SAMP流程生成准确的跟踪掩膜的技术解析
作者：jae uk lee、ryoung-han kim博士、david abercrombie、rehab kotb ali
正如任何尝试过的工程师都会告诉您的那样，为自对准多图案（samp）流程创建符合设计规则检查（drc）的设计并不是一件容易的事。在符合所有相关drc要求的同时，将所需的目标形状分解为适当的蒙版形状是一个复杂的过程。
了解关键的分解要求和为samp流程生成准确的跟踪掩膜的技术，以及理解分解过程中发生错误的根本原因，对于成功制造依赖于这些流程的设计至关重要。
电子设计自动化（eda）中的多图案（mp）工具不仅可以自动执行分解过程，还可以帮助工程师更快，更准确地理解和调试绘制目标形状无法正确生成轨迹蒙版的情况。imec和西门子eda（以前称为mentor graphics）进行了一个协作项目，以caliber multi-patterning工具作为eda工具功能的代表来定义和描述自动分解过程。
sadp / saqp轨道分解
自对准双图案（sadp）和自对准四重图案（saqp）需要芯轴掩模和切割/块状掩模进行制造。第一步是将目标转换为心轴和非心轴轨道。这些轨道之间的间隔由侧壁宽度定义。尽管sadp使用一个侧壁生成步骤，但saqp需要两个侧壁生成步骤，因为saqp中的磁道之间的间隔由第二侧壁宽度定义。由于这两个过程都使用侧壁，因此金属线（金属走线）之间的间隔在这两者中都是恒定的。
如图1所示，同一轨道中的所有目标形状必须彼此对齐并具有相同的宽度。目标形状之间的任何间隙都必须填充假金属。对于目标形状和sadp区域边界（定义ip块范围的标记）之间的间隙也是如此。如果在垂直方向上发现一个较大的间隙，则必须用虚拟轨道（没有任何目标形状的轨道）填充该间隙，以在最终生成的轨道之间保持恒定的间距。
图1根据需要生成了虚拟轨迹，以填充目标形状之间的空白区域，保持轨迹之间的间距恒定并尊重锚点。资料来源：西门子eda
如图1的中间所示，某些磁道之间的额外间隔不足以生成三个磁道，同时又无法在每个磁道之间保持所需的恒定间隔。要解决此问题，“口径多样式”工具会生成两个宽轨道。
您怎么知道应该将哪个轨道分配给心轴或非心轴组？该名称实际上有点武断。如果您有特定的首选项，calibre multi-patterning工具可让您通过使用定位图层来控制分配。例如，在制造过程中，心轴线的生成与非心轴线不同，因此您可能希望基于连接性或功能将某些网络分配给特定的蒙版。如图1所示，将标记为心轴锚的目标形状分配给心轴轨道，并将标记为非心轴锚的目标形状分配给非心轴轨道。
由于各种标准单元库设计配置，每个金属层可能具有一定范围的允许走线宽度。铸造厂通过定义包含允许宽度的范围或通过将特定值分配给一组允许宽度来定义这些允许的轨道宽度。“ calibre multi-patterning”工具不会生成宽度超出这些允许范围或预定义值集的任何轨迹，这有助于您创建符合铸造厂约束的蒙版。
轨道宽度的集合也可以被限制为特定的顺序。铸造厂定义任何所需的轨道宽度顺序，通常将其定义为两个电源导轨之间的轨道宽度顺序。calibre multi-patterning工具随后可以将此轨道宽度顺序规范与设计中的目标轨道多边形相匹配，并使用适当的轨道宽度顺序（图2）在需要时插入虚拟轨道。
图2虚拟轨道的插入基于铸造规范的轨道宽度顺序。资料来源：西门子eda
销售轨迹分解
salele进程具有两个必需的跟踪蒙版：le1和le2。因为每种轨道类型都有单独的遮罩，所以“销售”过程不需要连续的轨道或使用虚拟轨道来填充空白空间。如果同一轨道上目标形状之间的间隙足够宽，可以直接打印，则不需要虚拟金属来填充该间隙。
如果同一轨道上目标形状之间的间隙小于光刻限制（这意味着它不能直接打印），则calibre multi-patterning工具将用伪金属填充该间隙，并向切割机添加切割/块状形状。如图3所示，在该位置使用块状掩模在目标金属形状之间创建所需的隔离。
图3在salele分解中，目标形状之间的狭窄间隙（不能直接打印）必须用虚拟填充填充。然后将生成的形状在le1和le2蒙版之间进行划分。资料来源：西门子eda
填充过程之后，将生成的形状划分为le1和le2蒙版。salele中的锚定与sadp类似，并且同样重要。根据连接性或功能，可以使用锚定过程将任何目标形状分配给特定的蒙版（le1或le2）。
ip块终止
使用sadp / saqp流程进行设计时的一个重要问题是，如何按照sadp区域标记的定义，在ip块的边缘布置边界区域。如图4所示，必须在sadp区域的顶部和底部添加虚拟轨道（终端轨道）。此外，必须在sadp区域的左侧和右侧添加线端扩展（即端盖端接）。需要使用这些端接来缓冲目标形状，以防止边缘处的工艺变化。
图4虚拟轨道被添加到sadp标记终止区域的顶部和底部。资料来源：西门子eda
使用calibre multi-patterning工具，您可以定义这些终止区域。然后，该工具用虚拟轨道填充这些区域，确保最后一个轨道是心轴轨道，以保持与sadp / saqp流程的一致性。如果铸造厂要求终止区域中的最后一个心轴轨道比其他轨道更宽，则该工具将生成与铸造厂要求一致的最后一个心轴宽度。
铸造厂还可以定义终止轨迹宽度的顺序。终止轨迹从sadp标记边缘填充到sadp终止区域内部。如果calibre multi-patterning工具使用铸造厂定义的终止宽度序列插入终止轨道，并且最后占用的轨道和sadp标记边缘之间的间隔大于满足终止宽度序列所需的终止轨道，则它将填充剩余空间-终止轨道和最后占用的轨道之间的空间-最小宽度的轨道。
如果sadp区域不是矩形的，则在sadp区域的每个边缘的末端添加终止走线，如图5所示。如果非矩形sadp区域具有凸角，并且最后一个终止心轴轨道必须比其旁边的常规轨道的宽度宽，那么calibre multi-patterning工具将通过以下方式在终止轨道和常规轨道之间创建适当的连接性：使用铸造厂预定义的宽度创建一个点动，以使终端虚拟轨道连接到常规轨道。
图5通过对非矩形sadp标记使用步进来创建特殊终止过程。资料来源：西门子eda
错误可视化
最终，无论您多么熟练和经验丰富，还是分解自动化工具的能力如何，都不可避免地会出现一些错误。从本质上讲，多样式错误通常在视觉环境中更容易理解。calibre multi-patterning工具提供了错误可视化功能，可帮助您更快地查找并准确修复违反多模式的问题，如图6所示。
图6口径多模式工具报告的跟踪错误的可视显示。资料来源：西门子eda
非法轨道空间
轨道之间的间距必须恒定且等于侧壁宽度。如果设计不满足此规则，则该工具将生成一个错误标记层。轨道之间的非法间距可能是两个连续占用的轨道之间的间距小于侧壁宽度的结果。可替代地，两个连续的被占用的轨道之间的间隔可以大于侧壁宽度，但是小于插入另外的虚拟轨道所需的空间：两个侧壁加上允许的轨道宽度。图6中部的橙色高亮标记显示了这些问题。
非法目标
在sadp / saqp中，同一轨道中的所有目标多边形必须彼此对齐并具有相同的宽度。非法目标错误分为三种：
如果任何目标多边形未与同一轨道中的其他目标形状对齐，则将其突出显示为非法目标形状（从顶部起第五个轨道中为绿色标记）。
如果目标宽度小于最小允许轨道宽度，或者不在该轨道的允许宽度列表内，则将其突出显示为非法目标形状（中间有两个绿色标记）。
如果目标形状的宽度与同一轨道中其他目标形状的宽度不一致，则将其突出显示为非法目标形状（底部附近的绿色标记）。
锚冲突
当无法维持心轴锚点和/或非心轴锚点之间的颜色一致性时，就会发生锚点冲突。这些冲突可能发生在不同轨道上的锚点之间（下部的黄色标记），或者同一轨道上的锚点之间（中间的粉红色标记）。
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正如任何尝试过的工程师都会告诉您的那样，为自对准多图案（samp）流程创建符合设计规则检查（drc）的设计并不是一件容易的事。在符合所有相关drc要求的同时，将所需的目标形状分解为适当的蒙版形状是一个复杂的过程。
了解关键的分解要求和为samp流程生成准确的跟踪掩膜的技术，以及理解分解过程中发生错误的根本原因，对于成功制造依赖于这些流程的设计至关重要。
电子设计自动化（eda）中的多图案（mp）工具不仅可以自动执行分解过程，还可以帮助工程师更快，更准确地理解和调试绘制目标形状无法正确生成轨迹蒙版的情况。imec和西门子eda（以前称为mentor graphics）进行了一个协作项目，以caliber multi-patterning工具作为eda工具功能的代表来定义和描述自动分解过程。
sadp / saqp轨道分解
自对准双图案（sadp）和自对准四重图案（saqp）需要芯轴掩模和切割/块状掩模进行制造。第一步是将目标转换为心轴和非心轴轨道。这些轨道之间的间隔由侧壁宽度定义。尽管sadp使用一个侧壁生成步骤，但saqp需要两个侧壁生成步骤，因为saqp中的磁道之间的间隔由第二侧壁宽度定义。由于这两个过程都使用侧壁，因此金属线（金属走线）之间的间隔在这两者中都是恒定的。
如图1所示，同一轨道中的所有目标形状必须彼此对齐并具有相同的宽度。目标形状之间的任何间隙都必须填充假金属。对于目标形状和sadp区域边界（定义ip块范围的标记）之间的间隙也是如此。如果在垂直方向上发现一个较大的间隙，则必须用虚拟轨道（没有任何目标形状的轨道）填充该间隙，以在最终生成的轨道之间保持恒定的间距。
图1根据需要生成了虚拟轨迹，以填充目标形状之间的空白区域，保持轨迹之间的间距恒定并尊重锚点。资料来源：西门子eda
如图1的中间所示，某些磁道之间的额外间隔不足以生成三个磁道，同时又无法在每个磁道之间保持所需的恒定间隔。要解决此问题，“口径多样式”工具会生成两个宽轨道。
您怎么知道应该将哪个轨道分配给心轴或非心轴组？该名称实际上有点武断。如果您有特定的首选项，calibre multi-patterning工具可让您通过使用定位图层来控制分配。例如，在制造过程中，心轴线的生成与非心轴线不同，因此您可能希望基于连接性或功能将某些网络分配给特定的蒙版。如图1所示，将标记为心轴锚的目标形状分配给心轴轨道，并将标记为非心轴锚的目标形状分配给非心轴轨道。
由于各种标准单元库设计配置，每个金属层可能具有一定范围的允许走线宽度。铸造厂通过定义包含允许宽度的范围或通过将特定值分配给一组允许宽度来定义这些允许的轨道宽度。“ calibre multi-patterning”工具不会生成宽度超出这些允许范围或预定义值集的任何轨迹，这有助于您创建符合铸造厂约束的蒙版。
轨道宽度的集合也可以被限制为特定的顺序。铸造厂定义任何所需的轨道宽度顺序，通常将其定义为两个电源导轨之间的轨道宽度顺序。calibre multi-patterning工具随后可以将此轨道宽度顺序规范与设计中的目标轨道多边形相匹配，并使用适当的轨道宽度顺序（图2）在需要时插入虚拟轨道。
图2虚拟轨道的插入基于铸造规范的轨道宽度顺序。资料来源：西门子eda
销售轨迹分解
salele进程具有两个必需的跟踪蒙版：le1和le2。因为每种轨道类型都有单独的遮罩，所以“销售”过程不需要连续的轨道或使用虚拟轨道来填充空白空间。如果同一轨道上目标形状之间的间隙足够宽，可以直接打印，则不需要虚拟金属来填充该间隙。
如果同一轨道上目标形状之间的间隙小于光刻限制（这意味着它不能直接打印），则calibre multi-patterning工具将用伪金属填充该间隙，并向切割机添加切割/块状形状。如图3所示，在该位置使用块状掩模在目标金属形状之间创建所需的隔离。
图3在salele分解中，目标形状之间的狭窄间隙（不能直接打印）必须用虚拟填充填充。然后将生成的形状在le1和le2蒙版之间进行划分。资料来源：西门子eda
填充过程之后，将生成的形状划分为le1和le2蒙版。salele中的锚定与sadp类似，并且同样重要。根据连接性或功能，可以使用锚定过程将任何目标形状分配给特定的蒙版（le1或le2）。
ip块终止
使用sadp / saqp流程进行设计时的一个重要问题是，如何按照sadp区域标记的定义，在ip块的边缘布置边界区域。如图4所示，必须在sadp区域的顶部和底部添加虚拟轨道（终端轨道）。此外，必须在sadp区域的左侧和右侧添加线端扩展（即端盖端接）。需要使用这些端接来缓冲目标形状，以防止边缘处的工艺变化。
图4虚拟轨道被添加到sadp标记终止区域的顶部和底部。资料来源：西门子eda
使用calibre multi-patterning工具，您可以定义这些终止区域。然后，该工具用虚拟轨道填充这些区域，确保最后一个轨道是心轴轨道，以保持与sadp / saqp流程的一致性。如果铸造厂要求终止区域中的最后一个心轴轨道比其他轨道更宽，则该工具将生成与铸造厂要求一致的最后一个心轴宽度。
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如果sadp区域不是矩形的，则在sadp区域的每个边缘的末端添加终止走线，如图5所示。如果非矩形sadp区域具有凸角，并且最后一个终止心轴轨道必须比其旁边的常规轨道的宽度宽，那么calibre multi-patterning工具将通过以下方式在终止轨道和常规轨道之间创建适当的连接性：使用铸造厂预定义的宽度创建一个点动，以使终端虚拟轨道连接到常规轨道。
图5通过对非矩形sadp标记使用步进来创建特殊终止过程。资料来源：西门子eda
错误可视化
最终，无论您多么熟练和经验丰富，还是分解自动化工具的能力如何，都不可避免地会出现一些错误。从本质上讲，多样式错误通常在视觉环境中更容易理解。calibre multi-patterning工具提供了错误可视化功能，可帮助您更快地查找并准确修复违反多模式的问题，如图6所示。
图6口径多模式工具报告的跟踪错误的可视显示。资料来源：西门子eda
非法轨道空间
轨道之间的间距必须恒定且等于侧壁宽度。如果设计不满足此规则，则该工具将生成一个错误标记层。轨道之间的非法间距可能是两个连续占用的轨道之间的间距小于侧壁宽度的结果。可替代地，两个连续的被占用的轨道之间的间隔可以大于侧壁宽度，但是小于插入另外的虚拟轨道所需的空间：两个侧壁加上允许的轨道宽度。图6中部的橙色高亮标记显示了这些问题。
非法目标
在sadp / saqp中，同一轨道中的所有目标多边形必须彼此对齐并具有相同的宽度。非法目标错误分为三种：
如果任何目标多边形未与同一轨道中的其他目标形状对齐，则将其突出显示为非法目标形状（从顶部起第五个轨道中为绿色标记）。
如果目标宽度小于最小允许轨道宽度，或者不在该轨道的允许宽度列表内，则将其突出显示为非法目标形状（中间有两个绿色标记）。
如果目标形状的宽度与同一轨道中其他目标形状的宽度不一致，则将其突出显示为非法目标形状（底部附近的绿色标记）。
锚冲突
当无法维持心轴锚点和/或非心轴锚点之间的颜色一致性时，就会发生锚点冲突。这些冲突可能发生在不同轨道上的锚点之间（下部的黄色标记），或者同一轨道上的锚点之间（中间的粉红色标记）。
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