光学邻近校正技术和版图热点管理技术研究

摘要

近半个世纪以来，集成电路的发展一直按照摩尔定律给出的轨迹不断向前。然而，不断增大的芯片集成度和越来越小的特征尺寸要求，使得集成电路制造面临越来越严峻的挑战。幸运的是，人们的不懈努力和科学技术的发展，使得摩尔定律的有效性延续至今。分辨率增强技术(ResolutionEnhancementTechniques，RETs)在亚波长光刻条件下的集成电路制造过程中起了关键作用，使得光刻技术的极限不断向前推进，目前可制造的最小特征尺寸已经达到光源波长的六分之一以下。基于模型的光学邻近校正技术（Model-basedOpticalProximityCorrection，MBOPC）是应用最为广泛的分辨率增强技术之一。它通过校正掩模图形来弥补光刻过程中的图形转移失真。随着工艺节点的推进，可制造性设计中的版图热点管理技术越来越受到业界的重视。它为电路设计者和制造者提供了设计规则检查(DesignRuleCheck，DRC)之外的另一种沟通途径。本文的工作集中在基于模型的光学邻近校正和版图热点管理这两个方面。
　　在基于模型的光学邻近校正方面，本文提出了三种改进的光学邻近校正方法:
　　稀疏矩阵式光学邻近校正算法。该算法利用光刻模型的卷积核，在多边形切分之后校正之前找出对光强采样点光强变化影响较大的小边，在矩阵式光学邻近校正计算雅可比矩阵时，只计算这些权重较大的小边对应的矩阵元素，以减小矩阵式光学邻近校正的计算量。该算法在保留了矩阵式光学邻近校正高精确度特性的同时，加快了校正速度。
　　适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法。CMOS图像传感器像素阵列版图是由相同的像素单元(Cell)多次调用规则排列而成。像素单元在版图上通常是对称图形，对晶圆上制造结果的对称性要求也很高。针对图像传感器像素阵列的特点，我们提出的方法对其进行版图层次化处理，对对称的像素单元版图进行对称化切分和对称化校正，在保证光学邻近校正结果的一致性和对称性的同时提高了校正速度。
　　针对一维版图的快速光学邻近校正算法。根据一维栅格化设计规则设计的一维版图，需要通过有选择地延长线端，加入虚拟线条，优化线端间隙分布，使其成为密集线图形，以提高版图的光刻友好性。线端间隙优化后的连线面积通常比实际连线面积大很多。但是我们真正关心的仅仅是实际连线版图的光刻结果。因此在进行光学邻近校正时，只需要对实际连线及与其相邻的延长部分进行校正，而对虚拟连线和不与实际连线相邻的延长部分，只需要进行经验化的固定移动即可。这种快速光学邻近校正方法，可以显著提高校正效率。
　　在版图热点管理方面，本文介绍了一种热点管理流程并提出了一种热点分类方法:
　　基于晶圆检查和设计版图模式识别的热点管理流程。该流程包括缺陷过滤、热点分类、热点危险度排序、热点库建立等步骤，能够对晶圆缺陷检查结果数据进行高效分析管理，给版图设计者提供有效反馈，指导版图设计和校正，避免同类缺陷重复出现，提高芯片成品率。
　　基于高阶局部自相关和离散二维相关的热点分类。热点分类是热点管理流程中的一个重要步骤。本文提出的方法首先利用高阶局部自相关函数提取热点版图特征向量;然后利用主成分分析方法降低特征向量维度;接下来用低维的特征向量进行热点预分类;最后应用基于离散二维相关的方法进行热点细分类。该方法可以有效地对中心偏移条件下的版图热点进行快速分类。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 集成电路制造光刻工艺简介

1．2．1 光刻工艺流程

1．2．2 现状和发展趋势

1．3 光学邻近效应

1．4 分辨率增强技术

1．4．1 光学邻近校正

1．4．2 次分辨率辅助图形

1．4．3 浸没式光刻

1．4．4 离轴照明

1．4．5 其他分辨率增强技术

1．5 可制造性设计

1．6 论文的研究内容、创新点和结构

1．7 本章小结

第2章 光学邻近校正技术和热点管理技术

2．1 引言

2．2 光学邻近校正技术

2．2．1 光刻成像建模

2．2．2 基于规则的光学邻近校正技术

2．2．3 基于模型的光学邻近校正技术

2．2．4 其他光学邻近校正技术

2．3 热点检测与管理技术

2．3．1 基于机器学习的热点检测

2．3．2 基于可制造模型的热点检测

2．3．3 基于模式识别的热点管理

2．4 本章小结

第3章 稀疏矩阵式光学邻近校正算法

3．1 引言

3．2 光强敏感区域

3．3 二分法求取光强敏感区域

3．4 应用光强敏感区域稀疏化雅可比矩阵

3．5 实验结果和比较

3．6 本章小结

第4章 校正目标导向的光学邻近校正

4．1 引言

4．2 一种适用于图像传感器像素阵列的光学邻近校正方法

4．2．1 图像传感器及其像素阵列

4．2．2 像素阵列的层次化光学邻近校正

4．2．3 像素阵列的对称化光学邻近校正

4．2．4 实验结果和比较

4．3 适用于间隙分布优化后的一维版图的快速光学邻近校正方法

4．3．1 一维栅格化设计规则

4．3．2 一维版图的间隙分布对光刻友好性的影响

4．3．3 线端间隙分布的优化

4．3．4 线端间隙分布优化后一维版图的快速光学邻近校正

4．3．5 实验结果和比较

4．4 本章小结

第5章 基于晶圆检查和设计版图模式识别的热点管理

5．1 引言

5．2 基于晶圆检查和设计版图模式识别的热点管理流程

5．2．1 晶圆缺陷检查

5．2．2 缺陷对应的热点版图提取

5．2．3 缺陷／热点过滤

5．2．4 缺陷／热点分类

5．2．5 缺陷／热点危险度排序

5．2．6 关键缺陷／热点确认

5．2．7 热点筛选和热点库建立

5．2．8 热点库应用

5．2．9 基于晶圆检查和设计版图模式识别的热点管理流程实例

5．3 基于高阶局部自相关和离散二维相关的热点分类

5．3．1 中心偏移条件下的热点相似度问题

5．3．2 离散二维相关与热点相似度

5．3．3 聚类算法

5．3．4 高阶局部自相关与特征提取

5．3．5 主成分分析与特征向量降维

5．3．6 降维后的热点特征向量距离

5．3．7 层次化热点分类

5．3．8 实验结果和比较

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历及在学期间取得的科研成果

致谢