JP2009255235A - Polishing apparatus - Google Patents
Polishing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009255235A JP2009255235A JP2008108179A JP2008108179A JP2009255235A JP 2009255235 A JP2009255235 A JP 2009255235A JP 2008108179 A JP2008108179 A JP 2008108179A JP 2008108179 A JP2008108179 A JP 2008108179A JP 2009255235 A JP2009255235 A JP 2009255235A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- pressure
- air
- wafer
- air pressure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 226
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 38
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 abstract description 81
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 abstract description 41
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 36
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 21
- 230000004044 response Effects 0.000 description 13
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 9
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 8
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000003584 silencer Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 244000145845 chattering Species 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体ウェハやガラス基板等の基板を研磨する研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus for polishing a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate.
基板表面を研磨する研磨装置としてCMP装置が例示される。CMP装置は、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により基板表面を超精密に研磨加工する技術として、半導体ウェハやガラス基板等の基板の研磨加工に広く利用されている。このような研磨装置では、チャックに保持された基板に研磨ヘッドに装着された研磨パッドを所定圧力(研磨圧力)で押圧させて相対回転させ、基板と研磨パッドとの当接部に研磨内容に応じたスラリー(Slurry)を供給して化学的・機械的な研磨作用を生じさせることにより、基板表面を平坦に研磨加工する(例えば、特許文献1を参照)。
しかしながら、基板表面をより平坦に研磨加工するために、研磨圧力の制御精度を向上させる必要があった。 However, in order to polish the substrate surface more flatly, it is necessary to improve the control accuracy of the polishing pressure.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨圧力の制御精度を向上させた研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a polishing apparatus with improved control accuracy of polishing pressure.
このような目的達成のため、本発明に係る研磨装置は、基板を研磨する研磨工具と、空気圧源から供給される空気の圧力を利用して前記研磨工具を前記基板に押圧させるアクチュエータとを備え、前記アクチュエータを用いて前記研磨工具を前記基板に押圧させた状態で、前記研磨工具を前記基板に対して相対移動させることにより前記基板を研磨するように構成された研磨装置において、前記空気圧源と前記アクチュエータとを繋ぐ管路に設けられ、前記空気圧源から前記アクチュエータに供給される空気の圧力を制御する電空レギュレータを備え、前記電空レギュレータは、前記空気の圧力を正圧および負圧の範囲で制御可能であり、前記空気の圧力を減圧する際に前記電空レギュレータと前記アクチュエータとを繋ぐ管路内の空気を強制排気するベンチュリ管を有して構成される。 In order to achieve such an object, a polishing apparatus according to the present invention includes a polishing tool for polishing a substrate, and an actuator for pressing the polishing tool against the substrate using the pressure of air supplied from an air pressure source. In the polishing apparatus configured to polish the substrate by moving the polishing tool relative to the substrate in a state where the polishing tool is pressed against the substrate using the actuator, the air pressure source And an electropneumatic regulator that controls the pressure of air supplied from the air pressure source to the actuator, and the electropneumatic regulator converts the pressure of the air to positive pressure and negative pressure. The air in the pipeline connecting the electropneumatic regulator and the actuator is strengthened when the pressure of the air is reduced. Configured with a Venturi tube for exhausting.
本発明によれば、研磨圧力の制御精度を向上させることができる。 According to the present invention, the control accuracy of the polishing pressure can be improved.
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨方法が用いられる研磨装置の一例としてCMP装置(化学的機械的研磨装置)を図1に示しており、まずこの図を参照して研磨装置PMの全体構成から概要説明する。研磨装置PMは、大別的には、半導体ウェハ(以下、ウェハWと称する)の搬入・搬出を行うカセットインデックス部1、研磨加工を行う研磨加工部2、研磨加工が終了したウェハWの洗浄を行う基板洗浄部3、及び研磨装置内でウェハWの搬送を行う搬送装置4(第1搬送ロボット41、第2搬送ロボット42)などからなり、各部はそれぞれ自動開閉式のシャッタで仕切られてクリーンチャンバが構成される。研磨装置PMの作動は、図示省略する制御装置により制御される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. A CMP apparatus (chemical mechanical polishing apparatus) is shown in FIG. 1 as an example of a polishing apparatus in which the polishing method according to the present invention is used. First, the overall configuration of the polishing apparatus PM will be outlined with reference to this drawing. The polishing apparatus PM is roughly classified into a
カセットインデックス部1には、それぞれ複数枚のウェハWを保持したカセット(キャリアとも称される)C1〜C4を載置するウェハ載置テーブル12が設けられ、ウェハ載置テーブル12の前方に第1搬送ロボット41が配設されている。第1搬送ロボット41は多関節アーム型のロボットであり、床面に設けられたリニアガイドに沿って移動自在な基台の上部に水平旋回及び昇降作動自在な旋回台が設けられ、この旋回台に取り付けられた多関節アームを伸縮させて、アーム先端部のウェハチャックでウェハWの外周縁部を把持可能になっている。第1搬送ロボット41によりセンドカセットC1,C2から取り出された研磨加工前の未加工ウェハWは、基板洗浄部3内に設けられた未加工ウェハを搬送するための通路内で研磨加工部2の第2搬送ロボット42に受け渡される。
The
研磨加工部2は、90度ごとに回動送りされる円形のインデックステーブル20を中心として4つのエリアに区分されており、未加工ウェハの搬入及び加工済ウェハの搬出を行う搬送ステージS0と、ウェハ表面の研磨加工を行う第1研磨ステージS1、第2研磨ステージS2、第3研磨ステージS3とから構成される。インデックステーブル20は、これら4つのステージに対応して4分割されている。
The
搬送ステージS0には、第2搬送ロボット42が設けられている。第2搬送ロボット42により研磨加工部2に搬入されたウェハWは、搬送ステージS0に位置決めされたウェハチャック200に載置されて吸着保持される。
The transfer stage S 0, the
第1研磨ステージS1、第2研磨ステージS2、第3研磨ステージS3には、それぞれウェハチャック200に吸着保持されたウェハWの表面を研磨する表面研磨機構22と、研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッシング機構23とが設けられている。
In the first polishing stage S 1 , the second polishing stage S 2 , and the third polishing stage S 3 , a
表面研磨機構22は、図2に概要構成を示すように、研磨パッド220と、研磨パッドの研磨面220sを下向きの水平姿勢で保持し回転させる研磨ヘッド222、研磨ヘッドを水平揺動及び昇降作動させる研磨アーム223、及びウェハ表面を上向きの水平姿勢で回転させる上記ウェハチャック200などからなり、各ステージで行われるプロセス内容に応じた加工条件でウェハ表面が研磨加工される。なお、研磨パッド220の直径は、研磨対象であるウェハWの直径よりも小さく設定されている。
As shown in FIG. 2, the
表面研磨機構22によるウェハ表面の研磨加工は、研磨アーム223を水平揺動させて研磨ヘッド222をウェハチャックの上方に位置させた状態で、研磨ヘッド222を回転させながら下降させ、ウェハチャック200に吸着保持されて回転されるウェハWの表面(被研磨面Ws)に研磨パッド220の研磨面220sを所定圧力(研磨圧力)で押圧させ、研磨ヘッドの中心部からスラリーを供給しながら研磨アーム223を揺動させることで行われ、ウェハWの表面全体が平坦に研磨加工される。
The wafer surface is polished by the
なお、研磨ヘッド222の内部には、図4に示すように、空気圧を利用して研磨パッド220を下向きに加圧する、いわゆるエアバッグ式のパッド加圧機構224が設けられており、研磨パッド220の研磨面220sをウェハWの被研磨面Wsに当接させた状態で、研磨ヘッド222の内部に供給される空気の圧力を制御することにより、研磨パッド220の押圧力、すなわち研磨圧力を制御可能になっている。このパッド加圧機構224は、研磨ヘッド222の上端に連結されたスピンドル225および後述の各管路を介して空気圧源Aと繋がるようになっている。なお、研磨圧力を制御する際のヒステリシスを低減させるため、研磨パッド220と研磨ヘッド222とを繋ぐドライブリング(図示せず)のバネ定数を小さくすることが好ましく、また、研磨ヘッド222内の配管として軟質チューブを用いることが好ましい。また研磨ヘッド222には、中心を貫通して円環状の研磨パッド220の中心部にスラリーを供給するスラリー供給構造が設けられており、研磨加工時には、スラリー供給装置から加工目的に応じたスラリーが供給されるようになっている。
In addition, as shown in FIG. 4, a so-called airbag-type
また、各研磨機構22で用いられる研磨パッド220は、層間絶縁膜CMP、メタルCMP等の加工プロセス、回路パターンの微細度、第1次研磨(粗研磨)〜第3次研磨(仕上げ研磨)等の加工段階などに応じて、適宜なパッドが選択して装着される。また研磨アーム223の先端部には、研磨加工中のウェハWの研磨状態を光学的に検出する終点検出器が取り付けられており、研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出され研磨加工の終点をフィードバック制御可能になっている。
The
ドレッシング機構23は、図2に示すように、ドレッシング工具230と、ドレッシング工具230を上向きの水平姿勢で昇降可能に支持する支持機構と、ドレッシング工具230を上向きの水平姿勢で回転させる回転機構とを備えて構成され、研磨アーム223を揺動させて研磨ヘッド222をドレッシング工具230上に移動させ、支持機構および回転機構によりドレッシング工具230を回転させながら上昇させてドレッシング面230sを相対回転する研磨パッド220の研磨面220sに当接させ、詳細図示省略するノズルからドレッシング加工部に純水(洗浄水)を供給して研削屑等を洗い流し、研磨面220sをドレッシングするように構成される。
As shown in FIG. 2, the
インデックステーブル20は、図1に示すように、第1〜第3研磨ステージS1、S2、S3における研磨加工が終了すると90度回動送りされ、ウェハチャック200に吸着保持されたウェハWが、搬送ステージS0から順次第1研磨ステージS1→第2研磨ステージS2→第3研磨ステージS3に送られて各研磨ステージでCMP加工され、第3研磨ステージS3での研磨加工が終了したウェハWが搬送ステージS0に送り出される。搬送ステージS0に送り出されて、吸着保持が解除された加工済ウェハWは、第2搬送ロボット42によって研磨加工部2から基板洗浄部3に搬送される。
As shown in FIG. 1, the index table 20 is rotated 90 degrees when the polishing process in the first to third polishing stages S 1 , S 2 , S 3 is completed, and is held by the
基板洗浄部3は、第1洗浄室31、第2洗浄室32、第3洗浄室33及び乾燥室34の4室構成からなり、表裏両面の研磨加工が終了して第2搬送ロボット42により搬入された加工済ウェハWが、第1洗浄室31→第2洗浄室32→第3洗浄室33→乾燥室34に順次送られて研磨加工部2で付着したスラリーや研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。各洗浄室における洗浄方法は種々の構成例があるが、例えば、第1洗浄室31では回転ブラシによる両面洗浄、第2洗浄室32では超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第3洗浄室33では純水によるスピナー洗浄、乾燥室34では窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。なお、第1洗浄室31の下方には、未加工ウェハWを搬送するための通路が設置されている。
The
基板洗浄部3で洗浄された加工済ウェハWは、第1搬送ロボット41により基板洗浄部から取り出され、ウェハ載置テーブル12上に載置されたレシーブカセットC3,C4の所定スロット、またはセンドカセットC1,C2の空きスロットに収容される。
The processed wafer W cleaned by the
次に、以上のように構成される研磨装置PMを用いた半導体ウェハWの研磨方法について、図3を追加参照しながら説明する。ここで、図3は、カセットインデックス部1のセンドカセットC1に収容された未加工ウェハが、研磨加工部2で順次研磨処理され、基板洗浄部3で洗浄処理され、カセットインデックス部1のレシーブカセットC4に収納されるまでのウェハの流れを点線と矢印を付して示したものである。なお、研磨装置PMの作動は制御装置(図示せず)によって制御され、制御装置は予め設定された制御プログラムに基づいて各部の作動制御を行う。
Next, a method for polishing the semiconductor wafer W using the polishing apparatus PM configured as described above will be described with reference to FIG. Here, FIG. 3 shows that the unprocessed wafers accommodated in the send cassette C 1 of the
研磨装置PMで研磨加工プログラムがスタートされると、第1搬送ロボット41がセンドカセットC1の位置に移動し、旋回台を水平旋回及び昇降作動させるとともに多関節アームを伸長作動させてウェハチャックでスロット内の未加工ウェハWを取り出し、旋回台を180度旋回作動させて第1洗浄室31の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部2側の第2搬送ロボット42に未加工ウェハWを受け渡す。
When the polishing processing program is started by the polishing apparatus PM, the
第1搬送ロボット41から未加工ウェハWを受け取った第2搬送ロボット42は、未加工ウェハWを研磨加工部2に搬入する。そして未加工ウェハWは、第2搬送ロボット42により表面研磨機構22に搬送され、搬送ステージS0に位置決め停止されたインデックステーブル20のウェハチャック200上に載置される。ウェハWが載置されると、ウェハチャック200がウェハWの裏面を真空吸着して保持し、第2搬送ロボット42は退避する。
The
表面研磨機構22の第1研磨ステージS1〜第3研磨ステージS3において研磨加工が開始される。このような3段階の研磨ステージにおいて行われるウェハ表面の研磨加工については、既に公知であるため(例えば、本出願人による特開2002−93759号公報)、本明細書においては詳細説明を省略し、以下簡潔に説明する。
Polishing is started in the first polishing stage S 1 to the third polishing stage S 3 of the
第2搬送ロボット42が退避すると、インデックステーブル20が時計回りに90度回動されてウェハチャック200に吸着保持されたウェハWが第1研磨ステージS1に位置決めされ、同時に研磨アーム223が揺動されて研磨ヘッド222がウェハW上に移動する。そして研磨ヘッド222とウェハチャック200とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド222が下降し、研磨パッド220(研磨面220s)をウェハ表面(被研磨面Ws)に押圧させて第1次研磨加工を行う。研磨加工中には研磨ヘッド222の軸心からスラリーを供給しながら研磨パッド220がウェハWの回転中心と外周端部との間を往復動するように研磨アーム223を揺動作動させ、ウェハ表面を均一に平坦研磨する。
When the
第1次研磨加工が終了すると、制御装置はインデックステーブル20を時計回りにさらに90度回動させ、第1次研磨加工が終了したウェハWを第2研磨ステージS2に、搬送ステージS0で待機されたウェハWを第1研磨ステージS1に位置決めする。そして、第1及び第2研磨ステージでそれぞれ研磨ヘッド222を下降させて、第1次研磨加工と第2次研磨加工とを同時に並行して行う。
When the first polishing process is completed, the control device further rotates the index table 20 90 degrees clockwise, and the wafer W after the first polishing process is moved to the second polishing stage S 2 and the transfer stage S 0 . positioning the standby wafer W in the first polishing stage S 1. Then, the polishing
第2次研磨加工が終了すると、制御装置は第1次研磨加工が終了したか否かを確認し、第1次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル20を時計回りにさらに90度回動させて、第2次研磨加工が終了したウェハWを第3研磨ステージS3に、第1次研磨加工が終了したウェハWを第2研磨ステージS2に、搬送ステージで待機されたウェハWを第1研磨ステージS1に位置決めし、それぞれ研磨ヘッド222を下降させて、第1,第2,第3次研磨加工を同時並行して行わせる。
When the second polishing process is finished, the control device checks whether or not the first polishing process is finished, and when the first polishing process is finished, the control unit further turns the index table 20 90 degrees clockwise. The wafer W that has been rotated and rotated is transferred to the third polishing stage S 3 , and the wafer W that has been subjected to the first polishing process is moved to the second polishing stage S 2 on the transfer stage. W is positioned in the first polishing stage S 1, lowers the polishing
第3次研磨加工が終了すると、制御装置は第1次研磨加工及び第2次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル20を時計回りにさらに90度回動させて、第3次研磨加工が終了したウェハWを搬送ステージS0に、他のステージに位置したウェハWも前述同様に各1段ずつ移動させて位置決めする。 When the third polishing process is completed, the control device checks whether or not the first polishing process and the second polishing process have been completed. further by 90 degrees rotation around the conveying stage S 0 the wafer W third polishing is completed, also positioned by moving by the one stage in the same manner as described above the wafer W positioned at other stages.
インデックステーブル20が位置決め停止され、第1〜第3研磨ステージを経て表面研磨が終了したウェハWが搬送ステージS0に位置決めされると、第2搬送ロボット42がウェハチャック200上で真空吸着が解除された加工済ウェハWの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイドに沿って水平移動して基板洗浄部3に搬送する。また加工済ウェハWの搬送後に第1搬送ロボット41から未加工ウェハWを受け取って研磨加工部2に搬入する。
When the positioning of the index table 20 is stopped and the wafer W that has undergone surface polishing through the first to third polishing stages is positioned on the transfer stage S 0 , the
基板洗浄部3に加工済ウェハWが搬送されると、基板洗浄部3では、第1洗浄室31で回転ブラシによる両面洗浄、第2洗浄室32で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第3洗浄室33で純水によるスピナー洗浄、乾燥室34で窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄された完成品ウェハWは、カセットインデックス部1の第1搬送ロボット41によって基板洗浄部3から取り出され、レシーブカセットC4の指定スロットに収納される。
When the processed wafer W is transferred to the
以上の作動が順次繰り返して行われ、第1枚目のウェハWの研磨加工完了後はインデックステーブル20の回動間隔ごとに、表面が平坦に研磨されたウェハWがカセットC4に収納される。インデックステーブル20の回動間隔は、3つのステージに分割された研磨加工時間によって規定され、例えば第1次研磨加工の時間間隔ごとに完成ウェハWが連続生産される。また、ドレッシング機構23によるドレッシングが各研磨ステージにおいて各研磨加工の行われる前に(すなわち、各研磨加工が行われる前のタイミングで)毎回行われ、研磨パッド表面(研磨面220s)の目詰まりが修正されて平坦度が確保される。
The above operations are sequentially repeated, and after the polishing of the first wafer W is completed, the wafer W whose surface is polished flat is stored in the cassette C 4 at every rotation interval of the index table 20. . The rotation interval of the index table 20 is defined by the polishing time divided into three stages. For example, the finished wafer W is continuously produced at every time interval of the first polishing process. Further, dressing by the
上述のようにして、カセットインデックス部1のセンドカセットC1に収容された未加工ウェハWが、研磨加工部2で順次研磨処理され、基板洗浄部3で洗浄処理され、完成ウェハ(加工済ウェハ)WとしてレシーブカセットC4に収納される。ところで、いわゆるLow−K材(低誘電率材料)を使用した配線層の研磨において、配線層で生ずるディッシングやエロージョン等の対応として、研磨パッドの硬質化の他、研磨圧力の低圧化が必要である。また、ガラス基板等のスムージング研磨(圧力面転写研磨)における加工面の傷の抑制についても同様である。よって、研磨圧力を低圧領域において適切に制御することができれば、上述のような欠陥の発生を抑制することができ、ウェハ等の基板表面をより平坦に研磨加工することができる。
As described above, the unprocessed wafers W accommodated in the send cassette C 1 of the
そこで、本実施形態の研磨装置PMにおける圧力空気の供給システムについて、図4を参照しながら以下に説明する。この供給システムは、空気圧源Aと繋がってドレッシング機構23のエアシリンダ231および研磨ヘッド222内のパッド加圧機構224に空気を供給する電空用管路50と、空気圧源Aと繋がって研磨ヘッド222内のパッド加圧機構224に空気を供給するロック用管路70と、空気圧源Aと繋がって後述のベンチュリ管62に空気を供給するベンチュリ用管路75と、空気圧源Aと繋がってドレッシング機構23にエアパージ用の空気を供給するエアパージ用管路80とを有して構成される。なお、エアシリンダ231は、ドレッシング機構23の支持機構を構成する。
Therefore, a pressurized air supply system in the polishing apparatus PM of the present embodiment will be described below with reference to FIG. This supply system is connected to the air pressure source A and connected to the air pressure source A to the
上流側が空気圧源Aと繋がる電空用管路50には、電空用管路50内の空気圧を減圧する第1レギュレータ51が設けられ、電空用管路50の下流側は、第1研磨ステージS1〜第3研磨ステージS3へそれぞれ空気を供給するため3方向に分岐するとともに、各研磨ステージS1〜S3において、スピンドル225を介して研磨ヘッド222内のパッド加圧機構224に繋がる研磨ヘッド用管路60と、ドレッシング機構23のエアシリンダ231に繋がるドレッシング用管路55とに分岐するようになっている。
The
研磨ヘッド用管路60には、上流側から順に、第1電空レギュレータ61と、切替バルブ67と、開閉バルブ68とが配設される。また、第1電空レギュレータ61と開閉バルブ68との間の管路には、当該管路内の空気圧を検出して第1電空レギュレータ61に出力する第1圧力センサ65と、当該管路内の空気圧を予備的に検出する第2圧力センサ66とが配設されている。
A
第1電空レギュレータ61は、制御装置(図示せず)からの空気圧制御信号を受けて研磨ヘッド用管路60内の空気圧を所定の空気圧に制御する。これにより、研磨ヘッド用管路60から研磨ヘッド222の内部に供給される空気の圧力を制御することができ、研磨パッド220の押圧力、すなわち研磨圧力を制御することが可能になる。なおこのとき、制御装置はデジタル信号処理によるPID制御を行う。また、第1電空レギュレータ61は、空気圧を正圧および負圧の範囲で制御可能な連成圧対応であり、ベンチュリ管62を有している。
The
ベンチュリ管62は、中央が細くくびれた管であり、当該くびれ部分に第1電空レギュレータ61の排気ポートが接続される。また、ベンチュリ管62の上流側にはベンチュリ用管路75が接続されるとともに、下流側はサイレンサ69を介して開放されている。そして、第1電空レギュレータ61により研磨ヘッド用管路60(研磨ヘッド222)内の空気圧を減圧する際、ベンチュリ用管路75から供給される空気がベンチュリ管62のくびれ部分を通過するときに生じる負圧を利用して、第1電空レギュレータ61と研磨ヘッド222の内部(パッド加圧機構224)とを繋ぐ管路内の空気を第1電空レギュレータ61の排気ポートから強制排気する。
The
なお、第1電空レギュレータ61は、フルスパンで0.05%以下の分解能を有し、さらに、入力信号だけで1kPa以下を制御可能な分解能を有していることが好ましい。また、第1電空レギュレータ61の電流圧力変換部には、摩擦や衝撃のない完全フローティング型フォースモータ(リニアモータ)を用いることが好ましい。
The
また、PID制御で用いる空気圧の検出信号を第1電空レギュレータ61に入力する第1圧力センサ65は、第1電空レギュレータ61による圧力制御範囲と同等の圧力検出範囲を有し、空気圧を正圧および負圧の範囲で検出可能な連成圧対応となっている。また、第1圧力センサ65は、負圧領域でもリニアリティ精度が確保され、フルスパンでの検出誤差が0.1%以下であることが好ましい。また、第1圧力センサ65の応答速度は、1msec以下であることが好ましい。
In addition, the
切替バルブ67は、制御装置から研磨ヘッド用管路60側に切り替える切替信号が入力されると、研磨ヘッド用管路60を研磨ヘッド222に接続し、第1電空レギュレータ61によって得られた所定の空気圧を有する空気を研磨ヘッド222の内部に供給する。一方、制御装置からロック用管路70側に切り替える切替信号が入力されると、ロック用管路70を研磨ヘッド222に接続し、ロック用管路70からの空気を研磨ヘッド222の内部に供給する。なお、パッド加圧機構224を作動させる場合には、研磨ヘッド用管路60を研磨ヘッド222に接続し、パッド加圧機構224の作動を停止してロックする場合は、ロック用管路70を研磨ヘッド222に接続する。
When a switching signal for switching to the polishing
開閉バルブ68は、第1電空レギュレータ61の上流側から分岐して供給される空気の圧力を受けて、常には研磨ヘッド用管路60を開放する。一方、制御装置から所定の駆動信号が入力されると、開閉バルブ68は、研磨ヘッド用管路60を閉鎖するとともに、研磨ヘッド222の内部を大気圧に開放し、研磨ヘッド222内の加圧空気を外部に排出するようになっている。これにより、研磨パッド220(およびパッド加圧機構224等)の初期荷重(押圧力)を大気圧状態で再現性よく計測することができるため、研磨圧力の制御精度をより向上させることができる。また、開閉バルブ68の排気ポートには、空気の排出音を抑えるサイレンサ69が取り付けられている。
The open /
ドレッシング用管路55には、上流側から順に、第2電空レギュレータ56と、スピードコントローラ59とが配設される。また、第2電空レギュレータ56とスピードコントローラ59との間の管路には、当該管路内の空気圧を検出して第2電空レギュレータ56に出力する第3圧力センサ57と、当該管路内の空気圧を予備的に検出する第4圧力センサ58とが配設されている。
A
第2電空レギュレータ56は、制御装置(図示せず)からの空気圧制御信号を受けてドレッシング用管路55内の空気圧を所定の空気圧に制御する。これにより、ドレッシング用管路55からエアシリンダ231に供給される空気の圧力を制御することができ、エアシリンダ231によるドレッシング工具230の昇降作動を制御することが可能になる。なお、第2電空レギュレータ56は、空気圧を正圧および負圧の範囲で制御可能な連成圧対応であり、第2電空レギュレータ56のみの制御によってエアシリンダ231によるドレッシング工具230の昇降作動を切り替えることができる。また、スピードコントローラ59は、ドレッシング用管路55内を流れる空気の流量を所定の流量に調節する。
The
上流側が空気圧源Aと繋がるロック用管路70には、ロック用管路70内の空気圧を減圧する第2レギュレータ71と、第2レギュレータ71によって減圧されたロック用管路70内の空気圧を検出する第5圧力センサ72とが設けられ、ロック用管路70の下流側は、研磨ヘッド用管路60の切替バルブ67に繋がる。なお、第2レギュレータ71によって得られるロック用管路70内の空気圧は、パッド加圧機構224の作動を停止してロックするのに十分な(比較的高圧の)空気圧に設定される。
In the
上流側が空気圧源Aと繋がるベンチュリ用管路75には、ベンチュリ用管路75内の空気圧を減圧する第3レギュレータ76が設けられ、ベンチュリ用管路75の下流側は、研磨ヘッド用管路60のベンチュリ管62に繋がる。また、上流側が空気圧源Aと繋がるエアパージ用管路80には、エアパージ用管路80内の空気圧を減圧する第4レギュレータ81が設けられ、エアパージ用管路80の下流側は、ドレッシング機構23に設けられたエアパージ用のノズル(図示せず)に繋がる。
The
このような研磨装置PMにおける圧力空気の供給システムにおいて、研磨加工を行うときには、パッド加圧機構224を作動させるため、切替バルブ67が研磨ヘッド用管路60を研磨ヘッド222に接続する。このとき、第1電空レギュレータ61は、制御装置(図示せず)からの空気圧制御信号を受けて研磨ヘッド用管路60内の空気圧を所定の空気圧に制御し、第1電空レギュレータ61によって得られた所定の空気圧を有する空気が研磨ヘッド222の内部(パッド加圧機構224)に供給されることになる。なお、パッド加圧機構224の作動を停止してロックする場合には、切替バルブ67がロック用管路70を研磨ヘッド222に接続し、ロック用管路70からの空気が研磨ヘッド222の内部に供給される。
In such a pressurized air supply system in the polishing apparatus PM, when performing polishing, the switching
ところで、制御系の応答性は、ある伝達関数をもつ要素(系の性質)への入力に対する応答速度という形で評価される。制御系の応答性は、入力の立上げ時と立下げ時とで性質が異なる。例えば、本実施形態における圧力空気の供給システムにおいて、第1レギュレータ51によって得られる1次側圧力(ゲージ圧)を300kPa、第1電空レギュレータ61によって得られる2次側圧力(ゲージ圧)を20kPaに設定した場合、空気圧(研磨圧力)を上げるときには、1次側圧力と2次側圧力との圧力差は(300−20=)280kPaであり、第1電空レギュレータ61の前後で280kPaの圧力勾配が確保されて多くの空気が流れるため、応答速度が速い。一方、20kPaから大気圧(0kPa)に空気圧(研磨圧力)を下げる場合には、基準圧力が大気圧であるため20kPaの圧力勾配しかなく、排気速度が遅くなって、応答速度が遅くなる。
By the way, the responsiveness of the control system is evaluated in the form of a response speed to an input to an element (system property) having a certain transfer function. The response of the control system is different between when the input is raised and when it is lowered. For example, in the pressurized air supply system according to this embodiment, the primary pressure (gauge pressure) obtained by the
そこで、連成圧対応の第1電空レギュレータ61の排気ポートに、第1電空レギュレータ61と研磨ヘッド222内のパッド加圧機構224とを繋ぐ管路内の空気を強制排気するためのベンチュリ管62を接続し、ベンチュリ用管路75から供給される空気がベンチュリ管62のくびれ部分を通過するときに生じる負圧を利用して圧力勾配を上げ、排気流量を確保するようにすれば、空気圧(研磨圧力)を減圧する場合の応答速度を向上させることができる。このように、本実施形態によれば、空気圧(研磨圧力)を減圧する場合の応答速度を向上させることができるため、制御系の応答性が向上し、研磨圧力の制御精度を向上させることが可能になる。このとき、ベンチュリ管62は、空気圧源Aから供給される空気を利用して、第1電空レギュレータ61と研磨ヘッド222(パッド加圧機構224)とを繋ぐ管路内の空気を強制排気することが好ましく、このようにすれば、別途空気圧源を設ける必要がなく、装置の大型化を最小限に抑えることができる。
Therefore, a venturi for forcibly exhausting air in the pipe line connecting the
なお、系の応答性を無視して制御側ゲインを上げると、フィードバック制御(PID制御)時の制御誤差が過大になり、入力の立上げ時にはオーバーシュートが発生し、立下げ時にはアンダーシュートが発生する。また、系の遅れ次定数が制御側最大積分時間よりも大きい場合には、積分時間等のゲイン調整だけでは、系の応答性を向上させるのが困難である。また、系の応答性を無視して制御側ゲインを上げると、オーバーシュート等を戻そうとして第1電空レギュレータ61のフォースモータ(図示せず)に振動(ハウリング)が発生し、第1圧力センサ65等の出力信号にチャタリングが発生する。
If the gain on the control side is increased while ignoring the response of the system, the control error during feedback control (PID control) becomes excessive, overshooting occurs when the input rises, and undershooting occurs when it falls. To do. Further, when the delay order constant of the system is larger than the control side maximum integration time, it is difficult to improve the response of the system only by adjusting the gain such as the integration time. Further, if the control gain is increased while ignoring the response of the system, vibration (howling) occurs in the force motor (not shown) of the
従来の電空レギュレータの制御装置は、アナログ信号処理によるPID制御(閉ループ制御)を行っていたため、各種ゲインボリュームによる積分定数(時間)および比例定数等の調整や、電気的および機械的な零点調整、スパン調整等を行っていた。そのため、マニュアルによる調整項目が多いことから、応答性にバラツキが発生しやすく(例えば、図5を参照)、また、リニアリティ精度の不良等が発生しやすかった。また、制御する空気圧を上げる(加圧する)場合と下げる(減圧する)場合とで共通の回路を使用していたため、空気圧を上げる場合に応答速度を遅くし、下げる場合に応答速度を速くするというようなゲイン調整が困難であった。 Conventional electro-pneumatic regulator control devices perform PID control (closed loop control) by analog signal processing, so adjustment of integral constant (time) and proportionality constant by various gain volumes, and electrical and mechanical zero adjustment , Span adjustment, etc. Therefore, since there are many manual adjustment items, responsiveness is likely to vary (see, for example, FIG. 5), and linearity accuracy is likely to be poor. Also, because the common circuit was used for increasing (pressurizing) and decreasing (depressurizing) the air pressure to be controlled, the response speed was slowed when increasing the air pressure, and the response speed was increased when decreasing the air pressure. Such gain adjustment was difficult.
これに対し、本実施形態のように、電空レギュレータの制御装置がデジタル信号処理によるPID制御を行うことで、各種ゲイン調整部分をパラメータ化し、制御する空気圧を上げる(加圧する)場合と下げる(減圧する)場合とで個別にゲインパラメータを調整できるとともに、機械的な調整を低減させることができる。そのため、負圧域を含めた圧力制御範囲でのリニアリティ精度(例えば、図6を参照)や応答性(例えば、図7および図8を参照)が向上して、電空レギュレータの個体差を低減させることができ、研磨再現性を向上させることが可能になった。 On the other hand, as in this embodiment, the control device of the electropneumatic regulator performs PID control by digital signal processing, thereby parameterizing various gain adjustment portions and increasing (pressurizing) the air pressure to be controlled (lowering) ( The gain parameter can be adjusted individually in the case where the pressure is reduced), and the mechanical adjustment can be reduced. Therefore, linearity accuracy (for example, see FIG. 6) and responsiveness (for example, see FIG. 7 and FIG. 8) in the pressure control range including the negative pressure region are improved, and individual differences of electropneumatic regulators are reduced. It was possible to improve polishing reproducibility.
なお、上述の実施形態において、半導体ウェハWを研磨する研磨装置PMを例に説明したが、これに限られるものではなく、例えばガラス基板等の基板を研磨する研磨装置において、本発明を適用可能である。 In the above-described embodiment, the polishing apparatus PM for polishing the semiconductor wafer W has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a polishing apparatus for polishing a substrate such as a glass substrate. It is.
A 空気圧源 W 半導体ウェハ(基板)
PM 研磨装置
50 電空用管路 60 研磨ヘッド用管路
61 第1電空レギュレータ 62 ベンチュリ管
75 ベンチュリ用管路
220 研磨パッド(研磨工具)
222 研磨ヘッド 224 パッド加圧機構(アクチュエータ)
A Air pressure source W Semiconductor wafer (substrate)
PM polishing equipment
50
222
Claims (2)
前記空気圧源と前記アクチュエータとを繋ぐ管路に設けられ、前記空気圧源から前記アクチュエータに供給される空気の圧力を制御する電空レギュレータを備え、
前記電空レギュレータは、前記空気の圧力を正圧および負圧の範囲で制御可能であり、前記空気の圧力を減圧する際に前記電空レギュレータと前記アクチュエータとを繋ぐ管路内の空気を強制排気するベンチュリ管を有して構成されることを特徴とする研磨装置。 A polishing tool for polishing the substrate; and an actuator for pressing the polishing tool against the substrate by using a pressure of air supplied from a pneumatic pressure source. The actuator is used to press the polishing tool against the substrate. In a state, in a polishing apparatus configured to polish the substrate by moving the polishing tool relative to the substrate,
An electropneumatic regulator that is provided in a pipeline connecting the air pressure source and the actuator, and controls the pressure of air supplied from the air pressure source to the actuator;
The electropneumatic regulator can control the pressure of the air in a positive pressure range and a negative pressure range, and forcibly forces the air in a pipeline connecting the electropneumatic regulator and the actuator when the pressure of the air is reduced. A polishing apparatus comprising a venturi pipe for exhausting.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008108179A JP5196142B2 (en) | 2008-04-17 | 2008-04-17 | Polishing equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008108179A JP5196142B2 (en) | 2008-04-17 | 2008-04-17 | Polishing equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009255235A true JP2009255235A (en) | 2009-11-05 |
JP5196142B2 JP5196142B2 (en) | 2013-05-15 |
Family
ID=41383329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008108179A Active JP5196142B2 (en) | 2008-04-17 | 2008-04-17 | Polishing equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5196142B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102205522A (en) * | 2011-05-24 | 2011-10-05 | 清华大学 | Gas path positive pressure system used for chemico-mechanical polishing and chemico-mechanical polishing equipment |
KR101438475B1 (en) | 2013-05-16 | 2014-09-17 | 주식회사 케이씨텍 | Regulator of controlling pressure of carrier head in chemical mechanical polishing apparatus and pressure control method using same |
KR101515425B1 (en) | 2012-12-24 | 2015-05-06 | 주식회사 케이씨텍 | Regulator for rotary union of cmp apparatus |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08108329A (en) * | 1994-10-05 | 1996-04-30 | Disco Abrasive Syst Ltd | Negative pressure generating means |
JP2006088250A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Olympus Corp | Polishing device |
-
2008
- 2008-04-17 JP JP2008108179A patent/JP5196142B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08108329A (en) * | 1994-10-05 | 1996-04-30 | Disco Abrasive Syst Ltd | Negative pressure generating means |
JP2006088250A (en) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Olympus Corp | Polishing device |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102205522A (en) * | 2011-05-24 | 2011-10-05 | 清华大学 | Gas path positive pressure system used for chemico-mechanical polishing and chemico-mechanical polishing equipment |
CN102205522B (en) * | 2011-05-24 | 2013-01-30 | 清华大学 | Gas path positive pressure system used for chemico-mechanical polishing and chemico-mechanical polishing equipment |
KR101515425B1 (en) | 2012-12-24 | 2015-05-06 | 주식회사 케이씨텍 | Regulator for rotary union of cmp apparatus |
KR101541343B1 (en) * | 2012-12-24 | 2015-08-04 | 주식회사 케이씨텍 | Regulator for rotary union of cmp apparatus |
KR101438475B1 (en) | 2013-05-16 | 2014-09-17 | 주식회사 케이씨텍 | Regulator of controlling pressure of carrier head in chemical mechanical polishing apparatus and pressure control method using same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5196142B2 (en) | 2013-05-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11426834B2 (en) | Substrate processing apparatus, substrate processing method, substrate holding mechanism, and substrate holding method | |
JP5518121B2 (en) | Substrate processing apparatus and substrate processing method | |
US20200094372A1 (en) | Substrate adsorption method, substrate holding apparatus, substrate polishing apparatus, elastic film, substrate adsorption determination method for substrate holding apparatus, and pressure control method for substrate holding apparatus | |
TWI471924B (en) | Polishing method and polishing apparatus | |
US20210217647A1 (en) | Substrate holding apparatus, substrate suction determination method, substrate polishing apparatus, substrate polishing method, method of removing liquid from upper suface of wafer to be polished, elastic film for pressing wafer against polishing pad, substrate release method, and constant amount gas supply apparatus | |
WO2012019333A1 (en) | Method and apparatus for one-side chemical mechanical polishing silicon wafers | |
JP4762647B2 (en) | Polishing apparatus and polishing method | |
JP2008311603A (en) | Surface treatment device and method of substrate, and substrate treatment device and method | |
JP6463303B2 (en) | Elastic film, substrate holding device, substrate polishing device, substrate adsorption determination method and pressure control method in substrate holding device | |
US9539699B2 (en) | Polishing method | |
WO2006090497A1 (en) | Polishing apparatus and polishing method | |
KR20160141656A (en) | Table for holding workpiece and processing apparatus with the table | |
WO2013187164A1 (en) | Grinding apparatus and method for controlling grinding apparatus | |
JP5196142B2 (en) | Polishing equipment | |
JP6877480B2 (en) | A recording medium for storing a transfer device, a work processing device, a control method for the transfer device, and a program. | |
JP2009252953A (en) | Vacuum processing apparatus | |
JP2007301661A (en) | Polishing device | |
JP3010434B2 (en) | Method and apparatus for removing a semiconductor wafer from a flat substrate | |
JP2007301697A (en) | Polishing method | |
US11679468B2 (en) | Chemical-mechanical polishing system and method | |
JP5257752B2 (en) | Polishing pad dressing method | |
JP4758376B2 (en) | Semiconductor substrate delivery method | |
JP2007305884A (en) | Polishing method | |
KR20050045618A (en) | Wafer load cup for chemical mechanical polishing apparatus and loading method by using the same | |
JP2007305883A (en) | Polishing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110401 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111025 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130109 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130122 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160215 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5196142 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |