图形发生器[实用新型专利]

[12]实用新型专利说明书

[21]ZL 专利号

022783.6

[51]Int.CI7

G03F 7/20H01L 21/027

[45]授权公告日2004年1月7日

[22]申请日2002.12.16[21]申请号022783.6[73]专利权人中国科学院电工研究所

地址100080北京市海淀区中关村北二条6号[72]设计人方光荣 张鹏 薛虹 商涛 林滢

[11]授权公告号CN 2598023Y

[74]专利代理机构北京科迪生专利代理有限责任公司

代理人刘秀娟 关玲

权利要求书 5 页 说明书 15 页 附图 4 页

[54]实用新型名称

图形发生器

[57]摘要

一种图形发生器，用于电子束、离子束等带电粒子的曝光机，属于曝光机的图形发生器硬件。本实用新型提供一种运算速度快、接口简单、功耗低、功能多样的曝光机用的图形发生器，它以高速数字信号处理器为核心，通过通用串行总线接口和上位机实现通讯，该图形发生器不仅可以满足以三角形，矩形和梯形为基本曝光单元图形的曝光格式，而且增加了圆及圆环为基本曝光单元图形，解决了集成光栅器件加工在速度和精度上存在的缺陷。本实用新型由接口电路、双端口存储器电路、数字信号处理器电路、数模转换电路、曝光/标记检测控制电路、标记检测电路、最终曝光数据寄存器单元和束闸控制电路相互连接构成。

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权 利 要 求 书

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1.一种图形发生器，由接口电路[1]、双端口存储电路[2]、数字信号处理电路[3]、数模转换电路[4]、曝光/标记检测控制电路[5]、标记检测电路[6]、最终曝光数据寄存器单元[7]和束闸控制电路[8]构成，其特征在于，接口电路[1]分别与双端口存储电路[2]、曝光/标记检测控制电路[5]连接，数字信号处理电路[3]分别与双端口存储电路[2]、曝光/标记检测控制电路[5]、标记检测电路[6]、最终曝光数据寄存器单元[7]和束闸控制电路[8]连接，最终曝光数据寄存器单元[7]连接数模转换电路[4]。

2.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于接口电路[1]由通用串行总线接口电路[11]、微控制器[12]和挂起/恢复电路[13]组成，微控制器[12]控制通用串行总线接口电路[11]和双端口存储电路[2]之间的通讯，同时微控制器[12]还控制曝光/标记检测控制电路[5]和标记检测电路[6]。

3.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于数字信号处理电路[3]，由数字信号微处理器[31]、最终曝光图形格式转换程序存储器[32]、标记检测程序存储器[33]和数据存储器[34]组成，数字信号微处理器[31]分

别与最终曝光图形格式转换程序存储器[32]、标记检测程序存储器[33]和数据存储器[34]及双端口存储电路[2]、曝光/标记检测控制电路[5]、标记检测电路[6]、最终曝光数据寄存器单元[7]和束闸控制电路[8]连接，

用于将上位机发送的基本图形数据格式经过运算，生成最终曝光图形格式的数据，并将这些数据存放在最终曝光数据寄存器单元[7]中相应的存储单元

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中，同时在进行标记检测过程中用于记录和处理检测结果，并将这些结果通过接口电路[1]发送给上位机；最终曝光图形数据转换程序存储器[34]用

于存放将基本曝光图形数据格式转换为最终曝光图形格式的程序；标记检测程序存储器[33]用于存放标记检测程序。

4.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于最终曝光数据寄存器单元[7]，由X主场寄存器电路[35]、X子场寄存器电路[36]、Y主场寄存器电路[37]和Y子场寄存器电路[38]组成，X/Y主场寄存器电路[35]

/[37]用于存放经过数字信号微处理器[31]运算后的最终曝光数据格式的主场X/Y坐标值，X/Y子场寄存器电路[36]/[38]用来存放经过数字信号微处理器[31]运算后的最终曝光数据格式的子场X/Y坐标值。

5.如权利要求4所述的图形发生器，其特征在于X主场寄存器电路[35]、Y主场寄存器电路[37]，均由16位的扫描起始坐标寄存器、16位的扫描步距寄存器、16位的扫描步距计数器、16位的扫描步数计数器、16位加法器、锁存器、扫描基准时钟电路[74]和时钟调整电路[76]组成；16位扫描起

始坐标寄存器用于存放最终曝光数据格式中主场的X/Y坐标的起始值，同时在扫描过程中存放当前的坐标值；16位扫描步距寄存器用于存放最终曝光数据格式中扫描步距的数值；16位扫描步距计数器用于根据存放的扫描步距参数进行计数，为16位扫描步数寄存器提供时钟信号；16位扫描步数计数器用于在以16位扫描步距计数器输出信号为计数脉冲信号，根据存放的扫描步数的数值进行计数，并为16位加法器提供使能信号；16位加法器用于在16位扫描步数计数器输出信号的控制下，将16位扫描起始坐标寄存器中的数值与16位扫描步距寄存器中的数值相加的结果发送给相应的数模转换电路，同时该结果也经过锁存存入16位扫描起始坐标计数器，作为计算下一个曝光点

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的初始坐标值；扫描基准时钟电路[74]用于为整个扫描电路提供最小单位的扫描频率；时钟调整器[76]接扫描基准时钟电路[74]和16位扫描步距

计数器，用于根据扫描的具体参数，将基准时钟转换为相应的曝光时钟，并将曝光时钟作为16位扫描步距计数器的计数脉冲信号。

6.如权利要求4所述的图形发生器，其特征在于X子场寄存器电路[36]、Y子场寄存器电路[38]，均由12位的扫描起始坐标寄存器、12位的扫描步距寄存器、12位的扫描步距计数器、12位的扫描步数计数器、12位加法器、锁存器、扫描基准时钟电路[74]和时钟调整器[76]组成；12位扫描起始

坐标寄存器用于存放最终曝光数据格式中子场的X/Y坐标的起始值，同时在扫描过程中存放当前的坐标值；12位扫描步距寄存器用于存放最终曝光数据格式中扫描步距的数值；12位扫描步距计数器用于根据存放的扫描步距参数进行计数，为12位扫描步数寄存器提供时钟信号；12位扫描步数计数器用于在以12位扫描步距计数器输出信号为计数脉冲信号，根据存放的扫描步数的数值进行计数，并为12位加法器提供使能信号；12位加法器用于在12位扫描步数计数器输出信号的控制下，将12位扫描起始坐标寄存器中的数值与12位扫描步距寄存器中的数值相加的结果发送给相应的数模转换电路，同时该结果也经过锁存存入12位扫描起始坐标计数器，作为计算下一个曝光点的初始坐标值；扫描基准时钟电路[74]用于为整个扫描电路提供最小单位的扫描频率；时钟调整器[76]接扫描基准时钟电路[74]和12位扫描步距计

数器，用于根据扫描的具体参数，将基准时钟转换为相应的曝光时钟，并将曝光时钟作为12位扫描步距计数器的计数脉冲信号。

7.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于标记信号检测电路[6]，由放大器电路[61]、TTL电平转换电路[62]、脉宽调整电路[63]和标记

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寄存器[]组成，用于对标记检测信号进行波形调整，并由数字信号微处理器电路[31]接收，经过标记检测程序运算，然后将相应的数据存放在标记寄存器[]中。

8.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于曝光/标记检测控制电路[5]，由复位计数器电路[80]、标记检测程序加载计数器电路[81]和曝光程序加载计数器电路[82]组成；复位计数器电路[80]用于在数字信号微处理器[31]的输出时钟频率下，将微控制器[12]的控制信号[51]转换为有效时间t1为数字信号微处理器[31]输出时钟周期13倍的低电平信号

[54]，并将信号[54]发送给数字信号微处理器[31]的 RESET管脚；标记检测程序加载计数器电路[81]或曝光程序加载计数器电路[82]用于在数字信号微处理器[31]的输出时钟频率下，将微控制器的控制信号[52]或[53]转换为有效时间t2为数字信号微处理器[31]输出时钟周期15倍的

低电平信号[55]或[56]，并发送给数字信号微处理器[31]的 INT0管脚或 INT1管脚，且标记检测程序加载计数器电路[81]和曝光程序加载计数器电路[82]不会同时触发。

9.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于数模转换电路[4]，由光电隔离电路[41]、X主场高精度16位数模转换电路[42]、X子场高速高精度12位数模转换电路[43]、Y主场高精度16位数模转换电路[44]和Y子场高速高精度12位数模转换电路[45]组成；X主场高精度数模转换电路[42]用于接收由X主场寄存器电路[35]发送的数字量，将该数字量转换

为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；X子场高速高精度数模转换电路[43]用于接收由X子场寄存器电路[36]发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；Y主场高精度数模转换电路[44]用于接

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收由Y主场寄存器电路[37]发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给Y方向的磁场线圈；Y子场高速高精度数模转换电路[45]用于接收由Y子场寄存器电路[38]发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给Y方向的磁场线圈；

10.如权利要求1所述的图形发生器，其特征在于束闸控制电路[8]，由等待计数器[71]、曝光时间计数器[72]、时钟调整电路[76]和数模转

换电路[73]组成；曝光时间计数器[72]分别连接数字信号微处理器[31]、数模转换电路[73]、等待计数器[71]和时钟调整器[76]，用于在时钟调

整电路[76]输出的扫描频率下进行计数，初始值为每次扫描束闸打开的时间；等待计数器[71]连接数字信号微处理器[31]、曝光时间计数器[72]

和时钟调整电路[76]，用以存放等待曝光时间；数模转换电路[73]接曝光时间计数器[72]，用于接收曝光时间计数器[72]发送的控制信号，根据曝光的要求控制束闸的开关。

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说 明 书

图形发生器

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技术领域

本实用新型涉及到电子束、离子束等一切带电粒子的曝光机的控制设备，

具体来说，本实用新型属于曝光机的图形发生器的硬件，尤其是电子束曝光

机所用的图形发生器。

背景技术

电子束曝光系统是微电子工业和其它微细加工研究与开发不可缺少的大

型精密设备。图形发生器是该系统中的一个关键部件。它位于计算机和高精

度偏转放大器之间，其主要作用是将计算机送来的单元图形数据进行处理，

由图形发生器中硬件单元依次产生要曝光的各点X、Y坐标值。再将这些值

经过高速度、高精度数模转换器(D/A)变换成对应的模拟量，驱动偏转放

大器以控制带电粒子束偏转，对掩摸或硅片进行扫描曝光。同时，图形发生

器还控制束闸部件，接收计算机送来的各种校正量(场畸变、曝光剂量调整、

工作台线性误差等)，经过数模转换、求和后控制电子束偏转，实现对激光工

作台定位误差、偏转误差和场畸变的校正。

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，故障多，曝光圆环靠软

件弥补，加上采用模拟校正技术更加难以调整，校正精度差，干扰大，难于

维护等缺点。

国外的曝光机用的图形发生器大多采用大规模集成电路及数字校正技

术，例如图1所示的美国专利5909658公开了一种图形发生器，该设备采用

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70GB的SCSI磁盘阵列存放曝光图形数据，用一个16GB的RAID接收和存

说 明 书 第2/15页

放曝光图形数据和临时数据，一个IBM RS/6000系列微控制器负责将SCSI

磁盘中的数据读入RAID中；工作站负责将RAID中的数据读入存储器和

FPGA单元中，由FPGA单元根据图形参数完成图形的处理工作。该设备存

在以下不足：首先控制器采用了传统的小型计算机，数据存储量有限，而且

处理速度慢；采用了大容量的存储设备，导致设备成本很高；该设备在接口

方面非常复杂，涉及到SCSI接口、VSB接口和VME接口等接口方式；图形

处理主要通过FPGA单元实现，在处理速度和扩展性能方面存在缺陷；该专

利中没有说明如何实现曝光扫描和标记对准功能。

发明内容

本实用新型的目的就是克服现有技术中不足之处，提供一种运算速度快、

接口简单、功耗低、功能多样的曝光机用的图形发生器。本实用新型由接口

电路、双端口存储电路、数字信号处理电路、数模转换电路、曝光/标记检测

控制电路、标记检测电路、最终曝光数据寄存器单元和束闸控制电路构成。

接口电路分别与双端口存储电路、曝光/标记检测控制电路连接，数字信号处

理电路分别与双端口存储电路、曝光/标记检测控制电路、标记检测电路、最

终曝光数据寄存器单元和束闸控制电路连接；最终曝光数据寄存器单元连接

数模转换电路。它以高速数字信号处理器为核心，通过USB接口和上位机实

现通讯，利用双端口存储器实现临时数据的存储，而图形处理功能完全由DSP

芯片完成，并有高速高精度的数模转换电路。与现有图形发生器相比，具有

以下几个独特之处：

将数字信号处理器作为曝光图形数据的核心，开发成本低，而且速度快，

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精度高，而且扩展性好；

说 明 书 第3/15页

利用数字信号处理器的bootloader功能，实现了图形发生器曝光扫描和

标记对准两项基本功能。

本实用新型不仅可以满足目前以三角形，矩形和梯形为基本曝光单元图

形的曝光格式，而且增加了圆及圆环为基本曝光单元图形，成功地解决了目

前集成光栅器件加工在速度和精度上存在的诸多缺陷。

附图说明

图1是美国专利5909658图形发生器框图；

图2是本实用新型图形发生器的线路原理图；

图3是本实用新型图形发生器的曝光/标记检测控制电路5的方框图；

图4是本实用新型图形发生器的曝光/标记检测5的主要波形图；

图5是本实用新型图形发生器的最终曝光图形寄存器35、36、37、38的

方框图；

图6是本实用新型图形发生器的标记检测电路6的方框图；

图7是本实用新型图形发生器的束闸控制电路8的方框图；

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型作进一步的描述。

本实用新型如图2所示由接口电路1、双端口存储电路2、数字信号处理

电路3、数模转换电路4、曝光/标记检测控制电路5、标记检测电路6、最终

曝光数据寄存器单元7和束闸控制电路8构成。接口电路1分别与双端口存

储电路2、曝光/标记检测控制电路5连接，数字信号处理电路3分别与双端

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口存储电路2、曝光/标记检测控制电路5、标记检测电路6、最终曝光数据寄

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存器单元7和束闸控制电路8连接；最终曝光数据寄存器单元7连接数模转

换电路4。

如图2所示所述的接口电路1由通用串行总线接口电路11、微控制器12

和挂起/恢复电路13组成；其中，所述的通用串行总线接口电路12用于实现

曝光机与上位机之间的通讯，接收曝光数据，所述的微控制器12用于控制通

用串行总线接口芯片电路11和双端口存储器电路2之间的通讯，同时微控制

器12还控制曝光/标记检测控制电路5和标记检测电路6。

如图2所示所述的双端口存储器电路2由双端口存储器电路21和逻辑电

路22组成；所述的双端口存储器电路21的数据/地址总线分别与微控制器12

和数字信号微处理器31的数据/地址总线相接，用于实现接口电路1和数字

信号处理电路3之间的数据通讯；所述的逻辑电路22分别接微控制器12和

数字信号微处理器31，用于控制双端口存储器电路21的读写操作。

如图2所示所述的数字信号处理电路3接双端口存储器电路2、曝光/标

记检测控制电路5、标记检测电路6、最终曝光数据寄存器单元7和束闸控制

电路8。数字信号处理电路3可采用下述设计方案。它包括数字信号微处理

器31、最终曝光图形格式转换程序存储器32、标记检测程序存储器33以及

数据存储器34。所述的数字信号微处理器31分别接最终曝光图形格式转换

程序存储器32、标记检测程序存储器33、数据存储器34和双端口存储器电

路2、曝光/标记检测控制电路5、标记检测电路6、最终曝光数据寄存器单元

7和束闸控制电路8，用于将上位机发送的基本图形数据格式经过运算，生成

最终曝光图形格式的数据，并将这些数据存放在最终曝光数据寄存器单元7

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中相应的存储单元中，同时在进行标记检测过程中用于记录和处理检测结果，

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并将这些结果通过接口电路1发送给上位机；最终曝光图形数据转换程序存

储器34用于存放将基本曝光图形数据格式转换为最终曝光图形格式的程序；

标记检测程序存储器33用于存放标记检测程序。

如图2所示所述的数模转换电路4由光电隔离器41、X主场高精度16

位数模转换电路42、X子场高速高精度12位数模转换电路43、Y主场高精

度16位数模转换电路44和Y子场高速高精度12位数模转换电路45组成。

X主场高精度数模转换电路42用于接收由X主场寄存器电路35发送的数字

量，将该数字量转换为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；X子场高速高

精度数模转换电路43用于接收由X子场寄存器电路36发送的数字量，将该

数字量转换为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；Y主场高精度数模转换

电路44用于接收由Y主场寄存器电路37发送的数字量，将该数字量转换为

模拟量，并输出给Y方向的磁场线圈；Y子场高速高精度数模转换电路45

用于接收由Y子场寄存器电路38发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，

并输出给Y方向的磁场线圈；

如图3所示所述的曝光/标记检测控制电路5由复位计数器80、标记检测

程序加载计数器81和曝光程序加载计数器82组成。复位计数器80、标记检

测程序加载计数器81和曝光程序加载计数器82分别接微控制器12输出信号

51、52、53和数字信号微处理器31的输入信号54、55、56，并且在数字信

号微处理器31输出频率57下工作。

如图2所示：最终曝光数据寄存器单元7由X主场寄存器电路35、X

子场寄存器电路36、Y主场寄存器电路37和Y子场寄存器电路38组成，用

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于存放经过数字信号微处理器3 1运算的最终曝光数据，并在以曝光扫描基准时钟74下将数据输出给相应的数模转换电路。X/Y主场寄存器电路35/37用于存放经过数字信号微处理器31运算后的最终曝光数据格式的主场X/Y坐标值，所述的X/Y子场寄存器电路36/38用来存放经过数字信号微处理器31运算后的最终曝光数据格式的子场X/Y坐标值。

如图2、图5所示的X主场寄存器电路35、Y主场寄存器电路37，均由16位的扫描起始坐标寄存器、16位的扫描步距寄存器、16位的扫描步距计数器、16位的扫描步数计数器、16位加法器、锁存器、扫描基准时钟电路74和时钟调整器76组成；16位扫描起始坐标寄存器用于存放最终曝光数据格式中主场的X/Y坐标的起始值，同时在扫描过程中存放当前的坐标值；16位扫描步距寄存器用于存放最终曝光数据格式中扫描步距的数值；16位扫描步距计数器用于根据存放的扫描步距参数进行计数，为扫描步数寄存器提供时钟信号；16位扫描步数计数器用于在以16位扫描步距计数器输出信号为计数脉冲信号，根据存放的扫描步数的数值进行计数，并为16位加法器提供使能信号；16位加法器接扫描步距寄存器、扫描起始坐标寄存器和和扫描步数寄存器，用于在16位扫描步数计数器输出信号的控制下，将16位扫描起始坐标寄存器中的数值与16位扫描步距寄存器中的数值相加的结果发送给相应的数模转换电路，同时该结果也经过锁存存入16位扫描起始坐标计数器，作为计算下一个曝光点的初始坐标值；扫描基准时钟电路74用于为整个扫描电路提供最小单位的扫描频率；时钟调整器76接扫描基准时钟电路74和16位扫描步距计数器，用于根据扫描的具体参数，将基准时钟转换为相应的曝光时钟，并将曝光时钟作为16位扫描步距计数器的计数脉冲信号。 如图2、图5所示的X子场寄存器电路36、Y子场寄存器电路38，均由

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12位的扫描起始坐标寄存器、12位的扫描步距寄存器、12位的扫描步距计数器、12位的扫描步数计数器、12位加法器、锁存器、扫描基准时钟电路74和时钟调整器76组成；扫描起始坐标寄存器用于存放最终曝光数据格式中子场的X/Y坐标的起始值，同时在扫描过程中存放当前的坐标值；12位扫描步距寄存器用于存放最终曝光数据格式中扫描步距的数值；12位扫描步距计数器用于根据存放的扫描步距参数进行计数，为扫描步数寄存器提供时钟信号；12位扫描步数计数器用于在以扫描步距计数器输出信号为计数脉冲信号，根据存放的扫描步数的数值进行计数，并为加法器提供使能信号；12位加法器接扫描步距寄存器、扫描起始坐标寄存器和和扫描步数寄存器，用于在数字信号微处理器31的控制下，经过将初始值置为扫描步数寄存器中的值；扫描基准时钟电路用于为整个扫描电路提供最小单位的扫描频率；时钟调整器76接扫描基准时钟电路74和12位扫描步距计数器，用于根据扫描的具体参数，将基准时钟转换为相应的曝光时钟，并将曝光时钟作为12位扫描步距计数器的计数脉冲信号。

如图6所示所述的标记检测电路6由放大器61、TTL电平转换电路62、脉宽调整电路63和标记寄存器组成，并由放大器61连接电平转换电路62，及脉宽调整电路63、数字信号微处理器31至标记寄存器依次串联，用于对标记检测信号进行波形调整，并由数字信号微处理器电路3 1接收，经过标记检测程序运算，然后将相应的数据存放在标记寄存器中。 如图3所示所述的曝光/标记检测控制电路5由复位计数器80、标记检测程序加载计数器81和曝光程序加载计数器82组成。复位计数器80、标记检测程序加载计数器81和曝光程序加载计数器82分别接微控制器12输出信号51、52、53和数字信号微处理器31的输入信号54、55、56，并且在数字信

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号微处理器31输出频率57下工作。复位计数器电路80用于在数字信号微处理器31的输出时钟频率下，将微控制器12的控制信号51转换为有效时间t1为数字信号微处理器31输出时钟周期13倍的低电平信号54，并将信号54

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发送给数字信号微处理器31的 RESET管脚；标记检测程序加载计数器电路81或曝光程序加载计数器电路82用于在数字信号微处理器3 1的输出时钟频率下，将微控制器的控制信号52或53转换为有效时间t2为数字信号微处理器31输出时钟周期15倍的低电平信号55或56，并发送给数字信号微处理器

31 INT0管脚或 INT1管脚，且标记检测程序加载计数器电路81和曝光程序加载计数器电路82不会同时触发。

如图2所示的数模转换电路4，由光电隔离电路41、X主场高精度16位数模转换电路42、X子场高速高精度12位数模转换电路43、Y主场高精度16位数模转换电路44和Y子场高速高精度12位数模转换电路45组成；X主场高精度数模转换电路42用于接收由X主场寄存器电路35发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；X子场高速高精度数模转换电路43用于接收由X子场寄存器电路36发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给X方向的磁场线圈；Y主场高精度数模转换电路44用于接收由Y主场寄存器电路37发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给Y方向的磁场线圈；Y子场高速高精度数模转换电路45用于接收由Y子场寄存器电路38发送的数字量，将该数字量转换为模拟量，并输出给Y方向的磁场线圈；

如图7所示的束闸控制电路8，由等待计数器71、曝光时间计数器72、时钟调整电路76和数模转换电路73组成；曝光时间计数器72分别连接数字信号微处理器31、数模转换电路73、等待计数器71和时钟调整器76，用于

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在时钟调整电路76输出的扫描频率下进行计数，初始值为每次扫描束闸打开

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的时间；等待计数器71连接数字信号微处理器31、曝光时间计数器72和时

钟调整电路76，用以存放等待曝光时间；数模转换电路73接曝光时间计数

器72，用于接收曝光时间计数器72发送的控制信号，根据曝光的要求控制

束闸的开关。

下面进一步对本发明的工作过程进行描述：

本实用新型的数据流是双向的，即图形发生器接收上位机发送的曝光和

控制数据，同时也可以在上位机的控制下向上位机发送标记检测结果数值等。

从数据流类型来分类，可将图形发生器的数据流分为曝光文件格式数据流、

控制数据流、标记检测数据流三种。

下面先就本实用新型的曝光文件格式数据流进行描述。

如图2所示，11为通用串行总线接口电路，12为微控制器，所述的通用串

行总线接口电路可采用全速或高速通用串行总线接口芯片，微控制器可采用

MSC51系列的8位微控制器。通用串行接口总线芯片电路11在微控制器12的控

制下，接收上位机(如PC机)发送的数据。该数据可分为曝光文件格式数据

和控制数据，上位机在发送曝光文件格式数据时将这部分数据分割为固定字

节的数据包，同时每种基本图形的数据包和不同的控制信号的数据包前都有

相应的标识位。微控制器12对这些数据进行实时的处理，将曝光文件格式数

据存入双端口存储器21相应的存储单元中，并根据控制数据类型，在相应管

脚输出电平信号控制功能选择电路5和标记检测电路6。所述的双端口存储电

路21可选用8K×8bit的静态双端口存储器芯片，双端口逻辑电路22可采用

CPLD芯片MAX7128S实现。

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数字信号微处理器31每隔一定时间就读取双端口存储器21的状态位，检查是否有新数据读入。所述的数字信号微处理器31可采用TI公司的通用数字信号微处理器芯片TMS320C3X系列，其外挂的最终曝光图形格式转换程序存储器32和检测程序存储器33可分别选用1片1M×8bit的闪存存储器(flashRAM)，数据存储器34可选用2片16M×16bit的高速静态存储器组成。数字信号微处理器31当得知有新的数据读入后，首先向双端口存储器逻辑电路22发送读写请求，在获得相应的双端口存储单元的控制权后，将该存储单元的数据读入，读取完成后通知双端口逻辑电路22并放弃对该段存储单元的控制权。数字信号微处理器31对读入的数据进行判断，如果发现读入的数据是一个完整的数据包后，就开始根据利用存放在最终图形格式转换程序存储器33中的程序对该数据包进行处理，包括识别该数据包标识位代表的基本图形，然后调用程序中相应的图形处理程序，将曝光文件格式的数据转换为最终曝光图形格式数据，即包括起始坐标、步距，步长及相关的曝光参数格式，然后通过数字信号微处理器31发送给最终曝光数据寄存器单元7中相应的寄存器。 最终曝光数据寄存器单元7由X主场寄存器电路35、X子场寄存器电路36、Y主场寄存器电路37和Y子场寄存器电路38构成。其中X主场寄存器电路35、Y主场寄存器电路37硬件结构相同；X子场寄存器电路36、Y子场寄存器电路38硬件结构相同。在图5中，每个锁存器可采用2片74F244并联组成，时钟调整电路采用2片74LS161集成电路，分频后通过一个由数字信号微处理器31控制的8选1电路将分频后的时钟信号作为输出扫描时钟输出，扫描步距寄存器和扫描起始坐标寄存器可选用数字信号微处理器31外挂的数据存储器34某一存储单元，扫描步距计数器和扫描步数计数器可分别选用4片74LS697集成电路，加法器可选用4片74LS283并联组成。经过数字信号微处理器31将最终曝

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光图形格式的数据发送给各个寄存器电路相应的存储单元并锁存，同时根据相应的曝光参数，选择对基准时钟进行分频的时钟调整电路的一个输出作为扫描时钟，其中扫描步距计数器和扫描步距寄存器存放的数据相同。在完成锁存后，扫描步距计数器以扫描时钟作为计数脉冲、以扫描步距寄存器数值为初始值作循环减法计数，每当计数器计数到零时，就输出一个脉冲信号。扫描步数计数器以该脉冲信号作为计数脉冲信号开始进行减法计数，每进行一次减法运算输出一个脉冲信号，该信号接加法器的使能管脚，这时加法器将扫描步距寄存器和扫描起始坐标寄存器中的数值相加的结果发送给相应的数模转换电路42、43、44、45相应的功能块中，同时该数值也被存入扫描起始坐标寄存器中，在下一个使能信号到来时与扫描步距寄存器中的数值进行加法运算；当扫描步数计数器计数到零时，就向数字信号微处理器31发出一个电平信号，表示已经完成一次扫描，数字信号微处理器31在收到该信号后，开始根据下一个扫描的需要，向相应的寄存器和计数器发送数据。在对平行X轴或Y轴的某一线段进行曝光的过程中，X主场寄存器电路35、X子场寄存器电路36、Y主场寄存器电路37、Y子场寄存器电路38中仅有一个电路的计数器在工作；在对某一段斜线进行曝光的过程中，X主场寄存器电路35、X子场寄存器电路36、Y主场寄存器电路37、Y子场寄存器电路38中，子场寄存器电路36、38的计数器或者主场寄存器电路35、37的计数器的其中一对在工作。 束闸控制电路8由等待计数器71、曝光时间计数器72、数模转换电路73和时钟调整电路76组成。所述的等待计数器71的初始值根据数模转换电路4中的各个数模转换器的响应时间通过数字信号微处理器31设定。所述的曝光时间计数器72中存放的是与每次曝光相关的时间参数，在每次曝光前由数字信号微处理器31设定。在进行曝光前，首先通过数字信号微处理器31

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使等待计数器进行计数，同时使数模转换电路73打开束闸，在等待计数器到

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零时，输出一个电平触发曝光时间计数器72开始计数，在曝光时间计数器

72计数到零时，输出一个电平信号使数模转换电路73关闭束闸，这样就完

成一次曝光。

下面就本实用新型的图形发生器的控制数据流进行描述。本实用新型的

图形发生器完全通过上位机(如PC机)进行控制，其控制信号可分为功能

控制和数据控制两种。功能控制主要指通过上位机实现图形发生器的曝光操

作和标记检测操作的选择，而数据控制则指得是上位机实时的从图形发生器

中获取某些曝光的实时数据以便进行检测。

本实用新型的功能控制方案可采用下述方法实现。在通过上位机控制软

件将控制数据打包发送给通用串行接口电路11，微处理器电路12识别出为

控制信号后，在其相应的管脚产生预定时间的电平信号，从而实现控制功能。

数字信号微处理器31具有boot1oader功能，即在数字信号微处理器31复位

(reset)后，通过查询中断寄存器中的中断标志(interrupt flag)状态来确定

装载程序的起始地址。在图3中复位计数器81用来将微控制器12的复位控

制信号51转换为数字信号微处理器31的复位信号54，标记检测计数器81

用来将微控制器12的扫描控制信号52转换为数字信号微处理器的中断信号

55，曝光程序计数器83用来将微控制器的曝光控制信号53转换为数字信号

微处理器的中断信号56。

当上位机发送的控制信号是要求图形发生器执行标记检测功能时，微控

制器12同时将复位控制信号51和标记检测控制信号52置为低电平，在数字

信号微处理器输出时钟57的第一个上升沿将复位信号54和数字信号微处理

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器31的中断信号55置为低电平，同时将微控制器12的复位控制信号51和标记检测控制信号52置为高电平，此时复位计数器80和标记检测程序计数器81开始计数，在13个数字信号微控制器输出时钟57周期后将复位信号54置为高电平，在15个数字信号微控制器输出时钟57周期后将中断信号55置为高电平，这时标记检测程序存储器33中的程序开始被载入数据存储器34中高速运行。当上位机发送的控制信号时要求图形发生器执行曝光功能时，微控制器12同时将复位控制信号51和曝光控制信号53置为低电平，在数字信号微处理器输出时钟57的第一个上升沿将复位信号54和数字信号微处理器31的中断信号56置为低电平，同时将微控制器12的复位控制信号51和曝光控制信号53置为高电平，此时复位计数器80开始计数和曝光程序计数器82，在13个数字信号微控制器输出时钟57周期后将复位信号54置为高电平，在15个数字信号微控制器输出时钟57周期后将中断信号56置为高电平，这时标记检测程序存储器33中的程序开始被载入数据存储器34中高速运行。上述控制信号和数字信号微处理器31的复位信号51和中断信号52、53波形如图4所示。上述操作始终保证标记检测控制信号52和曝光控制信号53在同一时间不会同时有效。

下面就本实用新型的数据控制方式进行描述。图形发生器的数据控制主要分为两个部分，即标记检测数据和最终曝光格式数据。

多功能曝光机上电后默认的执行标记检测功能。图形发生器在执行标记检测操作时，标记检测程序按照预定的设置进行标记检测，通过数模转换器控制束斑偏转，当束斑进入标记区时，背反射装置检测到反射电子强度发生变化，输出一个脉冲电平即标记检测信号给标记检测电路6。标记检测电路由放大器61、TTL电平转换62、脉宽调整63和标记检测寄存器组成。标记检

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测信号在经过放大、电平转换、脉宽调整后接数字信号微处理器31的中断管

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脚，触发一次中断。标记检测程序查询到的标记检测中断被触发后，将当前

束斑所在的坐标存入标记检测寄存器，然后重置中断标识，继续进行标记

检测，知道获得足够的检测数据。在标记检测完成后，数字信号微处理器31

将存储在标记检测寄存器中的数据存放在双端口存储器21中，当微控制器

接收到上位机发送的上传标记检测数据的控制信号后，首先确认标记检测寄

存器中的数据已经完全发送到双端口存储器21，然后将这些数据通过通用

串行总线接口电路11发送给上位机。

本实用新型的图形发生器在执行曝光操作过程中，上位机定时向图形发

生器发送信号，要求图形发生器将要求的最终曝光图形格式数据上传给上位

机。首先上位机软件根据设定向通用串行总线接口电路11发送控制信号，经

过微控制器12识别后，将这些控制信号存放到指定的双端口存储器21的存

储单元，并将相应的状态位置为使能。数字信号微处理器3 1定时查询该状态

位，当发现该状态位被置位后，首先清除该状态位，然后保存当前正在执行

的程序，将指定的最终曝光格式数据存放到指定的双端口存储器21的存储单

元中，恢复保存的程序现场。

本实用新型的图形发生器与现有的图形发生器相比有如下的积极效果：

1.结构简单、电路可靠、易于制作；

2.功能多。基本曝光图形单元不仅有矩形、梯形、三角形，而且包括

圆和圆环以及边界曲线任意可用函数式表达的图形；

3.将圆和圆环作为基本曝光图形单元，提高了圆和圆环的图形精度；

4.将数字信号处理技术应用于图形发生器，充分发挥了其运算速度

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快、精度高、功耗低、集成度高等特点； 5.采用通用串行总线接口，即插即用； 6.具有良好的扩展性。

本实用新型的图形发生器可用于电子束、离子束曝光机。扫描电子显微镜若配置该图形发生器可作为电子束曝光机使用，该设备还可以作原子力显微镜的控制用。

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说 明 书 附 图

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图1

图2

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022783.6说 明 书 附 图 第2/4页

图3

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022783.6说 明 书 附 图 第3/4页

图4

图5

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图6

图7

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