关键词：电子束曝光机；图形发生器；数字信号处理

中图分类号：tn305.7 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2005)03-0054-04

1 引言

扫描电子束曝光系统是在20世纪60年代扫描电镜的基础上发展起来的，是微电子工业和微细加工研究领域首选大型精密设备。目前，新兴的纳米科技、mems、微光学、半导体前沿研究均需要纳米级曝光设备，在国防前沿领域中的特种高性能器件研究也依赖纳米级曝光设备。电子束缩小投影成像系统研究（第二阶段）——纳米级电子束曝光系统实用化是中国科学院知识创新工程重大项目。此实用化项目完成后将满足国内目前对纳米级光刻设备的要求。

图形发生器是电子束曝光系统中的一个关键部件。目前国内使用的图形发生器一般采用中小规模集成电路，存在图形运算速度慢、体积大、耗电大、效率低、工作极不稳定、单元图形种类少，故障多等缺点。随着数字信号处理技术的不断普及和应用，国外已经将数字信号处理器（dsp）作为图形发生器的核心单元开发了新的产品。国内在这方面的研究刚刚起步，虽然dsp在通讯工业和自动控制等领域中有所应用，但在电子束曝光系统中尚属前列。研究开发以dsp为核心的图形发生器具有现实意义和必要性。

2 图形发生器系统设计方案

新型图形发生器硬件方案如图1所示，主要由数字信号处理单元、接口单元、存储器扩展单元、逻辑控制单元、曝光控制单元、标记检测控制单元和束闸控制单元构成。该系统使用usb接口与上位机构建了高速的数据通路。dsp运算单元接收到上位机发送的单元图形数据后，按照预定的算法将其解析，得到各曝光点的数据。然后将曝光数据以并行方式送到高精度数模转换模块中，转换成模拟电压量，与dsp运算单元串行输送来的旋转（ r）、增益(g)和位移(s)校正量求和后输出到适配器，使输出的电压值与偏转放大器匹配，驱动偏转放大器控制电子束偏转，对掩模或硅片进行扫描曝光。利用该系统的图像采集模块，可以对掩模或硅片的位置进行校准。

3 数字信号处理单元

dsp系统由于应用场所、应用目的等不尽相同，对dsp芯片的选择也是不同的。通常除了要考虑一般意义上的指标如功耗、性价比、开发周期和生存周期等，最主要的就是运算速度。本系统选用ti公司的通用型浮点dsp芯片tms320c6713作为图形发生器的主控单元。

在本系统中每点曝光时间约为2μs，dsp工作在50mhz外部时钟源模式下，指令执行周期为40ns。因为dsp大多数指令仅需要一个周期，所以在2μs内可以执行50个指令，这对于一般的矩形和梯形生成而言是足够了。虽然对于圆及圆环等复杂图形涉及较多的乘法运算，而且处理数据量较大，但是因为dsp具有专用硬件乘法器，所以这个速度也是可以满足的。片外扩展一片16位的外部数据存储器，地址范围是ce0空间的8000 0000-8fff ffff。扩展一片外部flash rom，地址范围是ce1空间的9000 0000-901f ffff。接口部分占用ce1地址为9020 0000~9020 ffff的空间。另外，接口电路还占用dsp一个外部中断管脚ext- int6作为中断申请。dsp系统上电引导方式采用16位异步外接rom加载。加载的数据包格式为小终端方式，先读出低位地址的数据，将它们打包到emif数据接口最低有效字节，然后将后续的访问打包到高序的字节。

4 usb接口设计[2]

dsp系统与上位机之间的通讯接口需要传送以下几种数据：（1）上位机向dsp系统发送的控制数据；（2）上位机向dsp传送的曝光图形格式数据；（3）dsp向上位机传送的标记检测数据。

接口芯片选用cypress semiconductor公司的ez-usb fx2（cy7c68013），具体连接见图2。芯片外接24mhz晶振，可配27~33pf的外接电容，经过内部振荡电路和锁相环(pll)倍频电路可产生8051的默认工作频率(48mhz)，另外它还需要产生 480mhz的时钟脉冲以供收发器使用。当cy7c68013的v cc上电达到3.3v以后，内部的锁相环电路大约需要200μs的时间才能稳定，因此，在芯片的复位引脚reset端通常外接一个rc网络电路，以提供延迟的低电平有效的复位信号。