一种基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线光刻加工系统及光刻方法

摘要

本发明涉及一种基于矢量曲线路径的象元可变角度的光刻加工系统及光刻方法，该光刻加工系统包括能够对矢量曲线进行解析、分解、合成计算功能的控制系统和由该控制系统控制实现的曝光系统，象元角度控制系统。该光刻系统依据矢量曲线，通过分析该曲线的结构，分解成曲线的路径和象元角度控制数据，然后根据这些数据，在光刻胶版上进行刻蚀，实现基于矢量曲线路径的象元可变角度的刻蚀。通过本发明的实施，可以对任意形状曲线进行刻蚀，在曲线路径上有规律的象元分布，并且有光滑的线形、较高的刻蚀效率和精确度等优点。

说明书

[技术领域]

本发明属于紫外激光光刻技术领域，具体的是在光刻胶膜板上制作矢量路径曲线象元可变角度的刻蚀方法。 

[背景技术]

矢量光刻曲线在激光防伪领域有大量广泛的应用，如有价证券、镭射包装材料、商标制作、法定证卡等。目前实现矢量曲线加工的公知技术主要有：点阵技术制作曲线，激光雕刻技术制作曲线方式。其中： 

点阵技术制作曲线方法。在图形设计阶段，把设计的矢量曲线转换成位图文件，通过点阵光刻系统制作曲线的一种方法。该种方法由于在设计图形阶段，图形进行了一次变换，使得平面位置信息的丢失，在制作阶段需用人工设置的方法，把位置信息重新进行设置。保证曲线在图形中的相对位置正确。该人工位置设置方法存在技术复杂，同一图形不同分辨率设置也不尽相同等缺点。同时，制作出的曲线光滑度不够圆滑，曲线存在锯齿状，影响美观。制作的曲线比较单一，不能制作复杂的曲线图形。由于采用点阵光刻技术制作，制作周期长。综上所述，该种方法制作复杂，制作周期长，象元单一角度方向。 

激光雕刻技术制作方法。通过矢量图形制作，直接导入加工设备中，在光刻胶版上进行刻蚀。此方法设计简单，但是缺点是整个矢量曲线上亮度不均匀，曝光点疏密不匀，特别是在起始阶段，光点重叠，严重影响产品质量，也存在光孔单一角度方向。 

[发明内容]

有鉴于此，本发明提出了利用干涉光路和矢量曲线特性制作基于矢量路径的象元可变角度的矢量曲线光刻加工系统和光刻方法，用于制作矢量曲线。 

任何一条曲线我们都可以看成是有无数段小直线段构成的，每个小线段均有起点位置和终点位置信息，根据这些信息可确定线段的斜率和法线，依据法线的矢量方向可确定光孔的角度方向。 

假设一条线段的起点p1和终点p2坐标分别为（x1,y1）；（x2,y2），这条线段的斜率为 

K1＝（y2-y1）/（x2-x1），过p2点垂直于过p1,p2点的所连直线的斜率k2 

由二条垂直相交直线斜率乘积为－1，可得到k1*k2＝－1 

得到k2=-1/k1。 

依据上面的理论分析，我们可以确定曲线上任何一点的法线，通过一个单轴电机根据曝光点法线的矢量方向旋转，配合曝光系统和定位系统，可以得到基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线。 

由此，提出一种依据本发明的目的，提出一种光刻加工系统由曝光系统和控制系统组成，所述曝光系统包括光源、第一光学镜头组、可变象元、分光器件、可变光阑、第二光学镜头组，所述可变象元是个空间光象元调制器，所述分光器件是个空间光调制器，所述第一光学镜头组和第二光学镜头组组成一个缩放的只能紫外光透过的投影光学镜头组，所述可变光阑具有一组孔径可调的通孔装置组成，可变光阑能阻挡0极光、±1极光或±2极光的不同组合，形成能通过各极光的通孔，该曝光系统由光源、第一光学镜头组、可变象元、分光器件、可变光阑、第二光学镜头组自上至下排列组成，所述控制系统包括用于进行曲线分析和编码的计算机和利用编码数据进行曝光控制的驱动控制器，驱动控制器包括一个用于控制象元角度变化的驱动电机，以及用于驱动整个系统移动的二轴驱动电机。 

上面所述空间光调制器，可采用特制光栅，数字微镜器件。 

上面所述缩放的投影光学镜头组的缩放倍数为10倍-20倍。 

上述所述可变象元是个空间光象元调制器，形状为正方形或圆形或可以是任何形状，包括各种字体和图形，数字微镜。 

上述所述的可变象元连接到所述的单轴电机上，通过单轴电机的驱动，可变象元做旋转运动，使得可变象元角度符合设计要求，即实现象元角度可变。 

上述所述可变光阑具有一组孔径可调的通孔装置组成，根据要求，能阻挡0极光，±1极光，±2极光等不同组合的通孔。 

可变光栅通过手动变换不同空间频率的光栅器件；可变光阑通过手动调节光阑的孔径。 

依据本发明目的，提出了一种利用上述系统进行光刻的光刻方法，方法步骤如下： 

a)设计光刻矢量曲线图形； 

b)利用计算机内设有曲线分析和编码模块，将待刻的矢量曲线图形分解和编码成可进行曝光控制的光刻文件：任何一条曲线看成是有无数段小直线段构成，每个小线段均有起点位置和终点位置信息，根据信息确定线段的斜率和法线，依据法线的矢量方向可确定光孔的角度方向，假设一条线段的起点p1和终点p2坐标分别为（x1,y1）；（x2,y2），线段的斜率为K1＝（y2-y1）/（x2-x1），过p2点垂直于过p1,p2点的所连直线的斜率k2由二条垂直相交直线斜率乘积为－1，可得到k1*k2＝－1得到k2=-1/k1； 

c)依据步骤b继而确定曲线上任何一点的法线通过一个单轴电机根据曝光点法线的矢量方向旋转，配合曝光系统和定位系统，可以得到基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线。 

上述光刻方法还包括： 

d）基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线转换成可进行曝光控制的光刻文件； 

e）根据步骤d的光刻文件得到控制曝光位置参数，象元角度参数，依次完成整个矢量曲线路径的曝光。 

所述曝光位置参数指每个需曝光点位置参数，该参数通过解码光刻文件而得到；象元角度参数，指每个需曝光点的象元角度，通过解码光刻文件得到。 

上面所述的矢量曲线光刻加工系统和光刻方法，与现有的技术相比，有以下的优点： 

优点一：矢量曲线制作方便，制作周期短。任意形状和角度的曲线，都有完美的光刻表现； 

优点二：制作出的矢量曲线，顺滑无锯齿由于是矢量图形进行的光刻曲线制作，矢量曲线在行进时没有点阵制作时产生的台阶形状； 

优点三：制作出的矢量曲线，曝光点疏密均匀，可控性高。可依据曲线要求，对曝光点进行疏密控制； 

优点四：利用空间光象元调制器显示不同的象元，在同一条矢量曲线路径上得到不同的 象元组合，每个曝光点可形成有规律的文字、图案。 

[附图说明]

附图1为本发明所述的光刻加工系统结构示意图 

图中1光源2第一光学镜头组3可变象元4空间调制器5可变光阑6第二光学镜头组7移动平台； 

附图2点阵光刻曲线示意图； 

附图3本发明光刻曲线示意图。 

[具体实施方式]

现结合附图及具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述，相信对本领域技术人员来说是清楚的。 

本实施例中的光刻加工系统，如图1所示，组件上由曝光系统和控制系统组成， 

控制系统包括用于进行曲线分析和编码的计算机和利用编码数据进行曝光控制的驱动控制器，驱动控制器包括一个用于控制象元角度变化的驱动电机，以及用于驱动整个系统移动的二轴驱动电机； 

曝光系统包括光源1；空间光象元调制器作为的可变象元3，形状不限，可是为正方形或圆形或其他任何形状，也可包括各种字体和图形，数字微镜；空间光调制器4作为的分光器件，可采用特制光栅或数字微镜器件，可变光栅可通过手动变换不同空间频率；可变光阑5，具有一组孔径可调的通孔装置，能阻挡0极光，±1极光，±2极光等不同组合，形成能通过各极光的通孔，通过手动调节光阑的孔径；第一光学镜头组2和第二光学镜头组6组成缩放的只能紫外光透过的投影光学镜头组，缩放倍数为10倍-20倍。。 

将第一光学镜头组2、可变象元3、分光器件、可变光阑5、第二光学镜头组6上下顺序等距离组成曝光系统，并将可变象元3连接到单轴电机上，通过单轴电机的驱动，可变象元3做旋转运动，使得可变象元角度符合设计要求。 

计算机内设有曲线分析和编码模块，所述的曲线分析和编码模块工作原理如下：任何一 条曲线看成是有无数段小直线段构成，每个小线段均有起点位置和终点位置信息，根据信息确定线段的斜率和法线，假设一条线段的起点p1和终点p2坐标分别为（x1,y1）；（x2,y2），线段的斜率为K1＝（y2-y1）/（x2-x1），过p2点垂直于过p1,p2点的所连直线的斜率k2由二条垂直相交直线斜率乘积为－1，可得到k1*k2＝－1得到k2=-1/k1以及确定曲线上任何一点的法线；依据法线的矢量方向可确定光孔的角度方向；通过一个单轴电机根据曝光点法线的矢量方向旋转，配合曝光系统和定位系统，可以得到基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线； 

利用上述系统进行光刻的光刻方法步骤如下： 

a)设计光刻矢量曲线图形； 

b)利用计算机内设有曲线分析和编码模块，将待刻的矢量曲线图形分解和编码成可进行曝光控制的光刻文件：任何一条曲线看成是有无数段小直线段构成，每个小线段均有起点位置和终点位置信息，根据信息确定线段的斜率和法线，依据法线的矢量方向可确定光孔的角度方向，假设一条线段的起点p1和终点p2坐标分别为（x1,y1）；（x2,y2），线段的斜率为K1＝（y2-y1）/（x2-x1），过p2点垂直于过p1,p2点的所连直线的斜率k2由二条垂直相交直线斜率乘积为－1，可得到k1*k2＝－1得到k2=-1/k1； 

c)依据步骤b继而确定曲线上任何一点的法线，通过一个单轴电机根据曝光点法线的矢量方向旋转，配合曝光系统和定位系统，可以得到基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线。 

d）基于矢量曲线路径的象元可变角度的曲线转换成可进行曝光控制的光刻文件； 

e）根据步骤d的光刻文件得到控制曝光位置参数，象元角度参数，依次完成整个矢量曲线路径的曝光。获得的点阵光刻曲线和光刻曲线分别如图2和图3所示。 

所述曝光位置参数指每个需曝光点位置参数，该参数通过解码光刻文件而得到；象元角度参数，指每个需曝光点的象元角度，通过解码光刻文件得到。