基于元胞自动机的刻蚀表面演化模型压缩方法
【专利摘要】本发明涉及一种面向元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩方法，属于微电子加工中刻蚀过程模拟领域；该方法采用游程编码对表面演化模型进行压缩表示，首先对各部分的材料元胞进行属性定义，分别定义了单个元胞材料编码和整体材料编码；然后根据模型特征选择以模型的垂直列为压缩单元，根据游程编码制定相应的压缩规则；分别对模型的每个垂直列自上而下进行压缩，从而实现模型的压缩表示。本发明既大幅度地减少了模型表示所需的内存空间，又保证了仿真过程的计算效率。
【专利说明】基于元胞自动机的刻蚀表面演化模型压缩方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子加工中刻蚀过程模拟领域，特别涉及一种针对元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩方法。
【背景技术】
[0002]刻蚀是集成电路制作中重要的一步，刻蚀过程的模拟是指导和制作高质量集成电路的关键步骤，也是更好地理解和认识刻蚀原理的重要工具。由于元胞自动机模型结构简单，稳定性好，易于扩展，使其成为进行刻蚀工艺模拟的有效方法之一。利用二维元胞自动机建立的刻蚀模型如图2所示，刻蚀晶片要模拟区域用边长为I的正方形分割成二维格子，每个二维格子即为一个元胞。空白格子代表已刻蚀掉的区域，称为空元胞。非空白格子代表待刻蚀材料，称为刻蚀元胞；其中带点格子代表硅元胞，竖线格子代表掩膜元胞，斜线格子代表物质A元胞，交叉线格子代表物质B元胞。
[0003]但是，利用元胞自动机在进行表面演化模拟，其突出的缺陷是模型表示所需的内存空间大，尤其是在精度要求进一步提高时，这个矛盾就显得更加突出。既要尽可能地降低内存空间的需求量，同时又要尽量不增加演化过程的计算时间，因此如何有效地组织模型在内存空间中的表示是我们亟待解决的问题之一。
[0004]进行演化模型表示，提供每个元胞的相关信息(包括位置、材料属性等信息)，主要有三方面的作用:其一是因为刻蚀粒子对不同的材料有不同的刻蚀率，需要区分不同位置的材料属性；其二，计算刻蚀粒子的入射轨迹时，需要判别刻蚀粒子经过的每个元胞是否为空，从而确定刻蚀粒子是否到达刻蚀材料表面；其三，刻蚀粒子到达刻蚀材料表面时，模型表示是选取表面元胞进行拟合求取入射点表面法向量的重要依据，求得刻蚀粒子的入射角度，进而为刻蚀行为判别及刻蚀产额计算提供依据。
[0005]元胞模型表示存在内存需求量大的缺点，尤其随着仿真粒度的更加精细，例如原子级的仿真，对于演化模型表示将是极大的挑战。假设要建立一个2umX 2umX 2um的三维元胞模型，对于原子级仿真，每个元胞只包含一个原子(分子)，单元胞立方体的体积相当于0.02nm3(边长约0.271nm)，则整个模型大约包含4X IO11个元胞。如果元胞中所含的材料信息用I个字节表示，则模型表示所需的内存空间为400GB。虽然这种直接的三维模型表示方法，对于刻蚀粒子入射轨迹的判别计算和选取表面元胞进行拟合是方便快捷的，但是巨大的内存需求是让人无法容忍的，也是不现实的。
[0006]由于演化过程主要集中在表面，因此演化模型一种最直观的表示法是采用动态链表只对表面元胞进行信息表示；但是要确定某个元胞是否为表面元胞时，需要对整个链表进行搜索，这将极大地增加整个演化过程所需的时间，因此该方法还需考虑如何有效组织链表；另外由于存在许多具有相同信息的表面元胞，在该方法中还有相当一部分冗余信息。另一种可能的处理方式是分块加载，即每次只加载当前刻蚀粒子可能经过的区域的元胞信息，这样对于刻蚀粒子入射轨迹的判别计算和选取表面元胞进行拟合是方便快捷的；但是，由于刻蚀粒子数目巨大，其流量超过IO14CnT2iT1,导致需要频繁地加载数据块，并且数据信息的模型重构与再更新存储都是困难的，对于三维模型将更加困难。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决已有技术中元胞自动机在进行刻蚀表面演化模型表示中内存需求量大的问题，提供一种面向元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩方法，通过本发明的压缩表示，既大幅度地减少了模型表示所需的内存空间，又保证了仿真过程的计
算效率。
[0008]本发明提供的面向元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩表示法，其特征在于:该方法采用游程编码对表面演化模型进行压缩表示，包括以下步骤:
[0009]I)首先对各部分的材料元胞进行属性定义；
[0010]2)然后根据模型特征选择以模型的垂直列为压缩单元；
[0011]3?根据游程编码制定相应的压缩规则，从而实现模型的压缩表示。
[0012]本发明的上述方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤:
[0013]I)各部分的材料元胞进行属性定义:
[0014]a)对单个元胞中的材料进行编码，一个编码对应一种化学材料，范围为O-200，用I个字节表示，其中O代表空元胞；
[0015]b)整体材料编码:在模型的一个垂直列的元胞中，如果同一种材料元胞的连续个数I≥256，则将该连续256个元胞作为一个整体，同时设定一个编码，范围为201-255，用I个字节表示；
[0016]2)然后选择以模型元胞的垂直列为一个压缩单元，将模型划分成多个压缩单元；
[0017]3)根据游程编码制定压缩规则，对每个压缩单元按自上而下顺序进行压缩，从而实现对整个模型的压缩，具体包括:
[0018]a)用压缩单元编码中最前两字节的第O-14比特位表示该压缩单元最上方的空元胞个数，个数范围为O-32767 ；
[0019]b)用压缩单元编码中最前两字节的第15比特位表示该压缩单元是否包含掩膜元胞，I表示有掩膜元胞，O代表没有掩膜元胞；
[0020]c)对于压缩单元中同一材料元胞,若该材料元胞连续个数I < 256时，用2个字节表示，第一字节为元胞的材料编码，第二字节为元胞的个数；若该材料元胞连续个数I≥256时，则将个数I表示为1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均为整数)，然后用4个字节表示，其中，第一字节为该元胞材料对应的整体编码，第二字节为M的数值，第三字节为元胞的材料编码，第四字节为T的数值；
[0021]d)对模型中每个压缩单元重复步骤a)-c)，从而实现对整个模型的压缩。
[0022]本发明的特点和效果:
[0023]本发明采用游程编码对表面演化模型进行压缩表示，首先对各部分的材料元胞进行属性定义，分别定义了单个元胞材料编码和整体材料编码；然后根据模型特征选择以模型的垂直列为压缩单元，根据游程编码制定相应的压缩规则；分别对模型的每个垂直列自上而下进行压缩，从而实现模型的压缩表示。
[0024]本发明对模型的压缩与解压缩规则简单，运算速度快，实验表明本发明对仿真过程计算效率的影响几乎可以忽略不计。因此，相对于传统的直接模型表示法，本发明既大幅度地减少了模型表示所需的内存空间，又保证了仿真过程的计算效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明方法的处理流程图；
[0026]图2为二维元胞自动机的表面演化模型；
【具体实施方式】
[0027]本发明方法的面向元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩表示法结合附图及实施例详细说明如下:
[0028]本发明的一种面向元胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩表示法，其特征在于:该方法首先对各部分的材料元胞进行属性定义，分别定义了单个元胞材料编码和整体材料编码；然后根据模型特征选择以模型的垂直列为压缩单元，根据游程编码制定相应的压缩规则；分别对模型的每个垂直列自上而下进行压缩，从而实现模型的压缩表示。
[0029]本发明方法的一种具体实施例流程如图1所示，具体包括以下步骤:
[0030]I)各部分的材料元胞进行属性定义:
[0031]a)对单个元胞中的材料进行编码，一个编码对应一种化学材料，范围为O-200，用I个字节表示；对于图2所示的各类元胞按如下进行编码:0为空元胞(图中用小空方格表示)，I为娃材料元胞(图中用小实点方格表示)，2为材料A元胞(图中用小斜线条方格表示)，3为材料B元胞(图中用小网形方格表示)；
[0032]b)整体材料编号:在一个垂直列的元胞中，如果同一种材料元胞的连续个数I≥256，则将连续256个元胞作为一个整体，同时设定一个编码，范围为201-255，用I个字节表示；根据该定义，将连续256个空元胞作为一个整体，整体材料编号为201 ;将连续256个硅元胞作为一个整体，整体材料编号为202 ;依此类推。
[0033]2)然后以模型元胞的垂直列为一个压缩单元，将模型划分成多个压缩单元；如图2所示，模型划分为11个压缩单元；
[0034]3)根据游程编码制定压缩规则，对每个压缩单元按自上而下顺序进行压缩，从而实现对整个模型的压缩，具体包括:
[0035]a)用压缩单元编码中最前两字节的第O-14比特位表示该压缩单元最上方的空元胞个数，个数范围为O-32767 ;因固定以空元胞开始，此处不用指示材料编码，默认为O ；
[0036]b)掩膜元胞在演化中不产生变化，且个数固定，因此用压缩单元编码中最前两字节的第15比特位表示该压缩单元是否包含掩膜元胞,I表示有掩膜元胞，O代表没有掩膜元胞；
[0037]针对图2中的第I列前两字节编码为0x8001 (最上方有一个空元胞且有掩膜)，第4列前两字节编码为0x0003 (最上方有连续3个空元胞没有掩膜)，依此类推；
[0038]c)对于压缩单元中同一材料元胞，若该材料元胞连续个数1〈256时，用2个字节表示，第一字节为元胞的材料编码，第二字节为元胞的个数；若该材料元胞连续个数I > 256时，则将个数I表示为1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均为整数)，然后用4个字节表示，其中，第一字节为该元胞材料对应的整体编码，第二字节为M的数值，第三字节为元胞的材料编码，第四字节为T的数值；
[0039]d)模型底部元胞属于同一种材料的连续元胞，且模型的总高度已知，故而该部分元胞不用编码；
[0040]针对图2中的第3列其编码顺序依次为0x0201 ( 一个材料A元胞)、0x0102 (两个硅元胞)、0x0201( —个材料A元胞)，该列底部全部为硅元胞，不用编码，其它列的编码依此类推；
[0041]e)对模型中每个压缩单元重复步骤a)-d)，从而实现对整个模型的压缩；对于图2所示模型每个压缩单元的压缩结果如表I所示。
【权利要求】
1.一种面向兀胞自动机的刻蚀表面演化模型的压缩方法,其特征在于:该方法米用游程编码对表面演化模型进行压缩表示，包括以下步骤: O首先对各部分的材料元胞进行属性定义； 2)根据模型特征选择以模型的垂直列为压缩单元，将模型划分成多个压缩单元； 3)根据游程编码制定压缩规则，对所述压缩单元按自上而下顺序进行压缩，从而实现对整个模型的压缩。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法主要包括: 1)各部分的材料元胞进行属性定义: a)对单个元胞中的材料进行编码，一个编码对应一种化学材料，范围为O?200，用I个字节表示，其中O代表空元胞； b)整体材料编码:在模型的一个垂直列中，如果同一种材料元胞的连续个数I> 256，则将连续256个元胞作为一个整体，同时设定一个编码，范围为201?255，用I个字节表/Jn ο 2)然后根据模型特征选择以模型元胞的垂直列为一个压缩单元，将模型划分成多个压缩单元； 3)根据游程编码制定压缩规则，对每个压缩单元按自上而下顺序进行压缩，从而实现对整个模型的压缩，具体包括: a)用压缩单元编码中最前两字节的第O?14比特位表示该压缩单元最上方的空元胞个数，个数范围为O?32767 ； b)用压缩单元编码中最前两字节的第15比特位表示该压缩单元是否包含掩膜元胞，I表示有掩膜元胞，O代表没有掩膜元胞； c)对于压缩单元中同一材料元胞,若该材料元胞连续个数I〈256时,用2个字节表示，第一字节为元胞的材料编码，第二字节为元胞的个数；若该材料元胞连续个数I > 256时，则将个数I表示为1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均为整数)，然后用4个字节表示，其中，第一字节为该元胞材料对应的整体编码，第二字节为M的数值，第三字节为元胞的材料编码，第四字节为T的数值； d)对模型中每个压缩单元重复步骤a)-c)，从而实现对整个模型的压缩。
【文档编号】G06F9/455GK103440673SQ201310303807
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2013年7月18日
【发明者】宋亦旭, 郑树琳, 孙晓民 申请人:清华大学