一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，通過DMD控制器完成灰度曝光圖像的分割和拼接，從而高速生成DMD灰度調(diào)制實(shí)時曝光圖像，并根據(jù)曝光圖像對DMD進(jìn)行基于二元脈沖寬度的灰度調(diào)制，盡量縮短調(diào)制基準(zhǔn)時間，提高DMD灰度曝光幀頻，進(jìn)而提高DMD數(shù)字光刻機(jī)曝光的工作效率。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法
本專利技術(shù)屬于無掩模光刻
，更為具體地講，涉及一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法。
技術(shù)介紹
3D光刻技術(shù)是近年來光刻領(lǐng)域研究的一個熱點(diǎn)，由于需要制作出具有連續(xù)表面微結(jié)構(gòu)的復(fù)雜器件，3D光刻一般以具有一定灰階的灰度掩模板為基礎(chǔ)，并且灰度等級越高，器件表面的微結(jié)構(gòu)就越平滑。具有灰度的掩模板制作非常復(fù)雜，成本也相當(dāng)昂貴，基于DMD的數(shù)字無掩模光刻技術(shù)具有以其低成本、高性能的特點(diǎn)也逐漸被應(yīng)用到3D光刻技術(shù)的研究。基于DMD的3D光刻技術(shù)的基礎(chǔ)是使用DMD進(jìn)行灰度圖像的曝光，實(shí)現(xiàn)用DMD來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的灰度掩模。掃描式DMD曝光采用工件臺的運(yùn)動與圖像的滾動顯示同步的方式實(shí)現(xiàn)大面積曝光，這與傳統(tǒng)的步進(jìn)投影曝光不同，其投影曝光與工件臺運(yùn)動是相結(jié)合的。除此之外，由于每個曝光位置是通過多個DMD像素微鏡的重疊曝光，因此，可以有效地減小DMD整個幅面的照明不均勻?qū)ζ毓赓|(zhì)量產(chǎn)生的影響，大大改善了曝光的均勻性。在掃描式曝光工藝中，對于每一個掃描步長而言，DMD都需要滾動刷新一幀灰度曝光圖像，這使得DMD曝光圖像的數(shù)據(jù)量非常大，現(xiàn)有的DMD數(shù)字光刻系統(tǒng)只能將每一幀灰度曝光圖像都要通過通信接口傳輸?shù)紻MD控制器，這種方式下DMD灰度幀頻較低，嚴(yán)重限制DMD數(shù)字光刻機(jī)掃描曝光的工作效率。因此，有必要改善現(xiàn)有處理流程和DMD灰度調(diào)制方法，以提升DMD數(shù)字光刻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掃描灰度曝光的處理效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，通過曝光圖像對DMD進(jìn)行基于二元脈沖寬度的灰度調(diào)制，來提高DMD灰度曝光幀頻和DMD數(shù)字光刻機(jī)曝光的工作效率，同時縮短調(diào)制的基準(zhǔn)時間。為實(shí)現(xiàn)上述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)、載入待加工灰度圖像，由灰度掃描帶圖像預(yù)處理模塊對載入的灰度圖像進(jìn)行分割處理；(1.1)、擴(kuò)展待加工灰度圖像設(shè)待加工灰度圖像為一幅分辨率為m×n的N位灰度圖像，灰度圖像中坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對應(yīng)的像素灰度值為Gray0(x,y)；設(shè)DMD的分辨率為r×c，其中，r、c分別DMD中微鏡陣列的行數(shù)和列數(shù)，且m＞r,n＞c；按照如下公式對待加工灰度圖像進(jìn)行擴(kuò)展：其中，Gray(x,y)表示擴(kuò)展后的灰度圖像中坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對應(yīng)的像素灰度值；(1.2)、按公式(2)對擴(kuò)展后的灰度圖像進(jìn)行分割，得到個大小為(m+2r)×c的灰度掃描帶圖像；其中，Grayi(x,y)代表第i個灰度掃描帶圖像，是n/c向上取整；(1.3)、判斷最后一個灰度掃描帶圖像的大小是否為(m+2r)×c，如果大小是，則不處理；如果大小不是，則按照公式(3)進(jìn)行擴(kuò)展；(1.4)、將每個灰度掃描帶圖像拆分成N個位平面；第i個灰度掃描帶圖像拆分成第j個位平面的計(jì)算公式為：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個灰度掃描帶圖像的第j個位平面的圖像數(shù)據(jù)，Logical(Grayi(x,y),j)表示第i個灰度掃描帶圖像Grayi(x,y)在第j位的邏輯值；同理，按照公式(4)，拆分出第i個灰度掃描帶圖像的其余N-1個位平面，以及其余灰度掃描帶圖像的N個位平面；(1.5)、將拆分后的每個灰度掃描帶圖像按照從位平面0到位平面N-1的順序依次將每個灰度掃描帶圖像通過通信接口發(fā)送到掃描帶圖像存儲模塊；(2)、掃描帶圖像存儲模塊按照每個灰度掃描帶圖像對接收的位平面進(jìn)行存儲；設(shè)D0表示灰度圖像數(shù)據(jù)在存儲器中存儲的基地址，D1表示連續(xù)存儲c比特的圖像數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存地址數(shù)；則第i個灰度掃描帶圖像的第j個位平面在掃描帶圖像存儲模塊中的存儲方法為：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個灰度掃描帶圖像的第j個位平面的像素點(diǎn)(x,y)所屬行在內(nèi)存中存儲的起始地址,每一行灰度掃描帶圖像數(shù)據(jù)從行起始地址開始連續(xù)存儲；同理，按照公式(5)，存儲第i個灰度掃描帶圖像的其余N-1個位平面，以及其余灰度掃描帶圖像的N個位平面，完成所有灰度掃描帶圖像的位平面存儲；(3)、灰度曝光圖像處理模塊讀取存儲的灰度掃描帶圖像，并進(jìn)行DMD實(shí)時灰度曝光圖像處理，獲得灰度曝光圖像的各個位平面子幀；(3.1)、灰度曝光圖像處理模塊接收到工作臺同步觸發(fā)信號后，讀取存儲的第i個灰度掃描帶圖像，并從位平面0開始，根據(jù)當(dāng)前位平面計(jì)數(shù)器j的值確定工作臺所處位置對應(yīng)的灰度曝光圖像各個位平面的拼接位置：其中，ADDR0(i,j)表示處理位平面j時的基地址，i的奇偶性代表掃描的方向，即按照掃描曝光的原理，工件臺對相鄰的兩個掃描帶區(qū)域曝光時方向是相反的，因此對灰度掃描帶圖像也要逆向處理；(3.2)、以t表示收到同步觸發(fā)信號時當(dāng)前掃描帶區(qū)域已經(jīng)曝光的DMD灰度圖像數(shù)量，則對工件臺當(dāng)前位置進(jìn)行曝光時，由圖像拼接模塊確定進(jìn)行灰度曝光圖像的每個位平面拼接的內(nèi)存地址為：(3.3)、在確定當(dāng)前灰度曝光圖像拼接位置之后，開始進(jìn)行每個位平面的圖像刷新操作，并由公式(6)和(7)計(jì)算出灰度掃描帶圖像的像素點(diǎn)(x,y)處每個位平面對應(yīng)數(shù)據(jù)的行起始地址為：(3.4)、在掃描帶圖像存儲模塊的突發(fā)工作模式下，根據(jù)像素點(diǎn)(x,y)所在位平面的行起始地址獲取一行灰度掃描帶圖像數(shù)據(jù)，并經(jīng)過c次讀取操作后，將曝光圖像數(shù)據(jù)實(shí)時加載到DMD，再刷新前一個灰度曝光圖像進(jìn)行曝光的位平面子幀的數(shù)據(jù)，如此循環(huán)處理N次，完成所有灰度掃描帶圖像的曝光處理；(4)、根據(jù)改進(jìn)的二元脈沖寬度DMD灰度調(diào)制方式，利用DMD灰度調(diào)制控制模塊控制DMD對灰度圖像的各個位平面子幀進(jìn)行曝光，完成灰度曝光；(4.1)、實(shí)時接收灰度曝光圖像處理模塊生成的位平面子幀的圖像數(shù)據(jù)，并按行依次加載到對應(yīng)的DMD微結(jié)構(gòu)的CMOS存儲器中；(4.2)、等待加載完r行數(shù)據(jù)之后，對DMD執(zhí)行復(fù)位操作，再基于位平面曝光圖像信息自動控制DMD微鏡陣列快速翻轉(zhuǎn)到與CMOS中存儲的信息對應(yīng)的狀態(tài)，使位平面曝光圖像正確顯示在DMD上；(4.3)、根據(jù)當(dāng)前位平面計(jì)數(shù)器j的值和可自由設(shè)定的參數(shù)τ，比較j與τ的大小，對小于τ的當(dāng)前位平面j的曝光時間進(jìn)行修正，并對不小于τ的當(dāng)前位平面j的曝光時間進(jìn)行控制，使得嚴(yán)格滿足二元脈沖寬度調(diào)制的要求，從而完成灰度曝光。本專利技術(shù)的專利技術(shù)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：本專利技術(shù)基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，通過DMD控制器完成灰度曝光圖像的分割和拼接，從而高速生成DMD灰度調(diào)制實(shí)時曝光圖像，并根據(jù)曝光圖像對DMD進(jìn)行基于二元脈沖寬度的灰度調(diào)制，盡量縮短調(diào)制基準(zhǔn)時間，提高DMD灰度曝光幀頻，進(jìn)而提高DMD數(shù)字光刻機(jī)曝光的工作效率。同時，本專利技術(shù)基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法還具有以下有益效果：(1)、優(yōu)化DMD灰度曝光控制流程，避免了直接由上位機(jī)軟件發(fā)送實(shí)時灰度曝光圖像到DMD進(jìn)行曝光，而是利用存儲設(shè)備對所有待加工的大面積灰度圖像進(jìn)行緩存；(2)、通過DMD控制器完成高速實(shí)時灰度曝光圖像的處理，減少傳輸數(shù)據(jù)量，有效地減小通信接口的傳輸本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)、載入待加工灰度圖像，由灰度掃描帶圖像預(yù)處理模塊對載入的灰度圖像進(jìn)行分割處理；(1.1)、擴(kuò)展待加工灰度圖像設(shè)待加工灰度圖像為一幅分辨率為m×n的N位灰度圖像，灰度圖像中坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對應(yīng)的像素灰度值為Gray

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于DMD的掃描式光刻機(jī)灰度圖像曝光方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)、載入待加工灰度圖像，由灰度掃描帶圖像預(yù)處理模塊對載入的灰度圖像進(jìn)行分割處理；(1.1)、擴(kuò)展待加工灰度圖像設(shè)待加工灰度圖像為一幅分辨率為m×n的N位灰度圖像，灰度圖像中坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對應(yīng)的像素灰度值為Gray0(x,y)；設(shè)DMD的分辨率為r×c，其中，r、c分別DMD中微鏡陣列的行數(shù)和列數(shù)，且m＞r,n＞c；按照如下公式對待加工灰度圖像進(jìn)行擴(kuò)展：其中，Gray(x,y)表示擴(kuò)展后的灰度圖像中坐標(biāo)為(x,y)的像素點(diǎn)對應(yīng)的像素灰度值；(1.2)、按公式(2)對擴(kuò)展后的灰度圖像進(jìn)行分割，得到個大小為(m+2r)×c的灰度掃描帶圖像；其中，Grayi(x,y)代表第i個灰度掃描帶圖像，是n/c向取整；(1.3)、判斷最后一個灰度掃描帶圖像的大小是否為(m+2r)×c，如果大小是，則不處理；如果大小不是，則按照公式(3)進(jìn)行擴(kuò)展；(1.4)、將每個灰度掃描帶圖像拆分成N個位平面；第i個灰度掃描帶圖像拆分成第j個位平面的計(jì)算公式為：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個灰度掃描帶圖像的第j個位平面的圖像數(shù)據(jù)，Logical(Grayi(x,y),j)表示第i個灰度掃描帶圖像Grayi(x,y)在第j位的邏輯值；同理，按照公式(4)，拆分出第i個灰度掃描帶圖像的其余N-1個位平面，以及其余灰度掃描帶圖像的N個位平面；(1.5)、將拆分后的每個灰度掃描帶圖像按照從位平面0到位平面N-1的順序依次將每個灰度掃描帶圖像通過通信接口發(fā)送到掃描帶圖像存儲模塊；(2)、掃描帶圖像存儲模塊按照每個灰度掃描帶圖像對接收的位平面進(jìn)行存儲；設(shè)D0表示灰度圖像數(shù)據(jù)在存儲器中存儲的基地址，D1表示連續(xù)存儲c比特的圖像數(shù)據(jù)所占用的內(nèi)存地址數(shù)；則第i個灰度掃描帶圖像的第j個位平面在掃描帶圖像存儲模塊中的存儲方法為：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個灰度掃描帶圖像的第j個位平面的像素點(diǎn)(x,y)所屬行在內(nèi)存中存儲的起始地址,j＝0:N-1,x＝0:m+2r-1，每一行灰度掃描帶圖像數(shù)據(jù)從行起始地址開始連續(xù)存儲；同理，按照公式(5)，存儲第i個灰度掃描帶圖像的其余N-1個位平面，以及其余灰度掃描帶圖像的N個位平面，完成所有灰度掃描帶圖像的位平面存儲；(3)、灰度曝光圖像處理模塊讀取存儲的灰度掃描帶圖像，并進(jìn)行DMD實(shí)時灰度曝光圖像處理，獲得灰度曝光圖像的各個位平面子幀；(3.1)、灰度曝光圖像處理模塊接收到工作臺同步觸發(fā)信號后，讀取存儲的第i個灰度掃...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭超，鄒見效，何建，池文明，李艷，
申請(專利權(quán))人：電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：四川,51