專利名稱：一種適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是一種獲取視覺信息的基礎(chǔ)器件，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的獲取、轉(zhuǎn)換 和視覺功能的擴(kuò)展，得到豐富的圖像信息，在現(xiàn)代社會生活中應(yīng)用得越來越廣
泛。目前的圖像傳感器主要有兩類，電荷耦合器件(Charge-CoupledDevice, CCD) 和互補金屬氧化物場效應(yīng)管(Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)
圖像傳感器。這兩類圖像傳感器的研究幾乎是同時在20世紀(jì)60年代末期起步 的，但由于受當(dāng)時工藝水平的限制，CMOS圖像傳感器性能的不完善嚴(yán)重影響 了圖像質(zhì)量，從而制約了它的發(fā)展和應(yīng)用。在20世紀(jì)70年代和80年代，CCD 圖像傳感器在可見光成像方面占主要地位。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，隨著集成電 路設(shè)計技術(shù)和工藝水平的提高和對小型化、低功耗、低成本成像系統(tǒng)消費需要 的增加，CMOS圖像傳感器成為圖像傳感器研究開發(fā)熱點。像素陣列是圖像傳 感器的重要組成部分，是圖像信息采集必不可少的環(huán)節(jié)。
另一方面，當(dāng)集成電路的最小特征尺寸和間距減小到光刻所用光源的波長 以下時，由于光的衍射和光刻膠顯影蝕刻等因素帶來的不可避免的影響，掩模 (Mask)圖形和在硅圓片上印刷出來的圖形之間將不再一致，集成電路(IC)版
形轉(zhuǎn)移的失真將顯著增大，嚴(yán)重影響到集成電路的生產(chǎn)成品率，這種現(xiàn)象被稱 為"光學(xué)鄰近效應(yīng)(OPE, Optical Proximity Effects)"。通常，硅片上實際印刷出來
的圖形產(chǎn)生的畸變現(xiàn)象包括斷線和橋連、拐角圓滑、線端縮進(jìn)等。這些畸變 可引起實際曝光圖樣相對原版圖設(shè)計圖樣產(chǎn)生多達(dá)60%的偏差，這大大超出工 業(yè)光刻10°/。的偏差容許極限，目前世界范圍內(nèi)最先進(jìn)的光刻技術(shù)都屬于這一類 "亞波長光刻"。為了解決超深亞微米時代集成電路設(shè)計制造中的種種困難，使光 刻的結(jié)果最好的符合版圖設(shè)計的目標(biāo)，分辨率增強技術(shù)(RET, Resolution Enhancement Technology)應(yīng)運而生，這種技術(shù)主要采用"光學(xué)鄰近效應(yīng)校正(OPC, Optical Proximity Correction)","移相掩模(PSM, Phase Shift Mask)"和"離軸照明 (OAI, Off Axis Illumination)"等方法，以減小光學(xué)鄰近效應(yīng)對集成電路生產(chǎn)成品 率的影響，并使現(xiàn)有的集成電路生產(chǎn)設(shè)備在相同的生產(chǎn)條件下能制造出具有更 小特征尺寸的芯片。通常所說的基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)校正是通過改變掩模 圖形來對光刻結(jié)果進(jìn)行校正，它的基本做法是將版圖中多邊形的邊切分成小的線段，每個小線段上選取一個光強評估點，以該點的光強代表整個小線段的光 強，然后根據(jù)由光刻設(shè)備參數(shù)建立的仿真模型計算出小線段在法向方向的校正 距離，使得與小線段對應(yīng)的光強評估點處的光強達(dá)到成像時的光強閾值，從而 完成對掩模圖形系統(tǒng)性的預(yù)校正，并使得由于光的衍射和光刻膠曝光顯影蝕刻 帶來的非線性失真程度減小。隨著集成電路特征尺寸的不斷減小，這種精度較 高的基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)校正在集成電路制造領(lǐng)域中應(yīng)用的越來越普遍。
在超深亞微米尺寸下，CMOS圖像傳感器像素陣列版圖也不可避免地受到 光學(xué)鄰近效應(yīng)的影響，為了校正其圖形的畸變現(xiàn)象，需要運用光學(xué)鄰近校正方 法對CMOS圖像傳感器像素陣列版圖進(jìn)行校正，以期硅片上的光刻結(jié)果最好地 符合版圖設(shè)計目標(biāo)。但并非任意的校正都能取得好的效果。CMOS圖像傳感器 像素陣列對像素的一致性有著嚴(yán)格的要求，若不進(jìn)行層次化處理，像素的一致 性將得不到保證。當(dāng)前CMOS圖像傳感器像素電路大多是多個像素共用一套讀 出電路，最常見的是四個像素共用一套讀出電路(如圖l所示)，并聯(lián)的像素單 元在版圖上通常是對稱圖形(如圖2所示)，因此對版形的對稱性有著嚴(yán)格 的要求，而傳統(tǒng)的OPC處理結(jié)果往往是不對稱的，也就很難保證硅片上光刻結(jié) 果的對稱性。CMOS圖像傳感器像素陣列版圖是由相同的像素單元(Cell)多次 調(diào)用規(guī)則排列而成，每一次的調(diào)用稱為一個實例(Instance)。 CMOS圖像傳感器 像素陣列具有規(guī)則的層次化結(jié)構(gòu)，為采用適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰 近校正方法奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方 法，以便改善亞波長光刻條件下由光學(xué)鄰近效應(yīng)造成的斷線和橋連、拐角圓滑、 線端縮進(jìn)等各種畸變現(xiàn)象，保證像素的一致性和光刻結(jié)果圖形的對稱性，保證 圖像傳感器像素陣列的性能，提高圖像傳感器集成電路產(chǎn)品的生產(chǎn)成品率，縮 短生產(chǎn)周期。
為了到達(dá)上述目的，本發(fā)明提供的適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近 校正方法，包括參數(shù)初始化，版圖層次化處理，對稱圖形對稱切分，對稱圖形 對稱化校正，具體步驟如下-
1)參數(shù)初始化
設(shè)定光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的仿真模型，
光刻掩模圖形，GDSII輸入， 光刻掩膜圖形的特征尺寸D，光刻機(jī)的基本參數(shù)，X， NA， CJ;其中人是光源的波長，NA是光學(xué)系統(tǒng)的 數(shù)值孔徑，O是照明的相干系數(shù)；
2) 通過光學(xué)仿真模型參數(shù)和版形特點確定圖形相互影響距離；
3) 版圖層次化處理
將版圖打平至只含最小單元。將最小版圖單元的所有實例的圖形環(huán)境進(jìn)行 比較歸類，環(huán)境相同的實例歸為同一個版圖單元，環(huán)境不同的實例歸為新的版 圖單元；
4) 對上述3)中得到的所有版圖單元做光學(xué)鄰近校正
a) 將單元所含圖形，向外擴(kuò)展一段距離，該距離大小為圖形相互影響距離， 提取范圍內(nèi)所有圖形得到等待光學(xué)鄰近校正的圖形集合；
b) 對a)中得到的圖形集合的邊進(jìn)行切分，對稱圖形各部分相應(yīng)的邊按照相同 的規(guī)則切分，保證對稱圖形的切分結(jié)果仍然對稱。
c) 對b)中得到的切分后的多邊形進(jìn)行OPC迭代運算，對其中的對稱圖形采 用對稱性同步迭代運算
將對稱圖形分為完全相同的N個部分，N為可以得到的完全相同部分的最 大數(shù)量，標(biāo)記序號為l， 2， 3，……N，不對稱圖形視為N4的對稱圖形。
I )對序號為1的部分的某段線段計算光強，得到該線段偏移量，將該偏移 量映射到其余N-l個部分的對應(yīng)線段處，得到全部N段該對稱位置線段的偏移
II)對其余線段同樣采用I )中的方法得到其偏移量；
d) 光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的校正終止條件
在每次光學(xué)鄰近效應(yīng)校正迭代后按式(l)計算校正結(jié)果的精確度， Cost = Z|EPE(x)|2
i
=ZP(x)-W(x)l2 ……(1)
i
式中Cost是代價函數(shù)，EPE為線段位置誤差函數(shù)，x為每一段上的光強評 估點位置，D表示設(shè)計目標(biāo)的圖形輪廓，W表示實際仿真的圖形輪廓，求和對 輸入掩模圖形上的所有光強評估點進(jìn)行，如果校正精度不滿足預(yù)定義的要求值 Costo，則按步驟c)繼續(xù)迭代，直到滿足精度要求終止迭代，或達(dá)到預(yù)定的迭代 次數(shù)終止迭代。
e) 移除光學(xué)鄰近校正結(jié)果中的環(huán)境圖形，即a)中向外擴(kuò)展部分的圖形；f)將e)中得到的該單元的光學(xué)鄰近校正結(jié)果映射回對應(yīng)的實例中，得到整個
版圖的光學(xué)鄰近校正結(jié)果。
上述的由光學(xué)仿真模型參數(shù)和版形特點確定的圖形相互影響距離，當(dāng)
版圖最小特征尺寸大于130納米或者要求OPC運行時間很短，對OPC結(jié)果的精 度要求不高時，取圖形相互影響距離為光學(xué)仿真模型的半徑；當(dāng)版圖最小特征 尺寸小于130納米或者對OPC結(jié)果的精度要求高，OPC的運行時間要求很寬裕 的時候，取圖形相互影響距離為5倍的光學(xué)仿真模型的半徑。 本發(fā)明具有的有益效果
本發(fā)明利用CMOS圖像傳感器像素陣列的特殊結(jié)構(gòu)，進(jìn)行版圖層次化處理， 并且根據(jù)CMOS圖像傳感器像素陣列版圖的對稱性特點，提出了對稱化的切分 方法和對稱化的迭代校正方法及普遍適用的切分規(guī)則，保證了像素的一致性和 光刻結(jié)果圖形的對稱性，縮短了OPC運算時間和切分規(guī)則調(diào)試時間，減小了光 學(xué)鄰近校正結(jié)果的數(shù)據(jù)量，并且能夠明顯抑制深亞微米工藝下的紋波現(xiàn)象和由 其引起的斷線和橋連、拐角圓滑、線端縮進(jìn)等各種制造缺陷，縮短了生產(chǎn)周期， 提高了 CMOS圖像傳感器的成品率。
圖1是四個像素共用一套讀出電路的CMOS圖像傳感器像素的電路圖； 圖2是四個并聯(lián)像素二極管和傳輸管的版圖-, 圖3是適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法的流程圖； 圖4是層次化處理之后只含最小單元的版圖示意圖； 圖5是對稱圖形對稱切分結(jié)果示例； 圖6是對稱圖形同歩迭代示例。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法，流程如圖3所示，包括 參數(shù)初始化，版圖層次化處理，對稱圖形對稱切分，對稱圖形對稱化校正，具
體步驟如下
1)參數(shù)初始化
設(shè)定光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的仿真模型， 光刻掩模圖形，GDSII輸入， 光刻掩膜圖形的特征尺寸D，
光刻機(jī)的基本參數(shù)，人，NA， 其中人是光源的波長，NA是光學(xué)系統(tǒng)的
7數(shù)值孔徑，CJ是照明的相干系數(shù)；
2) 通過光學(xué)仿真模型參數(shù)和版形特點確定圖形相互影響距離；
3) 版圖層次化處理-
將版圖打平至二層化結(jié)構(gòu)，即只含最小單元，如圖4，圖中A為最小單元。 將最小版圖單元的所有實例的圖形環(huán)境進(jìn)行比較歸類，環(huán)境相同的實例歸為同 一個版圖單元，環(huán)境不同的實例歸為新的版圖單元。
4) 對上述3)中得到的所有版圖單元做光學(xué)鄰近校正
a) 將單元所含圖形，向外擴(kuò)展一段距離，該距離大小為圖形相互影響距離， 提取范圍內(nèi)所有圖形得到等待光學(xué)鄰近校正的圖形集合；
b) 對a)中得到的圖形集合的邊進(jìn)行切分，對稱圖形各部分相應(yīng)的邊按照相同 的規(guī)則切分，保證對稱圖形的切分結(jié)果仍然對稱。如圖5，該對稱圖形最多可以 分為完全相同的四個部分，標(biāo)記序號為1， 2， 3， 4。對這四個部分的對應(yīng)邊按 照同樣的規(guī)則切分，得到al、 a2、 a3、 a4， bl、 b2、 b3、 b4，……，ql、 q2、 q3、 q4共17組對稱的線段。
c) 對b)中得到的切分后的多邊形進(jìn)行OPC迭代運算，為保證對稱圖形的迭 代運算結(jié)果也保持對稱性，對其中的對稱圖形采用對稱性同步迭代運算，如圖6:
I)對序號為1的部分的kl段線段計算光強，得到該線段偏移量D1，將該 偏移量映射到其余3個部分的對應(yīng)線段處，得到其余3段該對稱位置線段k2、 k3、 k4的偏移量D2、 D3、 D4， D1=D2=D3=D4;
n)對其余各組線段同樣釆用I )中的方法得到其偏移量；
d) 光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的校正終止條件
在每次光學(xué)鄰近效應(yīng)校正迭代后按式(l)計算校正結(jié)果的精確度， Cost = ZIEPE(x)l2
i
=2P(x)-W(x)12 ……(1)
i
式中Cost是代價函數(shù)，EPE為線段位置誤差函數(shù)，x為每一段上的光強評 估點位置，D表示設(shè)計目標(biāo)的圖形輪廓，W表示實際仿真的圖形輪廓，求和對 輸入掩模圖形上的所有光強評估點進(jìn)行，如果校正精度不滿足預(yù)定義的要求值 Cost。，則按步驟c)繼續(xù)迭代，直到滿足精度要求終止迭代，或達(dá)到預(yù)定的迭代 次數(shù)終止迭代。
e) 移除光學(xué)鄰近校正結(jié)果中的環(huán)境圖形，即a)中向外擴(kuò)展部分的圖形；
8f)將e)中得到的該單元的光學(xué)鄰近校正結(jié)果映射回對應(yīng)的實例中，得到整個
版圖的光學(xué)鄰近校正結(jié)果。
當(dāng)然，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不僅局限于四個像素共用讀出電路的結(jié)構(gòu)，也適 用于其他多個像素共用讀出電路的對稱圖形結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法，其特征是包括參數(shù)初始化，版圖層次化處理，對稱圖形對稱切分，對稱圖形對稱化校正，具體步驟如下1)參數(shù)初始化設(shè)定光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的仿真模型，光刻掩模圖形，GDSII輸入，光刻掩膜圖形的特征尺寸D，光刻機(jī)的基本參數(shù)，λ，NA，σ；其中λ是光源的波長，NA是光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑，σ是照明的相干系數(shù)；2)通過光學(xué)仿真模型參數(shù)和版形特點確定圖形相互影響距離；3)版圖層次化處理將版圖打平至只含最小單元。將最小版圖單元的所有實例的圖形環(huán)境進(jìn)行比較歸類，環(huán)境相同的實例歸為同一個版圖單元，環(huán)境不同的實例歸為新的版圖單元；4)對上述3)中得到的所有版圖單元做光學(xué)鄰近校正a)將單元所含圖形，向外擴(kuò)展一段距離，該距離大小為圖形相互影響距離，提取范圍內(nèi)所有圖形得到等待光學(xué)鄰近校正的圖形集合；b)對a)中得到的圖形集合的邊進(jìn)行切分，對稱圖形各部分相應(yīng)的邊按照相同的規(guī)則切分，保證對稱圖形的切分結(jié)果仍然對稱。c)對b)中得到的切分后的多邊形進(jìn)行OPC迭代運算，對其中的對稱圖形采用對稱性同步迭代運算將對稱圖形分為完全相同的N個部分，N為可以得到的完全相同部分的最大數(shù)量，標(biāo)記序號為1，2，3，……N，不對稱圖形視為N＝1的對稱圖形；I)對序號為1的部分的某段線段計算光強，得到該線段偏移量，將該偏移量映射到其余N-1個部分的對應(yīng)線段處，得到全部N段該對稱位置線段的偏移量；II)對其余線段同樣采用I)中的方法得到其偏移量；d)光學(xué)鄰近效應(yīng)校正的校正終止條件在每次光學(xué)鄰近效應(yīng)校正迭代后按式(1)計算校正結(jié)果的精確度，<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Cost</mi><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>i</mi></munder><msup> <mrow><mo>|</mo><mi>EPE</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup> </mrow>]]></math></maths><maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mo>=</mo><munder> <mi>Σ</mi> <mi>i</mi></munder><msup> <mrow><mo>|</mo><mi>D</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mi>W</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>|</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math></maths>式中Cost是代價函數(shù)，EPE為線段位置誤差函數(shù)，x為每一段上的光強評估點位置，D表示設(shè)計目標(biāo)的圖形輪廓，W表示實際仿真的圖形輪廓，求和對輸入掩模圖形上的所有光強評估點進(jìn)行，如果校正精度不滿足預(yù)定義的要求值Cost0，則按步驟c)繼續(xù)迭代，直到滿足精度要求終止迭代，或達(dá)到預(yù)定的迭代次數(shù)終止迭代；e)移除光學(xué)鄰近校正結(jié)果中的環(huán)境圖形，即a)中向外擴(kuò)展部分的圖形；f)將e)中得到的該單元的光學(xué)鄰近校正結(jié)果映射回對應(yīng)的實例中，得到整個版圖的光學(xué)鄰近校正結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法， 其特征是所說的圖形相互影響距離為光學(xué)仿真模型的半徑；或為5倍的光學(xué)仿 真模型的半徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于圖像傳感器像素陣列的光學(xué)鄰近校正方法，包括參數(shù)初始化，版圖層次化處理，對稱圖形對稱切分，對稱圖形對稱化校正等步驟。本發(fā)明能夠保證像素的一致性和光刻結(jié)果圖形的對稱性，從而保證像素陣列的性能，減小了光學(xué)鄰近校正結(jié)果的數(shù)據(jù)量，并且能夠明顯抑制深亞微米工藝下的紋波現(xiàn)象和由其引起的斷線和橋連、拐角圓滑、線端縮進(jìn)等各種制造缺陷，縮短了生產(chǎn)周期，提高了CMOS圖像傳感器的成品率。
文檔編號G03F1/14GK101644890SQ20091010220
公開日2010年2月10日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月3日
發(fā)明者嚴(yán)曉浪, 崢 史, 慶 孟, 杰 李, 斌 林, 江 薛, 趙立新 申請人:浙江大學(xué)