基于LEDIT的STEP光刻版数据图形自动排版

黄翔宇

（中国电子科技集团公司第五十五研究所 江苏省南京市 210016）

1 引言

从晶体管问世至今，半导体技术的发展已有多半个世纪了，半导体芯片的集成化趋势继续遵循摩尔定律。光掩膜技术节点已经进入到5nm 时代。细线宽、高精度、高集成度、高效率的生产需求，将对半导体设备和工艺带来巨大的挑战。随着我国半导体产业的发展，以集成电路为例，微光刻技术是集成电路中最关键的技术。集成电路芯片的生产需要进行多次光刻。在集成电路生产中提高产量与降低成本的有效方法之一是尽量地利用硅片面积。由于测量、控制、对准等各种标记图形必须和集成电路芯片主图形同时参与工艺处理，光刻版上图形的布局[1]便极为关键和重要。

目前的光刻版布局是在EDA 软件基础上，由数据处理工程师进行图形布局。常用的软件有CATS 软件与Virtuoso 软件。但这些软件只提供了版图数据处理的基础功能，具体的布局仍然依赖于工程师的知识和经验。Ledit 软件提供C[2]和C++的程序开发接口，采用面向对象的编程方法，开发效率较高，本文采用C++对Ledit软件进行二次开发，实现STEP 光刻版自动排布。

2 STEP光刻版数据图形处理与布局

如图1 所示：该图为STEP 光刻版数据处理后的图形。版图主要由以下几部分组成：

（1）chip 芯片：由设计公司提供芯片图形，并由掩膜版制造公司对图形进行放大5 倍操作；

（2）光刻对准标记：根据流片公司光刻机型号，如ASMIL、NIKON 等在标准位置进行标记绘制，并进行人工多点坐标核验；

（3）光刻版版号和日期：由设计公司提供光刻版版号并添加该型号的设计日期，用于日后对光刻版进行管理；

（4）光刻版对应条形码：根据流片公司光刻机型号，在CAD中使用Visual Lisp 开发工具中生成条形码，并放置在光刻版中条形码的扫码识别区域；

（5）CDbar：由掩膜厂根据生产设备及检测设备的测试需求，添加不同线宽、不同方向的关键尺寸测试图形。根据检测设备监测图形线宽来判定光刻版是否满足合格标准；

（6）图形极性处理：根据设计需要，对数据图形进行图形极性反转，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。

常规的处理方式是工程师根据工艺规则和数据排布经验进行布局。例如：对图形进行放大操作，并根据光刻机型号添加对应的对准标记、条形码、CDbar、光刻版型号、日期、并确认是否对图形进行极性反转。在上述过程完毕后，对整个光刻版各区域的图形与标记位置进行反复核对。

所以，传统人工处理的布局有以下几个特点：由于布局规则不同，版图处理人员容易交叉记忆导致出错率变高；布局的结果与工程师经验有关且不具有重复性；相似的布局需要重复花费大量时间，布局速度与效率相对较低。

3 STEP光刻版自动排布的软件实现

为解决目前人工布局问题，把传统光掩膜数据处理方法与现代电子信息技术进行融合的方法变得十分重要。以客户需求为导向编写计算机程序，将条件输入程序中，可自动处理并排布光刻版。与传统人工布局方式相比，不仅能提高布局速度，而且能降低人为失误风险。实现布局过程的自动化，将大大提高处理速度和准确度。软件实现的基本流程图如图2 所示。

图1：STEP 光刻版版图

3.1 STEP光刻版中chip芯片的放大处理

对已确认无误的芯片区域进行放大处理，以匹配STEP 光刻机的后续生产要求。自动处理的计算过程为：首先，对芯片区域内所有数据进行选择，建立一个合并单元；其次，对该单元进行放大操作。用C++描述整个过程主要步骤如下：

3.2 添加光刻版对准标记

根据流片公司光刻机型号，在光刻机的曝光对准区域自动绘制对准标记。其计算过程为：首先，选择流片厂商匹配的套刻对准标记；其次，调用其对应的图形库，并绘制在版图的固定区域。用C++描述整个过程主要步骤如下：

图2：光刻版自动排布的流程示意图

3.3 添加光刻版条形码

根据流片公司的光刻机型号，在版图中的扫码识别区域自动生成条形码。以nikon 光刻机的条形码为例，根据“39 码”的编码规则，绘制了一套掩膜版”a～z”,”0～9”等常用字符的条形码生成器。然后根据型号要求生成对应的条形码并放置到指定区域。用C++描述整个过程主要步骤如下：

3.4 添加测试CDbar

掩膜厂根据生产设备及检测设备的测试需求，添加不同类型的测试图形，如图3 所示。

图3：测试CDbar

其计算过程为：首先，选择生产设备及检测设备匹配的套刻对准标记；其次，调用其对应的图形库，并绘制在版图的固定区域。用C++描述整个过程主要步骤如下：

3.5 添加光刻版版号及日期

由设计公司提供光刻版版号并添加该型号的设计日期，其计算过程为：首先，输入光刻版的型号及日期；其次，根据设计公司的要求把对应的信息放置在光刻版的固定区域。用C++描述整个过程主要步骤如下：

3.6 图形极性处理

根据设计公司的设计需要，对数据图形进行图形极性反转，即Clear-＞Dark 或Dark -＞Clear。其计算过程为：首先，确认光刻版芯片区域的透光性；其次，确认芯片区域的曝光区域；最后，对整块光刻版进行阴阳反转自动逻辑处理。用C++描述整个过程主要步骤如下：

4 结束语

信息技术产业的基础是计算机硬件和软件，而计算机硬件是由大规模集成电路组成，在大规模集成电路中，生产制作流程中的最前沿、最关键部分是光掩膜部分。光掩膜是集成电路设计的载体，是半导体芯片制程中必不可少的“模具”。光掩膜工业是整个集成电路制造业的支柱产业，代表了集成电路制造业的发展水平。

随着我国半导体工艺的快速发展，极大的推动了光掩膜产业。其尖端工艺用光掩膜的需求也呈现出快速上升趋势。目前国外28nm 工艺用掩膜早已进入大生产阶段，14nm 工艺用掩膜也从开发阶段进入大批量生产。随着设计图形尺寸越来越小，设计数据容量越来越大，自动化数据处理模式迫在眉睫。本文通过对Ledit 软件二次开发，采用面向对象的编程方法，编写STEP 光刻版自动排布程序，大幅缩减光刻版版图处理时间，缩短生产周期，有助于生产进度的安排，增加企业效益。