[发明专利]一种基于DMD的扫描式光刻机灰度图像曝光方法

摘要

本发明公开了一种基于DMD的扫描式光刻机灰度图像曝光方法，通过DMD控制器完成灰度曝光图像的分割和拼接，从而高速生成DMD灰度调制实时曝光图像，并根据曝光图像对DMD进行基于二元脉冲宽度的灰度调制，尽量缩短调制基准时间，提高DMD灰度曝光帧频，进而提高DMD数字光刻机曝光的工作效率。

主权项

一种基于DMD的扫描式光刻机灰度图像曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、载入待加工灰度图像，由灰度扫描带图像预处理模块对载入的灰度图像进行分割处理；(1.1)、扩展待加工灰度图像设待加工灰度图像为一幅分辨率为m×n的N位灰度图像，灰度图像中坐标为(x,y)的像素点对应的像素灰度值为Gray0(x,y)；设DMD的分辨率为r×c，其中，r、c分别DMD中微镜阵列的行数和列数，且m＞r,n＞c；按照如下公式对待加工灰度图像进行扩展：Gray(x,y)=Gray0(x-r,y)x=r:m+r-1,y=0:n-10x=0:r-1,m+r:m+2r-1---(1)]]>其中，Gray(x,y)表示扩展后的灰度图像中坐标为(x,y)的像素点对应的像素灰度值；(1.2)、按公式(2)对扩展后的灰度图像进行分割，得到个大小为(m+2r)×c的灰度扫描带图像；Grayi(x,y)=Gray(x,(i-1)c+y);x=0:m+2r-1,y=0:c-1,i=1:[n/c]---(2)]]>其中，Grayi(x,y)代表第i个灰度扫描带图像，是n/c向上取整；(1.3)、判断最后一个灰度扫描带图像的大小是否为(m+2r)×c，如果大小是，则不处理；如果大小不是，则按照公式(3)进行扩展；Grayi(x,y)=Gray(x,(i-1)c+y);y=0:n-(i-1)c-10;y=n-c(i-1):c---(3)]]>(1.4)、将每个灰度扫描带图像拆分成N个位平面；第i个灰度扫描带图像拆分成第j个位平面的计算公式为：Gray(i,j)(x,y)＝Logical(Grayi(x,y),j)；j＝0:N‑1  (4)其中，Gray(i,j)(x,y)表示第i个灰度扫描带图像的第j个位平面的图像数据，Logical(Grayi(x,y),j)表示第i个灰度扫描带图像Grayi(x,y)在第j位的逻辑值；同理，按照公式(4)，拆分出第i个灰度扫描带图像的其余N‑1个位平面，以及其余灰度扫描带图像的N个位平面；(1.5)、将拆分后的每个灰度扫描带图像按照从位平面0到位平面N‑1的顺序依次将每个灰度扫描带图像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按照每个灰度扫描带图像对接收的位平面进行存储；设D0表示灰度图像数据在存储器中存储的基地址，D1表示连续存储c比特的图像数据所占用的内存地址数；则第i个灰度扫描带图像的第j个位平面在扫描带图像存储模块中的存储方法为：ADDR(i,j,x,y)＝D0+[8(m+2r)(i‑1)+j(m+2r)+x]D1  (5)其中，ADDR(i,j,x,y)表示第i个灰度扫描带图像的第j个位平面的像素点(x,y)所属行在内存中存储的起始地址,j＝0:N‑1,x＝0:m+2r‑1，每一行灰度扫描带图像数据从行起始地址开始连续存储；同理，按照公式(5)，存储第i个灰度扫描带图像的其余N‑1个位平面，以及其余灰度扫描带图像的N个位平面，完成所有灰度扫描带图像的位平面存储；(3)、灰度曝光图像处理模块读取存储的灰度扫描带图像，并进行DMD实时灰度曝光图像处理，获得灰度曝光图像的各个位平面子帧；(3.1)、灰度曝光图像处理模块接收到工作台同步触发信号后，读取存储的第i个灰度扫描带图像，并从位平面0开始，根据当前位平面计数器j的值确定工作台所处位置对应的灰度曝光图像各个位平面的拼接位置：其中，ADDR0(i,j)表示处理位平面j时的基地址，i的奇偶性代表扫描的方向，即按照扫描曝光的原理，工件台对相邻的两个扫描带区域曝光时方向是相反的，因此对灰度扫描带图像也要逆向处理；(3.2)、以t表示收到同步触发信号时当前扫描带区域已经曝光的DMD灰度图像数量，则对工件台当前位置进行曝光时，由图像拼接模块确定进行灰度曝光图像的每个位平面拼接的内存地址为：(3.3)、在确定当前灰度曝光图像拼接位置之后，开始进行每个位平面的图像刷新操作，并由公式(6)和(7)计算出灰度扫描带图像的像素点(x,y)处每个位平面对应数据的行起始地址为：(3.4)、在扫描带图像存储模块的突发工作模式下，根据像素点(x,y)所在位平面的行起始地址获取一行灰度扫描带图像数据，并经过c次读取操作后，将曝光图像数据实时加载到DMD，再刷新前一个灰度曝光图像进行曝光的位平面子帧的数据，如此循环处理N次，完成所有灰度扫描带图像的曝光处理；(4)、根据改进的二元脉冲宽度DMD灰度调制方式，利用DMD灰度调制控制模块控制DMD对灰度图像的各个位平面子帧进行曝光，完成灰度曝光；(4.1)、实时接收灰度曝光图像处理模块生成的位平面子帧的图像数据，并按行依次加载到对应的DMD微结构的CMOS存储器中；(4.2)、等待加载完r行数据之后，对DMD执行复位操作，再基于位平面曝光图像信息自动控制DMD微镜阵列快速翻转到与CMOS中存储的信息对应的状态，使位平面曝光图像正确显示在DMD上；(4.3)、根据当前位平面计数器j的值和可自由设定的参数τ，比较j与τ的大小，对小于τ的当前位平面j的曝光时间进行修正，并对不小于τ的当前位平面j的曝光时间进行控制，使得严格满足二元脉冲宽度调制的要求，从而完成灰度曝光；其中，根据可自由设定的参数τ，对当前位平面j的曝光时间进行修正或控制，使其满足二元脉冲宽度调制要求的方法为：对于位平面0，在位平面曝光时间达到DMD微镜最短稳定时间ts要求之后，采用块清零操作经过时间tc将整个DMD存储器的数据清除，再对DMD进行复位，控制位平面0的曝光时间为基准时间t0＝ts+tc，并等待再次满足微镜稳定条件之后按照步骤(4.1)所述方法进行下一个位平面的数据加载；对于位平面1到τ‑1，控制其曝光时间为2j‑1t0‑tc时，采用块清零操作经过时间tc将整个DMD存储器的数据清除，再对DMD进行复位，完成对曝光时间的修正，使得位平面的曝光时间满足二元脉冲宽度调制原理的要求，即t(j)＝2j‑1t0，再经过微镜稳定时间ts之后开始向DMD加载下一个位平面的数据；对于位平面τ到N‑1，在上一个位平面复位条件满足之后就开始加载图像数据，在复位操作之后直接控制其曝光时间为t(j)＝2j‑1t0，不需要使用块清零方式进行修正；对于位平面N，按照位平面τ到N‑1的方式进行数据加载，再使用块清零方式在其曝光时间满足要求之后将其清除。