[发明专利]一种基于飞秒激光可控刻蚀的薄膜材料图案化加工方法

说明书

本发明涉及一种基于飞秒激光可控刻蚀的高精度薄膜材料快速图案化加工方法，通过先在基底上沉积一层薄膜材料，再利用飞秒激光在薄膜材料上进行刻蚀图案化，最后将图案化的材料置于酒精中进行超声清洗后烘干，即得图案化的薄膜材料。本发明所述图案化加工方法，加工精度高，图案尺寸误差可达±3％以内；工艺简单，加工效率高；利用紫外飞秒激光的冷加工特性，降低对薄膜的热损伤；精确控制激光能量，不会对基底材料产生损伤；不使用任何有毒试剂，环保安全。

技术领域

本发明属于微纳加工技术领域，具体涉及一种基于飞秒激光可控刻蚀的高 精度薄膜材料快速图案化加工方法。

背景技术

目前薄膜材料的图案化主要采用的是掩膜工艺或光刻工艺。掩膜法是将金 属掩膜版紧密贴合在基底上，在镀膜的过程中材料会直接沉积在掩膜版的空白 区域并直接完成图案化。这种方法十分简便，但是由于掩膜版本身的起伏，薄 膜图案化的精度较低。

光刻工艺是在基底上利用紫外光固化光刻胶获得图案化的结构，利用镀膜 工艺制备目标涂层，再利用去胶液溶解光刻胶以获得与图案一致的目标涂层结 构。大致的工艺流程包括：(1)涂胶-即在基底上形成厚度均匀、附着性强、 没有缺陷的光刻胶薄膜；(2)前烘-经过旋涂后的光刻胶薄膜依旧残留有一定 含量的溶剂，经过较高温度的烘烤，可以将溶剂尽可能低挥发除去；(3)曝光 -对光刻胶进行光照，光照部分与非光照部分产生溶解性的差异；(4)显影 坚膜-即将产品浸没于显影液之中，此时正性胶的曝光区和负性胶的非曝光区则 会在显影中溶解；(5)刻蚀-光刻胶下方的材料受到刻蚀。光刻工艺最大的优 势在于可以获得极高的加工精度，但工艺复杂，光刻胶的种类和厚度、目标涂 层的镀膜方式和参数以及剥离过程都会对最后的加工效果和材料性能产生影 响，制备周期长，同时会产生大量废水和有毒物质。

近年来可穿戴设备迅速发展，极大地方便了人们的生活，市场规模急速增 长。2017年可穿戴设备中国市场的出货量约为6000万台，占全球市场的 50-60％，2018年中国可穿戴设备市场出货量为7321万台，同比增长28.5％， 并且5G的应用将使得可穿戴设备迅速普及，成为物联网的重要入口与应用终 端。目前可穿戴设备正朝着小型化和智能化发展，这就对其中关键元器件的性 能提出了更高的要求，这就迫切要求我们开发出一种高效高精度的薄膜材料图 案化技术，进一步提升器件的阵列密度。除了传统的掩膜法和光刻工艺，基于 激光薄膜材料图案化的新技术也备受人们的广泛关注。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种基于飞秒激光可控 刻蚀的高精度薄膜材料快速图案化加工方法。本发明所述图案化加工方法，加 工精度高，图案尺寸误差可达±3％以内；工艺简单，加工效率高；利用紫外飞 秒激光的冷加工特性，降低对薄膜的热损伤；精确控制激光能量，不会对基底 材料产生损伤；不使用任何有毒试剂，环保安全。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于飞秒激光可控刻蚀的高精度薄膜材料快速图案化加工方法，包括 如下步骤：

(1)薄膜制备：在基底上沉积一层薄膜材料；

(2)利用飞秒激光在步骤(1)所述薄膜材料上进行刻蚀图案化；

(3)将步骤(2)图案化的材料置于酒精中进行超声清洗，烘干后，即得 图案化的薄膜材料。

步骤(1)中，采用磁控溅射、蒸镀或电镀法在基底上制备薄膜材料。

步骤(1)中，所述薄膜材料为金属薄膜或非金属薄膜，所述薄膜材料的厚 度为1-40μm。本发明所述的基于飞秒激光可控刻蚀的高精度薄膜材料快速图 案化加工方法，能够实现对各种薄膜材料进行图案化加工，包括但并不限于各 种金属薄膜、半导体薄膜、氧化物陶瓷薄膜、石墨烯等。进一步，本发明所述 图案化加工方法能够实现对生长在各种类型基底上的薄膜材料进行加工，包括 但并不限于SiO₂/Si、AlN、Al₂O₃、聚酰亚胺(PI)等。