CN100445875C - 一种层次化的光学邻近效应校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的层次化光学邻近效应校正方法，包括预校正单元库的准备，掩模图形偏移量的初始化和利用动态调整算法进行快速运算的步骤，提出了一种在光学邻近效应校正过程中充分利用版图层次化结构的方法，使在深亚微米条件下由于计算量太大而被认为成本很高的高精度掩模版制备过程在新算法的帮助之下可以大大降低运算复杂度，同时使用这种新的方法为集成电路设计过程提供了含预校正结果的单元库，使得设计工程师能够更加灵活有效的对设计进行检查。本发明中提出的方法可用于辅助制造高精度的集成电路掩模版，提高集成电路设计环节中对结果的可预测性，提高OPC校正的运算速度，降低成本，提高集成电路的生产成品率和缩短生产周期。

Description

一种层次化的光学邻近效应校正方法

技术领域

本发明涉及一种层次化的光学邻近效应校正方法，适用于辅助制造高精度集成电路掩模版，属于集成电路计算机辅助设计领域。

背景技术

当集成电路的最小特征尺寸和间距减小到光刻所用光源的波长以下时，由于光的衍射和光刻胶显影蚀刻等因素带来的不可避免的影响，掩模(Mask)图形和在硅圆片上印刷出来的图形之间将不再一致，IC版图图形转移的失真将显著增大，严重影响到集成电路的生产成品率，这种现象被称之为“光学邻近效应(OPE，Optical Proximity Effects)”。通常，硅片上实际印刷出来的图形产生的畸变现象包括：边角圆化或者畸变，线长缩短，疏密线条线宽偏差，透明掩模和不透明掩模的线宽差别。这些畸变可引起实际曝光图样相对原版图设计图样产生多达20％的偏差，这大大超出工业光刻10％的偏差容许极限，目前世界范围内最先进的光刻技术都属于这一类“亚波长光刻”。为了解决超深亚微米时代集成电路设计制造中的种种困难，使光刻的结果最好的符合版图设计的目标，分辨率增强技术(RET，Resolution Enhancement Technology)应运而生，这种技术主要采用“光学邻近效应校正(OPC，Optical ProximityCorrection)”，“移相掩模(PSM，Phase Shift Mask)”和“离轴照明(OAI，Off Axis Illumination)”等方法，以减小光学邻近效应对集成电路生产成品率的影响，并使现有的集成电路生产设备在相同的生产条件下能制造出具有更小特征尺寸的芯片。通常所说的基于模型的OPC是通过改变掩模图形来对光刻结果进行校正，它的基本做法是对根据光刻设备的参数和实际的光刻过程建立一套仿真模型，利用这个模型对掩模图形进行系统性的预校正，从而使得由于光的衍射和光刻胶曝光显影蚀刻带来的非线性失真程度减小，随着集成电路特征尺寸的不断减小，这种精度较高的基于模型的OPC在IC制造领域中应用的越来越普遍。

尽管OPC及其他一些RET技术的成功应用使得目前集成电路的制造能力顺利的过渡到深亚微米时代，事情也并不像想象中的那样一帆风顺。在OPC的实际应用中，随着版图数据量的增大和复杂程度的增加，暴露出一些急待解决的问题。(1)、版图的层次化结构无法得到充分的利用，设计灵活性降低；(2)、OPC的运算时间过长，即使在多台计算机上并行运算也需要几天的时间，产品从设计出来到投放市场的时间也随之增加，产品竞争力减弱；(3)、掩模版数据量呈爆炸性增长，轻易就达到了几GB甚至十几GB的大小，这使得数据传输十分不方便并且效率低下。随着集成电路制造过程的日趋复杂，这些问题对成品率和制造成本的影响越来越大，在OPC校正过程中采用层次化的处理方式也就日益显现出其重要性，这种方法又被称之为基于Cell的OPC校正技术，它可以有效的减少运算时间，减小数据存储量并提高整个制造环节的灵活性。

一般来说为了实现层次化的处理方式，必须先有效的解决OPC过程中相邻近图形之间的互相影响问题。传统的OPC针对整个版图进行，它采用一种将整个设计打平后再进行图形处理的策略以保证最后校正结果的精确性。这是因为当相邻的Cell(版图单元)被放在一起之后，它们会对彼此的OPC校正结果产生影响，每一个图形最终的OPC结果都要受到其周围一定范围内图形的影响，这样由于每一个Cell实例在版图中所处的环境都有所不同，导致每一个Cell实例最后的OPC结果也会彼此不同，因而难以实现层次化OPC。具体而言，在OPC处理过程中，如果任何一个图形发生了变化，那么由于其光强对周围的影响，附近的图形也必然将随之发生变化，而这些附近的图形变化了之后，稍远处的图形又要跟着变化，这样就导致了一种类似水波的影响，牵一发而动全身，尽管随着距离的增加，这种影响的程度会越来越小，但在一定范围内，产生的误差则不能忽略。

这种图形之间的相互影响成为了实现层次化OPC的最主要障碍，目前国际上为克服这个困难主要采用了两种方案。一种是利用辅助图形来模拟Cell实例在版图中的环境以取得近似的结果，虽然在某些情况下这种方法是可行的，但是对于千变万化的版图环境，这种方法的精度难以令人满意。另一种方案是利用了版图中的重复图形，在做OPC之前，先将版图中所有的重复图形找出，然后在这些图形内部一定范围内可以认为外部环境的影响很小，甚至可以忽略，这样就可以对重复图形的内部区域采用同样的OPC校正结果以大大减少冗余运算。然而这种方法虽然结果的精度比较让人满意，它的适用范围却很有限，版图中完全一致的图形面积并不大，如果只有它们内部一定范围内的区域才能够节省冗余运算，那么性能的提高则非常有限，因而目前这种方法主要应用于对RAM版图这种有着大量重复图形的处理。

发明内容

本发明的目的在于提出一种层次化的光学邻近效应校正方法，以便能够减少在亚波长光刻条件下制造高精度集成电路掩模版的时间，提高集成电路产品的生产成品率和缩短生产周期。

为达上述目的，本发明的层次化光学邻近效应校正方法，包括预校正单元库(Post-OPC Cell Library)的准备，掩模图形偏移量的初始化和利用动态调整算法进行快速运算，步骤如下：

1)初始化：

发定光学邻近效应校正的仿真模型(Simulation Model)，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ，

其中，λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)准备预校正单元库：

采用传统的基于模型的光学邻近效应校正方法，对每一个版图单元进行预校正，将预校正后的图形保存回单元库内，在预校正过程中不考虑每个单元周围环境对其校正结果的影响；

3)图形分割和偏移量初始化：

先将输入掩模图形的每一条边根据预定义的规则分割为数小段(Segment)，再对每段的偏移量进行初始化，用预校正单元库中图形的段偏移量替代输入图形中对应段的偏移量，若遇到二者无法对应的情况，则取位置最接近的段设置偏移量；

4)动态划分层次化OPC运算中三种不同类型的段：

对初始化后的掩模图形进行OPC运算，并依照贪婪算法迭代计算每条边的新偏移量O₁，在每个循环结束后与原偏移量O₀进行比较，根据设定的阈值O_t将图形动态的划分为三种不同类型的段：

(a)稳定段(Stable Segment)：划分标准为|O₁-O₀|＜O_t

(b)不稳定段(Unstable Segment)：划分标准为|O₁-O₀|≥O_t

(c)传播段(Adjacent Segment)：设某段到其周围不稳定段的最小距离是D_m，不稳定段的影响范围是D_i，则其划分标准为(|O₁-O₀|＜O_t)&&(D_m＜D_i)；

5)利用动态调整算法进行快速校正：

对第N次迭代后得出的不稳定段和传播段，在第N+1次迭代中按照传统的基于模型的光学邻近效应校正方法重新计算其新位置，对第N次迭代后得出的稳定段，在第N+1次迭代中不用再计算其新位置，每次OPC迭代后根据每条段的新偏移量按步骤4)中a)、b)所述方法重新划分稳定段与不稳定段，然后再根据不稳定段的位置按步骤4)中c)所述方法对传播段进行重新划定，之后进入下一次迭代；

6)OPC校正终止条件

在每次OPC迭代后，按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

式中EPE(Edge Placement Error)为段位置误差，x为每一段上的采样点位置，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有采样点进行，

如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤5)继续迭代，若满足要求则终止迭代，得到校正后的掩模结果。

本发明采用了层次化的校正方法，这种方法主要应用于OPC迭代过程中，在做OPC校正的每一个循环结束后，利用动态调整算法自动识别和区分受到影响的图形和不受影响的图形，并在下一个循环中仅对那些受到影响的局部范围进行动态调整，对于未受影响的图形，则令其保持不变，以求达到最优的结果和最快的速度，并使得这种方法可以不受限制的应用到各种版图环境中。

本发明的有益效果在于：

本发明的层次化光学邻近效应校正提出了全新的加速算法，能有效提高光学邻近效应校正的速度，使在深亚微米条件下由于计算量太大而被认为成本很高的高精度掩模版制备过程在新算法的帮助之下可以大大降低运算复杂度，同时使用这种新的方法为集成电路设计过程提供了含预校正结果的单元库，使得设计工程师能够更加灵活有效的对设计进行检查。本发明中提出的方法有效利用了层次化结构，可用于辅助制造高精度的集成电路掩模版，提高集成电路设计环节中对结果的可预测性，提高OPC校正的运算速度，降低成本，提高集成电路的生产成品率和缩短生产周期。

附图说明

图1是层次的化光学邻近效应校正的流程图；

图2是偏移量初始化说明图；

图3是由不稳定段确定传播段的示意图；

图4是版图中各图形EPE采样点位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

层次化的光学邻近效应校正方法，流程如图1所示，包括预校正单元库(Post-OPC Cell Library)的准备，掩模图形偏移量的初始化和利用动态调整算法进行快速运算，步骤如下：

1)初始化：

设定光学邻近效应校正的仿真模型(Simulation Model)，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ，

其中，λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)准备预校正单元库：

在进行正式运算之前，采用传统的基于模型的光学邻近效应校正方法，对每一个版图单元进行预校正，将预校正后的图形保存回单元库内，在预校正过程中不考虑每个单元周围环境对其校正结果的影响，为层次化OPC的加速算法做数据准备；

3)图形分割和偏移量初始化：

先将输入掩模图形的各边按照预定义的规则分割为数小段(Segment)，再对每段的偏移量进行初始化，具体来说就是用预校正单元库中图形的段偏移量替代输入图形中对应段的偏移量，若遇到二者无法对应的情况，则取位置最接近的段设置偏移量，通过这一步为后续的快速算法建立图形的初始位置。

上述的图形分割方式由Adaptive Fragmentation规则(适应性分割规则，N.B.Cobb，“Fast Optical and Process Proximity Correction Algorithms for IntergratedCircuit Manufacturing”，Ph.D.dissertation，University of California at Berkeley，1998)决定。

具体说明如图2所示，将原始输入图形CBOD和单元库中的OPC预校正后的图形C’B’O’A’D’作比较，根据比较结果对OB段赋偏移量初始值OO’，对BC段赋偏移量初始值BB’，OD段赋偏移量初始值DD’，以此类推，若没有找到匹配的段，则取最接近段的偏移量。

4)动态划分层次化OPC运算中三种不同类型的段：

对初始化后的掩模图形进行OPC运算，并依照贪婪算法迭代计算每条边的新偏移量O₁，在每个循环结束后与原偏移量O₀进行比较，根据设定的阈值O_t将图形动态的划分为三种不同类型的段：

a)稳定段(Stable Segment)：已达到最优位置且不受其他图形影响的段；稳定段的划分标准为：|O₁-O₀|＜O_t

b)不稳定段(Unstable Segment)：受到周围图形影响而需重新调整的段；不稳定段的划分标准为：|O₁-O₀|≥O_t

c)传播段(Adjacent Segment)：本次循环中未受影响，但处于不稳定段的影响范围内，因而在后续循环中有可能需要重新调整的段；

设某段到其周围不稳定段的最小距离是D_m，不稳定段的影响范围是D_i，

则传播段的划分标准为：(|O₁-O₀|＜O_t)&&(D_m＜D_i)；

如图3所示，EF为分析得出的某一不稳定段，则根据D_i可以确定其影响范围如矩形ABCD所示，落入这一范围的稳定段需重新划分为传播段。

5)利用动态调整算法进行快速校正：

对第N次迭代后分析得出的不稳定段和传播段，在第N+1次迭代中按照传统的基于模型的光学邻近效应校正方法(N.B.Cobb，“Fast Optical and ProcessProximity Correction Algorithms for Intergrated Circuit Manufacturing”，Ph.D.dissertation，University of California at Berkeley，1998)重新计算其最优位置，对第N次迭代后分析得出的稳定段，在第N+1次迭代中不用再计算其最优位置。每次OPC迭代后根据每条段的新偏移量按步骤4)中a)、b)所述方法重新划分稳定段与不稳定段，然后再根据不稳定段的位置按步骤4)中c)所述方法对传播段进行重新划定，之后进入下一次迭代。

6)OPC校正终止条件

在每次OPC迭代后，按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2\·\·\·\·\·\·\left(1\right)$

式中EPE(Edge Placement Error)为段位置误差，x为每一段上的采样点位置(如图4所示)，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有采样点进行。

如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤5)继续迭代，若满足要求则终止迭代，得到校正后的掩模结果。

Claims (1)

1.一种层次化的光学邻近效应校正方法，包括预校正单元库的准备，掩模图形偏移量的初始化和利用动态调整算法进行快速运算，步骤如下：

1)初始化：

设定光学邻近效应校正的仿真模型，

光刻掩模图形，GDSII输入，

光刻机的基本参数，λ，NA，σ，

其中，λ是光源的波长，NA是光学系统的数值孔径，σ是照明的相干系数；

2)准备预校正单元库：

采用传统的基于模型的光学邻近效应校正方法，对每一个版图单元进行预校正，将预校正后的图形保存回单元库内，在预校正过程中不考虑每个单元周围环境对其校正结果的影响；

3)图形分割和偏移量初始化：

先将输入掩模图形的每一条边根据预定义的规则分割为数小段，再对每段的偏移量进行初始化，用预校正单元库中图形的段偏移量替代输入图形中对应段的偏移量，若遇到二者无法对应的情况，则取位置最接近的段设置偏移量；

4)动态划分层次化光学邻近效应校正运算中三种不同类型的段：

对初始化后的掩模图形进行光学邻近效应校正运算，并依照贪婪算法迭代计算每条边的新偏移量O₁，在每个循环结束后与原偏移量O₀进行比较，根据设定的阈值O_t将图形动态的划分为三种不同类型的段：

(a)稳定段：划分标准为|O₁-O₀|＜O_t

(b)不稳定段：划分标准为|O₁-O₀|≥O_t

(c)传播段：设某段到其周围不稳定段的最小距离是D_m，不稳定段的影响范围是D_i，则其划分标准为(|O₁-O₀|＜O_t)&&(D_m＜D_i)；

5)利用动态调整算法进行快速校正：

对第N次迭代后得出的不稳定段和传播段，在第N+1次迭代中按照传统的基于模型的光学邻近效应校正方法重新计算其新位置，对第N次迭代后得出的稳定段，在第N+1次迭代中不用再计算其新位置，每次光学邻近效应校正迭代后根据每条段的新偏移量按步骤4)中(a)、(b)所述方法重新划分稳定段与不稳定段，然后再根据不稳定段的位置按步骤4)中(c)所述方法对传播段进行重新划定，之后进入下一次迭代；

6)光学邻近效应校正终止条件

在每次光学邻近效应校正迭代后，按式(1)计算校正结果的精确度，

$\mathrm{Cost}=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\left|\mathrm{EPE}\left(x\right)\right|}^2$

$=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{|D\left(x\right)-W\left(x\right)|}^2......\left(1\right)$

式中EPE为段位置误差，x为每一段上的采样点位置，D表示设计目标的图形轮廓，W表示实际仿真的图形轮廓，求和对输入掩模图形上的所有采样点进行，

如果校正精度不满足预定义的要求值Cost₀，则按步骤5)继续迭代，若满足要求则终止迭代，得到校正后的掩模结果。

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