CN1771499A - 用曼哈顿设计来实现非曼哈顿形状光学结构的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用曼哈顿设计系统来提供非曼哈顿形状集成电路元件设计的系统和方法，利用多个最小尺寸的多边形(例如矩形)来在非曼哈顿元件边界内进行拟合。矩形是合适的，这样，每个矩形的至少一个顶点与曼哈顿设计系统的栅格点符合。优选通过以相邻栅格点的间距作为每个矩形的高度来形成矩形。在相邻栅格点的距离减小时，设计与非曼哈顿元件的实际形状更好地匹配。因而系统和方法允许使用同一设计软件和设备来同时布置电学和光学线路元件。

Description

用曼哈顿设计来实现非曼哈顿形状光学结构的方法
相关申请的相互参照
本申请要求2003年4月10号提交的第60/461696号临时申请的优先权。
技术领域
本发明涉及适合IC产业掩膜加工工艺软件包装的设计工具，特别涉及利用曼哈顿定义来实现非曼哈顿几何形状的工艺，允许电子和光学器件合并到同一掩膜装置中。
背景技术
由于当前的集成电路产业主要基于使用具有曼哈顿几何形状(即45°和90°弯曲)的器件，所以将非曼哈顿平面光学器件与传统电子器件合并时便存在挑战性。特别地，典型的光学器件包括诸如分离器/组合器、波导、阵列波导结构、半导体光学放大器、马赫-曾德尔干涉仪、调制器等元件，都需要使用弯曲及各种角度的几何形状。
由于光子产业趋向成熟，所以能够使用标准IC工具和加工工艺来制造这些器件的需求将会增大。特别地，掩模加工工艺将成为利用与当今微电子产业中使用的相同的IC工具和工艺来实现光学器件的关键步骤。
此外，光学模拟和建模产业中存在开发有效引入和导出光学结构且不牺牲光学表面质量的合适工具的需求。将非曼哈顿光学元件从光学模拟软件直接引入到IC设计工具中导致了原非曼哈顿形状转换成低几何形状分辨率离散多边形。为产生引入光学器件，当前可利用的IC设计软件包装在其可用的顶点数量上受到限制。在现有技术中，用于光学或集成电路应用的某些设计软件包装由于其12位运算而仅被限制为4096个顶点。顶点数量受限导致了光学器件的变型。光学器件在其被引入到集成电路掩膜设计软件过程中的这种变型能够导致预想不到的光学行为，这只能在光学器件制造后才能发现。如果光子产业打算受益于IC产业的高产制造模式，则光学设计软件包装的引入/导出限制就必须被解决。从来自数学方程式的一系列输入生成曲线提供离散多边形表示法的高分辨率转换也存在问题。
发明内容
现有技术中所保留的需求由本发明解决，本发明涉及适合IC产业掩模加工软件包装的设计工具，更具体地，涉及利用曼哈顿定义来实现非曼哈顿几何形状的工艺，允许电子和光学器件合并到同一掩膜装置中。
根据本发明，通过使用连续的多边形(优选矩形)来实现设计复杂的光学器件，拟合的相邻多边形的顶点最吻合光学器件的轮廓。通过增加用于实现拟合的多边形的数量(即减小每个多边形的尺寸)，可实现较好的匹配。在限制范围内，多边形的数量仅由用于掩模加工的最小栅格间距来限制。
本发明的一个优点是：“拟合矩形”设计工艺真正适合任何传统集成电路软件设计包装，并将随掩膜地址光束尺寸减小继续提供更高分辨率的光学表面。因此，本发明的工艺允许使用同一掩膜设计工艺来实现光学和电子器件。
通过参照附图，本发明的其它及进一步优点将会非常明显。
附图简要说明
现在参照附图，
图1包含高级系统图表，表示拟合矩形光学器件设计工具与传统掩模加工工具和电子器件设计工具的相互作用。
图2表示示例性集成电路设计栅格，并示出了第一组展现曼哈顿几何形状器件的设计和第二组展现非曼哈顿几何形状器件的设计。
图3(a)是使用目前可利用的设计工具的现有技术的圆形设计，图3(b)是使用了本发明的拟合矩形工艺的同一圆形设计。
图4(a)是使用了目前可利用的设计工具的现有技术的椭圆设计，图4(b)是使用了本发明的拟合矩形工艺的同一椭圆的设计。
图5表示使用多个内接拟合矩形来形成根据本发明的曲线。
图6表示使用多个外接拟合矩形来形成根据本发明曲线。
图7(a)是使用目前可利用设计工具的现有技术的凹透镜设计，图7(b)是使用了本发明的拟合矩形工艺的同一凹透镜设计。
图8(a)是使用目前可利用设计工具的现有技术的锥形设计，图8(b)是使用了本发明的拟合矩形工艺的同一锥形设计。
图9表示示例性马赫-曾德尔调制器设计。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及拟合多边形顶点来生成光学器件的方法，在光学模拟软件包装和IC设计软件包装之间引入/导出这些器件的过程中，使所生成器件的尺寸及器件间的相对布置(当需要将波导放置于透镜焦点处时特别重要)保留有足够的分辨率。本发明的方法包括使用已拟合为光学器件曲线轮廓的一组多边形的独立顶点(一个或多个)。然后可使用几何形状的方程式或由CAD软件所绘制图像来生成光学器件。选择多边形的已拟合顶点以匹配IC设计软件中所用的栅格。匹配栅格确保光学器件的有效输入和输出而使其物理尺寸没有任何变化。已生成文件的格式可被设定成适合IC产业中所使用的标准文件格式。实际上，本发明的方法被认为适合掩模加工的先进方法例如光学邻近校正(OPC)、远紫外线(EUV)和X射线光刻。图1以简化形式表示利用本发明的系统。光学器件模拟器1首先产生光学系统中的一组多种器件的物理设计，相对器件尺寸以及器件间的间距，物理设计为合适的范围。然后该信息被用作多边形拟合顶点系统2的输入以生成这些形状，该系统将在下面进行详细描述。系统2的输出是根据适合当前用于电学集成电路的设计工具的栅格间距的设计。该设计信息用作输入传统的掩膜设计系统3。本发明的一个优点是电子器件模拟器4也可向掩膜设计系统3提供设计信息，以使复杂系统的光学和电学器件可在掩膜设计工具中同时处理。
图2为便于讨论而示出了示例性IC设计工具栅格，并示出了曼哈顿几何形状(通常与电子器件相关)和非曼哈顿几何形状(通常与光学器件相关)的设计。所有电子器件6都由曼哈顿几何形状构成，其展现为以90°或45°角度互连的直线。相反，可看出非曼哈顿几何形状器件8展现为曲线形状(包括圆)、多种连接角度及锥形元件。该多种非曼哈顿几何形状可与传统光学器件例如光栅、凹透镜、锥体、透镜、环形谐振腔及马赫-曾德尔干涉仪相关。实际上，本发明的工艺被认为特别有益于起到使用光的衍射(与反射和折射相反)以提供所需光学功能作用的衍射光学器件(DOEs)。特别地，DOEs通常由难以使用传统曼哈顿布置来设计的多个曲面(一种示例性布置包括一系列同心圆)组成。因此，本发明的方法，如下所述且特别包括衍射光学器件(DOEs)，通过利用一系列多边形(优选矩形)来形成光学器件的曲线轮廓，该多种光学器件可由传统IC设计工具生成。
图3表示使用本发明的方法将圆转换成IC设计工具。为方便对比，图3(a)示出了使用传统光学器件设计工具所生成的现有技术的圆形，其中圆形通过利用多边形结构来形成。相反，图3(b)表示使用本发明的拟合多边形方法所生成的圆形。为便于当前讨论，以后将假定使用“矩形”来作为拟合多边形。如上所述，用于拟合特定器件的多边形的数量仅由工具的栅格间距来限制。应当理解，矩形只是被认作“拟合”多边形的一种示例性选择，且任何其它多边形状皆可被用于本发明方法中，其中，所选多边形的顶点与光学器件的外形相匹配。参照图3(b)，多个矩形10-1到10-N被用于拟合圆形的轮廓。特别地，每个矩形10-i的顶点A和B被限定为与设计工具的栅格间距上的点相一致。这样，通过已识别顶点可比图3(a)的现有技术的多边形形状更精确地形成圆形。
在多数情况下，光子光波平台(例如硅、二氧化硅、磷化铟或聚合物)所用的光的波长小于光在真空中的波长。例如，1.55μm真空波长对应于硅波导中的0.44μm波长。因此，基于当前掩膜光束地址，设计中顶点的间距可以小到0.02μm。结果，根据本发明的拟合矩形所生成的光学器件将可展现高质量的光学表面(即可获得λ/20或更好的光学平滑度)。
图4示出了使用本发明的拟合矩形工艺的示例性椭圆光学器件(例如透镜)的设计，其中，图4(a)示出了使用多边形来形成光学器件的现有技术设计工具的局限性，图4(b)对照地示出了通过使用本发明的拟合矩形工艺而在匹配椭圆轮廓方面得到改善。与圆形一样，多个矩形12-1到12-M被用于“拟合”椭圆的轮廓，且每个矩形12-i的顶点A和B被选择与IC设计栅格相一致，如图4(b)所示。与通过本发明的拟合矩形工艺所生成的多种设计中的每个一样，可以使用(因为由栅格间距来控制)的独立矩形的数量直接与可获得的“拟合”相关。
图5示出了根据本发明来使用多个内接拟合矩形30-1到30-P以“拟合”示例性曲线32。应当注意，图5没有按比例绘制，但是为了清楚起见进行了放大。如图所示，一组顶点34-1到34-P被限定为与曲线32符合的栅格点。图6以类似方式(也是以放大比例)示出了使用多个外接拟合矩形40-1到40-Q以“拟合”示例性曲线42。同样，顶点44-1到44-Q被限定为与曲线42符合的栅格点。应当理解，根据本发明的教导，内接或外接矩形皆可被用于提供所需拟合。
使用多个拟合矩形52-1到52-R的凹透镜50的设计在图7(b)中示出，图7(a)示出了现有技术多边形以用作比较。如图7(b)所示，每个矩形52的高度由用于设计的掩膜的最小可分辨特征尺寸来进行限定和限制。然后，控制每个矩形的高度l，以使相关顶点54最适合镜50的曲线56。线形锥体60的产生在图8中示出，其中，图8(a)示出了使用多边形的现有技术的拟合工艺，而根据本发明通过使用多个拟合矩形而获得的改进在图8(b)中示出。参考图8(b)，控制每个矩形62-1到62-S的长度以生成特定线形锥体60的所需锥体T。
应当理解，本发明的上述实施例仅为了根据利用IC设计工具来拟合多个矩形以形成任何所需光学器件的轮廓而说明本发明的特征。例如，可使用本发明的拟合矩形工艺来生成多种其它光学器件的设计或形成光学系统的光学器件的组合。特别地，图9示出了包括根据本发明所形成的马赫-曾德尔调制器70的光学装置的设计。设计包装括平面镜72、74以使光转向和聚焦到波导中。分离器76与组合器78用作将光线导入和导出形成马赫-曾德尔调制器70的活性区84的分离且平行的波导臂80、82。由于马赫-曾德尔调制器70的活性区84还包括活性电子装置来控制被引导光的光学特性，掩膜等级限定了光学和电子器件(例如通过使用图1中所示的系统)。因此，总而言之，本发明的范围仅由所附权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种利用曼哈顿栅格系统来形成非曼哈顿元件集成电路设计的方法，该方法包括步骤：
a)确定具体曼哈顿设计和掩膜制造系统的最小栅格分辨率；
b)将多边形的相邻顶点间的最小间距限定为一对所选栅格点间的距离；
c)在曼哈顿栅格系统中叠加非曼哈顿元件；
d)通过在非曼哈顿元件的周边定位每个多边形的至少一个顶点，在非曼哈顿元件的限定空间内拟合多个多边形。
2.如权利要求1所述的方法，其中在执行步骤b)中，所选一对栅格点是相邻栅格点。
3.如权利要求1所述的方法，其中非曼哈顿元件是曲线且多个内接矩形用于形成该曲线。
4.如权利要求1所述的方法，其中非曼哈顿元件是曲线且多个外接矩形用于形成该曲线。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述非曼哈顿元件是光学元件。
6.如权利要求5所述的方法，其中曼哈顿形状的电学元件包含在与非曼哈顿光学元件相同的栅格中，允许光学和电学元件同时布置。
7.如权利要求1所述的方法，其中在执行步骤b)中，采用矩形作为多边形且该步骤包括将最小矩形宽度限定为所选一对栅格点之间的距离。
8.如权利要求1所述的方法，其中通过将预定几何形状的方程式设置为输入来确定非曼哈顿元件的几何形状。
9.如权利要求1所述的方法，其中在执行步骤b)中，至少一个多边形的多个顶点被定位于非曼哈顿元件的周边。
10.如权利要求1所述的方法，其中在执行步骤c)中，将衍射光学元件叠加到曼哈顿栅格系统中。
11.一种用于生成至少一个非曼哈顿光学元件和至少一个曼哈顿电子元件的集成电路设计的方法，该方法包括步骤：
模拟一组预定光学功能以生成至少一个非曼哈顿光学元件的物理设计；
将该至少一个非曼哈顿光学元件的物理设计转换成适合曼哈顿栅格系统的设计，该转换步骤包括：
a)确定具体曼哈顿设计和掩膜制造系统的最小栅格分辨率；
b)将多边形的相邻顶点间的最小间距限定为一对所选栅格点间的距离；
c)在曼哈顿栅格系统中叠加非曼哈顿元件；
d)通过在非曼哈顿元件的周边定位每个多边形的至少一个顶点，在非曼哈顿元件的限定空间内拟合多个多边形；
模拟一组预定电学功能以生成至少一个曼哈顿电子元件的物理设计；
提供至少一个电子元件的曼哈顿设计和至少一个光学元件的已转换的曼哈顿设计来作为掩膜制造系统的输入；及
在曼哈顿栅格系统上生成包括光学和电子元件设计的掩膜。
12.一种使用曼哈顿栅格系统形成非曼哈顿元件集成电路设计的系统，该系统包括能够完成以下操作的处理器：
a)确定具体曼哈顿设计和掩膜制造系统的最小栅格分辨率；
b)将多边形的相邻顶点间的最小间距限定为一对所选栅格点间的距离；
c)在曼哈顿栅格系统中叠加非曼哈顿元件；
d)通过在非曼哈顿元件的周边定位每个多边形的至少一个顶点，在非曼哈顿元件的限定空间内拟合多个多边形。
13.如权利要求12所述的系统，其中该系统还包括提供曼哈顿元件设计的电子集成电路设计工具，电子集成电路设计工具的输出用作形成包括光学和电子器件的单个掩膜的系统处理器的输入。
14.一种掩膜设计软件工具，包括：
光学模拟器，用于形成至少一个具有非曼哈顿几何形状的光学器件的物理设计；
设计转换模块，用于将至少一个具有非曼哈顿几何形状的光学器件的物理设计转换成曼哈顿栅格系统使用的设计，该设计转换模块包括能完成以下操作的处理器：
a)确定具体曼哈顿设计和掩膜制造系统的最小栅格分辨率；
b)将多边形的相邻顶点间的最小间距限定为一对所选栅格点间的距离；
c)在曼哈顿栅格系统中叠加非曼哈顿元件；
d)通过在非曼哈顿元件的周边定位每个多边形的至少一个顶点，在非曼哈顿元件的限定空间内拟合多个多边形；
电子模拟器，用于形成至少一个具有曼哈顿的电子元件的物理设计；及
掩膜设计模块，配合电子模拟器和设计转换模块的输出来生成光学和电学器件设计。
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