【注:以下所提到的掩模、板均为光刻使用的光掩模,非其他工艺使用的硬质掩模等】
一、 掩模板尺寸及版图图形范围
目前中心常备的成品掩模板尺寸有两种,一种是2.5英寸的苏打玻璃板材(2506型),一种是5英寸苏打玻璃板材(5009型),均为表面金属膜层厚度100nm,胶厚500nm。另外3英寸的苏打玻璃板材(3006型),7英寸(7012型)需要采购。
由于掩模板生产实际及制版曝光原理的要求,要求图形要比掩模板的尺寸小,经验值如下:
Ø 2.5英寸版图设计图形范围应≤58mm×58mm
Ø 5英寸版图设计图形范围应≤118mm×118mm
Ø 3英寸版图设计图形范围应≤68mm×68mm
Ø 7英寸版图设计图形范围应≤150mm×150mm
在实际使用过程中,除了2.5英寸或者3英寸掩模板方便移位、粘贴使用,其他掩模板不建议把图形设计的过于靠边。例如,通常2.5英寸或者3英寸掩模板匹配2英寸晶圆或者碎片,5英寸掩模板匹配4英寸晶圆,7英寸掩模板匹配6英寸晶圆,设计的图形范围比晶圆略大一些即可,过于靠近边缘会影响实际使用。
二、 版图的极性及版图与掩模板翻转对称
版图的极性有正、负性,明、暗版,亮、暗场,正、反图等多种说法,在不同的资料中可能有不同的描述,我们一般认为:
明场: 掩模板上需要转移到晶圆光刻胶上的图形区域是不透明的(不透光),而周围的背景区域是透明的;
暗场: 掩模板上需要转移到晶圆光刻胶上的图形区域是透明的(挡光),而周围的背景区域是不透明的。
2.5英寸明场掩模 5英寸暗场掩模
而在实际的情况中,由于中心用户涉及到研究的各个领域,需求各异,版图设计的最后用处中心工程师也无法一一核实,无法准确判断。
默认 :提供至中心制版的版图中由封闭线围成的有面积的图形区域(即在绘图软件中是阴影填充的区域)是掩模板上的曝光区域,后续会是透光区域,即在样品上曝光的图形。且加工的图形在掩膜版的金属面,曝光时玻璃面朝上,从玻璃面看存在左右镜像。
中心将不再核实明场暗场等的极性描述
掩模板制作时,是将版图图形利用光学镜头直写在掩模板的胶层上,最后在金属层形成光掩模图形,而在使用掩模板进行掩模曝光的时候,图形面是与晶圆光刻胶面相对的,所以实际曝光在晶圆上的图形是绘制版图左右镜像翻转的结构。
设计的版图 掩模板金属面图形 晶圆上最终图形
根据以往案例,为避免由于图形造成的板材、机时浪费以及不必要的纠纷,统一不再对用户提供的图纸进行极性反转和镜像翻转,以及其他平移、调整、切换等操作,请用户提交图纸前自行调整好极性、镜像及布局!
三、 制版设备及图纸
中心默认制版设备为Maskless-Lithography-ATD1500,最小线宽为1μm(孤立线条),圆孔、密集线等除外),通常误差不大于±0.3μm(与图形曝光面积相关),考虑制版过程中曝光剂量、显影时间、刻蚀时间等参数对线宽均有影响,无法准确控制版上线宽,因此用户需要后续光刻胶工艺(正胶、负胶),在设计图上可能需要做大或者做小图形线宽。
1μm的线宽基本也是接近中心接触式曝光设备的性能极限,不建议设计的更小。
如需要更小线宽的图形或其他特殊需求,请与中心工程师联系,沟通了解其他设备是否可以满足需求。
ATD1500设备只读取GDS2格式的图纸(*.gds,*GDS),如有OASIS(*.oas,*.OAS)DXF(*.dxf,*.DXF)等其他格式图纸,请使用相关软件另存为*.gds拓展名。另外DXF转GDS2时,会出现不封闭线条,使得图形没有有效面积仅有线框,也是无法读取曝光的。
版图图纸通常有多层,如需曝光在一块板上的结构请合并到同一层上,默认一个图层制一块板。
Cell的选择也是版图曝光过程中容易出问题的地方。一般一个图只会显示一个主Cell的图形,如果有多个平行层级的Cell,一般软件只会有一个高亮Cell,即显示出来的Layout布局,而在制版过程中曝光的也是这个cell,同时,制版过程中无法识别主Cell下的子Cell,且无法切换。因此需要对版图进行flatten操作后,检查无误后,再提交版图。即制版设备只能识别在Layout中显示出来的高亮主Cell图形。
四、 其他常见问题
1.GDS2图纸本质是在平面坐标系下记录的坐标形成多边形面积,故图形中点的数量越多图纸的占用空间越大,而圆结构和弧结构经过阵列后的图形数量会更多,建议减小阵列或减少多边形的结构点数。建议图纸在平面化所有的cell之后,将图纸储存空间控制在200M以内,因曝光微镜读取的数据都是平面化之后的数据,如果过大会卡死微镜,造成设备故障。
同时,没有flatten的子cell容易在图纸中的相应位置形成“夹层”,使得图形化最终的掩模板相应位置出现该子cell的图形,造成制版失败。
不同点数下圆结构的形貌(分别为8、24、64、128点)
2.软件编辑的字默认是没有宽度的,即如下图上侧的,需要经过处理形成有宽度的图形方可在掩模板上曝光出来。
版图中的两种字型
3.使用AutoCAD等其他软件绘制的文件通常图形中心点不在(0,0)点,而不同设备读取图纸时容易造成偏心,而中心点偏离过远时偶尔会出现压缩相关方向图形的问题,建议将图纸保存为*.gds格式时,将图纸中心点居中,同时确认图纸单位,默认μm。
设置选中图形坐标
4.部分软件画出的圆结构而非多边形,,圆心一个点圆周为光滑曲线,这种图形无法曝光,请使用多边形近似获得圆结构。
五、 相关简单操作(以Klayout软件为例)
1.左右镜像翻转
选中需要翻转图形→Edit→Selection→Flip Horizontally
镜像翻转
以上操作可以任意选择图形,如果是整个版图翻转,选择Edit→Layout→Flip Horizontally即可。
2.极性反转
选中需要处理的图层,隐藏其他图层→选中图形→Edit/Selection/Move to输入(0,0)将图形居中→Edit/Layer/New Layer新建图层→在新图层使用Box选项绘制任意矩形→切换Box至Select并双击矩形内部→Box Properties选中Center/Size→Center设置为(0,0)Size根据图形设置(如2.5吋版可以设置W\H=58000μm)→Edit/Layer/Boolean Operations
布尔运算反转极性
原图层为A,新图层为B,Result处创建新图层,然后OK。
3.字符转换
点击text,在text后写入字符,然后选中图层,直接在图层中放置。
选中字符→Edit/Selection/Convert to PCell→确认Basic.TEXT→再次选中有宽度的字符→Edit/Selection/Scale进行缩放。
字符转换
4.合并图层
例如将4个图层的标记合并到同一个图层里,先选中目标图层,然后直接用鼠标在图中选择需要切换图层的目标图形,按住Shift键可以多次选择图形,全部选中后,Edit→Selection→Change layer即可,合并后原图层将失去图形,图层名变灰。
合并图层
5.图形合并
有利用其他软件或自写程序获得的GDS2图纸,经常会出现小图形的密集阵列,会加大图形密度,或者是有些区域内图形实际有多层重叠但实际无法观察到,都会增加图形文件的存储空间。可以利用Merge Shapes功能合并图形,使图形结构量减少。
鼠标全选图形→Edit→Selection→Merge Shapes,即可。
不同图层的图形不可以合并。
孤立结构和Merge Shapes后图形对比
6.切换Cell
如图所示,该Layout中有三个主Cell,其中Middle是高亮状态,而需要曝光的图形在TOP里,只需右键选择TOP并选择Show As New Top即可。同时建议,提交图纸时删除多余Cell,以减小数据量。
Cell的切换