掩模圖形切割方式對曝光時間的影響研究

張 鵬，魏曉群，胡 超

（無錫中微掩模電子有限公司，江蘇無錫 214000）

掩模圖形切割方式對曝光時間的影響研究

張 鵬，魏曉群，胡 超

（無錫中微掩模電子有限公司，江蘇無錫 214000）

掩模生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)處理為至關(guān)重要的一環(huán)，利用專用數(shù)據(jù)處理軟件，將客戶設(shè)計的圖形數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形分割后轉(zhuǎn)換成滿足不同曝光機(jī)臺的數(shù)據(jù)格式。通過調(diào)整數(shù)據(jù)處理軟件的相關(guān)參數(shù)來研究對激光束曝光機(jī)、電子束曝光機(jī)曝光數(shù)據(jù)圖形切割方式（fracture）的影響。通過實驗數(shù)據(jù)確認(rèn)圖形切割方式的改變對兩種曝光機(jī)臺曝光時間的影響，最后通過合理優(yōu)化參數(shù)值，在保證圖形穩(wěn)定性的同時，縮短曝光機(jī)臺曝光時間，達(dá)到提升生產(chǎn)效率的目的。

圖形分割；參數(shù)；曝光時間

1 引言

Mask（掩模）是半導(dǎo)體集成電路制作時所需的一種模具，通過利用Mask上的圖形，經(jīng)曝光制程將圖形復(fù)制于晶圓。掩模數(shù)據(jù)處理即使用專用數(shù)據(jù)處理軟件，將客戶設(shè)計的圖形經(jīng)過Boolean運算、Bias添加等操作后再進(jìn)行Fracture操作圖形分割，最終通過數(shù)字化的制造指令利用曝光機(jī)曝光于感光基材(Blank)，經(jīng)顯影制程使其表面產(chǎn)生透光與不透光的邏輯圖形[1]。它關(guān)系到能否將客戶數(shù)據(jù)按照客戶要求準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)換成機(jī)臺所能識別的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行生產(chǎn)制造，確保最終的成品能夠達(dá)到客戶規(guī)定的要求。具體數(shù)據(jù)處理流程如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)處理流程

曝光機(jī)的數(shù)據(jù)格式包括光柵型和可變電子束型，并且由于曝光機(jī)只能對長方形和三角形這類基礎(chǔ)圖形進(jìn)行操作，而客戶提供的版圖數(shù)據(jù)主要由多邊形構(gòu)成，所以必須將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形分割（fracture）后才能輸出曝光機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)格式[2]。原始版圖如圖2所示，可發(fā)現(xiàn)圖形分割后的版圖數(shù)據(jù)由眾多小的長方形構(gòu)成。

圖2 曝光機(jī)版圖形式

2 激光束曝光數(shù)據(jù)Fracture研究

2.1 激光束曝光機(jī)原理

將曝光機(jī)臺可識別的數(shù)據(jù)格式送到寫頭和電子控制模塊進(jìn)行寫作業(yè)，由計算機(jī)控制寫頭和工件臺的運行，控制激光寫頭在Y軸方向的掃描和X軸方向工件臺的運行。激光寫頭通過圓形束斑進(jìn)行光柵掃描，從而將曝光數(shù)據(jù)圖形曝光于基板上。圖3為激光曝光機(jī)的光柵掃描模式。

圖3 激光曝光機(jī)的光柵掃描模式

2.2 Fracture分割實驗

將5個相同圖形放置于同一Mask上，分別對5個圖形依次選擇不同的參數(shù)，在曝光時每個pattern對應(yīng)一個曝光文件，機(jī)臺依次進(jìn)行曝光作業(yè)，收集相關(guān)數(shù)據(jù)。實驗參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 不同設(shè)置參數(shù)下對曝光數(shù)據(jù)的影響

其中A～E分別表示5個圖形的標(biāo)號，Resolution為數(shù)據(jù)處理的格點，Height/Width定義了生成數(shù)據(jù)條的大小，Produce為生成數(shù)據(jù)的格式，曝光數(shù)據(jù)大小即曝光數(shù)據(jù)的字節(jié)大小，單位為byte，figures和slivers為曝光數(shù)據(jù)被分割成的圖形個數(shù)。

A、B、C為一組，其中A為目前所用參數(shù)，B、C為分別調(diào)整Resolution和Height/Width，試驗對分割情況的影響。A、B、C圖形分割情況如圖4所示。其中圖4（a）是使用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（序號A）和調(diào)整Resolution（序號B）的分割情況對比，圖4（b）是使用標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（序號A）和調(diào)整Height/Width（序號C）的分割情況對比。

綜合表1中的實驗結(jié)果與分割情況說明，發(fā)現(xiàn)調(diào)整Resolution參數(shù)對數(shù)據(jù)大小和圖形分割改變較大，調(diào)整Height/Width參數(shù)對數(shù)據(jù)大小和圖形分割改變不大。

D、E調(diào)整Produce參數(shù)改變分割方式，試驗數(shù)據(jù)的可用性圖形分割情況如圖5所示。

圖4 序號A、B、C圖形分割情況

綜合表1中的實驗結(jié)果與分割情況說明，發(fā)現(xiàn)通過Produce參數(shù)改變分割方式，對曝光數(shù)據(jù)文件的大小影響不大（僅僅減小了5%左右），在此基礎(chǔ)上同時加大Resolution，曝光文件大小減小較多（減小33%左右）。

圖5 序號A、D、E圖形分割情況

選取兩組不同字節(jié)大小的曝光實驗數(shù)據(jù)，分別為6025與5009基板，6025共收集10個實驗數(shù)據(jù)，5009共收集7個實驗數(shù)據(jù)，圖6和圖7分別顯示了不同尺寸基板的數(shù)據(jù)大小與曝光時間之間的關(guān)系，8寸線產(chǎn)品曝光時間與數(shù)據(jù)大小關(guān)系如圖8所示。

圖6 6寸Mask曝光時間與數(shù)據(jù)大小關(guān)系

圖7 5寸Mask曝光時間與數(shù)據(jù)大小關(guān)系

圖8 8寸線產(chǎn)品曝光時間與數(shù)據(jù)大小關(guān)系

綜合上述實驗，可以得出結(jié)論：通過改變專用數(shù)據(jù)處理軟件參數(shù)可改變圖形分割以及數(shù)據(jù)大小，但曝光數(shù)據(jù)字節(jié)大小對激光束曝光機(jī)曝光時間的影響不明顯。

3 電子束曝光數(shù)據(jù)Fracture研究

3.1 電子束曝光機(jī)原理

電子束曝光機(jī)由電子槍產(chǎn)生電子束，通過透鏡和角光闌形成電子束束斑，靜電格式掃描器能快速變化束斑（如圖9所示），矢量掃描后將曝光數(shù)據(jù)圖形曝光于基板上。電子束曝光機(jī)是可變成型束矢量掃描光刻系統(tǒng)，可用于大批量掩模制造中，具有精度高、分辨率高等特點。

圖9 激光束曝光機(jī)可變束斑掃描方式

3.2 Fracture分割實驗

3.2.1 不同曝光參數(shù)對簡單規(guī)則圖形分割情況的影響

選取同一簡單規(guī)則圖形數(shù)據(jù)分別設(shè)置不同的曝光參數(shù)，研究曝光參數(shù)與圖形分割情況之間的關(guān)系。通過調(diào)整OPTIMIZE參數(shù)生成A、B、C 3組數(shù)據(jù)，觀察圖形Fracture分割情況，實驗結(jié)果如表2所示。

表2 簡單規(guī)則圖形Fracture分割實驗結(jié)果

表2中參數(shù)OPTIMIZE用于優(yōu)化圖形分割，shot_max為配合OPTIMIZE參數(shù)使用的數(shù)值，圖形shot數(shù)目表示圖形切割的數(shù)目。圖形分割情況如圖10所示。

由A、B、C 3組數(shù)據(jù)可以看出，參數(shù)OPTIMIZE的改變對此類簡單規(guī)則圖形的切割情況基本無影響。

圖10 不同參數(shù)的簡單規(guī)則圖形分割情況

3.2.2 不同曝光參數(shù)對不規(guī)則圖形分割情況的影響

選取同一不規(guī)則圖形數(shù)據(jù)分別設(shè)置不同的曝光參數(shù)，研究曝光參數(shù)與圖形分割情況之間的關(guān)系。通過調(diào)整OPTIMIZE參數(shù)生成A、B、C 3組數(shù)據(jù)，觀察圖形Fracture分割情況，實驗結(jié)果如表3所示。

表3中參數(shù)OPTIMIZE用于優(yōu)化圖形分割，shot_max為配合OPTIMIZE參數(shù)使用的數(shù)值，圖形shot數(shù)目表示圖形切割的數(shù)目。圖形分割情況如圖11所示。

表3 不規(guī)則圖形Fracture分割實驗結(jié)果

圖11 不同參數(shù)的不規(guī)則圖形分割情況

由A、B、C 3組數(shù)據(jù)可以看出，參數(shù)OPTIMIZE改變對此類不規(guī)則圖形的切割情況有所影響，在其余參數(shù)相同的情況下，OPTIMIZE=0時圖形Fracture分割shot數(shù)最多，OPTIMIZE=2時圖形Fracture分割shot數(shù)最少。

3.3 Fracture參數(shù)優(yōu)化

3.3.1 對同一面積不規(guī)則圖形調(diào)整shot_max

通過上述實驗可知OPTIMIZE=2時圖形Fracture切割shot數(shù)目最少，保證OPTIMIZE=2條件不變，選取上述實驗中的不規(guī)則圖形（圖形面積17mm×14mm），通過對不同shot_max參數(shù)的5組實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，比較shot_max值與Fracture圖形分割、數(shù)據(jù)大小、曝光時間的關(guān)系。實驗結(jié)果如表4所示。

由實驗結(jié)果可以得出：

（1）從A～D 4組數(shù)據(jù)可知，在一定范圍內(nèi)隨著shot_max的增長，F(xiàn)racture圖形分割數(shù)目隨之增加，從而影響數(shù)據(jù)字節(jié)大??；從D～E 2組數(shù)據(jù)變化可看出，一定范圍內(nèi)隨著shot_max的增長，F(xiàn)racture圖形分割數(shù)目有所減少，從而影響數(shù)據(jù)字節(jié)大小；由此可見，調(diào)整shot_max參數(shù)對Fracture圖形分割數(shù)目有所影響，在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)遞增現(xiàn)象，到達(dá)峰值后出現(xiàn)減少。

（2）由A～E 5組數(shù)據(jù)可以看出，調(diào)整shot_max參數(shù)對曝光時間影響不明顯，數(shù)據(jù)字節(jié)大小對曝光時間影響不明顯。

3.3.2 對不同面積不規(guī)則圖形調(diào)整shot_max

選取上述實驗中的不規(guī)則圖形（圖形面積變?yōu)?43 mm×135 mm），通過調(diào)整不同的shot_max參數(shù)，比較相同圖形的情況下圖形面積變大后shot_max值與Fracture圖形分割、曝光時間、數(shù)據(jù)處理時間的關(guān)系。實驗結(jié)果如表5所示。

表4 不同shot_max參數(shù)下Fracture圖形分割、數(shù)據(jù)大小、曝光時間

表5 不同shot_max參數(shù)Fracture圖形分割、曝光時間、數(shù)據(jù)處理時間

由實驗結(jié)果可知：

（1）調(diào)整圖形shot_max參數(shù)對圖形分割數(shù)目有所影響，當(dāng)shot_max=2時分割的圖形數(shù)據(jù)最少；

（2）曝光機(jī)臺曝光時間與圖形分割數(shù)目的變化趨勢相同；圖形分割數(shù)目越多，曝光時間越長；數(shù)據(jù)處理時間與圖形分割數(shù)目的變化趨勢相反，圖形分割數(shù)目越多，曝光時間越短。

4 結(jié)論

通過以上實驗可知，在準(zhǔn)備曝光數(shù)據(jù)的過程中，激光束曝光機(jī)在保證圖形不失真的情況下，可以通過Resolution參數(shù)的調(diào)整改變Fracture大?。▋H限于對精度要求不高的產(chǎn)品）；電子束曝光機(jī)通過優(yōu)化Fracture參數(shù)可縮短機(jī)臺曝光時間，對原本圖形簡單切割較大的圖形效率改善較小，對原本圖形切割較小面積較大的圖形有所改善，但同時數(shù)據(jù)處理時間將有所增加。

[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.

張 鵬（1982—），男，山東海陽人，畢業(yè)于東南大學(xué)計算機(jī)系，中微掩模公司CAD部經(jīng)理，主要從事掩模數(shù)據(jù)處理工作。

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