加工シミュレーション技術の現状と展望：量子分子動力学法に基づく化学機械研磨プロセスシミュレータの開発

摘要

半導体デバイスの高集積化の実現には，超微細配線パターンの作製を可能とする半導体表面の超平坦化技術の開発が必須である．最近，この超平坦化を実現するための技術として，化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing)プロセスが注目されている．化学機械研磨とはSiO{sub}2やCeO{sub}2などの砥粒を懸濁した酸やアルカリのエッチング液を用いて，布製のパッドによって半導体表面を研磨し，余分に製膜された銅やシリコン酸化膜などを除去する技術である．しかし，この化学機械研磨プロセスは，「化学反応」と「機械的摩擦」が複雑に絡み合ったマルチフィジックス現象（達成現象）であるため，そのメカニズムはまったく解明されていない．そこで著者らはオリジナルに考案したSCF-Tight-Binding近似に基づくことで，従来の第一原理分子動力学法に比較して圧倒的な高速計算を実現したSCF-Tight-Binding量子分子動力学法を開発し，数百原子以上の大規模系における化学反応ダイナミクスの解明を可能とした．さらに，このSCF-Tight-Binding量子分子動力学法をさらに発展させることで，「化学反応」と「機械的摩擦」の達成現象を解明可能なマルチフィジックス量子分子動力学シミュレータを開発することに成功した．そこで本稿では，上記開発シミュレータを活用することで，世界に先駆けて化学機械研磨プロセスを量子論的に解明した研究例を紹介する．