CN104298080A - 一种无掩膜激光直写叠加曝光方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无掩膜激光直写叠加曝光方法，在精密运动平台X方向走位的同时，曝光图形在SLM空间光调制器高度方向上做等像素平移显示，当平台移动距离等于SLM空间光调制器件像素成像平移量时发出曝光信号实现图形与位置的同步曝光。一行曝光完毕后SLM空间光调制器件宽度方向上图像做设定像素的平移显示，同时精密运动平台Y向偏移对应设定像素成像距离，实现高度与宽度方向上两维叠加曝光。本发明叠加曝光方法手段灵活，要获得不同的曝光叠加次数只需更改X方向显示平移量与Y方向叠加次数即可；可方便的实现对曝光计量进行精确控制；图形数据量小，任意次搭接叠加曝光数据量相同。

Description

一种无掩膜激光直写叠加曝光方法

技术领域

本发明涉及光刻技术领域，特别是涉及一种无掩膜激光直写叠加曝光方法。

背景技术

无掩膜激光直写技术被广泛应用于精密掩膜制造、微机电系统器件制作、平板显示、细线宽PCB板制造等领域。

市面上的无掩膜激光直写系统为了达到较高的图像精度与较好的曝光均匀性以及对曝光计量的需求，一般在XY二维方向上都会采用搭接重复曝光的方法，但是对搭接次数的选择与曝光计量的控制都没有一个灵活的手段，不同的搭接次数与曝光计量的控制往往需要设计不同的数据格式与独特的平台位置走位方式，以达到重复多次叠加曝光的目的。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种无掩膜激光直写叠加曝光方法。

发明内容

有鉴于此，为了解决所述现有技术中的问题，本发明提供了一种无掩膜激光直写叠加曝光方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种无掩膜激光直写叠加曝光方法，所述方法包括：

S1、设定搭接步距像素数与搭接次数，将欲曝光图形沿版面宽度方向按搭接步距像素等像素分切成若干个高宽一致的二值位图数据形成曝光数据队列；

S2、按版面宽度方向设置的叠加曝光次数，在曝光数据队列中按序选择与搭接次数相同数量的二值位图在内存中沿宽度方向拼接合并，形成一完整的新二值位图；

S3、将新二值位图上载到SLM空间光调制器中，设置每次显示指令到来时上载的新二值位图在SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量；

S4、精密运动平台沿版面高度方向运动，每当平台移动距离等于显示成像偏移量时，曝光控制器给出显示信号给SLM空间光调制器显示图形，同时触发一次曝光光源出光，完成一次SLM显示图像的成像曝光；

S5、SLM空间光调制器显示一幅图像之后，根据高度方向的显示偏移量设置值偏移下次显示的图像位置；

S6、重复步骤S4和S5，完成高度方向上一行图形数据的写入；

S7、精密运动平台沿版面宽度方向偏移，偏移量等于宽度方向上设置的搭接步距像素数成像距离；

S8、去除最先写入的曝光数据队列，并加入下一行曝光数据队列，形成另一完整的新二值位图；

S9、重复步骤S3～S7，完成整个曝光图形的成像曝光。

作为本发明的进一步改进，所述曝光光源为脉冲光源或连续光源。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中SLM空间光调制器显示图形为全屏显示或窗口显示。

作为本发明的进一步改进，所述精密运动平台包括X方向和Y方向，SLM空间光调制器高度方向图形成像在基板上与曝光版面高度方向相同对应精密运动平台X方向，SLM空间光调制器宽度方向图形成像在基板上与曝光版面宽度方向相同对应精密运动平台Y方向。

作为本发明的进一步改进，所述曝光方法过程为：

欲曝光图形完成X方向一整行曝光之后，Y方向步进偏移进入下一行曝光。

作为本发明的进一步改进，所述曝光方法还包括：

设置不同SLM空间光调制器高度方向显示偏移量、版面宽度方向的搭接步距像素数与搭接次数，实现多种叠加曝光的效果。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3中“将新二值位图上载到SLM空间光调制器中”之前还包括：去除新二值位图的位图头信息。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1前还包括：

对欲曝光图形四周边缘添加一定空白区域，实现实际写入图形的完全搭接。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S4“触发一次曝光光源出光”中曝光光源为脉冲光源或连续光源，所述曝光光源为脉冲光源时，触发出光时长在100纳秒内，所述曝光光源为连续光源时，触发出光时长在500微秒内。

本发明具有以下有益效果：

叠加曝光方法手段灵活，要获得不同的曝光叠加次数只需更改X方向显示平移量与Y方向叠加次数即可；

通过本发明可方便的实现对曝光计量进行精确控制；

本发明图形数据量小，任意次搭接叠加曝光数据量相同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明无掩膜激光直写叠加曝光方法的原理图；

图2为本发明一具体实施例中光刻图形处理分切的原理图；

图3为本发明一具体实施例中宽度方向搭接次数为2时，分切数据的拼接合并与播放的时序示意图；

图4为本发明一具体实施例中宽度方向搭接次数为2时，分切数据的拼接合并与播放的另一时序示意图；

图5为本发明一具体实施例中SLM空间光调制器的播放窗口示意图，其中图形在白色区域播放，黑白部分不显示图像；

图6为本发明一具体实施例中叠加曝光次数为8时的叠加曝光示意图；

图7为本发明一具体实施例中叠加曝光次数为6时的叠加曝光示意图；

图8为本发明另一实施例中版面边缘扩边留白的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

本发明公开了一种无掩膜激光直写叠加曝光方法，包括有激光光源、SLM空间光调制器、光学成像系统、精密运动平台、曝光控制器、PC机。精密运动平台包括X方向和Y方向，SLM空间光调制器高度方向图形成像在基板上与曝光版面高度方向相同对应精密运动平台X方向，SLM空间光调制器宽度方向图形成像在基板上与曝光版面宽度方向相同对应精密运动平台Y方向。

参图1所示，本发明曝光方法为：欲曝光图形完成X方向一整行曝光之后，Y方向步进偏移进入下一行曝光。在精密运动平台X方向走位的同时，曝光图形在SLM空间光调制器高度方向上做等像素平移显示，当平台移动距离等于SLM空间光调制器件像素成像平移量时发出曝光信号实现图形与位置的同步曝光。一行曝光完毕后SLM空间光调制器件宽度方向上图像做设定像素的平移显示，同时精密运动平台Y向偏移对应设定像素成像距离，实现高度与宽度方向上两维叠加曝光。

本发明中的无掩膜激光直写叠加曝光方法具体包括以下步骤：

S1、设定搭接步距像素数与搭接次数，将欲曝光图形沿版面宽度方向按搭接步距像素等像素分切成若干个高宽一致的二值位图数据形成曝光数据队列。其中二值位图的高度方向像素大小对应版面大小，二值位图的宽度方向像素大小由宽度方向搭接步距像素数与搭接次数决定，满足搭接步距像素数与搭接次数的乘积小于等于SLM图像显示窗口宽度方向的大小；

S2、在PC机中按版面宽度方向设置的叠加曝光次数，在曝光数据队列中按序选择与搭接次数相同数量的二值位图在内存中沿宽度方向拼接合并，形成一完整的新二值位图，其中新二值位图的高度与原来曝光数据队列分切二值位图一致，宽度为原来曝光数据队列分切二值位图的搭接次数倍；

S3、将新二值位图去除位图头信息后，上载到SLM空间光调制器中，设置每次显示指令到来时上载的新二值位图在SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量(像素数)。其中，SLM空间光调制器显示图形为全屏显示或窗口显示；

S4、精密运动平台沿版面高度方向运动，每当平台移动距离等于显示成像偏移量时，曝光控制器给出显示信号给SLM空间光调制器显示图形，同时触发一次曝光光源出光，完成一次SLM显示图像的成像曝光。本发明中的曝光光源可以为脉冲光源或连续光源；

S5、SLM空间光调制器显示一幅图像之后，根据高度方向的显示偏移量设置值偏移下次显示的图像位置；

S6、重复步骤S4和S5，完成高度方向上一行图形数据的写入；

S7、精密运动平台沿版面宽度方向偏移，偏移量等于宽度方向上设置的搭接步距像素数成像距离；

S8、在PC机中去除最先写入的曝光数据队列，并加入下一行曝光数据队列，形成另一完整的新二值位图；

S9、重复步骤S3～S7，完成整个曝光图形的成像曝光。

进一步地，本发明中曝光方法还包括：

设置不同SLM空间光调制器高度方向显示偏移量、版面宽度方向的搭接步距像素数与搭接次数，实现多种叠加曝光的效果。

步骤S1前还包括：

对欲曝光图形四周边缘添加一定空白区域，实现实际写入图形的完全搭接。

以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。

在本发明一具体实施例中无掩膜激光直写叠加曝光方法具体包括以下步骤：

1)将欲曝光图形沿版面宽度方向等像素分切成若干个高宽一致的二值位图数据形成曝光数据队列，如图2所示。其中二值位图的宽度方向像素大小为128，高度方向像素大小由版面高度决定。

2)设置Y方向叠加曝光次数为2，将步骤1)中的曝光数据队列中第一条与第二条二值位图在内存中沿宽度方向搭接合并，形成一完整的宽度为256像素的新二值位图，如图3所示。

3)将SLM空间光调制器中开一显示窗口，窗口大小512×256像素，如图5所示。

4)将步骤2)中的数据去除位图头信息后上载到SLM空间光调制器中，设置每次显示指令到来时步骤2)中上载的数据在SLM空间光调制器高度方向的显示成像偏移量(像素数)为128像素，等待显示指令。

5)平台沿版面高度方向运动，每当平台移动距离等于步骤4)中设置的SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量128像素成像距离时，曝光控制器给出显示信号给SLM空间光调制器显示图形，同时触发一次曝光光源出光，完成一次SLM显示图像的成像曝光。其中，曝光光源可为脉冲光源或连续光源，曝光光源为脉冲光源时，触发出光时长在100纳秒内，曝光光源为连续光源时，触发出光时长在500微秒内。

6)完成步骤5)一幅图像成像曝光之后，整体图像沿高度方向移动128像素，宽度方向不做移动。

7)重复步骤5)与6)完成高度方向上一行图形数据的写入，如图6所示。

8)一行图形数据写入完毕之后，精密运动平台在宽度方向上做偏移，偏移量等于宽度方向上设置的叠加128像素的成像距离。

9)将步骤1)中的曝光数据队列中第二条与第三条二值位图在内存中沿宽度方向合并，形成一完整的宽度为256像素的新二值位图，如图4所示。

10)将步骤9)中的数据去除位图头信息后上载到SLM空间光调制器中，设置每次显示指令到来时步骤9)中上载的数据在SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量(像素数)为128像素，等待显示指令。

11)重复步骤5)至10)实现高度方向上512/128＝4次，宽度方向上256/128＝2次，共4×2＝8次叠加曝光

12)将上述步骤2)Y方向的叠加曝光次数设置3，将上述步骤3)SLM显示窗口设置成512×384像素，将上述步骤4)与步骤10)的SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量(像素数)设置为256像素，实现高度方向上512/256＝2次，宽度方向上384/128＝3次，共2×3＝6次叠加曝光，如图7所示。

上述实施例仅为本发明的一优选实施例，在其他实施例中，搭接步距像素数、搭接次数及叠加曝光次数可以根据需要进行不同设置。

本实施例中，首个写入图形10开始的这一长条曝光数据队列以及从每行开始长度等于SLM移动量像素的区块，并没有实现设定次数的叠加曝光次数。实际操作中这一区块是版面边缘添加的空白不曝光区域，目的是使版面边缘四周能有叠加数据，实现叠加逻辑运算，实际曝光版面开始于这一区域之后，具体如图8所示。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

叠加曝光方法手段灵活，要获得不同的曝光叠加次数只需更改X方向显示平移量与Y方向叠加次数即可；

通过本发明可方便的实现对曝光计量进行精确控制；

本发明图形数据量小，任意次搭接叠加曝光数据量相同。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种无掩膜激光直写叠加曝光方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、设定搭接步距像素数与搭接次数，将欲曝光图形沿版面宽度方向按搭接步距像素等像素分切成若干个高宽一致的二值位图数据形成曝光数据队列；

S2、按版面宽度方向设置的叠加曝光次数，在曝光数据队列中按序选择与搭接次数相同数量的二值位图在内存中沿宽度方向拼接合并，形成一完整的新二值位图；

S3、将新二值位图上载到SLM空间光调制器中，设置每次显示指令到来时上载的新二值位图在SLM空间光调制器高度方向的显示偏移量；

S4、精密运动平台沿版面高度方向运动，每当平台移动距离等于显示成像偏移量时，曝光控制器给出显示信号给SLM空间光调制器显示图形，同时触发一次曝光光源出光，完成一次SLM显示图像的成像曝光；

S5、SLM空间光调制器显示一幅图像之后，根据高度方向的显示偏移量设置值偏移下次显示的图像位置；

S6、重复步骤S4和S5，完成高度方向上一行图形数据的写入；

S7、精密运动平台沿版面宽度方向偏移，偏移量等于宽度方向上设置的搭接步距像素数成像距离；

S8、去除最先写入的曝光数据队列，并加入下一行曝光数据队列，形成另一完整的新二值位图；

S9、重复步骤S3～S7，完成整个曝光图形的成像曝光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光光源为脉冲光源或连续光源。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中SLM空间光调制器显示图形为全屏显示或窗口显示。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精密运动平台包括X方向和Y方向，SLM空间光调制器高度方向图形成像在基板上与曝光版面高度方向相同对应精密运动平台X方向，SLM空间光调制器宽度方向图形成像在基板上与曝光版面宽度方向相同对应精密运动平台Y方向。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述曝光方法过程为：

欲曝光图形完成X方向一整行曝光之后，Y方向步进偏移进入下一行曝光。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曝光方法还包括：

设置不同SLM空间光调制器高度方向显示偏移量、版面宽度方向的搭接步距像素数与搭接次数，实现多种叠加曝光的效果。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中“将新二值位图上载到SLM空间光调制器中”之前还包括：去除新二值位图的位图头信息。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1前还包括：

对欲曝光图形四周边缘添加一定空白区域，实现实际写入图形的完全搭接。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4“触发一次曝光光源出光”中曝光光源为脉冲光源或连续光源，所述曝光光源为脉冲光源时，触发出光时长在100纳秒以内，所述曝光光源为连续光源时，触发出光时长在500微秒以内。