一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)及光刻方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的光刻加工系統(tǒng)及光刻方法，該光刻加工系統(tǒng)包括能夠?qū)κ噶壳€進行解析、分解、合成計算功能的控制系統(tǒng)和由該控制系統(tǒng)控制實現(xiàn)的曝光系統(tǒng)，象元角度控制系統(tǒng)。該光刻系統(tǒng)依據(jù)矢量曲線，通過分析該曲線的結(jié)構(gòu)，分解成曲線的路徑和象元角度控制數(shù)據(jù)，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)，在光刻膠版上進行刻蝕，實現(xiàn)基于矢量曲線路徑的象元可變角度的刻蝕。通過本發(fā)明的實施，可以對任意形狀曲線進行刻蝕，在曲線路徑上有規(guī)律的象元分布，并且有光滑的線形、較高的刻蝕效率和精確度等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)及光刻方法
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本發(fā)明屬于紫外激光光刻【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的是在光刻膠膜板上制作矢量路徑曲線象元可變角度的刻蝕方法。
[【背景技術(shù)】]
[0002]矢量光刻曲線在激光防偽領(lǐng)域有大量廣泛的應用，如有價證券、鐳射包裝材料、商標制作、法定證卡等。目前實現(xiàn)矢量曲線加工的公知技術(shù)主要有:點陣技術(shù)制作曲線，激光雕刻技術(shù)制作曲線方式。其中:
[0003]點陣技術(shù)制作曲線方法。在圖形設計階段，把設計的矢量曲線轉(zhuǎn)換成位圖文件，通過點陣光刻系統(tǒng)制作曲線的一種方法。該種方法由于在設計圖形階段，圖形進行了一次變換，使得平面位置信息的丟失，在制作階段需用人工設置的方法，把位置信息重新進行設置。保證曲線在圖形中的相對位置正確。該人工位置設置方法存在技術(shù)復雜，同一圖形不同分辨率設置也不盡相同等缺點。同時，制作出的曲線光滑度不夠圓滑，曲線存在鋸齒狀，影響美觀。制作的曲線比較單一，不能制作復雜的曲線圖形。由于采用點陣光刻技術(shù)制作，制作周期長。綜上所述，該種方法制作復雜，制作周期長，象元單一角度方向。
[0004]激光雕刻技術(shù)制作方法。通過矢量圖形制作，直接導入加工設備中，在光刻膠版上進行刻蝕。此方法設計簡單，但是缺點是整個矢量曲線上亮度不均勻，曝光點疏密不勻，特別是在起始階段，光點重疊，嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，也存在光孔單一角度方向。
[
【發(fā)明內(nèi)容】
]
[0005]有鑒于此，本發(fā)明提出了利用干涉光路和矢量曲線特性制作基于矢量路徑的象元可變角度的矢量曲線光刻加工系統(tǒng)和光刻方法，用于制作矢量曲線。
[0006]任何一條曲線我們都可以看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成的，每個小線段均有起點位置和終點位置信息，根據(jù)這些信息可確定線段的斜率和法線，依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向。
[0007]假設一條線段的起點pl和終點p2坐標分別為(xl，yl) ； (x2, y2)，這條線段的斜率為
[0008]Kl = (y2-yl) / (x2_xl),過p2點垂直于過pl, p2點的所連直線的斜率k2
[0009]由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 =-1
[0010]得到k2=_l/kl。
[0011]依據(jù)上面的理論分析，我們可以確定曲線上任何一點的法線，通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線。
[0012]由此，提出一種依據(jù)本發(fā)明的目的，提出一種光刻加工系統(tǒng)由曝光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，所述曝光系統(tǒng)包括光源、第一光學鏡頭組、可變象兀、分光器件、可變光闌、第二光學鏡頭組，所述可變象元是個空間光象元調(diào)制器，所述分光器件是個空間光調(diào)制器，所述第一光學鏡頭組和第二光學鏡頭組組成一個縮放的只能紫外光透過的投影光學鏡頭組，所述可變光闌具有一組孔徑可調(diào)的通孔裝置組成，可變光闌能阻擋O極光、±1極光或±2極光的不同組合，形成能通過各極光的通孔，該曝光系統(tǒng)由光源、第一光學鏡頭組、可變象元、分光器件、可變光闌、第二光學鏡頭組自上至下排列組成，所述控制系統(tǒng)包括用于進行曲線分析和編碼的計算機和利用編碼數(shù)據(jù)進行曝光控制的驅(qū)動控制器，驅(qū)動控制器包括一個用于控制象元角度變化的驅(qū)動電機，以及用于驅(qū)動整個系統(tǒng)移動的二軸驅(qū)動電機。
[0013]上面所述空間光調(diào)制器，可采用特制光柵，數(shù)字微鏡器件。
[0014]上面所述縮放的投影光學鏡頭組的縮放倍數(shù)為10倍-20倍。
[0015]上述所述可變象元是個空間光象元調(diào)制器，形狀為正方形或圓形或可以是任何形狀，包括各種字體和圖形，數(shù)字微鏡。[0016]上述所述的可變象元連接到所述的單軸電機上，通過單軸電機的驅(qū)動，可變象元做旋轉(zhuǎn)運動，使得可變象元角度符合設計要求，即實現(xiàn)象元角度可變。
[0017]上述所述可變光闌具有一組孔徑可調(diào)的通孔裝置組成，根據(jù)要求，能阻擋O極光，±1極光，±2極光等不同組合的通孔。
[0018]可變光柵通過手動變換不同空間頻率的光柵器件；可變光闌通過手動調(diào)節(jié)光闌的孔徑。
[0019]依據(jù)本發(fā)明目的，提出了一種利用上述系統(tǒng)進行光刻的光刻方法，方法步驟如下:
[0020]a)設計光刻矢量曲線圖形；
[0021]b)利用計算機內(nèi)設有曲線分析和編碼模塊，將待刻的矢量曲線圖形分解和編碼成可進行曝光控制的光刻文件:任何一條曲線看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成，每個小線段均有起點位置和終點位置信息，根據(jù)信息確定線段的斜率和法線，依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向，假設一條線段的起點Pl和終點P2坐標分別為(xl，yl)； (x2, y2),線段的斜率為Kl =(y2-yl)/ (x2_xl)，過p2點垂直于過pl，p2點的所連直線的斜率k2由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 =-1得到k2=-l/kl ；
[0022]c)依據(jù)步驟b繼而確定曲線上任何一點的法線通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線。
[0023]上述光刻方法還包括:
[0024]d)基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線轉(zhuǎn)換成可進行曝光控制的光刻文件；
[0025]e)根據(jù)步驟d的光刻文件得到控制曝光位置參數(shù)，象元角度參數(shù)，依次完成整個矢量曲線路徑的曝光。
[0026]所述曝光位置參數(shù)指每個需曝光點位置參數(shù)，該參數(shù)通過解碼光刻文件而得到；象元角度參數(shù)，指每個需曝光點的象元角度，通過解碼光刻文件得到。
[0027]上面所述的矢量曲線光刻加工系統(tǒng)和光刻方法，與現(xiàn)有的技術(shù)相比，有以下的優(yōu)點。[0028]優(yōu)點一:矢量曲線制作方便，制作周期短。任意形狀和角度的曲線，都有完美的光刻表現(xiàn)；
[0029]優(yōu)點二:制作出的矢量曲線，順滑無鋸齒由于是矢量圖形進行的光刻曲線制作，矢量曲線在行進時沒有點陣制作時產(chǎn)生的臺階形狀；
[0030]優(yōu)點三:制作出的矢量曲線，曝光點疏密均勻，可控性高?？梢罁?jù)曲線要求，對曝光點進行疏密控制；
[0031]優(yōu)點四:利用空間光象元調(diào)制器顯示不同的象元，在同一條矢量曲線路徑上得到不同的象元組合，每個曝光點可形成有規(guī)律的文字、圖案。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0032]附圖1為本發(fā)明所述的光刻加工系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
[0033]圖中I光源2第一光學鏡頭組3可變象元4空間調(diào)制器5可變光闌6第二光學鏡頭組7移動平臺；
[0034]附圖2點陣光刻曲線示意圖；
[0035]附圖3本發(fā)明光刻曲線示意圖。
[【具體實施方式】]
[0036]現(xiàn)結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步闡述，相信對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是清楚的。
[0037]本實施例中的光刻加工系統(tǒng)，如圖1所示，組件上由曝光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，
[0038]控制系統(tǒng)包括用于進行曲線分析和編碼的計算機和利用編碼數(shù)據(jù)進行曝光控制的驅(qū)動控制器，驅(qū)動控制器包括一個用于控制象元角度變化的驅(qū)動電機，以及用于驅(qū)動整個系統(tǒng)移動的二軸驅(qū)動電機；
[0039]曝光系統(tǒng)包括光源I ;空間光象元調(diào)制器作為的可變象元3，形狀不限，可是為正方形或圓形或其他任何形狀，也可包括各種字體和圖形，數(shù)字微鏡；空間光調(diào)制器4作為的分光器件，可采用特制光柵或數(shù)字微鏡器件，可變光柵可通過手動變換不同空間頻率；可變光闌5，具有一組孔徑可調(diào)的通孔裝置，能阻擋O極光，±1極光，±2極光等不同組合，形成能通過各極光的通孔，通過手動調(diào)節(jié)光闌的孔徑；第一光學鏡頭組2和第二光學鏡頭組6組成縮放的只能紫外光透過的投影光學鏡頭組，縮放倍數(shù)為10倍-20倍。。
[0040]將第一光學鏡頭組2、可變象元3、分光器件、可變光闌5、第二光學鏡頭組6上下順序等距離組成曝光系統(tǒng)，并將可變象元3連接到單軸電機上，通過單軸電機的驅(qū)動，可變象元3做旋轉(zhuǎn)運動，使得可變象元角度符合設計要求。
[0041]計算機內(nèi)設有曲線分析和編碼模塊，所述的曲線分析和編碼模塊工作原理如下:任何一條曲線看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成，每個小線段均有起點位置和終點位置信息，根據(jù)信息確定線段的斜率和法線，假設一條線段的起點Pl和終點p2坐標分別為(xl，yl)；(x2, y2),線段的斜率為Kl = (y2-yl)/ (x2_xl),過p2點垂直于過pl, p2點的所連直線的斜率k2由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 =— I得到k2=-l/kl以及確定曲線上任何一點的法線；依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向；通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線；[0042]利用上述系統(tǒng)進行光刻的光刻方法步驟如下:
[0043]a)設計光刻矢量曲線圖形；
[0044]b)利用計算機內(nèi)設有曲線分析和編碼模塊，將待刻的矢量曲線圖形分解和編碼成可進行曝光控制的光刻文件:任何一條曲線看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成，每個小線段均有起點位置和終點位置信息，根據(jù)信息確定線段的斜率和法線，依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向，假設一條線段的起點Pl和終點P2坐標分別為(xl，yl)； (x2, y2),線段的斜率為Kl =(y2-yl)/ (x2_xl)，過p2點垂直于過pl，p2點的所連直線的斜率k2由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 =-1得到k2=-l/kl ；
[0045]c)依據(jù)步驟b繼而確定曲線上任何一點的法線，通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線。
[0046]d)基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線轉(zhuǎn)換成可進行曝光控制的光刻文件；
[0047]e)根據(jù)步驟d的光刻文件得到控制曝光位置參數(shù)，象元角度參數(shù)，依次完成整個矢量曲線路徑的曝光。獲得的點陣光刻曲線和光刻曲線分別如圖2和圖3所示。
[0048]所述曝光位置參數(shù)指每個需曝光點位置參數(shù)，該參數(shù)通過解碼光刻文件而得到；象元角度參數(shù)，指每個需曝光點的象元角度，通過解碼光刻文件得到。
【權(quán)利要求】
1.一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)，其特征在于所述的加工系統(tǒng)由曝光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，所述曝光系統(tǒng)包括光源、第一光學鏡頭組、可變象元、分光器件、可變光闌、第二光學鏡頭組，所述可變象元是個空間光象元調(diào)制器，所述分光器件是個空間光調(diào)制器，所述第一光學鏡頭組和第二光學鏡頭組組成一個縮放的只能紫外光透過的投影光學鏡頭組，所述可變光闌由一組孔徑可調(diào)的通孔裝置組成，可變光闌能阻擋O極光、± I極光或±2極光的不同組合，形成能通過各極光的通孔，該曝光系統(tǒng)由光源、第一光學鏡頭組、可變象元、分光器件、可變光闌、第二光學鏡頭組自上至下排列組成，所述控制系統(tǒng)包括用于進行曲線分析和編碼的計算機和利用編碼數(shù)據(jù)進行曝光控制的驅(qū)動控制器，驅(qū)動控制器包括一個用于控制象元角度變化的驅(qū)動電機，以及用于驅(qū)動整個系統(tǒng)移動的二軸驅(qū)動電機。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)，其特征在于:所述可變象元是個空間光象元調(diào)制器，形狀為正方形或圓形，包括各種字體和圖形、數(shù)字微鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)，其特征在于:所述的可變象元連接到所述的單軸電機上，通過單軸電機的驅(qū)動，可變象元做旋轉(zhuǎn)運動。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)，其特征在于:所述第一光學鏡頭組和第二光學鏡頭組組成一個縮放的只能紫外光透過的投影光學鏡頭組，光學鏡頭組的縮放倍數(shù)為10倍-20倍。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)進行加工的光刻方法，其特征在于:可變光柵通過手動變換不同空間頻率的光柵器件；可變光闌通過手動調(diào)節(jié)光闌的 孔徑。
6.如權(quán)利要求1所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)，其特 征在于:所述的計算機內(nèi)設有曲線分析和編碼模塊，所述的曲線分析和編碼模塊工作原 理如下:任何一條曲線看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成，每個小線段均有起點位置和終點 位置信息，根據(jù)信息確定線段的斜率和法線，假設一條線段的起點Pi和終點P2坐標分別為(xl，yl) ; (χ2, y2),線段的斜率為Kl = (y2-yl) / (x2_xl),過p2點垂直于過pl，p2點的所連直線的斜率k2由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 = — I得到k2=-l/kl以及確定曲線上任何一點的法線；依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向；通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線。
7.如權(quán)利要求1所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)進行加工的光刻方法，其特征在于:包括以下步驟: a)設計光刻矢量曲線圖形； b)利用計算機內(nèi)設有曲線分析和編碼模塊，將待刻的矢量曲線圖形分解和編碼成可進行曝光控制的光刻文件:任何一條曲線看成是有無數(shù)段小直線段構(gòu)成，每個小線段均有起點位置和終點位置信息，根據(jù)信息確定線段的斜率和法線，依據(jù)法線的矢量方向可確定光孔的角度方向，假設一條線段的起點Pl和終點P2坐標分別為(Xl，yl);(X2，y2)，線段的斜率為Kl =(y2-yl)/ (x2_xl)，過p2點垂直于過pl，p2點的所連直線的斜率k2由二條垂直相交直線斜率乘積為一 1，可得到kl*k2 =-1得到k2=-l/kl ； c)依據(jù)步驟b繼而確定曲線上任何一點的法線，通過一個單軸電機根據(jù)曝光點法線的矢量方向旋轉(zhuǎn)，配合曝光系統(tǒng)和定位系統(tǒng)，可以得到基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線。
8.如權(quán)利要求7所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)進行加工的光刻方法，其特征在于:還包括 步驟d)基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線轉(zhuǎn)換成可進行曝光控制的光刻文件； 步驟e)根據(jù)步驟d的光刻文件得到控制曝光位置參數(shù)，象元角度參數(shù)，依次完成整個矢量曲線路徑的曝光。
9.如權(quán)利要求8所述的一種基于矢量曲線路徑的象元可變角度的曲線光刻加工系統(tǒng)進行加工的光刻方法，其特征在于:所述曝光位置參數(shù)指每個需曝光點位置參數(shù)，該參數(shù)通過解碼光刻文件而得到； 象元角度參數(shù)，指每個需曝光點的象元角度，通過解碼光刻文件得到。
【文檔編號】G03F7/20GK103605265SQ201310611339
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月26日
【發(fā)明者】黃斗興, 馬輝, 凌夏冰, 滕曉輝 申請人:上海宏盾防偽材料有限公司