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基于有限狀態(tài)機模型的光刻版圖自動布局系統(tǒng)

發(fā)布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):785

粟鵬義1，陳開盛2 ，曹莊琪1
（1.上海交通大學，上海 200030；2.上海光刻電子科技有限公司，上海 200052）
摘要：采用有限狀態(tài)機模型設計了集成電路光刻版上各個圖形布局的自動系統(tǒng)。將布局的各個階段定義為不同的狀態(tài)，布局規(guī)則定義為觸發(fā)條件，組成一個有限狀態(tài)機�；诖四Ｐ偷挠嬎銠C自動布局系統(tǒng)能自動完成圖形在光刻版上的布局，充分利用硅圓片面積并給出布局報告。

關鍵詞：有限狀態(tài)機；光刻版；電子設計自動化；集成電路

中圖分類號： tp391.7;tn305.7 文獻標識碼： a 文章編號：1003-353x(2003)10-0024-03

1引言

在集成電路的生產(chǎn)中，光刻是非常重要和關鍵的步驟。一般一個集成電路芯片的生產(chǎn)需要經(jīng)過多次光刻。目前的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中，廣泛使用６英寸（150mm）和８英寸（200mm）的硅圓片，也有的使用了12英寸(300mm)的硅圓片，而特征線寬則越來越小，從微米級（1~3mm）到目前的超深亞微米（小于0.25 mm），目前90nm（0.09mm）的器件也已經(jīng)開始了批量生產(chǎn) 。這其中一個重要的推動力便是隨著單個芯片的規(guī)模越來越大，芯片面積并沒有隨著顯著增長，從而成本也沒有上升到不
能接受的程度。

在集成電路生產(chǎn)中提高產(chǎn)量降低單位芯片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便極為關鍵和重要。

在光刻版上，芯片的布局方式直接影響到最終一片硅圓片能制成多少個芯片。同時由于光刻工藝本身需要一些控制，如曝光量，需要把相應的控制圖形也考慮到布局中去。另外由于存在多次光刻，每次光刻的位置必須精確對準，相應的控制圖形也必須布局在光刻版上。其他的測量圖形，如測量特征線寬的圖形也必須在光刻版圖上占有一定位置的。分割芯片的劃片槽也有一定的寬度要求。

目前的光刻版布局是在eda軟件基礎上，由數(shù)據(jù)處理工程師進行圖形布局。常用的軟件有numerical technologies 公司的cats軟件。另外cadence 公司的virtuoso 軟件也可以進行類似工作。但這些軟件只提供了數(shù)據(jù)處理功能，具體的布局仍然依賴于工程師的知識和經(jīng)驗。

2光刻版圖形布局

圖1是一個已經(jīng)完成了布局的用于ultratech光刻機的1倍光刻版圖示意圖。


圖中橫向劃片槽的寬度是200mm，縱向劃片槽的寬度是100mm。①是對準標記，呈對稱地左右各一個，②是游標，也是呈對稱地左右各一個，它們都放在第一個橫向的劃片槽里。③是測試鍵，由于它的高度尺寸大于200 mm，不能放入劃片槽，所以去掉了兩個主芯片來放置它，對稱地左右各一個共占用了4個主芯片。④是關鍵尺寸測量圖形， 總共放置3列，占據(jù)7行橫向劃片槽。⑤是主芯片圖形，8行16列，共124個。

對于其他系列光刻機所用的光刻版，如nikon, asm, cannon等，情形也是類似的。一般盡量將各種控制、測量、對準等圖形放在劃片槽中。

在進行芯片布局時，目前的處理流程是，在 x方向和y方向重復放置芯片的主圖形，每行/列芯片之間為劃片槽. 其他用于控制測量，對準等的圖形則盡量放置在劃片槽的位置，除非劃片槽的位置太小，則需要占用芯片主圖形的位置來放。這樣最終生產(chǎn)出來的芯片總數(shù)就將減少，帶來的則是成本的上升。另外由于工藝的要求，有些圖形的放置必須遵循工藝規(guī)則。

總結(jié)起來，集成電路光刻版圖布局的要求為：放置芯片主圖形，使最終放置的芯片盡可能地多；放置控制測量和對準的圖形，盡量不占用芯片主圖形的位置；滿足工藝規(guī)則。

目前的處理方式是工程師按照工藝規(guī)則和自己積累的經(jīng)驗進行布局。例如，根據(jù)要放置的控制測量和對準圖形，芯片主圖形和劃片槽的要求來決定 x和y方向芯片主圖形的放置以及是否需要占用主圖形的位置來放置控制測量和對準圖形�？刂茰y量和對準圖形的具體位置則在滿足工藝規(guī)則前題下可以由工程師自己決定。

可以看出目前基于人工處理的布局有以下幾個特點：規(guī)則庫是須可擴充的，工藝規(guī)則隨不同工藝而有差別；布局結(jié)果與工程師的經(jīng)驗有關；布局結(jié)果不具有重復性，不同工程師的布局結(jié)果不同，甚至同一工程師對同一光刻版每次布局的結(jié)果也不相同。

3有限狀態(tài)機仿真模型

從以上的介紹可以知道，基本上可以將布局的過程歸納為以下幾個步驟：芯片主圖形x方向的排列，在排列時需要考慮劃片槽的寬度及邊緣的 overlay；芯片主圖形y方向的排列，在排列時需要考慮劃片槽的寬度及 

    粟鵬義1，陳開盛2 ，曹莊琪1
    （1.上海交通大學，上海 200030；2.上海光刻電子科技有限公司，上海 200052）
    摘要：采用有限狀態(tài)機模型設計了集成電路光刻版上各個圖形布局的自動系統(tǒng)。將布局的各個階段定義為不同的狀態(tài)，布局規(guī)則定義為觸發(fā)條件，組成一個有限狀態(tài)機�；诖四Ｐ偷挠嬎銠C自動布局系統(tǒng)能自動完成圖形在光刻版上的布局，充分利用硅圓片面積并給出布局報告。 
    關鍵詞：有限狀態(tài)機；光刻版；電子設計自動化；集成電路 
    中圖分類號： tp391.7;tn305.7 文獻標識碼： a 文章編號：1003-353x(2003)10-0024-03 

    1引言 
    在集成電路的生產(chǎn)中，光刻是非常重要和關鍵的步驟。一般一個集成電路芯片的生產(chǎn)需要經(jīng)過多次光刻。目前的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)中，廣泛使用６英寸（150mm）和８英寸（200mm）的硅圓片，也有的使用了12英寸(300mm)的硅圓片，而特征線寬則越來越小，從微米級（1~3mm）到目前的超深亞微米（小于0.25 mm），目前90nm（0.09mm）的器件也已經(jīng)開始了批量生產(chǎn) 。這其中一個重要的推動力便是隨著單個芯片的規(guī)模越來越大，芯片面積并沒有隨著顯著增長，從而成本也沒有上升到不 
    能接受的程度。 
    在集成電路生產(chǎn)中提高產(chǎn)量降低單位芯片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便極為關鍵和重要。 
    在光刻版上，芯片的布局方式直接影響到最終一片硅圓片能制成多少個芯片。同時由于光刻工藝本身需要一些控制，如曝光量，需要把相應的控制圖形也考慮到布局中去。另外由于存在多次光刻，每次光刻的位置必須精確對準，相應的控制圖形也必須布局在光刻版上。其他的測量圖形，如測量特征線寬的圖形也必須在光刻版圖上占有一定位置的。分割芯片的劃片槽也有一定的寬度要求。 
    目前的光刻版布局是在eda軟件基礎上，由數(shù)據(jù)處理工程師進行圖形布局。常用的軟件有numerical technologies 公司的cats軟件。另外cadence 公司的virtuoso 軟件也可以進行類似工作。但這些軟件只提供了數(shù)據(jù)處理功能，具體的布局仍然依賴于工程師的知識和經(jīng)驗。 
    2光刻版圖形布局 
    圖1是一個已經(jīng)完成了布局的用于ultratech光刻機的1倍光刻版圖示意圖。

    圖中橫向劃片槽的寬度是200mm，縱向劃片槽的寬度是100mm。①是對準標記，呈對稱地左右各一個，②是游標，也是呈對稱地左右各一個，它們都放在第一個橫向的劃片槽里。③是測試鍵，由于它的高度尺寸大于200 mm，不能放入劃片槽，所以去掉了兩個主芯片來放置它，對稱地左右各一個共占用了4個主芯片。④是關鍵尺寸測量圖形， 總共放置3列，占據(jù)7行橫向劃片槽。⑤是主芯片圖形，8行16列，共124個。 
    對于其他系列光刻機所用的光刻版，如nikon, asm, cannon等，情形也是類似的。一般盡量將各種控制、測量、對準等圖形放在劃片槽中。 
    在進行芯片布局時，目前的處理流程是，在 x方向和y方向重復放置芯片的主圖形，每行/列芯片之間為劃片槽. 其他用于控制測量，對準等的圖形則盡量放置在劃片槽的位置，除非劃片槽的位置太小，則需要占用芯片主圖形的位置來放。這樣最終生產(chǎn)出來的芯片總數(shù)就將減少，帶來的則是成本的上升。另外由于工藝的要求，有些圖形的放置必須遵循工藝規(guī)則。 
    總結(jié)起來，集成電路光刻版圖布局的要求為：放置芯片主圖形，使最終放置的芯片盡可能地多；放置控制測量和對準的圖形，盡量不占用芯片主圖形的位置；滿足工藝規(guī)則。 
    目前的處理方式是工程師按照工藝規(guī)則和自己積累的經(jīng)驗進行布局。例如，根據(jù)要放置的控制測量和對準圖形，芯片主圖形和劃片槽的要求來決定 x和y方向芯片主圖形的放置以及是否需要占用主圖形的位置來放置控制測量和對準圖形。控制測量和對準圖形的具體位置則在滿足工藝規(guī)則前題下可以由工程師自己決定。 
    可以看出目前基于人工處理的布局有以下幾個特點：規(guī)則庫是須可擴充的，工藝規(guī)則隨不同工藝而有差別；布局結(jié)果與工程師的經(jīng)驗有關；布局結(jié)果不具有重復性，不同工程師的布局結(jié)果不同，甚至同一工程師對同一光刻版每次布局的結(jié)果也不相同。 
    3有限狀態(tài)機仿真模型 
    從以上的介紹可以知道，基本上可以將布局的過程歸納為以下幾個步驟：芯片主圖形x方向的排列，在排列時需要考慮劃片槽的寬度及邊緣的 overlay；芯片主圖形y方向的排列，在排列時需要考慮劃片槽的寬度及  
		 
	     
    
	   
	   
	   
    
	     
    
		 
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