基于半導(dǎo)體工藝的三維虛擬形狀建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于半導(dǎo)體工藝的虛擬形狀建模方法。根據(jù)本發(fā)明的建模方法可以對如半導(dǎo)體或者平板顯示面板制造工藝那樣通過沉積以及蝕刻等工藝生成的產(chǎn)物進行三維虛擬形狀建模。尤其，在將沉積后進行蝕刻的層形成到不平滑的先前層上的情況下，可利用二維投影方法簡便地進行建模。
【專利說明】
基于半導(dǎo)體工藝的三維虛擬形狀建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種對半導(dǎo)體或者平板顯示面板制造工藝的產(chǎn)物進行三維建模的方法，其目的在于提供一種利用沉積/蝕刻順序與掩膜數(shù)據(jù)而自動生成三維結(jié)構(gòu)的三維虛擬形狀建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在開發(fā)產(chǎn)品之前，提前進行模擬或者制造模型的方法作為能夠減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的錯誤并減少制造費用的方法而得到了發(fā)展，并且隨著計算機系統(tǒng)的發(fā)展，利用電算程序進行建模的方法得到了顯著的發(fā)展。例如，利用三維立體建模方法的現(xiàn)有產(chǎn)品有AutoCAD或者So I idWorks等。這種關(guān)于機械類產(chǎn)品的這種產(chǎn)物的制造水準相當高，所以多應(yīng)用于制造現(xiàn)場。
[0003]但是，設(shè)計半導(dǎo)體或者薄膜晶體管(TFT)顯示器制造工藝的產(chǎn)物的情況有所不同。這種工藝實際上重復(fù)進行沉積以及蝕刻過程，并且其形狀基本上根據(jù)掩膜而決定，但是厚度以及傾斜角等最終根據(jù)材料的特性以及暴露時間而決定。
[0004]現(xiàn)有半導(dǎo)體或者顯示器領(lǐng)域中，設(shè)計工藝產(chǎn)物的方法為利用掩膜的平面形狀(二維數(shù)據(jù))而生成三維結(jié)構(gòu)的方法，其通過在二維CAD圖上增加厚度信息而生成。
[0005]但是，在工程中各個三維結(jié)構(gòu)被累積而堆積，所以無法通過給二維掩膜平面增加厚度的方法進行層疊。換言之，需要進行根據(jù)下表面的形狀改變層疊在上部的下一層的三維結(jié)構(gòu)的作業(yè)，并且為了進行用于執(zhí)行三維模擬的網(wǎng)格(Mesh)作業(yè)，需要整合各個相鄰的面。以往在形狀簡單的情況下，用戶可以直接進行編輯，但是隨著半導(dǎo)體的集成化與復(fù)雜化的加速，其圖案化以及沉積/蝕刻過程也變得復(fù)雜，從而到了無法用這種現(xiàn)有方式進行三維建模的狀態(tài)。
[0006]另外，即使為了使這種半導(dǎo)體或者顯示器工藝產(chǎn)物的建模自動化而利用三維布爾引擎(Boolean Engine)，因其復(fù)雜度高而需要較長的生成時間，并且，在結(jié)合性方面，產(chǎn)生針對浮點或者傾斜面的誤差等的可能性較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明涉及一種對半導(dǎo)體或者平板顯示面板制造工藝的產(chǎn)物進行三維建模的方法，其目的在于提供一種利用沉積/蝕刻順序和掩膜數(shù)據(jù)而自動生成三維結(jié)構(gòu)的三維虛擬形狀建模方法。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明，通過半導(dǎo)體工藝制造的產(chǎn)物的三維虛擬形狀建模方法，包括以下步驟:基于用于第η層的掩膜形狀為基礎(chǔ)，生成所述第η層的平面投影圖，所述第η層是將要在現(xiàn)有第m層上層疊的層;對所述投影圖與所述第m層之間進行布爾運算，以根據(jù)所述第m層的形狀分割所述投影圖；以及根據(jù)所述第m層的形狀給所述投影圖賦予彎曲，并將所述投影圖擴張至所述第η層的高度，從而完成三維形狀的所述第η層的虛擬形狀。
[0009]其中，生成所述投影圖的步驟可以通過以下步驟生成:根據(jù)用于所述第η層的掩膜形狀，生成所述第η層的下表面形狀;基于所述下表面形狀并應(yīng)用布爾引擎而生成虛擬的上表面形狀；以及連接對應(yīng)于所述下表面與上表面的節(jié)點而形成第η層的側(cè)面。
[0010]進而，在完成所述虛擬形狀的步驟通過以下過程而實現(xiàn):在所述下表面上被分割的各個部分，基于所述第m層上表面的高度信息，向ζ軸方向移動而布置;在所述上表面上被分割的各個部分，布置于在所述下表面位置加上所述第η層的高度的位置。
[0011]本發(fā)明的三維建模方法在需要對現(xiàn)有層上新生成的層形狀進行建模時，可以利用投影法轉(zhuǎn)換成二維計算而處理，從而減少復(fù)雜度并且在速度方面縮短時間。
【附圖說明】
[0012]圖1是用于說明本發(fā)明的三維建模方法的流程圖。
[0013]圖2是用于說明圖1中的S105步驟的流程圖。
[0014]圖3是示例性地示出通過三維建模形成的模型的圖。
[0015]圖4是用于說明圖3中的第三層的建模方法的圖。
[0016]圖5是用于說明圖3中的第三層的投影圖的生成方法的圖。
【具體實施方式】
[0017]以下，參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的說明。
[0018]本發(fā)明的方法在對通過半導(dǎo)體工藝制造的產(chǎn)物進行三維形狀建模的計算機裝置等進行，從而通過顯示裝置等而顯示作為建模產(chǎn)物的虛擬的三維形狀。
[0019]圖2中示出的本發(fā)明的三維建模方法基本上可以應(yīng)用于利用半導(dǎo)體工藝而對三維形狀進行建模的任何情況，例如，可以應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片的設(shè)計，不僅如此，還可以應(yīng)用于通過半導(dǎo)體工藝制造的平板顯示面板的三維建模。
[0020]眾所周知，半導(dǎo)體工藝通過沉積以及蝕刻過程生成構(gòu)造，并且其厚度以及形狀根據(jù)沉積/蝕刻方法以及材料的特性而決定。這種過程與將通過下述兩個工藝而生成的層進行層疊的過程相同。(I)第一個為將通過沉積過程生成的層進行層疊的過程，(2)另一個為將通過沉積與蝕刻而生成的層進行層疊的過程。例如，圖3的半導(dǎo)體為在基板301上層疊有第一至第三層303、305、307的半導(dǎo)體。第一層303通過沉積工序生成于基板301上，第二層305與第三層307是分別通過掩膜工藝生成的層。
[0021]另外，為了在由X-Y-Z軸得到定義的三維虛擬空間(以下，簡稱‘空間’)上對結(jié)構(gòu)進行建模而使用的模型要素(Mode I Element)包括:節(jié)點(Node，或者點)，邊緣(Edge，或者邊)，多邊形(Polygon)以及多面體(Polyhedron)?？梢岳眠@種模型-要素的結(jié)合信息而生成三維形狀信息，并基于該信息進行渲染，以通過電腦等顯示裝置顯示用戶能夠視覺上確認的模型。
[0022]其中，節(jié)點表示空間上的位置，而邊緣作為構(gòu)成多邊形的要素而被使用。一個多邊形可以由節(jié)點以及邊緣信息得到定義。在多邊形與多邊形相交時，共享的節(jié)點與邊緣被各多邊形共享。多面體表示由多個多邊形構(gòu)成的空間上的一塊，并且多面體設(shè)定有客體信息(名字或者索引)。
[0023 ]以下，參照圖2對本發(fā)明的建模方法進行說明。
[0024]〈決定建模區(qū)域:S101〉
[0025]在X-Y平面上決定將成為建模對象的對象物或者結(jié)構(gòu)的“底部區(qū)域”。通過下述過程在底部區(qū)域上沿著Z軸方向?qū)盈B結(jié)構(gòu)。
[0026]〈通過層疊而實現(xiàn)的層:S103>
[0027]如圖3的第一層303那樣，僅通過沉積而層疊的層是涂覆在底部區(qū)域或者先前層整體的層，并且在此步驟中，生成通過一次性地給特定多邊形賦予垂直厚度而生成的多面體，與底部區(qū)域或者先前層的結(jié)合通過步驟S107進行。因此，所需要的數(shù)據(jù)中包括:要使用的多邊形信息、層的厚度信息以及相關(guān)層的客體信息。
[0028]在建模中，使多邊形位于X-Y平面上，并按厚度的量沿Z方向平行復(fù)制，且基于邊緣生成側(cè)面，由此完成多面體。在此步驟中，生成的多面體為下表面與上表面均為平滑的基本多面體。
[0029]〈通過沉積與蝕刻生成的層:S105>
[0030]如圖3的第二層305或者第三層307那樣，同時進行沉積與蝕刻工序的層如圖4的(a)那樣首先生成多面體307a后，在S107步驟中變形成與先前層的形狀相對應(yīng)形狀后進行結(jié)合。因此，在此步驟中(I)首先，決定應(yīng)用于沉積過程的多面體的厚度，(2)然后決定借助于通過掩膜的蝕刻過程而決定的形狀，從而制造基本多面體，因此，所需要的數(shù)據(jù)為:客體信息、多邊形信息、層的厚度信息以及掩膜信息。
[0031]掩膜信息包括掩膜形狀與“掩膜-邊緣位置截面信息”。掩膜形狀可以使用GDS(圖形數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Graphic Database System))格式?！把谀?邊緣位置截面信息”為通過掩膜而形成的形狀中的所有邊緣位置處的截面信息。在蝕刻過程中的截面因受工藝技術(shù)的限制而具有預(yù)定的傾斜度，而不會從掩膜邊緣位置垂直地形成。這種傾斜度可以根據(jù)材料的硬度以及暴露時間等而決定。所以，掩膜-邊緣位置截面信息可以根據(jù)該邊緣位置是否為具有預(yù)定傾斜度的平面、還是具有正曲率的曲面(凸面形狀)、還是具有負曲率的曲(凹面形狀)而被定義，并且可以根據(jù)情況而成為用戶定義的曲線。如果是平面，則只要傾斜角度就足夠，如果是一個具有曲率的曲面，則需要曲率信息，如果是連接多個曲面的情況，則需要各個曲面的節(jié)點信息與曲率。
[0032]下文中，基于圖2再次對S105步驟中的層的生成過程進行說明。
[0033]〈建模的完成:S107、S109>
[0034]根據(jù)公開的半導(dǎo)體工藝，在SlOl步驟中決定的底部區(qū)域上，合并通過S103或者S105步驟首先生成的層，接著重復(fù)步驟S103以及S105的同時重復(fù)進行在先前層上合并新層的過程。這種結(jié)果形成為模型-要素的結(jié)合信息(S107)。
[0035]S107步驟中的結(jié)合過程根據(jù)先前層的形態(tài)而不同。例如，如第一層303或者第二層305那樣與平滑的基板301結(jié)合的情況下，只要放置在上面即可。但是，要放置第三層307的第二層305不是平滑的平面。如此地，在先前層的形狀不平滑的情況下，可以通過分割基本多面體而結(jié)合。這種過程通過下述的圖2再次進行說明。
[0036]在通過步驟S103至S107完成層疊半導(dǎo)體的各個層的過程時，利用該最終結(jié)合信息將圖像渲染，從而完成三維模型并將其顯示，由此完成三維建模過程(S109)。
[0037]根據(jù)上述方法，即使用戶不通過手動操作來完成各個層，也可以僅通過輸入所需要的數(shù)據(jù)來完成三維建模。
[0038]以下，參照圖2至圖5，對步驟S105到S107的通過沉積以及蝕刻形成層的過程進行說明。以下，為了便于說明，以形成圖3的第三層307的過程為例進行說明。如上文所述，在進行沉積工序后，通過蝕刻工序去除一部分而形成第二層305與第三層307。只是，第三層307為層疊在已生成的第二層305的上部的層，所以無法成為在基準面具有相同高度的層，并根據(jù)第二層305的形狀形成階梯差。
[0039]建模過程是如下的過程:在生成如圖4的(a)的具有掩膜形狀的基本多面體307a后，將其根據(jù)先前層的形狀而制造成如圖4(b)的最終多面體307。在此過程中，處理如圖4(a)的基本多面體307a等的三維形狀的過程是非常困難且復(fù)雜的操作，所以在本發(fā)明中，生成非三維多面體的、將其投影到平面的“投影圖”之后，根據(jù)先前層的形狀將其二維投影圖分割，并將先前層具有的高度信息應(yīng)用于被分割的投影圖，從而生成三維層形狀。
[0040]因此，建模包括(I)基本多面體的投影圖-生成步驟(S201?S205)和(2)投影圖-分割步驟(S207)以及(3)向Z軸擴張的步驟(S209)。其中，(I)過程相當于S105步驟，(2)以及
(3)過程相當于S107步驟。
[0041 ]〈基本多面體投影圖-生成步驟:S201?S205>
[0042]基本多面體投影圖-生成步驟中，首先，從掩膜信息提取層的形狀，然后如圖5(a)所示，生成圖4的基本多面體307a的下表面501。此時，下表面501不進行分割步驟，所以是平面(S201)。
[0043]在計算下表面501后，如圖5(b)，生成上表面503。蝕刻過程中，在下表面501與上表面503之間產(chǎn)生傾斜，這種傾斜面的信息從掩膜-邊緣位置截面信息提取。只是，在這里假設(shè)傾斜面是具有預(yù)定傾斜度的平面。因此，可以將多面體的上表面503假設(shè)為，從下表面501去除傾斜部分的區(qū)域。因此，上表面503為按照與考慮到厚度以及從掩膜-邊緣位置截面信息提取的傾斜度的長度相當?shù)牧客ㄟ^布爾引擎(Boolean Engine，或者Boolean operat1n(布爾運算))而邊緣大小被縮小的多邊形(S203)。
[0044]在通過步驟S201以及步驟S203生成下表面501與上表面503后，將下表面501與上表面503的對應(yīng)的節(jié)點結(jié)為一對，并生成連接該節(jié)點的邊緣505，從而生成側(cè)面507，據(jù)此完成投影圖510。參照圖5的(C)，投影圖510被定義為:下表面501、上表面503與側(cè)面507都為平面的多邊形。該投影圖510是還未向Z軸擴張的平面狀態(tài)信息。另外，在下表面501(或者，上表面503)中，相互連接的兩個邊緣形成的夾角是銳角或者鈍角而非90°的情況下，可以通過邊角處理而增加或者減少節(jié)點數(shù)，并且在此情況下存在以下情況:上表面503與下表面501的連接發(fā)生1:2或者2:1的節(jié)點連接，從而使側(cè)面507成為三角形。
[0045]〈基本多面體投影圖-分割步驟:S207>
[0046]投影圖-分割步驟將在S201至S205步驟中生成的投影圖510投射到之前層疊的層，即第二層305而進行分割?？梢允褂貌紶栆鎭磉M行投影圖-分割。
[0047]布爾引擎被廣泛用于計算機圖形處理領(lǐng)域，并且進行合并或者分割至少一個多邊形集合體等的運算。如果利用布爾引擎在投影圖510和先前層之間進行AND運算、not運算等，則投影圖510根據(jù)先前層的形狀而被分割，并根據(jù)分割而增加節(jié)點。
[0048]〈層完成步驟:S209>
[0049]當通過S207步驟完成對投影圖的分割，則給下表面501賦予應(yīng)用于先前層的高度信息，并應(yīng)用整合到先前層的三維彎曲，并使上表面503向Z軸方向移動至應(yīng)用于第三層307的高度，由此進行布置，從而再現(xiàn)沉積過程。
[0050]通過以上過程，進行通過進行沉積以及蝕刻而完成的建模。
[0051]如上所述，將平面圖像利用投射到空間上的方式來進行分割，這樣的過程使整個計算過程簡便。如果以完成的多面體為基本，在三維上放置在非平坦結(jié)構(gòu)上，則這樣的計算實際實現(xiàn)起來較復(fù)雜且穩(wěn)定性下降。
[0052]以上，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了說明，但是本發(fā)明不限于上述特定的實施例，并且在不脫離權(quán)利要求書中請求的本發(fā)明的宗旨的情況下，在本發(fā)明的所屬技術(shù)領(lǐng)域具有一般知識的人可以進行多種變形實施，這種變形實施應(yīng)屬于本發(fā)明的思想或前景。
【主權(quán)項】
1.一種三維虛擬形狀建模方法，是通過半導(dǎo)體工藝制造的產(chǎn)物的三維虛擬形狀建模方法，其特征在于，包括以下步驟: 基于用于第η層的掩膜形狀為基礎(chǔ)，生成所述第η層的平面投影圖，所述第η層是將要在現(xiàn)有第m層上層疊的層； 對所述投影圖與所述第m層之間進行布爾運算，以根據(jù)所述第m層的形狀分割所述投影圖；以及 根據(jù)所述第m層的形狀給所述投影圖賦予彎曲，并將所述投影圖擴張至所述第η層的高度，從而完成三維形狀的所述第η層的虛擬形狀。2.如權(quán)利要求1所述的三維虛擬形狀建模方法，其特征在于， 生成所述投影圖的步驟包括以下步驟: 根據(jù)用于所述第η層的掩膜形狀，生成所述第η層的下表面形狀； 基于所述下表面形狀應(yīng)用布爾引擎而生成虛擬的上表面形狀；以及 連接對應(yīng)于所述下表面與上表面的節(jié)點而形成第η層的側(cè)面。3.如權(quán)利要求2所述的三維虛擬形狀建模方法，其特征在于， 在完成所述虛擬形狀的步驟中， 在所述下表面上被分割的各個部分，基于所述第m層上表面的高度信息，向ζ軸方向移動而具有彎曲； 在所述上表面上被分割的各個部分，布置于在所述下表面位置加上所述第η層的高度的位置。
【文檔編號】G06T17/00GK105931287SQ201610112874
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年2月29日
【發(fā)明人】林兌和, 姜東岏, 金炫澈
【申請人】多佑惠立方株式會社