本發明屬于無掩膜光刻技術領域，更為具體地講，涉及一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法。

背景技術：

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

由于DMD單場曝光的圖形大小有限，一般DMD光刻都需要進行拼接，而環境干擾、工作臺精確定位缺陷等因素對圖像的逐場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位、包裹、交疊等現象。特別是刻蝕大面積圖形，要獲得高精度的曝光質量存在很大的技術問題。掃描式光刻采用工件臺運動與DMD圖像滾動同步的方式進行曝光，可以有效地減小拼接帶來的影響，除此之外，由于每個曝光位置是由多個DMD像素的重疊曝光，因此，能夠有效地降低DMD整個幅面的照明不均勻性對曝光質量的影響。

現有的多數DMD光刻曝光控制系統中，通常由上位機控制軟件完成對曝光圖像的處理，然后通過通信接口傳輸到DMD進行曝光。但在掃描式曝光工藝中，對于每一個掃描步長而言，DMD都需要滾動刷新一幅曝光圖像，使得DMD曝光圖像的數據量非常大，完全通過通信接口來傳輸所有DMD實時曝光圖像會嚴重限制光刻機的工作效率。因此，有必要改善現有處理流程和方法以提升DMD光刻系統中相關數據的處理效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法，使用DMD控制器能夠代替上位機軟件完成對原始待加工圖像的分割和拼接，從而高速生成DMD實時曝光圖像，這樣上位機就只需要傳輸一次原始的待加工圖像，既減少圖像傳輸的數據量，克服由于通信接口傳輸速率的限制對光刻效率產生的影響，又能大大提高DMD對曝光圖像的顯示速度，進而提高DMD無掩膜光刻機的工作效率。

為實現上述發明目的，本發明一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、設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；掃描帶圖像預處理模塊對原始待曝光圖像進行分割,其中，m、n分別表示待曝光圖像的行數和列數，r、c分別DMD中微鏡陣列的行數和列數；

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

(1.2)、再將擴展后的圖像分割為個(m+2r)×c大小的掃描帶圖像，若n不是c的整數倍，則需要對最后一個掃描帶補列0，其中，表示n/c向上取整；

(1.3)、將分割后的個掃描帶圖像的數據按照光刻掃描方向依次通過通信接口發送到掃描帶圖像存儲模塊；

(2)、掃描帶圖像存儲模塊在存儲器中從基地址D₀開始，向高字節地址開辟字節的內存空間，再從基地址D₀開始，將接收到的個掃描帶圖像的數據按照掃描方向逐行依次存儲在所開辟的內存空間中；

(3)、可變步長高速實時曝光圖像處理模塊從存儲設備中獲取掃描帶圖像數據，根據可設置的掃描步長d和掃描曝光信號，按照以下步驟進行高速實時曝光圖像處理；

(3.1)、掃描觸發子模塊接收工件臺同步掃描曝光信號，使高速實時曝光圖像拼接動作同時觸發；

(3.2)、曝光圖像拼接子模塊根據可設置的掃描步長d和DMD掃描曝光圖像計數器N的值確定實時掃描曝光圖像每次拼接的內存地址位置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個掃描帶圖像在存儲器內存中的基地址，t為掃描帶圖像編號，D₁表示一行DMD掃描曝光圖像數據所占用內存空間的地址數；

(3.3)、曝光圖像刷新子模塊從存儲器中高速讀取掃描帶圖像數據，從步驟(3.2)中所得的起始位置開始，每次連續讀取c比特的數據，組成DMD曝光圖像的一行，再依次將r行圖像數據拼接成一幀新的DMD曝光圖像，并實時發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，從而生成連續的DMD高速實時曝光圖像序列；

(4)、基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊實時接收步驟(3)中生成的DMD高速實時曝光圖像數據，并將圖像數據逐行加載到DMD微結構的CMOS存儲器中，等待加載完r行數據后，基于曝光圖像信息自動控制DMD微鏡陣列快速翻轉到正確的位置，使曝光圖像正確顯示在DMD上，從而完成對DMD實時曝光圖像序列的顯示和控制。

本發明的發明目的是這樣實現的：

本發明一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法，優化DMD光刻曝光控制流程，避免了直接由上位機軟件發送實時曝光圖像到DMD進行曝光，而是利用存儲設備對待加工圖像進行緩存，通過DMD控制板代替上位機軟件完成高速實時曝光圖像處理，無需對每一幀DMD實時曝光圖像都進行一次通信接口傳輸，減少傳輸數據量，有效地減小通信接口的傳輸速率對光刻效率的限制，在實際曝光階段，只是從外部存儲設備中直接獲取曝光圖像信息，并基于曝光圖像信息自動控制DMD微鏡陣列完成快速翻轉，充分發揮硬件控制板的高速數據傳輸和強大的時序控制能力的優勢，大大縮短了數據傳輸時間，提高DMD圖像曝光速度，提升了DMD無掩膜光刻機的工作效率。

附圖說明

圖1是一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法的系統模塊圖；

圖2是一種掃描曝光方式示意圖；

圖3是可變步長高速實時曝光圖像處理模塊流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的具體實施方式進行描述，以便本領域的技術人員更好地理解本發明。需要特別提醒注意的是，在以下的描述中，當已知功能和設計的詳細描述也許會淡化本發明的主要內容時，這些描述在這里將被忽略。

實施例

為了方便描述，先對具體實施方式中出現的相關專業術語進行說明：

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

圖1是一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法的系統模塊圖。

在本實施例中，DMD的控制板的核心控制器以Xilinx Virtex-5型FPGA為例，存儲設備以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型號為例進行說明，其分辨率為768×1024?？梢岳斫獾氖牵渌吞柕目刂破鳌⒋鎯υO備、DMD的應用自然也包含在本發明的保護范圍之內。

下面結合如圖1所示，對本發明一種用于DMD無掩膜光刻機的高速圖像曝光方法進行詳細說明，具體包括以下步驟：

S1、掃描帶圖像預處理模塊根據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單場曝光的圖形大小有限，對硅片進行加工時按照“幾”字形掃描方式對圖像進行逐步掃描曝光，本發明中通過PC端上位機軟件掃描帶圖像預處理模塊按照以下步驟對一幅10000×10000的一位位圖原始待加工圖像進行分割處理；

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

S1.2、由于DMD單場曝光的圖形大小有限，所以再將擴展后的圖像分割為即10個11536×1024大小的掃描帶圖像，由于10000不是1024的整數倍，分割得到的最后一個掃描帶圖像只有784列，不足1024列，所以需要對最后一個掃描帶補充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個掃描帶圖像的數據按照圖2中所示的光刻掃描方向和順序依次通過USB接口發送到掃描帶圖像存儲模塊；

S2、掃描帶圖像存儲模塊在DDR2存儲器中從基地址D₀開始，向高字節地址開辟11536×1024×10/8即14766080字節(14420KB)的內存空間，再從基地址D₀開始，將接收到的掃描帶圖像的數據按照圖2中所示的掃描方向逐行依次存儲在所開辟的內存空間中，由于后續曝光圖像拼接操作也是按行進行，這里按行存儲的方式可以有效提高掃描拼接處理的速度；

本實施例中，D₀的值為0x0000；

S3、可變步長高速實時曝光圖像處理模塊從DDR2存儲器中獲取掃描帶圖像數據，根據可設置的掃描步長d和掃描曝光信號，按照以下步驟進行高速實時曝光圖像處理；

如圖3可變步長高速實時曝光圖像處理模塊流程圖所示，其具體步驟為：

S3.1、在掃描帶圖像存儲模塊將掃描帶圖像數據全部存儲到DDR2中之后，若掃描觸發模塊接收到來自工作臺的掃描曝光信號，則執行下一步，否則就等待接收掃描曝光信號；

S3.2、根據可設置的掃描步長d、掃描帶圖像編號t和DMD掃描曝光圖像計數器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個掃描帶圖像在存儲器內存中的基地址，t為掃描帶圖像編號，D₁表示一行DMD掃描曝光圖像數據所占用內存空間的地址數；本實施例中，D₁的值為16，d取1；

S3.3、地址遞增，按照突發讀寫模式循環向DDR2控制器發送連續幾次讀命令,獲取一行新的圖像數據，并實時發送到基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊，行計數器遞增1，然后執行下一步；

S3.4、判斷行計數器的值是否到768，如果是，則執行下一步，否則，執行S3.3，繼續更新圖像數據；

S3.5、此時DMD已經更新完一副完整的曝光圖像數據，將行計數器的值設為0，并且圖像計數器遞增1，執行下一步；

S3.6、判斷圖像計數器N的值是否為10768，如果是，則執行下一步，如果是，則執行下一步，否則，繼續執行S3.1；

S3.7、此時當前的掃描帶已經曝光結束，將圖像計數器N的值設為0，掃描帶編號t遞增1，等待工件臺調整位置后，循環按照上述步驟開始進行下一個掃描帶的掃描曝光，直到所有的掃描帶曝光結束。

S4、由基于曝光圖像信息的微鏡陣列控制模塊完成對DMD高速實時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時接收步驟S3中生成的DMD高速實時曝光圖像數據，并控制將接收到的圖像數據逐行加載到DMD微結構的CMOS存儲器中，等待加載完768行圖像數據后，基于曝光圖像信息自動控制DMD微鏡陣列快速翻轉到正確的位置，圖像信息為1的像素點對應的微鏡翻轉到+12^o，圖像信息為0的像素點對應的微鏡翻轉到-12^o，使曝光圖像正確顯示在DMD上，從而完成對DMD實時曝光圖像序列的顯示和控制。

盡管上面對本發明說明性的具體實施方式進行了描述，以便于本技術領域的技術人員理解本發明，但應該清楚，本發明不限于具體實施方式的范圍，對本技術領域的普通技術人員來講，只要各種變化在所附的權利要求限定和確定的本發明的精神和范圍內，這些變化是顯而易見的，一切利用本發明構思的發明創造均在保護之列。