光刻.pps

兰州交通大学数理与软件工程学院毕业论文答辩v答辩学生：靳奋安指导老师：赵文杰班级：应用物理学061班论文题目：基于点矩阵全息光刻原理的激光防伪标识编码技术及应用点矩阵全息原理激光光刻系统激光防伪标识编码及解码点矩阵全息技术是近来国际流行的一种新型全息图制作技术。其原理是用计算机控制光学系统的各项参数，使激光束在置于精密二维自动平台的光刻胶版上以象素点为单位曝光，形成点矩阵全息图。本实验是基于第五代计算机全息制版系统，他用过图像控制信号来驱动整个系统的制图动作，因此实现制作复杂图形的功能。本技术在高端的激光防伪产品中已得到广泛应用，它是传统全息制版向数字化飞跃的杰出产物点矩阵全息的光刻原理（1）全息术原理概述全息术是一个记录和重建光波波前的技术，设从一个三维物体辐射的复杂的光波（简称“物光”）在它通过某一平面上的复振幅分布为其振幅和相位分别和，亦即当我们在该平面上放置一个平方记录材料，例如照相干版，它记录了物光的光强分布，即：(,)(,)exp(,)OuvOuviuv(,)Ouvuv(,)Ouv(,)uv显然在记录过程中丢失了相位信息，而且被丢失的相位信息永远无法恢复。当干版冲洗出来后，它记录的是，当我们观察这个记录时，我们显然看不到原来的三维物体，只能看到它在平面上的光强分布，这就是普通照相的效果。如果在记录过程中添加一个参考光，参考光与物光发生干涉，因而干版上记录的是干涉图样，这一记录就是全息图，它记录的光强分布为：2(,)(,)exp(,)(,)exp(,)OuvOuviuvOuviuv2(,)OuvuvR经冲洗后的全息图的透过率正比于记录的光强。当用原来记录全息图的参考光单独照射全息图时，透过全息图的光波复振幅为如果是一个均匀的光场，则上式中的第三项正比于物光的复振幅，正是原来的物光，当观察全息图时，我们重新看到了原来的三维物体，它是立体的、大景深的、逼真的、生动的，完全是真实物体的精确复制品，这就是全息图的记录和光波波前的重建过程。222(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)OuvRuvOuvRuvOuvRuvOuvRuv222(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)OuvRuvRuvOuvRuvRuvRuv2(,)(,)(,)(,)(,)OuvRuvOuvRuvRuv(,)Ruv(,)Ouv激光光刻实际系统光栅旋转头二维平移台对用显微物镜的导光系统狭缝式旋转快门激光光刻系统软件在激光光刻过程中控制着二维平移台，光栅旋转头以及狭缝式旋转快门。二维平移台有方向控制界面，移动速度和加速度减速度，以及起始速度，和步长放大倍数等控制参数，光栅旋转头有视角调整，转动速度和加速度减速度，以及转动的精度，光栅旋转头控制着光栅的方向以及光栅方向变化的速度和变化的幅度，狭缝式旋转快门控制着曝光时间和曝光时间的长短，还控制着旋转快门的旋转地初始速度，以及转动过程中的加速度和减速度。点矩阵全息光刻控制界面激光光刻系统软件经过初始化后，退出初始化界面，再系统选项中选择“浏览”在系统界面上出现提示“请选择Bmp格式图形文件”单击“确定”再在图库中选择要光刻的激光防伪标识的电子图像，双击该图像文件名，当系统界面的空白处出现图像的文件名时，单击“确定”再双击人形图标，就进入了设计光刻单元界面载入防伪标识电子图像界面设计光刻单元界面是设计光刻的方式和步骤以及光刻时的光刻单元，光刻单元的设计是使光刻程序更有序地进行。设计光刻单元界面有复制参数设置，以及正常设置和非正常设置，实际位置和设置位置的设置，当一切都设置好之后，单击“光刻”按钮，就开始光刻。设计光刻单元界面防伪标识编码原理点矩阵全息图是用光刻机来制作的，通常的做法是利用通用作图软件Photoshop按一定的制图原则制作一幅电子图形，并将其按8位灰度或索引色方式生成以BMP为后后缀的电子文档，即电子图像，其中每一个象素与点矩阵全息图的象素一一对应。每一个像素具有一定的灰阶（0-255级之间），本系统把0到255灰阶分成80级。在系统软件的控制下，光刻机通过步进电机驱动二维平移台进行扫描，在每一个指定的象素点上，根据电子图像对应的灰阶对主截面的方位角进行编码，即0～180度对应于0～79级，角分辨率大约为2.25度/级，改变就改变了光栅的去向，也就是说，记录点矩阵全息图的过程，就是根据电子图像的信息逐点（像素）对光刻胶板上的微元光栅的方位角进行编码的过程，灰阶对应于光栅的方位角。空间频率则是另一个可供编码的参数，但本系统不对其进行编码。若以一定的规律对形成全息图的微元光栅的取向进行编码，就能得到具有动感的点矩阵全息图。防伪标识的编码激光防伪标识的编码是根据像素灰阶进行编码，要求激光防伪标示的原图必须是电子图像，如下图孔雀和梅花，都是按8位灰度图像以BMP为后缀的电子文档保存的图像，我们在孔雀的底部和梅花的边缘进行编码，孔雀的底部（在135-155像素之间）我们在设计成深粉红色，深粉红的RGB是#FF1493，对应于色谱表中的第七级，所对应的光栅方向角是7×2.25°/级=15.75°所以光刻系统在光刻这部分时，光栅旋转头的转动角度是15.75°，其余部分的编码原理与该部分的编码原理是相同的，至此，我们就完成了激光防伪标识的编码。激光防伪标识的编码过程是由激光防伪标识的电子图像的像素灰阶也就是256灰阶进行编码，在设计激光防伪标识的过程中，防伪标识在个部分的像素灰阶是决定着衍射光栅的方位角，这一过程是由激光光刻系统自动识别的，我们只在激光防伪标识的电子图像按照像素灰阶进行编码，光刻系统会完成激光防伪标识的光刻编码后的激光防伪标识的电子图像的不同部位有不同的像素灰阶，像素灰阶不同，进行激光光刻时光栅旋转头的旋转角度不同，经过编码的激光防伪标识的电子图像孔雀梅花激光防伪标识的白光衍射效果图白光衍射效果图示为了检验光刻的效果是否达到了激光防伪标识的防伪要求，白光衍射效果越好，经过编码的激光防伪标识的防伪性能越好，孔雀梅花激光防伪标识的解码原理如果用光线照射点矩阵全息图，并从反射方向读出，则仅当入射光波长、入射角满足条件：时，衍射光才符合相干条件，此时入射光和衍射光的夹角为，恰恰是记录时光束交角的两倍，当入射光波波长偏离原记录波长时，衍射角也将偏离记录过程光束的夹角。即使用宽带的白光照射，符合布拉格条件的入射和衍射光仅分布在很小的角度范围内，如观察全息图上同一点（像素），略微变换角度（无论光束入射角或观察角），从全息图上衍射的光束的颜色也会变化，给人以变幻无穷的感觉。sind点矩阵全息图像的读出是为了验证激光防伪标识的真伪，在激光防伪标识的编码过程中，光栅的衍射方向是由激光防伪标识的电子图像的像素灰阶所决定，256级的像素灰阶都对应着一定的方向角，由于像素灰阶在电子图像中能够得出，这样也就得出了激光光刻系统在光刻防伪标识该部分时的光栅旋转的角度，如果我们用细光束衍射该部分，衍射时光点拉伸的方向与电子图像的像素灰阶对应的光栅方向一致的话，就可以断定激光防伪标识是真的，反之，则激光防伪标识是伪造的。点矩阵全息图的读出激光防伪标识的验证激光防伪标识的验证也就是为了验证激光防伪标识的防伪性能以及如何识别激光防伪的真伪，利用激光防伪标识电子图像的像素灰阶进行编码的激光防伪标识在验证时只用一束激光照射激光防伪标识，观察激光防伪标识的衍射结果，然后根据激光防伪标识的电子图像的像素灰阶进行验证，防伪标识的衍射结果是否与电子图像的像素灰阶对应的光栅方位角一致，这样就验证了激光防伪标识的真伪。激光防伪标识的母版上图是激光防伪标识的母版的白光衍射图，我们在验证时，用一束绿激光照射我们编码过的孔雀的底部(135-155像素之间），这样我们得到了激光防伪标识的衍射效果图，与衍射方向垂直的方向就是光栅的方向，在设计激光防伪标识是，孔雀的底部光栅方位角是15.75度，图中红线所示方向与电子图像的像素灰阶对应的方向一致，这样我们就验证了激光防伪标识的真伪。第二幅图像是梅花的边缘经过单束激光衍射后的图像，梅花的边缘所对应的光栅的方向是100度，而图中红线所示方向正好是光栅的方向。至此我们就验证了激光防伪标识的真伪。我们用激光束照射孔雀的尾部，这样我们就观察到激光防伪标识在各个方向上都有衍射，因为我们在设计激光防伪标识时电子图像具有不同的像素灰阶，所以各个方向上都有激光衍射。激光防伪标识编码的读出是设计激光防伪标识的一个重要环节，激光防伪标识的读出就是怎样辨别激光防伪标识的真伪。用激光防伪标识的电子图像的像素灰阶编码的激光防伪标识的验证方法很简单，用单光束照射激光防伪标识，观察激光防伪标识的衍射情况本方法的创新点本设计基于点矩阵全息原理，以第五代计算机为基础，综合使用光机电算一体化的激光光刻闭环控制系统，用数字式激光扫描法成功蚀刻出激光防伪标识全息图。本课题的创新点有以下四点：1.基于点矩阵全息光刻原理的激光防伪标识的编码方法是利用Potoshop软件处理电子图像以及依据电子图像的像素灰阶进行激光防伪标识的编码，激光防伪标识的电子图像的像素灰阶与激光光刻系统中光栅方位角是相对应的，这种对应关系就是激光防伪标识编码的根本，由于该编码方法是在设计激光防伪标识的电子图像时进行的，在设计的过程中，编码过程更加的保密，防伪性能会更加突出。2.该实验的核心是光机电算一体化的闭环控制系统，操作者可以通过计算机软件实现人机信息交换，设置软件参数控制微型步进光刻。步进扫描投影光刻机是IC制造业中重要的加工设备之一，由于它要求在高速高精多轴大行程运动过程中保证各个分系统同步精度,特别是硅片台和掩模台的同步运动,所以综合了一系列技术,包括现场总线技术(实现同步主系统和同步从系统之间快速便捷的通信)、光纤通信技术(实现同步从系统与远程数据采集板卡之间的实种基于等参数线的参数提取方法。3.微型步进光刻系统中的电机快门也是微细机械加工的又一重大进步，配以软件操作，可以设置最佳曝光时间，体现最佳蚀刻效果，以及完全数字化的界面操作更容易刻画出激光防伪标识的细节，也更容易展现激光防伪标识的编码效果。4.实验原理虽然是点矩阵全息技术，但有别与普通的全息照相。普通全息图在一张干版上一次性以并行方式记录整幅全息图，该过程类似于照相，全息记录系统又称全息照相机。全息记录的关键在于添加了参考光，与物光共同照射全息图，因而记录的是物光和参考光的干涉图。如果物光和参考光都聚焦成较小的点，形成画笔式）“光刻刀”，在光致抗蚀剂（又称光刻胶板）表面刻划出图形（即形成干涉条纹）的过程称为光刻。在实验中，我们作了进一步改进，即将光栅（改为单束光更有助于聚焦成激光点，好像针式打印机一样对激光防伪标识的电子图像光刻的像素点逐点扫描，能够让激光防伪标识的电子图像的像素点与全息图的像素点一一对应。以上的创新是由于计算机技术、自动控制技术、数字图像处理技术、光学元件制造技术的不断发展与改进，激光防伪标识才得以实现，又因为激光防伪标识的一次次失败，使得激光防伪标识的设计更加的完善，编码技术更加的成熟。结论本文在点矩阵全息光刻原理的基础上，以光机电算一体化的激光光刻系统为实验设备，设计并完成了激光防伪标识的光刻底板。在设计激光防伪标识的过程中，提出了一种新的激光防伪标识的编码方法。该方法依据激光防伪标识的电子图像的像素灰阶进行编码，编码的方法比较新颖，实现也很方便，这种编码方法设计的激光防伪标识更具有防伪性能，也更容易实现主要是在激光防伪标识生产以后，造假者也很难破解编码程序，消费者也很容易辨别出商品的真假。