CN106647181B - 一种用于dmd无掩膜光刻机的高速图像曝光方法 - Google Patents

一种用于dmd无掩膜光刻机的高速图像曝光方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，优化DMD光刻曝光控制流程，避免了直接由上位机软件发送实时曝光图像到DMD进行曝光，而是利用存储设备对待加工图像进行缓存，通过DMD控制板代替上位机软件完成高速实时曝光图像处理，无需对每一帧DMD实时曝光图像都进行一次通信接口传输，减少传输数据量，有效地减小通信接口的传输速率对光刻效率的限制，在实际曝光阶段，只是从外部存储设备中直接获取曝光图像信息，并基于曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列完成快速翻转，充分发挥硬件控制板的高速数据传输和强大的时序控制能力的优势，大大缩短了数据传输时间，提高DMD图像曝光速度，提升了DMD无掩膜光刻机的工作效率。

Description

一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法
技术领域
本发明属于无掩膜光刻技术领域，更为具体地讲，涉及一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法。
背景技术
传统的投影式光刻中，曝光工艺所使用的光掩模的制作加工是一道比较繁琐复杂的工序，对掩模和光刻工艺也有较高的要求，加工成本相对昂贵。为解决这一问题，一种基于数字微镜器件(DMD)的数字无掩膜光刻技术逐渐得到了应用。基于DMD的无掩模光刻技术可采用紫外光、深紫外光、甚至更短波长的极紫外光作为光源，具有很强的技术延伸性和工艺兼容性，满足灵活、高效、低成本的要求，更易在光刻实践中得到应用，具有广泛的应用前景。
由于DMD单场曝光的图形大小有限，一般DMD光刻都需要进行拼接，而环境干扰、工作台精确定位缺陷等因素对图像的逐场曝光的精确位置造成巨大的影响，从而促成单帧图形拼接线条的错位、包裹、交叠等现象。特别是刻蚀大面积图形，要获得高精度的曝光质量存在很大的技术问题。扫描式光刻采用工件台运动与DMD图像滚动同步的方式进行曝光，可以有效地减小拼接带来的影响，除此之外，由于每个曝光位置是由多个DMD像素的重叠曝光，因此，能够有效地降低DMD整个幅面的照明不均匀性对曝光质量的影响。
现有的多数DMD光刻曝光控制系统中，通常由上位机控制软件完成对曝光图像的处理，然后通过通信接口传输到DMD进行曝光。但在扫描式曝光工艺中，对于每一个扫描步长而言，DMD都需要滚动刷新一幅曝光图像，使得DMD曝光图像的数据量非常大，完全通过通信接口来传输所有DMD实时曝光图像会严重限制光刻机的工作效率。因此，有必要改善现有处理流程和方法以提升DMD光刻系统中相关数据的处理效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，使用DMD控制器能够代替上位机软件完成对原始待加工图像的分割和拼接，从而高速生成DMD实时曝光图像，这样上位机就只需要传输一次原始的待加工图像，既减少图像传输的数据量，克服由于通信接口传输速率的限制对光刻效率产生的影响，又能大大提高DMD对曝光图像的显示速度，进而提高DMD无掩膜光刻机的工作效率。
为实现上述发明目的，本发明一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、设原始待曝光图像是一幅分辨率为m×n的一位位图图像，DMD的分辨率为r×c；扫描带图像预处理模块对原始待曝光图像进行分割,其中，m、n分别表示待曝光图像的行数和列数，r、c分别DMD中微镜阵列的行数和列数；
(1.1)、为处理扫描式曝光工艺中在待刻蚀的基片未完全进入和未完全离开DMD视场时，对于未进入和已离开的部分，DMD需要显示全黑的情况，将原始m×n的图像两侧分别添加r行0，扩展为一幅(m+2r)×n的图像；
(1.2)、再将扩展后的图像分割为个(m+2r)×c大小的扫描带图像，若n不是c的整数倍，则需要对最后一个扫描带补列0，其中，表示n/c向上取整；
(1.3)、将分割后的个扫描带图像的数据按照光刻扫描方向依次通过通信接口发送到扫描带图像存储模块；
(2)、扫描带图像存储模块在存储器中从基地址D0开始，向高字节地址开辟字节的内存空间，再从基地址D0开始，将接收到的个扫描带图像的数据按照扫描方向逐行依次存储在所开辟的内存空间中；
(3)、可变步长高速实时曝光图像处理模块从存储设备中获取扫描带图像数据，根据可设置的扫描步长d和扫描曝光信号，按照以下步骤进行高速实时曝光图像处理；
(3.1)、扫描触发子模块接收工件台同步扫描曝光信号，使高速实时曝光图像拼接动作同时触发；
(3.2)、曝光图像拼接子模块根据可设置的扫描步长d和DMD扫描曝光图像计数器N的值确定实时扫描曝光图像每次拼接的内存地址位置Dt+ND1d，并将该位置作为图像刷新子模块每次拼接操作的起始地址，其中，Dt＝D0+(t-1)(m+2r)D1表示第t个扫描带图像在存储器内存中的基地址，t为扫描带图像编号，D1表示一行DMD扫描曝光图像数据所占用内存空间的地址数；
(3.3)、曝光图像刷新子模块从存储器中高速读取扫描带图像数据，从步骤(3.2)中所得的起始位置开始，每次连续读取c比特的数据，组成DMD曝光图像的一行，再依次将r行图像数据拼接成一帧新的DMD曝光图像，并实时发送到基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块，用于替换DMD的前一帧曝光图像，从而生成连续的DMD高速实时曝光图像序列；
(4)、基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块实时接收步骤(3)中生成的DMD高速实时曝光图像数据，并将图像数据逐行加载到DMD微结构的CMOS存储器中，等待加载完r行数据后，基于曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列快速翻转到正确的位置，使曝光图像正确显示在DMD上，从而完成对DMD实时曝光图像序列的显示和控制。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，优化DMD光刻曝光控制流程，避免了直接由上位机软件发送实时曝光图像到DMD进行曝光，而是利用存储设备对待加工图像进行缓存，通过DMD控制板代替上位机软件完成高速实时曝光图像处理，无需对每一帧DMD实时曝光图像都进行一次通信接口传输，减少传输数据量，有效地减小通信接口的传输速率对光刻效率的限制，在实际曝光阶段，只是从外部存储设备中直接获取曝光图像信息，并基于曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列完成快速翻转，充分发挥硬件控制板的高速数据传输和强大的时序控制能力的优势，大大缩短了数据传输时间，提高DMD图像曝光速度，提升了DMD无掩膜光刻机的工作效率。
附图说明
图1是一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法的系统模块图；
图2是一种扫描曝光方式示意图；
图3是可变步长高速实时曝光图像处理模块流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
为了方便描述，先对具体实施方式中出现的相关专业术语进行说明：
DMD(Digital Micromirror Device)：数字微镜器件；
图1是一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法的系统模块图。
在本实施例中，DMD的控制板的核心控制器以Xilinx Virtex-5型FPGA为例，存储设备以DDR2为例，原始待曝光图像以一幅分辨率为10000×10000的一位位图图像为例，DMD以0.7XGA型号为例进行说明，其分辨率为768×1024。可以理解的是，其它型号的控制器、存储设备、DMD的应用自然也包含在本发明的保护范围之内。
下面结合如图1所示，对本发明一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法进行详细说明，具体包括以下步骤：
S1、扫描带图像预处理模块根据扫描式曝光加工方式要求，将待加工的原始图像分割成与DMD像素等宽度的一系列扫描带图像；
如图2所示，由于DMD单场曝光的图形大小有限，对硅片进行加工时按照“几”字形扫描方式对图像进行逐步扫描曝光，本发明中通过PC端上位机软件扫描带图像预处理模块按照以下步骤对一幅10000×10000的一位位图原始待加工图像进行分割处理；
S1.1、为处理扫描式曝光工艺中在待刻蚀的基片未完全进入和未完全离开DMD视场时，对于未进入和已离开的部分，DMD需要显示全黑的情况，将原始10000×10000的图像两侧分别添加768行0，扩展为一幅11536×10000的图像；
S1.2、由于DMD单场曝光的图形大小有限，所以再将扩展后的图像分割为即10个11536×1024大小的扫描带图像，由于10000不是1024的整数倍，分割得到的最后一个扫描带图像只有784列，不足1024列，所以需要对最后一个扫描带补充10×1024-10000即240列0，其中，表示10000/1024向上取整；
S1.3、将分割后的10个扫描带图像的数据按照图2中所示的光刻扫描方向和顺序依次通过USB接口发送到扫描带图像存储模块；
S2、扫描带图像存储模块在DDR2存储器中从基地址D0开始，向高字节地址开辟11536×1024×10/8即14766080字节(14420KB)的内存空间，再从基地址D0开始，将接收到的扫描带图像的数据按照图2中所示的扫描方向逐行依次存储在所开辟的内存空间中，由于后续曝光图像拼接操作也是按行进行，这里按行存储的方式可以有效提高扫描拼接处理的速度；
本实施例中，D0的值为0x0000；
S3、可变步长高速实时曝光图像处理模块从DDR2存储器中获取扫描带图像数据，根据可设置的扫描步长d和扫描曝光信号，按照以下步骤进行高速实时曝光图像处理；
如图3可变步长高速实时曝光图像处理模块流程图所示，其具体步骤为：
S3.1、在扫描带图像存储模块将扫描带图像数据全部存储到DDR2中之后，若扫描触发模块接收到来自工作台的扫描曝光信号，则执行下一步，否则就等待接收扫描曝光信号；
S3.2、根据可设置的扫描步长d、扫描带图像编号t和DMD扫描曝光图像计数器N的值确定每次图像拼接位置Dt+ND1d；其中，Dt＝D0+11536(t-1)D1表示第t个扫描带图像在存储器内存中的基地址，t为扫描带图像编号，D1表示一行DMD扫描曝光图像数据所占用内存空间的地址数；本实施例中，D1的值为16，d取1；
S3.3、地址递增，按照突发读写模式循环向DDR2控制器发送连续几次读命令,获取一行新的图像数据，并实时发送到基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块，行计数器递增1，然后执行下一步；
S3.4、判断行计数器的值是否到768，如果是，则执行下一步，否则，执行S3.3，继续更新图像数据；
S3.5、此时DMD已经更新完一副完整的曝光图像数据，将行计数器的值设为0，并且图像计数器递增1，执行下一步；
S3.6、判断图像计数器N的值是否为10768，如果是，则执行下一步，如果是，则执行下一步，否则，继续执行S3.1；
S3.7、此时当前的扫描带已经曝光结束，将图像计数器N的值设为0，扫描带编号t递增1，等待工件台调整位置后，循环按照上述步骤开始进行下一个扫描带的扫描曝光，直到所有的扫描带曝光结束。
S4、由基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块完成对DMD高速实时曝光图像的显示和控制。
基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块实时接收步骤S3中生成的DMD高速实时曝光图像数据，并控制将接收到的图像数据逐行加载到DMD微结构的CMOS存储器中，等待加载完768行图像数据后，基于曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列快速翻转到正确的位置，图像信息为1的像素点对应的微镜翻转到+12o，图像信息为0的像素点对应的微镜翻转到-12o，使曝光图像正确显示在DMD上，从而完成对DMD实时曝光图像序列的显示和控制。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (2)

1.一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、设原始待曝光图像是一幅分辨率为m×n的一位位图图像，数字微镜器件DMD的分辨率为r×c；扫描带图像预处理模块对原始待曝光图像进行分割,其中，m、n分别表示待曝光图像的行数和列数，r、c分别DMD中微镜阵列的行数和列数；
(1.1)、为处理扫描式曝光工艺中在待刻蚀的基片未完全进入和未完全离开DMD视场时，对于未进入和已离开的部分，DMD需要显示全黑的情况，将原始m×n的图像两侧分别添加r行0，扩展为一幅(m+2r)×n的图像；
(1.2)、再将扩展后的图像分割为大小的扫描带图像，若n不是c的整数倍，则需要对最后一个扫描带补列0，其中，表示n/c向上取整；
(1.3)、将分割后的个扫描带图像的数据按照光刻扫描方向依次通过通信接口发送到扫描带图像存储模块；
(2)、扫描带图像存储模块在存储器中从基地址D0开始，向高字节地址开辟字节的内存空间，再从基地址D0开始，将接收到的个扫描带图像的数据按照扫描方向逐行依次存储在所开辟的内存空间中；
(3)、可变步长高速实时曝光图像处理模块从存储设备中获取扫描带图像数据，根据可设置的扫描步长d和扫描曝光信号，按照以下步骤进行高速实时曝光图像处理；
(3.1)、扫描触发子模块接收工件台同步扫描曝光信号，使高速实时曝光图像拼接动作同时触发；
(3.2)、曝光图像拼接子模块根据可设置的扫描步长d和DMD扫描曝光图像计数器N的值确定实时扫描曝光图像每次拼接的内存地址位置Dt+ND1d，并将该位置作为图像刷新子模块每次拼接操作的起始地址，其中，Dt＝D0+(t-1)(m+2r)D1表示第t个扫描带图像在存储器内存中的基地址，t为扫描带图像编号，D1表示一行DMD扫描曝光图像数据所占用内存空间的地址数；
(3.3)、曝光图像刷新子模块从存储器中高速读取扫描带图像数据，从步骤(3.2)中所得的起始位置开始，每次连续读取c比特的数据，组成DMD曝光图像的一行，再依次将r行图像数据拼接成一帧新的DMD曝光图像，并实时发送到基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块，用于替换DMD的前一帧曝光图像，从而生成连续的DMD高速实时曝光图像序列；
(4)、基于曝光图像信息的微镜阵列控制模块实时接收步骤(3)中生成的DMD高速实时曝光图像数据，并将图像数据逐行加载到DMD微结构的CMOS存储器中，等待加载完r行数据后，基于曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列快速翻转到正确的位置，使曝光图像正确显示在DMD上，从而完成对DMD实时曝光图像序列的显示和控制。
2.根据权利要求1所述的一种用于DMD无掩膜光刻机的高速图像曝光方法，其特征在于，所述的扫描步长d可设置为1到r，r表示DMD中微镜阵列的行数。
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