CN104298077B - 滚动灰度光刻的dmd动作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于滚动灰度光刻的DMD动作方法，使用DMD多个微镜对光刻胶的单个像素进行曝光，DMD相对于光刻胶相对运动和曝光动作同时进行。本发明公开了DMD的具体动作的时序，DMD动作的微镜状态编码方法，DMD状态寄存器的存储RAM的更新方法，数据获取方法和大小。本发明的滚动灰度光刻的DMD动作方法使得光刻机能够连续光刻，并且刻蚀的图案是8位灰度图案。

Description

滚动灰度光刻的DMD动作方法

技术领域

本发明涉及光刻领域和印刷领域，特别涉及一种用于驱动空间光调制器数字微镜阵列(DigitalMicro-MirrorDevice)的滚动灰度光刻的DMD动作方法。

背景技术

目前，公知的DMD的驱动算法中，较为常见的是利用位平面成灰度图像的驱动算法，例如基于DMD的投影仪。目前有滚动扫描光刻的报道，但是扫描后所成的图像是2值图案，而不是灰度图案。灰度图案能够提高光刻胶的曝光后图案的尺寸精度。

背景知识：

DMD的二值图案显示过程：DMD显示一幅二值图案的过程包括：将数据线Load进入DMD的微镜的寄存器中，每个微镜对应一个bit的数据，1024*768的微镜寄存器的数量为1024*768，使用2组16位数据宽度的总线采用400MHz的DDR方法将数据载入，载入一幅二值图案的时间为30.72μs。载入完成后，发送全局Reset命令，经过4μs的动作时间之后，DMD可以按照寄存器的数值显示一幅图案。

DMD灰度成像的时序方法：显示一幅8位灰度图像，采用的方法是分时显示8幅图案，这八幅图案是灰度图像的8个位平面图像，并且每一幅图案显示的时间是2ⁿ个单位时间t。

位平面图像：8位灰度图像的每个像素点的数值是一个8比特的数值，将每个像素的8比特数值的最高位取出来，组成一幅新的图案，就是一个最高位的位平面图案。同理，可以取出其他位中的2值数据，组成其他的7个位平面。8位灰度图像一共有8个位平面。

人眼看到的DMD显示的图像的灰度：在时间t中，t足够短，小于50ms时，在微镜在时间t里反射光源的光，灰度为100％，微镜在50％的时间里反射光源的光，人眼看到的灰度为50％。把时间等分成255份，就可以有256种反射光的时间的占空比，形成256个灰度等级。

目前可以检索到DMD显示灰度图案的微镜动作时序，但是对于滚动显示灰度图案的时序，如果采用非滚动图案的时序有两个缺点：

1、刻蚀的速度慢，不能连续曝光，需要曝光一次，光刻头相对于光刻胶移动一整幅DMD画面。例如，使用0.7XGA的DMD来进行光刻，DMD的像素为1024*768，曝光一次，图像需要移动768行，机械动作的时间太长；采用本发明的时序方法，可以移动的同时曝光，极大的提高工作效率。

2、采用整幅图案显示灰度图像的方法由于在刻蚀时，机械停止才能刻蚀，在两幅图案之间存在机械的定位精度影响拼接精度的问题，而本发明中，机械连续匀速运动，相邻两幅图案不存在图案拼接的问题。

发明内容

本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种可使得光刻机能够连续光刻，并且刻蚀的图案是8位灰度图案的，滚动灰度光刻的DMD动作方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种滚动灰度光刻的DMD动作方法，包括以下步骤：

在光刻过程中，DMD相对于光刻胶每移动一列，微镜状态存储RAM中只增加一行新的数据，并且其他的数据只做移动；

使用DMD的255个像素对光刻胶的一个像素进行255次曝光来实现256级灰度；每次曝光的时间长度相等。

在上述技术方案中，光刻胶上的每一个像素对应的255个DMD像素采用的编码方式是：将灰度值按照低位在前的方式写成8位二进制码，在将第i位的数值Q替换成2^i-1个Q，共255位二值数据。

在上述技术方案中，对于8位灰度使用8个RAM存储块来存储DMD的动态状态，最终使用每个块的部分内容来合成最终的DMD显示状态；

在上述技术方案中，每个块的更新方法为：按照先进先出的原则将最早的1列元素丢弃，加入新的1列元素到队尾。

在上述技术方案中，RAM块的数据来源为：新一列数据按照位的权重，按照位平面分别加入到对应的块中。

在上述技术方案中，使用1024x768的DMD实现n位灰度滚动光刻，该算法的RAM存储块的大小为

本发明具有以下的有益效果：

本发明的滚动灰度光刻的DMD动作方法公开了一种DMD光刻DMD动作的时序，使得光刻机能够连续光刻，并且刻蚀的图案是8位灰度图案。以0.7XGA型号的DMD为例，DMD显示一幅新的图案的过程包括：载入数据LOAD，经历30.72μs，数据复位Reset，经过4μs的翻转时间之后，DMD可以显示一幅新的图案，并且在下一次reset之前，微镜保持当前的状态；与传统的位平面显示灰度图案的方法不一样，位平面显示8位灰度图像采取的方法是依次显示每一个位平面，并且显示的时间按照位的权重高低，显示2ⁿ个单位的时间。这里的时间单位可以是30.72μs，可以是15.36μs。最高位显示的时间为2⁷个时间单位，最低位显示的时间为2⁰个时间单位。

本发明的方法是采用显示255次的方法来实现显示8位灰度；并且光刻胶上的一个像素点的曝光灰度由255个DMD的像素点分255次曝光产生；传统位平面的方法中，光刻胶上的每1个像素化的点采用DMD上的1个点来经过255份的时间来曝光，本发明的方法中，光刻胶上的每1个像素化的点采用DMD上的255个点来曝光，每个点的曝光时间为1个单位。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为光刻过程中第一次曝光时DMD像素与光刻胶像素的对应关系示意图；

图2为光刻过程中第二次曝光时DMD像素与光刻胶像素的对应关系示意图；

图3为光刻过程中第三次曝光时DMD像素与光刻胶像素的对应关系示意图；

图中，A是DMD的部分像素，B是光刻胶的部分像素。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做以详细说明。

本发明的滚动灰度光刻的DMD动作方法，在光刻过程中，DMD相对于光刻胶每移动一列，微镜状态存储RAM中只增加一行新的数据，并且其他的数据只做移动；使用DMD的255个像素对光刻胶的一个像素进行255次曝光来实现256级灰度；每次曝光的时间长度相等。

具体的说，利用DMD相对于光刻胶以30.72μs时间移动一个像素的速度运动。如图1-3所示，第一次曝光时，DMD的像素1对应光刻胶的像素1’，第二次曝光时，DMD相对于光刻胶移动1列，使得DMD的像素1对应光刻胶的像素2’，DMD的像素2对应光刻胶的像素1’；以此类推，对于光刻胶上的像素1’，DMD上的对应的像素1-768反射的光依次经过1’，并且停留的时间为30.72μs；这就是滚动光刻DMD与光刻胶两者之间的对应关系；

为了实现光刻胶上的像素曝光量分为256级，即8位灰度曝光，经历光刻胶上的每一个像素对应255个DMD像素，按照时间顺序，将这255个DMD微镜的状态进行编码，灰度值G写成255个无权重的1表示，采用如下编码方式：将灰度值按照低位在前的方式写成8位二进制码，在将第i位的数值G_i替换成2^i-1个G_i，共255位二值数据

G的8位2进制数值为：G₁G₂G₃G₄G₅G₆G₇G₈，低位在前，将G_i以2^i-1个G_i，例如灰度值213写成低位在前的二进制为10101011，编码过程如下：

结果255位编码如下：

DMD的微镜状态的存储采用8块RAM存储，RAM均采用动态先进先出的方式存储图像的灰度，具体方法如下：

第1块RAM的大小为1024*2⁰，第2块RAM的大小为1024*2¹，第3块RAM的大小为1024*2²，依次类推，第8块RAM的大小为1024*2⁷。每个RAM块内容的更新方法是：刻划时，DMD相对于光刻胶每次移动一个像素，将新1列像素的灰度按照位平面分解成8个列，第1列存入第1个RAM块，第2列存入第2个RAM块，依次类推，第8列存入第8个RAM块；

每个RAM存储内容的更新方法是：按照先进先出的原则将最早的1列元素丢弃，加入新的1列元素到队尾；

最终DMD显示的微镜的状态一共255列，采用的是第1块取第1列，第2块取第2⁰+1到2¹列，第3块取第2⁰+1到2³列，依次类推，第8块取2⁶+1到2⁷列；

所消耗的RAM的大小为n为灰度深度，8位灰度的存储空间为

$(\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{2}^i-1)\×1024=(\left(\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{2}^i\right)-8)\×1024=(2\×(2^8-1)-8)\×1024=514048\mathrm{bit},$

如果充分利用DMD，可以实现9位灰度，使用的DMD的行数为511行，存储需求为

$(\underset{i=1}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{2}^i-1)\×1024=(2\×(2^9-1)-9)\×1024=1037312\mathrm{bit}.$

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种滚动灰度光刻的DMD动作方法，其特征在于，包括以下步骤：

在光刻过程中，DMD相对于光刻胶每次移动一个像素，将新1列像素的灰度按照位平面分解成8个列，第1列存入第1个RAM块，第2列存入第2个RAM块，依次类推，第8列存入第8个RAM块；

DMD的微镜状态的存储采用8块RAM存储，RAM均采用动态先进先出的方式存储图像的灰度，具体方法如下：

第1块RAM的大小为1024*2⁰，第2块RAM的大小为1024*2¹，第3块RAM的大小为1024*2²，依次类推，第8块RAM的大小为1024*2⁷；每个RAM块内容的更新方法是：刻划时，DMD相对于光刻胶每次移动一个像素，将新1列像素的灰度按照位平面分解成8个列，第1列存入第1个RAM块，第2列存入第2个RAM块，依次类推，第8列存入第8个RAM块；

每个RAM存储内容的更新方法是：按照先进先出的原则将最早的1列元素丢弃，加入新的1列元素到队尾；最终DMD显示的微镜的状态一共255列，采用的是第1块取第1列，第2块取第2⁰+1到2¹列，第3块取第2⁰+1到2³列，依次类推，第8块取2⁶+1到2⁷列；

使用DMD的255个像素对光刻胶的一个像素进行255次曝光来实现256级灰度；每次曝光的时间长度相等。

2.根据权利要求1所述的滚动灰度光刻的DMD动作方法，其特征在于，

光刻胶上的每一个像素对应的255个DMD像素采用的编码方式是：将灰度值按照低位在前的方式写成8位二进制码，在将第i位的数值Q替换成2^i-1个Q，共255位二值数据。

3.根据权利要求1所述的滚动灰度光刻的DMD动作方法，其特征在于，

对于8位灰度使用8个RAM存储块来存储DMD的动态状态，最终使用每个块的部分内容来合成最终的DMD显示状态。

4.根据权利要求1所述的滚动灰度光刻的DMD动作方法，其特征在于，

RAM块的数据来源为：新一列数据按照位的权重，按照位平面分别加入到对应的块中。

5.根据权利要求1所述的滚动灰度光刻的DMD动作方法，其特征在于，

使用1024x768的DMD实现n位灰度滚动光刻，该方法的RAM存储块的大小为