黃翔宇，馬協(xié)力，金焱驊

(中電國基南方集團有限公司，江蘇 南京 211153)

0 引言

光刻技術(shù)最早應(yīng)用于半導體分立器件和集成電路中的微細加工。光刻技術(shù)是現(xiàn)代半導體、微電子、信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)；在發(fā)光二極管、平板顯示、先進封裝、磁頭及精密傳感器等泛半導體行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著各行業(yè)技術(shù)的不斷提升，作為微電子技術(shù)工藝基礎(chǔ)的微光刻技術(shù)[1-3]在半導體器件和集成電路研制開發(fā)中的特征尺寸越來越小，加工尺寸逐步進入深亞微米、百納米以至納米級。微電子技術(shù)的核心是集成電路的制造技術(shù)，而集成電路的制造技術(shù)的第一步就是集成電路的電路設(shè)計技術(shù)。因此微光刻技術(shù)發(fā)展同樣也離不開電子設(shè)計自動化技術(shù)[4-7]的進步。Tanner Research Inc 公司開發(fā)的L-edit 軟件[8-10]提供了用戶編程接口UPI 供用戶擴展其功能，同時提供了大量的UPI 函數(shù)擴展命令集，極大地增加了L-Edit 軟件的版圖處理能力和靈活性。UPI 的核心是宏界面，宏可以是用C++文件，或編譯過的動態(tài)鏈接庫。這樣可以方便地和集成電路掩模版版圖編輯工具軟件L-edit 連接，彌補現(xiàn)有的掩模版版圖處理體系[11-14]中人工繪制版圖這個薄弱環(huán)節(jié)，極大地提高了目前集成電路版圖設(shè)計工具軟件[15]繪圖效率與準確度，使其更能適用于微電子、微光學、發(fā)光二極管等微光刻領(lǐng)域的高集成度復雜圖形設(shè)計。本文采用C++對L-edit 軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)微光刻領(lǐng)域的高集成度復雜版圖的快速處理功能。

1 高集成度多標記光刻版版圖的常規(guī)處理與布局

高集成度多標記光刻版版圖處理包含chip 芯片及標記排布和版號及芯粒數(shù)兩部分。如圖1 所示，chip 芯片及標記排布由chip 芯片排布、光刻機對準標記排布和分選標記排布構(gòu)成。

Chip 芯片排布流程：首先，對主芯片圖形進行預處理，并對處理后的圖形新建一個cell 單元以減少后續(xù)總圖數(shù)據(jù)量；其次，對該cell 進行陣列并放置在第一象限，根據(jù)分布圖進行圓形或任意多邊形刪除多余芯粒；再次，對上述組圖復制后，在x、y 軸方向分別鏡像后，完成四個象限的芯粒分布；最后，根據(jù)分布圖中預留標記的位置依次刪除多余芯粒，完成chip 芯粒排布。

光刻機對準標記排布：首先，對光刻機對準標記圖形進行預處理，并對處理后的圖形創(chuàng)建cell 單元；其次，根據(jù)分布圖中光刻版對準標記的位置，把上述cell 移動到對應(yīng)位置；最后，通過多次復制加移動操作，完成若干個對準標記的排布。

分選標記排布：首先，對分選標記圖形進行預處理，并對處理后的圖形創(chuàng)建cell 單元；其次，根據(jù)分布圖中分選標記的位置，把上述cell 移動到對應(yīng)位置；最后，通過多次復制加移動操作，完成若干個分選標記的排布。

版號及芯粒數(shù)：首先，對各層光刻版版號分別繪制后移動到版圖的固定位置；其次，對光刻版版圖中所有有效芯粒數(shù)進行分行或者分列計數(shù)并最終相加完成芯粒數(shù)統(tǒng)計；最后，把統(tǒng)計的芯粒數(shù)按要求繪制后移動到版圖的指定位置。如圖2 所示，在上述繪圖步驟完畢后，對整個光刻版芯粒排布及標記排布反復進行圖形與位置比對，同時檢查光刻版版號是否對應(yīng)，并核查芯粒數(shù)是否統(tǒng)計正確。

圖2 高集成度多標記光刻版布局

通過上述版圖處理過程可以發(fā)現(xiàn)，對于高集成度多標記光刻版版圖的傳統(tǒng)處理方法有以下幾個特點：首先，分布圖隨不同工藝而有所不同，版圖處理人員在處理幾十萬芯粒篩選時容易錯選、漏選，同時布局速度與版圖繪制效率極低；其次，光刻機對準標記與分選標記的放置對于多標記光刻版處理時，由于需要精確定位，耗時較長且由于疲勞容易與芯粒圖形區(qū)域重疊；最后，人工統(tǒng)計芯粒數(shù)耗時長且極容易計算錯誤，導致后續(xù)產(chǎn)品成品率計算偏差從而影響企業(yè)效益。

2 高集成度多標記光刻版版圖的自動化快速處理功能模塊

如圖3 所示，高集成度多標記光刻版版圖自動化處理功能模塊主要分為：chip 芯片排布模塊、標記排布模塊、芯粒數(shù)統(tǒng)計模塊和自動版號模塊。利用以上各功能模塊可以大幅提升高集成度多標記光刻版版圖的排布速度與準確度。

圖3 高集成度多標記光刻版版圖自動化處理功能模塊

2.1 chip 芯片排布模塊

對主芯片按分布圖要求進行自動排布，得到貼合分布圖的芯片排布。其程序原理為：首先，對chip 芯片按曝光范圍要求自動計算x、y 方向的陣列個數(shù)并形成方形陣列排布；其次，對任意多邊形的分布圖內(nèi)的芯粒自動進行篩選，本文采用射線法判定，即以待判斷點為原點做水平向右的射線，如果該射線與多邊形的交點數(shù)為奇數(shù)，則點在多邊形內(nèi)；最后，對標記位置的無效芯粒進行刪除得到最終chip 芯片的排布。用C++描述上述過程的主要步驟如下：

2.2 標記排布模塊

對光刻機標記及分選標記按分布圖要求進行自動排布。其程序原理為：首先，按標記分布區(qū)域捕捉若干光刻機對準標記的x、y 坐標，并建立光刻機對準標記例化體1；其次，按標記分布區(qū)域捕捉若干分選標記的x、y坐標，并建立分選標記例化體2；再次，通過計算各光刻機對準標記位置與例化體1 的位置差，移動例化體1，并重復若干次上述操作完成光刻機對準標記排布；最后，通過計算各分選標記位置與例化體2 的位置差，移動例化體2，并重復若干次完成分選標記排布。用C++描述上述過程的主要步驟如下：

2.3 芯粒數(shù)統(tǒng)計模塊

對光刻版版圖中所有有效芯粒數(shù)進行自動統(tǒng)計并繪制在光刻版版圖中。其程序原理為：首先，捕捉芯粒的輪廓參數(shù)；其次，由于芯粒的操作都是建立在cell 的基礎(chǔ)上，通過遍歷全部圖形集，確定與芯粒輪廓參數(shù)相同的cell 單元并統(tǒng)計其數(shù)量；最后，自動繪制最終統(tǒng)計數(shù)并放置到版圖的指定位置。用C++描述上述過程的主要步驟如下：

2.4 自動版號模塊

把光刻版版號自動繪制在光刻版的指定位置。其程序原理為：首先，把各層光刻版版號填寫在txt 文檔中；其次，在各層光刻版版號字符后邊自動添加計算機系統(tǒng)時間；最后，把最終各層版號自動繪制并放置到版圖的指定位置。用C++描述上述過程的主要步驟如下：

3 結(jié)論

微光刻圖形數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)是微光刻技術(shù)的一個重要部分，也是微電子工藝技術(shù)中的一個重要環(huán)節(jié)。隨著微電子技術(shù)不斷從微米級向深亞微米級、百納米級以至納米級發(fā)展，先進掩模制造以及眾多微納加工的微細圖形加工技術(shù)中，圖形數(shù)據(jù)處理技術(shù)的計算量與復雜度越來越大，尤其是在微電子、微光學、微機械等微光刻領(lǐng)域的復雜圖形設(shè)計。

本文通過對L-edit 軟件二次開發(fā)，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，編寫高集成度多標記光刻版版圖的自動化快速處理功能模塊。這些模塊可以方便地和集成電路掩模版版圖編輯工具L-edit 連接，極大地提升了光刻版版圖設(shè)計工具的繪圖功能，使其更能適用于微電子、微光學、微機械等微光刻領(lǐng)域的復雜圖形設(shè)計；大幅縮減高集成度多標記光刻版版圖的排布時間，提高版圖繪制的準確度，有助于加快企業(yè)生產(chǎn)進度，最終提升企業(yè)效益。