JP2980160B2 - Calculation method of deformation of viscoelastic body - Google Patents
Calculation method of deformation of viscoelastic bodyInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造の酸化
工程における酸化膜の変形計算などに用いられる粘弾性
体の変形計算方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for calculating deformation of a viscoelastic material used for calculating deformation of an oxide film in an oxidation step of semiconductor manufacturing.
【0002】[0002]
【従来の技術】粘弾性体は内部の粘性流動によって、加
えられた歪みや応力を緩和するという特性を持つ。この
緩和現象は瞬時に起きるのではなく、徐々に進行するの
で、粘弾性体の変形を数値計算によって再現するために
は、歪みや応力の経時変化を追跡する必要がある。この
計算は時間を離散化して図3に示すような手順に従って
行われる。ステップS21において時刻tを初期化した
後、S22において次の時刻までのタイムステップΔt
を設定し、時刻を更新する。次のステップS23で、新
しい時刻tにおける力学的平衡方程式を解く。方程式
は、解析領域を図4に示すような微小領域にメッシュ分
割し、各メッシュ点のΔtの間の変位量uを未知数とす
る連立方程式として記述して解くのが一般的である。粘
弾性体において、応力と歪みの関係式が与えられた時
に、変位量を未知数とする力学的平衡方程式を得る方法
は、例えば、IEEE ジャーナル・オブ・ソリッドステイ
ト・サーキッツ、第 SC-20 巻(1985年)、第1号、頁 5
2-60 (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.SC
-20, No.1, pp.52-60, 1985) に記載されている。次の
ステップS24で所望の時刻tmax まで解析が終了した
かどうかを判定し、まだ終了していなければステップS
22へ戻る。2. Description of the Related Art A viscoelastic body has the property of relaxing applied strain and stress by viscous flow inside. Since the relaxation phenomenon does not occur instantaneously but progresses gradually, in order to reproduce the deformation of the viscoelastic body by numerical calculation, it is necessary to track changes in strain and stress over time. This calculation is performed according to a procedure as shown in FIG. 3 by discretizing the time. After initializing the time t in step S21, the time step Δt until the next time in S22
Set and update the time. In the next step S23, a dynamic equilibrium equation at a new time t is solved. In general, the equation is solved by dividing the analysis region into meshes as shown in FIG. 4 and describing the equations as simultaneous equations in which the displacement u between the mesh points Δt is unknown. In a viscoelastic body, when a relational expression between stress and strain is given, a method of obtaining a mechanical equilibrium equation with an unknown displacement is described in, for example, IEEE Journal of Solid State Circuits, Vol. 1985), Issue 1, p. 5
2-60 (IEEE Journal of Solid-State Circuits, Vol.SC
-20, No. 1, pp. 52-60, 1985). In the next step S24, it is determined whether or not the analysis has been completed up to a desired time tmax.
Return to 22.
【0003】このような粘弾性体の変形計算は、半導体
製造の酸化工程における酸化膜の形状予測などに用いら
れる。典型的な半導体材料であるシリコンは酸化される
と絶縁体になると同時に体積が膨張する。その体積膨張
による形状変形を計算することにより、膜厚や残留応力
などを予測することができる。一般的な酸化温度ではシ
リコン酸化膜は粘弾性体として振る舞うことが知られて
おり、正確に予測するには粘弾性体の変形を計算する必
要がある。[0003] Such a calculation of deformation of a viscoelastic body is used for estimating the shape of an oxide film in an oxidation step of semiconductor manufacturing. When oxidized, silicon, a typical semiconductor material, becomes an insulator and expands in volume at the same time. By calculating the shape deformation due to the volume expansion, it is possible to predict the film thickness, the residual stress, and the like. It is known that a silicon oxide film behaves as a viscoelastic body at a general oxidation temperature, and it is necessary to calculate the deformation of the viscoelastic body for accurate prediction.
【0004】図5は典型的な酸化工程であるLOCOS
工程における基板表面近傍の断面図を模式的に示したも
のである。このような酸化工程をシミュレーションする
手順を図6に示す。酸化シミュレーションも時間に関す
る離散化を施して計算する。ステップS31で時刻Tに
関する初期設定を、S32で時間刻みの設定を行う。ス
テップS33では酸化界面4(被酸化層2と酸化層1と
の境界面、すなわち、酸化反応が起きるところ)での酸
化種の濃度を求める。酸化種とは被酸化物質(LOCO
S工程ならシリコンないしはポリシリコン)と反応して
酸化させる物質で、シリコンの酸化工程では酸素であ
る。酸化工程の初期においては表面の酸化層1は薄く、
充分な酸素が供給されるので酸化速度は速い。しかしな
がら、酸化が進み酸化界面4が深くなるにつれ、酸化界
面での酸素濃度が下がり酸化速度が鈍ってくる。次のス
テップS34では、S33で求めた酸素濃度が時刻Tか
らΔTの間で変わらないものとして酸化速度を求め、こ
のタイムステップ内に新たに酸化される領域5を定め
る。従って、図6における時間刻みΔTは酸化速度が充
分な精度で求まるように制御されるべきものである。FIG. 5 shows a typical oxidation process, LOCOS.
FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view near a substrate surface in a process. FIG. 6 shows a procedure for simulating such an oxidation step. The oxidation simulation is also calculated by discretizing the time. In step S31, initial settings relating to the time T are made, and in step S32, time intervals are set. In step S33, the concentration of the oxidizing species at the oxidizing interface 4 (the interface between the oxidized layer 2 and the oxidized layer 1, that is, where the oxidation reaction occurs) is determined. Oxidizing species are substances to be oxidized (LOCO
In the S step, it is a substance that reacts with and oxidizes with silicon or polysilicon. In the silicon oxidizing step, it is oxygen. At the beginning of the oxidation step, the oxide layer 1 on the surface is thin,
The oxidation rate is fast because sufficient oxygen is supplied. However, as the oxidation progresses and the oxidation interface 4 becomes deeper, the oxygen concentration at the oxidation interface decreases and the oxidation rate slows down. In the next step S34, the oxidation rate is determined assuming that the oxygen concentration determined in S33 does not change between the time T and ΔT, and a region 5 to be newly oxidized is determined within this time step. Therefore, the time interval ΔT in FIG. 6 should be controlled so that the oxidation rate can be obtained with sufficient accuracy.
【0005】LOCOS工程では酸化を抑制したい領域
の基板表面を、酸化種を通さない保護層3によって保護
する。従って、酸化される領域5の厚さは場所によって
異なる。酸化種は酸化層1の内部を横方向にも拡散する
ので、保護層3の端部近くの下方に位置する被酸化層も
酸化される。しかし、この領域は上方に保護層3があ
り、その剛性のために自由に上へ伸張できない。従っ
て、この領域の近傍では高い応力が発生し粘性流動が起
きる。In the LOCOS step, the surface of the substrate in a region where oxidation is to be suppressed is protected by a protective layer 3 that does not allow oxidized species to pass through. Therefore, the thickness of the region 5 to be oxidized varies from place to place. Since the oxidizing species also diffuses inside the oxide layer 1 in the horizontal direction, the layer to be oxidized located near the end of the protective layer 3 is oxidized. However, this region has the protective layer 3 above and cannot be freely extended upward due to its rigidity. Therefore, high stress is generated near this region, and viscous flow occurs.
【0006】ステップS35でそのような粘性歪みも含
めた変形の計算を行う。変形計算のための初期条件の与
え方は様々な方法が考えられるが、最も単純なのはΔT
の間の酸化反応が時刻Tで一瞬にして起こり、新たに酸
化された領域5の酸化膜は体積が同じになるように弾性
歪みのみを生じているという状態で始める方法である。In step S35, a deformation calculation including such a viscous strain is performed. There are various methods for giving the initial condition for the deformation calculation, but the simplest is ΔT
During the instant T occurs instantaneously at time T, and the oxide film in the newly oxidized region 5 starts only in a state where only the elastic strain is generated so that the volume becomes the same.
【0007】変形計算は図3の手順に従って行われる
が、このときのtmax は図6のΔTに相当する。通常、
酸化反応が進んで酸化速度やその時間変化が小さくなる
と、計算時間を短くするためにΔTは大きな値に修正さ
れてゆく。シミュレータによってはΔTと図3のΔtと
を常に一致させるものもあるが、変形計算をΔTになら
って大きな時間刻みで実行できるという根拠はどこにも
ない。Δtは本来、変形計算の精度を保証するように定
められるべきものなのであるが、その方式が充分吟味さ
れておらず、経験的なΔtの設定法に頼っていることが
大きな問題となっている。The deformation calculation is performed in accordance with the procedure shown in FIG. 3, where t max corresponds to ΔT in FIG. Normal,
As the oxidation reaction proceeds and the oxidation rate and its time change decrease, ΔT is modified to a large value in order to shorten the calculation time. Depending on the simulator, ΔT and Δt in FIG. 3 may always be the same, but there is no basis that the deformation calculation can be performed at a large time interval following ΔT. Δt is originally to be determined so as to guarantee the accuracy of the deformation calculation, but its method has not been sufficiently examined, and it is a major problem that it relies on an empirical method of setting Δt. .
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】従来の解析手法では、
離散化された有限個の時刻においてのみ、力の釣合いを
記述した方程式を解いている。つまり、時刻tから時刻
t+Δtの中間の時刻においては力の釣合いが満足され
ているという保証はない。従って、時間刻みΔtが大き
くなると、中間状態の力の釣合いを無視したことによる
誤差が生まれ、歪みや応力を正しく求めることができな
くなる。時間刻みを短くすれば誤差は小さくなるが、必
要以上に短くすると計算時間が増大するばかりであるか
ら、何らかの基準が必要である。また、中間状態での力
の釣り合いを考慮した定式化を行うことができれば、精
度を損なうことなく従来法よりも大きなタイムステップ
で計算ができる可能性もある。SUMMARY OF THE INVENTION In the conventional analysis method,
Only at a finite number of discrete times, the equations describing the force balance are solved. That is, there is no guarantee that the balance of the force is satisfied at a time between the time t and the time t + Δt. Therefore, when the time step Δt is increased, an error is generated due to ignoring the balance of the force in the intermediate state, and it becomes impossible to correctly obtain the distortion and the stress. If the time step is shortened, the error is reduced. However, if the time step is shortened more than necessary, the calculation time only increases, so some criterion is required. In addition, if a formulation can be performed in consideration of the balance of the force in the intermediate state, there is a possibility that the calculation can be performed in a time step larger than that of the conventional method without losing accuracy.
【0009】本発明の目的は、精度を保ちながら高速に
粘弾性体の変形を計算できる方法を提供することにあ
り、具体的には、中間状態の力の釣り合いも考慮するこ
とにより、より大きなタイプステップを用いることを可
能とし、解析時間の短縮が実現できる計算方法を与える
こと、および、中間状態における力の釣り合いの満足度
を調べることにより、適切なタイムステップを保持でき
る計算方法を与えることにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for calculating the deformation of a viscoelastic body at high speed while maintaining accuracy. To provide a calculation method that enables the use of type steps and reduce the analysis time, and to provide a calculation method that can maintain an appropriate time step by examining the satisfaction of force balance in an intermediate state. It is in.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の第一の態様によ
れば、粘弾性体の形状の経時変化を計算する方法であっ
て、離散化された各時刻における力学的な平衡方程式を
解く代わりに、タイムステップ内の歪み速度が一定と仮
定して得られる各時刻での平衡方程式の残差をタイムス
テップ内にわたって時間積分した量を最小にする変位量
を求めることを特徴とする粘弾性体の変形計算方法が得
られる。According to a first aspect of the present invention , there is provided a method for calculating a temporal change in the shape of a viscoelastic body, comprising solving a dynamical equilibrium equation at each discrete time. Alternatively, a viscoelasticity is obtained by calculating a displacement amount that minimizes an amount obtained by integrating the residual of the equilibrium equation at each time obtained over a time step with the assumption that the strain rate in the time step is constant. The body deformation calculation method is obtained.
【0011】また本発明の第二の態様によれば、粘弾性
体の形状の経時変化を計算する方法であって、あるタイ
ムステップ経過後の変位量を求めた後に、タイムステッ
プ内の歪み速度が一定と仮定して得られる各時刻での平
衡方程式の残差をタイムステップ内にわたって時間積分
した量を求め、この量が予め定めた許容量を越えていれ
ば、変位量の計算を無効とし、タイムステップを小さく
して変位量計算に戻り、許容量以下であれば、タイムス
テップ経過後の変位量が求まったものとして、その次の
時刻の変位量の計算を、タイムステップを大きくして行
うことを特徴とする粘弾性体の変形計算方法が得られ
る。According to a second aspect of the present invention , there is provided a method for calculating a temporal change of a shape of a viscoelastic body, comprising: obtaining a displacement amount after a certain time step has elapsed; Is obtained by assuming that the residual of the equilibrium equation at each time obtained assuming that is constant is integrated over time within the time step.If this amount exceeds a predetermined allowable amount, the calculation of the displacement amount is invalidated. If the time step is made smaller and the process returns to the displacement calculation, and if the amount is equal to or less than the allowable amount, the displacement after the time step has elapsed is calculated, and the calculation of the displacement at the next time is made larger by increasing the time step. A method for calculating the deformation of the viscoelastic body is obtained.
【0012】[0012]
【作用】本発明の第一の態様による粘弾性体の変形計算
方法では、従来の計算法を示した図3のステップS23
を以下の手順で導かれる計算方法で置き換える。ステッ
プS23では離散化されたある時刻tにおける力の釣り
合いを表す下記数1の方程式を解く。The deformation of a viscoelastic body according to the first aspect of the present invention is calculated.
In the method , step S23 of FIG.
Is replaced by a calculation method derived by the following procedure. In step S23, the following equation 1 representing the balance of the force at a certain time t, which is discretized, is solved.
【0013】[0013]
【数1】 ここにuは図4のように解析領域をメッシュ分割したと
きの、各メッシュ点の当該タイムステップ間の変位量を
表す。A、bはそれぞれ、解析時刻tでの力学的平衡方
程式を記述する係数行列および定数ベクトルであり、そ
の各要素は時間的に変化する。通常は時刻t、続いて時
刻t+Δtにおいてのみこの方程式を解くが、本来は時
刻t+αΔt(0<α<1)においても力の釣り合いが
保たれているように解くべきである。中間の時刻t+α
Δtにおいても、その時刻での変位量を未知数とする力
学的平衡方程式の係数行列A(α)と定数ベクトルb
(α)が求められる。時刻tからt+Δtまでの歪み速
度、すなわち、変位量の時間変化率が一定であると仮定
すると、時刻t+αΔtにおける変位量はαuで表され
るので、時刻t+αΔtにおいて満足されるべき方程式
は、下記数2式である。(Equation 1) Here, u represents the displacement amount of each mesh point between the time steps when the analysis region is divided into meshes as shown in FIG. A and b are a coefficient matrix and a constant vector describing the mechanical equilibrium equation at the analysis time t, respectively, and each element changes over time. Normally, this equation is solved only at time t, and then at time t + Δt. However, originally, the equation should be solved so that the force balance is maintained even at time t + αΔt (0 <α <1). Intermediate time t + α
Also at Δt, the coefficient matrix A (α) of the dynamic equilibrium equation and the constant vector b
(Α) is required. Assuming that the strain rate from time t to t + Δt, that is, the rate of change of the displacement over time is constant, the displacement at time t + αΔt is represented by αu, so the equation to be satisfied at time t + αΔt is Equation 2
【0014】[0014]
【数2】 この方程式が時刻tからt+Δtにわたってどの程度満
足されているかは、下記数3式で評価できる。(Equation 2) The degree to which this equation is satisfied from time t to t + Δt can be evaluated by the following equation (3).
【0015】[0015]
【数3】 ここに、w(α)は正規化された重みであり、中間の各
時刻の重要度を表す。正規化されているとは、正規化の
条件下記数4式が満足されていることをいう。最も単純
な重みは均等な重み、すなわち、w(α)=1(0<α
<1)である。(Equation 3) Here, w (α) is a normalized weight, and represents the importance of each intermediate time. "Normalized" means that the following equation (4) is satisfied. The simplest weight is an even weight, ie, w (α) = 1 (0 <α
<1).
【0016】[0016]
【数4】 式(3)で与えられるεを最小にする変位量uが存在
し、それは下記数5式から得られる下記数6の方程式の
解として得られる。(Equation 4) There is a displacement amount u that minimizes ε given by Expression (3), and it is obtained as a solution of the following Expression 6 obtained from Expression 5 below.
【0017】[0017]
【数5】 (Equation 5)
【0018】[0018]
【数6】 ここで、行列およびベクトルに対する積分は、各成分に
積分を施した結果を成分とする行列およびベクトルを表
すものとする。請求項1に記載された粘弾性体の変形計
算方式では、以上のようにして得られた方程式を解く
(図1、ステップS3)。この方程式を解いて得られる
uは時刻t及びt+Δtだけでなく、その中間の状態を
も考慮して最適化された解である。従って、従来法と同
じ時間刻みを使うならば、本発明の計算法は、より高精
度の計算が可能である。見方を変えれば、同程度の精度
を得るためのタイムステップは大きいわけであり、従来
法よりも高速な計算ができる可能性がある。(Equation 6) Here, the integral with respect to a matrix and a vector represents a matrix and a vector whose components are the results of performing integration on each component. In the viscoelastic body deformation calculation method described in claim 1, the equation obtained as described above is solved (FIG. 1, step S3). U obtained by solving this equation is a solution optimized in consideration of not only the times t and t + Δt, but also the intermediate state. Therefore, if the same time interval as that of the conventional method is used, the calculation method of the present invention can calculate with higher accuracy. From another point of view, the time step for obtaining the same level of accuracy is large, and there is a possibility that the calculation can be performed faster than the conventional method.
【0019】一方、本発明の第一の態様による粘弾性体
の変形計算方法では、式(3)で与えられるεを指標と
してタイムステップΔtが適切か否かを判断する。その
計算の手順を図2に示す。変形計算の方法は従来法でも
請求項1に記載された方法でも構わない(ステップS1
3)。いずれにしてもεはタイムステップ内の全時刻に
わたっての力学的な平衡方程式からのずれを表すからで
ある。On the other hand, in the method for calculating the deformation of the viscoelastic body according to the first aspect of the present invention, it is determined whether or not the time step Δt is appropriate using ε given by the equation (3) as an index. FIG. 2 shows the procedure of the calculation. The deformation calculation method may be a conventional method or a method described in claim 1 (step S1).
3). In any case, ε represents a deviation from the dynamic equilibrium equation over the entire time within the time step.
【0020】εが許容値以下であれば、タイムステップ
Δtをより大きな値に再設定する(図2、ステップS1
5,S16)。許容値を上回る場合はタイムステップを
小さくして再度計算を行う(図2、ステップS18)。
この手順に従えば、力学的平衡状態からの乖離を抑える
ことができるため、精度の高い変形計算ができる。If ε is below the allowable value, the time step Δt is reset to a larger value (FIG. 2, step S1).
5, S16). When the value exceeds the allowable value, the time step is reduced and the calculation is performed again (FIG. 2, step S18).
According to this procedure, the deviation from the mechanical equilibrium state can be suppressed, so that highly accurate deformation calculation can be performed.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】図7のように、1次元の粘弾性体
要素6を2つ直列につなぎ、両端を固定した構造の解析
を例にとる。粘弾性体要素は弾性を表すばねと粘性を表
すダッシュポットとからなる。2つの粘弾性体要素a,
bのヤング率は等しいものとする。粘弾性体要素は、時
刻0でステップ関数的な歪みが与えられると、時刻0で
初期応力σ0 が発生し、その後指数関数的に減衰してσ
∞に漸近する。応力が(σ0 −σ∞)/lに達する時刻
を応力緩和時定数と呼び、aの応力緩和時定数をτa =
30sec、bの応力緩和時定数をτb =300sec
とする。また、σ∞は両者とも同じであるとする。時刻
0でステップ関数的に両者に同じ圧縮歪みを与えると、
それらは弾性歪みのみからなり、ヤング率が等しいので
初期応力σ0 は両者とも等しく、時刻0での力の釣り合
いは満足される。時間が経過すると、要素aの方が早く
応力が緩和が進み、応力が要素bに比べて小さくなる。
力を均衡させるために、要素aは圧縮され、bは伸張す
る。FIG. 7 shows an example of an analysis of a structure in which two one-dimensional viscoelastic body elements 6 are connected in series and both ends are fixed. The viscoelastic element comprises a spring representing elasticity and a dashpot representing viscosity. Two viscoelastic elements a,
It is assumed that Young's modulus of b is equal. When a step-like strain is given at time 0, the viscoelastic element generates an initial stress σ 0 at time 0, and then decays exponentially to σ
Asymptotic to ∞ . The time when the stress reaches (σ 0 −σ ∞ ) / l is called a stress relaxation time constant, and the stress relaxation time constant of a is τ a =
Τ b = 300 sec for the stress relaxation time constant of 30 sec, b
And It is assumed that σ 両者 is the same for both. When the same compression distortion is given to both at step 0 as a step function,
Since they consist only of elastic strain and have the same Young's modulus, the initial stress σ 0 is the same for both, and the balance of the force at time 0 is satisfied. As the time elapses, the stress of the element a is relaxed earlier, and the stress is smaller than that of the element b.
In order to balance the forces, element a is compressed and b expands.
【0022】図8は要素aの歪みの時間的な変化を、初
期歪みを1として示したものであり、タイムステップを
6秒、60秒、120秒、300秒、600秒、120
0秒とした場合の計算結果をまとめて表示している。変
形の計算方法は従来のもので、離散化された各時刻にお
いてのみ力の釣り合いを満足する方程式を解いている。
タイムステップが1200秒の場合、この時間までに両
粘弾性体要素の応力はほとんど緩和しきってしまう。中
間状態を全く考慮しないと、緩和しきった状態での力の
釣り合いのみを考えるため、殆ど歪みは変化しない。正
確に歪みの変化を追跡するには、両要素の応力緩和時定
数に比べて充分小さい6秒程度のタイムステップでなけ
ればならない。FIG. 8 shows the change over time of the distortion of the element a, with the initial distortion being 1, and the time steps are 6 seconds, 60 seconds, 120 seconds, 300 seconds, 600 seconds, and 120 seconds.
The calculation results for the case of 0 second are displayed together. The method of calculating the deformation is a conventional one, and solves an equation that satisfies the force balance only at each discrete time.
When the time step is 1200 seconds, the stress of both viscoelastic elements has been almost completely reduced by this time. If the intermediate state is not considered at all, the distortion hardly changes because only the balance of the force in the relaxed state is considered. In order to accurately track the change in strain, a time step of about 6 seconds, which is sufficiently smaller than the stress relaxation time constant of both elements, must be used.
【0023】図9は歪みの時間的な変化を、本発明の第
1の実施形態の変形計算方法を用いて計算した結果であ
る。具体的には、離散化された各時刻において、式
(5)を解く。ここで、重みw(α)はαの値に依らず
1とし、式(5)内の積分は数値的に行った。図8と同
じ時間刻みに対して計算し、それらは同じ記号を用いて
図9に示されている。この計算方法では中間の時刻にお
ける力の平衡状態を考慮するため、1タイムステップ内
に要素が殆ど緩和しきる1200秒のタイムステップに
おいても、ある程度の歪みの変化が観測される。また、
従来の計算方法に比べて、全てのタイムステップにおい
て計算精度が向上していることがわかる。タイムステッ
プが60秒程度になると、歪みの変化量に対する誤差は
3%以内に収まり、実用的な計算が可能である。FIG. 9 shows the result of calculating the temporal change of the distortion using the deformation calculation method according to the first embodiment of the present invention. Specifically, at each discretized time, equation (5) is solved. Here, the weight w (α) was set to 1 irrespective of the value of α, and the integration in Equation (5) was performed numerically. Calculated for the same time steps as in FIG. 8, they are shown in FIG. 9 using the same symbols. In this calculation method, since the force equilibrium state at an intermediate time is taken into account, a certain degree of change in distortion is observed even in a 1200-second time step in which elements are almost completely relaxed within one time step. Also,
It can be seen that the calculation accuracy is improved in all time steps as compared with the conventional calculation method. When the time step is about 60 seconds, the error with respect to the amount of change in distortion falls within 3%, and practical calculation is possible.
【0024】式(5)では係数行列A(α)に、その転
置行列が乗じられているので、係数行列の非零要素が増
加する。従って、従来法に比べて連立一次方程式の求解
に時間がかかる。しかしながら、例えば、方程式の求解
に仮に3倍の時間を要したとしても、この実施例ではタ
イムステップが約100秒以下であれば、式(5)を解
く方が有利となる。すなわち、タイムステップを3分の
1として従来法を適用するよりも精度が良くなる。この
ように従来法よりも精度が向上するということは、見方
を変えれば同程度の精度を実現するための計算時間が少
なくて済むということである。In equation (5), since the coefficient matrix A (α) is multiplied by the transposed matrix, the number of non-zero elements in the coefficient matrix increases. Therefore, it takes more time to solve the simultaneous linear equations than in the conventional method. However, for example, even if it takes three times as long to solve the equation, in this embodiment, if the time step is about 100 seconds or less, it is more advantageous to solve the equation (5). That is, the accuracy is higher than when the conventional method is applied by setting the time step to one third. The fact that the accuracy is improved as compared with the conventional method means that the calculation time for achieving the same accuracy is reduced from a different viewpoint.
【0025】さて、図9の歪みの時間変化を詳しく見る
と、120秒経過後におけるΔt=6、60、120秒
で計算した歪みの値の間の差と、240秒経過後におけ
るそれらの差とは殆ど違いがないことが分かる。このこ
とは、Δt=60、120秒の計算の誤差の殆どが最初
の120秒内で発生しており、それ以降は充分な精度が
保たれていることがわかる。従って、タイムステップを
一定に保って計算する計算時間の無駄であると言える。Now, taking a closer look at the time change of the strain in FIG. 9, the difference between the strain values calculated at Δt = 6, 60, 120 seconds after 120 seconds and the difference between them after 240 seconds has elapsed. It can be seen that there is almost no difference from. This means that most of the calculation errors of Δt = 60, 120 seconds occur within the first 120 seconds, and that sufficient accuracy is maintained thereafter. Therefore, it can be said that the calculation time for performing the calculation while keeping the time step constant is wasteful.
【0026】本発明の第2の実施形態の変形計算方法で
は、式(3)で与えられるεを参照しながらタイムステ
ップを制御する。εを最小化する計算方法が精度を向上
させることが分かったので、εを計算誤差の指標として
用いることの妥当性は明らかである。タイムステップの
修正の度合いは、εの大きさの、許容値εmax に対する
割合に応じて変化させるのが普通であるが、もっと単純
に行うこともできる。例えば、図2のステップS16に
おいてΔtを倍の値とし、ステップS18においてΔt
を半分の値にするという方法である。同じタイムステッ
プで計算を続けると式(3)で与えられるεが指数関数
的に減衰することから、タイムステップは、各時刻で倍
増させられる可能性が高い。もし、これが可能であれ
ば、一定のタイムステップでの計算回数をNとすれば、
log2 N程度の回数の計算で済むことになり、圧倒的
に高速な計算ができる。タイムステップを倍増させると
いうような時間制御はこれまでにもあった方式である
が、従来法との大きな違いは、タイムステップ内の力の
平衡状態からのずれを指標として誤差を抑止えている点
であり、精度を保ちつつ高速化が実現できる。In the modification calculation method according to the second embodiment of the present invention, the time step is controlled with reference to ε given by equation (3). Since it has been found that a calculation method that minimizes ε improves accuracy, the validity of using ε as an index of calculation error is clear. The degree of modification of the time step is usually changed in accordance with the ratio of the magnitude of ε to the allowable value εmax, but it can be simpler. For example, Δt is doubled in step S16 in FIG.
Is halved. If the calculation is continued at the same time step, ε given by the equation (3) attenuates exponentially, so that there is a high possibility that the time step is doubled at each time. If this is possible, let N be the number of calculations in a given time step.
Only about log2 N calculations are required, and the calculation can be performed at an overwhelmingly high speed. Time control such as doubling the time step is an existing method, but the major difference from the conventional method is that errors are suppressed using the deviation of the force in the time step from the equilibrium state as an index. Therefore, high speed can be realized while maintaining accuracy.
【0027】図2ではεが許容値を上回った場合に前回
の計算を破棄し再計算を行うことになっている。しか
し、計算時間の無駄を避けるために、許容値を著しく上
回らない範囲では前回の計算を有効として、次の時刻の
計算を行うのが得策である。また、この図ではεmax を
各タイムステップ毎に設定する流れになっているが、ε
max を定数とするならば、ループの外に出しても構わな
い。In FIG. 2, when ε exceeds the allowable value, the previous calculation is discarded and the calculation is performed again. However, in order to avoid wasting the calculation time, it is advisable to perform the calculation at the next time by making the previous calculation valid within a range not significantly exceeding the allowable value. Also, in this figure, the flow for setting ε max for each time step is shown.
If max is a constant, it may go out of the loop.
【0028】[0028]
【発明の効果】請求項1に記載された変形計算方法を用
いれば、従来法に比べて精度を劣化させることなくタイ
ムステップを長くとることが可能であり、1タイムステ
ップに必要な計算時間も考慮したトータルの計算時間も
短くすることができる。According to the deformation calculation method of the present invention , it is possible to increase the time step without deteriorating the accuracy as compared with the conventional method, and the calculation time required for one time step can be reduced. The total calculation time taken into account can also be reduced.
【0029】請求項2に記載された変形計算方法を用い
れば、変形計算における力学的平衡方程式からのずれを
表す量を誤差の指標としてタイムステップの制御を行う
ことができるようになるので、所望の変形計算の精度を
与えれば、それを保ちながら長いタイムステップを自動
的に選択し、高速に計算することができる。If the deformation calculation method described in claim 2 is used, time step control can be performed using an amount representing a deviation from the mechanical balance equation in the deformation calculation as an index of an error. Given the accuracy of the deformation calculation, a long time step can be automatically selected while maintaining the accuracy, and the calculation can be performed at high speed.
【図1】本発明の第1の実施形態の変形計算方法の手順
を示す流れ図である。FIG. 1 is a flowchart showing a procedure of a deformation calculation method according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2の実施形態の変形計算方法の手順
を示す流れ図である。FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of a deformation calculation method according to a second embodiment of the present invention.
【図3】従来の変形計算方法の手順を示す流れ図であ
る。FIG. 3 is a flowchart showing a procedure of a conventional deformation calculation method .
【図4】粘弾性体の変形計算を行うために、解析領域を
三角形のメッシュに分割した様子を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing a state in which an analysis region is divided into triangular meshes in order to calculate deformation of a viscoelastic body.
【図5】半導体製造工程における典型的な酸化工程であ
るLOCOS工程における半導体基板表面近傍の断面図
を模式的に示した図である。FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross-sectional view near a semiconductor substrate surface in a LOCOS process which is a typical oxidation process in a semiconductor manufacturing process.
【図6】粘弾性体の変形計算を半導体製造工程の酸化肯
定のシミュレーションに適用する場合の手順を示す流れ
図である。FIG. 6 is a flowchart showing a procedure in a case where a deformation calculation of a viscoelastic body is applied to a simulation of positive oxidation in a semiconductor manufacturing process.
【図7】本発明の効果を示すために解析を行った2つの
粘弾性体要素の模式図である。FIG. 7 is a schematic view of two viscoelastic elements analyzed to show the effect of the present invention.
【図8】図7に示した粘弾性体要素の歪みの時間変化を
従来法で計算した結果を示す図である。8 is a diagram showing a result of calculating a time change of strain of the viscoelastic element shown in FIG. 7 by a conventional method.
【図9】図7に示した粘弾性体要素の歪みの時間変化を
本発明の第1の実施形態の変形計算方法を用いて計算し
た結果を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a result of calculating a time change of the strain of the viscoelastic element shown in FIG. 7 using the deformation calculation method according to the first embodiment of the present invention.
1 酸化層(既に酸化済みの層) 2 被酸化層(未酸化の層) 3 保護層 4 酸化界面 5 (タイムステップ内で酸化される)領域 6 1次元粘弾性体要素 Reference Signs List 1 oxidized layer (already oxidized layer) 2 oxidized layer (unoxidized layer) 3 protective layer 4 oxidized interface 5 (oxidized in time step) region 6 one-dimensional viscoelastic element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/66 H01L 21/316 H01L 21/76 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/66 H01L 21/316 H01L 21/76
Claims (2)
法であって、離散化された各時刻における力学的な平衡
方程式を解く代わりに、タイムステップ内の歪み速度が
一定と仮定して得られる各時刻での平衡方程式の残差を
タイムステップ内にわたって時間積分した量を最小にす
る変位量を求めることを特徴とする粘弾性体の変形計算
方法。1. A method for calculating a temporal change of a shape of a viscoelastic body.
A law, instead of solving the dynamic equilibrium equations at each time which is discretized, the residual of the balance equation at each time when the strain rate in the time step is obtained assuming constant over the time step Deformation calculation of viscoelastic body characterized by finding displacement amount that minimizes time integrated amount
How .
法であって、あるタイムステップ経過後の変位量を求め
た後に、タイムステップ内の歪み速度が一定と仮定して
得られる各時刻での平衡方程式の残差をタイムステップ
内にわたって時間積分した量を求め、この量が予め定め
た許容量を越えていれば、変位量の計算を無効とし、タ
イムステップを小さくして変位量計算に戻り、許容量以
下であれば、タイムステップ経過後の変位量が求まった
ものとして、その次の時刻の変位量の計算を、タイムス
テップを大きくして行うことを特徴とする粘弾性体の変
形計算方法。2. A method for calculating a temporal change of a shape of a viscoelastic body.
A method, after obtaining the displacement amount after the lapse of a certain time step, the amount of strain rate residuals balance equation at each time obtained by assuming a constant and the time integral over the time step in the time step If this amount exceeds the predetermined allowable amount, the calculation of the displacement amount is invalidated, the time step is reduced, and the process returns to the calculation of the displacement amount.If the amount is equal to or less than the allowable amount, the displacement after the time step has elapsed is calculated. A method for calculating the deformation of a viscoelastic body, wherein the calculation of the displacement at the next time is performed by increasing the time step assuming that the amount has been obtained.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8007881A JP2980160B2 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Calculation method of deformation of viscoelastic body |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09199566A JPH09199566A (en) | 1997-07-31 |
JP2980160B2 true JP2980160B2 (en) | 1999-11-22 |
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JP8007881A Expired - Lifetime JP2980160B2 (en) | 1996-01-19 | 1996-01-19 | Calculation method of deformation of viscoelastic body |
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Country | Link |
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-
1996
- 1996-01-19 JP JP8007881A patent/JP2980160B2/en not_active Expired - Lifetime
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