國科大《集成電路先進光刻技術與版圖設計優化》課程分享之一：典型顯微系統的光學成像原理

中國科學院大學（以下簡稱國科大）微電子學院是國家首批支持建設的示范性微電子學院，國科大微電子學院開設的《集成電路先進光刻技術與版圖設計優化》課程是國內少有的研究討論光刻技術的研究生課程，而開設課程的韋亞一研究員及其團隊具有多年的學術界及工業界的光刻技術經驗積累，并出版有多本專著，其中《計算光刻與版圖優化》一書更是列入中國科學院大學研究生教學輔導書系列。本號獲授權將陸續介紹《集成電路先進光刻技術與版圖設計優化》課程中學生的一些專題調研結果，以及《計算光刻與版圖優化》書籍相關內容，未經許可，禁止轉載。

一、專題調研之一《典型顯微系統的光學成像原理》，作者：曹冰倩、史徵羽

二、《計算光刻與版圖優化》介紹

計算光刻作為當前高端芯片制造的核心技術，其對光刻分辨率的極大提升是推動集成電路先進制造工藝從45nm發展到7nm以下技術節點的關鍵技術，也是瓦森納協議限制對中國出口的技術。

適值我國高端芯片技術及產業遭受他國“卡脖子”之際，在微電子專業研究生研討課講義的基礎上，中國科學院微電子研究所計算光刻科研團隊出版了中文專著《計算光刻與版圖優化》。
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這本書是國內首部系統地介紹集成電路制造計算光刻與版圖優化的理論和關鍵技術的專著，不僅適合集成電路研究、設計、制造的從業者閱讀，還適合高等院校微電子相關專業的本科生、研究生閱讀和參考。

ISBN 978-7-121-40226-5

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目 錄

第1章 概述 1

1．1 集成電路的設計流程和設計工具 3

1．1．1 集成電路的設計流程 3

1．1．2 設計工具（EDA tools） 5

1．1．3 設計方法介紹 7

1．2 集成電路制造流程 9

1．3 可制造性檢查與設計制造協同優化 19

1．3．1 可制造性檢查（DFM） 20

1．3．2 設計與制造技術協同優化（DTCO） 20

本章參考文獻 21

第2章 集成電路物理設計 22

2．1 設計導入 23

2．1．1 工藝設計套件的組成 23

2．1．2 標準單元 24

2．1．3 設計導入流程 25

2．1．4 標準單元類型選取及IP列表 26

2．2 布圖與電源規劃 26

2．2．1 芯片面積規劃 26

2．2．2 電源網絡設計 27

2．2．3 SRAM、IP、端口分布 28

2．2．4 低功耗設計與通用功耗格式導入 28

2．3 布局 30

2．3．1 模塊約束類型 30

2．3．2?擁塞?31

2．3．3 圖形密度 32

2．3．4 庫交換格式優化 32

2．3．5 鎖存器的位置分布 33

2．3．6 有用時鐘偏差的使用 33

2．4 時鐘樹綜合 35

2．4．1 CTS Specification介紹 35

2．4．2 時鐘樹級數 35

2．4．3 時鐘樹單元選取及分布控制 36

2．4．4 時鐘樹的生成及優化 36

2．5 布線 36

2．5．1 非常規的設計規則 36

2．5．2 屏蔽 37

2．5．3 天線效應 37

2．6 簽核 39

2．6．1 靜態時序分析 39

2．6．2 功耗 44

2．6．3 物理驗證 45

本章參考文獻 47

第3章 光刻模型 48

3．1 基本的光學成像理論 48

3．1．1 經典衍射理論 48

3．1．2 阿貝成像理論 53

3．2 光刻光學成像理論 54

3．2．1 光刻系統的光學特征 54

3．2．2 光刻成像理論 67

3．3 光刻膠模型 74

3．3．1 光刻膠閾值模型 74

3．3．2 光刻膠物理模型 75

3．4 光刻光學成像的評價指標 77

3．4．1 關鍵尺寸及其均勻性 77

3．4．2 對比度和圖像對數斜率 78

3．4．3 掩模誤差增強因子 79

3．4．4 焦深與工藝窗口 80

3．4．5 工藝變化帶（PV-band） 82

本章參考文獻 82

第4章 分辨率增強技術 84

4．1 傳統分辨率增強技術 86

4．1．1 離軸照明 86

4．1．2 相移掩模 89

4．2 多重圖形技術 92

4．2．1 雙重及多重光刻技術 93

4．2．2 自對準雙重及多重圖形成像技術 99

4．2．3 裁剪技術 104

4．3 光學鄰近效應修正技術 107

4．3．1 RB-OPC和MB-OPC 108

4．3．2 亞分辨輔助圖形添加 109

4．3．3 逆向光刻技術 110

4．3．4 OPC技術的產業化應用 113

4．4 光源?掩模聯合優化技術 117

4．4．1 SMO技術的發展歷史與基本原理 117

4．4．2 SMO技術的產業化應用 119

本章參考文獻 123

第5章 刻蝕效應修正 125

5．1 刻蝕效應修正流程 126

5．2 基于規則的刻蝕效應修正 128

5．2．1 基于規則的刻蝕效應修正的方法 128

5．2．2 基于規則的刻蝕效應修正的局限性 129

5．3 基于模型的刻蝕效應修正 132

5．3．1 刻蝕工藝建模 132

5．3．2 基于模型的刻蝕效應修正概述 134

5．3．3 刻蝕模型的局限性 135

5．4 EPC修正策略 136

5．5?非傳統的刻蝕效應修正流程 139

5．5．1 新的MBRT刻蝕效應修正流程 139

5．5．2 刻蝕效應修正和光刻解決方案的共優化 139

5．6 基于機器學習的刻蝕效應修正 140

5．6．1 基于人工神經網絡的刻蝕偏差預測 140

5．6．2 刻蝕鄰近效應修正算法 141

5．6．3 基于機器學習的刻蝕偏差預測模型案例 142

本章參考文獻 143

第6章 可制造性設計 145

6．1 DFM的內涵和外延 145

6．1．1 DFM的內涵 145

6．1．2 DFM的外延 148

6．2 增強版圖的健壯性 149

6．2．1 關鍵區域圖形分析（CAA） 149

6．2．2 增大接觸的可靠性 150

6．2．3 減少柵極長度和寬度變化對器件性能的影響 151

6．2．4 版圖健壯性的計分模型 152

6．3 與光刻工藝關聯的DFM 153

6．3．1 使用工藝變化的帶寬（PV-band）來評估版圖的可制造性 153

6．3．2 使用聚集深度來評估版圖的可制造性 155

6．3．3 光刻壞點的計分系統（scoring system） 157

6．3．4 對光刻工藝友好的設計 160

6．3．5 版圖與掩模一體化仿真 161

6．4 與CMP工藝關聯的DFM 162

6．4．1 CMP的工藝缺陷及其仿真 162

6．4．2 對CMP工藝友好的版圖設計 164

6．4．3 填充冗余金屬（dummy fill） 165

6．4．4 回避困難圖形 165

6．5 DFM的發展及其與設計流程的結合 166

6．5．1?全工藝流程的DFM 166

6．5．2 DFM工具及其與設計流程的結合 168

6．6 提高器件可靠性的設計（DFR） 170

6．6．1 與器件性能相關的DFR 170

6．6．2 與銅互連相關的DFR 172

6．7 基于設計的測量與DFM結果的驗證 172

6．7．1 基于設計的測量（DBM） 172

6．7．2 DFM規則有效性的評估 174

本章參考文獻 174

第7章 設計與工藝協同優化 177

7．1 工藝流程建立過程中的DTCO 178

7．1．1 不同技術節點DTCO的演進 178

7．1．2 器件結構探索 181

7．1．3 設計規則優化 183

7．1．4 面向標準單元庫的DTCO 194

7．2 設計過程中的DTCO 201

7．2．1 考慮設計和工藝相關性的物理設計方法 201

7．2．2 考慮布線的DTCO 205

7．2．3 流片之前的DTCO 213

7．3 基于版圖的良率分析及壞點檢測的DTCO 216

7．3．1 影響良率的關鍵圖形的檢測 217

7．3．2 基于版圖的壞點檢測 222

本章參考文獻 226

附錄A 專業詞語檢索 229

總結

以上是生活随笔為你收集整理的《集成电路先进光刻技术与版图设计优化》课程分享之一：典型显微系统的光学成像原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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