DY2000纳米通用图形发生器的研制研究.pdf

2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南-长沙 DY一2000纳米通用图形发生器的研制 方光荣顾文琪张今朝殷伯华 (中国科学院电工研究所微纳加工研究室北京100080) 摘要：我们成功研制了一台纳米通用图形发生器，该图形发生器可以与扫描电子显微镜(SEM)、 工系统。用于纳米器件研究、纳米结构制造。该图形发生器主要功能是：将计算机送来的曝光图形数据 进行处理，分解成单元图形坐标值，再经过高精度、高速度数模转换器(D／A)变换成相对应的模拟量， 驱动偏转放大器．对工件进行曝光或加工。图形发生器同时接通束闸单元，控制电子束或离子束的通 与断，以及控制工件台的移动，以实现大面积图形的拚接和多层图形的套刻。该图形发生器已投入小 批量生产，并在用户稳定运行。它与日本电子JsM一6360扫描电子显微镜连接，已获得21nm的曝光图 形和纳米级的拚接精度和套刻精度。 前肓 微电子技术极大地推动着世界经济发展，给人类社会带来了空前的繁荣。近十年来，微电子产业 的产值每年平均按10—20％的速度增长，集成电路最小线宽已进入了深亚微米阶段，计算机中的CPU 最小线宽已达到了0．1微米，集成度由几千个电子元件，增加到上亿个电子元件。新器件的研制已步人 了纳米科技时代。 微电子技术的发展和微细加工设备及技术紧密相关。电子束曝光和聚焦离子束加工是微电子产 业重要的加工手段，已被广泛用于掩模版制作、硅片直写和微结构制作。我们研制成功的纳米图形发 镜(sPM)连接，构建成简易型电子柬曝光系统．直接在硅片上生成图形或纳米结构，也可用于纳米尺 度掩模制作。 本文介绍了我们研制完成的DY一2000纳米通用图形发生器的功能、硬件结构、软件系统和实验 结果。该图形发生器已经在清华大学微电子所、中科院电工所、中科院微系统与信息技术所得到成功 应用。并将进一步提供给中科院上海应用物理所和台湾中正大学等单位使用。该图形发生器与国外高 端产品相比，具有更高的速度(数据传输速度可达20MB／S)、更友好的中文操作界面和更便捷的操作 系统及实时跟踪加工图形显示。 一．图形发生器功能要求 加工主机的曝光图形数据，实施曝光；要求控制电子束和聚焦离子束的通断；要求控制精密工件台的 移动定位，并利用电子束或聚焦离子束的偏转实时补偿工件台定位误差；要求实现加工图形实时显 示，使操作更便捷。 根据上述功能要求．选择图形发生器硬件结构如下： 1．数字信号处理单元(DsP)为数据处理的核心部件； 一56— 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年套 湖南-长沙 2．标准商用增强型SCSI接口； 3．高精度标记图形采集器； 4．恒温控制的高精度16位D／A转换器； 5．具有激光工件台位置跟踪控制单元(LBC)； 6．液晶实时图形显示器； 7．控制用计算机(Windows2000操作系统) 根据上述功能要求，开发的软件功能如下： 1．可接受GDSⅡ、CIF和DXF图形数据格式； 2．具有绘制矩形、三角形、梯形、圆环、扇形和任意曲线的功能； 3．加工过程控制(曝光、工件台移动、束闸通断)； 4．扫描场位置、尺寸和旋转误差修正； 5．工件台坐标与晶片坐标误差修正； 6．标记检测和数据采集； 7．邻近效应修正； 8．图形实时显示。 二．总体方案设计 图形发生器是微纳加工系统的控制中枢，图I所示为扫描电子束曝光系统框图，虚线框为纳米图 形发生器。电子束的偏转及位移、控制电子束通断、工件台的移动定位及曝光图形精度修正都由图形 发生器完成。图2为DY一2000图形发生器的主控制器框图。 图1扫描电子束曝光系统框图 一57— 2005年12月 第十三届全国电子束·离子束·光子束学术年会 湖南·长沙 数字信号处理器(DSP)是该图形发生器的核心单元。在执行曝光操作时，DSP接收由控制计算机 (上位机)发送的曝光文件数据，将其转化为最终曝光