修复双重图形误差的途径：切割和缝合

作者：David Abercrombie和张淑雯，Mentor Graphics

双重图形（DP）是指将单层IC版图分解成两个光罩，在此过程中，有许多多边形配置可能会导致违反DP设计规则。其中一些错误可藉由增加多边形之间的间距进行修复。然而有些DP错误，像奇数圈 (odd cycle)的误差，可能难以修复。如果你的版图通过一种类似手术的修正方式，在关键节点进行切割来解决DP错误，那么就会变得非常简单。

这种修正技术称为“切割和缝合”(cutting and stitching)，通常只将其称为缝合。让我们来看一下它的工作原理。图中给出了一对无法正确分解成两个光罩的典型版图配置。


图1：采用切割和缝合解决双重图形错误。

左边最上面一行显示了一个与其本身有最小间距问题的单个多边形。换言之，被高亮显示的最小间距在多边形的边缘之间是不允许的，除非多边形的边属于不同光罩。因为所有涉及最小间距的多边形的边均位于同一多边形上，所以其必须位于相同的光罩上。唯一的修正方案是增加这些间距，这就需要更多的设计区域。左下行显示了一个奇数圈错误。这三个多边形无法拆解成两个光罩，因为用二除三时，一定会存在余数。

但是，藉由将一个多边形切成两块或多块（称为“切割”），这两种错误情况都会有一个DP解决方案，如该图中心所示。现在，原多边形中的一块可以限定在一个光罩，其他的限定在第二个光罩。在顶部的中间行，形成最小间距多边形的边现属于不同的光罩，使其符合规则。在底部的中间行，将3个多边形中的底部多边形 “切割”成两部分，形成一个合法的偶数圈。优点是可在不增加设计尺寸的前提下来修正错误。事实上，基本设计完全没有改变。

如果这听起来不可思议，则说明你对该技术不是很了解。我们注意到，90%至95%的DP错误案例可通过切割进行修复，同时使设计从电路版图和面积保持不变。

当然，天下没有免费的午餐，现在是时候好好研究一下具体的操作细节。正如我们先前所探讨的，由于DP过程使用两次单独的印刷步骤来重现一个设计层，两次印刷轮廓受到光刻变圆的影响，可能存在不重合现象。上图右边显示了这一潜在的不重合对利用切割来修复DP错误造成影响。

正如你可以看到的，在切割位置原来碰触的两块，由于成像期间变圆后可能无法形成固定连接，从而出现相对错位。这当然会造成你的设计中存在不被允许的开路现象。那么，我们如何“修复”切割部位呢？为了解决这一问题，我们延伸了原多边形中的两块，使其在切割部位相互重迭。重迭区域称为“缝合”，你可以从图右下方看到，针对光刻变圆和错位这两个问题，提供了一个解决问题的空间。

图2显示了一个更实际的版图，其具有多个DP奇数圈和锚定路径错误（标为红色和黄色误差环），通常需要通过调整间距来修复。通过缝合，可对大多数错误进行纠正。


图2：使用切割和缝合修复奇数圈和锚定路径中存在的错误

你可能在这个时候会问，为什么剩下的错误无法用缝合进行修复。这便是操作细节的第二个注意事项。你不可能对任何部位进行缝合。像版图中的其他部分一样，也有许多与缝合相关的设计规则。缝合将一个更高等级的设计复杂性加到了设计规则中，保证了制造中稳固的电气功能，设计师可能很难决定如何创建一个满足所有这些扩展规则的“有效”缝合。准确地说，因为这种额外增加的复杂性，不是所有的代工厂都选择使用缝合这一方案。

针对这种复杂性的其中一个设计端解决方案，如许多IC设计中存在的挑战，就是借助EDA工具化解这一复杂性。这正是我们使用Mentor Graphics公司提供的Calibre多图形（Multi-Patterning）工具。我们创建了自动化功能，该功能可产生符合所有设计规则的缝合候选项，并可用我们分解和检查工具进行评估以识别和解决DP错误。

尽管IC物理设计的复杂性越来越高，EDA自动化能够为不断变化的规则集提供支持，使切割和缝合在20纳米设计中成为可能。