变光阑数据处理方法
阅读说明：本技术 变光阑数据处理方法 (Variable aperture data processing method ) 是由 朱鸣 吕帅 邵仁锦 朱鹏飞 浦东林 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种变光阑数据处理方法,如下步骤：获取三维模型；沿三维模型的竖直方向将三维模型分切成M层；将分切后的每一层再沿竖直方向分切成N层,以获取若干层二维图像数据；将N层中的每层二维图像数据转换为单色位图并将其分割成若干等份单元格图像；每个单元格图像的宽度为UnitX,高度为UnitY；对N层中的若干等份单元格图像进行错位重组以形成若干个基础长条带图像数据；将M层中的若干个基础长条带图像数据拼接后形成新的长条带图像数据,并将新的长条带图像数据上载至成像设备进行逐条带扫描光刻；其中,M及N为正整数。本申请的方法在光刻胶曝光成三维模型的过程中,图形不受限,方向不受限,被打印的三维模型的形状也不受限,方便快捷。(The application relates to a variable aperture data processing method, which comprises the following steps: acquiring a three-dimensional model; cutting the three-dimensional model into M layers along the vertical direction of the three-dimensional model; cutting each layer into N layers along the vertical direction to obtain a plurality of layers of two-dimensional image data; converting two-dimensional image data of each layer in the N layers into a monochromatic bitmap and dividing the monochromatic bitmap into a plurality of unit cell images in equal parts; the width of each cell image is UnitX, and the height of each cell image is UnitY; carrying out dislocation recombination on a plurality of equal parts of cell images in the N layers to form a plurality of basic long strip image data; splicing a plurality of basic long strip image data in the M layer to form new long strip image data, and uploading the new long strip image data to imaging equipment to carry out scanning photoetching one by one; wherein M and N are positive integers. In the method, in the process of exposing the photoresist into the three-dimensional model, the graph is not limited, the direction is not limited, the shape of the printed three-dimensional model is not limited, and the method is convenient and quick.)
技术领域
本发明涉及一种变光阑数据处理方法，属于光刻技术领域。
背景技术
当前，微加工的主要技术手段有精密金刚石车削、3D打印、光刻等技术。金刚石车削是制作数十微米尺寸、规则排列3D形貌微结构的优选方法，其典型应用是微棱镜膜。3D打印技术可以制作复杂的3D结构，但传统振镜扫描3D打印技术的分辨率为数十微米；DLP投影式3D打印的分辨率为10-20um；双光子3D打印技术，虽然分辨率能达到亚微米，但属于串行加工方式，效率极低。
微光刻技术仍然是现代微加工的主流技术手段，也是目前为止所能达到的最高精度的加工手段。2D投影光刻已经广泛应用于微电子领域，3D形貌光刻技术目前还处于初级阶段，没有形成成熟的技术方案，目前进展如下：
传统掩膜套刻法用于做多台阶结构，结合离子刻蚀控制结构深度，工艺过程需要多次对准，工艺要求高，难以加工连续的3D形貌。灰度掩模曝光法，其技术方案是制作半色调掩模版(halftone)，汞灯光源照射后产生灰度分布的透过光场，对光刻胶进行感光，形成3D表面结构。然而，这类掩模版制作难度大，且价格非常昂贵。移动掩膜曝光法，可以制作规则的微透镜阵列等结构。声光扫描直写法(如，海德堡仪器μPG101)，使用单光束直写，效率较低，仍然存在图形拼缝问题。电子束灰度直写(日本Joel JBX9300、德国Vistec、LeicaVB6)，面向较大幅面的器件制备效率仍然较低，受限于电子束的能量，3D形貌深度调控能力不足，适用于制备小尺度的3D形貌微结构。数字灰度光刻技术是一种将灰度掩模和数字光处理技术结合而发展来的微纳加工技术，采用DMD空间光调制器作为数字掩膜，通过一次曝光加工出连续三维面形的浮雕微结构，大于一个曝光视场的图形采用步进拼接的方法，但是其灰度调制能力受DMD灰度等级的限制，存在台阶状和视场拼缝，并且光斑内部光强均匀性会影响3D形貌的面型品质。
综上，3D形貌光刻的研究现状与前沿需求之间存在着明显差距，因此，研究可实现任意3D形貌的高品质光刻技术成为了相关领域对微光刻技术提出的重要和迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变光阑数据处理方法，以使得在将光刻胶曝光的过程中不受图形及扫描方向的限制，方便快捷。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种变光阑数据处理方法，所述方法包括如下步骤：
获取三维模型，确定曝光所需的数字微镜的像素分辨率；
根据所述三维模型的高度，沿所述三维模型的竖直方向将所述三维模型分切成M层；
将分切后M层中的每一层再沿所述三维模型的竖直方向分切成N层，以获取若干层二维图像数据；
将N层中的每层所述二维图像数据转换为单色位图，将每个所述单色位图分割成若干等份单元格图像；其中，每个单元格图像的宽度为UnitX，每个单元格图像的高度为UnitY；
对N层中的若干等份所述单元格图像进行错位重组以形成若干个基础长条带图像数据；
将M层中的若干个所述基础长条带图像数据拼接后形成新的长条带图像数据，并将新的所述长条带图像数据上载至成像设备进行逐条带扫描光刻；
其中，M及N为正整数。
进一步地，所述单元格图像的宽度UnitX或所述单元格图像的高度UnitY乘以M不大于数字微镜的水平像素分辨率，所述单元格图像的高度UnitY或所述单元格图像的宽度UnitX乘以N不大于数字微镜的垂直像素分辨率。
进一步地，所述“将N层中的每层所述二维图像数据转换为单色位图”具体为：
利用填充因子对所述二维图像数据进行像素化填充，以形成单色位图；其中，填充因子为单位毫米距离需要填充的像素数。
进一步地，所述“将每个所述单色位图分割成若干等份单元格图像”具体为：
以所述三维模型的最大宽度及最大长度为基础，且以每一层的所述单色位图为中心并对其进行填白，将填白后的每一层的所述单色位图分割成若干等份单元格图像。
进一步地，若所述三维模型的最大宽度值不能整除单元格图像的宽度UnitX和/或三维模型的最大长度值不能整除单元格图像的高度UnitY，则对所述单色位图继续填白，直至所述三维模型的最大宽度值能够整除整除单元格图像的宽度UnitX和/或所述三维模型的最大长度值能够整除单元格图像的高度UnitY。
进一步地，所述“错位重组”具体为：
N层中的每层单色位图包括XMax×YMax个单元格，XMax＝所述单色位图的最大长度或填充后的最大长度/UnitX，YMax＝所述单色位图的最大宽度或填充后的最大宽度/UnitY；
依次提取N层中单色位图的单元格，组成第一长条带至第XMax长条带；
将M个第一长条带横向拼接以获得第一基础长条带图像数据，直至将M个第XMax长条带横向拼接以获得第XMax基础长条带图像数据。
进一步地，依次提取N层中单色位图的单元格，组成第一长条带至第XMax长条带具体为：
根据N层的单色位图的大小，从大到小依次提取每层单色位图的第1列的第1份单元格图像沿所述三维模型的纵向方向进行拼接叠加，并在此基础上再依次提取每层单色位图的第1列的第2份单元格图像沿所述三维模型的纵向方向继续拼接叠加，直至依次提取第1列的第YMax份单元格沿所述三维模型的纵向方向进行拼接叠加形成第一长条带；
将N层中的每层单色位图的剩余XMax-1列的单元格按照上述方法进行拼接叠加，直至获取第XMax长条带。
进一步地，所述方法还包括：
在获取三维模型数据之前，根据薄膜微结构的深度要求，在基板上涂布相应厚度的光刻胶以形成光刻胶板。
进一步地，所述方法还包括：
在将新的所述长条带图像数据上载至成像设备进行逐条带扫描光刻之前，设置光刻时的滚动像素数及成像设备的步距。
本发明的有益效果在于：通过根据分切的层数及若干等份单元格图像，对单元格图像进行错位重组以形成若干个基础长条带图像数据，并将若干个基础长条带图像数据拼接后形成新的长条带图像数据，使其在曝光过程中不受图形及方向限制；通过将数据进行X和Y方向的拼接，只需要一次光刻即可完成整个幅面的光刻，无需重复回零及多次光刻，提高了光刻的精度和效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明的变光阑数据处理方法的流程图。
图2为图1中的单元格图像错位重组的流程图。
图3为图1中将单色位图分割成若干等份单元格图像的流程图。
图4为实施例1中的四棱锥的A1中四个长条带形成的示意图。
图5为实施例1中的四棱锥的A2中四个长条带形成的示意图。
图6为实施例1中的四棱锥的A3中四个长条带形成的示意图。
图7为A1、A2及A3中的第一长条带横向拼接的示意图。
图8为A1、A2及A3中的第二长条带横向拼接的示意图。
图9为A1、A2及A3中的第三长条带横向拼接的示意图。
图10为A1、A2及A3中的第四长条带横向拼接的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图1，本发明的一较佳实施例中的变光阑数据处理方法在实施之前，需要根据微结构的槽型深度要求，在基板上涂布相应厚度的光刻胶，以形成光刻胶板，然后将光刻胶板在成像设备中进行曝光。
变光阑数据处理方法包括如下步骤：
获取三维模型，确定曝光所需的数字微镜的像素分辨率。该三维形貌数据通过三维造型软件生成，该三维造型软件可以导出供计算机解析的通用三维数据格式，例如：STL、3DS、STP、IGS、OBJ等。优选地，该三维形貌数据与薄膜微结构尺寸一致。
根据所述三维模型的高度，沿所述三维模型的竖直方向将所述三维模型分切成M层；将分切后M层中的每一层再沿所述三维模型的竖直方向分切成N层，以获取若干层二维图像数据。其中，数字微镜的像素分辨率包括水平像素分辨率及垂直像素分辨率，水平像素分辨率的方向与三维坐标系的x轴平行，垂直像素分辨率的方向与三维坐标系的y轴平行。具体的，沿所述三维模型的竖直方向(即Z轴)，将所述三维模型分切成M层，然后再将分切后M层中的每一层再次沿所述三维模型的竖直方向分切成N层，M和N皆为正整数。在本实施例中，将三维模型分切成M层为沿三维模型的纵向方向，将M层中的每一层分切成N层为沿三维模型的纵向方向。三维模型在竖直方向上根据工艺需求设置切片间距，切片间距可以为等间距，也可以为非等间距，根据实际情况而定，在此不做具体限定。
请结合图3，将N层中的每层所述二维图像数据转换为单色位图，将每个所述单色位图分割成若干等份单元格图像。其中，每个单元格图像的宽度为UnitX，每个单元格图像的高度为UnitY。呈上述，UnitX乘以M不大于数字微镜的水平像素分辨率，UnitY乘以N不大于数字微镜的垂直像素分辨率。其中，将每层二维图像数据转换为单色位图具体为：利用填充因子对二维图像数据进行像素化填充，以形成单色位图；填充因子为单位毫米距离需要填充的像素数。在分割时，以三维模型的最大宽度及最大长度为基础，且以每一层的单色位图为中心并对其进行填白，再根据所述数字微镜的像素分辨率，将填白后的每一层的单色位图分割成若干等份单元格图像。若三维模型的最大宽度值不能整除单元格的宽度UnitX和/或三维模型的最大长度值不能整除单元格的高度UnitY，则对所述单色位图继续填白，直至三维模型的最大宽度值能够整除单元格的宽度UnitX和/或最大长度值能够整除单元格的高度UnitY。在本实施例中，三维模型的宽度方向为三维模型中的X轴方向，三维模型的长度方向为三维模型中的Y轴方向。
对N层中的若干等份所述单元格图像进行错位重组以形成若干个基础长条带图像数据，将M层中的若干个所述基础长条带图像数据拼接后形成新的长条带图像数据。
请结合图2，所述“错位重组”具体为：N层中的每层单色位图包括XMax×YMax个单元格，XMax＝所述单色位图的最大长度或填充后的最大长度/UnitX，YMax＝所述单色位图的最大宽度或填充后的最大宽度/UnitY；依次提取N层中单色位图的单元格，组成第一长条带至第XMax长条带；将M个第一长条带横向拼接以获得第一基础长条带图像数据，直至将M个第XMax长条带横向拼接以获得第XMax基础长条带图像数据。
具体的，依次提取N层中单色位图的单元格，组成第一长条带至第XMax长条带的方法具体为：
根据N层的单色位图的大小，从大到小依次提取每层单色位图的第1列的第1份单元格图像沿所述三维模型的纵向方向进行拼接叠加，并在此基础上再依次提取每层单色位图的第1列的第2份单元格图像沿所述三维模型的纵向方向继续拼接叠加，直至依次提取第1列的第YMax份单元格沿所述三维模型的纵向方向进行拼接叠加形成第一长条带；将N层中的每层单色位图的剩余XMax-1列的单元格按照上述方法进行拼接叠加，直至获取第XMax长条带。
将新的长条带图像数据上载至成像设备进行逐条带扫描光刻。
其中，在将新的长条带图像数据上载至成像设备进行逐条带扫描光刻之前，设置光刻时的滚动像素数及成像设备的步距。
下面以具体实施例对本发明的变光阑数据处理方法进行具体说明，在该实施例中，数字微镜的水平像素分辨率为1920，数字微镜的垂直像素分辨率为1080，三维模型的形状为四棱锥。
实施例1：
请参见图4至图6，获取四棱锥模型，将四棱锥模型沿竖直方向切分为12份，其中，先将四棱锥模型沿竖直方向横向切分为3等份二维图像数据，该等份表示为在竖直方向上，每份的高度相等。将该3等份二维图像数据分别编号为A1、A2、A3，其中A3具有最大长度及最大宽度，然后再将3等份二维图像数据中的每一份沿竖直方向纵向切分为4等份二维图像数据。
呈上述，A1中的4等份二维图像数据分别为a1、a2、a3及a4，以a1、a2、a3及a4为中心对a1、a2、a3及a4进行填充以转换为单色位图，以A3中的最大长度及最大宽度为基础，分别对a1、a2、a3及a4单色位图进行填白，填白后的a1、a2、a3及a4的图像大小相等，其中，阴影部分为a1、a2、a3及a4的原始大小。然后将填白后的a1、a2、a3及a4的宽度分别除以单元格图像的宽度UnitX、将填白后的a1、a2、a3及a4的长度分别除以单元格图像的高度UnitY，如果a1、a2、a3及a4的长度和/或宽度不能被单元格图像的高度UnitY和/或单元格图像的宽度UnitX整除则继续填白以使得a1、a2、a3及a4的长度和/或宽度正好被整除(即加一)。在本实施例中，a1、a2、a3及a4皆被等分成16份单元格图像，其中，阴影部分为a1、a2、a3及a4的原有部分面积。则a1中的16份单元格图像被标记为jx-y，a2、a3、a4与a1标记方式相同，则a2中的16份单元格图像被标记为kx-y；a3中的16份单元格图像被标记为mx-y；a4中的16份单元格图像被标记为nx-y。其中，x取值范围为1-4，y的取值范围为1-4，且x及y皆为正整数。相应的，A2被分切成的四等份二维图像数据为b1、b2、b3及b4，A3被分切成的四等份二维图像数据为c1、c2、c3及c4。b1、b2、b3及b4、c1、c2、c3及c4中的各个单元格的标号同a1、a2、a3及a4中各个单元格的标号。
请参见图7至图10，然后根据a1、a2、a3及a4的二维图像数据的大小，从大到小纵向依次提取a4中的n1-1、a3中的m1-1、a2中的k1-1、a1中的j1-1、a4中的n1-2…、a3中的m1-2、a2中的k1-2、a1中的j1-2，…，直至a4中的n1-4、a3中的m1-4、a2中的k1-4、a1中的j1-4沿纵长方向进行错位叠加以形成第一长条带；再取a4中的n2-1、a3中的m2-1、a2中的k2-1、a1中的j2-1、a4中的n2-2、a3中的m2-2、a2中的k2-2、a1中的j2-2…，直至a4中的n2-4、a3中的m2-4、a2中的k2-4、a1中的j2-4沿纵长方向进行错位叠加以形成第二长条带；再取a4中的n3-1、a3中的m3-1、a2中的k3-1、a1中的j3-1、a4中的n3-2、a3中的m3-2、a2中的k3-2、a1中的j3-2…，直至a4中的n3-4、a3中的m3-4、a2中的k3-4、a1中的j3-4沿纵长方向进行错位叠加以形成第三长条带；再取a4中的n4-1、a3中的m4-1、a2中的k4-1、a1中的j4-1、a4中的n4-2、a3中的m4-2、a2中的k4-2、a1中的j4-2…，直至a4中的n4-4、a3中的m4-4、a2中的k4-4、a1中的j4-4沿纵长方向进行错位叠加以形成第四长条带。A2及A3同上述方法依次获取第一长条带至第四长条带。
然后将A1、A2及A3中的第一长条带沿三维模型的横向方向进行拼接以获取第一基础长条带图像数据，将A1、A2及A3中的第二长条带沿三维模型的横向方向进行拼接以获取第二基础长条带图像数据，将A1、A2及A3中的第三长条带沿三维模型的横向方向进行拼接以获取第三基础长条带图像数据，将A1、A2及A3中的第四长条带沿三维模型的横向方向进行拼接以获取第四基础长条带图像数据。
综上所述：通过根据分切的层数及若干等份单元格图像，对单元格图像进行错位重组以形成若干个基础长条带图像数据，并将若干个基础长条带图像数据拼接后形成新的长条带图像数据，使其在曝光过程中不受图形及方向限制；通过将数据进行X和Y方向的拼接，只需要一次光刻即可完成整个幅面的光刻，无需重复回零及多次光刻，提高了光刻的精度和效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
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