[发明专利]一种聚焦离子束加工曲面结构灰度图计算方法及系统

说明书

本发明涉及一种聚焦离子束加工曲面结构灰度图计算方法及系统，首先建立利用传统灰度图加工曲面结构对应的误差通式，然后建立了基于连续元胞自动机的聚焦离子束灰度工艺溅射刻蚀模拟优化系统，误差通式作为初始离子剂量轮廓的补偿量得到优化后的离子剂量轮廓，输入到模拟优化系统中。通过仿真轮廓与设计轮廓的对比，得到轮廓误差，利用遗传算法对误差通式中的自适应参数进行反复筛选，最后系统输出的最佳的离子剂量轮廓，并将其转化为对应的灰度图。本发明提出的加工误差通式，能够对出现的轮廓误差进行普遍意义上的补偿，具有成本低、效率高的优点。

技术领域

本发明涉及MEMS微机电系统聚焦离子束溅射刻蚀工艺技术领域，尤其涉及一种聚焦离子束加工曲面结构灰度图计算方法及系统。

背景技术

聚焦离子束溅射刻蚀工艺是一种高效的微加工方法，该技术利用高能的离子束轰击材料表面使材料溅射出来从而完成材料的去除，具有简单、高效的优势。通过精确控制离子束的加工参数如离子束流、驻留时间、像素重叠率等，设置合理的扫描策略，可以加工出所需的微结构。灰度工艺常常被用来加工具有复杂曲面的三维微结构，这种工艺将离子束的位置和时间信息集成在一张灰度图(bitmap file)中，通过灰度图文件定义离子束的扫描区域、扫描策略、像素重叠率及各像素点的驻留时间来实现聚焦离子束的铣削加工。

灰度图输入系统中后，系统将对灰度图的像素逐个进行扫描，每一轮次加工对灰度图中所有的像素扫描一遍，通常会对灰度图进行多轮次加工以得到预期的结构。灰度图中的每个像素具有0-255之间的灰度值，RGB编码中，每个像素点包含红、绿、蓝三个颜色通道。灰度图的绿色决定了该像素点处束流是否为空，任何一个非零的像素值可以激活束流。蓝色通道决定该像素点的驻留时间，蓝色通道的值决定了驻留时间的长短，蓝色通道值为0时，表示该点的驻留时间是100ns，若设置为255，则此像素点处驻留时间为用户界面设置的驻留时间，蓝色值为0～255之间的像素点对应的驻留时间是驻留时间为最小值到最大值间的线性插值。对各像素点的灰度值进行调控进而可以控制整个加工区域上的离子剂量轮廓。

传统灰度图的制作往往按照灰度值与该像素点的加工深度的比例关系，即将微结构各点的深度值线性转化为0-255之间的灰度值。然而，由于溅射产额随着入射角度的变化、再沉积效应以及束流的重叠效应等因素，利用传统的灰度图加工出的微结构与理想结构相比存在着一定的误差，加工区域中每个像素点的实际加工深度往往与该点的灰度值并不成比例关系，此外，对于不同形状的曲面微结构，加工误差的形状也各不相同，这给灰度值的确定带来了相应的困难。

现有技术中，尚没有发展出一种能够生成加工曲面结构其对应灰度图的一般性方法，考虑到利用传统灰度图的加工误差和预设结构的形状有着严密的相关性，很难发展一种普遍意义的方法对加工误差进行补偿，并将误差的补偿考虑到灰度值的计算中。

发明内容

本发明提供了一种聚焦离子束加工曲面结构灰度图计算方法及系统，能够精确确定灰度图中各像素点的灰度值，并对加工误差进行有针对的修正。

本发明采用的技术方案如下：

一种聚焦离子束加工曲面结构灰度图计算方法，包括以下步骤：

S1：根据预设曲面结构的轮廓形式建立相应的误差通式；

S2：利用基于连续元胞自动机的聚焦离子束灰度工艺溅射刻蚀模拟优化系统，实现灰度工艺不同轮次的轮廓仿真以及工艺参数的优化；

S3：将所述系统输出的最佳离子剂量轮廓转化为对应的灰度图；