基于有限状态机模型的光刻版图自动布局系统

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:780

粟鹏义1，陈开盛2 ，曹庄琪1

（1.上海交通大学，上海 200030；2.上海光刻电子科技有限公司，上海 200052）

摘要：采用有限状态机模型设计了集成电路光刻版上各个图形布局的自动系统。将布局的各个阶段定义为不同的状态，布局规则定义为触发条件，组成一个有限状态机。基于此模型的计算机自动布局系统能自动完成图形在光刻版上的布局，充分利用硅圆片面积并给出布局报告。

关键词：有限状态机；光刻版；电子设计自动化；集成电路

中图分类号： tp391.7;tn305.7 文献标识码： a 文章编号：1003-353x(2003)10-0024-03

1引言

在集成电路的生产中，光刻是非常重要和关键的步骤。一般一个集成电路芯片的生产需要经过多次光刻。目前的大规模集成电路生产中，广泛使用６英寸（150mm）和８英寸（200mm）的硅圆片，也有的使用了12英寸(300mm)的硅圆片，而特征线宽则越来越小，从微米级（1~3mm）到目前的超深亚微米（小于0.25 mm），目前90nm（0.09mm）的器件也已经开始了批量生产。这其中一个重要的推动力便是随着单个芯片的规模越来越大，芯片面积并没有随着显著增长，从而成本也没有上升到不
能接受的程度。

在集成电路生产中提高产量降低单位芯片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便极为关键和重要。

在光刻版上，芯片的布局方式直接影响到最终一片硅圆片能制成多少个芯片。同时由于光刻工艺本身需要一些控制，如曝光量，需要把相应的控制图形也考虑到布局中去。另外由于存在多次光刻，每次光刻的位置必须精确对准，相应的控制图形也必须布局在光刻版上。其他的测量图形，如测量特征线宽的图形也必须在光刻版图上占有一定位置的。分割芯片的划片槽也有一定的宽度要求。

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numerical technologies 公司的cats软件。另外cadence 公司的virtuoso 软件也可以进行类似工作。但这些软件只提供了数据处理功能，具体的布局仍然依赖于工程师的知识和经验。

2光刻版图形布局

图1是一个已经完成了布局的用于ultratech光刻机的1倍光刻版图示意图。

图中横向划片槽的宽度是200mm，纵向划片槽的宽度是100mm。①是对准标记，呈对称地左右各一个，②是游标，也是呈对称地左右各一个，它们都放在第一个横向的划片槽里。③是测试键，由于它的高度尺寸大于200 mm，不能放入划片槽，所以去掉了两个主芯片来放置它，对称地左右各一个共占用了4个主芯片。④是关键尺寸测量图形，总共放置3列，占据7行横向划片槽。⑤是主芯片图形，8行16列，共124个。

对于其他系列光刻机所用的光刻版，如nikon, asm, cannon等，情形也是类似的。一般尽量将各种控制、测量、对准等图形放在划片槽中。

在进行芯片布局时，目前的处理流程是，在 x方向和y方向重复放置芯片的主图形，每行/列芯片之间为划片槽. 其他用于控制测量，对准等的图形则尽量放置在划片槽的位置，除非划片槽的位置太小，则需要占用芯片主图形的位置来放。这样最终生产出来的芯片总数就将减少，带来的则是成本的上升。另外由于工艺的要求，有些图形的放置必须遵循工艺规则。

总结起来，集成电路光刻版图布局的要求为：放置芯片主图形，使最终放置的芯片尽可能地多；放置控制测量和对准的图形，尽量不占用芯片主图形的位置；满足工艺规则。

目前的处理方式是工程师按照工艺规则和自己积累的经验进行布局。例如，根据要放置的控制测量和对准图形，芯片主图形和划片槽的要求来决定 x和y方向芯片主图形的放置以及是否需要占用主图形的位置来放置控制测量和对准图形。控制测量和对准图形的具体位置则在满足工艺规则前题下可以由工程师自己决定。

可以看出目前基于人工处理的布局有以下几个特点：规则库是须可扩充的，工艺规则随不同工艺而有差别；布局结果与工程师的经验有关；布局结果不具有重复性，不同工程师的布局结果不同，甚至同一工程师对同一光刻版每次布局的结果也不相同。

3有限状态机仿真模型