本發(fā)明屬于無掩膜光刻技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地講，涉及一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的投影式光刻中，曝光工藝所使用的光掩模的制作加工是一道比較繁瑣復(fù)雜的工序，對(duì)掩模和光刻工藝也有較高的要求，加工成本相對(duì)昂貴。為解決這一問題，一種基于數(shù)字微鏡器件(DMD)的數(shù)字無掩膜光刻技術(shù)逐漸得到了應(yīng)用?；贒MD的無掩模光刻技術(shù)可采用紫外光、深紫外光、甚至更短波長的極紫外光作為光源，具有很強(qiáng)的技術(shù)延伸性和工藝兼容性，滿足靈活、高效、低成本的要求，更易在光刻實(shí)踐中得到應(yīng)用，具有廣泛的應(yīng)用前景。

由于DMD單場(chǎng)曝光的圖形大小有限，一般DMD光刻都需要進(jìn)行拼接，而環(huán)境干擾、工作臺(tái)精確定位缺陷等因素對(duì)圖像的逐場(chǎng)曝光的精確位置造成巨大的影響，從而促成單幀圖形拼接線條的錯(cuò)位、包裹、交疊等現(xiàn)象。特別是刻蝕大面積圖形，要獲得高精度的曝光質(zhì)量存在很大的技術(shù)問題。掃描式光刻采用工件臺(tái)運(yùn)動(dòng)與DMD圖像滾動(dòng)同步的方式進(jìn)行曝光，可以有效地減小拼接帶來的影響，除此之外，由于每個(gè)曝光位置是由多個(gè)DMD像素的重疊曝光，因此，能夠有效地降低DMD整個(gè)幅面的照明不均勻性對(duì)曝光質(zhì)量的影響。

現(xiàn)有的多數(shù)DMD光刻曝光控制系統(tǒng)中，通常由上位機(jī)控制軟件完成對(duì)曝光圖像的處理，然后通過通信接口傳輸?shù)紻MD進(jìn)行曝光。但在掃描式曝光工藝中，對(duì)于每一個(gè)掃描步長而言，DMD都需要滾動(dòng)刷新一幅曝光圖像，使得DMD曝光圖像的數(shù)據(jù)量非常大，完全通過通信接口來傳輸所有DMD實(shí)時(shí)曝光圖像會(huì)嚴(yán)重限制光刻機(jī)的工作效率。因此，有必要改善現(xiàn)有處理流程和方法以提升DMD光刻系統(tǒng)中相關(guān)數(shù)據(jù)的處理效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法，使用DMD控制器能夠代替上位機(jī)軟件完成對(duì)原始待加工圖像的分割和拼接，從而高速生成DMD實(shí)時(shí)曝光圖像，這樣上位機(jī)就只需要傳輸一次原始的待加工圖像，既減少圖像傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，克服由于通信接口傳輸速率的限制對(duì)光刻效率產(chǎn)生的影響，又能大大提高DMD對(duì)曝光圖像的顯示速度，進(jìn)而提高DMD無掩膜光刻機(jī)的工作效率。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、設(shè)原始待曝光圖像是一幅分辨率為m×n的一位位圖圖像，DMD的分辨率為r×c；掃描帶圖像預(yù)處理模塊對(duì)原始待曝光圖像進(jìn)行分割,其中，m、n分別表示待曝光圖像的行數(shù)和列數(shù)，r、c分別DMD中微鏡陣列的行數(shù)和列數(shù)；

(1.1)、為處理掃描式曝光工藝中在待刻蝕的基片未完全進(jìn)入和未完全離開DMD視場(chǎng)時(shí)，對(duì)于未進(jìn)入和已離開的部分，DMD需要顯示全黑的情況，將原始m×n的圖像兩側(cè)分別添加r行0，擴(kuò)展為一幅(m+2r)×n的圖像；

(1.2)、再將擴(kuò)展后的圖像分割為個(gè)(m+2r)×c大小的掃描帶圖像，若n不是c的整數(shù)倍，則需要對(duì)最后一個(gè)掃描帶補(bǔ)列0，其中，表示n/c向上取整；

(1.3)、將分割后的個(gè)掃描帶圖像的數(shù)據(jù)按照光刻掃描方向依次通過通信接口發(fā)送到掃描帶圖像存儲(chǔ)模塊；

(2)、掃描帶圖像存儲(chǔ)模塊在存儲(chǔ)器中從基地址D₀開始，向高字節(jié)地址開辟字節(jié)的內(nèi)存空間，再從基地址D₀開始，將接收到的個(gè)掃描帶圖像的數(shù)據(jù)按照掃描方向逐行依次存儲(chǔ)在所開辟的內(nèi)存空間中；

(3)、可變步長高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理模塊從存儲(chǔ)設(shè)備中獲取掃描帶圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)可設(shè)置的掃描步長d和掃描曝光信號(hào)，按照以下步驟進(jìn)行高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理；

(3.1)、掃描觸發(fā)子模塊接收工件臺(tái)同步掃描曝光信號(hào)，使高速實(shí)時(shí)曝光圖像拼接動(dòng)作同時(shí)觸發(fā)；

(3.2)、曝光圖像拼接子模塊根據(jù)可設(shè)置的掃描步長d和DMD掃描曝光圖像計(jì)數(shù)器N的值確定實(shí)時(shí)掃描曝光圖像每次拼接的內(nèi)存地址位置D_t+ND₁d，并將該位置作為圖像刷新子模塊每次拼接操作的起始地址，其中，D_t＝D₀+(t-1)(m+2r)D₁表示第t個(gè)掃描帶圖像在存儲(chǔ)器內(nèi)存中的基地址，t為掃描帶圖像編號(hào)，D₁表示一行DMD掃描曝光圖像數(shù)據(jù)所占用內(nèi)存空間的地址數(shù)；

(3.3)、曝光圖像刷新子模塊從存儲(chǔ)器中高速讀取掃描帶圖像數(shù)據(jù)，從步驟(3.2)中所得的起始位置開始，每次連續(xù)讀取c比特的數(shù)據(jù)，組成DMD曝光圖像的一行，再依次將r行圖像數(shù)據(jù)拼接成一幀新的DMD曝光圖像，并實(shí)時(shí)發(fā)送到基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊，用于替換DMD的前一幀曝光圖像，從而生成連續(xù)的DMD高速實(shí)時(shí)曝光圖像序列；

(4)、基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊實(shí)時(shí)接收步驟(3)中生成的DMD高速實(shí)時(shí)曝光圖像數(shù)據(jù)，并將圖像數(shù)據(jù)逐行加載到DMD微結(jié)構(gòu)的CMOS存儲(chǔ)器中，等待加載完r行數(shù)據(jù)后，基于曝光圖像信息自動(dòng)控制DMD微鏡陣列快速翻轉(zhuǎn)到正確的位置，使曝光圖像正確顯示在DMD上，從而完成對(duì)DMD實(shí)時(shí)曝光圖像序列的顯示和控制。

本發(fā)明的發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法，優(yōu)化DMD光刻曝光控制流程，避免了直接由上位機(jī)軟件發(fā)送實(shí)時(shí)曝光圖像到DMD進(jìn)行曝光，而是利用存儲(chǔ)設(shè)備對(duì)待加工圖像進(jìn)行緩存，通過DMD控制板代替上位機(jī)軟件完成高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理，無需對(duì)每一幀DMD實(shí)時(shí)曝光圖像都進(jìn)行一次通信接口傳輸，減少傳輸數(shù)據(jù)量，有效地減小通信接口的傳輸速率對(duì)光刻效率的限制，在實(shí)際曝光階段，只是從外部存儲(chǔ)設(shè)備中直接獲取曝光圖像信息，并基于曝光圖像信息自動(dòng)控制DMD微鏡陣列完成快速翻轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮硬件控制板的高速數(shù)據(jù)傳輸和強(qiáng)大的時(shí)序控制能力的優(yōu)勢(shì)，大大縮短了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提高DMD圖像曝光速度，提升了DMD無掩膜光刻機(jī)的工作效率。

附圖說明

圖1是一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法的系統(tǒng)模塊圖；

圖2是一種掃描曝光方式示意圖；

圖3是可變步長高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理模塊流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行描述，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當(dāng)已知功能和設(shè)計(jì)的詳細(xì)描述也許會(huì)淡化本發(fā)明的主要內(nèi)容時(shí)，這些描述在這里將被忽略。

實(shí)施例

為了方便描述，先對(duì)具體實(shí)施方式中出現(xiàn)的相關(guān)專業(yè)術(shù)語進(jìn)行說明：

DMD(Digital Micromirror Device)：數(shù)字微鏡器件；

圖1是一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法的系統(tǒng)模塊圖。

在本實(shí)施例中，DMD的控制板的核心控制器以Xilinx Virtex-5型FPGA為例，存儲(chǔ)設(shè)備以DDR2為例，原始待曝光圖像以一幅分辨率為10000×10000的一位位圖圖像為例，DMD以0.7XGA型號(hào)為例進(jìn)行說明，其分辨率為768×1024?？梢岳斫獾氖牵渌吞?hào)的控制器、存儲(chǔ)設(shè)備、DMD的應(yīng)用自然也包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

下面結(jié)合如圖1所示，對(duì)本發(fā)明一種用于DMD無掩膜光刻機(jī)的高速圖像曝光方法進(jìn)行詳細(xì)說明，具體包括以下步驟：

S1、掃描帶圖像預(yù)處理模塊根據(jù)掃描式曝光加工方式要求，將待加工的原始圖像分割成與DMD像素等寬度的一系列掃描帶圖像；

如圖2所示，由于DMD單場(chǎng)曝光的圖形大小有限，對(duì)硅片進(jìn)行加工時(shí)按照“幾”字形掃描方式對(duì)圖像進(jìn)行逐步掃描曝光，本發(fā)明中通過PC端上位機(jī)軟件掃描帶圖像預(yù)處理模塊按照以下步驟對(duì)一幅10000×10000的一位位圖原始待加工圖像進(jìn)行分割處理；

S1.1、為處理掃描式曝光工藝中在待刻蝕的基片未完全進(jìn)入和未完全離開DMD視場(chǎng)時(shí)，對(duì)于未進(jìn)入和已離開的部分，DMD需要顯示全黑的情況，將原始10000×10000的圖像兩側(cè)分別添加768行0，擴(kuò)展為一幅11536×10000的圖像；

S1.2、由于DMD單場(chǎng)曝光的圖形大小有限，所以再將擴(kuò)展后的圖像分割為即10個(gè)11536×1024大小的掃描帶圖像，由于10000不是1024的整數(shù)倍，分割得到的最后一個(gè)掃描帶圖像只有784列，不足1024列，所以需要對(duì)最后一個(gè)掃描帶補(bǔ)充10×1024-10000即240列0，其中，表示10000/1024向上取整；

S1.3、將分割后的10個(gè)掃描帶圖像的數(shù)據(jù)按照?qǐng)D2中所示的光刻掃描方向和順序依次通過USB接口發(fā)送到掃描帶圖像存儲(chǔ)模塊；

S2、掃描帶圖像存儲(chǔ)模塊在DDR2存儲(chǔ)器中從基地址D₀開始，向高字節(jié)地址開辟11536×1024×10/8即14766080字節(jié)(14420KB)的內(nèi)存空間，再從基地址D₀開始，將接收到的掃描帶圖像的數(shù)據(jù)按照?qǐng)D2中所示的掃描方向逐行依次存儲(chǔ)在所開辟的內(nèi)存空間中，由于后續(xù)曝光圖像拼接操作也是按行進(jìn)行，這里按行存儲(chǔ)的方式可以有效提高掃描拼接處理的速度；

本實(shí)施例中，D₀的值為0x0000；

S3、可變步長高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理模塊從DDR2存儲(chǔ)器中獲取掃描帶圖像數(shù)據(jù)，根據(jù)可設(shè)置的掃描步長d和掃描曝光信號(hào)，按照以下步驟進(jìn)行高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理；

如圖3可變步長高速實(shí)時(shí)曝光圖像處理模塊流程圖所示，其具體步驟為：

S3.1、在掃描帶圖像存儲(chǔ)模塊將掃描帶圖像數(shù)據(jù)全部存儲(chǔ)到DDR2中之后，若掃描觸發(fā)模塊接收到來自工作臺(tái)的掃描曝光信號(hào)，則執(zhí)行下一步，否則就等待接收掃描曝光信號(hào)；

S3.2、根據(jù)可設(shè)置的掃描步長d、掃描帶圖像編號(hào)t和DMD掃描曝光圖像計(jì)數(shù)器N的值確定每次圖像拼接位置D_t+ND₁d；其中，D_t＝D₀+11536(t-1)D₁表示第t個(gè)掃描帶圖像在存儲(chǔ)器內(nèi)存中的基地址，t為掃描帶圖像編號(hào)，D₁表示一行DMD掃描曝光圖像數(shù)據(jù)所占用內(nèi)存空間的地址數(shù)；本實(shí)施例中，D₁的值為16，d取1；

S3.3、地址遞增，按照突發(fā)讀寫模式循環(huán)向DDR2控制器發(fā)送連續(xù)幾次讀命令,獲取一行新的圖像數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)發(fā)送到基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊，行計(jì)數(shù)器遞增1，然后執(zhí)行下一步；

S3.4、判斷行計(jì)數(shù)器的值是否到768，如果是，則執(zhí)行下一步，否則，執(zhí)行S3.3，繼續(xù)更新圖像數(shù)據(jù)；

S3.5、此時(shí)DMD已經(jīng)更新完一副完整的曝光圖像數(shù)據(jù)，將行計(jì)數(shù)器的值設(shè)為0，并且圖像計(jì)數(shù)器遞增1，執(zhí)行下一步；

S3.6、判斷圖像計(jì)數(shù)器N的值是否為10768，如果是，則執(zhí)行下一步，如果是，則執(zhí)行下一步，否則，繼續(xù)執(zhí)行S3.1；

S3.7、此時(shí)當(dāng)前的掃描帶已經(jīng)曝光結(jié)束，將圖像計(jì)數(shù)器N的值設(shè)為0，掃描帶編號(hào)t遞增1，等待工件臺(tái)調(diào)整位置后，循環(huán)按照上述步驟開始進(jìn)行下一個(gè)掃描帶的掃描曝光，直到所有的掃描帶曝光結(jié)束。

S4、由基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊完成對(duì)DMD高速實(shí)時(shí)曝光圖像的顯示和控制。

基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊實(shí)時(shí)接收步驟S3中生成的DMD高速實(shí)時(shí)曝光圖像數(shù)據(jù)，并控制將接收到的圖像數(shù)據(jù)逐行加載到DMD微結(jié)構(gòu)的CMOS存儲(chǔ)器中，等待加載完768行圖像數(shù)據(jù)后，基于曝光圖像信息自動(dòng)控制DMD微鏡陣列快速翻轉(zhuǎn)到正確的位置，圖像信息為1的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的微鏡翻轉(zhuǎn)到+12^o，圖像信息為0的像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的微鏡翻轉(zhuǎn)到-12^o，使曝光圖像正確顯示在DMD上，從而完成對(duì)DMD實(shí)時(shí)曝光圖像序列的顯示和控制。

盡管上面對(duì)本發(fā)明說明性的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于具體實(shí)施方式的范圍，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護(hù)之列。