JPH11126765A - 研磨シミュレーション方法および研磨シミュレーション方法を記録した記録媒体および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来は、研磨シミュレーションによる被研磨部
の形状が、実測去れる形状と、所望の研磨範囲内で精度
良く一致することができなかった。 【解決手段】研磨布２と、被研磨材１とが接触する接触
部での圧力を、被研磨材１または研磨布２を弾性率によ
って複数の部分に分割し、接触部を含み分割された部分
の弾性率が、接触部を含み分割された部分に隣接する部
分の弾性率よりも小さくなるように設定し、算出する第
１の工程と、第１の工程によって算出された圧力から、
接触部での研磨量を算出し、被研磨材１の形状を設定す
る第２の工程とを有する研磨シミュレーション方法であ
って、研磨シミュレーション方法による被研磨材１の形
状と、実測された形状とが、所望の研磨範囲内で精度良
く一致し、信頼性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程中の一工程である研磨工程（基板表面の平坦化
工程）における研磨シミュレーション方法および研磨シ
ミュレーション方法を記録した記録媒体および研磨方法
に係り、特に、層間絶縁膜の平坦化工程、埋め込み
金属配線の形成工程、埋め込み素子分離膜の形成工
程、埋め込みキャパシタ形成工程、等において使用さ
れるケミカル・メカニカル・ポリッシング（Ｃｈｅｍｉ
ｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：
以下、ＣＭＰと称する）を用いた研磨シミュレーション
方法および研磨シミュレーション方法を記録した記録媒
体および研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化のた
め、様々な微細加工技術が研究、開発されている。ＣＭ
Ｐ技術は、そのような厳しい微細化の要求を満たすため
に研究されている微細加工技術の一つであり、特に、
層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配
線形成等の多層配線形成工程、更には、埋め込み素子
分離工程、等においては必須の技術である。

【０００３】一方、層間絶縁膜のＣＭＰによる加工後の
平坦性は、研磨前の層間絶縁膜表面の凸部の寸法、配
置、密度等の影響を大きく受ける。また、同様に、金属
プラグ形成、埋め込み配線形成等の多層配線形成工程等
におけるＣＭＰによる加工後の平坦性は、混在する複数
の被研磨材の各寸法、配置、密度等の影響を大きく受け
る。

【０００４】そのため、層間絶縁膜の凸部、または混在
する被研磨材の寸法、配置、密度を、より平坦化に適し
たものにする技術は、厳しい微細化の要求を満たすため
に、重要になってくる。

【０００５】以下に、従来の研磨シミュレーション方法
について、図８、９を参照して説明する。図８は、従来
の研磨シミュレーション方法のフローチャートであり、
図９は、従来の研磨シミュレーション方法における被研
磨材と研磨布との接触圧力を計算するためのモデル図で
ある。

【０００６】従来の研磨シミュレーション方法は、研磨
前の、被研磨材の凸部および混在する複数の被研磨材の
寸法、配置、密度などから、研磨後の形状、すなわち被
研磨材の平坦性を予測し（この段階では研磨は行ってい
ない）、所定の諸条件（例えば被研磨材とと研磨材との
接触圧力等）を算出した後、被研磨材の研磨を行ってい
た。

【０００７】従来の研磨シュミレーション方法の一例の
詳細について、図８を参照して説明する。 （１）被研磨材および研磨布の初期形状を、予め測定
し、ハードディスク等の記録手段に初期値として入力し
記録する。初期形状のデータとしては、研磨布の厚さ、
研磨布の分割数、被研磨材の厚さ、被研磨材の分割数、
研磨布および被研磨材のヤング率とポアソン比、研磨す
る最大時間ｔｍａｘ（数分）等である。

【０００８】（２）加工（研磨）時の研磨布と、被研磨
材との接触部における接触圧力を、有限要素法によっ
て、算出する。接触圧力の算出に当たっては、研磨布と
被研磨材との間の相対速度を０と仮定する。

【０００９】（３）算出された接触部における接触圧力
値をもとに、微小時間（Δｔ）における、その接触部で
の研磨量を算出する。研磨量は、所定の接触圧力範囲内
で、接触圧力により決定される。また、Δｔは、０から
数秒程度である。

【００１０】（４）算出された各接触部での研磨量か
ら、微小時間（Δｔ）後の被研磨材の形状を算出する。 （５）研磨時間ｔを、Δｔ分だけ増加させる。

【００１１】（６）Δｔ分だけ増加された時間ｔと、最
大研磨時間ｔｍａｘとを比較する。 ｔ＜ｔｍａｘの場合（Ｙｅｓ）は、（２）に戻り、
（２）〜（６）までの手順を繰り返す。また、ｔ＞ｔｍ
ａｘの場合（Ｎｏ）は、終了する。

【００１２】この様な従来の研磨シミュレーション方法
では、ＣＭＰ加工工程における研磨速度が、研磨布と被
研磨材との接触圧力により決定されるという実験結果に
基づいている。

【００１３】次に、図９を参照して、凹凸のある層間絶
縁膜を平坦化するＣＭＰ工程について説明する。層間絶
縁膜である酸化シリコン膜１（被研磨材）のＣＭＰで
は、一般に、その加工の平坦性と均一性とを両立させる
目的で、硬い研磨布２ａの下に、軟らかい布２ｂを配置
して研磨布２として、酸化シリコン膜１の研磨を行な
う。

【００１４】積層構造の研磨布２を、弾性率の異なる二
つの弾性体としてモデル化し、有限要素法により、被研
磨材である酸化シリコン膜１との接触圧力３を求める。
しかしながら、接触圧力３を求める際に、硬い研磨布２
ａの弾性率Ｅ２１、および研磨布２ａの下に配置された
軟らかい布２ｂの弾性率Ｅ２２は、別途使用された材料
試験等の方法により測定された弾性率等を適用している
ため、Ｅ２１＞Ｅ２２の関係になっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図９に
示すようなモデルを用いて得られた従来の研磨シミュレ
ーション方法による被研磨材の形状と、実際に研磨する
ことによって得られた被研磨材の形状とは、十分な一致
ではないため、所望の平坦化が達成できないという問題
点があった。

【００１６】この様な問題点について、図１０を参照し
て説明する。図１０は、ＣＭＰにおける研磨部の様子を
模式的に示した図である。下地膜１３の上（図１０にお
いては上下逆）に、アルミ配線１２が形成される。アル
ミ配線１２の上には、下地膜１３とアルミ配線１２との
凹凸に追従する凹凸を具備した酸化シリコン膜１１が形
成されている。

【００１７】ウェハ１４と下地膜１３とアルミ配線１２
と酸化シリコン膜１１とが積層されて被研磨材１を構成
している。凹凸を持った酸化シリコン膜１１を研磨する
ことにより、酸化シリコン膜１１を平坦化する研磨布２
は、酸化シリコン膜１１の凸部１１ｂと、主に接触す
る。

【００１８】研磨布２と被研磨材１との接触は、所定の
圧力が、被研磨材１に付勢されることによりなされる。
また、研磨布２と酸化シリコン膜１１との隙間には、研
磨液４が供給されている。

【００１９】酸化シリコン膜１１の研磨が行われるとと
もに、酸化シリコン膜１１の凸部１１ｂは研磨され、酸
化シリコン膜１１の形状は、変形していく。酸化シリコ
ン膜１１の形状変化に伴って、研磨布２と酸化シリコン
膜１１の凹部１１ａとの隙間（距離）は減少する。

【００２０】しかしながら、酸化シリコン膜１１の凹部
１１ａが広い場合（隣接する凸部１１ｂ間の距離が他の
間隔と比べて大きい場合）には、凹部１１ａに研磨布２
が入り込み接触が生じる。

【００２１】また、研磨の進行具合によっては、凸部１
１ｂと凹部１１ａとの段差（酸化シリコン膜１１の膜厚
方向の厚み）が減少すると、同様に、凹部１１ａに研磨
布２が入り込み接触することになる。

【００２２】この様な研磨布２と凹部１１ａとの接触
が、酸化シリコン膜１１の研磨形状に大きな影響を及ぼ
し、凸部１１ｂの寸法、配置、密度が、研磨後の平坦性
に影響する理由であり、微細加工の問題となっていた。

【００２３】さらに、図１１を参照して、研磨布２と被
研磨材１との研磨状況の詳細について説明する。図１１
は、研磨布２と被研磨材１との接触部周辺の拡大図であ
る。

【００２４】研磨布２は、通常、数十ミクロンのあらさ
２１（被研磨材１の膜厚方向の凹凸）を有している。こ
のあらさ２１は、研磨液４、および研磨液４に含まれる
砥粒４１を、研磨布２と被研磨材１（酸化シリコン膜１
１）との間に、保持、供給するために必要である。

【００２５】研磨布２のあらさ２１に対して、研磨前の
酸化シリコン膜１１の凹凸の段差は、１ミクロン程度で
あって、研磨布２の表面あらさ２１に比べて極めて小さ
い。そのため、研磨布２の表面あらさ２１が、研磨布２
と酸化シリコン膜１１との接触に大きな影響を及ぼして
いる。

【００２６】更に、研磨布２と酸化シリコン膜１１との
間に供給される研磨液４も、研磨布２と酸化シリコン膜
１１との接触状態に大きな影響を及ぼしている。つま
り、研磨液４には、砥粒４１が含まれており、通常、そ
の粒径は、数十ナノメートルから数百ナノメートル程度
である。この砥粒４１が、研磨布２と酸化シリコン膜１
１との間に挟まれることにより研磨作用が生じるている
が、砥粒４１の粒径や濃度が、研磨布２と酸化シリコン
膜１１との接触状態に多大な影響を及ぼしている。

【００２７】よって、前述した通り、図９に示すモデル
を用いた従来の研磨シミュレーション方法による形状
は、実際に行った研磨による形状に対して、十分な一致
を期待することができない。それは、図９に示すモデル
を用いた研磨シミュレーション方法では、研磨布２の表
面あらさ２１や、研磨液４中の砥粒４１の影響を考慮し
ていないためである。

【００２８】また、研磨布２の表面あらさ２１を計算モ
デルの形状として適用することや、砥粒４１をモデル化
し、被研磨材１と砥粒４１と研磨布２の接触状態を計算
することは、パラメータが多いことによる複雑性から、
膨大な計算時間がかかり、現実的ではない。

【００２９】そこで、本発明は上記従来の問題点に鑑み
てなされたもので、実際に研磨された研磨形状と、モデ
ル化（シミュレーション）された研磨形状とが、所望の
微細化を行う上で、十分に一致する研磨シミュレーショ
ン方法及び研磨シミュレーション方法を記録した記録媒
体および研磨方法の提供を目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の研磨シミュレーション方法は、研磨手段
と、被研磨部とが接触する接触部での圧力を、前記被研
磨部または前記研磨手段を弾性率によって複数の部分に
分割し、前記接触部を含み分割された部分の弾性率が、
前記接触部を含み分割された部分に隣接する部分の弾性
率よりも小さくなるように設定し、算出する第１の工程
と、前記第１の工程によって算出された圧力から、前記
接触部での研磨量を算出し、前記被研磨部の形状を設定
する第２の工程とを有する。

【００３１】上記の目的を達成するために、本発明の研
磨シミュレーション方法を記録した記録媒体は、研磨手
段と、被研磨部とが接触する接触部での圧力を、前記被
研磨部または前記研磨手段を弾性率によって複数の部分
に分割し、前記接触部を含み分割された部分の弾性率
が、前記接触部を含み分割された部分に隣接する部分の
弾性率よりも小さくなるように設定し、算出する第１の
工程と、前記第１の工程によって算出された圧力から、
前記接触部での研磨量を算出し、前記被研磨部の形状を
設定する第２の工程とを記録する。

【００３２】上記の目的を達成するために、本発明の研
磨方法は、研磨手段と、被研磨部とが接触する接触部で
の圧力を、前記被研磨部または前記研磨手段を弾性率に
よって複数の部分に分割し、前記接触部を含み分割され
た部分の弾性率が、前記接触部を含み分割された部分に
隣接する部分の弾性率よりも小さくなるように設定し、
算出する第１の工程と、前記第１の工程によって算出さ
れた圧力から、前記接触部での研磨速度、を算出する第
２の工程と、少なくとも前記第２の工程によって算出さ
れた研磨速度を用いて、前記被研磨部を研磨する第３の
工程とを有する。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明の研磨シミュレー
ション方法の第１実施例を説明するモデル図であり、図
２は、本発明の研磨シミュレーション方法の第１実施例
のフローチャートである。

【００３４】研磨布２（研磨手段）と、被研磨材１（被
研磨部）とは、対向して配置される。被研磨材１は、酸
化シリコン膜であって、被研磨材１の厚さ方向には、ウ
ェハ、下地膜、アルミ配線、酸化シリコン膜などが積層
される。酸化シリコン膜の弾性率は、研磨布２の弾性率
に比べて非常に大きいため、弾性変形がない剛体として
取り扱う。

【００３５】また、研磨布２は、研磨布２の厚さ方向
に、三層からなる弾性体である。研磨布２の被研磨材１
の側の第一層には、弾性率Ｅ２１なる研磨布２ａが配置
される。研磨布２ａの下側には、第二層となる弾性率Ｅ
２２なる布２ｂが配置される。布２ｂの下側には、第三
層となる弾性率Ｅ２３なる布２ｃが配置される。

【００３６】弾性率は、Ｅ２２＞Ｅ２３の関係にあり、
材料試験などにより、測定可能である。また、弾性率Ｅ
２１は、Ｅ２２の１／２５程度である。被研磨材１と、
研磨布２との間には、研磨液４が介在してなる。研磨液
４中には、砥粒（図示せず）が混入されている。

【００３７】この様な構成からなる第１実施例の動作
（酸化シリコン膜のＣＭＰに適用した場合）について説
明する。まず、被研磨材１表面（酸化シリコン膜）には
微小な凹凸があり、その凸部１０と研磨布２ａとを、被
研磨材１に所定の方向から加えられる平均荷重３( 図中
矢印) によって接触させる。凸部１０と被研磨材１とが
接触する部分を接触部とする。

【００３８】次に、平均荷重３および所望の境界条件を
与え、既存の有限要素法を用いることにより、被研磨材
１と研磨布２との接触圧力を算出し求める。ここで、境
界条件とは、被研磨材１または研磨布２の境界部の変位
に関する拘束条件であって、具体的には、被研磨材１の
厚さ方向に対しては、変位可能とし、厚さ方向に直交す
る方向に対しての変位は０と仮定することである。さら
に、研磨布２の下面（布２ｃの図中下面）の、研磨布２
に加えられる面圧分布による変形がないものとすること
等である。ここで、面圧分布は、平均荷重３と、接触部
とが関係している。

【００３９】そして更に、算出された接触圧力値をもと
にして、被研磨部１（酸化シリコン膜）の形状を予測す
ることができる。図２を参照して、研磨シミュレーショ
ン方法の各工程について、詳細に説明する。

【００４０】（１）被研磨材１（酸化シリコン膜）およ
び研磨布２の初期形状を、予め測定し、ハードディスク
等の記録手段に初期値として入力し記録する。初期形状
のデータとしては、被研磨材１（酸化シリコン膜）の形
状（厚さ等）、研磨布２の厚さ、研磨布２を厚さ方向お
よび厚さ方向に直交する方向によって複数の部分に分割
した分割数、研磨する最大時間ｔｍａｘ（数分）等があ
る。研磨時間ｔは、０とする。

【００４１】（２）研磨布２に応じた弾性率（ヤング
率、ポアソン比等）を入力し、ハードディスク、ＲＯＭ
等の記録手段に記録する。入力する研磨布２の弾性率設
定の詳細にあっては、弾性率によって複数の部分２ａ、
２ｂ、２ｃに分割され、被研磨材１との接触部を含む研
磨布２ａの部分の弾性率を、接触部に隣接する２ｂ部分
の弾性率よりも小さくなるように設定する。

【００４２】（３）加工（研磨）時の研磨布２と、被研
磨材１（酸化シリコン膜）との接触部における接触圧力
を、有限要素法によって、（１）、（２）で入力した値
をもとに、算出する。接触圧力の算出に当たっては、研
磨布２と被研磨材１との間の相対速度を０と仮定する。
算出された接触圧力は、ディスプレイなどの表示部によ
り、必要に応じて表示することができる。

【００４３】（４）算出された接触部における接触圧力
値をもとに、微小時間（Δｔ）における、その接触部で
の研磨速度を算出し、研磨速度から研磨量を算出する。
研磨量は、所定の接触圧力範囲内で、接触圧力により決
定される。また、Δｔは、所望の値に設定でき、例えば
１秒程度である。算出された研磨速度、研磨量は、ディ
スプレイなどの表示部により、必要に応じて表示するこ
とができる。

【００４４】（５）算出された各接触部での研磨量か
ら、微小時間（Δｔ）後の被研磨材１の形状を算出す
る。算出された被研磨材１の形状は、ディスプレイなど
の表示部により、 必要に応じて表示することができる。

【００４５】（６）研磨時間ｔを、Δｔ分だけ増加させ
る。 （７）Δｔ分だけ増加された新たな時間ｔと、最大研磨
時間ｔｍａｘとを比較する。

【００４６】ｔ＜ｔｍａｘの場合（Ｙｅｓ）は、（３）
に戻り、（３）〜（７）までの工程を繰り返す。また、
ｔ＞ｔｍａｘの場合（Ｎｏ）は、研磨シミュレーション
を終了する。

【００４７】なお、（２）工程において、研磨布２ａの
弾性率を布２ｂの弾性率の１／２５（の比率）と設定し
たが、この比率は、研磨シミュレーションの対象となる
ＣＭＰに使用する研磨布２または研磨液４の種類により
異なってくる。これら研磨布２および研磨液４の種類を
所望の種類に決定することにより、研磨布２の弾性率お
よび厚みは、それぞれ所望の値に設定し直される。

【００４８】また、被研磨材１の研磨が進行するととも
に、例えば、研磨布２が研磨されることによって、この
比率が変化する場合、または変化させる必要がある場合
には、上記した工程（７）から工程（２）に戻り、工程
（２）〜工程（７）までの工程を繰り返す。

【００４９】比率の設定を変えるには、予め、時間を関
数とした比率のデータを、記録させておき、必要に応じ
て、読み出し設定を変更していく。上記工程（１）、
（２）、（３）は、第１の工程であり、工程（４）、
（５）は、第２の工程である。

【００５０】以下に、図３、４を参照して、本実施例
と、従来例とを比較した結果について説明する。図３
は、本発明の研磨シミュレーション方法の第１実施例
と、従来例とを比較したグラフであり、図４は、被研磨
材１の凸部の拡大図である。なお、図４中の実線は、研
磨後の凸部であり、破線は、研磨前の凸部のそれぞれの
形状を表している。

【００５１】被研磨材１（酸化シリコン膜）の凸部１０
の幅（図中矢印１）は、約３０ミクロンである。その凸
部１０に隣接する凹部１１ａ、１１ｂの幅は、約３００
ミクロン（図中矢印２）である。

【００５２】この様な条件下で研磨された被研磨材１
（酸化シリコン膜）の形状については、図３に示すよう
に、本実施例の結果（図中□）は、従来の結果（図中
△）に比べて、実際に研磨された実験結果（図中○）
と、精度良く一致している。例えば、研磨後の凸部１０
と凹部１１ａ、１１ｂとの段差の目標値が１００〔ｎ
ｍ〕であって、凸部１０の研磨量が約７００〔ｎｍ〕を
超えると、従来の研磨シミュレーション方法では測定で
きないが、本発明の第１実施例では、凸部１０の研磨量
が約１０００〔ｎｍ〕以下にあってもほぼ一致してい
る。

【００５３】これは、従来の研磨方法では、ＣＭＰにお
ける被研磨材１（酸化シリコン膜）の研磨形状の変化に
大きな影響を及ぼす、研磨布２の表面粗さと、研磨
液４中の砥粒の研磨効果、とが考慮できないためであ
る。

【００５４】以上述べた様な第１実施例では、高集積化
を目的とし、ウェハ上に配置される配線等が微細化、例
えば凹凸部１０、１１の段差を１００〔ｎｍ〕以下にす
るようになった場合、従来の研磨シミュレーション方法
による結果では、実測値と一致することができず、所望
のシミュレーション結果を得ることができなかったが、
ほぼ誤差なく、シミュレーション結果と、実測値とを一
致することができる。そのため、信頼性の高い研磨シミ
ュレーション方法を得ることができる。

【００５５】また、シミュレーション結果と、実測値と
が、一致する精度が従来よりも高いため、従来のように
シミュレーション結果を、実測値と照らし合わせて、繰
り返しシミュレーションする計算時間またはそれに伴う
実測する時間を大幅に低減することができる。

【００５６】また、コスト面でも従来の方法に対して、
あまり高価になることなく使え、経済的である。この様
な第１実施例は、光ディスクや、磁気ディスク、ＲＯＭ
などの記録媒体に記録されている。

【００５７】次に、本発明の第２実施例の構成につい
て、図５を参照して、説明する。尚、以下の各実施例に
おいて、第１実施例と同一構成要素は同一符号を付し、
重複する説明は省略する。

【００５８】第２実施例の特徴は、研磨布２の弾性変形
をバネモデルとして（有限要素法ではなく）、研磨シュ
ミレーション方法を行うことである。図５は、本発明の
第２実施例を説明するモデル図である。

【００５９】研磨布２の最表面の研磨布２ａのバネ定数
は、研磨布２ａの下地となる布２ｂのバネ定数に比べ
て、低いバネ定数に設定する。この様な構成からなる第
２実施例の動作について説明する。

【００６０】（１）被研磨材１（酸化シリコン膜）およ
び研磨布２の初期形状を、予め測定し、ハードディスク
等の記録手段に初期値として入力し記録する。初期形状
のデータとしては、被研磨材１（酸化シリコン膜）の形
状、研磨布２を厚さ方向および厚さ方向に直交する方向
に、バネ定数によって複数の部分に分割した分割数、研
磨する最大時間ｔｍａｘ（数分）等である。研磨時間ｔ
は、０とする。

【００６１】（２）研磨布２に応じたバネ定数を入力
し、ハードディスク等の記録手段に記録する。入力する
研磨布２のバネ定数設定の詳細にあっては、バネ定数に
よって複数の部分２ａ、２ｂに分割された、被研磨材１
との接触部を含む研磨布２ａの部分のバネ定数を、接触
部に隣接する部分２ｂのバネ定数よりも小さくなるよう
に設定する。

【００６２】（３）加工（研磨）時の研磨布２と、被研
磨材１（酸化シリコン膜）との接触部における接触圧力
を、バネモデルによって、（１）、（２）で入力した値
をもとに、算出する。接触圧力の算出に当たっては、研
磨布と被研磨材との間の相対速度を０と仮定する。算出
された接触圧力は、ディスプレイなどの表示部により、
必要に応じて表示することが出来る。

【００６３】（４）算出された接触部における接触圧力
値をもとに、微小時間（Δｔ）における、その接触部で
の研磨量を算出する。研磨量は、所定の接触圧力範囲内
で、接触圧力によって決定される。また、Δｔは、所望
の値に設定でき、例えば１秒程度である。算出された接
触速度、研磨量は、ディスプレイなどの表示部により、
必要に応じて表示することが出来る。

【００６４】（５）算出された各接触部での研磨量か
ら、微小時間（Δｔ）後の被研磨部１の形状を算出す
る。算出された被研磨材１の形状は、ディスプレイなど
の表示部により、必要に応じて表示することが出来る。

【００６５】（６）研磨時間ｔを、Δｔ分だけ増加させ
る。 （７）Δｔ分だけ増加された時間ｔと、最大研磨時間ｔ
ｍａｘとを比較する。 ｔ＜ｔｍａｘの場合（Ｙｅｓ）は、（３）に戻り、
（３）〜（７）までの工程を繰り返す。また、ｔ＞ｔｍ
ａｘの場合（Ｎｏ）は、研磨シミュレーションを終了す
る。

【００６６】上記工程（１）、（２）、（３）は、第１
の工程であり、工程（４）、（５）は、第２の工程であ
る。バネ定数の設定を変えるには、予め、時間を関数と
したバネ定数のデータを、ハードディスクなどの記録部
に記録させておき、必要に応じて、読み出し設定を変更
していく。以上述べた様な第２実施例では、高集積化を
目的とし、ウェハ上に配置される配線等が微細化、例え
ば凹凸部１０、１１の段差を１００〔ｎｍ〕以下にする
ようになった場合、従来の研磨シミュレーション結果で
は、実測値と一致することができず、所望のシミュレー
ション結果を得ることができなかったが、ほぼ誤差な
く、シミュレーション結果と、実測値とを一致すること
ができる。そのため、信頼性の高い研磨シミュレーショ
ン方法である。

【００６７】また、シミュレーション結果と、実測値と
が、一致する精度が従来よりも高いため、シミュレーシ
ョン結果を、実測値と照らし合わせて、繰り返しシミュ
レーションする時間または実測する時間を大幅に低減す
ることができる。

【００６８】また、コスト面でも従来の方法に対して、
あまり高価にすることなく、経済的である。さらに、被
研磨材１の形状変化においては、研磨布２ａの表面粗
さ、および、被研磨材１と、被研磨材１と研磨布２ａと
の間に介在する研磨液中の砥粒の効果を、シミュレーシ
ョンに組み込むことができ、シミュレーションの精度を
向上させ、信頼性をあげることができる。

【００６９】この様な第２実施例は、光ディスクや、磁
気ディスク、ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。次
に、本発明の第３実施例の構成について、図６を参照し
て説明する。第３実施例の特徴は、被研磨材１を弾性体
としたことである。図６は、本発明の第３実施例を説明
するモデル図である。被研磨材１は、弾性体であって、
２層からなる。被研磨材１の表面側には、弾性率Ｅ１１
の膜１ａが形成される。弾性率Ｅ１２なる弾性体１ｂ
は、膜１ａに覆われている。それぞれの弾性率の関係
は、Ｅ１１＜Ｅ１２である。この様な構成からなる第３
実施例の動作について、説明する。

【００７０】（１）被研磨材１及び研磨布２の初期形状
を、予め測定し、ハードディスク等の記録手段に初期値
として入力し記録する。初期形状のデータとしては、被
研磨材１および研磨布２の厚さ、被研磨材１および研磨
布２を、厚さ方向および厚さ方向に直交する方向に、弾
性率によって複数の部分に分割した分割数、研磨する最
大時間ｔｍａｘ（数分）等である。研磨時間ｔは、０と
する。

【００７１】（２）研磨布２に応じた弾性率（ヤング
率、ポアソン比）と、被研磨材１の弾性率（ヤング率、
ポアソン比）とを入力し、ハードディスク等の記録手段
に記録する。入力する研磨布２と被研磨材１との弾性率
設定の詳細にあっては、それぞれの弾性率によって複数
の部分１ａおよび１ｂ、２ａ、２ｂおよび２ｃに分割さ
れ、研磨布２と被研磨材１との接触部を含む被研磨材１
ａの部分と研磨布２の２ａ部分の弾性率を、それぞれ隣
接する１ｂ、２ｂの部分の弾性率よりも小さくなるよう
に設定する。

【００７２】（３）加工（研磨）時の研磨布２と、被研
磨材１（酸化シリコン膜）との接触部における接触圧力
を、有限要素法によって、（１）、（２）で入力した値
をもとに、算出する。接触圧力の算出に当たっては、研
磨布と被研磨材との間の相対速度を０と仮定する。算出
された接触圧力は、ディスプレイなどの表示部により、
必要に応じて表示することができる。

【００７３】（４）算出された接触部における接触圧力
値をもとに、微小時間（Δｔ）における、その接触部で
の研磨速度を算出し、研磨速度から研磨量を算出する。
研磨量は、所定の接触圧力範囲内で、接触圧力により決
定される。また、Δｔは、所望の値に設定でき、例えば
１秒程度である。算出された研磨量、研磨速度は、ディ
スプレイなどの表示部により、必要に応じて表示するこ
とができる。

【００７４】（５）算出された各接触部での研磨量か
ら、微小時間（Δｔ）後の被研磨材１の形状を算出す
る。算出された被研磨材１の形状は、ディスプレイなど
の表示部により、必要に応じて表示することが出来る。

【００７５】（６）研磨時間ｔを、Δｔ分だけ増加させ
る。 （７）Δｔ分だけ増加された時間ｔと、最大研磨時間ｔ
ｍａｘとを比較する。 ｔ＜ｔｍａｘの場合（Ｙｅｓ）は、（３）に戻り、
（３）〜（７）までの工程を繰り返す。また、ｔ＞ｔｍ
ａｘの場合（Ｎｏ）は、研磨シミュレーションを終了す
る。

【００７６】なお、（２）工程において、研磨布２ａの
弾性率を布２ｂの弾性率より小さく、また被研磨材１ａ
の弾性率を１ｂの弾性率より小さくなるように設定した
が、この設定値（比率）は、研磨シミュレーションの対
象となるＣＭＰに使用する研磨布２ａおよび研磨液４の
種類により異なってくる。これら研磨布２ａおよび研磨
液４の種類を決定することにより、研磨布２ａの弾性率
および厚みは、所望の値に設定し直される。

【００７７】また、被研磨材１の研磨が進行するととも
に、例えば、研磨布２が研磨されることによって、この
比率が変化する場合、または変化させる必要がある場合
には、上記した工程（７）から工程（２）に戻り、工程
（２）〜工程（７）までの工程を繰り返す。

【００７８】比率の設定を変えるには、予め、時間を関
数とした比率のデータを、ハードディスク等の記録部に
記録させておき、必要に応じて、読み出し比率の設定を
変更していく。

【００７９】上記工程（１）、（２）、（３）は、第１
の工程であり、工程（４）、（５）は、第２の工程であ
る。以上述べた様な第３実施例では、高集積化を目的と
し、ウェハ上に配置される配線等が微細化、例えば凹凸
部１０、１１の段差を１００〔ｎｍ〕以下にするように
なった場合、従来の研磨シミュレーション結果では、実
測値と一致することができず、所望のシミュレーション
結果を得ることができなかったが、ほぼ誤差なく、シミ
ュレーション結果と、実測値とを一致することができ
る。そのため、信頼性の高い研磨シミュレーション方法
である。

【００８０】また、シミュレーション結果と、実測値と
が、一致する精度が従来よりも高いため、シミュレーシ
ョン結果を、実測値と照らし合わせて、繰り返しシミュ
レーションする時間または実測する時間を大幅に低減す
ることができる。

【００８１】また、コスト面でも従来の方法に対して、
あまり高価にすることなく、経済的である。さらに、研
磨布２に加えて、被研磨材１を弾性体と設定することに
より、より実測値に近い、精度の高い研磨シミュレーシ
ョン結果を得ることができ、研磨シミュレーション方法
の信頼性を向上させることができる。

【００８２】この様な第３実施例は、光ディスクや、磁
気ディスク、ＲＯＭ等の記録媒体に記録されている。次
に、本発明の研磨方法について、図７を参照して説明す
る。

【００８３】図７は、本発明の研磨方法のフローチャー
トである。研磨手段となる研磨布と、被研磨部である被
研磨材とは、対向して配置される。被研磨材は、酸化シ
リコン膜であって、被研磨材の厚さ方向には、ウェハ、
下地膜、アルミ配線、酸化シリコン膜などが積層されて
いる。酸化シリコン膜の弾性率は、研磨布の弾性率に比
べて非常に大きいため、弾性変形がない剛体として取り
扱う。

【００８４】また、研磨布は、研磨布の厚さ方向に、三
層からなる弾性体である。研磨布の被研磨材の側の第一
層には、弾性率Ｅ２１なる研磨布が配置される。研磨布
の下側には、第二層となる弾性率Ｅ２２なる布が配置さ
れる。弾性率Ｅ２２なる布の下側には、第三層となる弾
性率Ｅ２３なる布が配置される。

【００８５】弾性率は、Ｅ２２＞Ｅ２３の関係にあり、
材料試験などにより、測定可能である。また、弾性率Ｅ
２１は、Ｅ２２の１／２５程度である。被研磨部と、研
磨部との間には、研磨液が介在してなる。研磨液中に
は、砥粒が混入されている。

【００８６】この様な構成からなる本発明の研磨方法の
動作（酸化シリコン膜のＣＭＰに適用した場合）につい
て説明する。まず、被研磨材表面（酸化シリコン膜）に
は微小な凹凸があり、その凸部と研磨布とを、被研磨材
に所定の方向から加えられる平均荷重によって接触させ
る。凸部と研磨材とが接触する部分を接触部とする。

【００８７】（１）被研磨材（酸化シリコン膜）および
研磨布の初期形状を、予め測定し、ハードディスク等の
記録手段に初期値として入力し記録する。初期形状のデ
ータとしては、被研磨材（酸化シリコン膜）の形状（厚
さ等）、研磨布を厚さ方向および厚さ方向に対して直交
する方向に、弾性率によって複数の部分に分割した分割
数、研磨する最大時間ｔｍａｘ（数分）等がある。研磨
時間ｔは、０とする。

【００８８】（２）研磨布に応じた弾性率（ヤング率、
ポアソン比）を入力し、ハードディスク等の記録手段に
記録する。入力する研磨布の弾性率設定の詳細にあって
は、弾性率によって複数の部分に分割され、被研磨材と
の接触部を含む部分の弾性率を、その接触部に隣接する
部分の弾性率よりも小さくなるように設定する。

【００８９】（３）加工（研磨）時の研磨布と、被研磨
材（酸化シリコン膜）との接触部における接触圧力を、
有限要素法によって、（１）、（２）で入力した値をも
とに、算出する。接触圧力の算出に当たっては、研磨布
と被研磨材との間の相対速度を０と仮定する。算出され
た接触圧力は、ディスプレイなどの表示部により、必要
に応じて表示することができる。

【００９０】（４）算出された接触部における接触圧力
値をもとに、微小時間（Δｔ）における、その接触部で
の研磨速度を算出し、研磨速度から研磨量を算出する。
研磨量は、所定の接触圧力範囲内で、接触圧力によって
決定される。また、Δｔは、所望の値に設定でき、例え
ば１秒程度である。算出された研磨速度、研磨量は、デ
ィスプレイなどの表示部により、必要に応じて表示する
ことができる。

【００９１】（５）算出された各接触部での研磨量か
ら、微小時間（Δｔ）後の被研磨部の形状を算出する。
算出された被研磨部の形状は、ディスプレイなどの表示
部により、 必要に応じて表示することができる。

【００９２】（６）研磨時間ｔを、Δｔ分だけ増加させ
る。 （７）Δｔ分だけ増加された新たな時間ｔと、最大研磨
時間ｔｍａｘとを比較する。

【００９３】ｔ＜ｔｍａｘの場合（Ｙｅｓ）は、（３）
に戻り、（３）〜（７）までの工程を繰り返す。また、
ｔ＞ｔｍａｘの場合（Ｎｏ）は、研磨シミュレーション
を終了し、その後、その結果をもとに、実際に研磨を開
始する。

【００９４】なお、（２）工程において、研磨布の被研
磨材と接触する接触部での弾性率を、接触部に隣接する
部分の弾性率よりも小さくなるように設定したが、この
設定された値（比率）は、研磨シミュレーションの対象
となるＣＭＰに使用する研磨布または研磨液の種類によ
り異なってくる。これら研磨布および研磨液の種類を所
望の種類に決定することにより、研磨布の弾性率および
厚みは、それぞれ所望の値に設定し直される。

【００９５】上記工程（１）、（２）、（３）は、第１
の工程であり、工程（４）、（５）は、第２の工程であ
り、工程（８）は、第３の工程である。以上述べた様な
本発明の研磨方法では、高集積化を目的とし、ウェハ上
に配置される配線等が微細化、例えば凹凸部の段差を１
００〔ｎｍ〕以下にするようになった場合、従来の研磨
シミュレーション方法を用いた研磨方法では、凹凸部の
段差を１００〔ｎｍ〕以下にすることができず、所望の
研磨結果を得ることができなかったが、ほぼ誤差なく、
凹凸部の段差を所望値、例えば１００〔ｎｍ〕以下にす
ることができる。そのため、信頼性の高い研磨方法を得
ることができる。

【００９６】また、コスト面でも従来の方法に対して、
試作品を低減することができるため、コストの大幅な低
減に寄与し、経済的である。尚、本発明は上記実施例に
は限定されず、その主旨を逸脱しない範囲で種々変形し
て実施できることは言うまでもない。例えば、ディスプ
レイなどの表示部に表示される被研磨材１は、少なくと
も所定の時間ごとの研磨形状が表示されればよく、研磨
される状態が常に（連続して）表示されていても構わな
い。

【００９７】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、シミ
ュレーションによる被研磨部の形状変化を、実測値に近
い高い精度で得ることができ、信頼性を向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨シミュレーション方法の第１実施
例を説明するモデル図

【図２】本発明の研磨シミュレーション方法の第１実施
例のフローチャート

【図３】本発明の研磨シミュレーション方法の第１実施
例と、従来例とを、比較したグラフ

【図４】被研磨部の凸部の拡大図

【図５】本発明の研磨シミュレーション方法の第２実施
例を説明するモデル図

【図６】本発明の研磨シミュレーション方法の第３実施
例を説明するモデル図

【図７】本発明の研磨方法のフローチャート

【図８】従来の研磨シミュレーション方法のフローチャ
ート

【図９】従来の研磨シミュレーション方法における被研
磨材と研磨布との接触圧力を計算するためのモデル図

【図１０】ＣＭＰにおける研磨部の様子を模式的に示し
た図

【図１１】研磨布と被研磨材との接触部周辺の拡大図

【符号の説明】

１ 被研磨材（被研磨部） ２ 研磨部（研磨手段） ２ａ 研磨布（研磨手段） ２ｂ、２ｃ 布（研磨手段） ３ 平均荷重 ４ 研磨液 １０ 凸部 １１、 １１ａ、１１ｂ 凹部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関根 邦夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨手段と、被研磨部とが接触する接触部
   での圧力を、前記被研磨部または前記研磨手段を弾性率
   によって複数の部分に分割し、前記接触部を含み分割さ
   れた部分の弾性率が、前記接触部を含み分割された部分
   に隣接する部分の弾性率よりも小さくなるように設定
   し、算出する第１の工程と、前記第１の工程によって算
   出された圧力から、前記接触部での研磨量を算出し、前
   記被研磨部の形状を設定する第２の工程とを有すること
   を特徴とする研磨シミュレーション方法。
2. 【請求項２】前記研磨手段又は前記被研磨部を、弾性率
   によって分割し、前記接触部での圧力を算出した結果
   を、または算出された前記研磨量を、または前記算出さ
   れた研磨量をもとに設定された被研磨部の形状を、表示
   する工程を有することを特徴とする請求項１記載の研磨
   シミュレーション方法。
3. 【請求項３】研磨手段と、被研磨部とが接触する接触部
   での圧力を、前記被研磨部または前記研磨手段を弾性率
   によって複数の部分に分割し、前記接触部を含み分割さ
   れた部分の弾性率が、前記接触部を含み分割された部分
   に隣接する部分の弾性率よりも小さくなるように設定
   し、算出する第１の工程と、前記第１の工程によって算
   出された圧力から、前記接触部での研磨量を算出し、前
   記被研磨部の形状を設定する第２の工程とを記録するこ
   とを特徴とする記録媒体。
4. 【請求項４】研磨手段と、被研磨部とが接触する接触部
   での圧力を、前記被研磨部または前記研磨手段を弾性率
   によって複数の部分に分割し、前記接触部を含み分割さ
   れた部分の弾性率が、前記接触部を含み分割された部分
   に隣接する部分の弾性率よりも小さくなるように設定
   し、算出する第１の工程と、前記第１の工程によって算
   出された圧力から、前記接触部での研磨速度、を算出す
   る第２の工程と、少なくとも前記第２の工程によって算
   出された研磨速度を用いて、前記被研磨部を研磨する第
   ３の工程とを有することを特徴とする研磨方法。