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CMP工艺中材料去除机理的理论考察
由于CMP用泥浆中含有的研磨粒子是纳米级的粒子，所以认为作为微米级粒子模型的以往的材料去除模型说明不充分，因此，关于泥浆中的研磨粒子的功能和对晶圆的作用，阐述了使用分子动力学法的模拟分析、化学反应论的想法、磨损现象中的粘着去除现象这3种想法，从理论上考察了CMP中发生的材料去除的机理和材料去除现象模型。
图5.1
该模拟分析是利用分子动力学模拟分析对单晶硅的机械加工产生的表面性状进行分析的结果5.1）。用于研磨和抛光工程中的单晶硅的变形以及材料除去机构的分析的分子动力学模拟分析，是将物体作为基于某种势能的相互作用的原子和分子等粒子的集合体进行模型化，通过对该势能场中的各个粒子的运动按每个微小时间步骤进行详细追踪，来分析粒子集合体物体的举动的计算机模拟分析之一。
图5.1显示了模拟时使用的三维模型。单晶硅的被削材是固定边界原子，在温度调节原子层中，为了使层内的平均温度为293K，对每个计算步骤（2.0 fs）进行修正，在研磨粒子中，为了能够容易地将与被切削材料的相互作用反映到原子间势能上，假想地使用与硅原子之间的势能被提出的金刚石，作为刚体。温度是从硅原子的动能中利用德拜式变换的，单晶硅是将（100）面向<100>方向加工，在y轴方向适用周期边界条件，硅原子间考虑角度依存的Tefsoff势，被切削材料-研磨粒子间的相互作用力，由于不能认为接触界面具有规则的晶体结构，将研磨粒子和被削材各自的表面原子中心的原子半径外侧的包络作为最表面。 用最表面间的距离来定义切削深度
图5.2
图5.2、图5.3是计算结果。图5.2显示了在硅单晶上以一定的切入深度固定的金刚石研磨粒子移动的延性模式研磨的状态，在研磨粒子的前进方向上生成非晶状的切屑，移动后形成了非晶层。图5.3显示了进行这些研磨后，金刚石研磨粒子在非晶表面滚动的抛光状态，由于非晶化，分子间结合力减弱，硅原子在研磨粒子上通过化学结合力粘着，材料被除去的可能性。
图5.3
利用分子动力学方法表明，激光捕获的金刚石颗粒与硅片表面接触并进行直线运动，从而导致原子排列数层的材料去除。结果表明，即使颗粒在硅片表面进行不旋转运动，也有可能去除硅片表面的材料。在本文中，提出了分子动力学的模拟、玻璃研磨中的化学反应论、磨损现象中的粘着磨损这3种想法，并以此为基础考虑了CMP中的材料去除模型，在CMP中，推测浆料中的研磨粒子和晶圆表面之间通过粘着产生的去除作用在起作用，提出了其现象模型。为了验证提出的模型，进行了实验，认为有必要考虑材料去除机理。