利用光刻機擋板優化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的基礎，對電子信息產業的發展和國民經濟的發展、對產業技術創新能力的提高和現代國防建設等都具有極其重要的意義。集成電路設計業則是集成電路產業鏈中的核心產業。制約集成電路產業發展的兩個重要因素就是設計人才的缺乏和相對昂貴的芯片試制費用。MPW（multiproject-wafer）是將多個具有相同工藝的集成電路設計放在同一圓片上流片[1]，流片費用就由參加MPW的項目按芯片面積分擔，實驗成本僅為原來的5%～10%，極大地降低了產品開發的風險，降低了中小集成電路設計企業起步時的門檻，降低了單次實驗流片造成的資源嚴重浪費。尤其在國內，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計企業正在起步，需要得到國內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光罩的常規布局

2.1 MPW流程

市場部向設計公司發布收集mask tooling的時間，市場部對mask tooling進行匯總，發送mask tooling給光罩布局部門進行布局，布局完后，數據發給制版廠進行生產，foundry廠收到mask后進行流片生產，芯片制造完成后，給封裝測試廠進行切割封裝測試，見圖1。

2.2 MPW的常規布局

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

當我們在布局時，需考慮劃片，因為目前大部分封裝測試廠劃片時只能沿著直線劃片，不能拐彎，所以我們的劃片槽要盡量對齊，以免劃片時損傷芯片，減少晶圓的流片數。這樣區域與區域之中的芯片可調換位置，必要時把芯片轉90°。

3 利用光刻機擋板優化布局

國內集成電路的設計還處在起步階段，各中小集成電路設計公司的要求不一，有些在實驗階段僅需要晶圓，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）的巧妙設計，可達到這個要求。

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）可根據客戶所需的芯片數和曝光場的大小來定，示意圖見圖3。我們在曝光時，把上擋板移到blind區域，下擋板移到shot的下邊，只曝光A客戶的芯片區，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，下擋板移到blind區域，這樣就得到了不包括A客戶在內的其他客戶的芯片。對于帶Code的客戶，此種布局優越性更明顯，如不同的地方可放置不同的Code層（見圖4），這樣就相當于每一區域都是一顆新的芯片，如需某顆芯片多點可把不同的區域改為相同的Code，如code2用code1代替。

4 實例分析

某公司A參與了MPW的項目（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code，相當于這個公司有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，如結果滿足客戶的要求，此公司將利用此版大量流片。根據前面的討論和客戶的要求，考慮到目前國內的劃片一般只能沿直線進行，所以進行如下的布局，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，0.5μm工藝最大的曝光區域為22mm（按15cm版算），此次可做四合一的版。灰色區域是客戶的芯片區（每顆芯片需要200顆），其他區域可劃掉。一片晶圓的shot數可這樣計算（shot大小見表1，在曝光時blind區域可通過光刻機檔板的移動不曝在晶圓上，所以這兩種布局在晶圓上整個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。

對于光罩布局優化三，一片晶圓只流A客戶的芯片，這時曝光場只是blind下方的區域，此片晶圓的shot數為489，比常規布局多了213，只流除A客戶以外的其他客戶芯片時，曝光場只是blind上方的區域，曝光場縮小了很多，一片晶圓得到的shot數為634，比常規布局多了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繼續流片，節省一套mask的錢，而一套mask的錢往往占了一次流片費用的大部分。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 結論

在競爭日益激烈的市場形式下，常規的MPW布局無法滿足各客戶的要求，也無法最大限度降低開發成本，我們利用光刻機擋板的巧妙設計，把常規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；與此同時還可利用此套版不必重新制版即進行大量流片，為客戶降低了很多流片費用，促進了國內中小企業的發展，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教學中引入MPW計劃的研究與實踐[J]. 電氣電子教學學報，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.