掩模場利用率MFU簡介

1.Whatisa scanner

掃描儀(scanner)是一種在wafer上創建die images的機器。它首先通過刻線（有時稱為掩模）將光照射到涂有保護性光刻膠的wafer上，以刻上刻線圖案的圖像。照射到wafer上的光會導致一些光致抗蝕劑被去除，因此當wafer經過化學浴時，不再具有光致抗抗蝕劑涂層的硅會被蝕刻掉，從而形成電路層。然后，在清潔wafer并用另一種光致抗蝕劑重新涂覆之后，掃描儀通過重復這一過程，一次一個掩模層，創建其余的電路層，這被稱為光刻。

2.MaskFieldUtilization(MFU)

掩模場利用率(MFU)是指芯片圖像（die image）所占的掩模面積（mask area）與最大掃描儀場尺寸（maximum scanner field size）之比，即26mm乘33mm（如下圖）。MFU影響掃描儀創建單個掩模層的裸片圖像(die images)的速度，也顯著影響光刻。

MFU= (multipledie area +scribe_line)/(scanner maximum field area)

掃描儀的有效性主要由die image實際掃描之前（稱為預掃描pre-scan）和掃描完成之后（過掃描over-scan）的持續時間決定（如下圖）。

因此，掩模版的面積被die image占據的百分比更大，也就是說，具有高MFU的掩模版布局意味著每次拍攝時更少的預掃描和過掃描時間，因為它需要更少的整體拍攝來在整個wafer上步進die image圖像。

在單個die的尺寸小于最大掃描器場尺寸的50%的情況下，一個以上的die可以適應掩模版場，并且在某些情況下，調節die方向和縱橫比（即die的X和Y尺寸）將改變die的MFU。此外，對于某些die尺寸（在兩個布局圖案的邊界上的die尺寸，例如在2x2和2x3布局圖案之間），die的縱橫比的相對較小的變化可能對MFU產生非常大的影響。臺積電提供工具來確定長寬比，從而為指定的芯片尺寸產生最佳的MFU結果。

3.MFUTools

MFU的重要性在制造過程中最為明顯。然而，考慮MFU的最有效階段是芯片級產品定義階段和設計規劃過程的早期（在floorplan之前和期間），此時設計師可以更容易地調整die縱橫比并創建具有良好MFU的die。例如，在下圖中，左側的die（X=18mm，Y=17.43mm）的MFU較低，為36%。如果我們保持相同的die面積，但將尺寸更改為X=19.6和Y=16，則MFU將提高到73%，因為兩個die現在可以放入掩模版場。

臺積電提供兩種軟件工具來幫助客戶創建具有良好MFU的die，其中每一種工具都應在產品定義和floorplan階段使用（如下圖）。

4.WhenToConsider MFU

用戶可以在設計過程中以下三個階段使用臺積電的MFU工具：

在產品定義階段，當設計者最初考慮芯片功能、芯片尺寸、封裝和引腳輸出要求時。從各個方面來看，這一階段都是最重要的，因為它為設計師和營銷團隊提供了最大的靈活性來調整die的X/Y尺寸，以最大限度地提高MFU。然后，可以將優化的X/Y尺寸設置為高級芯片規范，通過floorplan、place和route以及tapeout，在整個設計實現流程中傳播。設計者還應使用在線MFU和GDPW計算器來計算每晶圓的總裸片數（Gross Die per Wafer）。

在芯片實現階段（RTL、物理設計等），芯片尺寸通常會因為各種原因而改變，例如新的市場需求、IP尺寸，或者出于時序和電源關閉的考慮。隨著芯片尺寸的變化，繼續使用MFU Advisor為所需的MFU選擇適當的縱橫比，并使用在線MFU和GDPW計算器計算每晶圓的總裸片數對于新芯片尺寸和/或新X/Y尺寸。

tapeout后，臺積電將確定設計所需的實際劃線寬度（scribe line width）和密封圈（seal ring），以計算最終MFU數量。

5.DesignGuidelines forHigherMFU

在設計之前

（1）優選方形數字塊和IP；

（2）對于矩形IP，提供相同IP的兩種方向類型，并保持core PO gate在垂直方向上。例如，左/右類型IO和頂部/底部類型IO或水平和垂直類型IP形狀；

（3）在floorplan設計階段使用“快速MFU計算”；

（4）避免芯片尺寸處于MFU較低的邊界處，強烈建議調整芯片尺寸以獲得較高的MFU。

在floorplan階段

（1）Core limited design：可能需要IP和block大小以及floorplan調整;

(2) I/O limited design：可能需要調整I/O和接口IP.

注：低MFU意味著整個光刻層的掃描儀生產率低。盡可能地改進MFU是很重要的。強烈建議MFU > 80%。

審核編輯：劉清