CN106647189A - 一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法 - Google Patents

一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法 Download PDF

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Abstract

一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法，用于提高大面积光刻尤其是批量光刻中的图像预处理速度。本发明采用N组（每组m个）数字微镜DMD，在曝光图像的预处理阶段，只生成图像中相似的N块区域中的一份曝光帧数据；相应地把N组数字微镜DMD调整到N块区域的相应的起点，然后它们保持相对位置不变，连续扫描曝光同一份曝光帧数据。本发明可以大幅度提高图像预处理速度，减少生成的曝光帧数据的冗余，从而提高无掩模扫描光刻***的整体效率。

Description

一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法
技术领域
本发明属于印刷电路板行业无掩模光刻技术领域，具体涉及一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法。
背景技术
数字微镜器件（如TI公司的DMD）是一个由许多微镜镜面构成的长方形阵列，无掩模光刻***采用特定频率的激光照射DMD，通过控制小微镜的旋转角度，可以将特定的图像投影在光刻胶上。
无掩膜光刻采用上述微镜直接将图像反射在光刻胶上，省去了掩膜板，不仅降低了成本，而且提高了曝光的灵活性和工业生产效率。
扫描光刻是DMD在运动的过程中，保持DMD中图像的反向移动，从而在平台上形成稳定的投影。由于光刻胶需要一定的曝光强度和时间，所以图像一般是按照1个像素步进分割形成曝光帧数据。在实际的光刻工业生产中，一般需要进行大面积的、批量的电路版印刷。将其位图分割会生成的大量的曝光帧数据，其中存在大量的数据冗余，不仅耗费上位机空间，而且严重浪费上位机计算资源。
目前的方法只是采用一个固定的DMD或者DMD组进行扫描曝光，不能提高图像预处理速度。因此，需要一种大面积曝光方法，减少图像预处理耗费的时间空间资源，进而提高光刻***的整体效率。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于无掩模扫描光刻的大面积曝光方法，提高图像预处理速度，减少生成的曝光帧数据的冗余，从而提高光刻***的整体效率。
为了实现所述目的，本发明的技术方案是：
一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，包括以下步骤：
1）首先利用上位机将待曝光的BMP位图，进行无效信息的切割，所述的无效信息为没有目标图像信息的空白边角；
2）进行BMP位图中的相似区域的图形分割，或者提取原始矢量图中的批量生产等信息，根据BMP位图的具体大小和相似区域的分布情况，确定使用N组DMD，如果使用N组DMD，则在BMP位图的相应位置生成标识孔；
3）根据步骤2）确定的N组DMD所对应的N块区域的图像完全相似，按照扫描光刻的要求，对其中一个图像区域按像素步进切割，生成一份曝光帧数据，生成耗时仅为已有方法的1/N，曝光帧数据也是已有方法的1/N；
4）由上述步骤中对BMP位图的分割情况，使用电机调整N组DMD到对应N个区域的左上角，以标识孔为准进行对位调整；
5）将步骤3）中生成的曝光帧数据同时传入N组DMD中，然后N组DMD保持相对位置不变，同时进行扫描曝光，完成整幅BMP位图的曝光。
所述的BMP位图，是指由PCB制版中的描述电路信息的Gerber文件转换成的BMP格式的位图。
所述的图形分割是指利用图像处理技术获取相似区域的分布情况。
所述的N组DMD，N一般选取为2或者4等较小的偶数；每组DMD包括一个DMD，如果包括多个排列好的DMD，那么曝光帧数据也要进行相应的分割。
所述的标识孔是由计算机在BMP位图上相应位置生成的200*200大小像素的黑色十字标识。
所述的步骤3）开始切割位图之前，可以通过CCD对位图进行孔位的校准，进行涨缩处理。
所述的步骤4）中，将多组DMD调整到对应位置后，在接下来的曝光中它们的相对位置不能改变。
本发明的有益效果是：
1）对BMP位图进行切边处理，去除位图边缘的空白，能减少曝光帧数据中的无效数据；
2）使用N组数字微镜进行分区曝光，使得对于批量生产光刻中的BMP位图，只需要对其1/N大小的区域进行处理，提高图像预处理的时间和空间效率；
3）使用多组DMD进行扫描，提高了整幅BMP位图的曝光效率。
为了便于说明本发明的有效性，下面举例说明：
如图7所示，对于14204x15084像素大小的用于批量生产PCB的BMP位图，其最小的单元电路图大小约1265x1305像素，使用传统扫描方法尤其是视频流曝光方法：由于每个图像大小均为1920x1080像素，每个图像大小约253KB，其曝光帧数据有129312帧图像，占用约31.949GB的上位机存储，假定上位机每秒可处理生成1000帧图像，其数据生成时间为129.31s，由于是单DMD，假定扫描速度为每秒120帧，则其扫描曝光时间为1078s；而本发明的方法：步骤（1）去除位图边缘后，BMP位图大小为10265x10897像素，减少了48%的像素信息，步骤2）3）假定使用4组每组2个总计8个DMD，其曝光帧数据有4492帧图像，占用约1.08GB上位机存储，数据生成时间为4.49s，假定扫描速度不变，则其曝光时间为150s。
通过上述例子可以看出，本发明的方法相较传统方法，在曝光数据的生成、存储以及扫描效率方面有很大的提高。
附图说明
图1 是本发明的BMP位图无效区域的切割示意图。
图2 是本发明的用于批量曝光的BMP位图相似区域分割说明。
图3 是本发明的对一个图像区域生成一份曝光帧数据的示意图。
图4是本发明的多组DMD的曝光起始位置示意图。
图5是本发明的多组DMD的曝光轨迹示意图。
图6是本发明的针对一组多个DMD的位图分割区域示意图。
图7是本发明的有效性说明图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步叙述。
如图1所示，本发明首先将待曝光的BMP位图1进行处理，把有效信息区域2切割出来生成去除无效信息后的BMP位图3；如图1所示，保证有效信息区域的左边和上边有iw宽度的对位区域，用来进行镜头对位标识，iw一般不小于200px。
一般PCB制版的位图都是由许多完全相同的电路布线图按照行列组合而成，这样可以进行批量曝光生产。根据这个特点，使用数字图像处理中的相似区域检测技术，将BMP位图中的有效区域进行划分，确定使用N组DMD。为了便于说明，选定N=4 。如图2，将BMP位图3分割成N块相同的区域，每个区域包含整数个电路布线图，即位图区域5和其他N-1块区域完全相同。在每个区域的左上角左边pw宽度处生成一个标识孔，标识孔直径一般200px左右，中间有5px宽的十字标识，用于曝光开始前的镜头对位校准。
如图2、图3所示，本发明中曝光帧数据的生成，只需要将N个区域中的一个区域5进行像素步进切割。设定位图区域5的左上角为坐标原点，数字微镜DMD从左上角开始沿Y轴、X轴正方向投影曝光，则7是第一帧图像，其大小等于DMD的像素大小1920X 1080，位置为（0，-1080）。第二帧图像大小不变，位置为（0， -1080 + 1），第三帧类似，直到处于位置8的时候，图像切割方向反转，沿着Y轴反方向切割，后面的图像帧同理可生成。也就是说，对位图区域5的像素步进切割是沿着图3中的轨迹10所示进行的。
如图4所示，根据标识孔的位置提前调整校准镜头和数字微镜DMD的相对位置：镜头中心和DMD左边相距pw宽度。然后才可以利用校准镜头去校准DMD的起始位置。利用标识孔，将N组DMD调整到图4中对应的位置，以DMD 11 为例，12为DMD11在光刻胶上的投影图形，它与图2中第一帧图像7的位置相同。
如图5所示，利用上位机或者FPGA控制的PLC芯片，将按照图3所示方法生成的曝光帧数据发送到N组数字微镜DMD里面，每组DMD接收的数据完全相同；N组DMD保持图4中调整好的相对位置不变，同时按照轨迹12所示进行扫描曝光。扫描过程中DMD移动的速度必须和曝光帧数据更新的速度匹配起来，这样才能完成整幅BMP位图的曝光。相比使用一组DMD曝光的方法，本发明的方法的曝光帧数据的生成效率提高到原来的N倍，曝光时长缩短为原来的1/N。
如图6所示，每组DMD可以包含m个DMD，为了方便说明，选定m = 3。每组m个DMD，那么对位图区域5的像素步进切割又有一些不同：m个DMD分成平行的两行放置，每行DMD之间的宽度恰好等于1920px，如图6中13、14、15相对位置所示；DMD 13对应着曝光轨迹16，DMD14 对应着曝光轨迹17，DMD15对应着曝光轨迹18，同一组的m个DMD分别按照图示的曝光轨迹进行BMP位图的切割、传输和曝光。
按照本发明的方法，若采用N组每组m个DMD进行曝光，BMP位图生成曝光帧数据的效率至少可以提高N-1倍，曝光时长缩短为单DMD曝光的1/(m*N)。

Claims (7)

1.一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）首先利用上位机将待曝光的BMP位图，进行无效信息的切割，所述的无效信息为没有目标图像信息的空白边角；
2）进行BMP位图中的相似区域的图形分割，或者提取原始矢量图中的批量生产等信息，根据BMP位图的具体大小和相似区域的分布情况，确定使用N组DMD，如果使用N组DMD，则在BMP位图的相应位置生成标识孔；
3）根据步骤2）确定的N组DMD所对应的N块区域的图像完全相似，按照扫描光刻的要求，对其中一个图像区域按像素步进切割，生成一份曝光帧数据，生成耗时仅为已有方法的1/N，曝光帧数据也是已有方法的1/N；
4）由上述步骤中对BMP位图的分割情况，使用电机调整N组DMD到对应N个区域的左上角，以标识孔为准进行对位调整；
5）将步骤3）中生成的曝光帧数据同时传入N组DMD中，然后N组DMD保持相对位置不变，同时进行扫描曝光，完成整幅BMP位图的曝光。
2.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的BMP位图，是指由PCB制版中的描述电路信息的Gerber文件转换成的BMP格式的位图。
3.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的图形分割是指利用图像处理技术获取相似区域的分布情况。
4.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的N组DMD，N一般选取为2或者4等较小的偶数；每组DMD包括一个DMD，如果包括多个排列好的DMD，那么曝光帧数据也要进行相应的分割。
5.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的标识孔是由计算机在BMP位图上相应位置生成的200*200大小像素的黑色十字标识。
6.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的步骤3）开始切割位图之前，可以通过CCD对位图进行孔位的校准，进行涨缩处理。
7.根据权利要求1所述的一种用于无掩膜扫描光刻的大面积曝光方法，其特征在于，所述的步骤4）中，将多组DMD调整到对应位置后，在接下来的曝光中它们的相对位置不能改变。
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