用切割和縫合修復(fù)雙重圖形誤差的工作原理

雙重圖形（DP）是指將單層IC版圖分解成兩個(gè)光罩，在此過(guò)程中，有許多多邊形配置可能會(huì)導(dǎo)致違反DP設(shè)計(jì)規(guī)則。其中一些錯(cuò)誤可藉由增加多邊形之間的間距進(jìn)行修復(fù)。然而有些DP錯(cuò)誤，像奇數(shù)圈 （odd cycle）的誤差，可能難以修復(fù)。如果你的版圖通過(guò)一種類(lèi)似手術(shù)的修正方式，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行切割來(lái)解決DP錯(cuò)誤，那么就會(huì)變得非常簡(jiǎn)單。

這種修正技術(shù)稱為“切割和縫合”（cutting and stitching），通常只將其稱為縫合。讓我們來(lái)看一下它的工作原理。圖中給出了一對(duì)無(wú)法正確分解成兩個(gè)光罩的典型版圖配置。

圖1：采用切割和縫合解決雙重圖形錯(cuò)誤。

左邊最上面一行顯示了一個(gè)與其本身有最小間距問(wèn)題的單個(gè)多邊形。換言之，被高亮顯示的最小間距在多邊形的邊緣之間是不允許的，除非多邊形的邊屬于不同光罩。因?yàn)樗猩婕白钚￠g距的多邊形的邊均位于同一多邊形上，所以其必須位于相同的光罩上。唯一的修正方案是增加這些間距，這就需要更多的設(shè)計(jì)區(qū)域。左下行顯示了一個(gè)奇數(shù)圈錯(cuò)誤。這三個(gè)多邊形無(wú)法拆解成兩個(gè)光罩，因?yàn)橛枚龝r(shí)，一定會(huì)存在余數(shù)。

但是，藉由將一個(gè)多邊形切成兩塊或多塊（稱為“切割”），這兩種錯(cuò)誤情況都會(huì)有一個(gè)DP解決方案，如該圖中心所示。現(xiàn)在，原多邊形中的一塊可以限定在一個(gè)光罩，其他的限定在第二個(gè)光罩。在頂部的中間行，形成最小間距多邊形的邊現(xiàn)屬于不同的光罩，使其符合規(guī)則。在底部的中間行，將3個(gè)多邊形中的底部多邊形 “切割”成兩部分，形成一個(gè)合法的偶數(shù)圈。優(yōu)點(diǎn)是可在不增加設(shè)計(jì)尺寸的前提下來(lái)修正錯(cuò)誤。事實(shí)上，基本設(shè)計(jì)完全沒(méi)有改變。

如果這聽(tīng)起來(lái)不可思議，則說(shuō)明你對(duì)該技術(shù)不是很了解。我們注意到，90%至95%的DP錯(cuò)誤案例可通過(guò)切割進(jìn)行修復(fù)，同時(shí)使設(shè)計(jì)從電路版圖和面積保持不變。

當(dāng)然，天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐，現(xiàn)在是時(shí)候好好研究一下具體的操作細(xì)節(jié)。正如我們先前所探討的，由于DP過(guò)程使用兩次單獨(dú)的印刷步驟來(lái)重現(xiàn)一個(gè)設(shè)計(jì)層，兩次印刷輪廓受到光刻變圓的影響，可能存在不重合現(xiàn)象。上圖右邊顯示了這一潛在的不重合對(duì)利用切割來(lái)修復(fù)DP錯(cuò)誤造成影響。

正如你可以看到的，在切割位置原來(lái)碰觸的兩塊，由于成像期間變圓后可能無(wú)法形成固定連接，從而出現(xiàn)相對(duì)錯(cuò)位。這當(dāng)然會(huì)造成你的設(shè)計(jì)中存在不被允許的開(kāi)路現(xiàn)象。那么，我們?nèi)绾巍靶迯?fù)”切割部位呢？為了解決這一問(wèn)題，我們延伸了原多邊形中的兩塊，使其在切割部位相互重迭。重迭區(qū)域稱為“縫合”，你可以從圖右下方看到，針對(duì)光刻變圓和錯(cuò)位這兩個(gè)問(wèn)題，提供了一個(gè)解決問(wèn)題的空間。

圖2顯示了一個(gè)更實(shí)際的版圖，其具有多個(gè)DP奇數(shù)圈和錨定路徑錯(cuò)誤（標(biāo)為紅色和黃色誤差環(huán)），通常需要通過(guò)調(diào)整間距來(lái)修復(fù)。通過(guò)縫合，可對(duì)大多數(shù)錯(cuò)誤進(jìn)行糾正。

圖2：使用切割和縫合修復(fù)奇數(shù)圈和錨定路徑中存在的錯(cuò)誤

你可能在這個(gè)時(shí)候會(huì)問(wèn)，為什么剩下的錯(cuò)誤無(wú)法用縫合進(jìn)行修復(fù)。這便是操作細(xì)節(jié)的第二個(gè)注意事項(xiàng)。你不可能對(duì)任何部位進(jìn)行縫合。像版圖中的其他部分一樣，也有許多與縫合相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則?？p合將一個(gè)更高等級(jí)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性加到了設(shè)計(jì)規(guī)則中，保證了制造中穩(wěn)固的電氣功能，設(shè)計(jì)師可能很難決定如何創(chuàng)建一個(gè)滿足所有這些擴(kuò)展規(guī)則的“有效”縫合。準(zhǔn)確地說(shuō)，因?yàn)檫@種額外增加的復(fù)雜性，不是所有的代工廠都選擇使用縫合這一方案。

針對(duì)這種復(fù)雜性的其中一個(gè)設(shè)計(jì)端解決方案，如許多IC設(shè)計(jì)中存在的挑戰(zhàn)，就是借助EDA工具化解這一復(fù)雜性。這正是我們使用Mentor Graphics公司提供的Calibre多圖形（Multi-Patterning）工具。我們創(chuàng)建了自動(dòng)化功能，該功能可產(chǎn)生符合所有設(shè)計(jì)規(guī)則的縫合候選項(xiàng)，并可用我們分解和檢查工具進(jìn)行評(píng)估以識(shí)別和解決DP錯(cuò)誤。

盡管IC物理設(shè)計(jì)的復(fù)雜性越來(lái)越高，EDA自動(dòng)化能夠?yàn)椴粩嘧兓囊?guī)則集提供支持，使切割和縫合在20納米設(shè)計(jì)中成為可能。