高集成度多标记光刻版版图的快速处理技术

黄翔宇，马协力，金焱骅

(中电国基南方集团有限公司，江苏 南京 211153)

0 引言

光刻技术最早应用于半导体分立器件和集成电路中的微细加工。光刻技术是现代半导体、微电子、信息产业的基础；在发光二极管、平板显示、先进封装、磁头及精密传感器等泛半导体行业中有着广泛的应用。随着各行业技术的不断提升，作为微电子技术工艺基础的微光刻技术[1-3]在半导体器件和集成电路研制开发中的特征尺寸越来越小，加工尺寸逐步进入深亚微米、百纳米以至纳米级。微电子技术的核心是集成电路的制造技术，而集成电路的制造技术的第一步就是集成电路的电路设计技术。因此微光刻技术发展同样也离不开电子设计自动化技术[4-7]的进步。Tanner Research Inc 公司开发的L-edit 软件[8-10]提供了用户编程接口UPI 供用户扩展其功能，同时提供了大量的UPI 函数扩展命令集，极大地增加了L-Edit 软件的版图处理能力和灵活性。UPI 的核心是宏界面，宏可以是用C++文件，或编译过的动态链接库。这样可以方便地和集成电路掩模版版图编辑工具软件L-edit 连接，弥补现有的掩模版版图处理体系[11-14]中人工绘制版图这个薄弱环节，极大地提高了目前集成电路版图设计工具软件[15]绘图效率与准确度，使其更能适用于微电子、微光学、发光二极管等微光刻领域的高集成度复杂图形设计。本文采用C++对L-edit 软件进行二次开发，实现微光刻领域的高集成度复杂版图的快速处理功能。

1 高集成度多标记光刻版版图的常规处理与布局

高集成度多标记光刻版版图处理包含chip 芯片及标记排布和版号及芯粒数两部分。如图1 所示，chip 芯片及标记排布由chip 芯片排布、光刻机对准标记排布和分选标记排布构成。

Chip 芯片排布流程：首先，对主芯片图形进行预处理，并对处理后的图形新建一个cell 单元以减少后续总图数据量；其次，对该cell 进行阵列并放置在第一象限，根据分布图进行圆形或任意多边形删除多余芯粒；再次，对上述组图复制后，在x、y 轴方向分别镜像后，完成四个象限的芯粒分布；最后，根据分布图中预留标记的位置依次删除多余芯粒，完成chip 芯粒排布。

光刻机对准标记排布：首先，对光刻机对准标记图形进行预处理，并对处理后的图形创建cell 单元；其次，根据分布图中光刻版对准标记的位置，把上述cell 移动到对应位置；最后，通过多次复制加移动操作，完成若干个对准标记的排布。

分选标记排布：首先，对分选标记图形进行预处理，并对处理后的图形创建cell 单元；其次，根据分布图中分选标记的位置，把上述cell 移动到对应位置；最后，通过多次复制加移动操作，完成若干个分选标记的排布。

版号及芯粒数：首先，对各层光刻版版号分别绘制后移动到版图的固定位置；其次，对光刻版版图中所有有效芯粒数进行分行或者分列计数并最终相加完成芯粒数统计；最后，把统计的芯粒数按要求绘制后移动到版图的指定位置。如图2 所示，在上述绘图步骤完毕后，对整个光刻版芯粒排布及标记排布反复进行图形与位置比对，同时检查光刻版版号是否对应，并核查芯粒数是否统计正确。

图2 高集成度多标记光刻版布局

通过上述版图处理过程可以发现，对于高集成度多标记光刻版版图的传统处理方法有以下几个特点：首先，分布图随不同工艺而有所不同，版图处理人员在处理几十万芯粒筛选时容易错选、漏选，同时布局速度与版图绘制效率极低；其次，光刻机对准标记与分选标记的放置对于多标记光刻版处理时，由于需要精确定位，耗时较长且由于疲劳容易与芯粒图形区域重叠；最后，人工统计芯粒数耗时长且极容易计算错误，导致后续产品成品率计算偏差从而影响企业效益。

2 高集成度多标记光刻版版图的自动化快速处理功能模块

如图3 所示，高集成度多标记光刻版版图自动化处理功能模块主要分为：chip 芯片排布模块、标记排布模块、芯粒数统计模块和自动版号模块。利用以上各功能模块可以大幅提升高集成度多标记光刻版版图的排布速度与准确度。

图3 高集成度多标记光刻版版图自动化处理功能模块

2.1 chip 芯片排布模块

对主芯片按分布图要求进行自动排布，得到贴合分布图的芯片排布。其程序原理为：首先，对chip 芯片按曝光范围要求自动计算x、y 方向的阵列个数并形成方形阵列排布；其次，对任意多边形的分布图内的芯粒自动进行筛选，本文采用射线法判定，即以待判断点为原点做水平向右的射线，如果该射线与多边形的交点数为奇数，则点在多边形内；最后，对标记位置的无效芯粒进行删除得到最终chip 芯片的排布。用C++描述上述过程的主要步骤如下：

2.2 标记排布模块

对光刻机标记及分选标记按分布图要求进行自动排布。其程序原理为：首先，按标记分布区域捕捉若干光刻机对准标记的x、y 坐标，并建立光刻机对准标记例化体1；其次，按标记分布区域捕捉若干分选标记的x、y坐标，并建立分选标记例化体2；再次，通过计算各光刻机对准标记位置与例化体1 的位置差，移动例化体1，并重复若干次上述操作完成光刻机对准标记排布；最后，通过计算各分选标记位置与例化体2 的位置差，移动例化体2，并重复若干次完成分选标记排布。用C++描述上述过程的主要步骤如下：

2.3 芯粒数统计模块

对光刻版版图中所有有效芯粒数进行自动统计并绘制在光刻版版图中。其程序原理为：首先，捕捉芯粒的轮廓参数；其次，由于芯粒的操作都是建立在cell 的基础上，通过遍历全部图形集，确定与芯粒轮廓参数相同的cell 单元并统计其数量；最后，自动绘制最终统计数并放置到版图的指定位置。用C++描述上述过程的主要步骤如下：

2.4 自动版号模块

把光刻版版号自动绘制在光刻版的指定位置。其程序原理为：首先，把各层光刻版版号填写在txt 文档中；其次，在各层光刻版版号字符后边自动添加计算机系统时间；最后，把最终各层版号自动绘制并放置到版图的指定位置。用C++描述上述过程的主要步骤如下：

3 结论

微光刻图形数据处理系统是微光刻技术的一个重要部分，也是微电子工艺技术中的一个重要环节。随着微电子技术不断从微米级向深亚微米级、百纳米级以至纳米级发展，先进掩模制造以及众多微纳加工的微细图形加工技术中，图形数据处理技术的计算量与复杂度越来越大，尤其是在微电子、微光学、微机械等微光刻领域的复杂图形设计。

本文通过对L-edit 软件二次开发，采用面向对象的编程方法，编写高集成度多标记光刻版版图的自动化快速处理功能模块。这些模块可以方便地和集成电路掩模版版图编辑工具L-edit 连接，极大地提升了光刻版版图设计工具的绘图功能，使其更能适用于微电子、微光学、微机械等微光刻领域的复杂图形设计；大幅缩减高集成度多标记光刻版版图的排布时间，提高版图绘制的准确度，有助于加快企业生产进度，最终提升企业效益。