精密激光刻蚀设备的研发

1．国内外现状、水平和发展趋势；

我们所处的世界，材料已经进入到纳米时代，对材料进行加工，微细程度和敏感无损要求，前所未有；机加工方法，刀切刃削，直接接触，精细度有限。对材料有挤压、剪切、振动等多种负作用，伴随冷却水、清洗水、切屑、粉尘的清洁问题，加之明显的热效应，难以满足微细加工需求。

精密激光刻蚀加工技术，包括激光钻孔、激光划片、激光切割、激光铣削、微结构图形化及激光微加工等，与机加工相比，不用刀具，非接触加工，污染小，热影响区也明显减小，如利用UV激光，常见波长355纳米，可聚焦到微米级的极小光斑，聚焦后单位能量密度更高，能破坏材料原子间相互结合之键，使材料分裂而离析。对于更高端的激光加工需求，可以选用皮秒激光和飞秒激光等，因为超快激光与物质作用时间极短，热量来不及传导，没有透射、反射损失，光化学作用也不明显，被加工物质发生电离，成为离子而汽化被清除，是一种更为清洁的激光加工技术，可轻松实现更高的侧壁光洁度，无焦化、烧结、变脆、微裂等现象。

目前精密激光刻蚀设备主要采购国外激光公司，如德国通快、3Dmicromac、GFH、美国相干、MKS、日本Disco等，国内大族激光、华工激光和德龙激光也在积极布局激光微加工技术，随着精细金属和非金属加工业微纳加工的需求进一步增长，超快激光器的稳定性不断提高，价格持续下降，精细加工这个领域将成长迅速。

2．项目开发的目的、意义；

本项目产品精密激光刻蚀设备的研发适用于金属及多种非金属材料激光钻孔、划片、切割、铣削、微结构图形化及精密微加工，可满足精细金属和非金属精密加工，尤其硬脆透明材料加工、薄膜加工，广泛应用于电子、半导体、通讯、OLED、新能源、航空航天、光存储、微机械制造、生物医学、环境保护等行业，具有传统加工技术不可替代的能力，将创造前所未有的应用市场；

简化工艺，使设备结构简单实用，便于后期拆装维护，降低维护成本低；

采用激光分光技术，光束整形，工艺创新等技术，提高了生产效率。

二、开发内容和目标

1．项目主要内容、目标及关键技术；

本项目的基本原理是将高光束质量的激光束（一般为紫外激光、光纤激光、绿光、皮秒激光、飞秒激光）通过光束整形、激光分光和微光学等技术提高激光光束质量，实现多光束、可调宽激光光斑、多焦点长焦深，主次激光束、然后聚焦成极小光斑，在焦点处形成很高的功率密度，使材料在瞬间汽化或电离蒸发，从而形成孔、缝、槽及微结构。其加工工艺包括激光钻孔、激光划片、激光切割、激光铣削、微结构图形化及激光微加工等，具有CCD自动抓靶，自动高速激光刻蚀的技术特点。

本项目可实现以下精密刻蚀加工：

对PET薄膜或Glass基底上的银浆导电膜剥离以及ITO，纳米银蚀刻的加工及微结构图形化；

Low-k晶圆刻槽、半导体晶圆切割、LED晶圆切割，半导体高深径比TSV工艺钻孔等；

新能源太阳电池PERC工艺刻蚀和图形化，新一代电池激光退火，薄膜太阳电池划线；

硬脆透明材料加工、如手机钢化玻璃和蓝宝石是消费电子原材料中比较有代表性的硬脆透明材料，满足未来柔性手机屏（可折叠屏）的切割、及对应的3D玻璃钻孔；

新材料，诸如碳化硅、碳纤维、陶瓷、氮化镓、航空发动机叶片等激光钻孔、切割。

技术创新之处；

激光分光技术，光束整形，高精度快速材料去除率，高效能激光加工产能；  

精度高、功能全、各项性能指标稳定可靠，故障率低；

预制保护涂层、预制活化工艺和激光自动修复功能提高激光刻蚀良率和效率；

可智能规划且实时显示切割轨迹，具有图像自动识别处理和定位功能。

3．主要技术指标或经济指标。

激光分光技术，光束整形技术，达到3束光以上，提高激光加工效率；

全自动快速校正，表面自动校准对焦功能； 

 CCD定位，具有自动光斑和涨缩补偿；

可提高激光钻孔加工深径比；

争取采用CCD在线进行检测，以达到质量检测效果并提升效率。

三、开发试验方法及技术路线（工艺路线）

本研发项目基于一种切宽可调的无杂光激光加工系统及激光分光技术，该系统能根据不同的需要在切割含有low-k脆性材料的晶圆时在一定范围内任意变换切割宽度，并消除衍射元件带来的高阶衍射杂光对切割的影响，同时可以实现在比现有设备更高的加工效率的同时获得最小范围的热影响区。

基于激光分光和微光学的技术，进一步实现：

基于多光束的激光自修复钻孔技术；

多光束激光切割技术；

多光束多焦点长焦深快速切割技术；

光纤分光技术的应用。

同时具备以下子系统：

CCD定位，自动光斑调节和涨缩补偿；

CCD在线检测功能，实时观察加工效果；

自动校准对焦功能，提高激光加工效率；

预制涂层装置，完善自动化程度。