CN114415482B - 一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法及装置，该方法包括：获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；获取振镜的X极性和Y极性；根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写。该方法解决振镜与全局坐标系之间存在角度偏差、振镜X/Y轴向与全局坐标轴向不一致和拼接刻写均匀性不一致的问题。

Description

一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法及装置
技术领域
本申请涉及激光直写光刻技术领域，尤其涉及一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法及装置。
背景技术
激光直写技术是一种近年来应用广泛的超精密加工技术,借助激光实现直接写入的无掩膜光刻技术。通过激光束在具有感光涂层的基片上进行扫描，直接产生图形的信息，无需掩膜板的制备，也省略了图形转写、套刻等过程，提高了制作效率及精度。在扫描过程中，光刻基片随载物平台而运动。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
目前传感领域纳米尺寸结构的加工需求逐渐从二维结构转向三维结构，从简单材料转向复杂材料，从简单结构转向复杂大面积结构的发展趋势。其中大面积结构刻写普遍采用的技术方案是利用振镜或多面旋转棱镜带动光束进行光栅扫描步进式移动，实现单帧或小范围刻写，然后借助直线电机实现大面积拼接。但由于振镜与全局坐标系存在角度偏差、方向颠倒以及帧与帧之间拼接等因素，该方法往往很难在大面积刻写时保持准确性，降低了该方法制备器件、研究材料的精确性、均匀性和成功率。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法及装置，以解决相关技术中存在的大面积刻写精确性、均匀性和成功率低的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法，包括：
获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
获取振镜的X极性和Y极性；
根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写。
进一步地，所述子数据的大小均小于所述单次扫描范围。
进一步地，根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据，包括：
计算振镜的扫描方向与所述全局坐标系的夹角；
根据所述夹角，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据。
进一步地，所述夹角的绝对值小于90°。
进一步地，根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，包括：
若所述X极性为1，则将所述旋转数据进行左右翻转；
若所述Y极性为1，则将所述旋转数据进行上下翻转。
进一步地，对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据，包括：
计算任意两个相邻的翻转数据之间重合区域的位置信息，得到重合区域的所有坐标信息；
根据全局坐标系，对所述坐标信息进行坐标转换转，得到刻写数据。
进一步地，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写时的刻写顺序包括X双向、Y双向、X蛇形、Y蛇形、X圆周和Y圆周。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写装置，包括：
第一获取模块，用于获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
分割模块，用于根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
旋转模块，用于根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
第二获取模块，用于获取振镜的X极性和Y极性；
翻转模块，用于根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
拟合模块，用于对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
刻写模块，用于根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请通过对所述子数据进行旋转，整合振镜与全局坐标系的角度偏差；根据振镜的X极性和Y极性，对旋转数据进行翻转，解决振镜X/Y轴向与全局坐标轴向不一致问题，这使得安装***的过程中，无需振镜的轴向必须遵循某种特定方向；对翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，使得在全局坐标系X/Y方向均具有良好的均匀性，有效提高样品大面积拼接刻写的刻写质量和刻写成功率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的步骤S13的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的步骤S13的示意图。
图4是根据一示例性实施例示出的步骤S15的流程图。
图5是根据一示例性实施例示出的步骤S15的示意图。
图6是根据一示例性实施例示出的步骤S16的流程图。
图7是根据一示例性实施例示出的刻写顺序的示意图。
图8是根据一示例性实施例示出的刻写样品a和刻写样品b的对比图。
图9是根据一示例性实施例示出的一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写装置的框图。
图10是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
名词解释：
振镜的X极性：振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向是否相反，若相反，则X极性为1，否则X极性为0。
振镜的Y极性：振镜扫描的Y方向与全局坐标系的Y方向是否相反，若相反，则Y极性为1，否则Y极性为0。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法的流程图，如图1所示，该方法应用于基于振镜的超分辨激光直写***中，可以包括以下步骤：
步骤S11：获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
步骤S12：根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
步骤S13：根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
步骤S14：获取振镜的X极性和Y极性；
步骤S15：根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
步骤S16：对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
步骤S17：根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写。
由上述实施例可知，本申请通过对所述子数据进行旋转，整合振镜与全局坐标系的角度偏差；根据振镜的X极性和Y极性，对旋转数据进行翻转，解决振镜X/Y轴向与全局坐标轴向不一致问题，这使得安装***的过程中，无需振镜的轴向必须遵循某种特定方向；对翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，使得在全局坐标系X/Y方向均具有良好的均匀性，有效提高样品大面积拼接刻写的刻写质量和刻写成功率。
具体地，所述基于振镜的超分辨激光直写***可以是现有的***，也可以是通过对现有***进行改造而得到的***，在一实施例中，所述基于振镜的超分辨激光直写***包括飞秒激光，扫描振镜、高精度压电位移台，显微镜和声光调制器以及NI板卡等器件。
在步骤S11的具体实施中，获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
具体地，所述待刻写数据的文件格式可以为STL、PNG、GDSII、JPEG等类型，灰度或彩色图像。
在一实施例中，所述单次扫描范围为60 um*60um，需要说明的是，这里的扫描范围取决于实际***的扫描范围，以上仅给出了一个示例，而不是局限于该范围。
在步骤S12的具体实施中，根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
具体地，所述子数据的大小均小于所述单次扫描范围。
在一实施例中，待刻写数据可以为常见的图像文件，如JPEG格式或PNG格式，图像像素大小为1000*1000，刻写图形为二维光栅，将其分割为两个50um*50um的子数据。需要说明的是，以上仅给出一个待刻写文件的示例，具体待刻写文件的格式、大小等可根据实际情况自行设定，该设定为本领域常规手段。
在步骤S13的具体实施中，根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
具体地，如图2所示，此步骤可以包括以下子步骤：
步骤S21：计算振镜的扫描方向与所述全局坐标系的夹角；
具体地，振镜沿所述X或者Y方向扫描一条直线，测量该直线与全局坐标系的X方向或Y方向的夹角。
步骤S22：根据所述夹角，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
具体地，通过下式对子数据进行旋转：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，x、y为子数据的坐标点在全局坐标系下的二维坐标，x'、y'为旋转后子数据在全局坐标系下的二维坐标，θ为所述夹角。
具体地，所述夹角的绝对值|θ|<90°。因为在本***中所使用的运动器件不仅仅包含振镜，也包含其他运动位移台。将这些运动器件统一在一个参考坐标系，旨在降低刻写时候算法的设计难度。同时，这样设计在安装***过程中无需严格矫正各个器件的轴方向的一致性，只需要保证这些器件遵循同一个参考坐标系即可。
在一实施例中，如图3所示，计算振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向之间的夹角θ，将两个子数据分别顺时针旋转θ，得到两个旋转数据。
在步骤S14的具体实施中，获取振镜的X极性和Y极性；
具体地，在指定位置的右侧，使用振镜沿全局坐标系的X正向扫描一条直线，观察该直线实际是否在该位置的右侧。如果实际结果与预期结果一致，则X极性为0，否则为1。在指定位置的下方，使用振镜沿全局坐标系的Y正向扫描一条直线，观察该直线实际是否在该位置的下方。如果实际结果与预期结果一致，则Y极性为0，否则为1。得到振镜的X轴和Y轴的极性之后，在刻写结构的过程中，就可以根据实际需要，将结构刻写在指定位置。
在步骤S15的具体实施中，根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
具体地，如图4所示，此步骤可以包括以下子步骤：
步骤S31：若所述X极性为1，则将所述旋转数据进行左右翻转；
具体地，若振镜的X极性为1，即振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向相反，则将旋转数据的矩阵进行左右翻转。
步骤S32：若所述Y极性为1，则将所述旋转数据进行上下翻转。
具体地，若振镜的Y极性为1，即振镜扫描的Y方向与全局坐标系的Y方向相反，则将旋转数据的矩阵进行上下翻转。
在一实施例中，如图5所示，振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向相反，振镜扫描的Y方向与全局坐标系的Y方向不相反，则将旋转数据的数据矩阵左右翻转，获得正确刻写结果。
在步骤S16的具体实施中，对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
具体地，如图6所示，此步骤可以包括以下子步骤：
步骤S41：计算任意两个相邻的翻转数据之间重合区域的位置信息，得到重合区域的所有坐标信息；
具体地，重合区域为任意相邻两个区域在拼接处重合的区域，可以根据前面所述步骤的坐标计算方法，得到重合区域的所有坐标信息。因为重合区域，激光会扫描多次，在重合区域降低激光能量，可以使得重合区域的能量与非重合区域的能量均匀。
步骤S42：根据全局坐标系，对所述坐标信息进行坐标转换转，得到刻写数据；
具体地，根据步骤S22中的坐标转换公式，将重合区域的坐标信息转换为全局坐标系下的坐标数据。
在步骤S17的具体实施中，根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写；
具体地，如图7所示，刻写时的刻写顺序可以包括图7的（a）图中的X双向、图7的（b）图中的Y双向、图7的（c）图中的X蛇形、图7的（d）图中的Y蛇形、图7的（e）图中的X圆周和图7的（f）图中的Y圆周。需要说明的是，以上仅给出六种刻写顺序的示例，具体使用的刻写顺序可根据实际情况自行设定，该设定为本领域常规手段。
在本实施例中，激光直写***的激光光源为780nm波长的光源；刻写样品参数为脉冲宽度140fs，重复频率为80MHz，刻写速度200um/s；样品承载基底为玻璃基底；光刻胶为液态光刻胶。
在本实施例中，将未处理的待刻写文件导入基于振镜的超分辨激光直写***，使用振镜带动光栅扫描步进式刻写模式，选定刻写参数，开始刻写，得到刻写样品a；再将通过本方法处理后的刻写数据导入双通道激光直写***，使用振镜带动光栅扫描步进式刻写模式，选定刻写参数，开始刻写，得到样品b；图8中的（a）图为刻写样品a的示意图，图8中的（b）图为刻写样品b的示意图，图中的方框区域均为刻写的拼接处，由图8可见，本方法可以解决振镜扫描方向与全局坐标系的角度偏差、方向颠倒以及帧与帧之间拼接等因素带来的扫描方向和步进方向的刻写效果的差异，从而提高激光直写***振镜扫描步进式大面积刻写的整体均匀性。通过本发明，有效提高样品大面积拼接刻写的刻写质量和刻写成功率。
与前述的基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法的实施例相对应，本申请还提供了基于振镜的超分辨激光直写***的刻写装置的实施例。
图9是根据一示例性实施例示出的一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写装置框图。参照图9，该装置可以包括：
第一获取模块21，用于获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
分割模块22，用于根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
旋转模块23，用于根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
第二获取模块24，用于获取振镜的X极性和Y极性；
翻转模块25，用于根据所述X极性和Y极性，对所述转换数据进行翻转，得到翻转数据；
拟合模块26，用于对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
刻写模块27，用于根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法。如图10所示，为本发明实施例提供的一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法所在任意具备数据处理能力的设备的一种硬件结构图，除了图10所示的处理器、内存、以及网络接口之外，实施例中装置所在的任意具备数据处理能力的设备通常根据该任意具备数据处理能力的设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如上述的基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法。所述计算机可读存储介质可以是前述任一实施例所述的任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元，例如硬盘或内存。所述计算机可读存储介质也可以是风力发电机的外部存储设备，例如所述设备上配备的插接式硬盘、智能存储卡（Smart Media Card，SMC）、SD卡、闪存卡（Flash Card）等。进一步的，所述计算机可读存储介还可以既包括任意具备数据处理能力的设备的内部存储单元也包括外部存储设备。所述计算机可读存储介质用于存储所述计算机程序以及所述任意具备数据处理能力的设备所需的其他程序和数据，还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写方法，其特征在于，包括：
获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
获取振镜的X极性和Y极性；
根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写；
其中，振镜的X极性表示振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向是否相反，若相反，则X极性为1，否则X极性为0；振镜的Y极性表示振镜扫描的Y方向与全局坐标系的Y方向是否相反，若相反，则Y极性为1，否则Y极性为0。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述子数据的大小均小于所述单次扫描范围。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据，包括：
计算振镜的扫描方向与所述全局坐标系的夹角；
根据所述夹角，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述夹角的绝对值小于90°。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，包括：
若所述X极性为1，则将所述旋转数据进行左右翻转；
若所述Y极性为1，则将所述旋转数据进行上下翻转。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据，包括：
计算任意两个相邻的翻转数据之间重合区域的位置信息，得到重合区域的所有坐标信息；
根据全局坐标系，对所述坐标信息进行坐标转换，得到刻写数据。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写时的刻写顺序包括X双向、Y双向、X蛇形、Y蛇形、X圆周或Y圆周。
8.一种基于振镜的超分辨激光直写***的刻写装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取待刻写数据和基于振镜的超分辨激光直写***的单次扫描范围；
分割模块，用于根据所述单次扫描范围，将所述待刻写数据分割为若干个子数据；
旋转模块，用于根据全局坐标系，对所述子数据进行旋转，得到旋转数据；
第二获取模块，用于获取振镜的X极性和Y极性；
翻转模块，用于根据所述X极性和Y极性，对所述旋转数据进行翻转，得到翻转数据；
拟合模块，用于对所述翻转数据之间的拼接重合区域进行拟合，得到刻写数据；
刻写模块，用于根据所述刻写数据，利用基于振镜的超分辨激光直写***进行刻写；
其中，振镜的X极性表示振镜扫描的X方向与全局坐标系的X方向是否相反，若相反，则X极性为1，否则X极性为0；振镜的Y极性表示振镜扫描的Y方向与全局坐标系的Y方向是否相反，若相反，则Y极性为1，否则Y极性为0。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述方法的步骤。
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