CN109940504A - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现CMP研磨浆料的使用量的削减的研磨装置及研磨方法。该研磨装置从上游向下游输送在表面具有金属的片状的被研磨物，并且对被研磨物的表面的金属进行连续研磨，其中，该研磨装置具有：第一研磨单元，其在上游侧进行被研磨物的研磨；第二研磨单元，其在下游侧进行被研磨物的研磨；新液浆料喷嘴，其向第二研磨单元供给用于作用于被研磨物的CMP研磨浆料的新液；回收机构，其回收在第二研磨单元的研磨中使用的CMP研磨浆料的旧液；以及旧液浆料喷嘴，其向第一研磨单元供给所回收的CMP研磨浆料的旧液。

Description

研磨装置及研磨方法

技术领域

本发明涉及使用含有研磨剂的研磨浆料研磨去除连续的被研磨物的表面的金属膜的研磨装置的技术，涉及将研磨后的研磨浆料回收并再次利用的研磨装置和研磨方法。

背景技术

以往，在金属或玻璃板等的研磨中，例如使用混合了被称为磨粒的粒状研磨剂和水而得到的研磨浆料。具体而言，向被研磨面(被实施研磨的面)供给研磨浆料，并且通过研磨垫等研磨机构对该被研磨面一边按压一边打磨。这种技术还用于半导体等。另外，在希望更加高速地去除被研磨面的情况下，有时使用在研磨浆料中附加了相对于被研磨材料具有蚀刻性能的成分的被称为CMP浆料的研磨浆料进行研磨。作为该CMP浆料中含有的研磨剂，大多为胶态氧化硅等昂贵材料，如果仅使用一次就丢弃研磨浆料，则导致研磨剂的成本增大。因此，公知有如下的研磨装置：在被研磨构件的研磨结束后，立即从被研磨构件去除所使用的研磨浆料，并且将所去除的研磨浆料回收并再次利用(例如参照“专利文献1”)。

另一方面，被研磨对象物的基材也存在各种基材，近年来，除了刚性较大的基材以外，还期望进行柔软基材的研磨。通过使这些柔软的基材成为网状进行使用，基于卷对卷的材料供给方法中的制造方法逐渐变得容易，期待量产化效果较大的网状处理。

因此，需要使用低价且高品质地去除在具有柔软性的网状基材表面形成的金属膜的方法的、基于卷对卷的材料供给方式中的薄膜表面的连续研磨装置和方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-103223号公报

如上所述，如果用尽包含昂贵的研磨材料的CMP研磨浆料，则存在研磨材料成本的增加、由于排液量体积增大而引起的环境负荷的增加或确定与研磨浆料更换相伴的各种条件所需时间的增加等问题。

发明内容

发明要解决的课题

因此，本发明的目的在于，提供使研磨浆料再循环的研磨装置。

用于解决课题的手段

本发明的研磨装置从上游向下游输送在表面具有金属的片状的被研磨物，并且对所述被研磨物的所述表面的金属进行连续研磨，其中，所述研磨装置具有：第一研磨单元，其在上游侧进行所述被研磨物的研磨；第二研磨单元，其在下游侧进行所述被研磨物的研磨；新液浆料喷嘴，其向所述第二研磨单元供给用于作用于所述被研磨物的CMP研磨浆料的新液；回收机构，其回收在所述第二研磨单元的研磨中使用的所述CMP研磨浆料的旧液；以及旧液浆料喷嘴，其向所述第一研磨单元供给所回收的所述CMP研磨浆料的旧液。

发明效果

如上所述，根据本发明的研磨装置和研磨方法，能够削减研磨浆料的使用量。

附图说明

图1是示出实施方式一的研磨装置的结构的示意图。

图2是示出实施方式一的研磨装置中的研磨浆料的新液使用量的变化的图表。

图3是示出利用实施方式一的研磨装置进行研磨后的被研磨物表面的金属残留量的图表。

图4是示出实施方式二的研磨装置的结构的概略图。

图5是示出研磨浆料内的过氧化氢浓度与研磨去除率的关系的图表。

图6是对过氧化氢浓度进行了调整的情况下和未进行调整的情况下的研磨去除率与过氧化氢浓度的变化的图表。

图7是示出实施方式三的研磨装置的结构的概略图。

图8是示出使研磨浆料内的金属离子成分变化的情况下的被研磨面的表面粗糙度的变化的关系的图。

符号说明

100、100a、100b 研磨装置

101 片状被研磨物

102 薄膜运送机构

103 第一研磨单元

104 第二研磨单元

105 第一研磨工具

106 第一空气喷嘴

107 第一溜槽

108 第二研磨工具

109 第二空气喷嘴

110 第二溜槽

111 研磨浆料新液送液泵

112 研磨浆料旧液送液泵

400 浓度测定单元

401 研磨浆料旧液罐

402 泵

403 滴定用罐

404 泵

405 氧化还原电位测定单元

406 泵

407 搅拌桨

410 浓度调整单元

700 金属离子测定单元

701 研磨浆料旧液罐

702 泵

703 滴定用罐

704 泵

705 氧化还原电位测定单元

706 废液泵

707 废液罐

710 废弃机构

具体实施方式

第一方式的研磨装置从上游向下游输送在表面具有金属的片状的被研磨物，并且对所述被研磨物的所述表面的金属进行连续研磨，其中，所述研磨装置具有：第一研磨单元，其在上游侧进行所述被研磨物的研磨；第二研磨单元，其在下游侧进行所述被研磨物的研磨；新液浆料喷嘴，其向所述第二研磨单元供给用于作用于所述被研磨物的CMP研磨浆料的新液；回收机构，其回收在所述第二研磨单元的研磨中使用的所述CMP研磨浆料的旧液；以及旧液浆料喷嘴，其向所述第一研磨单元供给所回收的所述CMP研磨浆料的旧液。

在上述第一方式的基础上，第二方式的研磨装置可以是，所述研磨装置还具有：浓度测定单元，其测定所回收的所述CMP研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度；以及浓度调整单元，其将所述CMP研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度调整为规定的浓度。

在上述第二方式的基础上，第三方式的研磨装置可以是，过氧化氢的所述规定的浓度为0.5wt％以上且0.82wt％以下。

在上述第一～第三方式中的任一个方式的基础上，第四方式的研磨装置可以是，所述研磨装置还具有：金属离子测定单元，其测定所回收的所述CMP研磨浆料的旧液中的构成所述金属的金属离子成分；以及废弃机构，其在所述CMP研磨浆料的旧液的所述金属离子成分超过300g/L的情况下，废弃所回收的所述CMP研磨浆料的旧液。

在上述第一～第四方式中的任一个方式的基础上，第五方式的研磨装置可以是，所述金属由铜构成。

第六方式的研磨方法使用上述第一～第五方式中的任一个方式的所述研磨装置进行被研磨物的研磨。

下面，参照附图对实施方式的研磨装置和研磨方法进行说明。需要说明的是，在附图中，对实质上相同的构件标注相同符号。

(实施方式一)

下面，利用图1对本发明的实施方式一的研磨装置100进行说明。

图1是示出本发明的实施方式一的研磨装置100的结构的概略图。该研磨装置100是如下的研磨装置：使用由研磨剂和水等构成的CMP研磨浆料，例如对作为被研磨物101的薄膜表面的金属箔进行研磨，并且将研磨后的研磨浆料回收并再次利用。该研磨装置100由沿着箭头方向运送附着有研磨浆料的连续的片状被研磨物101的运送机构102、上游侧的第一研磨单元103以及下游侧的第二研磨单元104构成。第一研磨单元103和第二研磨单元104分别具有第一和第二研磨工具105、108、第一和第二空气喷嘴106、109及第一和第二溜槽107、110。通过第一和第二研磨工具105、108对所运送的片状被研磨物101的表面的金属箔进行研磨。通过第一和第二空气喷嘴106、109，从片状被研磨物101的表面去除相对于由运送机构102运送的连续的片状被研磨物101附着于表面的研磨后的CMP研磨浆料。通过配置在运送机构的下方的第一和第二溜槽107、110对通过所述压缩空气从所述薄膜101去除的研磨浆料承接并回收。另外，作为供给研磨浆料的方法，本研磨装置100具有用于定量供给研磨浆料的新液的研磨浆料新液送液泵111、以及用于再次定量输送所回收的研磨浆料的旧液(浆料废液)的研磨浆料旧液送液泵112。

这里，对该研磨装置100的实际动作进行说明。使用由通过聚氨酯等在表面进行涂层的辊等构成的运送机构102，以一定速度供给在卷状态下被供给的片状被研磨物101。在所供给的所述片状被研磨物101中，位于第一研磨单元中的第一研磨工具105通过未图示的加压单元而被按压到被研磨物101上并进行旋转，由此去除片状被研磨物101的表面的金属膜。需要说明的是，在第一研磨工具105的中央部设置有供给CMP研磨浆料的旧液的浆料喷嘴，通过进行定量输送的研磨浆料旧液送液泵112供给由所述第二研磨单元104的第二溜槽110回收的研磨浆料的旧液。通过第一研磨工具105去除了金属膜的片状被研磨物101通过第一空气喷嘴106使表面残留的研磨浆料的旧液落入第一溜槽107中，通过第一研磨工具105去除了金属膜的片状被研磨物101被供给到第二研磨单元104的第二研磨工具108。

第二研磨工具108通过未图示的加压单元而被按压到被研磨物101上并进行旋转，由此去除片状被研磨物101的表面的金属膜。需要说明的是，在第二研磨工具108的中央部设置有供给CMP研磨浆料的新液的浆料喷嘴，通过进行定量输送的研磨浆料新液送液泵111供给调合后的研磨浆料的新液。通过第二研磨工具108去除了金属膜的片状被研磨物101通过第二空气喷嘴109使表面残留的研磨浆料的旧液落入第二溜槽110中，通过第二研磨工具108去除了金属膜的片状被研磨物101由辊等构成的运送机构102以一定速度回收。

在图2的图表中示出在图1所示的研磨装置中实际进行了研磨的情况下的研磨浆料的新液使用量。通过使用本系统，能够抑制45％的研磨浆料的新液使用量。另外，通过图2可知：通过增设到第四研磨单元，向第四研磨单元供给研磨浆料的新液，使其排出的研磨浆料回到第三研磨单元，使从第三研磨单元排出的研磨浆料回到第二研磨单元，向第一研磨单元供给从第二研磨单元排出的研磨浆料，从而再循环次数成为3次，由此能够抑制60％的研磨浆料的新液使用量。

另外，另一方面，在图3中示出通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定被研磨物表面的金属污染量的结果。纵轴是每单位面积附着的污染金属原子数。需要说明的是，本次的例子是被研磨面将铜作为主要成分的金属箔的情况。通过图3可知：与现有的最终工序中使用旧液的方法相比，提案方法的金属污染量减少，提案方法的金属污染量与持续供给新液的方法的金属污染量具有大致相同的水平。其主要原因是，通过在研磨的最终工序中使用研磨浆料的新液，能够抑制研磨浆料液中包含的污染物成分。另外，在现有的最终工序中使用旧液的循环方法中，研磨浆料在循环时接触的配管和金属部件的金属成分溶出，视为被研磨面表面的铜以外的污染量增加的要因。

(实施方式二)

图4是示出实施方式二的薄膜的研磨装置100a的结构的概略图。该研磨装置100a与实施方式一的研磨装置进行对比，不同之处在于具有浓度测定单元400和浓度调整单元410。通过浓度测定单元400测定所回收的研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度。通过浓度调整单元410将研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度调整为规定的浓度。

浓度调整单元410例如包含研磨浆料旧液罐401、泵406及进行搅拌的搅拌桨407。通过研磨浆料旧液罐401暂时贮藏由所述第二研磨单元104回收的研磨浆料的旧液(浆料废液)。通过浓度测定单元400检测为研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度小于规定浓度时，通过泵406向进行暂时贮藏的研磨浆料旧液罐401定量供给过氧化氢水。

浓度测定单元400例如包含滴定用罐403、泵404及氧化还原电位测定单元405。通过为了进行测定而分出定量的研磨浆料的旧液的泵402将定量份的研磨浆料的旧液从研磨浆料旧液罐401分盛到滴定用罐403中。另外，在滴定用罐403中设置有定量供给滴定试剂的泵404。氧化还原电位测定单元405浸入滴定用罐403中，测定用于进行滴定判断的氧化还原电位。另外，在浓度测定单元400中，也可以包含根据测定出的氧化还原电位计算研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度的计算部。该计算部例如可以通过计算机、具体而言通过CPU实现。需要说明的是，泵402可以包含在浓度测定单元400中。

由上述各构件构成的中间处理槽设置在所述流水线中。

这里，对该研磨装置100a的实际动作进行说明。由第二研磨单元104回收的研磨浆料的旧液暂时贮藏在研磨浆料旧液罐401中，通过为了进行测定而分出定量的旧液的泵402将定量的旧液分盛到滴定用罐403中。在分盛出的研磨浆料的旧液中浸入测定氧化还原电位的氧化还原电位测定单元405。接着，使用泵404持续供给滴定试剂例如硫酸铈铵溶液，直到氧化还原电位上升到极端为止，根据所供给的液滴试剂量测定研磨浆料的旧液中包含的过氧化氢浓度。根据所导出的过氧化氢浓度与目标过氧化氢浓度的差分，导出要在研磨浆料的旧液中新追加的过氧化氢水的必要量，接受由箭头所示的信号，使用泵406向研磨浆料旧液罐401供给过氧化氢水。优选构成搅拌桨407，以实现在研磨浆料旧液罐401内成分的均匀性。

在图5中示出在图4所示的研磨装置中使研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度变化的情况下的片状被研磨物的表面的将铜作为主要成分的金属箔的研磨去除率。通过图5可知：研磨去除率根据过氧化氢浓度的不同而大幅变化。在要使金属膜的去除率最大化的情况下，根据该数据需要将过氧化氢水的浓度调整为0.5wt％以上且0.82wt％以下，更加优选稳定在0.75wt％。在图6中示出使用图4的研磨装置将过氧化氢浓度调整为0.5wt％以上且0.82wt％以下的情况下以及未进行调整的情况下的研磨去除率的结果。通过图6可知：未进行调整的情况下的加工率恶化到进行调整的情况下的加工率的1/2。其原因是，在金属膜去除的加工中，过氧化氢作为氧化剂发挥作用，因此由研磨浆料的新液供给的过氧化氢成分由于氧化反应而减少。如上所述，通过将研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度控制为一定浓度，能够进一步抑制加工时间。

(实施方式三)

图7是示出实施方式三的研磨装置100b的结构的概略图。该研磨装置100b与实施方式一的研磨装置进行对比，不同之处在于还具有金属离子测定单元700和废弃机构710。通过金属离子测定单元700测定所回收的CMP研磨浆料的旧液中的构成金属的金属离子成分。通过废弃机构710，在CMP研磨浆料的旧液的金属离子成分超过300g/L的情况下，废弃所回收的CMP研磨浆料的旧液。

废弃机构710例如包含研磨浆料旧液罐701和废液泵706。通过研磨浆料旧液罐701暂时贮藏由所述第二研磨单元104回收的研磨浆料的旧液。在通过金属离子测定单元700检测为CMP研磨浆料的旧液的金属离子成分超过300g/L时，通过废液泵706将研磨浆料的旧液从研磨浆料旧液罐701输送到废液罐707。

金属离子测定单元700例如包含滴定用罐703、泵704及氧化还原电位测定单元705。通过为了进行测定而分出定量的研磨浆料的旧液的泵702将定量份的研磨浆料的旧液从研磨浆料旧液罐701分盛到滴定用罐703中。另外，在滴定用罐703中设置有定量供给滴定试剂的泵704。氧化还原电位测定单元705浸入滴定用罐703中，测定用于进行滴定判断的氧化还原电位。另外，在金属离子测定单元700中，也可以包含根据测定出的氧化还原电位计算研磨浆料的旧液的金属离子成分的计算部。该计算部例如可以通过计算机、具体而言通过CPU实现。需要说明的是，泵702可以包含在金属离子测定单元700中。

由上述各构件构成的中间处理槽设置在所述流水线中。

这里，对该研磨装置100b的实际动作进行说明。由第二研磨单元104回收的研磨浆料的旧液暂时贮藏在研磨浆料旧液罐701中，通过为了进行测定而分出定量的旧液的泵702将定量份的旧液分盛到滴定用罐703中。在分盛出的研磨浆料的旧液中浸入测定氧化还原电位的氧化还原电位测定单元705。接着，使用泵704持续供给滴定试剂，例如在测定铜离子的情况下，持续供给作为滴定试剂的高锰酸钾溶液直到氧化还原电位上升到极端为止。然后，根据所供给的液滴试剂量测定研磨浆料的旧液中包含的铜离子浓度。在导出的铜离子浓度为300g/L以下的情况下，通过研磨浆料旧液送液泵112将研磨浆料的旧液供给到第一研磨工具105。另一方面，在铜离子浓度高于300g/L的情况下，对被研磨物表面造成损伤的可能性提高，因此，接受由箭头所示的信号，使用废液泵706将研磨浆料的旧液输送到废液罐707进行废弃。需要说明的是，在一并使用所述实施方式二的过氧化氢浓度调整机构的情况下，可以先进行任意一种处理，但是，优选在金属离子浓度测定后进行过氧化氢浓度调整。

为了示出图7所示的研磨装置的优越性，在图8中示出使研磨浆料的旧液中的金属离子浓度变化的情况下的片状被研磨物的表面粗糙度。通过图8可知：当金属离子成分超过300g/L时，表面粗糙度显著恶化。因此可知：必须使金属离子浓度为300g/L以下。

如上所述，CMP研磨浆料昂贵，因此以研磨材料成本的降低、由于排液量体积减小而实现的环境负荷的降低或确定与研磨浆料更换相伴的各种条件所需时间的削减等为目的再循环使用是有效的。另一方面，在再循环研磨浆料中，有时由于来自研磨装置或气氛的污染等而混入铁、铝、铜、镍这种微量的杂质金属离子、杂质金属胶体、杂质金属氢氧化物等。在使用包含这些杂质金属离子等的CMP研磨浆料进行了研磨的情况下，存在被杂质金属离子污染这样的问题。另外，由于进入异物而在薄膜表面形成擦痕，产生无法得到足够的表面粗糙度这样的问题。由此，通过上述结构进行研磨浆料的成分的调整、金属离子的检查，由此消除该问题而能够实现高品质的研磨。

需要说明的是，在本发明中，包含适当组合所述各种实施方式和/或实施例中的任意实施方式和/或实施例的情况，能够发挥各个实施方式和/或实施例所具有的效果。

产业上的可利用性

根据本发明的研磨装置，能够高效地进行薄膜表面形成的金属薄膜的去除。因此，能够应用于柔性显示器或可印刷电子产品等。

Claims (6)

1.一种研磨装置，其从上游向下游输送在表面具有金属的片状的被研磨物，并且对所述被研磨物的所述表面的金属进行连续研磨，其中，所述研磨装置具有：

第一研磨单元，其在上游侧进行所述被研磨物的研磨；

第二研磨单元，其在下游侧进行所述被研磨物的研磨；

新液浆料喷嘴，其向所述第二研磨单元供给CMP研磨浆料的新液；

回收机构，其回收在所述第二研磨单元的研磨中使用的所述CMP研磨浆料的旧液；以及

旧液浆料喷嘴，其向所述第一研磨单元供给所回收的所述CMP研磨浆料的旧液。

2.根据权利要求1所述的研磨装置，其中，

所述研磨装置还具有：

浓度测定单元，其测定所回收的所述CMP研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度；以及

浓度调整单元，其将所述CMP研磨浆料的旧液的过氧化氢浓度调整为规定的浓度。

3.根据权利要求2所述的研磨装置，其中，

过氧化氢的所述规定的浓度为0.5wt％以上且0.82wt％以下。

4.根据权利要求3所述的研磨装置，其中，

所述研磨装置还具有：

金属离子测定单元，其测定所回收的所述CMP研磨浆料的旧液中的构成所述金属的金属离子成分；以及

废弃机构，其在所述CMP研磨浆料的旧液的所述金属离子成分超过300g/L的情况下，废弃所回收的所述CMP研磨浆料的旧液。

5.根据权利要求4所述的研磨装置，其中，

所述金属由铜构成。

6.一种研磨方法，其中，

所述研磨方法使用权利要求1～5中的任一项所述的研磨装置进行被研磨物的研磨。