CN106104535A - 粒子刻蚀或沉积演化仿真方法、装置和计算机可读介质 - Google Patents

Abstract

一种粒子刻蚀或沉积演化仿真方法和装置，该方法包括：步骤1，获得初始剖面；步骤2，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程；步骤3，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；步骤4，进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算；以及步骤5，判断是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则重复前述步骤2到步骤4。根据以上演化仿真方法，由宏观计算决定微观演化条件，同时，微观演化结果传递给宏观过程来决定宏观演化参数，从而实现宏观和微观计算的有机耦合，至少部分解决了跨尺度仿真问题，使得仿真结果更加准确、快速。

Description

粒子刻蚀或沉积演化仿真方法、装置和计算机可读介质 技术领域

本发明总体地涉及微电子加工技术中的刻蚀和沉积模拟技术，更具体地涉及粒子刻蚀或沉积演化仿真方法、装置和计算机可读介质。

背景技术

微电子加工领域的刻蚀和沉积过程，是腔室中的微观粒子(主要包括离子和中性粒子)与待加工基底相互作用，完成加工过程。这是一个典型的跨尺度过程，通过微观粒子在原子尺度的刻蚀和沉积，完成纳米或微米尺度的加工。

由于刻蚀和沉积加工成本很高，为了深入了解工艺工程，计算机仿真成为一种有效手段，但是由于该过程的跨尺度特点，为仿真过程带来很多困难。

目前常用的刻蚀和沉积剖面的仿真方法主要是元胞自动机、线算法、水平集等方法，这类方法通过输入某种粒子对基底的刻蚀产额或刻蚀(沉积)速率等参数，从而完成表面演化。但是在应用中，这些参数往往很难得到，同时，由于在实际的加工中，这些参数由于加工环境的不断变化，实际上处于动态变化之中，所以，传统仿真方法中使用固定参数来进行仿真是不准确的。同时，在仿真结果呈现上，宏观方法可以体现整个剖面的演化过程，可以用于研究刻蚀微槽、沉积覆盖不均匀等现象，但是微观过程不能完整表达，比如刻蚀过程中的非晶层的产生等。

微观尺度进行原子级仿真时，往往用到的是分子动力学或蒙特卡洛方法，这类方法通过给定势函数(或粒子表面各种行为概率)等演化规则，通过入射粒子与基底原子相互作用，向某种趋势(比如能量最小)进行系统演化。这种方法的特点是，能够描述微观粒子演化过程，但是其计算得到时间和空间尺度都非常小，不能满足大尺度计算要求。

发明内容

鉴于上述情况，做出了本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种计算机实现的材料表面的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，用于对于待刻蚀或沉积的材料表面，在执行刻蚀或沉积给定间后预测材料表面的形貌，该粒子刻蚀或沉积演化仿真方法包括：步骤1，获得初始剖面；步骤2，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；步骤3，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；步骤4，进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；以及步骤5，判断是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则重复前述步骤2到步骤4。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有指令集合，该指令集合当被处理器执行时引导处理器执行上述刻蚀或沉积演化仿真方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种材料表面的粒子刻蚀或沉积演化仿真装置，用于对于待刻蚀或沉积的材料表面，在执行刻蚀或沉积仿真后预测材料表面的形貌，该粒子刻蚀或沉积演化仿真装置包括：

初始剖面获得部件，配置为获得初始剖面；剖面采样和微观演化部件，配置为针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；宏观剖面演化参数获得部件，配置为基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；宏观剖面演化演化部件，配置为进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖 面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；以及迭代控制部件，配置为判断演化是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则使得剖面采样和微观演化部件、宏观剖面演化参数获得部件、宏观剖面演化演化部件重复操作。

根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法和装置，通过对刻蚀和沉积仿真过程中的宏观区域采样，进行微观演化计算，在动态环境中得到宏观仿真计算所必需的参数，使宏观演化方法关键参数获得更有依据并且更加准确。

根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法和装置，宏观计算决定微观演化条件，同时，微观演化结果传递给宏观过程来决定宏观演化参数(包括改变空间粒子分布)，从而实现宏观和微观计算的有机耦合。

根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法和装置将用于刻蚀和沉积计算的宏观方法和微观方法结合起来，至少部分解决了跨尺度仿真问题，使得仿真结果更加准确、快速，有利于用户更加全面地了解该过程机理，调节工艺参数。

附图说明

从下面结合附图对本发明实施例的详细描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加清楚并更容易理解，其中：

图1示意性地说明了根据本发明实施例的宏观演化模块110和微观演化模块120之间的紧密结合。

图2示出了根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法200的总体流程图。

图3示出了根据本发明实施例的微观演化方法220的流程图。

图4(a)、(b)、(c)、(d)示意性地分别示出了二维刻蚀过程模拟最初时刻采样点选取示意图、二维刻蚀过程模拟的过程中的采样点选取示意图、三维刻蚀过程模拟最初时刻采样点选取示意图、三维刻蚀过程模拟的过程中的采样点选取示意图。

图5(a)、(b)、(c)、(d)示意性地分别示出了二维平面沉积过程模拟采样点 选取示意图、二维槽内沉积过程模拟的过程中的采样点选取示意图、三维平面沉积过程模拟最初时刻采样点选取示意图、三维槽内沉积过程模拟的过程中的采样点选取示意图。

图6示意性地示出了一个剖面上的三个采样点的微观分子动力学计算示例。

图7示意性地示出了在宏观剖面演化一段时间后材料的整体形貌。

图8示出了根据本发明实施例的粒子刻蚀演化仿真方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

在进行详细描述之前，首先说明一下本文中所用的术语的含义。

“宏观剖面演化方法”指通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌。作为示例，宏观剖面演化方法例如包括元胞自动机、线算法、水平集等类剖线演化方法。相应地，宏观剖面演化方法所形成的剖面称为“宏观剖面”，宏观剖面演化方法所使用的参数称为“宏观参数”。

“微观演化方法”是指对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果。作为示例，微观演化方法包括分子动力学或蒙特卡洛方法等类粒子演化方法。

下文的描述中，将以元胞自动机法作为宏观演化方法的例子，以分子动力学方法作为微观演化方法的例子。不过，本领域技术人员应该清楚，这仅为方便说明进行的举例，本发明并不局限于这些示例。

元胞自动机刻蚀剖面演化方法是将模拟区域划分成若干个包含不同材料的元胞，然后根据边界粒子(例如离子)分布和入射角度分布，从材料的上表面用例如蒙特卡罗方法产生入射粒子，随后跟踪粒子运动直到达到材料表面或离开模拟区域。达到材料表面的粒子若满足刻蚀条件，则按照刻蚀产额模型计算刻蚀原子数，将其从所在元胞中减掉，实现刻蚀；否则粒子继续被二次跟踪。当元胞内原子数量达到零时，元胞转变为空元胞，这样实现刻蚀表面的向前推进。可见，基于元胞的刻蚀剖面演化方法依赖于刻蚀产额模型。

分子动力学微观演化方法是通过给定势函数，求取粒子受力并产生运动，促使整个体系向能量最小目标进行演化的方法。

本发明优选由计算装置来执行，该计算装置可以是通用型计算机，例如工作站、台式机、笔记本电脑等，也可以专门设计的计算装置，该计算装置具有存储装置、中央处理单元CPU和内存等。可以将本发明实施例的刻蚀或沉积仿真方法实现为计算机可执行的指令集合，该指令集合例如可存储在存储装置上，当执行时，中央处理单元CPU将其加载于内存中并执行，从而执行刻蚀或沉积仿真功能。从计算机程序实现的角度，本发明实施例体现在宏观演化模块和微观演化模块之间的紧密结合。

图1示意性地说明了根据本发明实施例的宏观演化模块110和微观演化模块120之间的这种紧密结合。宏观演化模块110将为微观计算所采样区域的输入粒子信息(例如粒子种类、粒子能量、入射角度、粒子数量、通量等)和诸如材料模型的基底信息传递给微观演化模块120，微观演化模块120动态计算该区域的刻蚀产额、刻蚀(或沉积)的速率等宏观剖面演化方法所需的计算参数，同时微观演化模块120将脱离基底的空间生成物信息传递给宏观演化模块。通过该种宏观和微观耦合的计算方式，宏观演化过程能够适应性地动态改变所需参数，并且能够同时得到宏观和微观两种尺度的计算结果，从而使用户能够从剖面形状到微观演化机理两个方面同时了解刻蚀和沉积的整个过程。

图2示出了根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法200的总体流程图。

粒子刻蚀或沉积演化仿真方法为计算机实现的，用于对于待刻蚀或沉积的材料表面，在执行刻蚀或沉积给定间后预测材料表面的形貌。

如图所示，在步骤S210中，获得初始剖面。

这里的初始剖面，是指供刻蚀或沉积的材料表面。初始剖面可以是材料的尚未进行任何刻蚀或沉积的最初表面，这时初始剖面可以是平面。或者，初始剖面也可以是经由其它刻蚀或沉积演化方法仿真一段时间后得到的演化结果，还可以是同样由本发明实施例的刻蚀或沉积演化方法仿真一段时间后得到的演化结果，这时剖面可以是近似U字形的表面。本发明实施例对“初始剖面”没有特别限制。同样，这里对获得相应的初始宏观演化参数的方法和方式没有限制，例如可以是人为指定的、由下面的步骤S230的微观演化计 算得到的，或者由其他算法计算得到的，等等。

在宏观演化方法为元胞自动机的情况下，剖面可以用暴露在外以供进行刻蚀或沉积的单层元胞的集合来表示。

在步骤S210获得初始剖面之后，前进到步骤S220。

在步骤S220中，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果。

下面参考图3对示例性微观演化方法进行描述。图3示出了根据本发明实施例的微观演化方法220的流程图，该微观演化方法220可以应用于步骤S220。

在步骤S221中，对剖面进行采样。

采样原则是希望所采样的小区域(下文称之为采样点)从刻蚀或沉积的视角考虑能够代表周围一定区域的剖面特征，由此后续对采样点进行微观演化，由微观演化计算结果来估计该采样点所属的大区域的宏观演化参数。

在一个示例中，简单地，可以对剖面进行均匀采样。不过优选地，可以对剖面的曲率进行估计，以及对入射粒子的种类和分布进行分析，使得采样后，该采样点的周围附近区域的如何粒子情况基本一致、曲率分布基本一致。

在一个示例中，为了便于微观采样点选择，可以对整体剖面进行分块，每个分块作为微观演化算法例如分子动力学方法的最小演化单位。块的大小可以根据计算结果的剖面显示的精细度、计算速度、基底大小、空间粒子的入射量等因素决定。在要进行仿真可视显示且可视显示需要比较精细的情况下，应选取较小分块。另外，一般地，由于分子动力学等微观计算需要基底原子个数与输入粒子个数满足一定的关系，一般来说，根据输入粒子的不同种类，需要有相应一定量的粒子个数，从而保证与基底材料发生充分的作用。因此区块的分割或者说区块的大小不仅要考虑剖面显示的精细度和计算速度，同时要考虑含有足够的基底大小，以及空间粒子的入射量。

在宏观演化算法采用元胞自动机的情况下，材料整体会被分隔为元胞集合。如果元胞本身大小适合进行微观演化，则可以将元胞作为上述分块，否则可以合并若干块以供进行微观演化计算。

在一个示例中，为了进行采样，可以将剖面划分为各个区域。在每个区域中，入射粒子情况基本一致、宏观区域曲率基本一致，以方便在该区域中选取代表性局部做微观采样和演化计算。注意，这里的各个“区域”与上面的“块”不是一个概念，基本上这里的“区域”是比“块”更大的概念，区域可以由块组成，例如，在划分了区域后，从每个区域中选择一个块作为微观计算区域。

图4(a)、(b)、(c)、(d)示意性地分别示出了二维刻蚀过程模拟最初时刻采样点选取示意图、二维刻蚀过程模拟的过程中的采样点选取示意图、三维刻蚀过程模拟最初时刻采样点选取示意图、三维刻蚀过程模拟的过程中的采样点选取示意图。可见，在图4(a)、(b)、(c)、(d)中，剖面边界处或者拐角处的采样点较密集。

图5(a)、(b)、(c)、(d)示意性地分别示出了二维平面沉积过程模拟采样点选取示意图、二维槽内沉积过程模拟的过程中的采样点选取示意图、三维平面沉积过程模拟最初时刻采样点选取示意图、三维槽内沉积过程模拟的过程中的采样点选取示意图。可见，在图5(a)、(b)、(c)、(d)中，剖面边界处或者拐角处的采样点较密集。

上述采样方法仅为示例，本领域技术人员可以根据需要设计采样策略。

在步骤S221的采样完成后，前进到步骤S222。

在步骤S222中，获得采样区域的粒子信息。

采样区域的粒子信息包括落入采样区域内的粒子的种类、数量、通量、离子入射角度、离子能量等等。

在一个示例中，给定进入计算区域的粒子(主要包括离子和中性粒子)信息，假定粒子分布是均匀的(如果粒子分布不均匀，则划分为不同区块，在尺度很小的情况下，到达表面的粒子可以认为是均匀的)，则可以在宏观计算区域，将空间输入粒子信息按照面积或体积比例关系折算到每个微观计算区域。

在步骤S223中，确定采样区域的位置基底模型。

在一个示例中，通过宏观区域中区块分割的坐标关系确定采用何种位置基底模型，即采样哪个位置的基底模型。这是因为，随着宏观演化进行，同一剖面不同位置的采样点的演化结果不同(参见图6)，这样在下一轮迭代中，新的剖面的采样点演化计算时，需要在上一个剖面的采样点的基础上进行继 续演化，这样，通过坐标关系，选取最近的上一个剖面的采样点的演化结果，作为新的演化剖面的采样点的初始基底模型，能够得到更适当的演化仿真结果。

例如，将采样区域的位置信息与先前存储的采样点的微观演化计算结果的坐标信息相比较(例如通过计算两个宏观剖面上的采样点之间的距离)，如果很接近，则可以以先前存储的采样点的微观演化结果的基底作为当前演化的初始条件，从而保证微观基底的选择最接近目前表面的实际情况。

在步骤S224中，利用该位置对应的基底模型和输入粒子信息在微观区域进行几何空间建模，同时设定模型的参数，例如求解步长，势函数，或者粒子行为概率等，然后进行微观演化计算，存储微观演化结果。

关于微观演化计算的结束条件可以根据需要设置，例如，对于分子动力学方法，可以在输入的粒子数输入结束后待系统演化稳定后结束。

如前所述，对于剖面，存在多个采样点来代表各个采样点的周围区域。对于该多个采样点，可以并行进行该微观演化计算，以缩短计算时间，获得并存储微观演化结果。

图6示意性地示出了一个剖面上的三个采样点的微观分子动力学计算示例。

微观演化计算得到了该采样点的微观形貌(见图6)，该微观形貌可以用各个粒子的坐标来表示。

可以将微观计算区域计算结果与相应剖面上的坐标相对应进行保存，以便在下一次微观区域计算时，通过坐标关系比较，可以方便地选取本次计算结果的基底作为演化的初始条件，从而保证微观基底的选择最接近目前表面的实际情况。

回到图2，在步骤S220完成后，前进到步骤S230。

在步骤S230中，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数。

微观演化结果可以包括或者由其获得采样点的刻蚀(或沉积)产额、刻蚀(或沉积)速率等信息，由于采样点的刻蚀或沉积特性可以代表该采样点周围的预定区域，因此基于该采样点获得的信息可以用于该采样点周围的预定区域。刻蚀(或沉积)产额、刻蚀(或沉积)速率信息是宏观剖面演化算法的参数。

另外，可选地，微观演化计算结果还包括关于脱离基底的空间产物的信 息，例如是何种粒子、多少粒子离开基底进入空间中。可基于关于脱离基底的空间产物的信息，来修改宏观演化算法所需的粒子的空间分布等条件，例如，根据面积或体积的比例关系折算，将一个微观区域内脱离基底的粒子信息折算到与该微观区域代表的宏观剖面的邻域，从而更新宏观剖面区域的粒子空间分布。

上述宏观演化算法所需参数仅为示例，本发明并不局限于此，根据所采样的宏观演化算法的不同，所需参数可能不同，对应地微观演化计算结果也可以相应地加以调整。

步骤S230完成后，前进到步骤S240。

在步骤S240中，基于步骤S230获得的宏观演化参数，进行宏观剖面演化运算。

在一个示例中，在宏观剖面演化期间，宏观演化参数保持不变，并采用简单的剖面演化方式加快仿真计算速度。

图7示意性地示出了在宏观剖面演化一段时间后材料的整体形貌。

在步骤S250中，判断宏观演化是否达到暂停条件或者终止条件。

这里的暂停条件是指为了进行微观演化计算以更新宏观演化参数所设置的条件。暂停条件可以为下列项目中的至少一个或者组合：达到给定的宏观演化时间间隔、一定数量粒子在仿真系统中计算完毕、粒子输入条件发生改变、表面参数发生变化等，所谓粒子输入条件发生改变是指比如给定的粒子通量、粒子种类、离子能量等发生了变化，所谓表面参数发生变化是指比如在大量高能离子作用下，某区域附近表面曲率等基底条件发生了较大变化。

这里的终止条件是指整个粒子刻蚀或沉积演化过程终止的条件，终止条件可以为输入的粒子全部计算完毕、达到整体演化时间等等。

如果步骤S250的判断结果是达到了终止条件，则整体粒子刻蚀或沉积演化过程结束，否则如果是达到了为更新宏观参数设置的暂停条件，则流程返回到步骤S220，重复进行从宏观演化获得的剖面上进行采样、对采样点进行微观演化(S220)、基于微观演化结果来更新宏观演化参数(S230)、进行宏观演化(S240)的过程。

上面举例描述了根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，通过对刻蚀和沉积仿真过程中的宏观区域采样，进行微观演化计算，在动态环境中得到宏观仿真计算所必需的参数，使宏观方法关键参数获得更有依据并 且更加准确。

利用根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，宏观计算决定微观演化条件，同时，微观演化结果传递给宏观过程来决定宏观演化参数(包括改变空间粒子分布)，从而实现宏观和微观计算的有机耦合。

根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法将用于刻蚀和沉积计算的宏观方法和微观方法结合起来，至少部分解决了跨尺度仿真问题，使得仿真结果更加准确、快速，有利于用户更加全面地了解该过程机理，调节工艺参数。

上述根据本发明实施例的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法并非排他式的，相反可以根据需要补充操作或进行修改，例如，为了便于既向用户演示宏观剖面演化过程也向用户演示微观演化场景，可以在一定的时间间隔内，记录宏观剖面演化过程，同时对于各个进行了采样和微观演化操作的剖面，记录与该剖面相关联的采样点的微观演化过程，从而形成小尺度的时间演化展示，由此能够同时得到宏观和微观的演化过程记录，并在用户要求时呈现给用户。

例如，对于微观演化场景的存储，可以按照给定的时间存储剖面演化过程中生成点的坐标，并且将该剖面对应各采样点的微观计算结果按照结构化进行存储，比如通过建立索引或特殊文件命名方式将该剖面对应的微观区域演化关联起来，从而形成针对仿真结果的文件集，从而有利于在仿真过程中或结束后进行图形化显示。

下面结合一个具体的刻蚀加工仿真过程，说明根据本发明实施例的刻蚀或沉积演化仿真方法应用实例。以碳氟气体刻蚀硅基底材料，本例中，宏观剖面计算方法采用元胞自动机方法，微观演化方法采用分子动力学方法。

下面结合图8描述根据本发明实施例的粒子刻蚀演化仿真方法300的示例。

在步骤S310中，划分仿真区域，得到元胞自动机法所用的元胞。

具体地，例如将仿真区域划分为连续紧密规则排列的小格，每个小格称为元胞，是宏观演化的最小单元，包括空元胞和非空元胞两大类，并设有各自元胞编码，空元胞表示没有粒子的区域，编码表示为0，非空元胞编码表示所处区域的被占据的物质类型，包括掩膜和基底两类，分别编码表示为1和2，完成宏观区域单元(cell)划分。

在步骤S310的元胞划分完成后，前进到步骤S320。

在步骤S320中，对表面元胞集合进行采样。表面元胞指的是处于与空元胞交界的材料元胞，采样方法例如为沿表面进行均匀采样。

步骤S320的采样完成后，前进到步骤S330。

在步骤S330中，统计到达各元胞的粒子信息。

例如，在模型中按照随机抽样或平均分布生成输入入宏观计算区域表面的粒子，统计到达各采样元胞的粒子信息，粒子信息包括粒子类型、能量和入射角度等。具体方法可以包括如下步骤：

1)计算各采样元胞所在区域的表面法向量，方法例如为：选择该元胞周围邻域范围内半径为R(本例取R＝5)的所有元胞的坐标作为一个坐标点集合S，使用最小二乘法对集合S求解法向量，具体地二维情况求解直线法向量，三维情况求解平面法向量；

2)计算各采样元胞所在区域的表面法向量与入射离子的运动方向向量之间的夹角，此角度即为入射角度，并统计各粒子类型和能量。

在步骤S330的统计到达各元胞的粒子信息完成后，前进到步骤S340。

在步骤S340中，基于基底和粒子信息，选择势函数，构建微观演化模型。

例如，以采样元胞为微观演化的基底，到达该元胞处的粒子信息为微观演化的入射粒子信息，选择C-F-Si体系SW势函数(见Stillinger F,Wener T A1985,Phys.Rev.B 31 5262)，构建微观演化模型进行演化。

在步骤S340构建了微观演化模型之后，前进到步骤S350。

在步骤S350中，进行微观模型演化计算。具体地，采用多进程并行计算方式，维护一个容量为n(本例中n＝6)，的进程池，每一个进程演化一个由步骤S340得到的微观演化模型，得到一系列演化结果。

步骤S350的微观模型演化计算完成后，前进到步骤S360。

在步骤S360中，存储微观演化计算结果，更新宏观演化参数。具体地，执行如下步骤：

1)保存微观演化计算结果。在本例中，微观演化计算结果包括两部分：微观演化模型结果和刻蚀产额。将微观演化模型结果以相应的采样元胞的坐标命名进行保存，该结果可作为演化中下一个最近采样元胞的微观演化计算的初始条件，例如，采样元胞坐标为(10,20,30)，则微观演化结果命名为10_20_30.restart，下一个最近采样元胞坐标为(10,20,31)，其微观演化计算的基底模型输入为10_20_30.restart文件；

2)将该微观演化计算得到的刻蚀产额传递给采样区域的表面元胞，并利用该参数作为该计算区域邻域进行材料去除或生长的计算依据，进行宏观演化计算，其中采样元胞周围的参数采用采样元胞数据进行等效，例如微观演化计算得到采样元胞(10,20,30)处的刻蚀产额是0.26，则将该元胞(10,20,30)及其周围邻域元胞中物质的量相应的减少0.26，而如果微观演化计算得到采样元胞(10,20,40)处的沉积产额是0.084，则将该元胞及其周围邻域元胞法向量方向上的元胞中物质的量相应的增加0.084；

3)利用微观计算得到的脱离基底的空间产物，本例中主要包含CF3、CF4等产物，根据每个采样点产生的产物，按照面积或体积比例折算到宏观计算区域，改变宏观计算区域粒子分布。

在步骤S360完成之后，前进到步骤S370。

在步骤S370中，进行宏观演化达固定时长。

关于固定时长(也即宏观演化时间间隔)，本例中主要通过粒子数量间隔进行控制，当一定数量粒子在仿真系统中计算完毕，如果所有粒子对表面的作用尚未完毕，则返回到步骤S320，执行表面采样、微观演化、更新宏观参数、进行宏观演化的下一轮迭代。

需要说明的是，在本例子中，在宏观演化过程中，按照一定时间间隔(优选地，按照宏观演化的间隔)存储剖面演化结果，并在每个剖面的结果中附带该剖面对应的微观采样点的索引。由此，用户可以观看宏观演化过程，并且如果对于某剖面的微观演化感兴趣，可以点击该剖面来触发与该剖面的采样点相关的微观演化结果演示。

在步骤S370的宏观演化达一定时长后，前进到步骤S380。在步骤S380中，判断是否所有粒子对表面的作用完毕，如果是，则整个演化结束，否则返回到步骤S320以进入下一轮迭代。

上述刻蚀或沉积演化仿真方法可以用对应的程序模块来实现，由这些程序模块构成了刻蚀或沉积演化仿真装置。

需要说明的是，上述刻蚀或沉积演化仿真方法(或装置)的各个步骤(或各个部件)可以用软件程序来实现，例如通过通用计算机中的CPU结合RAM和ROM等以及其中运行的软件代码来实现。软件程序可以存储在诸如闪存、软盘、硬盘、光盘等存储介质上，在运行时加载到诸如随机访问存储器RAM上来由CPU执行。另外，除了通用计算机上，还可以通过专用集成电路和软 件之间的合作来实现。所述集成电路包括通过例如MPU(微处理单元)、DSP(数字信号处理器)、FPGA(现场可编程门阵列)、ASIC(专用集成电路)等中的至少一个来实现。另外，刻蚀或沉积演化仿真方法(或装置)的各个步骤(或各个部件)可以用专门的硬件来实现，例如特定的现场可编程门阵列、专用集成电路等。另外，刻蚀或沉积演化仿真方法(或装置)的各个步骤(或各个部件)也可以利用软件和硬件的结合来实现。

根据本发明一个实施例，提供了一种非瞬时计算机可读介质，其上存储有指令集合，该指令集合当被处理器执行时引导处理器执行刻蚀或沉积演化仿真方法(或装置)的各个步骤(或各个部件)，包括：步骤1，获得初始剖面；步骤2，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；步骤3，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；步骤4，进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；步骤5，判断是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则重复前述步骤2到步骤4。

上述刻蚀或沉积演化仿真方法(或装置)的各个步骤(或各个部件)的结构和数量不对本发明的范围构成限制。根据本发明的一个实施例，各个部件和/或各个步骤可以合并为一个独立的部件和/或步骤来执行和实现相应的功能和操作，或者各个部件和/或各个步骤进一步拆分为更小的单元来实现他们各自的功能和操作。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1. 一种计算机实现的材料表面的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，用于对于待刻蚀或沉积的材料表面，在执行刻蚀或沉积仿真后预测材料表面的形貌，该粒子刻蚀或沉积演化仿真方法包括：

   步骤1，获得初始剖面；

   步骤2，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；

   步骤3，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；

   步骤4，进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；以及

   步骤5，判断是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则重复前述步骤2到步骤4。
2. 根据权利要求1的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，在步骤2中，针对剖面采样一系列区域包括：

   将剖面划分为各个区域，在每个区域中，入射粒子情况一致、宏观区域曲率基本一致，以方便在该区域中选取代表性局部做微观采样和演化计算；

   在划分后的每个部分中，选择一个子区域进行微观方法演化，该子区域的微观演化计算结果用来供在步骤3中计算针对对应部分的的宏观剖面演化参数。
3. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，还包括，在步骤2之前，对仿真区域进行分块，块为微观演化的最小单位，其中块的大小根据计算结果的剖面显示的精细度、计算速度、基底大小、空间粒子的入射量来决定。
4. 根据权利要求3的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，在宏观演化方法为 元胞自动机的情况下，

   如果元胞的大小适合微观演化，则以元胞作为用于微观演化的所述块；以及

   如果元胞的大小不适合微观演化，则以多个元胞的合并作为用于微观演化的所述块。
5. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底的建模包括：

   使得基底大小和入射粒子的数量匹配,以便充分表达入射粒子和基底的共同作用得到的刻蚀和沉积结果。
6. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，所述步骤2中的，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程包括：

   并行地对多个区域进行演化过程。
7. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，所述宏观剖面演化参数包括刻蚀产额或刻蚀速率，还包括入射粒子种类和分布。
8. 根据权利要求7的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，其中步骤2的微观演化计算结果包括脱离基底进入空间的粒子信息，步骤3基于该脱离基底进入空间的粒子的信息，来更新所述入射粒子种类和分布。
9. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，通过设置步骤2的采样区域，该粒子刻蚀或沉积演化仿真方法能够既支持刻蚀和沉积的二维剖面仿真演化，也支持三维剖面仿真演化。
10. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，所述步骤4中的预定暂停条件为下列项目中的至少一个或者组合：

    达到给定的宏观演化时间间隔、一定数量粒子在仿真系统中计算完毕、粒子输入条件发生改变、表面参数发生变化。
11. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，在宏观剖面演化期间，宏观演化参数保持不变，并采用简单的剖面演化方式加快仿真计算速度。
12. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，还包括在一定的时间间隔内，记录宏观剖面演化过程，同时对于各个进行了采样和微观演化操作的剖面，记录与该剖面相关联的采样点的微观演化过程，从而形成小尺度的时间演化展示，由此能够同时得到宏观和微观的演化过程记录，并 在用户要求时呈现给用户。
13. 根据权利要求2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，其中，在将剖面表面划分为各个部分的情况下，对于曲率变化较大和/或粒子情况较复杂的部分，采样密度较大。
14. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，还包括：

    在步骤2中，将对具体区域的微观演化计算结果与相应剖面上的坐标相对应进行保存；以及

    在下一循环的步骤2中，在关于各区域的微观演化计算时，将此时各区域的坐标与上一循环中存储的区域的坐标进行比较，选取该上一循环对应区域的计算结果的基底作为该下一循环的区域的演化的初始条件，从而保证微观基底的选择最接近目前表面的实际情况。
15. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，步骤2还包括，基于给定的进入宏观剖面演化计算的计算区域的粒子信息，将空间输入粒子信息按照面积或体积比例关系折算到每个微观计算区域。
16. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，所述宏观剖面演化方法为元胞自动机、线算法、水平集中的一个。
17. 根据权利要求1或2的粒子刻蚀或沉积演化仿真方法，所述微观刻蚀或沉积方法为分子动力学或蒙特卡洛方法。
18. 一种非瞬时计算机可读介质，其上存储有指令集合，该指令集合当被处理器执行时引导处理器执行刻蚀或沉积演化仿真功能，该功能包括：

    步骤1，获得初始剖面；

    步骤2，针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；

    步骤3，基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；

    步骤4，进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速 率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；以及

    步骤5，判断是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则重复前述步骤2到步骤4。
19. 一种材料表面的粒子刻蚀或沉积演化仿真装置，用于对于待刻蚀或沉积的材料表面，在执行刻蚀或沉积仿真后预测材料表面的形貌，该粒子刻蚀或沉积演化仿真装置包括：

    初始剖面获得部件，配置为获得初始剖面；

    剖面采样和微观演化部件，配置为针对剖面采样一系列区域，采用微观刻蚀或沉积方法对该一系列区域中的每个进行演化过程，获得微观演化计算结果，其中微观刻蚀或沉积方法对入射粒子与基底建模，使得粒子通过势函数或设定的规则进行动力学自动演化，求得入射离子或中性粒子作用下基底的变化，该变化被认为是这些粒子在基底的沉积或刻蚀结果；

    宏观剖面演化参数获得部件，配置为基于微观演化计算结果，获得宏观剖面演化参数；

    宏观剖面演化演化部件，配置为进行宏观剖面演化计算，包括：基于宏观演化参数，利用宏观剖面演化方法，进行剖面演化计算直至满足预定暂停条件或者演化终止条件，并获得新的剖面，并存储剖面演化结果，其中该宏观剖面演化方法通过给定某种材料在某种粒子流作用下的刻蚀产额或沉积产额或者刻蚀速率或沉积速率，通过演化，求得在大量粒子作用下的刻蚀和沉积的整体形貌；以及

    迭代控制部件，配置为判断演化是否达到终止条件，如达到终止条件，则终止演化，否则使得剖面采样和微观演化部件、宏观剖面演化参数获得部件、宏观剖面演化演化部件重复操作。

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