基于DSP的新型图形发生器主控制器的研究
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摘要
电子束曝光机是目前微细加工领域极具前途的一种光刻手段，是纳米级图形加工的理想方式。图形发生器是电子束曝光机的关键部件，本论文针对现有的图形发生器存在的主要问题，借鉴了当今国内外电子束曝光机图形发生器的长处与不足，采用DSP芯片作为图形数据处理的核心单元，提出了一套功能完备的新型扫描电子束曝光机图形发生器的硬件设计方案。
本论文分为五个章节主要介绍了电子束曝光技术的发展背景、图形发生器的工作原理与国内外现状、图形发生器的总体方案设计、图形发生器硬件电路设计(包括DSP数字信号处理电路、数据传输接口电路、存储器扩展电路、逻辑控制电路、标记检测控制电路、曝光控制电路和束闸控制电路)、电路调试与验证、CPLD控制软件设计与仿真等。
本方案具有数据处理能力强、运算速度快、接口方便等优点，克服了传统图形发生器单纯依靠软件完成，速度慢，精度低，工作不稳定的缺点。目前图形发生器硬件设计工作已基本完成。并通过调试成功的实现了DSP引导装载、存储器读写、接口数据传输与片上器件的逻辑控制等功能。
Electron beam lithography (EBL) is widely used for the fabrication of devices with sub-micron and nano-meter dimensions. As the key part, Pattern generator plays an important role in the system. In order to improve pattern accuracy and reduce exposure time, we developed a new kind of pattern generator.
In this thesis, a versatile DSP-based pattern generator for e-beam lithography system is presented. We chose DSP as the key part of the pattern generator. Making good use of the parallel design of algorithm and multi data stream, the reasonable assignment and schedule of tasks and the permissible effective program design, we fulfilled the real-time digital signal processing of pattern generator.
According to the requirement of different function and performance, we formed the system with a certain hardware configuration, including interface unit, memory extension unit, mark signal detection control unit, expose control unit, e-beam blanker control unit.
The module has the advantages of flexible configuration, high programmable ability and expansibility.
本论文分为五个章节主要介绍了电子束曝光技术的发展背景、图形发生器的工作原理与国内外现状、图形发生器的总体方案设计、图形发生器硬件电路设计(包括DSP数字信号处理电路、数据传输接口电路、存储器扩展电路、逻辑控制电路、标记检测控制电路、曝光控制电路和束闸控制电路)、电路调试与验证、CPLD控制软件设计与仿真等。
本方案具有数据处理能力强、运算速度快、接口方便等优点，克服了传统图形发生器单纯依靠软件完成，速度慢，精度低，工作不稳定的缺点。目前图形发生器硬件设计工作已基本完成。并通过调试成功的实现了DSP引导装载、存储器读写、接口数据传输与片上器件的逻辑控制等功能。
Electron beam lithography (EBL) is widely used for the fabrication of devices with sub-micron and nano-meter dimensions. As the key part, Pattern generator plays an important role in the system. In order to improve pattern accuracy and reduce exposure time, we developed a new kind of pattern generator.
In this thesis, a versatile DSP-based pattern generator for e-beam lithography system is presented. We chose DSP as the key part of the pattern generator. Making good use of the parallel design of algorithm and multi data stream, the reasonable assignment and schedule of tasks and the permissible effective program design, we fulfilled the real-time digital signal processing of pattern generator.
According to the requirement of different function and performance, we formed the system with a certain hardware configuration, including interface unit, memory extension unit, mark signal detection control unit, expose control unit, e-beam blanker control unit.
The module has the advantages of flexible configuration, high programmable ability and expansibility.
引文
1) 王振华．新型图形发生器的研制[硕士论文]．北京：中国科学院电工研究所，2000
2) Texas Instruments. DSP Selection Guide. Texas Instruments Incorporated, 2003
3) Texas Instruments. TMS320C6713 Digital Signal Processor. Texas Instruments Incorporated, 2004
4) 张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用．第一版．北京：电子工业出版社，1997
5) 戴逸民．基于DSP的现代电子系统设计．第一版．北京：电子工业出版社，2002
6) 李友兰，韩其睿，江忠．数字信号处理单片机及其应用．北京：电子工业出版社，1997
7) 方光荣，王振华，顾文琪．电子束曝光系统中的新型图形发生器．长沙：第十一届全国电子束·离子束·光子束学术年会论文集，2001
8) Wenqi Gu, Niankan Kang, Hong Xue, Min Tan, Liming Wang, Fuan Zhang. DY-7 sub-0.1micron EB lithography system. Microelectronic Engineering 57-58(2001): 191～198
9) George R. Brewer. High resolution lithography. Electron-Beam Technology in Microelectronic Fabrication, chapter3, pages 1-58. Academic Press, New York, 1980
10) Saburo Nonogaki, Takumi Ueno, and Toshio Ito. Microlithography Fundamentals in Semiconductor Devices and Fabrication Technology. Marcel Dekker, New York, 1998
11) 刘浩．多功能图形发生器的研制与分析[硕士学位论文]．北京：中国科学院电工研究所，2000．1
12) Texas Instruments. Code Composer Studio User's Guide, Texas
Instruments Incorporated, 2000
13) Texas Instruments. TMS320C6000 EMIF to External Flash Memory. Texas Instruments Incorporated, 1999
14) Texas Instruments. TMS320C6000 EMIF to External SDRAM/SGRAM Interface. Texas Instruments Incorporated, 1999
15) Texas Instruments. TMS320C6000 Tool: Vector Table and Boot ROM Creation. Texas Instruments Incorporated, 2002
16) AMD. Am29LV800B data sheet. Advanced Micro Devices, Inc. 2000
17) MICRON. Synchronous DRAM MT48LC4M16A2. Micron Technology, Inc. 2000
18) CYPRESS. CY7C68013 EZ-USB FX2~(TM) USB Microcontroller, High-speed USB Peripheral Controller. Cypress Semiconductor Corporation. 2002
19) XILINX. XC95144XL High Performance CPLD. XILINX, Inc. 2002
20) 力源信息，TPS3307-25三端监控芯片，武汉力源信息技术服务有限公司
21) National Semiconductor. LM317 3-Terminak Adjustable Regulator. National Semiconductor Corporation, 1998
22) 阎石．数字电子技术基础(第三版)．北京：高等教育出版社，1988
23) 史强．高能电子束缩小投影曝光机标记信号检测及其对准技术[硕士学位论文]．北京：中国科学院电工研究所，2002．3
24) Harolds Stone．微型计算机接口．北京：清华大学出版社，1985
25) 高鹏．电路设计与制版Protel 99入门与提高．北京：人民邮电出版社，2002
26) 高鹏．电路设计与制版Protel 99高级应用．北京：人民邮电出版社，2002
27) 常晓明．Verilog-HDL实践与应用系统设计．北京航空航天大学出版社，2003
28) 马忠梅，籍顺心，张凯，马岩．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，2001．11
29) 边海龙，贾少华．USB2.0设备的设计与开发．北京：人民邮电出版社，2004
30) 张恩东．微处理机接口技术．北京：中国计量出版社，1988
31) 张菊鹏．计算机硬件技术基础．北京：清华大学出版社，1997
32) 黄正谨，徐坚，章小丽．CPLD系统设计技术入门与应用．北京：电子工业出版社，2002
33) 宋万杰，罗丰，吴顺君．CPLD技术及其应用．西安：西安电子科技大学出版社，2001．6
2) Texas Instruments. DSP Selection Guide. Texas Instruments Incorporated, 2003
3) Texas Instruments. TMS320C6713 Digital Signal Processor. Texas Instruments Incorporated, 2004
4) 张雄伟．DSP芯片的原理与开发应用．第一版．北京：电子工业出版社，1997
5) 戴逸民．基于DSP的现代电子系统设计．第一版．北京：电子工业出版社，2002
6) 李友兰，韩其睿，江忠．数字信号处理单片机及其应用．北京：电子工业出版社，1997
7) 方光荣，王振华，顾文琪．电子束曝光系统中的新型图形发生器．长沙：第十一届全国电子束·离子束·光子束学术年会论文集，2001
8) Wenqi Gu, Niankan Kang, Hong Xue, Min Tan, Liming Wang, Fuan Zhang. DY-7 sub-0.1micron EB lithography system. Microelectronic Engineering 57-58(2001): 191～198
9) George R. Brewer. High resolution lithography. Electron-Beam Technology in Microelectronic Fabrication, chapter3, pages 1-58. Academic Press, New York, 1980
10) Saburo Nonogaki, Takumi Ueno, and Toshio Ito. Microlithography Fundamentals in Semiconductor Devices and Fabrication Technology. Marcel Dekker, New York, 1998
11) 刘浩．多功能图形发生器的研制与分析[硕士学位论文]．北京：中国科学院电工研究所，2000．1
12) Texas Instruments. Code Composer Studio User's Guide, Texas
Instruments Incorporated, 2000
13) Texas Instruments. TMS320C6000 EMIF to External Flash Memory. Texas Instruments Incorporated, 1999
14) Texas Instruments. TMS320C6000 EMIF to External SDRAM/SGRAM Interface. Texas Instruments Incorporated, 1999
15) Texas Instruments. TMS320C6000 Tool: Vector Table and Boot ROM Creation. Texas Instruments Incorporated, 2002
16) AMD. Am29LV800B data sheet. Advanced Micro Devices, Inc. 2000
17) MICRON. Synchronous DRAM MT48LC4M16A2. Micron Technology, Inc. 2000
18) CYPRESS. CY7C68013 EZ-USB FX2~(TM) USB Microcontroller, High-speed USB Peripheral Controller. Cypress Semiconductor Corporation. 2002
19) XILINX. XC95144XL High Performance CPLD. XILINX, Inc. 2002
20) 力源信息，TPS3307-25三端监控芯片，武汉力源信息技术服务有限公司
21) National Semiconductor. LM317 3-Terminak Adjustable Regulator. National Semiconductor Corporation, 1998
22) 阎石．数字电子技术基础(第三版)．北京：高等教育出版社，1988
23) 史强．高能电子束缩小投影曝光机标记信号检测及其对准技术[硕士学位论文]．北京：中国科学院电工研究所，2002．3
24) Harolds Stone．微型计算机接口．北京：清华大学出版社，1985
25) 高鹏．电路设计与制版Protel 99入门与提高．北京：人民邮电出版社，2002
26) 高鹏．电路设计与制版Protel 99高级应用．北京：人民邮电出版社，2002
27) 常晓明．Verilog-HDL实践与应用系统设计．北京航空航天大学出版社，2003
28) 马忠梅，籍顺心，张凯，马岩．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，2001．11
29) 边海龙，贾少华．USB2.0设备的设计与开发．北京：人民邮电出版社，2004
30) 张恩东．微处理机接口技术．北京：中国计量出版社，1988
31) 张菊鹏．计算机硬件技术基础．北京：清华大学出版社，1997
32) 黄正谨，徐坚，章小丽．CPLD系统设计技术入门与应用．北京：电子工业出版社，2002
33) 宋万杰，罗丰，吴顺君．CPLD技术及其应用．西安：西安电子科技大学出版社，2001．6
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