但是，现有技术制作的玻璃基板存在以下的技术问题：在其制作过程中，一种方法是通过聚焦激光束沿沟槽长度方向反复扫描，并在扫描位置形成沟槽，这样的制备方法制作的沟槽截面通常为V字型，这种形状的沟槽内的印刷浆料在激光转印后残留较多，印刷栅线的高宽比难以提高；另一种方法是通过光刻机制作，可以制备截面是矩形的沟槽，但是加工费用高，同时加工幅面尺寸有一定限制。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种沟槽加工方法及转印基板，其目的在于解决现有技术中仅能加工V型槽，或加工成本高昂的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种沟槽加工方法，其包括：

S1提供一激光束，根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布调整所述激光束的聚焦线的焦深长度和/或焦点位置，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有与所述槽宽分布对应的能量分布；

S2通过所述激光束对待加工器件的内部进行改质，形成与拟加工沟槽对应的改质区；

所述改质区包括沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线，每条所述改质线从待加工器件的表面沿拟加工沟槽的深度方向延伸，且在所述深度方向上的改性程度与槽宽正相关；

S3将改质后的待加工器件置于腐蚀液中，对改质区进行刻蚀形成槽体。

进一步的，上述沟槽加工方法还包括：

S4当所述槽体的宽度达到预设槽宽时，停止刻蚀；

S5若具有所述预设槽宽的槽体的深度大于预设槽深，则对待加工器件上具有槽体的一侧进行减薄，得到拟加工沟槽。

进一步的，上述沟槽加工方法，所述聚焦线的焦深不小于改质线长度，所述改质线长度不小于所述沟槽深度。

进一步的，上述沟槽加工方法，S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线能量密度最高的区域位于待加工器件上部，以使对应产生的改质线在深度方向上具有均一的改性程度；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成U型槽；或，具有并排设置的多个所述改质面的改质区经刻蚀后形成矩形槽。

进一步的，上述沟槽加工方法，S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的底部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成槽口宽度小于槽底宽度的梯形槽；

或，

S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的顶部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成槽口宽度大于槽底宽度的梯形槽。

进一步的，上述沟槽加工方法，所述激光束的焦斑沿拟加工沟槽的长度方向移动并间隔照射待加工器件，相邻焦斑中心之间的间隔不小于焦斑的直径，形成多个间隔设置的改质线。

进一步的，上述沟槽加工方法，所述焦斑的直径≤10μm。

进一步的，上述沟槽加工方法，S2中，通过所述激光束对待加工器件的内部进行改质，包括：

采用Bessel激光束从待加工器件的表面照射，形成一定长度的线状焦斑，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线；或，

采用激光成丝加工，激光从待加工器件的表面照射，在表面的表层激发等离子体，形成一定长度的线状焦斑向前传播，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线。

进一步的，上述沟槽加工方法，得到拟加工沟槽之后还包括：

对具有沟槽的待加工器件的表面进行抛光，使表面粗糙度不大于50nm；

和/或，

对待加工器件进行激光改质之前还包括：对待加工器件的表面进行抛光，使表面粗糙度不大于50nm。

进一步的，上述沟槽加工方法，所述腐蚀液为碱性腐蚀液或酸性腐蚀液。

进一步的，上述沟槽加工的方法，所述碱性腐蚀液为氢氧化钾、氢氧化钠、四甲基氢氧化铵或其混合液；或，所述碱性腐蚀液为包含碱金属离子和氢氧根离子的溶液或混合液；

酸性腐蚀液为氢氟酸溶液或者含氢氟酸的混合溶液；或者，所述酸性腐蚀液为含氟离子及氢离子的酸性混合溶液。

进一步的，上述沟槽加工的方法，所述待加工器件为玻璃，优选为石英玻璃、硼硅玻璃或者钠钙玻璃。

进一步的，上述沟槽加工的方法，所述待加工器件厚度为0.3mm-2mm，拟加工沟槽的深度为5μm-50μm，宽度为10-30μm；所述聚焦线的焦深为0.2-2mm，所述焦深和所述槽深比例为2:1-40:1。

按照本发明的另一个方面，提供了一种转印基板，该转印基板上具有一个或多个沟槽，所述沟槽采用上述任一项所述的沟槽加工方法制得。

进一步的，上述转印基板，所述沟槽的截面为矩形、U形或梯形。

进一步的，上述转印基板，所述沟槽的截面为槽底大于槽口的梯形，其倾斜角度为3-15°。

进一步的，上述转印基板，所述类金刚石薄膜的厚度在0.1-1μm之间。

进一步的，上述转印基板，所述转印基板厚度为0.3mm-2mm，沟槽的深度为5μm-50μm，宽度为10-120μm。

进一步的，上述转印基板，所述转印基板上开设有沟槽的一侧表面以及沟槽的内表面覆盖有类金刚石薄膜；和/或开设有沟槽的一侧表面涂附有反射膜；

和/或，所述转印基板上未开设沟槽的一侧表面涂附有增透膜。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布，设置激光束的聚焦线的焦深长度和/或能量密度分布，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有与槽宽分布对应的能量分布，从而使激光改质后形成的改质线在槽体深度方向上的改性程度与槽宽正相关，再通过化学腐蚀得到U型槽、矩形槽或者梯形槽等所需槽形；所加工的沟槽底部平滑，尺寸可控且加工制作成本较低，有效解决目前仅能加工V型槽，或加工成本高昂的问题。

(2)采用本发明提供的沟槽加工方法制备激光转印基板，基板上的沟槽在转印过程中不会造成较多印刷浆料残留，能够在接收基板上转印更高“高宽比”的印刷栅线。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的沟槽加工方法的流程示意图；

图2是待加工器件完成改质后的内部结构示意图；

图3是加工U型槽时完成改质后的槽体剖视图；

图4是加工U型槽时完成改质后的槽体俯视图；

图5是减薄前的U型槽剖面示意图；

图6是减薄后的U型槽剖面示意图；

图7是俯视角度下的U型槽的电镜图；

图8是侧视角度下的U型槽的电镜图；

图9是加工矩形槽时完成改质后的槽体剖视图；

图10是加工矩形槽时完成改质后的槽体俯视图；

图11是减薄前的矩形槽剖面示意图；

图12是减薄后的矩形槽剖面示意图；

图13是侧视角度下的矩形槽的电镜图；

图14是一种槽口窄、槽底宽的梯形槽的结构示意图；

图15是一种槽口宽、槽底窄的倒梯形槽的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

此外，为了避免使技术人员对本发明的理解模糊，可能不详细地描述或示出公知的或广泛使用的技术、元件、结构和处理。尽管附图表示本发明的示例性实施例，但是附图不必按照比例绘制，并且特定的特征可被放大或省略，以便更好地示出和解释本发明。

一方面，本申请提供一种沟槽加工方法，主要用于对玻璃等器件加工出所需深度和槽型的沟槽，根据需要，可加工U型、矩形或者梯形的沟槽，所加工的沟槽底部平滑，尺寸可控且加工制作成本较低，可改善现有技术的沟槽加工方式仅能得到V型槽或加工成本高昂的问题。

本发明的沟槽加工方法，首先，根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布设置激光束，使激光束在待加工器件内部形成的聚焦线在深度方向具有与槽宽分布对应的能量分布；控制该激光束照射待加工器件，在待加工器件的内部形成沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线(激光损伤痕迹)，激光束的能量越大，则形成的改质线的改性程度越大，腐蚀后形成的沟槽的宽度越大，则改质线在深度方向上的改性程度与槽宽呈正相关；然后将待加工器件置于腐蚀液中，基于改质区与非改质区的异向腐蚀特性，将由多个改质线构成的改性区域腐蚀形成沟槽。根据需要设置，可形成U型槽、矩形槽或者梯形槽。

请参阅图1，该加工方法包括以下步骤：

S1激光束从待加工器件一侧表面上方向下照射，根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布设置激光束的聚焦线的焦深和/或能量密度分布，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有与所述槽宽分布对应的能量分布；

本步骤中，首先获得需要在待加工器件上形成的微结构图样，并确定微结构图样中的每个拟加工沟槽的形状及其在深度方向的槽宽分布，其中，拟加工沟槽的形状可以是U型槽、矩形槽或者梯形槽，U型槽和矩形槽在深度方向上具有均一的宽度分布，而梯形槽在不同的深度方向上具有不同的槽宽。确定每个拟加工沟槽的形状及其在深度方向的槽宽分布之后，根据该槽宽分布设置激光束，例如：激光束在待加工器件内部的聚焦线的焦深和/或能量密度分布，使聚焦线具有与拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布对应的能量分布。

S2通过所述激光束对待加工器件的内部进行改质，形成与拟加工沟槽对应的改质区；

所述改质区包括沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线，每条所述改质线从待加工器件的表面沿拟加工沟槽的深度方向延伸，且在所述深度方向上的改性程度与槽宽正相关；

本步骤中，移动激光束或者待加工器件，使激光束沿拟加工沟槽的长度方向移动，并沿长度方向间隔照射，完成多次激光改质，形成改质区，此改质区由沿沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线组成。

图2是待加工器件完成改质后的内部结构示意图，图3、4分别是待加工器件完成改质后的剖视示意图和俯视示意图；参见图2-4，激光束的焦斑沿拟加工沟槽的长度方向移动并间隔照射待加工器件，相邻焦斑中心之间的间隔不小于焦斑的直径，形成多个间隔设置的改质线。Z轴方向(槽深方向，也为待加工器件的厚度方向)上的改质线的长度不大于待加工器件的厚度，大于等于拟加工沟槽的深度，从而在待加工器件中形成单面的改质区。焦斑的直径一般不大于10μm，进一步优选为不大于5μm。例如：当焦斑的尺寸为3μm左右的情况下，相邻焦斑中心之间的间隔3μm至5μm，此处的焦斑为待加工器件表面的焦斑。

进一步的，待加工器件的改质线，可以通过以下方法形成：

采用激光束从待加工器件的表面照射，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿待加工器件的表面向内部延伸的改质线。

具体的，作为非限制性的实施例，通过以下方法之一形成待加工器件的改质线。

采用Bessel激光束从待加工器件的表面照射，形成一定长度的线状焦斑(聚焦线)，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线；

另外可选的，采用激光成丝加工，激光从待加工器件的表面照射，在表面的表层激发等离子体，形成一定长度的线状焦斑(聚焦线)向前传播，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线。

基于激光束在待加工器件内部的聚焦线的设置不同，以及与每个拟加工沟槽对应的改质区的构成不同，经刻蚀形成的槽体的形状也会随之变化，具体的，聚焦线焦深长度方向分布相对均匀，其中部的束腰部分为能量密度最高的区域。

在一种情况下，加工槽宽在深度分方向上槽宽相等的沟槽，例如U形槽或者矩形槽，

S1中，设置激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有相对均一的能量分布，从而使对应产生的改质线在深度方向上具有均一的改性程度，具体的，一方面，聚焦线的焦深可以比较大，另一方面可以通过将能量密度最高的区域设置在待加工器件上部，从而使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有相对均一的能量分布；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，每个拟加工沟槽对应的改质区具有一个所述改质面，该改质区经刻蚀后形成U型槽。

另外可选的，S1中，设置激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有相对均一的能量分布，从而使对应产生的改质线在深度方向上具有均一的改性程度，具体的，一方面，聚焦线的焦深可以比较大，另一方面可以通过将能量密度最高的区域设置在待加工器件上部，从而使其在待加工器件内部形成的聚焦线具有相对均一的能量分布；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，每个拟加工沟槽对应的改质区具有并排设置的多个所述改质面，该改质区经刻蚀后形成矩形槽。

加工U型槽或矩形槽时，激光束对应的聚焦线的焦深长度与拟加工沟槽的深度之间的比例为10:1～40:1之间(焦深长度大于等于改质线长度，改质线长度大于等于槽深)。在一个具体示例中，拟加工的U型槽或矩形槽的深度为50μm，激光束聚焦线的焦深长度为2mm。

在一种情况下，加工槽宽在深度分方向上槽宽不等的沟槽，例如梯形槽，

S1中，设置激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的底部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，每个拟加工沟槽对应的改质区具有一个所述改质面，该改质区经刻蚀后形成槽口宽度小于槽底宽度的梯形槽。

另外可选的，S1中，设置激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的焦点偏向拟加工沟槽的顶部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成槽口宽度大于槽底宽度的梯形槽。

加工梯形槽时，激光束对应的聚焦线的焦深长度与拟加工沟槽的深度之间的比例为2:1～10:1之间(焦深长度大于等于改质线长度，改质线长度大于等于槽深)。在一个具体示例中，拟加工的梯形槽的深度为15-30μm，聚焦线的焦深长度为0.2-2mm。

本实施例中，采用超快短脉冲(皮秒或飞秒)激光器作为激光源，提高激光束的峰值功率，可以瞬间在待加工器件表面及内部形成微小的激光改质线；优选采用贝塞尔光束或者成丝头来进行改质线的加工。在一个具体示例中，利用贝塞尔切割头形成贝塞尔光束，对待加工器件进行改质加工。激光束的聚焦线的焦深长度大于拟加工沟槽的深度。

S3将改质后的待加工器件置于腐蚀液中，对改质区进行刻蚀形成槽体。

本步骤中，将内部形成改质线的待加工器件放置在腐蚀液中，由于改质区的腐蚀速度约为非改质区的倍数，一般可以达到100倍以上。腐蚀速度由材料及反应条件共同决定，相同反应条件下，改质区域的速度是非改质区域的100倍-酸腐、200倍以上-碱腐蚀。这样，通过上述腐蚀液蚀刻对改质区进行定向腐蚀，即可产生一定深度及宽度的槽体。

腐蚀液的种类可以根据待加工器件的材质进行选择，一般分为碱性腐蚀液和酸性腐蚀液两种，碱性腐蚀液为如氢氧化钾、氢氧化钠或四甲基氢氧化铵等基于氢氧化物的任何腐蚀材料，或者，所述碱性腐蚀液为包括碱金属离子和氢氧根离子的溶液或混合液；酸性腐蚀液为氢氟酸溶液或者含氢氟酸的混合溶液，或者，所述酸性腐蚀液为含氟离子及氢离子的酸性混合溶液。本领域的技术人员可以根据需要选择类似酸性或碱性腐蚀液。

本实施例中，槽体的深度、宽度可以通过调整激光束的聚焦线的焦深长度、能量分布，激光功率以及腐蚀时间等参数来控制。一般来说，槽深取决于改质线的深度，在腐蚀时间足够的情况下，槽深等于改质线的深度。一般情况下，如果待加工器件的厚度为1mm左右，改质线的深度一般≤0.5mm，或者0.3mm。实际腐蚀的时候，可以通过控制腐蚀时间及腐蚀液的浓度、温度来控制槽深，一般是小于0.3mm。另通过控制腐蚀速度来控制槽壁的粗糙度，一般来说，慢速腐蚀有利于获得槽壁的粗糙度更小、更加光滑的沟槽。

在一个可选的实施方式中，通过以下方式对槽体的宽度和深度进行控制，以得到具有预设槽宽和槽深的拟加工沟槽，具体的：

S4当槽体的宽度达到预设槽宽时，停止刻蚀；

本示例中，刻蚀完成后对器件进行超声清洗，去除器件表面及槽体内部残留的腐蚀介质。

S5若具有所述预设槽宽的槽体的深度大于预设槽深，则对待加工器件上具有槽体的一侧进行减薄，得到拟加工沟槽。

由于拟加工沟槽的宽度、深度和深宽比等参数存在差别，在加工时很难通过S1-S3的加工条件形成深度和宽度均符合要求的槽体，为此，本申请采用的方案是，步骤S2改质时，使改质线深度不小于，优选为略大于槽深；在步骤S3腐蚀时，控制槽宽，当槽宽到预设槽宽时，即停止腐蚀；一般情况下，此时槽体的槽深大于预设槽深，对槽体的实际深度进行测量，然后通过从槽口面对待加工器件进行减薄的方式得到所需的深度。在一个非限制性的实施中，如果需要20μm宽20μm深度的槽体。一般情况，在槽宽达到20μm左右时，槽深度＞20μm，然后通过减薄达到需求槽深。S5中，从开槽面对器件厚度进行减薄，并确保厚度在μm量级可控。

本实施例中，可以对器件进行双面抛光也可以仅单面抛光(槽口面抛光)。主要用于U型槽，因为U型槽获得一定宽度的槽宽后，槽深度一般会大于预设槽深，需要抛光掉一部分，使槽深降低至所需深度。

在一个可选的实施方式中，在对待加工器件进行激光改质之前还执行：

对待加工器件的表面进行抛光，使表面粗糙度不大于50nm，更优选的不大于20nm，进一步优选为不大于20nm。

本实施例中，对待加工器件的上下表面(双面)进行精磨抛光处理，提高待加工器件的表面质量，防止后续腐蚀工序对非改性区域造成腐蚀；精磨后待加工器件的表面粗糙度不大于50nm，更优选的不大于20nm，进一步优选为不大于20nm。

进一步地，对S4中经刻蚀处理后的器件表面进行精磨抛光处理，或者S5中经减薄处理后的器件表面进行精磨抛光处理，来去除腐蚀过程、减薄过程中产生的损伤层或局部缺陷，提高光的透射效果；经过本步骤，抛光后器件表面粗糙度＜5nm。

进一步的，还包括对器件表面镀膜的步骤，在器件具有沟槽的一面，和/或背向沟槽的一侧镀膜，镀膜方法为现有技术，此处不再赘述。

本方案提供的沟槽加工方法，可以应用于玻璃，尤其是石英玻璃、硼硅玻璃或者钠钙玻璃等高硬度且对激光透明的材料，一般加工厚度为0.3mm-5mm的材料，加工的沟槽的深度为5-50μm，槽宽10-30μm。

下面以待加工器件为石英玻璃，对加工U型槽、矩形槽和梯形槽的过程以及具体的工艺参数进行说明。

一、U型槽

U型槽的加工方法是采用激光束单线加工，即改质区具有一个由若干间隔设置的改质线构成的改质面，一个改质面在待加工器件的表面上形成一条激光线痕；在加工过程中，相邻激光焦斑之间的间距可以是相切或相离，由所需槽形边缘的平滑度决定，一般来说，焦斑的间距越小，槽体正面的边缘越平滑。由于腐蚀时，腐蚀液是从表面向内部渗透，槽底会形成梯度，形成U型槽。加工U型槽时使用的激光束的聚焦线在深度方向上的能量分布均匀，因此激光改质后形成的改质区的改性程度一致，无明显差异，在腐蚀液中的刻蚀速度一致。

槽体的深度和宽度主要由激光束焦深、激光功率以及腐蚀工艺决定。

如：石英玻璃(减薄前)的总厚度2mm，在其上加工一条长166mm，宽20-30μm，深度50μm左右的槽体。

S1使用贝塞尔激光束进行激光改质，调整该贝塞尔激光束的聚焦线的焦深长度为2mm；

S2贝塞尔激光束聚焦在石英玻璃的一定深度，对石英玻璃在一定深度内改质，形成改质线；移动激光束或者石英玻璃，使激光束沿拟加工槽的长度方向间隔改质，形成改质区。

其中，激光源采用飞秒355-1064，优选1064激光器，单点能量10-200微焦，光斑尺寸3μm左右，加工时，焦斑的间隔约为5μm，激光束沿槽体长度方向的扫描速度为400mm/s。

本实施例中，采用飞秒脉冲激光器，光束质量因子M²＝1.1，波长范围355-1064nm，优选的波长1064nm。激光器频率范围：0-500K，最大功率100w。

形成的改质线深度为0.2mm，由于激光束的焦深长度较大，激光在改质区无明显强弱分布不同，形成的改质线的改性程度均一。

S3使用腐蚀介质对待加工器件进行刻蚀。

本实施例中，使用浓度为1％-20％的HF作为腐蚀液，腐蚀时间0.5-4h；或者采用浓度为20％-60％的氢氧化钾或者氢氧化钠，腐蚀时间1-8h。

S4当槽体的宽度达到预设槽宽时，停止腐蚀。

槽体的宽度为20μm时停止腐蚀，此时槽体的深度100μm，需要减薄的厚度50μm。

S5当槽体的深度大于预设槽深，对石英玻璃的槽口面进行减薄，得到U型槽。

图5、图6分别是减薄前后的U型槽剖面示意图，如图5中所示，停止腐蚀后得到的槽体深度dt1大于预设深度dt，因此对玻璃的槽口面进行减薄，得到预设深度dt的U型槽。

图7、图8分别是俯视角度、侧视角度下的U型槽的电镜图，从图中可以看出，玻璃内部形成了规整排列的U型槽，各U型槽的深度和宽度相同，每个槽体在深度方向上的宽度均一。

二、矩形槽

区别于U型槽，矩形槽的加工方法是采用并线加工，以实现槽底的平直。参见图9，器件内部的改质区具有多个激光改质面，多个改质面在待加工器件的表面上形成多条激光线痕，如图10所示。并线的数量和线间距(改质面之间的距离)由槽体的深度和宽度决定。

如：石英玻璃(减薄前)的总厚度2mm，在其上加工一条长166mm，宽20μm，深度30μm左右的矩形槽。

S1使用贝塞尔激光束进行激光改质，调整该贝塞尔激光束的聚焦线的焦深长度为2mm；

S2激光束聚焦在石英玻璃的一定深度，对石英玻璃在一定深度内改质，形成改质线；移动激光束或者石英玻璃，使激光束沿拟加工槽的长度方向间隔改质；然后，沿预设槽宽方向移动激光束，在相邻区域，再次移动激光束或者石英玻璃，使激光束沿待加工槽的长度方向间隔改质，在玻璃内部形成两条并列设置的改质面(并线加工)。

其中，激光源采用飞秒355-1064激光器，优选1064，单点能量10-200微焦，光斑尺寸3μm左右，加工时，相邻光斑间隔约为5μm，激光束沿槽体长度方向的扫描速度为400mm/s；两条并列设置的改质面的间隔为中心间隔9μm。

本实施例采用以下配置：

飞秒脉冲激光器，光束质量因子M2＝1.1，波长范围355-1064nm，优选的波长1064nm。激光器频率范围：0-500K，最大功率100w。

形成的改质线深度为0.2mm，由于焦深长度较大，激光在改质区无明显强弱分布不同，形成的改质线的改性程度均一。

S3使用腐蚀介质对待加工器件进行刻蚀。

本实施例中，使用浓度为1％-20％的HF作为腐蚀液，腐蚀时间0.5-4h；或者采用浓度为20％-60％的氢氧化钾或者氢氧化钠，腐蚀时间1-8h。

S4当槽体的宽度达到预设槽宽时，停止腐蚀。

槽体的宽度为20μm时停止腐蚀，此时槽体的深度50μm，需要减薄的厚度20μm。

S5当槽体的深度大于预设槽深，对石英玻璃的槽口面进行减薄，得到矩形槽。

图11、图12分别是减薄前后的矩形槽剖面示意图，如图11中所示，停止腐蚀后得到的槽体深度dt1大于预设深度dt，因此对玻璃的槽口面进行减薄，得到预设深度dt的矩形槽。

图13是侧视角度下的矩形槽的电镜图，从图中可以看出，玻璃内部形成了槽底平直的矩形槽，每个槽体在深度方向上的宽度均一。

三、梯形槽

图14是一种槽口窄、槽底宽的梯形槽的结构示意图；采用源基板进行激光转印时，印刷浆料填充在沟槽中，激光从源基板背向沟槽的一侧照射作用在浆料上，瞬时产生的高温会汽化浆料中的有机物，使浆料转印到放置在源基板沟槽一侧一定距离处的硅片表面。但如果沟槽的开口宽度过大可能会造成浆料塑形时塌陷及浆料飞散。相较于现有技术中的槽口不小于槽底的槽型来说，槽口小于槽底的梯形槽在激光转印过程中，当浆料从槽体内经激光照射被转印到基板上时，浆料脱离沟槽时，较窄的槽口起到了类似挤压的作用，可以对浆料进行塑形，有助于在接收基板上转印成为更高高宽比的印刷栅线。这种槽型一般适用于高宽比较大的栅线方案，槽宽20μm左右，高度30μm左右，甚至可以进行更高高宽比的栅线的转印。

这种梯形槽的制作方法，同普通的U型槽在激光改性过程中具有一定差异。在激光改质时，石英玻璃内部(对应梯形槽的底部)的改性程度需要大于玻璃表面(对应梯形槽的槽口)，如此，在腐蚀过程中，玻璃内部(对应梯形槽的底部)的横向腐蚀速度会快于玻璃表面，从而得到前述的梯形槽。具体的，S1中，设置激光束的聚焦线中的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的底部，使聚焦线中能量密度最高的区域设置在玻璃内部，更优选的设置到槽底，但是整体焦深又不超过石英玻璃的厚度。

梯形槽的实现方法可以采用激光束单线加工，即改质区具有一个由若干间隔设置的改质线构成的改质面，一个改质面在待加工器件的表面上形成一条激光线痕；在加工过程中，相邻激光光斑之间可以是相切或相离，由所需槽形边缘的平滑度决定，光斑间距越小，槽体正面的边缘越平滑。腐蚀时，腐蚀液会从表面到内部渗透，先腐蚀出一个近似矩形的槽体；后续继续腐蚀增宽时，由于槽底的改性程度大于槽口处，槽底及靠近槽底区域的腐蚀速度会略快于玻璃表面区域，逐渐形成槽底大于槽口的形状。

槽体的深度和宽度主要由激光束焦深、激光功率以及腐蚀工艺决定。

如：石英玻璃(减薄前)的总厚度2mm，在其上加工一条长166mm，表面宽15-20μm，槽底宽30μm，深度30μm左右的梯形槽体。

S1使用贝塞尔激光束进行激光改质，设置该贝塞尔激光束的聚焦线的焦深长度为0.2mm，能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的底部。

S2激光束聚焦在石英玻璃的一定深度，对石英玻璃在一定深度内改质，形成改质线；移动激光束或者石英玻璃，使激光束沿拟加工槽的长度方向间隔改质，形成改质区。

其中，激光采用飞秒355-1064激光器，优选1064，单点能量10-200微焦，光斑尺寸3μm左右，加工时，光斑间隔约为5μm，激光束沿槽体长度方向的扫描速度为400mm/s；形成的改质线深度为0.2mm。

本实施例中，采用飞秒脉冲激光器，光束质量因子M2＝1.1，波长范围355-1064nm，优选波长为1064nm。激光器频率范围：0-500K，最大功率50w。

S3使用腐蚀介质对待加工器件进行刻蚀。

本实施例中，使用浓度为1％-20％的HF作为腐蚀液，腐蚀时间0.5-4h；或者采用浓度为20％-60％的氢氧化钾或者氢氧化钠，腐蚀时间1-8h。

S4当槽体的宽度达到预设槽宽时，停止腐蚀。

槽体的槽口宽度为20μm时停止腐蚀，此时槽体的槽底宽度为30μm，深度100μm，需要减薄的厚度70μm，减薄后槽口宽度略大于20μm，22-25μm之间。如果需要槽口宽度20微米，则腐蚀到槽口宽度为15μm左右时即停止腐蚀。

S5当槽体的深度大于预设槽深，对玻璃的槽口面进行减薄，得到槽口窄、槽底宽的梯形槽。

图15是一种槽口宽、槽底窄的倒梯形槽的结构示意图；倒梯形槽更适用于转印更细的栅线。当进一步缩小线宽时，可能会导致浆料堵塞在槽体内部或者造成局部断线漏印等不良。采用内窄外宽的槽型方案，更有利于浆料在槽体内填充及转移。倒梯形槽的制备方法，在激光改质时，作用玻璃表面的能量密度高于内部，改性过程中，如此，在腐蚀过程中，玻璃表面腐蚀速度更快，进而形成倒梯形槽。具体的，S1中，能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的顶部，具体的，调整激光束的聚焦线中的焦点向槽口(玻璃表面)偏移，使聚焦线中能量密度最高的区域设置在玻璃表面。

倒梯形槽的实现方法可以采用激光束单线加工，即改质区具有一个由若干间隔设置的改质线构成的改质面，一个改质面在待加工器件的表面上形成一条激光线痕；在加工过程中，相邻激光光斑间距可以是相切或相离，由所需槽形边缘的平滑度决定，光斑间距越小，槽体正面的边缘越平滑。腐蚀时，腐蚀液会从表面到内部渗透，先腐蚀出一个近似矩形的槽体；后续继续腐蚀增宽时，由于槽底的改性程度小于玻璃表面，槽底及靠近槽底区域的腐蚀速度会略慢于玻璃表面区域，逐渐形成槽口大于槽底的形状。

槽体的深度和宽度主要由激光束焦深、激光功率以及腐蚀工艺决定。

如：石英玻璃(减薄前)的总厚度2mm，在其上加工一条长166mm，表面槽宽20，槽底15μm，深度30μm左右的槽体。

S1使用贝塞尔激光束进行激光改质，调整该贝塞尔激光束的聚焦线的焦深长度为0.4mm，焦点位于玻璃表面；

S2激光束聚焦在石英玻璃的一定深度，对石英玻璃在一定深度内改质，形成改质线；移动激光束或者石英玻璃，使激光束沿待加工槽的长度方向间隔改质，形成改质区；形成的改质线深度为0.2mm。

其中，激光采用飞秒355-1064激光器，优选1064，单点能量10-200微焦，光斑尺寸3μm左右，加工时，光斑间隔约为5μm，激光束沿槽体长度方向的扫描速度为400mm/s。

本实施例中，采用飞秒脉冲激光器，光束质量因子M2＝1.1，波长范围355-1064nm，优选的波长为1064nm；激光器频率范围：0-500K，最大功率100w。

S3使用腐蚀介质对待加工器件进行刻蚀。

本实施例中，使用浓度为1％-20％的HF作为腐蚀液，腐蚀时间0.5-4h；或者采用浓度为20％-60％的氢氧化钾或者氢氧化钠，腐蚀时间1-8h。

S4当槽体的宽度达到预设槽宽时，停止腐蚀。

槽体的槽口宽度为25μm时停止腐蚀，此时槽体的槽底宽约15μm，深度100μm，需要减薄的厚度70μm(S5当槽体的深度大于预设槽深，对玻璃的槽口面进行减薄，得到倒梯形槽。

另一方面，本申请还提供了一种转印基板，该转印基板按照上述沟槽加工方法制成。

其中，转印基板的材质为石英玻璃、硼硅玻璃或钠钙玻璃等，由于石英玻璃的耐热性能及机械性能较好，因此优选采用石英玻璃。

转印基板的厚度0.2-2mm，其中一面间隔排布设置沟槽，用于填充浆料。每个沟槽的槽宽10μm-120μm，槽深5μm-50μm左右，槽体截面为矩形、U型或梯形，栅线间距(即相邻沟槽之间的距离)0.1-1.6mm。更为优选的，沟槽的深度为15μm-30μm，宽度为10-30μm；或者沟槽的深度为10μm-30μm，宽度为60-120μm。

优选的，转印基板的槽体截面为槽底大于槽口的梯形，其槽口槽宽20μm左右，高度30μm左右，倾斜角度为3-15°，更优选的倾斜角度为5-15°，8-10°。图14是一种槽口窄、槽底宽的梯形槽的结构示意图。这样的转印基板有助于在激光转印时对浆料进行塑形。具体的，激光转印时，激光作用在浆料上，瞬时产生的高温会汽化浆料中的有机物，使浆料转印到太阳能电池表面，但如果沟槽的开口宽度过大可能会造成浆料转印时塌陷及浆料飞散。

相较于现有技术中的槽口大于槽底的槽型来说，槽口小于槽底的梯形槽在激光转印过程中，当浆料从槽体内经激光照射被转印到基板上时，较窄的槽口起到了类似挤压的作用，可以对浆料进行塑形，有助于在接收基板上转印成为更高高宽比的印刷栅线。这种槽型一般适用于深宽比较大的栅线方案，槽宽20μm左右，高度30μm左右。

优选的，转印基板的槽体截面为槽口大于槽底的梯形，其槽口宽20μm左右，高度30μm左右，倾斜角度为5-15°，更优选的倾斜角度为8-10°。这种转印基板，其具有倒梯形槽，更适用于转印更细的栅线。优选的，当进一步缩小线宽时，可能会导致浆料堵塞在槽体内部或者造成局部断线漏印等不良。采用内窄外宽的槽型方案，更有利于浆料在槽体内填充及转移。

转印基板上每个沟槽的槽壁粗糙度优选为0.2μm＞Sa＞0.05μm，Sz＜0.5μm。粗糙度太大时，激光转印时不容易从沟槽中释放，太小时不容易附着，且刮入浆料时容易被带走。

槽壁的粗糙度主要通过化学腐蚀速率来控制，慢速腐蚀会更光滑。通过对转印基板槽壁粗糙度的设计，可以实现良好的浆料附着和释放。

在一个可选的实施方式中，转印基板上开设有沟槽的一侧表面以及沟槽的内表面覆盖有类金刚石薄膜。这样设置的好处是，一方面降低摩擦系数，利于印刷浆料从凹槽转印至硅片表面。另一方面提高可见光及红外增透，提高表面机械强度增强耐磨性，并具有耐腐蚀的优点，可以减缓长期使用过程中被浆料腐蚀。类金刚石薄膜了使用PVD、CVD/PECVD等方式进行沉积，沉积的薄膜厚度在0.1-1μm之间。

另外可选的，转印基板上未开设沟槽的一侧表面涂附有增透膜，该增透膜用以增加激光的透光性，优选的，激光增透膜为不易吸光的纳米薄膜，进一步增强浆料释放效果和延长转印基板的使用寿命。

转印基板上开设沟槽的一侧表面涂附有反射膜，该反射膜用以将可能散射出的激光反射回沟槽内，从而提高激光利用率，改善转印效果。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种沟槽加工方法，其特征在于，包括：

S1激光束从待加工器件一侧表面上方向下照射，根据拟加工沟槽在深度方向的槽宽分布设置所述激光束的聚焦线的焦深和/或能量密度分布，使聚焦线在待加工器件内部具有与所述槽宽分布对应的能量分布；

S2通过所述激光束对待加工器件的内部进行改质，形成与拟加工沟槽对应的改质区；

所述改质区包括沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线，每条所述改质线从待加工器件的表面沿拟加工沟槽的深度方向延伸，且在所述深度方向上的改性程度与槽宽正相关；

S3将改质后的待加工器件置于腐蚀液中，对改质区进行刻蚀形成槽体；

S4当所述槽体的宽度达到预设槽宽时，停止刻蚀；

S5若具有所述预设槽宽的槽体的深度大于预设槽深，则对待加工器件上具有槽体的一侧进行减薄，得到拟加工沟槽。

2.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，所述聚焦线的焦深不小于改质线长度，所述改质线长度不小于所述沟槽深度。

3.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线能量密度最高的区域位于待加工器件上部，以使对应产生的改质线在深度方向上具有均一的改性程度；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成U型槽；或，具有并排设置的多个所述改质面的改质区经刻蚀后形成矩形槽。

4.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的底部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成槽口宽度小于槽底宽度的梯形槽；

或，

S1中，设置所述激光束，使其在待加工器件内部形成的聚焦线的能量密度最高的区域偏向拟加工沟槽的顶部；

S2中，沿拟加工沟槽长度方向分布的多个间隔设置的改质线构成一改质面，具有一个所述改质面的改质区经刻蚀后形成槽口宽度大于槽底宽度的梯形槽。

5.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，所述激光束的焦斑沿拟加工沟槽的长度方向移动并间隔照射待加工器件，相邻焦斑中心之间的间隔不小于焦斑的直径，形成多个间隔设置的改质线。

6.如权利要求5所述的沟槽加工方法，其特征在于，所述焦斑的直径≤10μm。

7.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，S2中，通过所述激光束对待加工器件的内部进行改质，包括：

采用Bessel激光束从待加工器件的表面照射，形成一定长度的聚焦线，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线；或，

采用激光成丝加工，激光从待加工器件的表面照射，在表面的表层激发等离子体，形成一定长度的聚焦线向前传播，在待加工器件内产生诱导吸收，产生沿表面向内部延伸的改质线。

8.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，得到拟加工沟槽之后还包括：

对具有沟槽的待加工器件的表面进行抛光，使表面粗糙度不大于50nm；

和/或，

对待加工器件进行激光改质之前还包括：对待加工器件的表面进行抛光，使表面粗糙度不大于50nm。

9.如权利要求1所述的沟槽加工方法，其特征在于，所述腐蚀液为碱性腐蚀液或酸性腐蚀液。

10.根据权利要求1-9任一项所述的沟槽加工的方法，其特征在于，所述待加工器件为玻璃。

11.根据权利要求1-10任一项所述的沟槽加工的方法，其特征在于，所述待加工器件厚度为0.3mm-2mm，拟加工沟槽的深度为5μm-50μm，宽度为10-30μm；所述聚焦线的焦深为0.2-2mm，所述焦深和所述槽深比例为2:1-40:1。

12.一种转印基板，其特征在于，所述转印基板上具有一个或多个沟槽，所述沟槽采用权利要求1-11任一项所述的沟槽加工方法制得。

13.如权利要求12所述的转印基板，其特征在于，所述沟槽的截面为矩形、U形或梯形。

14.如权利要求13所述的转印基板，其特征在于，所述沟槽的截面为槽底大于槽口的梯形，其倾斜角度为3-15°。

15.如权利要求14所述的转印基板，其特征在于，所述转印基板厚度为0.3mm-2mm，沟槽的深度为5μm-50μm，宽度为10-120μm。

16.如权利要求15至15任一所述的转印基板，其特征在于，所述转印基板上开设有沟槽的一侧表面以及沟槽的内表面覆盖有类金刚石薄膜；和/或开设有沟槽的一侧表面涂附有反射膜；

和/或，所述转印基板上未开设沟槽的一侧表面涂附有增透膜。