适用于超深亚微米集成电路制造与验证流程的光学邻近修正方法研究

论文摘要

过去几十年来,微电子技术的高速发展以及各类应用对电路性能需求的日益增长使得现代集成电路系统的规模和复杂程度日趋提高,这必将对集成电路制造技术提出更高的要求。就当今主流的集成电路制造技术而言,光刻分辨率增强技术（ResolutionEnhancement Techniques,RETs）使得制造比光刻所用光源波长小两到三倍的特征尺寸成为可能,现在193nm波长的光源被用来生产65nm工艺的集成电路。光刻技术的极限已经远远超出了人们的想像。在所有的光刻分辨率增强技术中,光学邻近修正（OpticalProximity Correction,OPC）是最为成熟以及应用最为广泛的一种。它通过修改掩模图形的形状来达到补偿失真的目的。快速而高精度的修正算法、良好的版图设计风格以及精确的光刻模型是成功实施光学邻近修正的关键。本文将会介绍在这三个方面所做的工作。基于模型的光学邻近修正算法（Model-based OPC,MBOPC）是一个迭代过程。迭代的收敛性同时取决于迭代的初值以及迭代方向的选择。为了提高算法的收敛速度以及收敛范围,本文提出了一种新的矩阵式光学邻近修正算法。新算法通过考虑边之间的互相影响使得所选择的迭代方向更为有效。本文也介绍了一些加快Jacobian矩阵计算以及线性方程组求解的方法,以进一步提高新算法的计算速度。本文提出了一种有较快的修正速度且有相对精确的修正精度的边偏移建模方法。使用此方法可以为传统的光学邻近修正算法提供较为精确的迭代初值。虽然新加入的初值计算步骤需要一定的运算时间,但是精确的迭代初值减少了收敛所需的迭代次数,从而可以有效地减少总的运行时间。成功的光学邻近修正也依赖于版图设计风格。一些图形组合难以通过修正而得到足够的制造裕量,这些图形通常被称为OPC不友好的（OPC Unfriendly）。为了减少设计的回转时间,设计者必须在将版图送至代工厂之前尽可能多地找到OPC不友好的区域并加以修正。这一流程通常被称之为光刻友好的版图设计（Litho-friendlyDesign,LfD）。本文介绍了两种基于边偏移建模方法构建的OPC算法。修正速度快且易于使用的特点使得这两种算法适于在光刻友好的版图设计流程中使用。基于部分相干理论的光刻成像系统建模方法早在几十年前就被提出,并且在工业界得到了广泛的使用。然而当所制造的特征尺寸越来越小,光刻系统使用了更为高级的配置。这使得我们必须考虑更多的物理效应来保持模型的精度,比如必须使用矢量成像模型来描述有高数值孔径投射透镜的系统。制造工程师必须通过修改模型的结果来建立新的模型,这通常是困难而且是耗时的。本文介绍了一种新的光刻建模环境。除了实现了传统的建模流程之外,新工具还提供一组易于定制以及扩展的模块。使用这些模块,用户可以通过编写简明的Tcl脚本来实现的新的光刻模型。这能够大幅提高建模的效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 集成电路制造工艺流程
• 1.3 光学邻近效应
• 1.4 分辨率增强技术
• 1.4.1 光学邻近修正
• 1.4.2 移相掩模
• 1.4.3 离轴照明
• 1.4.4 次分辨率辅助图形
• 1.4.5 各种光刻分辨率增强技术的结合使用
• 1.5 集成电路的可制造性设计
• 1.6 论文的研究内容、创新点及论文的安排
• 1.7 本章小结
• 2 光学邻近修正的基本方法
• 2.1 引言
• 2.2 光学邻近效应的基本分类及其对应的修正方案
• 2.2.1 一维图形的光学邻近效应
• 2.2.2 二维图形的光学邻近效应
• 2.3 基于规则的光学邻近修正算法
• 2.4 基于模型的光刻邻近修正算法
• 2.5 其它类型的的光学邻近修正算法
• 2.6 本章小结
• 3 光刻成像建模方法及其实现
• 3.1 引言
• 3.2 光刻成像建模及点光强计算的快速算法
• 3.2.1 光刻成像系统的基本构成
• 3.2.2 基于部分相干理论的光刻成像模型
• 3.2.3 基于卷积核的快速点光强计算算法
• 3.2.4 光刻胶模型
• 3.3 光刻仿真系统的实现
• 3.3.1 软件的系统架构
• 3.3.2 软件的使用方法简介
• 3.3.3 脚本实例、实验结果及比较
• 3.4 本章小结
• 4 矩阵式光学邻近修正算法
• 4.1 引言
• 4.2 问题的表述
• 4.2.1 泛光强分布函数
• 4.2.2 基于泛光强分布函数表述的OPC问题
• 4.3 问题的求解
• 4.4 加速计算的若干方案
• 4.4.1 Jacobian矩阵稀疏度控制
• 4.4.2 区块重用
• 4.5 实验结果及比较
• 4.6 本章小结
• 5 基于边偏移函数的光学邻近修正算法
• 5.1 引言
• 5.2 边偏移量的建模方法
• 5.3 利用边偏移函数为MBOPC算法提供迭代初值的方法
• 5.3.1 基本方法
• 5.3.2 实验结果与比较
• 5.4 OPC不友好区域的检测
• 5.5 适用于光刻友好版图设计的自动化光学邻近修正算法
• 5.5.1 基于颗粒度的边切分方法
• 5.5.2 算法的基本流程
• 5.5.3 实验结果与比较
• 5.6 基于边偏移函数改进的标准单元导向的光学邻近修正算法
• 5.6.1 算法的基本流程
• 5.6.2 实验结果与比较
• 5.7 本章小结
• 6 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 后续研究思路
• 参考文献
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文
• 致谢