基于元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型壓縮方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮方法，屬于微電子加工中刻蝕過程模擬領(lǐng)域；該方法采用游程編碼對(duì)表面演化模型進(jìn)行壓縮表示，首先對(duì)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義，分別定義了單個(gè)元胞材料編碼和整體材料編碼；然后根據(jù)模型特征選擇以模型的垂直列為壓縮單元，根據(jù)游程編碼制定相應(yīng)的壓縮規(guī)則；分別對(duì)模型的每個(gè)垂直列自上而下進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)模型的壓縮表示。本發(fā)明既大幅度地減少了模型表示所需的內(nèi)存空間，又保證了仿真過程的計(jì)算效率。
【專利說明】基于元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子加工中刻蝕過程模擬領(lǐng)域，特別涉及一種針對(duì)元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002]刻蝕是集成電路制作中重要的一步，刻蝕過程的模擬是指導(dǎo)和制作高質(zhì)量集成電路的關(guān)鍵步驟，也是更好地理解和認(rèn)識(shí)刻蝕原理的重要工具。由于元胞自動(dòng)機(jī)模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，易于擴(kuò)展，使其成為進(jìn)行刻蝕工藝模擬的有效方法之一。利用二維元胞自動(dòng)機(jī)建立的刻蝕模型如圖2所示，刻蝕晶片要模擬區(qū)域用邊長(zhǎng)為I的正方形分割成二維格子，每個(gè)二維格子即為一個(gè)元胞?？瞻赘褡哟硪芽涛g掉的區(qū)域，稱為空元胞。非空白格子代表待刻蝕材料，稱為刻蝕元胞；其中帶點(diǎn)格子代表硅元胞，豎線格子代表掩膜元胞，斜線格子代表物質(zhì)A元胞，交叉線格子代表物質(zhì)B元胞。
[0003]但是，利用元胞自動(dòng)機(jī)在進(jìn)行表面演化模擬，其突出的缺陷是模型表示所需的內(nèi)存空間大，尤其是在精度要求進(jìn)一步提高時(shí)，這個(gè)矛盾就顯得更加突出。既要盡可能地降低內(nèi)存空間的需求量，同時(shí)又要盡量不增加演化過程的計(jì)算時(shí)間，因此如何有效地組織模型在內(nèi)存空間中的表示是我們亟待解決的問題之一。
[0004]進(jìn)行演化模型表示，提供每個(gè)元胞的相關(guān)信息(包括位置、材料屬性等信息)，主要有三方面的作用:其一是因?yàn)榭涛g粒子對(duì)不同的材料有不同的刻蝕率，需要區(qū)分不同位置的材料屬性；其二，計(jì)算刻蝕粒子的入射軌跡時(shí)，需要判別刻蝕粒子經(jīng)過的每個(gè)元胞是否為空，從而確定刻蝕粒子是否到達(dá)刻蝕材料表面；其三，刻蝕粒子到達(dá)刻蝕材料表面時(shí)，模型表示是選取表面元胞進(jìn)行擬合求取入射點(diǎn)表面法向量的重要依據(jù)，求得刻蝕粒子的入射角度，進(jìn)而為刻蝕行為判別及刻蝕產(chǎn)額計(jì)算提供依據(jù)。
[0005]元胞模型表示存在內(nèi)存需求量大的缺點(diǎn)，尤其隨著仿真粒度的更加精細(xì)，例如原子級(jí)的仿真，對(duì)于演化模型表示將是極大的挑戰(zhàn)。假設(shè)要建立一個(gè)2umX 2umX 2um的三維元胞模型，對(duì)于原子級(jí)仿真，每個(gè)元胞只包含一個(gè)原子(分子)，單元胞立方體的體積相當(dāng)于0.02nm3(邊長(zhǎng)約0.271nm)，則整個(gè)模型大約包含4X IO11個(gè)元胞。如果元胞中所含的材料信息用I個(gè)字節(jié)表示，則模型表示所需的內(nèi)存空間為400GB。雖然這種直接的三維模型表示方法，對(duì)于刻蝕粒子入射軌跡的判別計(jì)算和選取表面元胞進(jìn)行擬合是方便快捷的，但是巨大的內(nèi)存需求是讓人無法容忍的，也是不現(xiàn)實(shí)的。
[0006]由于演化過程主要集中在表面，因此演化模型一種最直觀的表示法是采用動(dòng)態(tài)鏈表只對(duì)表面元胞進(jìn)行信息表示；但是要確定某個(gè)元胞是否為表面元胞時(shí)，需要對(duì)整個(gè)鏈表進(jìn)行搜索，這將極大地增加整個(gè)演化過程所需的時(shí)間，因此該方法還需考慮如何有效組織鏈表；另外由于存在許多具有相同信息的表面元胞，在該方法中還有相當(dāng)一部分冗余信息。另一種可能的處理方式是分塊加載，即每次只加載當(dāng)前刻蝕粒子可能經(jīng)過的區(qū)域的元胞信息，這樣對(duì)于刻蝕粒子入射軌跡的判別計(jì)算和選取表面元胞進(jìn)行擬合是方便快捷的；但是，由于刻蝕粒子數(shù)目巨大，其流量超過IO14CnT2iT1,導(dǎo)致需要頻繁地加載數(shù)據(jù)塊，并且數(shù)據(jù)信息的模型重構(gòu)與再更新存儲(chǔ)都是困難的，對(duì)于三維模型將更加困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為了解決已有技術(shù)中元胞自動(dòng)機(jī)在進(jìn)行刻蝕表面演化模型表示中內(nèi)存需求量大的問題，提供一種面向元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮方法，通過本發(fā)明的壓縮表示，既大幅度地減少了模型表示所需的內(nèi)存空間，又保證了仿真過程的計(jì)
算效率。
[0008]本發(fā)明提供的面向元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮表示法，其特征在于:該方法采用游程編碼對(duì)表面演化模型進(jìn)行壓縮表示，包括以下步驟:
[0009]I)首先對(duì)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義；
[0010]2)然后根據(jù)模型特征選擇以模型的垂直列為壓縮單元；
[0011]3?根據(jù)游程編碼制定相應(yīng)的壓縮規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)模型的壓縮表示。
[0012]本發(fā)明的上述方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟:
[0013]I)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義:
[0014]a)對(duì)單個(gè)元胞中的材料進(jìn)行編碼，一個(gè)編碼對(duì)應(yīng)一種化學(xué)材料，范圍為O-200，用I個(gè)字節(jié)表示，其中O代表空元胞；
[0015]b)整體材料編碼:在模型的一個(gè)垂直列的元胞中，如果同一種材料元胞的連續(xù)個(gè)數(shù)I≥256，則將該連續(xù)256個(gè)元胞作為一個(gè)整體，同時(shí)設(shè)定一個(gè)編碼，范圍為201-255，用I個(gè)字節(jié)表示；
[0016]2)然后選擇以模型元胞的垂直列為一個(gè)壓縮單元，將模型劃分成多個(gè)壓縮單元；
[0017]3)根據(jù)游程編碼制定壓縮規(guī)則，對(duì)每個(gè)壓縮單元按自上而下順序進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮，具體包括:
[0018]a)用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第O-14比特位表示該壓縮單元最上方的空元胞個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)范圍為O-32767 ；
[0019]b)用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第15比特位表示該壓縮單元是否包含掩膜元胞，I表示有掩膜元胞，O代表沒有掩膜元胞；
[0020]c)對(duì)于壓縮單元中同一材料元胞,若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)I < 256時(shí)，用2個(gè)字節(jié)表示，第一字節(jié)為元胞的材料編碼，第二字節(jié)為元胞的個(gè)數(shù)；若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)I≥256時(shí)，則將個(gè)數(shù)I表示為1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均為整數(shù))，然后用4個(gè)字節(jié)表示，其中，第一字節(jié)為該元胞材料對(duì)應(yīng)的整體編碼，第二字節(jié)為M的數(shù)值，第三字節(jié)為元胞的材料編碼，第四字節(jié)為T的數(shù)值；
[0021]d)對(duì)模型中每個(gè)壓縮單元重復(fù)步驟a)-c)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮。
[0022]本發(fā)明的特點(diǎn)和效果:
[0023]本發(fā)明采用游程編碼對(duì)表面演化模型進(jìn)行壓縮表示，首先對(duì)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義，分別定義了單個(gè)元胞材料編碼和整體材料編碼；然后根據(jù)模型特征選擇以模型的垂直列為壓縮單元，根據(jù)游程編碼制定相應(yīng)的壓縮規(guī)則；分別對(duì)模型的每個(gè)垂直列自上而下進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)模型的壓縮表示。
[0024]本發(fā)明對(duì)模型的壓縮與解壓縮規(guī)則簡(jiǎn)單，運(yùn)算速度快，實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明對(duì)仿真過程計(jì)算效率的影響幾乎可以忽略不計(jì)。因此，相對(duì)于傳統(tǒng)的直接模型表示法，本發(fā)明既大幅度地減少了模型表示所需的內(nèi)存空間，又保證了仿真過程的計(jì)算效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明方法的處理流程圖；
[0026]圖2為二維元胞自動(dòng)機(jī)的表面演化模型；
【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明方法的面向元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮表示法結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說明如下:
[0028]本發(fā)明的一種面向元胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮表示法，其特征在于:該方法首先對(duì)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義，分別定義了單個(gè)元胞材料編碼和整體材料編碼；然后根據(jù)模型特征選擇以模型的垂直列為壓縮單元，根據(jù)游程編碼制定相應(yīng)的壓縮規(guī)則；分別對(duì)模型的每個(gè)垂直列自上而下進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)模型的壓縮表示。
[0029]本發(fā)明方法的一種具體實(shí)施例流程如圖1所示，具體包括以下步驟:
[0030]I)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義:
[0031]a)對(duì)單個(gè)元胞中的材料進(jìn)行編碼，一個(gè)編碼對(duì)應(yīng)一種化學(xué)材料，范圍為O-200，用I個(gè)字節(jié)表示；對(duì)于圖2所示的各類元胞按如下進(jìn)行編碼:0為空元胞(圖中用小空方格表示)，I為娃材料元胞(圖中用小實(shí)點(diǎn)方格表示)，2為材料A元胞(圖中用小斜線條方格表示)，3為材料B元胞(圖中用小網(wǎng)形方格表示)；
[0032]b)整體材料編號(hào):在一個(gè)垂直列的元胞中，如果同一種材料元胞的連續(xù)個(gè)數(shù)I≥256，則將連續(xù)256個(gè)元胞作為一個(gè)整體，同時(shí)設(shè)定一個(gè)編碼，范圍為201-255，用I個(gè)字節(jié)表示；根據(jù)該定義，將連續(xù)256個(gè)空元胞作為一個(gè)整體，整體材料編號(hào)為201 ;將連續(xù)256個(gè)硅元胞作為一個(gè)整體，整體材料編號(hào)為202 ;依此類推。
[0033]2)然后以模型元胞的垂直列為一個(gè)壓縮單元，將模型劃分成多個(gè)壓縮單元；如圖2所示，模型劃分為11個(gè)壓縮單元；
[0034]3)根據(jù)游程編碼制定壓縮規(guī)則，對(duì)每個(gè)壓縮單元按自上而下順序進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮，具體包括:
[0035]a)用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第O-14比特位表示該壓縮單元最上方的空元胞個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)范圍為O-32767 ;因固定以空元胞開始，此處不用指示材料編碼，默認(rèn)為O ；
[0036]b)掩膜元胞在演化中不產(chǎn)生變化，且個(gè)數(shù)固定，因此用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第15比特位表示該壓縮單元是否包含掩膜元胞,I表示有掩膜元胞，O代表沒有掩膜元胞；
[0037]針對(duì)圖2中的第I列前兩字節(jié)編碼為0x8001 (最上方有一個(gè)空元胞且有掩膜)，第4列前兩字節(jié)編碼為0x0003 (最上方有連續(xù)3個(gè)空元胞沒有掩膜)，依此類推；
[0038]c)對(duì)于壓縮單元中同一材料元胞，若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)1〈256時(shí)，用2個(gè)字節(jié)表示，第一字節(jié)為元胞的材料編碼，第二字節(jié)為元胞的個(gè)數(shù)；若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)I > 256時(shí)，則將個(gè)數(shù)I表示為1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均為整數(shù))，然后用4個(gè)字節(jié)表示，其中，第一字節(jié)為該元胞材料對(duì)應(yīng)的整體編碼，第二字節(jié)為M的數(shù)值，第三字節(jié)為元胞的材料編碼，第四字節(jié)為T的數(shù)值；
[0039]d)模型底部元胞屬于同一種材料的連續(xù)元胞，且模型的總高度已知，故而該部分元胞不用編碼；
[0040]針對(duì)圖2中的第3列其編碼順序依次為0x0201 ( 一個(gè)材料A元胞)、0x0102 (兩個(gè)硅元胞)、0x0201( —個(gè)材料A元胞)，該列底部全部為硅元胞，不用編碼，其它列的編碼依此類推；
[0041]e)對(duì)模型中每個(gè)壓縮單元重復(fù)步驟a)-d)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮；對(duì)于圖2所示模型每個(gè)壓縮單元的壓縮結(jié)果如表I所示。
【權(quán)利要求】
1.一種面向兀胞自動(dòng)機(jī)的刻蝕表面演化模型的壓縮方法,其特征在于:該方法米用游程編碼對(duì)表面演化模型進(jìn)行壓縮表示，包括以下步驟: O首先對(duì)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義； 2)根據(jù)模型特征選擇以模型的垂直列為壓縮單元，將模型劃分成多個(gè)壓縮單元； 3)根據(jù)游程編碼制定壓縮規(guī)則，對(duì)所述壓縮單元按自上而下順序進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，該方法主要包括: 1)各部分的材料元胞進(jìn)行屬性定義: a)對(duì)單個(gè)元胞中的材料進(jìn)行編碼，一個(gè)編碼對(duì)應(yīng)一種化學(xué)材料，范圍為O?200，用I個(gè)字節(jié)表示，其中O代表空元胞； b)整體材料編碼:在模型的一個(gè)垂直列中，如果同一種材料元胞的連續(xù)個(gè)數(shù)I> 256，則將連續(xù)256個(gè)元胞作為一個(gè)整體，同時(shí)設(shè)定一個(gè)編碼，范圍為201?255，用I個(gè)字節(jié)表/Jn ο 2)然后根據(jù)模型特征選擇以模型元胞的垂直列為一個(gè)壓縮單元，將模型劃分成多個(gè)壓縮單元； 3)根據(jù)游程編碼制定壓縮規(guī)則，對(duì)每個(gè)壓縮單元按自上而下順序進(jìn)行壓縮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮，具體包括: a)用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第O?14比特位表示該壓縮單元最上方的空元胞個(gè)數(shù)，個(gè)數(shù)范圍為O?32767 ； b)用壓縮單元編碼中最前兩字節(jié)的第15比特位表示該壓縮單元是否包含掩膜元胞，I表示有掩膜元胞，O代表沒有掩膜元胞； c)對(duì)于壓縮單元中同一材料元胞,若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)I〈256時(shí),用2個(gè)字節(jié)表示，第一字節(jié)為元胞的材料編碼，第二字節(jié)為元胞的個(gè)數(shù)；若該材料元胞連續(xù)個(gè)數(shù)I > 256時(shí)，則將個(gè)數(shù)I表示為1=256XM+T(M，T e [O, 255]且均為整數(shù))，然后用4個(gè)字節(jié)表示，其中，第一字節(jié)為該元胞材料對(duì)應(yīng)的整體編碼，第二字節(jié)為M的數(shù)值，第三字節(jié)為元胞的材料編碼，第四字節(jié)為T的數(shù)值； d)對(duì)模型中每個(gè)壓縮單元重復(fù)步驟a)-c)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)模型的壓縮。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK103440673SQ201310303807
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月18日
【發(fā)明者】宋亦旭, 鄭樹琳, 孫曉民 申請(qǐng)人:清華大學(xué)