利用光刻機(jī)擋板優(yōu)化MPW光罩布局

文 燕

（深圳方正微電子有限公司，廣東 深圳，518116）

1 MPW的重要性

集成電路是電子工業(yè)的基礎(chǔ)，對電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、對產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力的提高和現(xiàn)代國防建設(shè)等都具有極其重要的意義。集成電路設(shè)計(jì)業(yè)則是集成電路產(chǎn)業(yè)鏈中的核心產(chǎn)業(yè)。制約集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個(gè)重要因素就是設(shè)計(jì)人才的缺乏和相對昂貴的芯片試制費(fèi)用。MPW（multiproject-wafer）是將多個(gè)具有相同工藝的集成電路設(shè)計(jì)放在同一圓片上流片[1]，流片費(fèi)用就由參加MPW的項(xiàng)目按芯片面積分擔(dān)，實(shí)驗(yàn)成本僅為原來的5%～10%，極大地降低了產(chǎn)品開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，降低了中小集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)起步時(shí)的門檻，降低了單次實(shí)驗(yàn)流片造成的資源嚴(yán)重浪費(fèi)。尤其在國內(nèi)，集成電路起步較晚，要投入很多的科研成本，有大批的中小集成電路設(shè)計(jì)企業(yè)正在起步，需要得到國內(nèi)foundry廠的大力支持，因而提供合理的光罩布局，降低MPW的成本，滿足各客戶的要求顯得尤為重要。

2 MPW光罩的常規(guī)布局

2.1 MPW流程

市場部向設(shè)計(jì)公司發(fā)布收集mask tooling的時(shí)間，市場部對mask tooling進(jìn)行匯總，發(fā)送mask tooling給光罩布局部門進(jìn)行布局，布局完后，數(shù)據(jù)發(fā)給制版廠進(jìn)行生產(chǎn)，foundry廠收到mask后進(jìn)行流片生產(chǎn)，芯片制造完成后，給封裝測試廠進(jìn)行切割封裝測試，見圖1。

2.2 MPW的常規(guī)布局

從上面的流程中可以看出，光罩布局是很重要的一環(huán)，在考慮布局緊湊的同時(shí)，我們需考慮客戶要求和切割要求。首先，我們根據(jù)客戶的芯片大小，設(shè)計(jì)好mask的尺寸，評估做幾合一的版。然后把mask分成幾個(gè)區(qū)域，每一區(qū)域里含有很多不同客戶的芯片。如可把mask分為四個(gè)區(qū)域（如圖2），這四個(gè)區(qū)域的長寬可根據(jù)如下的公式進(jìn)行計(jì)算（W為這個(gè)區(qū)域的寬度，H為這個(gè)區(qū)域的高度）[2]：

當(dāng)我們在布局時(shí)，需考慮劃片，因?yàn)槟壳按蟛糠址庋b測試廠劃片時(shí)只能沿著直線劃片，不能拐彎，所以我們的劃片槽要盡量對齊，以免劃片時(shí)損傷芯片，減少晶圓的流片數(shù)。這樣區(qū)域與區(qū)域之中的芯片可調(diào)換位置，必要時(shí)把芯片轉(zhuǎn)90°。

3 利用光刻機(jī)擋板優(yōu)化布局

國內(nèi)集成電路的設(shè)計(jì)還處在起步階段，各中小集成電路設(shè)計(jì)公司的要求不一，有些在實(shí)驗(yàn)階段僅需要晶圓，只需測CP，不要封裝測試，但給這家客戶的晶圓上不能有其他客戶的芯片，而且這家客戶測完CP后，如果功能很好，可利用此版多流一些片再進(jìn)行封裝測試，而不用重新做版，或者只改變其中的一塊版，如Code版，就可變成其他芯片。而常規(guī)的布局使我們無法滿足這些客戶的要求。然而我們利用光刻機(jī)擋板[3]（用來擋住一部分光，使只有部分光照到mask上）的巧妙設(shè)計(jì)，可達(dá)到這個(gè)要求。

假如A客戶（R11，R12，R21，R22）只需晶圓并有可能多次流片，那么我們可利用擋板與其他客戶隔開，A客戶芯片所排陣列（X×Y）可根據(jù)客戶所需的芯片數(shù)和曝光場的大小來定，示意圖見圖3。我們在曝光時(shí)，把上擋板移到blind區(qū)域，下?lián)醢逡频絪hot的下邊，只曝光A客戶的芯片區(qū)，這樣流片完的晶圓就只有A客戶的芯片，不會把其他客戶的芯片透露給A客戶，為其他客戶做到了很好的保密。然后上擋板移到shot的上邊，下?lián)醢逡频絙lind區(qū)域，這樣就得到了不包括A客戶在內(nèi)的其他客戶的芯片。對于帶Code的客戶，此種布局優(yōu)越性更明顯，如不同的地方可放置不同的Code層（見圖4），這樣就相當(dāng)于每一區(qū)域都是一顆新的芯片，如需某顆芯片多點(diǎn)可把不同的區(qū)域改為相同的Code，如code2用code1代替。

4 實(shí)例分析

某公司A參與了MPW的項(xiàng)目（此次流片有13家客戶），此公司有5顆芯片，而每顆芯片又有5個(gè)code，相當(dāng)于這個(gè)公司有25顆芯片須參加MPW，而且此公司不需要封裝后的芯片，只需晶圓，此晶圓上只能有A客戶的芯片。CP測試完后，如結(jié)果滿足客戶的要求，此公司將利用此版大量流片。根據(jù)前面的討論和客戶的要求，考慮到目前國內(nèi)的劃片一般只能沿直線進(jìn)行，所以進(jìn)行如下的布局，如圖5，而圖6不能滿足A客戶的要求。考慮到劃片情況，兩種布局需三片晶圓。對于I9尼康機(jī)，0.5μm工藝最大的曝光區(qū)域?yàn)?2mm（按15cm版算），此次可做四合一的版?；疑珔^(qū)域是客戶的芯片區(qū)（每顆芯片需要200顆），其他區(qū)域可劃掉。一片晶圓的shot數(shù)可這樣計(jì)算（shot大小見表1，在曝光時(shí)blind區(qū)域可通過光刻機(jī)檔板的移動(dòng)不曝在晶圓上，所以這兩種布局在晶圓上整個(gè)shot的大小是相同的）：

3.14×（75-3）×（75-3）/7.147×8.238≈276；

3.14×（75-3）×（75-3）/7.147×4.65≈489；

3.14×（75-3）×（75-3）/7.147×3.588≈634。

對于光罩布局優(yōu)化三，一片晶圓只流A客戶的芯片，這時(shí)曝光場只是blind下方的區(qū)域，此片晶圓的shot數(shù)為489，比常規(guī)布局多了213，只流除A客戶以外的其他客戶芯片時(shí)，曝光場只是blind上方的區(qū)域，曝光場縮小了很多，一片晶圓得到的shot數(shù)為634，比常規(guī)布局多了358，也就是說一片晶圓上有更多的芯片。A家客戶CP測試完后，有芯片滿足所需功能，于是利用此套mask繼續(xù)流片，節(jié)省一套mask的錢，而一套mask的錢往往占了一次流片費(fèi)用的大部分。一片晶圓上的芯片增多了，也就意味著單顆芯片的成本降低了，為客戶帶來了更多的利潤。

5 結(jié)論

在競爭日益激烈的市場形式下，常規(guī)的MPW布局無法滿足各客戶的要求，也無法最大限度降低開發(fā)成本，我們利用光刻機(jī)擋板的巧妙設(shè)計(jì)，把常規(guī)的布局分為上下兩部分，這樣在不增加流片晶圓的情形下，滿足了各客戶的要求；與此同時(shí)還可利用此套版不必重新制版即進(jìn)行大量流片，為客戶降低了很多流片費(fèi)用，促進(jìn)了國內(nèi)中小企業(yè)的發(fā)展，也為foundry廠贏得客戶和市場。

［1］王卉，孫玲玲，鄭立，馬駿，張曉紅. 電子類EDA教學(xué)中引入MPW計(jì)劃的研究與實(shí)踐[J]. 電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2005，27（2）.

［2］Kahng, Andrew B. Mandoiu, Ion, Xu, Xu, Zelikovsky.Alex Yield-driven multi-project reticle design and wafer dicing. 25th Annual BACUS Symposium on Photomask Technology[J]. 2005, 5992. 1247-1257.

［3］NIKON. Advanced System Operation Training Manual[P].4-6.