关键词:
EDA软件
电子束光刻
邻近效应
GDSⅡ文件
软件测试
摘要:
电子束光刻工艺步骤多周期长,在实际光刻环境下亦有邻近效应等干扰因素。因此,实验人员非常需要仿真模拟电子束光刻曝光流程以提高光刻精度和曝光成功率。近年来,美国的出口管制条例(Export Administration Regulations,EAR)与《瓦森纳协议》(Wassenaar Arrangement,WA)均严格管控对中国出口计算光刻软件,属于典型的“卡脖子”技术。基于这一出发点,本文从零开始研究针对于电子束光刻的电子设计自动化(Electronics Design Automation,EDA)软件。首先,本文阐述了该类EDA软件的研究背景和国内外现况,并介绍了电子束光刻工艺流程及其仿真模型的理论基础。本文通过分析电子束光刻曝光过程中的能量沉积分布模型,选定蒙特卡洛法模拟电子散射轨迹,并使用近似函数法计算曝光后能量沉积密度。由于电子散射过程会引起邻近效应降低光刻精度,本文研究了不同的邻近效应校正方法后推荐曝光剂量校正技术,具体为采用“SPECTRE”方法逐步调节曝光剂量,同时使用基于快速傅里叶变化(Fast Fourier Transformation,FFT)的方法加速卷积过程,使其计算时间复杂度从O(N)降至O(Nlog(N))。本文使用阈值显影模型得到曝光后的图形,并使用边缘放置误差表示曝光前后图形之间的误差。其次,本文提出了用于模拟和优化电子束光刻的软件—HNU-EBL,编写了约29000行代码,完成了蒙特卡洛计算、点扩散函数拟合、邻近效应校正、边缘放置误差和能量沉积分布等功能模块的开发工作并提供易于操作的图形用户界面(Graphical User Interface,GUI),并按业务逻辑把各模块排列组织成模块之间无循环依赖的有向无环图,保证模块内部高聚合,模块之间低耦合。此外,本文也对适用于电子束光刻的几何数据标准Ⅱ(Geometry Data StandardⅡ,GDSⅡ)文件进行结构分析并针对“BOUNDARY”、“PATH”、“CIRCLE”、“SREF”、“AREF”和“TEXT”六种图素数据分别进行预处理。在分析处理图形数据时,本文提出了多折线转换复杂多边形的几何图形可视化算法并完成了任意复杂多边形的三角剖分,并使用定点对象缓存(Vertex Buffer Object,VBO)绘图模式实现了对GDSⅡ文件中图形信息的高速显示功能。最后,本文对HNU-EBL进行计算性能分析并与成熟的商用EBL软件NanoPECS进行对比,结果显示HNU-EBL的计算速度平均来说比Nano PECS软件提高了1~2个数量级。本文对该软件进行了测试策略分析并确定了系统测试方案,并在20种不同的测试环境下进行了完整的系统测试,均正常完成预期功能,完全符合软件的研制要求。本文提供了一个功能全面、运算速度良好具有高易用性高兼容性的电子束光刻仿真计算EDA软件,且该软件已发布于http://***/网站,并被华为技术有限公司、中国科学院、复旦大学等机构使用。