掩模图形切割方式对曝光时间的影响研究

张 鹏，魏晓群，胡 超

（无锡中微掩模电子有限公司，江苏无锡 214000）

掩模图形切割方式对曝光时间的影响研究

张 鹏，魏晓群，胡 超

（无锡中微掩模电子有限公司，江苏无锡 214000）

掩模生产过程中，数据处理为至关重要的一环，利用专用数据处理软件，将客户设计的图形数据进行图形分割后转换成满足不同曝光机台的数据格式。通过调整数据处理软件的相关参数来研究对激光束曝光机、电子束曝光机曝光数据图形切割方式（fracture）的影响。通过实验数据确认图形切割方式的改变对两种曝光机台曝光时间的影响，最后通过合理优化参数值，在保证图形稳定性的同时，缩短曝光机台曝光时间，达到提升生产效率的目的。

图形分割；参数；曝光时间

1 引言

Mask（掩模）是半导体集成电路制作时所需的一种模具，通过利用Mask上的图形，经曝光制程将图形复制于晶圆。掩模数据处理即使用专用数据处理软件，将客户设计的图形经过Boolean运算、Bias添加等操作后再进行Fracture操作图形分割，最终通过数字化的制造指令利用曝光机曝光于感光基材(Blank)，经显影制程使其表面产生透光与不透光的逻辑图形[1]。它关系到能否将客户数据按照客户要求准确无误地转换成机台所能识别的数据格式进行生产制造，确保最终的成品能够达到客户规定的要求。具体数据处理流程如图1所示。

图1 数据处理流程

曝光机的数据格式包括光栅型和可变电子束型，并且由于曝光机只能对长方形和三角形这类基础图形进行操作，而客户提供的版图数据主要由多边形构成，所以必须将原始数据进行图形分割（fracture）后才能输出曝光机能够识别的数据格式[2]。原始版图如图2所示，可发现图形分割后的版图数据由众多小的长方形构成。

图2 曝光机版图形式

2 激光束曝光数据Fracture研究

2.1 激光束曝光机原理

将曝光机台可识别的数据格式送到写头和电子控制模块进行写作业，由计算机控制写头和工件台的运行，控制激光写头在Y轴方向的扫描和X轴方向工件台的运行。激光写头通过圆形束斑进行光栅扫描，从而将曝光数据图形曝光于基板上。图3为激光曝光机的光栅扫描模式。

图3 激光曝光机的光栅扫描模式

2.2 Fracture分割实验

将5个相同图形放置于同一Mask上，分别对5个图形依次选择不同的参数，在曝光时每个pattern对应一个曝光文件，机台依次进行曝光作业，收集相关数据。实验参数设置如表1所示。

表1 不同设置参数下对曝光数据的影响

其中A～E分别表示5个图形的标号，Resolution为数据处理的格点，Height/Width定义了生成数据条的大小，Produce为生成数据的格式，曝光数据大小即曝光数据的字节大小，单位为byte，figures和slivers为曝光数据被分割成的图形个数。

A、B、C为一组，其中A为目前所用参数，B、C为分别调整Resolution和Height/Width，试验对分割情况的影响。A、B、C图形分割情况如图4所示。其中图4（a）是使用标准参数（序号A）和调整Resolution（序号B）的分割情况对比，图4（b）是使用标准参数（序号A）和调整Height/Width（序号C）的分割情况对比。

综合表1中的实验结果与分割情况说明，发现调整Resolution参数对数据大小和图形分割改变较大，调整Height/Width参数对数据大小和图形分割改变不大。

D、E调整Produce参数改变分割方式，试验数据的可用性图形分割情况如图5所示。

图4 序号A、B、C图形分割情况

综合表1中的实验结果与分割情况说明，发现通过Produce参数改变分割方式，对曝光数据文件的大小影响不大（仅仅减小了5%左右），在此基础上同时加大Resolution，曝光文件大小减小较多（减小33%左右）。

图5 序号A、D、E图形分割情况

选取两组不同字节大小的曝光实验数据，分别为6025与5009基板，6025共收集10个实验数据，5009共收集7个实验数据，图6和图7分别显示了不同尺寸基板的数据大小与曝光时间之间的关系，8寸线产品曝光时间与数据大小关系如图8所示。

图6 6寸Mask曝光时间与数据大小关系

图7 5寸Mask曝光时间与数据大小关系

图8 8寸线产品曝光时间与数据大小关系

综合上述实验，可以得出结论：通过改变专用数据处理软件参数可改变图形分割以及数据大小，但曝光数据字节大小对激光束曝光机曝光时间的影响不明显。

3 电子束曝光数据Fracture研究

3.1 电子束曝光机原理

电子束曝光机由电子枪产生电子束，通过透镜和角光阑形成电子束束斑，静电格式扫描器能快速变化束斑（如图9所示），矢量扫描后将曝光数据图形曝光于基板上。电子束曝光机是可变成型束矢量扫描光刻系统，可用于大批量掩模制造中，具有精度高、分辨率高等特点。

图9 激光束曝光机可变束斑扫描方式

3.2 Fracture分割实验

3.2.1 不同曝光参数对简单规则图形分割情况的影响

选取同一简单规则图形数据分别设置不同的曝光参数，研究曝光参数与图形分割情况之间的关系。通过调整OPTIMIZE参数生成A、B、C 3组数据，观察图形Fracture分割情况，实验结果如表2所示。

表2 简单规则图形Fracture分割实验结果

表2中参数OPTIMIZE用于优化图形分割，shot_max为配合OPTIMIZE参数使用的数值，图形shot数目表示图形切割的数目。图形分割情况如图10所示。

由A、B、C 3组数据可以看出，参数OPTIMIZE的改变对此类简单规则图形的切割情况基本无影响。

图10 不同参数的简单规则图形分割情况

3.2.2 不同曝光参数对不规则图形分割情况的影响

选取同一不规则图形数据分别设置不同的曝光参数，研究曝光参数与图形分割情况之间的关系。通过调整OPTIMIZE参数生成A、B、C 3组数据，观察图形Fracture分割情况，实验结果如表3所示。

表3中参数OPTIMIZE用于优化图形分割，shot_max为配合OPTIMIZE参数使用的数值，图形shot数目表示图形切割的数目。图形分割情况如图11所示。

表3 不规则图形Fracture分割实验结果

图11 不同参数的不规则图形分割情况

由A、B、C 3组数据可以看出，参数OPTIMIZE改变对此类不规则图形的切割情况有所影响，在其余参数相同的情况下，OPTIMIZE=0时图形Fracture分割shot数最多，OPTIMIZE=2时图形Fracture分割shot数最少。

3.3 Fracture参数优化

3.3.1 对同一面积不规则图形调整shot_max

通过上述实验可知OPTIMIZE=2时图形Fracture切割shot数目最少，保证OPTIMIZE=2条件不变，选取上述实验中的不规则图形（图形面积17mm×14mm），通过对不同shot_max参数的5组实验数据进行研究，比较shot_max值与Fracture图形分割、数据大小、曝光时间的关系。实验结果如表4所示。

由实验结果可以得出：

（1）从A～D 4组数据可知，在一定范围内随着shot_max的增长，Fracture图形分割数目随之增加，从而影响数据字节大小；从D～E 2组数据变化可看出，一定范围内随着shot_max的增长，Fracture图形分割数目有所减少，从而影响数据字节大小；由此可见，调整shot_max参数对Fracture图形分割数目有所影响，在一定范围内呈现递增现象，到达峰值后出现减少。

（2）由A～E 5组数据可以看出，调整shot_max参数对曝光时间影响不明显，数据字节大小对曝光时间影响不明显。

3.3.2 对不同面积不规则图形调整shot_max

选取上述实验中的不规则图形（图形面积变为143 mm×135 mm），通过调整不同的shot_max参数，比较相同图形的情况下图形面积变大后shot_max值与Fracture图形分割、曝光时间、数据处理时间的关系。实验结果如表5所示。

表4 不同shot_max参数下Fracture图形分割、数据大小、曝光时间

表5 不同shot_max参数Fracture图形分割、曝光时间、数据处理时间

由实验结果可知：

（1）调整图形shot_max参数对图形分割数目有所影响，当shot_max=2时分割的图形数据最少；

（2）曝光机台曝光时间与图形分割数目的变化趋势相同；图形分割数目越多，曝光时间越长；数据处理时间与图形分割数目的变化趋势相反，图形分割数目越多，曝光时间越短。

4 结论

通过以上实验可知，在准备曝光数据的过程中，激光束曝光机在保证图形不失真的情况下，可以通过Resolution参数的调整改变Fracture大小（仅限于对精度要求不高的产品）；电子束曝光机通过优化Fracture参数可缩短机台曝光时间，对原本图形简单切割较大的图形效率改善较小，对原本图形切割较小面积较大的图形有所改善，但同时数据处理时间将有所增加。

[1]Steffen Schulze,George E Bailey.Distributed processing in integrated data preparation flow[C].24thAnnual BACUS Symposium on PhotomaskTechonology,Proc SPIE,2004,5567:394-405.

[2]Andrew B Kahng,Xu Xu,Alex Zelikovsky.Yield-and Cost-Driven Fracuring for Variable Shaped-Beam Mask Writing[C].24thAnnual BACUS Symposium on Photomask Technology,Proc.SPIE,2004,5567:360-371.

张 鹏（1982—），男，山东海阳人，毕业于东南大学计算机系，中微掩模公司CAD部经理，主要从事掩模数据处理工作。

Influence of Mask Pattern Cutting Mode on Exposure Time

ZHANG Peng,WEI Xiaoqun,HU Chao
（Wuxi Zhongwei Mask Electronics Co Ltd,Wuxi 214000,China）

In the process of mask production,the data processing as a vital part,using the special data processing software to segment the graphic data of customer design into the data format of different exposure machines.In this paper,byadjusting the parameters of the data processing software to studythe influence of the laser beam exposure machine,electron beam exposure machine exposure data pattern cutting mode(fracture).The influence of the change of graphic cutting mode on the exposure time of two kinds of exposure machines is confirmed byexperimental data.Finally,through the reasonable optimization of the parameter value,in order to ensure the stability of the graphics,shorten the exposure time of the exposure machine,and ultimately achieve the purpose ofimprovingproductionefficiency.

graphpartition;parameter;exposure time

TN305.7

A

1681-1070（2017）11-0039-05

2017-07-19