JP2019166588A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨スラリーを再利用しながら低コストに研磨を行う際に、再利用スラリーの利用回数や環境に依存した研磨レート変化の影響を回避した高品質な研磨装置を提供する。【解決手段】表面に金属を有するシート状の被研磨物を研磨する研磨ユニット３１，３２，３３と、被研磨物に作用させるためのＣＭＰ研磨スラリーの新液を研磨ユニットに供給する新スラリーノズル２３と、被研磨物の研磨状態を検出する検出機構４と、研磨ユニットでの研磨に用いられたＣＭＰ研磨スラリーの旧液を回収する回収機構６，７１と、回収したＣＭＰ研磨スラリーの旧液を含む再利用スラリーを研磨ユニットに供給する再利用スラリーノズル２４と、検出機構にて検出した研磨状態に応じて、新液又は再利用スラリーのいずれを研磨ユニットに供給するかを決定し、決定に応じて、新スラリーノズル又は再利用スラリーノズルからの供給について制御する制御部１４と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨剤を含有する研磨スラリーを用いて連続する被研磨物の表面の金属膜を研磨除去する研磨装置および研磨方法に関する。具体的には、ウェブ状の基材を有した被研磨部材を、研磨スラリーを連続的に供給しながら高速に研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。

従来から、金属や板ガラスなどの研磨においては、例えば、砥粒と呼ばれる粒状の研磨剤と水とを混合した研磨スラリーが用いられている。具体的には、被研磨面（研磨が施される面）に研磨スラリーを供給しつつ研磨パッドなどの研磨手段によって当該被研磨面を押圧しながら磨き上げる。

また、より高速に被研磨面を除去したい場合には、エッチング性能を有する成分を添加した研磨スラリーを用いた研磨が一般的であり、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれている。このような化学的作用と機械的作用を有するスラリーは高価なものが多く、大量に消費すると製品コストを大きく圧迫する。

また、被研磨物を構成する基材には、シリコンやＧａＮなどのウエハ状かつ枚葉なものもあれば、ＰＥＴのようなウェブ状のものもある。特にウェブ状に形成された被研磨物を研磨する場合には、ロールｔｏロール方式でウェブ搬送を行いながら表面を連続的に研磨する方法が必要とされる。この場合、前記ＣＭＰスラリーを連続的に供給するため、コスト面の課題がより顕著になる。コストを抑えるために、被研磨部材の研磨が終わった後、使用した研磨スラリーを回収して再利用する研磨装置が知られている（例えば、「特許文献１」を参照。）。

特開２００３−６８６８４号公報

しかしながら研磨スラリーは、被研磨部材を物理的に研磨するための砥粒はもちろん、被研磨部材に化学変化を与えるための種々の化学成分が添加されており、それらの成分の割合が研磨レートに大きく寄与している。また各成分は、時系列的にその反応を継続しているため、周囲の環境温度、ｐＨ、研磨時間に応じて変化しており、成分割合が安定していない場合が多い。研磨スラリーを再利用するほど、そのような環境影響や化学反応により研磨レートが不安定になり、所定の時間で研磨を完了することができず、研磨不具合により製品品質が劣化する場合がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、研磨スラリーを効率的に再利用しながら、研磨レートを安定に保ち、高品位な研磨を行うことができる研磨装置を提供することを目的としている。

本発明に係る研磨装置は、表面に金属を有するシート状の被研磨物を研磨する研磨ユニットと、
前記被研磨物に作用させるためのＣＭＰ研磨スラリーの新液を前記研磨ユニットに供給する新スラリーノズルと、
前記被研磨物の研磨状態を検出する検出機構と、
前記研磨ユニットでの研磨に用いられた前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を回収する回収機構と、
回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を含む再利用スラリーを前記研磨ユニットに供給する再利用スラリーノズルと、
前記検出機構にて検出した研磨状態に応じて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記研磨ユニットに供給するかを決定し、前記決定に応じて、前記新スラリーノズル又は前記再利用スラリーノズルからの供給について制御する制御部と、
を備える。

本発明に係る研磨装置及び研磨方法によって、環境によって変化する研磨レートの不安定性を回避しながら、高品質な連続研磨を実現することができる。

本実施の形態１に係る研磨装置の概略模式図である。 本実施の形態１のスラリ分析、スラリー調合タンク部分の概略模式図である。 本実施の形態１の変形例におけるスラリ分析、スラリー調合タンク部分の概略模式図である。 本実施の形態１におけるスラリー内成分別研磨レートグラフである。 本実施の形態１における銅厚みの反射率依存性グラフである。 第１研磨ユニットについての研磨量検出結果に基づく供給スラリ判断フローである。 第２研磨ユニットについての研磨量検出結果に基づく供給スラリ判断フローである。 第３研磨ユニットについての研磨量検出結果に基づく供給スラリ判断フローである。 本実施の形態１の変形例における研磨ステージの概略模式図である。 本実施の形態１におけるスラリー内成分の利用回数依存性グラフである。 本実施の形態１におけるスラリー内成分の時間依存性グラフである。

第１の態様に係る研磨装置は、表面に金属を有するシート状の被研磨物を研磨する研磨ユニットと、
前記被研磨物に作用させるためのＣＭＰ研磨スラリーの新液を前記研磨ユニットに供給する新スラリーノズルと、
前記被研磨物の研磨状態を検出する検出機構と、
前記研磨ユニットでの研磨に用いられた前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を回収する回収機構と、
回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を含む再利用スラリーを前記研磨ユニットに供給する再利用スラリーノズルと、
前記検出機構にて検出した研磨状態に応じて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記研磨ユニットに供給するかを決定し、前記決定に応じて、前記新スラリーノズル又は前記再利用スラリーノズルからの供給について制御する制御部と、
を備える。

第２の態様に係る研磨装置は、上記第１の態様において、前記検出機構は、前記被研磨物の反射率に基づいて前記被研磨物の研磨状態を検出してもよい。

第３の態様に係る研磨装置は、上記第２の態様において、前記検出機構は、
前記被研磨物の反射率が所定のしきい値以上の場合には、前記新液を前記研磨ユニットに供給することを決定し、
前記被研磨物の反射率が所定のしきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記研磨ユニットに供給することを決定してもよい。

上記構成によれば、被研磨物の反射率が所定のしきい値以上の場合には、表面に所定の厚さ以上の被研磨材料が存在する研磨状態であり、研磨レートが不安定と判断することができる。また、被研磨物の反射率が所定のしきい値未満の場合には、表面に所定の厚さ未満の被研磨材料しか存在しない研磨状態であり、研磨レートが安定と判断することができる。

第４の態様に係る研磨装置は、上記第１の態様において、前記被研磨物を一方向に沿って搬送する搬送機構をさらに備え、
前記研磨ユニットは、前記被研磨物を搬送する方向に沿って配置された、第１研磨ユニットと、第２研磨ユニットと、を有し、
前記検出機構は、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率に基づいて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記第１研磨ユニットに供給するかを決定し、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率と、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率と、に基づいて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記第２研磨ユニットに供給するかを決定してもよい。

第５の態様に係る研磨装置は、上記第４の態様において、前記検出機構は、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値以上の場合には、前記新液を前記第１研磨ユニットに供給することを決定し、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記第１研磨ユニットに供給することを決定すると共に、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値以上の場合、及び、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第２しきい値以上の場合には、前記新液を前記第２研磨ユニットに供給することを決定し、
前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値未満であって、且つ、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第２しきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記第２研磨ユニットに供給することを決定してもよい。

第６の態様に係る研磨装置は、上記第１から第５のいずれかの態様において、前記回収機構で回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液について、所定の過酸化水素濃度に調整して再利用スラリーとする過酸化水素濃度再調合機構をさらに備えてもよい。

第７の態様に係る研磨装置は、上記第６の態様において、前記過酸化水素濃度再調合機構は、
前記回収機構で回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定ユニットと、
測定された前記酸化還元電位に基づいて前記旧液の過酸化水素濃度を計算し、所定の過酸化水素濃度とするために必要な過酸化水素水の供給量を計算する濃度計算部と、
前記旧液に計算された過酸化水素水を供給して再利用スラリーとするスラリー調合タンクと、
を含んでもよい。

第８の態様に係る研磨方法は、上記第１から第７のいずれかの態様の前記研磨装置を用いて、前記被研磨物の研磨を行う。

以下、実施の形態に係る研磨装置及び研磨方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る研磨装置１０について、図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１におけるロールｔｏロール型の研磨装置１０の概略模式図である。なお、便宜上、シート状の被研磨物１の搬送方向をｘ方向とし、鉛直上方をｚ方向としました。
この研磨装置１０は、研磨ユニット３１、３２、３３と、新スラリーノズル２３と、検出機構４、４１、４２、４３と、回収機構６、７１と、再利用スラリーノズル２４と、制御部１４と、を備える。研磨ユニット３１、３２、３３によって、表面に金属を有するシート状の被研磨物１を研磨する。新スラリーノズル２３によって、被研磨物１に作用させるためのＣＭＰ研磨スラリーの新液Ｓ１０を研磨ユニット３１、３２、３３に供給する。検出機構４によって、被研磨物１の研磨状態を検出する。回収機構６、７１によって、研磨ユニット３１、３２、３３での研磨に用いられたＣＭＰ研磨スラリーの旧液Ｓ１１を回収する。再利用スラリーノズル２４によって、回収したＣＭＰ研磨スラリーの旧液Ｓ１１を含む再利用スラリーＳ２を研磨ユニット３１、３２、３３に供給する。制御部１４によって、検出機構４、４１、４２、４３にて検出した研磨状態に応じて、新液Ｓ１０又は再利用スラリーＳ２のいずれを研磨ユニットに供給するかを決定する。さらに、上記決定に応じて、新スラリーノズル２３又は再利用スラリーノズル２４からの供給について制御する。

実施の形態１に係る研磨装置１０によれば、検出機構４、４１、４２、４３にて検出した研磨状態に応じて、新液Ｓ１０又は再利用スラリーＳ２のいずれを研磨ユニットに供給するかを決定する。さらに、その決定に応じて、新液又は再利用スラリーの供給について制御する。これによって、環境によって変化する研磨レートの不安定性を回避しながら、高品質な連続研磨を実現することができる。

以下に、この研磨装置１０を構成する各部材について説明する。

この研磨装置１０は、表面にウェブ状の基材の表面に被研磨物を形成した被研磨部材１を連続的に研磨する装置である。具体的には、表面に被研磨材料を形成したウェブ状の被研磨部材１は、巻き出しロール１１から供給され、巻き取りロール１２にて回収される。巻き出しロール１１と巻き出しロール１２との間には、研磨ステージ５が配置され、被研磨部材１は、研磨ステージ５上を滑りながら搬送される。前記研磨ステージ５には、研磨パッド３１１とノズル付の研磨ヘッド３１２とで構成される研磨ユニット３１（第１研磨ユニット）が固定されて配置されている。
研磨ヘッド３１２は、中央に空孔３１３が設けられ、上部から供給された研磨スラリーを下方へ流し込むことが可能になっている。前記研磨ユニット３１と同様な構成を持つ研磨ユニット３２（第２研磨ユニット）、研磨ユニット３３（第３研磨ユニット）が、ウェブ状被研磨部材１の搬送方向に平行な位置に配置されている。研磨を行うために準備された新スラリーの新液Ｓ１０は、新スラリー貯蔵タンク２１に貯蔵された後、新スラリーノズル２３を介して各研磨ユニット３１、３２、３３へ供給される。

研磨ユニット３１、３２、３３の空孔３１３、３２３、３３３を通して供給された新スラリーの新液Ｓ１０は、ウェブ状被研磨部材１の表面に滴下される。また同時に研磨ユニット３１、３２、３３は、ウェブ状被研磨部材１の表面に接触し加圧し、表面で回転する。この動作にて研磨パッド３１１、３２１、３３１の研磨作用により、ウェブ状被研磨部材１の表面の被研磨材料は除去されることになる。

＜回収機構＞
研磨に用いられた新スラリーの新液Ｓ１０は、研磨ステージ５の側面から流れ落ち、回収パン６へ滴下した後、回収タンク７１へ旧液Ｓ１１として回収される。この回収パン６と回収タンク７１とによって、研磨に用いられた新スラリーの旧液Ｓ１１を回収する回収機構を構成する。回収された新スラリーの旧液Ｓ１１（旧液）は、その後、スラリー検査タンク７２へ移送される。スラリー検査タンク７２（検査部）では、スラリー内部に含まれる過酸化水素水の濃度と被研磨部材である金属イオンの濃度が測定され、金属イオン濃度が所定の許容値を超えていなければ次のスラリー調合タンク７３へ移送される。金属イオン濃度が許容値を超えていれば、そのまま廃スラリーＳ３として機外へ搬出され廃棄される。スラリー調合タンク７３へ移送された新スラリーの旧液Ｓ１１では、前記スラリー検査タンク７２で計測された過酸化水素水の濃度に基づいて、所定の濃度に達するように過酸化水素水を追加し、再利用スラリーＳ２として再利用スラリー貯蔵タンク２２へ移送される。移送された再利用スラリーＳ２は、前記新スラリーの新液Ｓ１０と同様に、研磨ユニット３１、３２、３３へ供給され、前記ウェブ状の被研磨部材１へ滴下され、前記研磨パッド３１１、３２１、３３１での研磨に用いられ、研磨ステージ５を介して回収パン６へ滴下する。

＜過酸化水素水濃度調整＞
図２は、実施の形態１のスラリ分析、スラリー調合タンク部分の概略模式図である。ここで、スラリー検査タンク７２での過酸化水素水の濃度測定およびスラリー調合タンク７３での濃度調整方法の詳細について図２を用いて説明する。スラリー検査タンク７２には、滴定タンク７２１と、酸化還元電位測定ユニット７２２と、ポンプ７２３およびポンプ７２４が付属している。スラリー検査タンク７２から、研磨に用いられた新スラリーの旧液Ｓ１１が定量取り分けられ、ポンプ７２４を用いて滴定タンク７２１へ移送される。酸化還元電位測定ユニット７２２は、滴定タンク７２１に浸されており、滴定用の試薬をポンプ７２３を介して滴定タンク７２１へ移送され、滴定判断するための酸化還元電位を測定する。

測定された酸化還元電位データは、濃度計算部７２５に格納され、酸化還元電位に基づくスラリー（旧液Ｓ１１）の過酸化水素水濃度を計算する。濃度計算部７２５は、コンピュータ、具体的にはＣＰＵによって実現してもよい。また、残りの新スラリーの旧液Ｓ１１は、次のスラリー調合タンク７３へ移送される。スラリー調合タンク７３には、過酸化水素水を供給するポンプ７３２と、プロペラ７３３が付属している。濃度計算部７２５にて、前記測定された過酸化水素水濃度を基に、目標の濃度に達するまでの必要供給量を計算し、ポンプ７３２を介して過酸化水素水をスラリー調合タンク７３へ移送する。スラリー調合タンク７３では、移送された新スラリーの旧液Ｓ１１と過酸化水素水をプロペラ７３３を回転させ攪拌させる。
なお、上記酸化還元電位測定ユニット７２２と、濃度計算部７２５と、スラリー調合タンク７３と、によって、旧液Ｓ１１について、所定の過酸化水素水濃度に調整して再利用スラリーＳ２とする過酸化水素水濃度再調合機構を構成する。また、この過酸化水素水濃度調合機構は、回収機構の一部として構成してもよい。
回収機構は、回収された旧液Ｓ１１の成分分析、調合手段を有してもよい。例えば、研磨スラリーのうち研磨レートに影響する成分の割合を測定した後、所望の研磨レートを実現するために一又は二以上の成分を添加してもよい。

尚、本実施例では、図１及び図２に示すように、スラリー検査タンク７２とスラリー調合タンク７３とを分けて配置しているが、これに限られない。例えば、攪拌した再利用スラリーＳ２の過酸化水素水濃度を再度測定し、所望の濃度になるまで再調合を繰り返した方が、再利用スラリーＳ２の過酸化水素水濃度を安定に保った研磨レートの安定化が図れる。その場合の構成を図３に示す。図３は、変形例におけるスラリ分析、スラリー調合タンク部分の概略模式図である。図３においては、前記スラリー検査タンク７２はなく、新スラリーの旧液Ｓ１１は、直接にスラリー調合タンク７３に移送されている。スラリー調合タンク７３から、研磨に用いられた新スラリーの旧液Ｓ１１が定量取り分けられ、ポンプ７２４を用いて滴定タンク７２１へ移送される。酸化還元電位測定ユニット７２２は、滴定タンク７２１に浸されており、滴定用の試薬をポンプ７２３を介して滴定タンク７２１へ移送され、滴定判断するための酸化還元電位を測定する。測定された酸化還元電位データは、濃度計算部７２５に格納され、酸化還元電位に基づくスラリーの過酸化水素水濃度を計算する。濃度計算部７２５にて、前記測定された過酸化水素水濃度を基に、目標の濃度に達するまでの必要供給量を計算し、ポンプ７３２を介して過酸化水素水をスラリー調合タンク７３へ移送する。スラリー調合タンク７３では、移送された新スラリの旧液Ｓ１１と過酸化水素水とをプロペラ７３３を回転させて攪拌させる。前記操作を繰り返し、濃度計算部７２５で計算された過酸化水素水濃度が所定の値に達した時点でスラリー調合タンク７３に格納されている再利用スラリーＳ２を再利用スラリー貯蔵タンク２２へ移送する。

図４は、研磨スラリー内に含まれる過酸化水素水の濃度別の研磨レートを示すグラフである。このように、研磨レートは過酸化水素水の濃度に応じて顕著に変化する。具体的には図４に基づいて研磨レートを最大にするため、前記濃度計算部７２５で計算された過酸化水素水濃度が０．５ｗｔ％以上かつ０．８２％以下にするために必要な量の過酸化水素水をスラリー調合タンク７３へ移送する。

図１における各研磨ユニット３１、３２、３３には、前記新スラリーの新液Ｓ１０と再利用スラリーＳ２とのいずれか、もしくは混合して供給されることになる。いずれのスラリーをどのような配分で供給されるかは、後述する制御部１４によって決定される。具体的な供給量は、制御部１４による決定に基づいて、各研磨ユニット３１、３２、３３の上部に取り付けられたバルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３で決定される。これにより、各研磨ユニット３１、３２、３３での研磨状態に応じて各研磨ユニット３１、３２、３３への新液Ｓ１０又は再利用スラリーＳ２の供給量を変化させることができる。

なお、バルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、図１に示すように、新スラリーノズル２３と、再利用スラリーノズル２４と、のそれぞれに各研磨ユニット３１〜３３への分岐手段として接続されている。つまり、バルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、２組ある。新スラリーノズル２３からバルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３によって第１研磨ユニット３１、第２研磨ユニット３２、第３研磨ユニット３３のそれぞれに分岐して新液Ｓ１０を供給できる。また、再利用スラリーノズル２４からバルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３によって第１研磨ユニット３１、第２研磨ユニット３２、第３研磨ユニット３３のそれぞれに分岐して再利用スラリーＳ２を供給できる。この研磨装置１０では、各研磨ユニット３１〜３３に、新液Ｓ１０又は再利用スラリーＳ２を選択的に供給することを特徴としている。なお、新液Ｓ１０又は再利用スラリーＳ２のいずれか一方のみを選択的に供給する場合に限られない。例えば、新スラリーノズル２３に接続されたバルブＰ１から新液Ｓ１０を第１研磨ユニット３１に供給すると同時に、再利用スラリーノズル２４に接続されたバルブＰ１から再利用スラリーＳ２を第１研磨ユニット３１に供給してもよい。

＜検出機構＞
各研磨ユニット３１、３２、３３の研磨状態すなわち研磨レートは、検出センサ４１、４２、４３で研磨後の被研磨物の研磨状態を測定する。ここでは、ウェブ状の被研磨部材１の反射率などを測定する。例えば、反射率が高い場合は被研磨材料が残存しており、まだ十分に研磨が終了していないことを示している。また、透過率が低い場合は被研磨材料が除去されており、ウェブ状態基材の透明性が検知されていることを示している。このような研磨状態をセンサ毎に出力し、結果を研磨状態検出部４へデータ転送する。この検出センサ４１、４２、４３及び研磨状態検出部４によって被研磨部材１の研磨状態を検出する検出機構を構成する。研磨状態検出部４には、制御部１４が設けられている。この制御部１４によって、転送された研磨状態に基づき、各研磨ユニット３１、３２、３３にどの程度の配分で新スラリーの新液Ｓ１０および再利用スラリーＳ２を供給するかを決定し、バルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３を制御する。なお、制御部１４は、研磨状態検出部４とは別に設けられた、汎用コンピュータで構成してもよい。当該制御部１４には、例えば、プロセッサー、メモリなどのハードウェア資源が備えられている。

ここで、前記検出センサ４１、４２、４３にて測定されたウェブ状の被研磨部材１の透過率に応じた研磨ユニット３１、３２、３３へのスラリーの供給方法の詳細について、一例を用いて説明する。図５は、被研磨部材１に形成されている被研磨材料の厚みに応じた反射率を示したグラフであり、被研磨材料は銅である。図５を見ればわかるように、膜厚が一定量以上確保されている場合は、金属単体の反射率が検出されるが、膜厚が一定量を下回ると、金属原子の平面的な密度に応じて反射率が低下する。被研磨材料が完全に除去された場合は、ウェブ状の基材単体の反射率が検出される。

図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、測定された反射率に応じて、新スラリーの新液Ｓ１０、再利用スラリーＳ２のいずれのスラリーを研磨ユニット３１、３２、３３に供給するかを模式的に示した図である。
まず、研磨ユニット３１へ供給するスラリーの種類についての判断は、検出センサ４１で測定された反射率をもって行う。図６Ａに示すように、検出センサ４１で測定された反射率が５０％以上であった場合は、研磨レートが不安定であることを意味している。このため、研磨ユニット３１へは新スラリーの新液Ｓ１０を供給する。反射率が５０％以下であった場合は、研磨レートが安定であることを意味している。このため、再利用スラリーＳ２を供給する。なお、反射率５０％は、検出センサ４１についての第１しきい値である。
次に、研磨ユニット３２へ供給するスラリ−の種類についての判断は、検出センサ４１および４２で測定された反射率をもって行う。図６Ｂに示すように、検出センサ４１で測定された反射率が５０％以上であった場合は、研磨ユニット３１での研磨が研磨レート不安定であり、研磨ユニット３２で挽回が必要である。このため、研磨ユニット３２へは新スラリーの新液Ｓ１０を供給する。また、検出センサ４１で測定された反射率が５０％以下であった場合でも、検出センサ４２で測定された反射率が２５％以上であった場合は、研磨ユニット３２での研磨が研磨レート不安定であることを意味している。このため、新スラリーの新液Ｓ１０を供給する。検出センサ４２で計測された反射率が２５％以下であった場合は、再利用スラリーＳ２を供給する。なお、反射率２５％は、検出センサ４２についての第２しきい値である。
次に、研磨ユニット３３へ供給するスラリーの種類についての判断は、検出センサ４２および４３で測定された反射率をもって行う。図６Ｃに示すように、検出センサ４２で測定された反射率が２５％以上であった場合は、研磨ユニット３２での研磨が研磨レート不安定であり、研磨ユニット３３で挽回が必要である。このため、研磨ユニット３３へは新スラリーの新液Ｓ１０を供給する。また、検出センサ４２で測定された反射率が２５％以下であった場合でも、検出センサ４３で測定された反射率が４％以上であった場合は、研磨ユニット３３での研磨が研磨レート不安定であることを意味している。このため、新スラリーの新液Ｓ１０を供給する。検出センサ４３で計測された反射率が４％以下であった場合は、再利用スラリーＳ２を供給する。なお、反射率４％は、検出センサ４３についての第３しきい値である。

前記ウェブ状の被研磨部材１をのせる研磨ステージ５は、図１では固定式のものを図示しているがこれに限られない。例えば、ステージとウェブの摩擦係数が高く搬送が困難な場合には、図７のように研磨ステージ５をベルト駆動方式とし、搬送ベルト駆動ローラ５１を用いて搬送ベルト５２を回転させながら、ウェブ状態の被研磨部材１を搬送する方式としてもよい。

本実施の形態１によって、再利用スラリーＳ２の研磨レートが不安定な場合でも高品質な研磨が可能になる理由を説明する。

また、図８に過酸化水素水濃度の利用回数別の変化、および図９に、放置時間別の過酸化水素水濃度の変化を示す。図８を見てわかるように、研磨後にスラリー内の過酸化水素水は分解され、再利用するにはかならず元の濃度に戻すために再調合が必要であることがわかる。再調合は、図１に示すスラリー調合タンク７３で行われるが、分解の進行は図９に示すように時系列的にも進む。このため、過酸化水素水濃度の再調合においては、再利用スラリーＳ２の調合時間と供給時間の差を精度よく管理する必要がある。また、上記スラリー内部の過酸化水素水の分解の進行は、周囲温度や、スラリー内の金属イオン濃度にも大きく左右されるため、上記変化する環境下で濃度およびレートを一定に保ちながらスラリーを再利用することが困難である。

それに対し、本実施の形態１では、上記再利用スラリーＳ２の濃度不安定性に起因する研磨の状態を検出センサ４１、４２、４３で適宜モニタリングしながら、研磨状況に応じて、新スラリーの新液Ｓ１０を研磨ユニット３１、３２、３３に供給することが可能である。外的環境の変化によってスラリーの研磨レートが著しく落ちる場合には、バルブＰ１、Ｐ２、Ｐ３をコントロールして供給スラリを再利用スラリーＳ２から新スラリーの新液Ｓ１０に変更し、レートを確保した研磨を継続することができる。

尚、本実施の形態では、スラリー分析タンクによって成分測定を行う材料を過酸化水素水としているが、本実施の形態で分析する成分はこの限りではない。例えば、スラリー内に含まれるアンモニア、有機酸など、研磨レートに寄与するそのほかの成分を測定してもよい。

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。

本発明に係る研磨装置及び研磨方法によれば、環境によって変化する研磨レートの不安定性を回避しながら、高品質な連続研磨を実現可能な研磨装置及び研磨方法を提供できる。

１ ウェブ状被研磨部材
１０ 研磨装置
１１ 巻き出しロール
１２ 巻き取りロール
２１ 新スラリー貯蔵タンク
２２ 再利用スラリー貯蔵タンク
２３ 新スラリーノズル
２４ 再利用スラリーノズル
３１、３２、３３ 研磨ユニット
３１１、３２１、３３１ 研磨パッド
３１２、３２２、３３２ 研磨ヘッド
３１３、３２３、３３３ 空孔
４１、４２、４３ 検出センサ
４ 研磨状態検出部（検出機構）
１４ 制御部
５ 研磨ステージ
５１ 搬送ベルト駆動ローラ
５２ 搬送ベルト
６ 回収パン
７１ 回収タンク
７２ スラリー検査タンク
７２１ 滴定タンク
７２２ 酸化還元電位測定ユニット
７２３、７２４ ポンプ
７２５ 濃度計算部
７３ スラリー調合タンク
７３２ ポンプ
７３３ プロペラ
Ｓ１０ 新スラリーの新液
Ｓ１１ 新スラリーの旧液
Ｓ２ 再利用スラリー
Ｓ３ 廃スラリー

Claims (8)

1. 表面に金属を有するシート状の被研磨物を研磨する研磨ユニットと、
   前記被研磨物に作用させるためのＣＭＰ研磨スラリーの新液を前記研磨ユニットに供給する新スラリーノズルと、
   前記被研磨物の研磨状態を検出する検出機構と、
   前記研磨ユニットでの研磨に用いられた前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を回収する回収機構と、
   回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液を含む再利用スラリーを前記研磨ユニットに供給する再利用スラリーノズルと、
   前記検出機構にて検出した研磨状態に応じて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記研磨ユニットに供給するかを決定し、前記決定に応じて、前記新スラリーノズル又は前記再利用スラリーノズルからの供給について制御する制御部と、
   を備える、研磨装置。
2. 前記検出機構は、前記被研磨物の反射率に基づいて前記被研磨物の研磨状態を検出する、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記検出機構は、
   前記被研磨物の反射率が所定のしきい値以上の場合には、前記新液を前記研磨ユニットに供給することを決定し、
   前記被研磨物の反射率が所定のしきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記研磨ユニットに供給することを決定する、請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記被研磨物を一方向に沿って搬送する搬送機構をさらに備え、
   前記研磨ユニットは、前記被研磨物を搬送する方向に沿って配置された、第１研磨ユニットと、第２研磨ユニットと、を有し、
   前記検出機構は、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率に基づいて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記第１研磨ユニットに供給するかを決定し、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率と、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率と、に基づいて、前記新液又は前記再利用スラリーのいずれを前記第２研磨ユニットに供給するかを決定する、請求項１に記載の研磨装置。
5. 前記検出機構は、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値以上の場合には、前記新液を前記第１研磨ユニットに供給することを決定し、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記第１研磨ユニットに供給することを決定すると共に、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値以上の場合、及び、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第２しきい値以上の場合には、前記新液を前記第２研磨ユニットに供給することを決定し、
   前記第１研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第１しきい値未満であって、且つ、前記第２研磨ユニットによる研磨後の前記被研磨物の反射率が所定の第２しきい値未満の場合には、前記再利用スラリーを前記第２研磨ユニットに供給することを決定する、請求項４に記載の研磨装置。
6. 前記回収機構で回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液について、所定の過酸化水素濃度に調整して再利用スラリーとする過酸化水素濃度再調合機構をさらに備えた、請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨装置。
7. 前記過酸化水素濃度再調合機構は、
   前記回収機構で回収した前記ＣＭＰ研磨スラリーの旧液の酸化還元電位を測定する酸化還元電位測定ユニットと、
   測定された前記酸化還元電位に基づいて前記旧液の過酸化水素濃度を計算し、所定の過酸化水素濃度とするために必要な過酸化水素水の供給量を計算する濃度計算部と、
   前記旧液に計算された過酸化水素水を供給して再利用スラリーとするスラリー調合タンクと、
   を含む、請求項６に記載の研磨装置。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の前記研磨装置を用いて、前記被研磨物の研磨を行う研磨方法。

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