摘要：提出一种新的UT 1X光刻版规格:63．5mm×127mm，与原来的76．2mm×127mm的UTlX光刻版适用于同一种Ultra Tech步进光刻机。相应的光刻版数据处理以及夹具进行了调整。新规格的光刻版将127mm×127mm的基材的产出提高了—倍，加快了光刻版的生产速度，同时减少了废弃物的产生，有利于降低成本和环境保护。
关键词：U1tra Tech；数据处理：光刻版；光刻
中图分类号：TN305．7 文献标识码：A 文章编号：1003-353X(2004)06-0030-03
1 引言
在当今大规模
集成电路生产中，光刻工艺是其中重要的工艺步骤。光学光刻依然是主流的光刻技术。一块集成电路的生产往往要经过多达20到30甚至更多道工艺步骤，其中光刻工艺多达6-20多道。在集成电路制造生产线的设备投资中，30％以上的投资是集中在光刻机上。
目前世界上光刻机的生产集中在几个主要的供应商上。占前三位的分别是荷兰的ASML公司[1]，日本的NIKON公司[2]和CANON公司[3]。另外美国的Ultra Tech公司也占有不少的市场份额。
光刻机所采用的曝光方式基本上分三类：接触式、接近式、和投影式。目前大规模集成电路生产线所采用的主流的光刻机基本上是步进投影光刻机。在采用分步曝光方式中，光刻版上不包括硅片上的所有
芯片图形，而是只包括一部分重复的芯片图形，只曝光硅片的一部分，采用重复步进曝光的方式将整个硅片曝光。例如，NIKON公司的NSR系列大部分型号的光刻机曝光面积只有25mm×33mm或25mm×33mm。
每家光刻机供应商都有自己独特的技术，在光刻设备及配套的光刻版都有其特定的规范。例如针对自己光刻机对准技术的对准标记，对光刻版的规格以及光刻版上图形的布局等都有不同的要求。
光刻版，有时也称为光掩模或者光罩。由于目前大多采用投影式曝光，将光刻版上的图形缩小4／5倍或3／4倍曝光到硅片上，所以也有称为中间精缩版的，英文为Reticle。光刻版的基材通常为玻璃版或高纯度精密石英版。在生产中，为了防止有杂质落到光刻版的图形区影响曝光质量，往往在光刻版的图形区上覆盖一层由金属框撑起的透光薄膜，一般称为
保护膜，也构成光刻版制造成本的一部分。
由于一个集成电路设计往往包括许多层，而基本上每一层均需要一块光刻版，在集成电路设计公司对一个新产品进行流片时，光刻版成本就成为不可回收成本中(NRE)的一个主要部分。随着集成电路芯片的特征线宽(CD)越来越小，目前已经进入了亚波长光刻时代，即特征线宽小于曝光波长。为了在现有的光刻设备上达到如此低的特征线宽，大量的分辨率增强技术(RET)被采用，如离轴照明技术(OAI)、光学临近效应修正技术(OPC)、相移 掩模技术(PSM)和空间滤波技术等，而这又进一步增加了光刻版的成本[5]。尤其当一个集成电路设计还处于工程批时，不可避免地面临经常改版，使得光刻版成本在整个成本中的比重进一步增大。
为了减少光刻版成本在整个成本中的比重，业界也采取了许多方法。除了在正式制版流片之前加强设计仿真，尽量在早期发现问题和解决问题外，还在工程上采用了以下方法：一是在容许的参数范围内，使用低膨玻璃为基材的光刻版，显然低膨玻璃的价格比石英低；二是在工程批的光刻版上不贴保护膜而是等定型后在正式生产中的光刻版上才贴保护膜：三是在UT光刻版上不同的场(Field)布置不同层的图形，从而减少整套光刻版的数量。例如假设一个集成电路的设计是10层，按常规设计需要10块76．2mm×127mmUT 1X光刻版。若在每块UT光刻版的三个场布置不同层的图形，则只需要4块76．2mm×127mmUT 1X光刻版。
本文将介绍我们新开发的一种63．5mm×127mmUT 1X光刻版，其成本比典型的76．2mm×127mmUT 1X光刻版底许多。同时相应的数据处理方式和生产也在这里进行了讨论。
2 76．2mm×127mm UT lX刻版的数据处理及制造
光刻版的生产和集成电路的生产有点类似，主要也是通过光刻工艺进行。一般将光刻版生产中所用的光刻机称为图形
发生器(PG)，因为在光刻中是采用激光或
电子束进行直接曝光，通过扫描的方式将整个光刻版曝光，其分辨率比较高，当然曝光时间也比较长，生产效率比较低。在大规模集成电路生产中，光学曝光的过程非常短，所以生产能力很高。
UltraTech的步进光刻机及相应的光刻版应用于集成电路制造、磁电器件制造等微细工程领域。像990，1500，1700和2700型号采用76．2mm×l27mm1 X的光刻版。而1500，1700和2700型号也采用127mm×127mm 1 X光刻版。
127mm×l27mmUT 1 X光刻版的图形是按行排列的，该行图形可重复成2排或3排，每行可以包括多个场。
76．2mm×l27mmUT 1 X光刻版的图形只有一行，该行的场的数目有2个和3个共两种。以下给出包含3个场的例子。
其生产过程首先进行数据处理，在127mm×127mm的区域上按照场的个数布置图形，一般为三个场。在每个场内将芯片图形以及测试图形等根据工作单的要求进行布局[6]，当然这些图形也必须根据工作单的要求进行层次调整、工艺涨缩等操作[7]。将布置好的图形复制成上下排列的两排。
根据布置好的图形在图形发生器上进行曝光。经过曝光、显影、刻蚀和清洗等工艺步骤后，比较上下两块区域的图形质量，在较差的图形区域切割，留下76．2mm×127mm的区域保有质量较好的图形，再贴上导脚，然后是根据工作单的需要决定是否需要贴保护膜，是封入光刻版盒等待付运。期间还有检测和修复等步骤。
从制造过程可以看到，127mm×l27mm的基材生产出的是76．2mm×l27mm的光刻版成品。剩余的50．8mm×127mm的基材都作为废弃物而不用，而且这些以石英为基材的废弃物上还有一部分金属铬，若小经处理直接丢弃到环境中是有害的。
之所以采用冗余的方式进行曝光，其中一个原因是早期的曝光质量不是很稳定，只好在上下两排一样的图形中挑选质量较好的一排图形作为成品。
由于曝光时间比较长，所以生产一套光刻版的时间也长。若能减少光刻版的数量，或者在同样长的曝光时间内能得到两块光刻版，都能加快整套光刻版的出货时间。所以本文的设想是采用63．5mm×127mm的规格，同样是对127mm×127mm的基材进行曝光，切割后能得到两块光刻版，无疑能降低成本，加快出货的速度。
3 63．5mm×127mmUT 1X光刻版的设计及制造
除了成本上的原因促使设计6 3．5mm×127mmUT 1X光刻版外，目前技术上的进步也使得推出这种规格的光刻版成为可能。 在图形处理中，和原来的76．2mm×127mm规格的UT 1X光刻版类似，但在具体的布局中进行了改进。首先是上下两排的图形不再重复，在上下两排安排不同的图形。这样原来需要两块127mm×127mm的基材通过两次曝光和两次切割才能得到两块76．2mm×127mm规格的UT 1X光刻版，现在只需要一块127mm×l27mm的基材通过曝光和切割就能得到两块63．5mm×l27mm规格的UTlX光刻版。
其次在同一排图形中，原来的76．2mm×l27mm规格的UT 1X光刻版大部分情况下三个场放置图形是集成电路设计的同一层，或者两个场放置图形是集成电路设计的同一层而第三场放置对准图形。这样对于一个，所需要的光刻版数量等于集成电路设计中的层数。在63．5mm×127mm规格的UT 1X光刻版中，每个场的图形不相同。这样一块光刻版的三个场对应集成电路设计中的三层图形。即使在保持第三场仍然放置对准图形的情况下，一块光刻版也可以对应集成电路设计中的两层图形。这样的设计大大减少了整套光刻版的数量。
由于光刻版在垂直方向上的尺寸由原来的76．2调整为63．5mm，所以如器件名称等信息布置在图形的下方，保护膜区域之外，以防止贴了保护膜之后这些信息被保护膜遮挡。
为了保证这种新规格的UT 1X光刻版与原来76．2mm×127mm规格的UT 1X光刻版在装载进Ultra Tech步进光刻机及曝光等方面的兼容性，在数据处理中自动检测标记、保护膜位置标记和光刻版对准标记的形状和位置与76．2mm×l27mm规格的UT 1X光刻版相同。
在光刻版的生产中，63．5mm×127mm规格的UTlX光刻版基本上与原来的76．2mm×l27mm规格的兼容。检测工具刁；用作任何改动即可用于63．5mm×127mm光刻版的检测。目前的切割工具也可以用于加工63．5mm×127mm光刻版，只是在切割时，切割位置由原来的76．2mm处该为当中，63．5mm处。清洗时的夹具不能夹63．5mm×l27mm光刻版，所以要重新设计夹具。夹具的设计比较简单，只是改变尺寸以使其能夹新规格的光刻版。贴导脚的工具是兼容的，63．5mm×127mm光刻版可以在上面贴导脚。承载光刻版的版盒要进行一点小小的改动，使63．5mm×127mm光刻版能在版盒中固定。
4 实际应用
我们已经设计并生产出了块63．5mm×127mm UT 1X光刻版并且已经让客户进行了试用，初步的结果表明63．5mm×l27mmUTlX光刻版与原来的76．2mm×l27mmUTlX光刻版在装载进UltraTech步进光刻机及曝光等方面是兼容的，取得了良好的效果。我们正在对该种光刻版相关技术申请。
目前对夹具和版盒的进一步的改进设计还在进行中。相信这一新规格的光刻版对集成电路设计公司和采用UltraTech步进光刻机的集成电路制造企业是非常有吸引力的。
5 结束语
本文在介绍了典型的76．2mm×l27mmUT lX光刻版的基础上提出了一种新规格的63．5mm×l27mmUT 1X光刻版。着重介绍了新规格的光刻版的设计和制造，并对其特点进行了分析。新的光刻版具有成本降低，总的生产时间缩短，废弃物少对环境的影响也小等优点。针对UT 1X光刻版还有其他许多可以值得改进的地方，如导脚的安装等。降低光刻版成本在整个集成电路生产中的比重对减少集成电路设计公司的成本，促进集成电路产业的发展具有重要意义。
