基于LEDIT的STEP光刻版數據圖形自動排版

黃翔宇

（中國電子科技集團公司第五十五研究所 江蘇省南京市 210016）

1 引言

從晶體管問世至今，半導體技術的發展已有多半個世紀了，半導體芯片的集成化趨勢繼續遵循摩爾定律。光掩膜技術節點已經進入到5nm 時代。細線寬、高精度、高集成度、高效率的生產需求，將對半導體設備和工藝帶來巨大的挑戰。隨著我國半導體產業的發展，以集成電路為例，微光刻技術是集成電路中最關鍵的技術。集成電路芯片的生產需要進行多次光刻。在集成電路生產中提高產量與降低成本的有效方法之一是盡量地利用硅片面積。由于測量、控制、對準等各種標記圖形必須和集成電路芯片主圖形同時參與工藝處理，光刻版上圖形的布局[1]便極為關鍵和重要。

目前的光刻版布局是在EDA 軟件基礎上，由數據處理工程師進行圖形布局。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據處理的基礎功能，具體的布局仍然依賴于工程師的知識和經驗。Ledit 軟件提供C[2]和C++的程序開發接口，采用面向對象的編程方法，開發效率較高，本文采用C++對Ledit軟件進行二次開發，實現STEP 光刻版自動排布。

2 STEP光刻版數據圖形處理與布局

如圖1 所示：該圖為STEP 光刻版數據處理后的圖形。版圖主要由以下幾部分組成：

（1）chip 芯片：由設計公司提供芯片圖形，并由掩膜版制造公司對圖形進行放大5 倍操作；

（2）光刻對準標記：根據流片公司光刻機型號，如ASMIL、NIKON 等在標準位置進行標記繪制，并進行人工多點坐標核驗；

（3）光刻版版號和日期：由設計公司提供光刻版版號并添加該型號的設計日期，用于日后對光刻版進行管理；

（4）光刻版對應條形碼：根據流片公司光刻機型號，在CAD中使用Visual Lisp 開發工具中生成條形碼，并放置在光刻版中條形碼的掃碼識別區域；

（5）CDbar：由掩膜廠根據生產設備及檢測設備的測試需求，添加不同線寬、不同方向的關鍵尺寸測試圖形。根據檢測設備監測圖形線寬來判定光刻版是否滿足合格標準；

（6）圖形極性處理：根據設計需要，對數據圖形進行圖形極性反轉，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。

常規的處理方式是工程師根據工藝規則和數據排布經驗進行布局。例如：對圖形進行放大操作，并根據光刻機型號添加對應的對準標記、條形碼、CDbar、光刻版型號、日期、并確認是否對圖形進行極性反轉。在上述過程完畢后，對整個光刻版各區域的圖形與標記位置進行反復核對。

所以，傳統人工處理的布局有以下幾個特點：由于布局規則不同，版圖處理人員容易交叉記憶導致出錯率變高；布局的結果與工程師經驗有關且不具有重復性；相似的布局需要重復花費大量時間，布局速度與效率相對較低。

3 STEP光刻版自動排布的軟件實現

為解決目前人工布局問題，把傳統光掩膜數據處理方法與現代電子信息技術進行融合的方法變得十分重要。以客戶需求為導向編寫計算機程序，將條件輸入程序中，可自動處理并排布光刻版。與傳統人工布局方式相比，不僅能提高布局速度，而且能降低人為失誤風險。實現布局過程的自動化，將大大提高處理速度和準確度。軟件實現的基本流程圖如圖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

對已確認無誤的芯片區域進行放大處理，以匹配STEP 光刻機的后續生產要求。自動處理的計算過程為：首先，對芯片區域內所有數據進行選擇，建立一個合并單元；其次，對該單元進行放大操作。用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.2 添加光刻版對準標記

根據流片公司光刻機型號，在光刻機的曝光對準區域自動繪制對準標記。其計算過程為：首先，選擇流片廠商匹配的套刻對準標記；其次，調用其對應的圖形庫，并繪制在版圖的固定區域。用C++描述整個過程主要步驟如下：

圖2：光刻版自動排布的流程示意圖

3.3 添加光刻版條形碼

根據流片公司的光刻機型號，在版圖中的掃碼識別區域自動生成條形碼。以nikon 光刻機的條形碼為例，根據“39 碼”的編碼規則，繪制了一套掩膜版”a～z”,”0～9”等常用字符的條形碼生成器。然后根據型號要求生成對應的條形碼并放置到指定區域。用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.4 添加測試CDbar

掩膜廠根據生產設備及檢測設備的測試需求，添加不同類型的測試圖形，如圖3 所示。

圖3：測試CDbar

其計算過程為：首先，選擇生產設備及檢測設備匹配的套刻對準標記；其次，調用其對應的圖形庫，并繪制在版圖的固定區域。用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.5 添加光刻版版號及日期

由設計公司提供光刻版版號并添加該型號的設計日期，其計算過程為：首先，輸入光刻版的型號及日期；其次，根據設計公司的要求把對應的信息放置在光刻版的固定區域。用C++描述整個過程主要步驟如下：

3.6 圖形極性處理

根據設計公司的設計需要，對數據圖形進行圖形極性反轉，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。其計算過程為：首先，確認光刻版芯片區域的透光性；其次，確認芯片區域的曝光區域；最后，對整塊光刻版進行陰陽反轉自動邏輯處理。用C++描述整個過程主要步驟如下：

4 結束語

信息技術產業的基礎是計算機硬件和軟件，而計算機硬件是由大規模集成電路組成，在大規模集成電路中，生產制作流程中的最前沿、最關鍵部分是光掩膜部分。光掩膜是集成電路設計的載體，是半導體芯片制程中必不可少的“模具”。光掩膜工業是整個集成電路制造業的支柱產業，代表了集成電路制造業的發展水平。

隨著我國半導體工藝的快速發展，極大的推動了光掩膜產業。其尖端工藝用光掩膜的需求也呈現出快速上升趨勢。目前國外28nm 工藝用掩膜早已進入大生產階段，14nm 工藝用掩膜也從開發階段進入大批量生產。隨著設計圖形尺寸越來越小，設計數據容量越來越大，自動化數據處理模式迫在眉睫。本文通過對Ledit 軟件二次開發，采用面向對象的編程方法，編寫STEP 光刻版自動排布程序，大幅縮減光刻版版圖處理時間，縮短生產周期，有助于生產進度的安排，增加企業效益。