(57)【要約】【課題】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および研磨方法を提供する。【解決手段】研磨装置は、フィルム状の基材表面に被研磨物を形成した部材を連続的に研磨する研磨装置であって、被研磨物に作用するための回転可能な研磨工具と、研磨スラリーを供給するスラリーノズルと、研磨工具を被研磨物に押圧するための研磨ステージと、を備え、研磨ステージの表面には凹凸形状が付与されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム状の基材表面に被研磨物を形成した部材を連続的に研磨する研磨装置であって、
被研磨物に作用するための回転可能な研磨工具と、
研磨スラリーを供給するスラリーノズルと、
前記研磨工具を前記被研磨物に押圧するための研磨ステージと、
を備え、
前記研磨ステージの表面には凹凸形状が付与されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記研磨スラリーの過酸化水素水の濃度が、０．７５ｗｔ％以上かつ３．０ｗｔ％以下である、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記凹凸形状は、１００μｍ以上３００μｍ以下の高低差である、請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記凹凸形状の凸部のエッジには曲率半径２０μｍ以上の丸みを帯びている、請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記凹凸形状は、前記被研磨物の進行方向と垂直な方向にストライプ状に形成されている、請求項３または４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記凹凸形状は、凹部幅が１０ｍｍ以上の幅を有しており、かつ凹凸形状の幅比率（凹部幅／凸部幅）が１．０以上１．５以下の範囲である請求項１から５のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記研磨ステージは、セラミック、ガラス、ステンレスの群から選ばれる少なくとも一種で形成されている、請求項３または４に記載の研磨装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の研磨装置を用いて、被研磨物の研磨を行う研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。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を有する研磨スラリーは、単純な機械的作用のみを有する研磨スラリーと比較すると、研磨スラリー内の化学成分の反応が終了した時点で材料の除去レートが著しく低下するという問題がある。
【０００３】
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のようなフィルム状のものもある。ウエハ状の被研磨物の場合、被研磨物サイズと比較し、より大きな研磨パッドを用いてパッド表面に研磨スラリーを滴下しパッド内にスラリーを含浸させてパッド表面に被研磨物を押しつけることで加工が行われる。その際に発生する研磨くずは、パッド表面に形成された溝形状により外周部に排出される（例えば、特許文献１参照。）。一方、特にフィルム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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０１３３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した連続したフィルム状の被研磨物を研磨する場合、被研磨物よりも小さなパッドで研磨することとなる。その場合、研磨に作用する研磨パッドは被研磨物と接触し続け、パッド内に含浸された研磨スラリーが新しい研磨スラリーと交換されにくくなる。特に、前述したＣＭＰスラリーの場合では化学反応による研磨レートの低下が発生し、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。
【０００６】
本開示は、上記従来の問題点に鑑み、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および研磨方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る研磨装置は、フィルム状の基材表面に被研磨物を形成した部材を連続的に研磨する装置であって、被研磨物に作用するための回転可能な研磨工具と、
研磨スラリーを供給するスラリーノズルと、
前記研磨工具を前記被研磨物に押圧するための研磨ステージと、
を備え、
前記研磨ステージ表面には凹凸形状が付与されている。
【発明の効果】
【０００８】
このような研磨装置によって、高品質かつ高い除去レートの連続研磨を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態１に係る研磨装置の概略模式図である。
【図２】本実施の形態１における過酸化水素濃度と研磨除去レートのグラフである。
【図３】本実施の形態１における研磨ステージ表面の概略模式図である。
【図４】本実施の形態１における連続研磨した際の研磨除去レートの変化のグラフである。
【図５】本実施の形態１における研磨パッド表面に掛かる圧力変化の説明図である。
【図６】本実施の形態１における研磨ステージの表面の凹凸の高低差を変化させた場合の研磨除去レートの変化を示すグラフである。
【図７】本実施の形態１における研磨ステージの表面の凹部幅を変化させた場合の研磨除去レートの変化を示すグラフである。
【図８】本実施の形態１における研磨ステージの表面の凹凸形状の幅比率（凸幅／凹幅）を変化させた場合の研磨除去レートの変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
第１の態様に係る研磨装置は、フィルム状の基材表面に被研磨物を形成した部材を連続的に研磨する研磨装置であって、
被研磨物に作用するための回転可能な研磨工具と、
研磨スラリーを供給するスラリーノズルと、
前記研磨工具を前記被研磨物に押圧するための研磨ステージと、
を備え、
前記研磨ステージの表面には凹凸形状が付与されている。
【００１１】
第２の態様に係る研磨装置は、上記第１の態様において、前記研磨スラリーの過酸化水素水の濃度が、０．７５ｗｔ％以上かつ３．０ｗｔ％以下であってもよい。
【００１２】
第３の態様に係る研磨装置は、上記第１又は第２の態様において、前記凹凸形状は、１００μｍ以上３００μｍ以下の高低差であってもよい。
【００１３】
第４の態様に係る研磨装置は、上記第３の態様において、前記凹凸形状の凸部のエッジには曲率半径２０μｍ以上の丸みを帯びている、請求項３に記載の研磨装置。
【００１４】
第５の態様に係る研磨装置は、上記第３又は第４の態様において、前記凹凸形状は、前記被研磨物の進行方向と垂直な方向にストライプ状に形成されていてもよい。
【００１５】
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、前記凹凸形状は、凹部幅が１０ｍｍ以上の幅を有しており、かつ凹凸形状の幅比率（凹部幅／凸部幅）が１．０以上１．５以下の範囲であってもよい。
【００１６】
第７の態様に係る研磨装置は、上記第３又は第４の態様において、前記研磨ステージは、セラミック、ガラス、ステンレスの群から選ばれる少なくとも一種で形成されていてもよい。
【００１７】
第８の態様に係る研磨方法は、上記第１から第７のいずれかの態様に係る研磨装置を用いて、被研磨物の研磨を行う。
【００１８】
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。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１に係るロールｔｏロール研磨装置１０の概略模式図である。なお、便宜上、フィルム状の基材表面に被研磨物を形成した被研磨部材１の搬送方向をｘ方向とし、鉛直上方をｚ方向とした。
実施の形態１に係るロールｔｏロール研磨装置１０は、フィルム状の基材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研磨装置である。この研磨装置１０は、被研磨物１に作用するための回転可能な研磨工具（研磨ユニット）３１と、研磨スラリーを供給するスラリーノズル２１と、研磨工具３１を被研磨物１に押圧するための研磨ステージ４と、を備える。また、研磨ステージ４の表面には凹凸形状が付与されている。
この研磨装置１０によれば、高品質かつ高い除去レートの連続研磨を実現することができる。
【００２０】
表面に被研磨材料を形成したフィルム状の被研磨部材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と巻き取りロール１２との間には、研磨ステージ４が配置され、被研磨部材１は、研磨ステージ４上を滑りながら搬送される。研磨ステージ４には、研磨パッド３１１とノズル付きの研磨ヘッド３１２とで構成される研磨ユニット３１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。研磨ユニット３１は、フィルム状の被研磨部材１の搬送方向（ｘ方向）に平行な位置に複数セット配置されている。
【００２１】
研磨を行うために準備された研磨スラリーは、スラリー供給タンク２にて過酸化水素水が０．７５ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の濃度に調合された後に、スラリーノズル２１を介して各研磨ユニット３１へ供給される。これは図２に示すようにエッチング作用を付与する加工においては上記濃度範囲であることが研磨除去レートが高くなることから望ましい。
研磨ヘッド３１２の空孔を通して供給された研磨スラリーは、フィルム状の被研磨部材１の表面に滴下される。また同時に研磨ユニット３１は、フィルム状の被研磨部材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の研磨作用により表面の被研磨材料は除去されることになる。研磨に用いられた研磨スラリーは、研磨ステージ４の側面から流れ落ち、回収パン５へ滴下した後、図示されていない回収タンクに回収される。
【００２２】
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。
【００２３】
＜研磨ユニット（研磨工具）＞
研磨ユニット３１は、研磨パッド３１１と、ノズル付きの研磨ヘッド３１２とで構成される。研磨ユニット３１は、ｚ軸を回転軸として回転可能であり、フィルム状の被研磨部材１に作用する。研磨ヘッド３１２の上部にはスラリーノズル２１が設けられている。スラリーノズル２１を介して供給された研磨スラリーは、研磨ヘッド３１２の空孔を通して研磨パッド３１１の下面のフィルム状の被研磨部材１の表面に滴下される。つまり、スラリーノズル２１によって、研磨パッド３１１とフィルム状の被研磨部材１との間に研磨スラリーが供給される。
【００２４】
＜スラリー供給タンク＞
スラリー供給タンク２には、研磨スラリーが保持されている。スラリー供給タンク２において、研磨スラリーは、過酸化水素水が０．７５ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下の濃度に調合される。
【００２５】
＜研磨ステージ＞
図３は、研磨ステージ４の表面形状の模式図である。研磨ステージ４の表面には、エッチングやブラストなどで形成された１００μｍから３００μｍの高低差を有する凹凸形状４１が形成されている。なお、高低差は、凹部のｚ方向の高さと凸部のｚ方向の高さとの差である。
凹凸形状４１は、フィルム状の被研磨部材１の進行方向と垂直な方向（ｙ方向）に、ストライプ状に形成されていると被研磨面の全体が均一に研磨されるため、なお良い。
凹凸形状４１の凸部のエッジは、曲率半径２０μｍ以上の丸みを持っていると、フィルム状の被研磨部材１の裏面を傷つけ難くなるため、なお良い。
研磨ステージ４の材質は、研磨スラリーの反応性を加味し、ガラスやセラミックもしくはステンレス鋼などの材料であれば、なお良い。
【００２６】
図４は、これらの構成でフィルム状の被研磨部材１を連続研磨した結果を示すグラフである。横軸は研磨の経過時間、縦軸は研磨パッド３１１の金属膜の研磨除去レートである。なお比較として研磨ステージ４の表面に凹凸が形成されていない場合も同じグラフ内に示している。研磨ステージ４の表面の凹凸形状無しの場合（▲）では時間経過に伴って、研磨除去レートが低下していることが確認できる。一方で、研磨ステージ４の表面に凹凸形状を付与した場合（□）では、時間経過しても除去レートが大きく低下していないことが確認できる。これは、図５に記載するように研磨ステージ側に凹凸を付与することによって、研磨パッド表面にかかる圧力が変動することにより研磨パッド内に含浸されている使用済みスラリーが積極的に排出されている効果が得られる。一方で従来のパッド側に凹凸が付与されている場合では研磨パッドの表面に掛かる圧力を変動させることができない。
【００２７】
図６は、凹凸形状の高さ方向のデザインを変更した場合の結果を示すグラフである。横軸は凹凸の高低差、縦軸は研磨パッド３１１の金属膜の研磨除去レートである。凹凸の高低差が１００μｍより低い場合、研磨除去レートが低下している。これは、充分な圧力開放ができておらず、押圧状態が継続し、研磨パッド３１１の表面に含浸されたままの研磨スラリーが排出されていないためと想定される。一方で、凹凸の高低差が３００μｍより高い場合でも、研磨除去レートが低下している。これは、研磨パッド３１１と凹部との隙間が大きく生じてしまい、研磨ヘッド３１２の中央部より供給される新しい研磨スラリーが研磨ステージの凹部を通過するものの、研磨パッド３１１に接触することができず、研磨パッド３１１で吸収できていないためと想定される。したがって、研磨ステージ４の表面に形成する凹凸形状の凹凸の高低差は、１００μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。
【００２８】
凹凸形状の凹凸の高低差は、研磨のばらつきを抑制するため、研磨ステージ４の全域にわたって均一であることが好ましい。ただし、研磨パッド３１１の表面に含侵された研磨スラリーを効率的に排出するため、研磨パッド３１１の下部において、凹凸の高低差を変更しても良い。より具体的には、研磨パッド３１１の周縁部に当接する凹凸形状の凹凸の高低差を、研磨パッド３１１の中心部に当接する凹凸形状の凹凸の高低差より低くすることで研磨パッド３１１の表面から排出された研磨スラリーを効率よくパッド外に排出することができる。
【００２９】
図７は、凹凸形状の凹部の幅方向のデザインを変更した場合の結果を示すグラフである。横軸は凹部幅、縦軸は研磨パッド３１１の金属膜の研磨除去レートである。凹部幅が１０ｍｍより低い場合、研磨除去レートが低下している。これは、研磨パッド３１１の押圧状態が開放される時間が短くなってしまい、研磨パッド３１１に含浸されている使用済みスラリーを充分に排出できていないことが原因と想定される。したがって、凹凸形状の凹部幅は、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３０】
図８は、凹形状と凸形状の幅方向の比率について検討した結果を示すグラフである。横軸は凹部幅を凸部幅で割った幅比率、縦軸は研磨パッド３１１の金属膜の研磨除去レートである。幅比率が１．０より低い場合、研磨除去レートが低下している。これは、凸部幅に対して凹部幅が小さくなることで、研磨パッド３１１内に含浸した研磨スラリーが排出される時間が短くなってしまい、十分なスラリー排出および含浸ができていないことに起因する。一方で、幅比率が１．５より高い場合でも、研磨除去レートが低下している。これは、凸部幅に対して凹部幅が大きくなることで、研磨パッド３１１内の使用済みスラリーの排出および含浸がされているにもかかわらず研磨スラリーの作用する凸部幅が狭いため、十分にスラリー内の化学作用を使いきれていないことが要因と考えられる。したがって、凹凸形状の幅比率は１．０以上１．５以下であることが好ましい。
【００３１】
凹凸形状の幅比率は、研磨ステージ４の全域にわたって均一であることが好ましい。ただし、研磨パッド３１１が、例えば円形状であるなど、研磨パッド３１１の中心部を通る被研磨部材１と研磨パッド３１１の端部を通る被研磨部材１とで研磨量に差が出る場合、研磨パッド３１１の下部において、上記範囲内で凹凸形状の幅比率を変更することが好ましい。より具体的には、研磨パッド３１１の周縁部に当接する凹凸形状の幅比率を、研磨パッド３１１の中心部に当接する凹凸形状の幅比率より大きくする。これは研磨パッド３１１の外周部では周速が早いため、幅比率を大きくすることがよりパッド全面で研磨除去レートを安定させることができる。
【００３２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に係る研磨装置によれば、高品質かつ高い除去レートの連続研磨を実現することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１  被研磨部材
１１  巻き出しロール
１２  巻き取りロール
２  スラリー供給タンク
２１  スラリーノズル
２２  スラリー供給管
３１  研磨ユニット
３１１            研磨パッド
３１２            研磨ヘッド
４  研磨ステージ
４１  凹凸形状
５  回収パン
１０  ロールｔｏロール研磨装置（研磨装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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