黃翔宇

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所 江蘇省南京市 210016）

1 引言

從晶體管問(wèn)世至今，半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展已有多半個(gè)世紀(jì)了，半導(dǎo)體芯片的集成化趨勢(shì)繼續(xù)遵循摩爾定律。光掩膜技術(shù)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入到5nm 時(shí)代。細(xì)線寬、高精度、高集成度、高效率的生產(chǎn)需求，將對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備和工藝帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。隨著我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以集成電路為例，微光刻技術(shù)是集成電路中最關(guān)鍵的技術(shù)。集成電路芯片的生產(chǎn)需要進(jìn)行多次光刻。在集成電路生產(chǎn)中提高產(chǎn)量與降低成本的有效方法之一是盡量地利用硅片面積。由于測(cè)量、控制、對(duì)準(zhǔn)等各種標(biāo)記圖形必須和集成電路芯片主圖形同時(shí)參與工藝處理，光刻版上圖形的布局[1]便極為關(guān)鍵和重要。

目前的光刻版布局是在EDA 軟件基礎(chǔ)上，由數(shù)據(jù)處理工程師進(jìn)行圖形布局。常用的軟件有CATS 軟件與Virtuoso 軟件。但這些軟件只提供了版圖數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)功能，具體的布局仍然依賴于工程師的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。Ledit 軟件提供C[2]和C++的程序開發(fā)接口，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，開發(fā)效率較高，本文采用C++對(duì)Ledit軟件進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)STEP 光刻版自動(dòng)排布。

2 STEP光刻版數(shù)據(jù)圖形處理與布局

如圖1 所示：該圖為STEP 光刻版數(shù)據(jù)處理后的圖形。版圖主要由以下幾部分組成：

（1）chip 芯片：由設(shè)計(jì)公司提供芯片圖形，并由掩膜版制造公司對(duì)圖形進(jìn)行放大5 倍操作；

（2）光刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記：根據(jù)流片公司光刻機(jī)型號(hào)，如ASMIL、NIKON 等在標(biāo)準(zhǔn)位置進(jìn)行標(biāo)記繪制，并進(jìn)行人工多點(diǎn)坐標(biāo)核驗(yàn)；

（3）光刻版版號(hào)和日期：由設(shè)計(jì)公司提供光刻版版號(hào)并添加該型號(hào)的設(shè)計(jì)日期，用于日后對(duì)光刻版進(jìn)行管理；

（4）光刻版對(duì)應(yīng)條形碼：根據(jù)流片公司光刻機(jī)型號(hào)，在CAD中使用Visual Lisp 開發(fā)工具中生成條形碼，并放置在光刻版中條形碼的掃碼識(shí)別區(qū)域；

（5）CDbar：由掩膜廠根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試需求，添加不同線寬、不同方向的關(guān)鍵尺寸測(cè)試圖形。根據(jù)檢測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)圖形線寬來(lái)判定光刻版是否滿足合格標(biāo)準(zhǔn)；

（6）圖形極性處理：根據(jù)設(shè)計(jì)需要，對(duì)數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行圖形極性反轉(zhuǎn)，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。

常規(guī)的處理方式是工程師根據(jù)工藝規(guī)則和數(shù)據(jù)排布經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布局。例如：對(duì)圖形進(jìn)行放大操作，并根據(jù)光刻機(jī)型號(hào)添加對(duì)應(yīng)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記、條形碼、CDbar、光刻版型號(hào)、日期、并確認(rèn)是否對(duì)圖形進(jìn)行極性反轉(zhuǎn)。在上述過(guò)程完畢后，對(duì)整個(gè)光刻版各區(qū)域的圖形與標(biāo)記位置進(jìn)行反復(fù)核對(duì)。

所以，傳統(tǒng)人工處理的布局有以下幾個(gè)特點(diǎn)：由于布局規(guī)則不同，版圖處理人員容易交叉記憶導(dǎo)致出錯(cuò)率變高；布局的結(jié)果與工程師經(jīng)驗(yàn)有關(guān)且不具有重復(fù)性；相似的布局需要重復(fù)花費(fèi)大量時(shí)間，布局速度與效率相對(duì)較低。

3 STEP光刻版自動(dòng)排布的軟件實(shí)現(xiàn)

為解決目前人工布局問(wèn)題，把傳統(tǒng)光掩膜數(shù)據(jù)處理方法與現(xiàn)代電子信息技術(shù)進(jìn)行融合的方法變得十分重要。以客戶需求為導(dǎo)向編寫計(jì)算機(jī)程序，將條件輸入程序中，可自動(dòng)處理并排布光刻版。與傳統(tǒng)人工布局方式相比，不僅能提高布局速度，而且能降低人為失誤風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)現(xiàn)布局過(guò)程的自動(dòng)化，將大大提高處理速度和準(zhǔn)確度。軟件實(shí)現(xiàn)的基本流程圖如圖2 所示。

圖1：STEP 光刻版版圖

3.1 STEP光刻版中chip芯片的放大處理

對(duì)已確認(rèn)無(wú)誤的芯片區(qū)域進(jìn)行放大處理，以匹配STEP 光刻機(jī)的后續(xù)生產(chǎn)要求。自動(dòng)處理的計(jì)算過(guò)程為：首先，對(duì)芯片區(qū)域內(nèi)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，建立一個(gè)合并單元；其次，對(duì)該單元進(jìn)行放大操作。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

3.2 添加光刻版對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記

根據(jù)流片公司光刻機(jī)型號(hào)，在光刻機(jī)的曝光對(duì)準(zhǔn)區(qū)域自動(dòng)繪制對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。其計(jì)算過(guò)程為：首先，選擇流片廠商匹配的套刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；其次，調(diào)用其對(duì)應(yīng)的圖形庫(kù)，并繪制在版圖的固定區(qū)域。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

圖2：光刻版自動(dòng)排布的流程示意圖

3.3 添加光刻版條形碼

根據(jù)流片公司的光刻機(jī)型號(hào)，在版圖中的掃碼識(shí)別區(qū)域自動(dòng)生成條形碼。以nikon 光刻機(jī)的條形碼為例，根據(jù)“39 碼”的編碼規(guī)則，繪制了一套掩膜版”a～z”,”0～9”等常用字符的條形碼生成器。然后根據(jù)型號(hào)要求生成對(duì)應(yīng)的條形碼并放置到指定區(qū)域。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

3.4 添加測(cè)試CDbar

掩膜廠根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備的測(cè)試需求，添加不同類型的測(cè)試圖形，如圖3 所示。

圖3：測(cè)試CDbar

其計(jì)算過(guò)程為：首先，選擇生產(chǎn)設(shè)備及檢測(cè)設(shè)備匹配的套刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；其次，調(diào)用其對(duì)應(yīng)的圖形庫(kù)，并繪制在版圖的固定區(qū)域。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

3.5 添加光刻版版號(hào)及日期

由設(shè)計(jì)公司提供光刻版版號(hào)并添加該型號(hào)的設(shè)計(jì)日期，其計(jì)算過(guò)程為：首先，輸入光刻版的型號(hào)及日期；其次，根據(jù)設(shè)計(jì)公司的要求把對(duì)應(yīng)的信息放置在光刻版的固定區(qū)域。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

3.6 圖形極性處理

根據(jù)設(shè)計(jì)公司的設(shè)計(jì)需要，對(duì)數(shù)據(jù)圖形進(jìn)行圖形極性反轉(zhuǎn)，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。其計(jì)算過(guò)程為：首先，確認(rèn)光刻版芯片區(qū)域的透光性；其次，確認(rèn)芯片區(qū)域的曝光區(qū)域；最后，對(duì)整塊光刻版進(jìn)行陰陽(yáng)反轉(zhuǎn)自動(dòng)邏輯處理。用C++描述整個(gè)過(guò)程主要步驟如下：

4 結(jié)束語(yǔ)

信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)硬件和軟件，而計(jì)算機(jī)硬件是由大規(guī)模集成電路組成，在大規(guī)模集成電路中，生產(chǎn)制作流程中的最前沿、最關(guān)鍵部分是光掩膜部分。光掩膜是集成電路設(shè)計(jì)的載體，是半導(dǎo)體芯片制程中必不可少的“模具”。光掩膜工業(yè)是整個(gè)集成電路制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，代表了集成電路制造業(yè)的發(fā)展水平。

隨著我國(guó)半導(dǎo)體工藝的快速發(fā)展，極大的推動(dòng)了光掩膜產(chǎn)業(yè)。其尖端工藝用光掩膜的需求也呈現(xiàn)出快速上升趨勢(shì)。目前國(guó)外28nm 工藝用掩膜早已進(jìn)入大生產(chǎn)階段，14nm 工藝用掩膜也從開發(fā)階段進(jìn)入大批量生產(chǎn)。隨著設(shè)計(jì)圖形尺寸越來(lái)越小，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)容量越來(lái)越大，自動(dòng)化數(shù)據(jù)處理模式迫在眉睫。本文通過(guò)對(duì)Ledit 軟件二次開發(fā)，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，編寫STEP 光刻版自動(dòng)排布程序，大幅縮減光刻版版圖處理時(shí)間，縮短生產(chǎn)周期，有助于生產(chǎn)進(jìn)度的安排，增加企業(yè)效益。