[發明專利]一種基于DMD的掃描式光刻機灰度圖像曝光方法

有效

• 申請號: 201710278725.0
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106886132B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 彭超;鄒見效;何建;池文明;李艷
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G03F7/20
• 分類號: G03F7/20
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于DMD的掃描式光刻機灰度圖像曝光方法，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處理模塊對載入的灰度圖像進行分割處理；

(1.1)、擴展待加工灰度圖像

設待加工灰度圖像為一幅分辨率為m×n的N位灰度圖像，灰度圖像中坐標為(x,y)的像素點對應的像素灰度值為Gray₀(x,y)；

設DMD的分辨率為r×c，其中，r、c分別DMD中微鏡陣列的行數和列數，且m＞r,n＞c；

按照如下公式對待加工灰度圖像進行擴展：

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)表示擴展后的灰度圖像中坐標為(x,y)的像素點對應的像素灰度值；

(1.2)、按公式(2)對擴展后的灰度圖像進行分割，得到個大小為(m+2r)×c的灰度掃描帶圖像；

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，Gray_i(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)進行擴展；

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)、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個位平面的計算公式為：

Gray_(i,j)(x,y)＝Logical(Gray_i(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個位平面的圖像數據，Logical(Gray_i(x,y),j)表示第i個灰度掃描帶圖像Gray_i(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行存儲；

設D₀表示灰度圖像數據在存儲器中存儲的基地址，D₁表示連續存儲c比特的圖像數據所占用的內存地址數；

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(x,y)所屬行在內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據從行起始地址開始連續存儲；

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，并進行DMD實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，根據當前位平面計數器j的值確定工作臺所處位置對應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表示收到同步觸發信號時當前掃描帶區域已經曝光的DMD灰度圖像數量，則對工件臺當前位置進行曝光時，由圖像拼接模塊確定進行灰度曝光圖像的每個位平面拼接的內存地址為：

(3.3)、在確定當前灰度曝光圖像拼接位置之后，開始進行每個位平面的圖像刷新操作，并由公式(6)和(7)計算出灰度掃描帶圖像的像素點(x,y)處每個位平面對應數據的行起始地址為：

(3.4)、在掃描帶圖像存儲模塊的突發工作模式下，根據像素點(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據，并經過c次讀取操作后，將曝光圖像數據實時加載到DMD，再刷新前一個灰度曝光圖像進行曝光的位平面子幀的數據，如此循環處理N次，完成所有灰度掃描帶圖像的曝光處理；

(4)、根據改進的二元脈沖寬度DMD灰度調制方式，利用DMD灰度調制控制模塊控制DMD對灰度圖像的各個位平面子幀進行曝光，完成灰度曝光；

(4.1)、實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據，并按行依次加載到對應的DMD微結構的CMOS存儲器中；

(4.2)、等待加載完r行數據之后，對DMD執行復位操作，再基于位平面曝光圖像信息自動控制DMD微鏡陣列快速翻轉到與CMOS中存儲的信息對應的狀態，使位平面曝光圖像正確顯示在DMD上；

(4.3)、根據當前位平面計數器j的值和可自由設定的參數τ，比較j與τ的大小，對小于τ的當前位平面j的曝光時間進行修正，并對不小于τ的當前位平面j的曝光時間進行控制，使得嚴格滿足二元脈沖寬度調制的要求，從而完成灰度曝光；

其中，根據可自由設定的參數τ，對當前位平面j的曝光時間進行修正或控制，使其滿足二元脈沖寬度調制要求的方法為：

對于位平面0，在位平面曝光時間達到DMD微鏡最短穩定時間t_s要求之后，采用塊清零操作經過時間t_c將整個DMD存儲器的數據清除，再對DMD進行復位，控制位平面0的曝光時間為基準時間t₀＝t_s+t_c，并等待再次滿足微鏡穩定條件之后按照步驟(4.1)所述方法進行下一個位平面的數據加載；

對于位平面1到τ-1，控制其曝光時間為2^j-1t₀-t_c時，采用塊清零操作經過時間t_c將整個DMD存儲器的數據清除，再對DMD進行復位，完成對曝光時間的修正，使得位平面的曝光時間滿足二元脈沖寬度調制原理的要求，即t(j)＝2^j-1t₀，再經過微鏡穩定時間t_s之后開始向DMD加載下一個位平面的數據；

對于位平面τ到N-1，在上一個位平面復位條件滿足之后就開始加載圖像數據，在復位操作之后直接控制其曝光時間為t(j)＝2^j-1t₀，不需要使用塊清零方式進行修正；

對于位平面N，按照位平面τ到N-1的方式進行數據加載，再使用塊清零方式在其曝光時間滿足要求之后將其清除。