[发明专利]基于无掩膜光刻机极坐标下刻写大范围任意图形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及微纳加工，衍射光学元件制作，掩膜版制作与加工等领域，是一种基于无掩膜光刻机极坐标下大范围任意图形刻写的方法。

背景技术

纳米科技是20世纪80年代末逐步发展起来的新型交叉学科领域，并可能在21世纪引领下一次科技革命。纳米技术的发展依赖于微纳米级别的结构功能器件的制作和发展。作为制作微纳结构技术之一的激光直写光刻技术因其结构简单，得成本低，效率高到了广泛重视。相比其他微纳加工技术，激光直写光刻技术采用激光直接照射样品表面进行刻写，具有设备结构简单，工作条件要求低，成本低等特点，在制作微纳光学器件等方面具有优势。20世纪80年代，瑞士苏黎世RCA实验室首次研制成功激光直写光刻装置，之后的30多年，激光直写光刻技术在国际上得到了快速的发展，目前，激光直写技术在半导体集成电路、微纳光学结构制造方面得到了比较广泛的应用。旋转式无掩膜光刻机可以应用于圆光栅，菲涅尔透镜等微纳光学器件的制作和加工和掩膜的制备。由于绝大多数微纳光学器件都是圆对称图形，因此相比于传统的X-Y刻写方式来说，旋转式刻写方式在制作微纳光学器件方面有很大的优势。浙江大学现代光学仪器国家重点实验室(梁宜勇.全数字化激光直写转台系统[J].光电工程,2004,31(5):1-3.)，中国科学院长春光机所以及俄罗斯科学院都曾研制过极坐标激光直写光刻系统，但是都无法实现大面积的任意图形刻写。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于无掩膜光刻机极坐标下大范围任意图形刻写的方法，实现大数据的直角坐标向极坐标的数据转换，利用旋转式无掩膜光刻机在样品表面实现大面积任意图形的刻写。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种基于无掩膜光刻机极坐标下刻写大范围任意图形的方法，该方法包括以下步骤：

1)利用螺旋线法使刻写激光的光斑与旋转平台的圆心重合；

2)读取直角坐标下的图形刻写数据A[i₀,j₀]，i₀和j₀分别为数组A的行和列大小；

3)将直角坐标下的图形刻写数据转化为极坐标下的刻写数据，具体如下：

设为数据极坐标系下的坐标原点，则

半径弧度最大半径

将圆上分为θ₀个点，并设θ₀＝2πR₀，则其中，i为数组的某一行，j为数组的某一列，A[i,j]表示数组A第i行第j列的数据值；

设极坐标下的刻写数据为B[R₀,θ₀],计算极坐标下数据B[R,θ]对应的直角坐标系下的数据值，公式如下：θ依次取值0到2πR₀之间的整数，R依次取0到R₀之间的整数，计算B[R,θ]的值；

将数据B[R,θ]依次存储起来，即得到极坐标下的刻写数据B[R₀,θ₀]；

4)将极坐标下的刻写数据B[R₀,θ₀]进行数据压缩，具体是：

以遍历极坐标系下的刻写数据方式，读取极坐标下的刻写数据B[R₀,θ₀]，当该刻写数据由M个连续相等的数据值A、N个连续相等的数据值B、P个连续相等的数据值C。。。。。组成，则压缩后的刻写数据由数据值A、个数M、数据值B、个数N、数据值C、个数P，。。。构成；

5)将压缩后的刻写数据传入中心控制器进行解压缩，同时将当前旋转电机和直线电机的精确位置传送给中心控制器，中心控制器将电机的当前位置和在当前位置需要刻写的数据进行实时的匹配；

6)中心控制器发送当前位置的数据值给激光器，控制激光器发出相应的脉冲对当前位置进行刻写。

所述螺旋线法具体是指首先在样品上画一条螺旋线，把样品转过90°再画一条螺旋线，以此类推画四条，通过判断四条螺旋线的位置，当四条螺旋线相交于一点时即为重合。

步骤3)中θ先依次取0到之间的整数值，R依次取0到R₀之间的整数，计算得到其坐标，其坐标位置的值即为B[R,θ]的值，以此得到第一象限的数据值；第二象限与第一象限对称，与对称的点为由可以直接得到的坐标位置，其坐标位置的值即为第二象限B[R,θ]的值，以此得到第二象限的数据值；第三象限与第一象限对称，与