CN103425871A - 面向三维元胞模型中确定刻蚀粒子到达表面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法，其特征在于：该方法首先确定刻蚀粒子的三个速度分量分别到达各自维度元胞边界所需的时间；然后根据到达边界时间最短的速度分量，计算刻蚀粒子在次短边界时间内将经过的元胞；依次判断经过的元胞是否为表面元胞，若是表面元胞则结束，否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，重新进行边界时间排序、计算及判断经过的元胞，寻找表面元胞。本发明既避免了刻蚀粒子入射点错误选取的风险，同时提高了刻蚀粒子寻找表面作用点的计算速度。

Description

面向三维元胞模型中确定刻蚀粒子到达表面的方法

技术领域

本发明属于微电子加工中刻蚀过程模拟领域，特别涉及一种针对三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法。

背景技术

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。利用三维元胞模型建立的刻蚀模型如图1所示，刻蚀晶片要模拟区域用边长为1的立方体分割成三维格子，每个三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；带点格子代表待刻蚀材料，称为刻蚀元胞。采用Von Neumann邻域结构，由一个中心元胞和六个相邻元胞构成；当与刻蚀元胞相邻的6个元胞中至少有一个为空元胞时，该刻蚀元胞称为表面元胞，如图2中带斜线格子所示。由于衬底的刻蚀是自顶而下的，因此在刻蚀模拟中，刻蚀粒子从平面y=0开始向衬底的表面元胞输送。

在利用元胞自动机进行粒子增强刻蚀表面演化模拟过程中，表面演化过程是通过刻蚀粒子对刻蚀表面的溅射作用来实现的，因此需要通过对刻蚀粒子在刻蚀凹槽内运动轨迹的模拟，从而找到粒子在刻蚀表面的作用点，即入射的表面元胞。在未考虑电场影响的情况下，粒子在刻蚀凹槽内作匀速运动，通常采用等时间步长推进粒子的入射过程，但是由于粒子每步前进的距离是固定的，这对于入射元胞的选取将存在错误的风险。如图2所示，当粒子运动到点A₁时，按等时间步长该粒子下一步将运动到点A₂，而点A₂所在元胞为空，该粒子将继续运动，而实际上该粒子应该入射到元胞C；对于运动到点B₁的另一粒子，按等时间步长推进的话，该粒子的入射元胞将是点B₂所在的元胞，而非实际先撞击到的元胞D。

对于上述情况，一种减少错误风险的办法是尽量缩短推进的等时间步长，但是这并不能真正规避这种错误的风险，同时会导致入射轨迹计算量的急剧增大。假设粒子经过的前后两个元胞单元分别为C_l(x₁，y₁，z₁)和C₂(x₂，y₂，z₂)，元胞单元的坐标值是指元胞在三维数组中的单元指示值，都为整形数值。当其坐标值不满足式(1)时，可以断定在这运动过程中粒子至少穿过了一个元胞。因此为了保证每步前进至多经过一个元胞，只能有一维坐标值发生变化，且至多相差1。

|x₁-x₂|+|y₁-y₂|+|z_l-z₂|≤1，(x₁，y_l，z₁)∈Z³，(x₂，y₂，z₂)∈Z³    (1)

发明内容

本发明的目的是为了避免已有技术存在刻蚀粒子入射的表面元胞错误选取的风险，同时提高入射轨迹模拟计算的速度，提供一种面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法，它通过交替使到元胞边界时间最短的速度分量按次短的边界时间前进，从而减少错误风险，同时快速确定刻蚀粒子入射的表面元胞。

本发明提供的面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法，其特征在于：该方法首先确定刻蚀粒子的三个速度分量分别到达各自维度元胞边界所需的时间；然后根据到达边界时间最短的速度分量，计算刻蚀粒子在次短边界时间内将经过的元胞；依次判断经过的元胞是否为表面元胞，若是表面元胞则结束，否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，重新进行之前的边界时间计算和表面元胞寻找过程。

本发明的上述方法，其特征在于,该方法具体包括以下步骤：

1)边界时间排序：在三个维度方向上，分别计算刻蚀粒子的三个速度分量到达刻蚀粒子当前所在元胞边界的时间，并对这三个边界时间进行排序；

2)计算经过的元胞：在到达元胞边界次短的时间内，刻蚀粒子将经过的元胞都集中在沿着边界时间最短的速度分量的方向上；根据边界时间最短的速度分量和次短的边界时间，计算刻蚀粒子将在该速度分量方向上经过的元胞；

3)判断经过的元胞：按照刻蚀粒子在边界时间最短的速度分量方向上经过的元胞先后，逐个判断经过的元胞是否为表面元胞，若是则刻蚀粒子移动到该表面元胞并结束；否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，并返回步骤1)重新计算，直到碰到表面元胞则结束。

本发明的特点和效果：

本发明设计了一种边界时间最短的优先移动法，首先确定刻蚀粒子的三个速度分量分别到达各自维度元胞边界所需的时间；然后将到达边界时间最短的速度分量按次短的时间前进，并依次判断经过的元胞是否为表面元胞；若是表面元胞则结束寻找过程，否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，重新寻找表面元胞。

本发明既避免了刻蚀粒子错误选取表面作用点的风险，同时实验表明，本发明提高了刻蚀粒子寻找表面作用点的计算速度。

附图说明

图1为三维元胞模型示意图；

图2为等步长移动法选取入射的表面元胞示意图；

图3为本发明方法的总体流程图；

图4为刻蚀粒子到各维边界的时间示意图；

图5为边界时间最短的优先移动示意图。

具体实施方式

本发明方法的面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法结合附图及实施例详细说明如下：

本发明提供的面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法，其特征在于：该方法首先确定刻蚀粒子的三个速度分量分别到达各自维度元胞边界所需的时间；然后根据到达边界时间最短的速度分量，计算刻蚀粒子在次短边界时间内将经过的元胞；依次判断经过的元胞是否为表面元胞，若是表面元胞则结束，否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，重新寻找表面元胞。

本发明方法的一种具体实施例流程如图3所示，具体包括以下步骤：

1)边界时间排序：在三个维度方向上，分别计算刻蚀粒子的三个速度分量到达刻蚀粒子当前所在元胞边界的时间，并对这三个边界时间进行排序。如图4所示，当前粒子P运动到元胞C₀内，该元胞在三维数组中的存储单元为C₀(x₀，y₀，z₀)。根据各维方向上的速度分量v_x、v_y、v_z,计算出粒子前进到该元胞各维方向上的边界所需的时间t_x、t_y、t_z，，并对这三个时间进行排序，假设排序结果为：t_y≤t_x≤t_z;

2)计算经过的元胞：在到达元胞边界次短的时间t_x内，刻蚀粒子将经过的元胞都集中在Y轴方向上（沿着边界时间最短的速度分量的方向）；根据边界时间最短的速度分量v_y和次短的边界时间t_x，计算刻蚀粒子将在该速度分量方向v_y上经过的元胞。如图5所示，其中点P₀为粒子在二维平面中的投影，在t_x时间内X轴方向上前进的距离

Y轴方向上前进的距离

由于Z轴方向上到达边界的时间不小于t_x，所以在t_x时间内，粒子经过的元胞单元的坐标值在X轴和Z轴方向上不会发生变化，只有在Y轴方向上发生了变化；

3）判断经过的元胞是否为表面元胞：按照刻蚀粒子在边界时间最短的速度分量方向vy上经过的元胞的先后顺序，逐个判断经过的元胞是否为表面元胞（查看元胞材料的属性值是否为0，0表示空元胞，非0表示非空元胞，表面元胞必定是非空元胞）。由于只有Y轴方向上的坐标值发生变化，每次将Y轴的坐标值前进一个元胞单元，并确保前进距离之和小于同时每经过一个元胞就判断其是否为表面元胞。若是表面元胞，则刻蚀粒子到达表面，结束移动。若都不是表面元胞，则以刻蚀粒子在t_x时间内最终到达的新元胞位置为起点，返回步骤1)，继续寻找入射的表面元胞。

Claims (2)

1.一种面向三维元胞模型刻蚀工艺中确定刻蚀粒子到达表面元胞的方法，其特征在于：该方法首先确定刻蚀粒子的三个速度分量分别到达各自维度元胞边界所需的时间；然后根据到达边界时间最短的速度分量，计算刻蚀粒子在次短边界时间内将经过的元胞；依次判断经过的元胞是否为表面元胞，若是表面元胞则结束，否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，重新进行之前的边界时间计算和表面元胞寻找过程。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

1)边界时间排序：在三个维度方向上，分别计算刻蚀粒子的三个速度分量到达刻蚀粒子当前所在元胞边界的时间，并对这三个边界时间进行排序；

2)计算经过的元胞：在到达元胞边界次短的时间内，刻蚀粒子将经过的元胞都集中在沿着边界时间最短的速度分量的方向上；根据边界时间最短的速度分量和次短的边界时间，计算刻蚀粒子将在该速度分量方向上经过的元胞；

3)判断经过的元胞：按照刻蚀粒子在边界时间最短的速度分量方向上经过的元胞先后，逐个判断经过的元胞是否为表面元胞，若是则刻蚀粒子移动到该表面元胞并结束；否则以刻蚀粒子在次短边界时间内最终到达的新元胞位置为起点，并返回步骤1)重新计算，直到碰到表面元胞则结束。

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