JP2851447B2 - 形状シミュレーション方法 - Google Patents
形状シミュレーション方法Info
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- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
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-
- G—PHYSICS
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- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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- Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、形状シミュレーショ
ン方法に係り、特に半導体製造工程におけるリフロープ
ロセスを三次元でシミュレートする方法に関する。
ン方法に係り、特に半導体製造工程におけるリフロープ
ロセスを三次元でシミュレートする方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のリフローモデルが例えば、F.A.Le
on, IEEE Trans. Electron CAD, Vol.7, No. 2, p. 168
-173, 1988に開示されている。このリフローモデルを図
6〜9により説明する。図6に示されるように、温度60
0℃以上で液体のような流動性を呈するBPSG(ボロン
及びリンを含んだ酸化膜)1の表面形状がストリング・
セグメント2により表わされている。図7は図6の部分
Aの拡大図であり、BPSG1の角部の曲率半径がRで
示されている。このリフローモデルは、曲率半径の大き
い所から小さい所へ表面拡散により物質粒子が流れると
いうものである。ただし、凹部の表面においては負の曲
率半径が用いられる。
on, IEEE Trans. Electron CAD, Vol.7, No. 2, p. 168
-173, 1988に開示されている。このリフローモデルを図
6〜9により説明する。図6に示されるように、温度60
0℃以上で液体のような流動性を呈するBPSG(ボロン
及びリンを含んだ酸化膜)1の表面形状がストリング・
セグメント2により表わされている。図7は図6の部分
Aの拡大図であり、BPSG1の角部の曲率半径がRで
示されている。このリフローモデルは、曲率半径の大き
い所から小さい所へ表面拡散により物質粒子が流れると
いうものである。ただし、凹部の表面においては負の曲
率半径が用いられる。
【0003】ここで、表面のフリーエネルギーFは、表
面の面積をA、表面張力定数をγとして、関係式
面の面積をA、表面張力定数をγとして、関係式
【数1】 で表され、また化学ポテンシャルμ及び物質粒子の流量
密度Jは、それぞれ次の関係式で表される。
密度Jは、それぞれ次の関係式で表される。
【数2】
【数3】 ただし、Nは粒子数、Ωは分子の体積、Dは表面拡散係
数、kはボルツマン定数、Tは温度、νは分子の表面濃
度、▽sは表面に沿った微分をそれぞれ示している。ま
た、R1(s)及びR2(s)は図9に示すように互いに直交
する二つの辺3及び4の曲率半径を示す。
数、kはボルツマン定数、Tは温度、νは分子の表面濃
度、▽sは表面に沿った微分をそれぞれ示している。ま
た、R1(s)及びR2(s)は図9に示すように互いに直交
する二つの辺3及び4の曲率半径を示す。
【0004】ここで、D0=DγνΩ2として、ストリン
グ点Pi-1からPiに流れる流量密度Ji-1,iは、
グ点Pi-1からPiに流れる流量密度Ji-1,iは、
【数4】 と表すことができる。Ri及びRi-1はそれぞれストリン
グ点Pi及びPi-1における曲率半径を示している。
グ点Pi及びPi-1における曲率半径を示している。
【0005】同様にして全てのストリング点に関して流
量密度Ji,jを求める。そして、図8に示されるよう
に、△t秒間にストリング点Pi-1からPi0へ流れるB
PSG1の量△t・Ji-1,iと、ストリング点Pi0から
Pi+1へ流れるBPSG1の量△t・Ji,i+1との差によ
りストリング点Pi0の移動距離が算出され、新たなスト
リング点Piが決定される。このようにして、面が時間
に依存して移動する様子を計算する。
量密度Ji,jを求める。そして、図8に示されるよう
に、△t秒間にストリング点Pi-1からPi0へ流れるB
PSG1の量△t・Ji-1,iと、ストリング点Pi0から
Pi+1へ流れるBPSG1の量△t・Ji,i+1との差によ
りストリング点Pi0の移動距離が算出され、新たなスト
リング点Piが決定される。このようにして、面が時間
に依存して移動する様子を計算する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、この
従来のリフローモデルにおいては面を直交する二方向に
分けてそれぞれ曲率半径を求める必要があるが、三角形
等の多角形で表現された三次元表面に対してこのような
曲率半径を決定することは極めて困難である。すなわ
ち、従来のリフローモデルは基本的に二次元用のモデル
であり、完全な三次元モデルに対して適用することが困
難であるという問題点があった。この発明はこのような
問題点を解消するためになされたもので、三次元表面に
おけるリフロープロセスをシミュレートすることができ
る形状シミュレーション方法を提供することを目的とす
る。
従来のリフローモデルにおいては面を直交する二方向に
分けてそれぞれ曲率半径を求める必要があるが、三角形
等の多角形で表現された三次元表面に対してこのような
曲率半径を決定することは極めて困難である。すなわ
ち、従来のリフローモデルは基本的に二次元用のモデル
であり、完全な三次元モデルに対して適用することが困
難であるという問題点があった。この発明はこのような
問題点を解消するためになされたもので、三次元表面に
おけるリフロープロセスをシミュレートすることができ
る形状シミュレーション方法を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明に係る形状シミ
ュレーション方法は、解析領域を複数のセルに分割し、
各セルにそのセルにおける物質濃度を与え、この物質濃
度を線形補間して複数の多角形の集合により表現される
等濃度面を導出してこれを物質の表面形状とし、等濃度
面が存在する表面セルのそれぞれについて表面セル内の
複数の多角形をそれぞれその面の法線方向に微小距離だ
け移動させたときの物質の体積の増加分dVと表面積の
増加分dAとの比から、 μ=(γ/ρ)・(dA/dV) γ:物質の表面張力定数、ρ:物質の表面密度 によってその表面セルにおける化学ポテンシャルμを導
出し、各表面セルについて隣接する表面セルとの化学ポ
テンシャルの差▽μから J=ν・(−D/kT)・▽μ ν:分子の表面濃度、D:表面拡散係数、k:ボルツマ
ン定数、T:温度 によって物質の流量密度Jを導出し、物質の流量密度か
ら任意の微小時間後の各表面セルにおける物質の濃度を
導出し、各表面セルにおける物質の濃度から新たな等濃
度面を導出してこの等濃度面で表される物質形状を特定
する方法である。
ュレーション方法は、解析領域を複数のセルに分割し、
各セルにそのセルにおける物質濃度を与え、この物質濃
度を線形補間して複数の多角形の集合により表現される
等濃度面を導出してこれを物質の表面形状とし、等濃度
面が存在する表面セルのそれぞれについて表面セル内の
複数の多角形をそれぞれその面の法線方向に微小距離だ
け移動させたときの物質の体積の増加分dVと表面積の
増加分dAとの比から、 μ=(γ/ρ)・(dA/dV) γ:物質の表面張力定数、ρ:物質の表面密度 によってその表面セルにおける化学ポテンシャルμを導
出し、各表面セルについて隣接する表面セルとの化学ポ
テンシャルの差▽μから J=ν・(−D/kT)・▽μ ν:分子の表面濃度、D:表面拡散係数、k:ボルツマ
ン定数、T:温度 によって物質の流量密度Jを導出し、物質の流量密度か
ら任意の微小時間後の各表面セルにおける物質の濃度を
導出し、各表面セルにおける物質の濃度から新たな等濃
度面を導出してこの等濃度面で表される物質形状を特定
する方法である。
【0008】
【作用】この発明においては、表面セル内の等濃度面を
表す複数の多角形をそれぞれその面の法線方向に微小距
離だけ移動させたときの体積の増加分と表面積の増加分
との比からその表面セルにおける化学ポテンシャルが導
出される。すなわち、曲率半径を利用せずに化学ポテン
シャルを導出し、この化学ポテンシャルに基づいて等濃
度面の移動する様子を計算する。
表す複数の多角形をそれぞれその面の法線方向に微小距
離だけ移動させたときの体積の増加分と表面積の増加分
との比からその表面セルにおける化学ポテンシャルが導
出される。すなわち、曲率半径を利用せずに化学ポテン
シャルを導出し、この化学ポテンシャルに基づいて等濃
度面の移動する様子を計算する。
【0009】
【実施例】以下、この発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1はこの発明の一実施例に係る形状シミ
ュレーション方法を示すフローチャート図である。ま
ず、図2に示すように解析領域を複数の直方体セルに分
割し、ステップS1で等濃度面を導出する。このとき、
図3に一例を示すように各セルの中心にそのセルにおけ
る物質濃度を与え、各セルの濃度を線形補間することに
より物質の等濃度面を導出する。そして、特定濃度の等
濃度面を形状表面f1とする。ここで、三次元の形状表
面f1は、図4に示されるように、複数の微小三角形の
集合として表現されている。図中、n1〜n6は各三角形
の単位法線ベクトルを示している。
て説明する。図1はこの発明の一実施例に係る形状シミ
ュレーション方法を示すフローチャート図である。ま
ず、図2に示すように解析領域を複数の直方体セルに分
割し、ステップS1で等濃度面を導出する。このとき、
図3に一例を示すように各セルの中心にそのセルにおけ
る物質濃度を与え、各セルの濃度を線形補間することに
より物質の等濃度面を導出する。そして、特定濃度の等
濃度面を形状表面f1とする。ここで、三次元の形状表
面f1は、図4に示されるように、複数の微小三角形の
集合として表現されている。図中、n1〜n6は各三角形
の単位法線ベクトルを示している。
【0010】次に、ステップS2で複数のセルのうち内
部に形状表面f1が存在する表面セル、例えば図2及び
図3のセルC1に着目し、この表面セルC1の中に存在す
る一つの三角形ABCに隣接する三角形を導出する。こ
のとき、隣接する三角形は三角形ABCと辺を共有する
かどうかにより判断する。例えば、図4において三角形
ABCの一辺BCを共有する三角形BCDが導出され
る。
部に形状表面f1が存在する表面セル、例えば図2及び
図3のセルC1に着目し、この表面セルC1の中に存在す
る一つの三角形ABCに隣接する三角形を導出する。こ
のとき、隣接する三角形は三角形ABCと辺を共有する
かどうかにより判断する。例えば、図4において三角形
ABCの一辺BCを共有する三角形BCDが導出され
る。
【0011】続くステップS3で各表面セルにおける化
学ポテンシャルの導出を行う。化学ポテンシャルは、図
4に示すような三角形の表面に微小量の物質を与えたと
きの表面エネルギーの増加分を調べることにより導出す
ることができる。表面のフリーエネルギーの微小変化d
Fは、表面の面積A、表面張力定数γ、粒子数N及び化
学ポテンシャルμにより、
学ポテンシャルの導出を行う。化学ポテンシャルは、図
4に示すような三角形の表面に微小量の物質を与えたと
きの表面エネルギーの増加分を調べることにより導出す
ることができる。表面のフリーエネルギーの微小変化d
Fは、表面の面積A、表面張力定数γ、粒子数N及び化
学ポテンシャルμにより、
【数5】 となる。従って、化学ポテンシャルμは、(1)式
【数6】 で表される。ただし、Vは体積、ρは物質の表面密度を
示す。
示す。
【0012】ここで、図4に示した三角形ABCとBC
Dとをそれぞれ単位法線ベクトルn1及びn2の方向に微
小距離εだけ移動させたとき、これらの三角形ABC及
びBCDが図5に示すように三角形A1B1C1及びB2C
2D2になるものとする。このとき、表面積の増加分dA
は二つの三角形A1B1C1及びB2C2D2の間に形成され
た四角形B1B2C2C1の面積となる。従って、この増加
分dAは三角形ABCとBCDとが共有する辺ベクトル
BCを用いて、
Dとをそれぞれ単位法線ベクトルn1及びn2の方向に微
小距離εだけ移動させたとき、これらの三角形ABC及
びBCDが図5に示すように三角形A1B1C1及びB2C
2D2になるものとする。このとき、表面積の増加分dA
は二つの三角形A1B1C1及びB2C2D2の間に形成され
た四角形B1B2C2C1の面積となる。従って、この増加
分dAは三角形ABCとBCDとが共有する辺ベクトル
BCを用いて、
【数7】 と表される。一方、体積の増加分dVは、三角形A1B1
C1とB2C2D2の重心をそれぞれO1及びO2としたとき
の三角形O1B1C1とO2B2C2の面積の和A0を用い
て、dV=εA0で表される。このようにして、一つの
表面セル内の全ての三角形に関して表面積の増加分の総
和及び体積の増加分の総和を求め、上記の(1)式により
その表面セルにおける化学ポテンシャルμを導出する。
なお、表面セルの化学ポテンシャルμを精度よく導出す
るためには、隣接する表面セルとの境界部に位置する三
角形まで含めて計算する必要がある。
C1とB2C2D2の重心をそれぞれO1及びO2としたとき
の三角形O1B1C1とO2B2C2の面積の和A0を用い
て、dV=εA0で表される。このようにして、一つの
表面セル内の全ての三角形に関して表面積の増加分の総
和及び体積の増加分の総和を求め、上記の(1)式により
その表面セルにおける化学ポテンシャルμを導出する。
なお、表面セルの化学ポテンシャルμを精度よく導出す
るためには、隣接する表面セルとの境界部に位置する三
角形まで含めて計算する必要がある。
【0013】次に、ステップS4で、各表面セルについ
て隣接する表面セルとの化学ポテンシャルμの差に基づ
き、物質の流量密度を導出する。例えば、図2及び図3
に示す表面セルC1について、これに隣接する26個のセ
ルへの流量密度J1〜J26を考える。一つのセルから隣
接するセルへの流量密度Jは、アインシュタインの関係
により、
て隣接する表面セルとの化学ポテンシャルμの差に基づ
き、物質の流量密度を導出する。例えば、図2及び図3
に示す表面セルC1について、これに隣接する26個のセ
ルへの流量密度J1〜J26を考える。一つのセルから隣
接するセルへの流量密度Jは、アインシュタインの関係
により、
【数8】 で与えられる。ただし、1/ρは分子の体積Ωを示して
いる。
いる。
【0014】その後、ステップS5で微小時間△t秒間
の物質の流量を求め、△t秒後の各セルにおける物質濃
度を算出し、これらの濃度を線形補間することにより等
濃度面を導出する。そして、特定濃度の等濃度面を新た
な形状表面とする。このようにして△t秒後の形状表面
がシミュレートされると、ステップS6で次の△t秒間
がセットされ、ステップS7からステップS2に戻って
同様のシミュレーションが行われる。そして、ステップ
S7でリフロープロセスの処理時間t0が経過したと判
断したところで一連の動作を終了する。
の物質の流量を求め、△t秒後の各セルにおける物質濃
度を算出し、これらの濃度を線形補間することにより等
濃度面を導出する。そして、特定濃度の等濃度面を新た
な形状表面とする。このようにして△t秒後の形状表面
がシミュレートされると、ステップS6で次の△t秒間
がセットされ、ステップS7からステップS2に戻って
同様のシミュレーションが行われる。そして、ステップ
S7でリフロープロセスの処理時間t0が経過したと判
断したところで一連の動作を終了する。
【0015】以上のように、この発明の方法では、表面
張力による化学ポテンシャルを曲率半径を用いずに、体
積及び表面積の増減として求めることができる。従っ
て、完全な三次元シミュレーションが可能となり、特に
ULSIの開発に役立つものとなる。
張力による化学ポテンシャルを曲率半径を用いずに、体
積及び表面積の増減として求めることができる。従っ
て、完全な三次元シミュレーションが可能となり、特に
ULSIの開発に役立つものとなる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
解析領域を複数のセルに分割し、各セルにそのセルにお
ける物質濃度を与え、この物質濃度を線形補間して複数
の多角形の集合により表現される等濃度面を導出してこ
れを物質の表面形状とし、等濃度面が存在する表面セル
のそれぞれについて表面セル内の複数の多角形をそれぞ
れその面の法線方向に微小距離だけ移動させたときの物
質の体積の増加分dVと表面積の増加分dAとの比か
ら、 μ=(γ/ρ)・(dA/dV) γ:物質の表面張力定数、ρ:物質の表面密度 によってその表面セルにおける化学ポテンシャルμを導
出し、各表面セルについて隣接する表面セルとの化学ポ
テンシャルの差▽μから J=ν・(−D/kT)・▽μ ν:分子の表面濃度、D:表面拡散係数、k:ボルツマ
ン定数、T:温度 によって物質の流量密度Jを導出し、物質の流量密度か
ら任意の微小時間後の各表面セルにおける物質の濃度を
導出し、各表面セルにおける物質の濃度から新たな等濃
度面を導出してこの等濃度面で表される物質形状を特定
するので、三次元表面におけるリフロープロセスをシミ
ュレートすることが可能となる。
解析領域を複数のセルに分割し、各セルにそのセルにお
ける物質濃度を与え、この物質濃度を線形補間して複数
の多角形の集合により表現される等濃度面を導出してこ
れを物質の表面形状とし、等濃度面が存在する表面セル
のそれぞれについて表面セル内の複数の多角形をそれぞ
れその面の法線方向に微小距離だけ移動させたときの物
質の体積の増加分dVと表面積の増加分dAとの比か
ら、 μ=(γ/ρ)・(dA/dV) γ:物質の表面張力定数、ρ:物質の表面密度 によってその表面セルにおける化学ポテンシャルμを導
出し、各表面セルについて隣接する表面セルとの化学ポ
テンシャルの差▽μから J=ν・(−D/kT)・▽μ ν:分子の表面濃度、D:表面拡散係数、k:ボルツマ
ン定数、T:温度 によって物質の流量密度Jを導出し、物質の流量密度か
ら任意の微小時間後の各表面セルにおける物質の濃度を
導出し、各表面セルにおける物質の濃度から新たな等濃
度面を導出してこの等濃度面で表される物質形状を特定
するので、三次元表面におけるリフロープロセスをシミ
ュレートすることが可能となる。
【図1】この発明の一実施例に係る形状シミュレーショ
ン方法を示すフローチャート図である。
ン方法を示すフローチャート図である。
【図2】実施例において解析領域を複数のセルに分割し
た様子を示す図である。
た様子を示す図である。
【図3】図2のIII−III線断面図であり、各セルの物質
濃度を示す図である。
濃度を示す図である。
【図4】実施例において物質表面の表現方法を示す図で
ある。
ある。
【図5】実施例における化学ポテンシャルを導出する方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図6】従来の形状シミュレーション方法を示す概念図
である。
である。
【図7】図6の部分Aの拡大図である。
【図8】従来の方法における物質の流れとストリングの
動きを示す概念図である。
動きを示す概念図である。
【図9】従来の方法における曲率半径を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 解析領域を複数のセルに分割し、 各セルにそのセルにおける物質濃度を与え、 前記物質濃度を線形補間して複数の多角形の集合により
表現される等濃度面を導出してこれを物質の表面形状と
し、 前記等濃度面が存在する表面セルのそれぞれについて表
面セル内の複数の多角形をそれぞれその面の法線方向に
微小距離だけ移動させたときの物質の体積の増加分dV
と表面積の増加分dAとの比から μ=(γ/ρ)・(dA/dV) γ:物質の表面張力定数、ρ:物質の表面密度 によってその表面セルにおける化学ポテンシャルμを導
出し、 各表面セルについて隣接する表面セルとの化学ポテンシ
ャルの差▽μから J=ν・(−D/kT)・▽μ ν:分子の表面濃度、D:表面拡散係数、k:ボルツマ
ン定数、T:温度 によって物質の流量密度Jを導出し、 物質の流量密度から任意の微小時間後の各表面セルにお
ける物質の濃度を導出し、 各表面セルにおける物質の濃度から新たな等濃度面を導
出してこの等濃度面で表される物質形状を特定すること
を特徴とする形状シミュレーション方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043258A JP2851447B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 形状シミュレーション方法 |
KR1019920002647A KR960013371B1 (ko) | 1991-03-08 | 1992-02-21 | 형상시뮬레이션방법 |
US07/846,702 US5471403A (en) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Method for predicting the three-dimensional topography of surfaces of semiconductor devices after reflow processing |
DE4207435A DE4207435A1 (de) | 1991-03-08 | 1992-03-09 | Topographie-simulationsverfahren |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3043258A JP2851447B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 形状シミュレーション方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04280450A JPH04280450A (ja) | 1992-10-06 |
JP2851447B2 true JP2851447B2 (ja) | 1999-01-27 |
Family
ID=12658831
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3043258A Expired - Fee Related JP2851447B2 (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 形状シミュレーション方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5471403A (ja) |
JP (1) | JP2851447B2 (ja) |
KR (1) | KR960013371B1 (ja) |
DE (1) | DE4207435A1 (ja) |
Families Citing this family (41)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP3526909B2 (ja) * | 1993-09-21 | 2004-05-17 | 株式会社ルネサステクノロジ | 形状シミュレーション方法 |
JPH0897215A (ja) * | 1994-09-29 | 1996-04-12 | Sony Corp | 半導体装置の電気的特性のシミュレーション方法及び半導体装置の電気的特性のシミュレーション用入力データ生成装置 |
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KR100280555B1 (ko) * | 1999-01-27 | 2001-01-15 | 김영환 | 모디파이드 셀 모델을 이용한 식각 및 증착 모사방법 |
JP3995926B2 (ja) * | 2001-09-18 | 2007-10-24 | 株式会社富士通長野システムエンジニアリング | 構造解析プログラム、構造解析方法、構造解析装置および半導体集積回路の製造方法 |
US8081820B2 (en) | 2003-07-22 | 2011-12-20 | Cognex Technology And Investment Corporation | Method for partitioning a pattern into optimized sub-patterns |
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