论文总字数：27298字

摘 要

随着微光学器件的不断发展，微光学逐渐成为练剑光学与电子学的桥梁形成了以硅为载体的硅微电子器件，微光学与传统的微机电系统结合形成了应用更为广泛的微光机电系统。而随着微纳加工技术的不断发展，为了得到衍射效率更高的DOE器件，表面微纳机构从二台阶变为多台阶甚至近似连续分布。目前主要用于制备多台阶DOE器件主要技术有：激光或电子束直写技术、灰度掩模技术以及二元套刻技术。目前国内有关图像版图数据转换的研究更多地是针对集成电路中掩模行业,版图设计出的图形大多是规则的多边形。然而，在各种复杂的图形布局转换的研究还是比较少见的。因此，本文主要介绍掩模制版处理格式的转化，提出一种灰度掩模图形分层提取的方法，对此我的实现方法从bmp彩图转换成灰度图，再将灰度图转换成GDSII格式布局文件，最后在掩模版事物呈现。

关键字：BMP格式文件;gds格式文件;灰度掩模图形;掩模

A Method for Hierarchical Extraction of Grayscale Mask Images

Abstract

With the continuous development of micro-optic devices, micro-optic devices gradually become the bridge between optics and electronics, forming silicon micro-electronic devices with silicon as the carrier, and combining micro-optic devices with traditional micro-electromechanical systems to form a more widely used micro-optic electromechanical system. With the continuous development of micro-nano machining technology, in order to obtain DOE devices with higher diffraction efficiency, the surface micro-nano mechanism changes from two steps to multiple steps or even approximately continuous distribution. At present, the main technologies used to prepare multi-step DOE devices include laser or electron beam direct writing technology, grayscale mask technology and binary nesting technology. At present, the research on image layout data conversion in China is mostly focused on the mask industry of integrated circuits, and the graphics designed for layout are mostly regular polygons. However, in a variety of complex graphics layout transformation or research is relatively rare. Therefore, this paper mainly introduces the transformation of mask processing format, and proposes a method for hierarchical extraction of grayscale mask graphics. My implementation method converts BMP color images to grayscale images, and then converts grayscale images to GDSII format layout files, and finally presents in the mask.

Keywords: BMP File, GDS File, Grayscale Mask Graphics, Mask

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1半导体科学与技术 1

1.2集成电路版图与图形数据系统 1

1.2.1集成电路版图 1

1.2.2图形数据系统 2

1.3 掩模 2

1.4 灰度掩模 3

1.4.1直写灰度掩模 3

1.4.2 模拟灰度掩模 3

1.4.3 其他灰度掩模 3

第二章 BMP图形及其数据格式的介绍 4

2.1 BMP图形的简介 4

2.2 BMP格式结构 4

2.3 BMP文件头与信息头 4

2.4 BMP调色板 7

2.5图像数据区 7

第三章 掩模数据常用的应用格式：GDSII 9

第四章 二值图像与灰度图像与掩模图像 11

4.1二值图 11

4.2灰度图 11

4.2二值图像与掩模图像 12

4.3灰度图像与掩模图像 12

第五章 将图片转换为GDSII格式文件 14

5.1将BMP图像转灰度图 14

5.2将灰度图转GDSII格式 17

5.3 GDSII格式数据处理 19

4.4实验结果 22

5.4实验总结 22

第六章 结束语 24

致 谢 25

参考文献（References） 26

附 录 27

第一章 引 言

在现代光学乃至现代物理学和科学技术中，光的衍射得到了越来越广泛的应用。如菲涅尔透镜、二元光学器件等，而菲涅尔透镜更是运用在大到航空航海，小到我们日常生活中的智能家居等。工艺制造上机械加工是的传统工艺制造的主要制造方式，但机械加工在精度上已无法满足轻量化，低成本等各方方面要求，而半导体工艺恰恰能满足机械制造的不足，所以半导体工艺必然是日后制造工艺发展的重点。但是半导体工艺的第一步就是需要将原始材料不同的格式转变成工艺制造机器所需格式，本课题研究的便是如何通过对BMP格式图像的处理，使之转换成掩模行业内所需的gds格式文件，最后能够通过二元光学器件在掩模板上曝光形成清晰可辨的灰度掩模图形。

1.1半导体科学与技术

半导体科学与技术是一门综合性科学,它是20世纪最伟大的和最重要的科学成就之一。它集成了半导体器件，半导体物理，半导体材料，微电子半导体集成电路的设计和制造工艺技术和工业化的技术。其相关的热点研究领域有如下几个方面：(1)半导体硅材料(Semiconductor Silicon)；(2) 宽带高半导体光电器件(Optoelectronic Device of Wide Bandgao Semiconductor)；(3)宽禁带半导体电子器件(Electronic Device of Wide Bandgap Semiconductor)；(4)红外半导体材料和器件(Infrared Semiconductor Material and Device)；(5)低维半导体材料和器件(Low Dimensional Semiconductor Material and Device)；（6）RF系统和RF IC的设计；（7）的功率半导体器件和电源IC;(8)太阳能电池(Solar Cell)；（9）微光微光刻和微纳制造技术;(10)微电子光电子集成(Integration of Microelectronics and Optoelectronics)；(11)半导体检测与分析(Inspection and Analysis of Semiconductor)；(12)高速光电子器件测试与封装(Measurement and Package of High-speed Optoelectronic Device)；(13)新型硅基半导体器件(Novel Device of Semiconductor Silicon)；(14)簿膜电子学(Thin Film Electronics)；(15)有机电子学(Organic Electronics);(16)纳电子学(Nano Electronics)；(17)量子相干和调控(Quantum Coherent and Control)；(18)半导体自旋电子学(Semiconductor Spintronics)；(19)微纳传感与光机电器件与系统(Micro amp;amp;纳米传感与MEMS系统）；（20）高功率半导体激光器。

1.2集成电路版图与图形数据系统

1.2.1集成电路版图

集成电路版图指的是用真实物理的平面几何来描述。集成电路版图设计是集成电路行业中中最底层步骤的成果，物理设计通过技术将各种图形转换成物理版图文件，这个文件包含了各个硬件于芯片的单元形状、面积和位置信息。版图设计的结果遵守于制造工艺、时序、面积、功耗等问题的约束。前端设计工程师设计是借助各种工具来完成的。当设计完成后，整个电路设计流程也基本结束。随后，半导体加工厂会接收版图文件特殊格式，利用不同的半导体器件制造技术，来制造实际的电路。

如果用工业流程的规范来进行集成电路制造，那么，如化学、热学等一些和光刻相关的变量便可以得到精确控制，最终制造出的集成电路的行为在很大程度上取决于不同图形之间的几何相互连接以及位置决定。集成电路布局工程师的工作便是将组成集成电路芯片上的各个组件能够合适的安置和连接起来，并符合技术要求的标准。这些技术要求包括：性能、尺寸和制造可行性。在版图图形中，不同颜色图形形状分别代表或组成集成电路组件的不同层次。同时，版图可以提供导体、隔离层、接触、通孔、掺杂注入层等方面的信息。

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