本發(fā)明涉及激光直寫領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法。

背景技術(shù)：

激光直寫是利用強(qiáng)度可變的激光束對(duì)基片表面的抗蝕材料實(shí)施變劑量曝光，顯影后在抗蝕層表面形成所要求的浮雕輪廓。激光直寫的基本工作原理是由計(jì)算機(jī)控制高精度的激光束掃描，在光刻膠上直接曝光寫出所設(shè)計(jì)的任意圖形，從而把設(shè)計(jì)圖形直接轉(zhuǎn)移到掩膜上。

激光直寫技術(shù)在半導(dǎo)體器件、光電子器件以及微電子機(jī)械器件的制造過(guò)程中有著重要的位置，主流的激光直寫微納加工方法有三種：電子束光刻、聚焦離子束光刻、激光束光刻。由于用于電子束光刻、聚焦離子束光刻的設(shè)備都比較昂貴，并且需要在嚴(yán)苛的真空環(huán)境下制造，且生產(chǎn)效率較低，不適合大面積批量化的器件制備。因此目前應(yīng)用最為廣泛的還是激光束直寫光刻，且日益成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

大面積激光直寫系統(tǒng)中普遍采用的技術(shù)方案是利用振鏡或多面旋轉(zhuǎn)棱鏡帶動(dòng)光束進(jìn)行光柵掃描步進(jìn)式移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單幀或小范圍刻寫，在此基礎(chǔ)上借助直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)大面積拼接。但由于高速掃描的“拖尾效應(yīng)”、掃描軸與步進(jìn)軸的速度差異以及幀與幀之間拼接等因素的影響，該方法往往很難在大范圍刻寫時(shí)保持良好的均勻性，故而降低了該方法制備器件、研究材料的成功率和精確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中由高速掃描的“拖尾效應(yīng)”、掃描軸與步進(jìn)軸的速度差異、以及幀間拼接等因素帶來(lái)的掃描方向和步進(jìn)方向的刻寫效果的差異。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種圖形刻寫方法，包括：

s1、旋轉(zhuǎn)源圖形文件并分割成多個(gè)可用于單幀刻寫的單幀圖形文件；

s2、將所有的單幀圖形文件導(dǎo)入到大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)中進(jìn)行刻寫并拼接。

作為優(yōu)選的，所述步驟s1具體包括：將原圖形文件逆時(shí)針或順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，再進(jìn)行邊緣的剪裁和校正，并分割輸出多個(gè)可用于單幀刻寫的單幀圖形文件。

作為優(yōu)選的，所述步驟s1中，源圖形文件旋轉(zhuǎn)角度為-45°～45°。

作為優(yōu)選的，所述步驟s1中，還包括對(duì)分割的單幀圖像文件按照位置關(guān)系進(jìn)行對(duì)應(yīng)編號(hào)。

作為優(yōu)選的，所述步驟s1中，進(jìn)行邊緣的剪裁和校正時(shí)，針對(duì)非周期結(jié)構(gòu)，根據(jù)源圖形文件的原始尺寸分割；針對(duì)周期結(jié)構(gòu)，將圖像進(jìn)行比例縮放，再進(jìn)行分割。

作為優(yōu)選的，在步驟s2中，所述激光直寫系統(tǒng)的激光脈沖為1～300mw，激光脈寬為10～20000ns。

作為優(yōu)選的，所述步驟s2具體包括：以二維振鏡或多面轉(zhuǎn)鏡為掃描模塊，通過(guò)光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式在刻寫材料上刻寫，并通過(guò)氣浮式直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)拼接。

作為優(yōu)選的，所述刻寫材料為光刻膠、金屬薄膜或無(wú)極相變材料制成的，且以玻璃或硅為基底的單層或多層薄膜。

本發(fā)明提出一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，通過(guò)將源圖形文件進(jìn)行一定角度順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并沿周期性邊界裁剪校正，進(jìn)而輸出多個(gè)已分割并編號(hào)的單幀刻寫圖形，用以整合掃描方向和步進(jìn)方向刻寫效果的差異，使得最終刻寫出的大面積微納結(jié)構(gòu)在笛卡爾坐標(biāo)系的x/y方向均具有良好的均勻性，大幅度提高了光柵掃描步進(jìn)式激光直寫系統(tǒng)在多種材料上的刻寫質(zhì)量和成品率。

附圖說(shuō)明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的源圖形文件及旋轉(zhuǎn)后的圖形文件示例示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的已分割并編號(hào)的多個(gè)單幀刻寫圖形文件示例示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的現(xiàn)有技術(shù)和使用本發(fā)明方法刻寫的均勻性對(duì)比示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例2的現(xiàn)有技術(shù)和使用本發(fā)明方法刻寫的均勻性對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。

圖1示出了本發(fā)明的一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，包括：

s1、將源圖形文件旋轉(zhuǎn)一定角度并分割成多個(gè)可用于單幀刻寫的圖形文件；

s2、將所有的已分割的單幀圖形文件導(dǎo)入到激光直寫系統(tǒng)中進(jìn)行刻寫并進(jìn)行大面積拼接。

在步驟s1中，所述源圖形文件為用于激光直寫系統(tǒng)光柵掃描步進(jìn)式刻寫的源圖形文件，經(jīng)過(guò)一定角度順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，源圖形文件旋轉(zhuǎn)角度為-45°～45°，然后在進(jìn)行邊緣的裁剪和校正，輸出多個(gè)已分割并編號(hào)的可用于單幀刻寫的單幀圖形文件，單幀圖像文件按照位置關(guān)系進(jìn)行對(duì)應(yīng)編號(hào)。

在步驟s1中，進(jìn)行邊緣的剪裁和校正時(shí)，針對(duì)非周期結(jié)構(gòu)，根據(jù)源圖形文件的原始尺寸分割；針對(duì)周期結(jié)構(gòu)，將圖像進(jìn)行比例縮放，使周期結(jié)構(gòu)的邊緣的像素相接盡可能少，然后再進(jìn)行分割。

在步驟s2中，采用光柵掃描步進(jìn)式激光直寫系統(tǒng)進(jìn)行刻寫，激光功率在1～300mw之間，所用激光脈寬在10～20000ns之間；需要將分割后的單幀圖形文件進(jìn)行刻寫拼接；具體的，以二維振鏡或多面轉(zhuǎn)鏡為掃描模塊，掃描頻率在10～1000hz之間，通過(guò)光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式在刻寫材料上刻寫，步進(jìn)速度在2～200μm/s，單幀掃描范圍在0.01～0.25mm²之間；并通過(guò)氣浮式直線電機(jī)實(shí)現(xiàn)拼接，其中，刻寫材料為光刻膠、金屬薄膜或無(wú)極相變材料制成的，且以玻璃或硅為基底的單層或多層薄膜，每層薄膜的厚度為10～500nm。

實(shí)施例1

如圖2所示，本實(shí)施例中示出了一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，通過(guò)將用于激光直寫系統(tǒng)光柵掃描步進(jìn)式的源圖形文件，經(jīng)過(guò)一定角度的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行邊緣的剪裁和校正，輸出多個(gè)已分割并編號(hào)可用于單幀刻寫的圖形文件，再進(jìn)行刻寫拼接。

源圖形文件可由coreldraw/photoshop/matlab等軟件生成，其格式為bmp、png或jpg格式，灰度或彩色圖像，大小為mxn像素點(diǎn)；m稱為行數(shù)，n稱為列數(shù)，二者的取值均在200-200,000之間。在本實(shí)施例中，如圖2所示，采用coreldrawx4sp2軟件繪制生成源圖形文件，圖形為大面積二維光柵，尺寸為20,000x20,000像素，bmp格式，8bit灰度，線條寬度為1像素，線條周期為10像素。

在本實(shí)施例中，進(jìn)一步的，將圖形作一定角度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)(45°)，并沿單元方框頂點(diǎn)方向分割為10x10的單幀圖形。單幀圖形的尺寸為2000x2000像素，bmp格式，8bit灰度，線條寬度為1像素，線條周期為10像素。

進(jìn)一步的，如圖3所示，單幀圖形的編號(hào)為1-1,1-2,1-3……2-1,2-2,2-3……10-9,10-10。

在本實(shí)施例中，所述步驟s2具體包括：

將未經(jīng)處理的源圖形文件導(dǎo)入ldwl100激光直寫系統(tǒng)，使用光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式，選定刻寫參數(shù)，放入刻寫樣品1，開始刻寫，得到刻寫樣品1(a)，如圖4中所示；再將所有單幀圖形導(dǎo)入激光直寫系統(tǒng)，使用光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式，選定刻寫參數(shù)，放入樣品，開始刻寫，得到刻寫樣品1(b)，如圖4中所示；圖中a為未使用本發(fā)明的刻寫均勻性，b為使用本發(fā)明實(shí)施例的方法后的刻寫均勻性。使用的源刻寫圖片以及本發(fā)明實(shí)施例處理后的刻寫圖片，其相鄰像素點(diǎn)間距為100nm。

本實(shí)施例中，在上述步驟中，所述激光直寫系統(tǒng)的激光光源為405nm波長(zhǎng)的光源；刻寫樣品1參數(shù)為峰值功率32mw，脈沖寬度2000ns，掃描頻率500hz；刻寫樣品1為玻璃基底上的20nm厚度sn薄膜。

從圖4刻寫樣品對(duì)比圖發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提出的圖形設(shè)計(jì)方法，可以解決由高速掃描的“拖尾效應(yīng)”、掃描軸與步進(jìn)軸的速度差異、以及幀間拼接等因素帶來(lái)的掃描方向和步進(jìn)方向的刻寫效果的差異，從而提高激光直寫系統(tǒng)光柵掃描步進(jìn)式大面積刻寫的整體均勻性。通過(guò)本發(fā)明，使得利用激光直寫系統(tǒng)進(jìn)行器件制備、材料研究的成功率和精確性得到顯著提升。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中示出了一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，通過(guò)將用于激光直寫系統(tǒng)光柵掃描步進(jìn)式的源圖形文件，經(jīng)過(guò)一定角度的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，然后再進(jìn)行邊緣的剪裁和校正，輸出多個(gè)已分割并編號(hào)可用于單幀刻寫的圖形文件，再進(jìn)行刻寫拼接。

源圖形文件可由coreldraw/photoshop/matlab等軟件生成，其格式為bmp、png或jpg格式，灰度或彩色圖像，大小為mxn像素點(diǎn)；m稱為行數(shù)，n稱為列數(shù)，二者的取值均在200-200,000之間。在本實(shí)施例中，如圖2所示，采用coreldrawx4sp2軟件繪制生成源圖形文件，圖形為大面積二維光柵，尺寸為20,000x20,000像素，bmp格式，8bit灰度，線條寬度為1像素，線條周期為10像素。

在本實(shí)施例中，進(jìn)一步的，將圖形作一定角度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，并沿單元方框頂點(diǎn)方向分割為10x10的單幀圖形。單幀圖形的尺寸為2000x2000像素，bmp格式，8bit灰度，線條寬度為1像素，線條周期為10像素。

進(jìn)一步的，如圖3所示，單幀圖形的編號(hào)為1-1,1-2,1-3……2-1,2-2,2-3……10-9,10-10。

在本實(shí)施例中，所述步驟s2具體包括：

更換樣品2，將未經(jīng)處理的源圖形文件導(dǎo)入ldwl100激光直寫系統(tǒng)，使用光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式，選定刻寫參數(shù)，開始刻寫，得到刻寫樣品2(a)；再將所有單幀圖形導(dǎo)入激光直寫系統(tǒng)，使用光柵掃描步進(jìn)式刻寫模式，選定刻寫參數(shù)，放入樣品，開始刻寫，得到刻寫樣品2(b)；其對(duì)比效果如圖5，圖中a為未使用本發(fā)明實(shí)施例的方法的刻寫均勻性，b為使用本發(fā)明實(shí)施例的方法后的刻寫均勻性。

本實(shí)施例中，在上述步驟中，所述激光直寫系統(tǒng)的激光光源為405nm波長(zhǎng)的光源；刻寫樣品2參數(shù)為峰值功率26mw，脈沖寬度400ns，掃描頻率500hz；刻寫樣品2為玻璃基底上的100nm厚度ge2sb2te5薄膜。

從圖5刻寫樣品對(duì)比圖發(fā)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所提出的圖形設(shè)計(jì)方法，可以解決由高速掃描的“拖尾效應(yīng)”、掃描軸與步進(jìn)軸的速度差異、以及幀間拼接等因素帶來(lái)的掃描方向和步進(jìn)方向的刻寫效果的差異，從而提高激光直寫系統(tǒng)光柵掃描步進(jìn)式大面積刻寫的整體均勻性。通過(guò)本發(fā)明，使得利用激光直寫系統(tǒng)進(jìn)行器件制備、材料研究的成功率和精確性得到顯著提升。

綜上所述，本發(fā)明提出一種基于大面積超分辨激光直寫系統(tǒng)的圖形刻寫方法，通過(guò)將源圖形文件進(jìn)行一定角度順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)并沿周期性邊界裁剪校正，進(jìn)而輸出多個(gè)已分割并編號(hào)的單幀刻寫圖形，用以整合掃描方向和步進(jìn)方向刻寫效果的差異，使得最終刻寫出的大面積微納結(jié)構(gòu)在笛卡爾坐標(biāo)系的x/y方向均具有良好的均勻性，大幅度提高了光柵掃描步進(jìn)式激光直寫系統(tǒng)在多種材料上的刻寫質(zhì)量和成品率。通過(guò)本發(fā)明，使得利用激光直寫系統(tǒng)進(jìn)行器件制備、材料研究的成功率和精確性得到顯著提升。

最后，本發(fā)明的方法僅為較佳的實(shí)施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。