[發(fā)明專利]一種聚焦離子束加工曲面結(jié)構(gòu)灰度圖計(jì)算方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110015320.4
• 申請(qǐng)日: 2021-01-06
• 公開（公告）號(hào): CN112784372A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 幸研;韓添
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/17
• 分類號(hào): G06F30/17;G06F30/27;G06N3/12
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 郝雅潔

本發(fā)明涉及一種聚焦離子束加工曲面結(jié)構(gòu)灰度圖計(jì)算方法及系統(tǒng)，首先建立利用傳統(tǒng)灰度圖加工曲面結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的誤差通式，然后建立了基于連續(xù)元胞自動(dòng)機(jī)的聚焦離子束灰度工藝濺射刻蝕模擬優(yōu)化系統(tǒng)，誤差通式作為初始離子劑量輪廓的補(bǔ)償量得到優(yōu)化后的離子劑量輪廓，輸入到模擬優(yōu)化系統(tǒng)中。通過仿真輪廓與設(shè)計(jì)輪廓的對(duì)比，得到輪廓誤差，利用遺傳算法對(duì)誤差通式中的自適應(yīng)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)篩選，最后系統(tǒng)輸出的最佳的離子劑量輪廓，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的灰度圖。本發(fā)明提出的加工誤差通式，能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的輪廓誤差進(jìn)行普遍意義上的補(bǔ)償，具有成本低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及MEMS微機(jī)電系統(tǒng)聚焦離子束濺射刻蝕工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚焦離子束加工曲面結(jié)構(gòu)灰度圖計(jì)算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

聚焦離子束濺射刻蝕工藝是一種高效的微加工方法，該技術(shù)利用高能的離子束轟擊材料表面使材料濺射出來從而完成材料的去除，具有簡(jiǎn)單、高效的優(yōu)勢(shì)。通過精確控制離子束的加工參數(shù)如離子束流、駐留時(shí)間、像素重疊率等，設(shè)置合理的掃描策略，可以加工出所需的微結(jié)構(gòu)?；叶裙に嚦３１挥脕砑庸ぞ哂袕?fù)雜曲面的三維微結(jié)構(gòu)，這種工藝將離子束的位置和時(shí)間信息集成在一張灰度圖(bitmap file)中，通過灰度圖文件定義離子束的掃描區(qū)域、掃描策略、像素重疊率及各像素點(diǎn)的駐留時(shí)間來實(shí)現(xiàn)聚焦離子束的銑削加工。

灰度圖輸入系統(tǒng)中后，系統(tǒng)將對(duì)灰度圖的像素逐個(gè)進(jìn)行掃描，每一輪次加工對(duì)灰度圖中所有的像素掃描一遍，通常會(huì)對(duì)灰度圖進(jìn)行多輪次加工以得到預(yù)期的結(jié)構(gòu)?；叶葓D中的每個(gè)像素具有0-255之間的灰度值，RGB編碼中，每個(gè)像素點(diǎn)包含紅、綠、藍(lán)三個(gè)顏色通道。灰度圖的綠色決定了該像素點(diǎn)處束流是否為空，任何一個(gè)非零的像素值可以激活束流。藍(lán)色通道決定該像素點(diǎn)的駐留時(shí)間，藍(lán)色通道的值決定了駐留時(shí)間的長(zhǎng)短，藍(lán)色通道值為0時(shí)，表示該點(diǎn)的駐留時(shí)間是100ns，若設(shè)置為255，則此像素點(diǎn)處駐留時(shí)間為用戶界面設(shè)置的駐留時(shí)間，藍(lán)色值為0～255之間的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的駐留時(shí)間是駐留時(shí)間為最小值到最大值間的線性插值。對(duì)各像素點(diǎn)的灰度值進(jìn)行調(diào)控進(jìn)而可以控制整個(gè)加工區(qū)域上的離子劑量輪廓。

傳統(tǒng)灰度圖的制作往往按照灰度值與該像素點(diǎn)的加工深度的比例關(guān)系，即將微結(jié)構(gòu)各點(diǎn)的深度值線性轉(zhuǎn)化為0-255之間的灰度值。然而，由于濺射產(chǎn)額隨著入射角度的變化、再沉積效應(yīng)以及束流的重疊效應(yīng)等因素，利用傳統(tǒng)的灰度圖加工出的微結(jié)構(gòu)與理想結(jié)構(gòu)相比存在著一定的誤差，加工區(qū)域中每個(gè)像素點(diǎn)的實(shí)際加工深度往往與該點(diǎn)的灰度值并不成比例關(guān)系，此外，對(duì)于不同形狀的曲面微結(jié)構(gòu)，加工誤差的形狀也各不相同，這給灰度值的確定帶來了相應(yīng)的困難。

現(xiàn)有技術(shù)中，尚沒有發(fā)展出一種能夠生成加工曲面結(jié)構(gòu)其對(duì)應(yīng)灰度圖的一般性方法，考慮到利用傳統(tǒng)灰度圖的加工誤差和預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)的形狀有著嚴(yán)密的相關(guān)性，很難發(fā)展一種普遍意義的方法對(duì)加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并將誤差的補(bǔ)償考慮到灰度值的計(jì)算中。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種聚焦離子束加工曲面結(jié)構(gòu)灰度圖計(jì)算方法及系統(tǒng)，能夠精確確定灰度圖中各像素點(diǎn)的灰度值，并對(duì)加工誤差進(jìn)行有針對(duì)的修正。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種聚焦離子束加工曲面結(jié)構(gòu)灰度圖計(jì)算方法，包括以下步驟：

S1：根據(jù)預(yù)設(shè)曲面結(jié)構(gòu)的輪廓形式建立相應(yīng)的誤差通式；

S2：利用基于連續(xù)元胞自動(dòng)機(jī)的聚焦離子束灰度工藝濺射刻蝕模擬優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)灰度工藝不同輪次的輪廓仿真以及工藝參數(shù)的優(yōu)化；

S3：將所述系統(tǒng)輸出的最佳離子劑量輪廓轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的灰度圖；