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JP2009255235A - Polishing apparatus - Google Patents

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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
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air pressure
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Naoki Asada
直樹 浅田
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Nikon Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing apparatus achieving improved control accuracy of polishing pressure. <P>SOLUTION: This polishing apparatus is provided with: a pad pressurization mechanisms 224 pressing polishing pads 220 by wafers by the use of pressure of air supplied from an air pressure source A; and first electropneumatic regulators 61 arranged in conduits 50, 60 connecting the air pressure source A to the pad pressurization mechanisms 224 and controlling pressure of air supplied from the air pressure source A to the pad pressurization mechanisms 224. The first electropneumatic regulators 61 control air pressure within a range of positive pressure and vacuum, and have venturi tubes 62 forcibly exhausting air in the conduits 60 connecting the first electropneumatic regulators 61 to the pad pressurization mechanisms 224 when depressurizing air pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

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)。
特開2006−319249号公報
A CMP apparatus is exemplified as a polishing apparatus for polishing the substrate surface. A CMP apparatus is widely used for polishing a substrate such as a semiconductor wafer or a glass substrate as a technique for polishing a substrate surface with high precision by chemical mechanical polishing (CMP). In such a polishing apparatus, a polishing pad mounted on a polishing head is pressed against a substrate held by a chuck at a predetermined pressure (polishing pressure) and relatively rotated, and the contact between the substrate and the polishing pad is subjected to polishing contents. By supplying a corresponding slurry (Slurry) to cause a chemical and mechanical polishing action, the substrate surface is polished flatly (see, for example, Patent Document 1).
JP 2006-319249 A

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 cassette index unit 1 that carries in and out a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a wafer W), a polishing unit 2 that performs polishing, and a cleaning of the wafer W that has been subjected to polishing. And a substrate cleaning unit 3 that performs the transfer and a transfer device 4 (the first transfer robot 41 and the second transfer robot 42) that transfer the wafer W in the polishing apparatus. Each unit is partitioned by an automatic opening / closing shutter. A clean chamber is constructed. The operation of the polishing apparatus PM is controlled by a control device (not shown).

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 cassette index unit 1 is provided with a wafer mounting table 12 on which cassettes (also referred to as carriers) C 1 to C 4 each holding a plurality of wafers W are mounted, and in front of the wafer mounting table 12. A first transfer robot 41 is provided. The first transfer robot 41 is an articulated arm type robot, and a swivel that can be swung horizontally and moved up and down is provided on an upper part of a base that can move along a linear guide provided on the floor. The articulated arm attached to the arm can be extended and contracted, and the outer peripheral edge of the wafer W can be gripped by the wafer chuck at the tip of the arm. The unprocessed unprocessed wafer W taken out from the send cassettes C 1 and C 2 by the first transfer robot 41 is subjected to a polishing processing section in a path for transporting the unprocessed wafer provided in the substrate cleaning section 3. The second second transfer robot 42 is handed over.

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 polishing unit 2 is divided into four areas around a circular index table 20 that is rotated and fed every 90 degrees, and a transfer stage S 0 that carries in unprocessed wafers and carries out processed wafers. The first polishing stage S 1 for polishing the wafer surface, the second polishing stage S 2 , and the third polishing stage S 3 . The index table 20 is divided into four corresponding to these four stages.

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 second transfer robot 42 is provided. Wafer W carried into the polishing unit 2, the adsorption is held by being placed on a wafer chuck 200 which is positioned in the conveying stage S 0 by the second transfer robot 42.

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 surface polishing mechanism 22 that polishes the surface of the wafer W attracted and held by the wafer chuck 200 and a polishing surface of the polishing pad, respectively. And a dressing mechanism 23 for dressing.

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 surface polishing mechanism 22 has a polishing pad 220, a polishing head 222 that holds and rotates the polishing surface 220s of the polishing pad in a downward horizontal posture, and a horizontal swing and lift operation of the polishing head. The wafer arm 200 is polished and the wafer surface is polished under processing conditions corresponding to the contents of the process performed on each stage. The diameter of the polishing pad 220 is set smaller than the diameter of the wafer W to be polished.

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 surface polishing mechanism 22 while the polishing arm 223 is horizontally swung and the polishing head 222 is positioned above the wafer chuck. The polishing arm 223 is pressed while pressing the polishing surface 220s of the polishing pad 220 with a predetermined pressure (polishing pressure) against the surface (surface Ws to be polished) of the wafer W that is sucked and held and rotated, and supplying slurry from the center of the polishing head. The entire surface of the wafer W is polished flatly.

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 pad pressurizing mechanism 224 that pressurizes the polishing pad 220 downward using air pressure is provided inside the polishing head 222. The pressure of the polishing pad 220, that is, the polishing pressure, is controlled by controlling the pressure of the air supplied into the polishing head 222 while the polishing surface 220s of the wafer W is in contact with the surface to be polished Ws of the wafer W. It is possible. The pad pressurizing mechanism 224 is connected to the air pressure source A via a spindle 225 connected to the upper end of the polishing head 222 and each pipe line described later. In order to reduce hysteresis when controlling the polishing pressure, it is preferable to reduce the spring constant of a drive ring (not shown) that connects the polishing pad 220 and the polishing head 222, and piping in the polishing head 222. It is preferable to use a soft tube. The polishing head 222 is provided with a slurry supply structure that passes through the center and supplies the slurry to the center of the annular polishing pad 220. During the polishing process, slurry corresponding to the processing purpose is supplied from the slurry supply device. It comes to be supplied.

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 polishing pad 220 used in each polishing mechanism 22 is a processing process such as interlayer insulating film CMP or metal CMP, circuit pattern fineness, primary polishing (rough polishing) to third polishing (finish polishing), or the like. An appropriate pad is selected and mounted according to the processing stage. In addition, an end point detector for optically detecting the polishing state of the wafer W being polished is attached to the tip of the polishing arm 223, and a decrease in film thickness during the polishing process is detected in real time so that the polishing process can be performed. The end point can be feedback controlled.

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 dressing mechanism 23 includes a dressing tool 230, a support mechanism that supports the dressing tool 230 so that it can be raised and lowered in an upward horizontal posture, and a rotation mechanism that rotates the dressing tool 230 in an upward horizontal posture. A polishing pad configured to swing the polishing arm 223, move the polishing head 222 onto the dressing tool 230, and raise the dressing tool 230 while rotating it by the support mechanism and the rotating mechanism to relatively rotate the dressing surface 230s. 220 is brought into contact with the polishing surface 220s, and pure water (cleaning water) is supplied from a nozzle (not shown in detail) to the dressing processing portion to wash away grinding scraps and the like, thereby dressing the polishing surface 220s.

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 wafer chuck 200 by suction. Are sequentially transferred from the transfer stage S 0 to the first polishing stage S 1 → the second polishing stage S 2 → the third polishing stage S 3 and subjected to CMP processing at each polishing stage, and polishing processing at the third polishing stage S 3. but finished wafer W is fed to the transfer stage S 0. The processed wafer W that has been sent to the transfer stage S 0 and released from the suction and holding is transferred from the polishing unit 2 to the substrate cleaning unit 3 by the second transfer robot 42.

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 substrate cleaning unit 3 is composed of four chambers, a first cleaning chamber 31, a second cleaning chamber 32, a third cleaning chamber 33, and a drying chamber 34. The polishing process on both the front and back surfaces is completed, and the substrate is transferred by the second transfer robot 42. The processed wafer W is sequentially sent to the first cleaning chamber 31-> second cleaning chamber 32-> third cleaning chamber 33-> drying chamber 34 to remove and wash the slurry and abrasive wear powder adhering to the polishing processing section 2. Is done. There are various examples of cleaning methods in each cleaning chamber. For example, in the first cleaning chamber 31, double-sided cleaning with a rotating brush, in the second cleaning chamber 32, surface pencil cleaning under ultrasonic vibration, the third cleaning chamber In 33, spinner cleaning with pure water is performed, and in the drying chamber 34, a drying process is performed in a nitrogen atmosphere. A passage for transferring the unprocessed wafer W is provided below the first cleaning chamber 31.

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 substrate cleaning unit 3 is taken out from the substrate cleaning unit by the first transfer robot 41 and is placed in predetermined slots of the receive cassettes C 3 and C 4 mounted on the wafer mounting table 12, or It is accommodated in the empty slots of the send cassettes C 1 and C 2 .

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 cassette index unit 1 are sequentially polished by the polishing unit 2, cleaned by the substrate cleaning unit 3, and received by the cassette index unit 1. the flow of wafers to be stored in the cassette C 4 illustrates denoted by the dotted arrow. The operation of the polishing apparatus PM is controlled by a control device (not shown), and the control device controls the operation of each unit based on a preset control program.

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 first transfer robot 41 moves to the position of the send cassette C 1 , horizontally swings and lifts the swivel, and expands the articulated arm to operate the wafer chuck. The unprocessed wafer W in the slot is taken out, and the swivel base is swiveled 180 degrees toward the passage installed below the first cleaning chamber 31, and the second transfer robot 42 on the polishing processing unit 2 side in this passage. The unprocessed wafer W is delivered to

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 second transfer robot 42 that has received the unprocessed wafer W from the first transfer robot 41 carries the unprocessed wafer W into the polishing unit 2. The raw wafer W is transferred by the second transfer robot 42 to the surface polishing mechanism 22, it is placed on the wafer chuck 200 of the conveying stage S 0 positioned stopped index table 20. When the wafer W is placed, the wafer chuck 200 holds the back surface of the wafer W by vacuum suction, and the second transfer robot 42 retreats.

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 surface polishing mechanism 22. Since the wafer surface polishing performed in such a three-stage polishing stage is already known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-93759 by the present applicant), detailed description thereof is omitted in this specification. The following is a brief description.

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 second transfer robot 42 is retracted, the index table 20 is positioned suction-held wafer W is in a first polishing stage S 1 the wafer chuck 200 is rotated 90 degrees clockwise, the polishing arm 223 simultaneously swing Then, the polishing head 222 moves on the wafer W. Then, the polishing head 222 and the wafer chuck 200 start to rotate in opposite directions, and the polishing head 222 descends to press the polishing pad 220 (polishing surface 220s) against the wafer surface (surface to be polished Ws) to perform the first polishing process. I do. During the polishing process, the polishing arm 223 is swung so that the polishing pad 220 reciprocates between the rotation center and the outer peripheral end of the wafer W while supplying the slurry from the axis of the polishing head 222, and the wafer surface. Is uniformly flat polished.

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 head 222 is lowered on the first and second polishing stages, respectively, and the first polishing process and the second polishing process are simultaneously performed in parallel.

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 head 222, respectively, first, second, to take such a third-order polished simultaneously.

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 second transfer robot 42 releases the vacuum suction on the wafer chuck 200. The outer peripheral edge of the processed wafer W is gripped and lifted and swiveled, moved horizontally along the linear guide, and transferred to the substrate cleaning unit 3. Further, after the processed wafer W is transferred, the unprocessed wafer W is received from the first transfer robot 41 and carried into the polishing processing unit 2.

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 substrate cleaning unit 3, the substrate cleaning unit 3 performs double-sided cleaning with a rotating brush in the first cleaning chamber 31, surface pencil cleaning under ultrasonic vibration in the second cleaning chamber 32, Spinner cleaning with pure water is performed in the third cleaning chamber 33, and drying processing is performed in the nitrogen chamber in the drying chamber 34. The thus cleaned finished wafer W in the is removed from the substrate cleaning unit 3 by the first transfer robot 41 of the cassette index portion 1 is accommodated in the specified slot from the receive cassette C 4.

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 dressing mechanism 23 is performed each time before each polishing process is performed in each polishing stage (that is, at a timing before each polishing process is performed), and the polishing pad surface (polishing surface 220s) is clogged. It is corrected to ensure flatness.

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 cassette index unit 1 are sequentially polished by the polishing unit 2, cleaned by the substrate cleaning unit 3, and finished wafers (processed wafers). ) is accommodated in the receive cassette C 4 as W. By the way, in polishing a wiring layer using a so-called Low-K material (low dielectric constant material), it is necessary to reduce the polishing pressure in addition to hardening the polishing pad as a countermeasure against dishing or erosion generated in the wiring layer. is there. The same applies to suppression of scratches on the processed surface in smoothing polishing (pressure surface transfer polishing) of a glass substrate or the like. Therefore, if the polishing pressure can be appropriately controlled in the low pressure region, the occurrence of defects as described above can be suppressed, and the substrate surface such as a wafer can be polished more flatly.

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 air cylinder 231 of the dressing mechanism 23 and the pad pressurizing mechanism 224 in the polishing head 222, and to the air pressure source A. The lock pressure line 70 for supplying air to the pad pressurizing mechanism 224 in 222, the venturi line 75 for supplying air to the venturi pipe 62 (to be described later) connected to the air pressure source A, and the air pressure source A for dressing. An air purge conduit 80 for supplying air purge air to the mechanism 23 is configured. The air cylinder 231 constitutes a support mechanism for the dressing mechanism 23.

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 electropneumatic pipe line 50 whose upstream side is connected to the air pressure source A is provided with a first regulator 51 for reducing the air pressure in the electropneumatic pipe line 50, and the downstream side of the electropneumatic pipe line 50 is first polished. In order to supply air to each of the stage S 1 to the third polishing stage S 3 , it branches in three directions, and in each of the polishing stages S 1 to S 3 , the pad pressurizing mechanism 224 in the polishing head 222 is passed through the spindle 225. The polishing head pipe 60 and the dressing pipe 55 connected to the air cylinder 231 of the dressing mechanism 23 are branched.

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 first electropneumatic regulator 61, a switching valve 67, and an opening / closing valve 68 are disposed in the polishing head pipe line 60 in order from the upstream side. In addition, a pipe line between the first electropneumatic regulator 61 and the opening / closing valve 68 includes a first pressure sensor 65 that detects air pressure in the pipe line and outputs the air pressure to the first electropneumatic regulator 61, and the pipe line. A second pressure sensor 66 for preliminarily detecting the air pressure inside is disposed.

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 first electropneumatic regulator 61 receives an air pressure control signal from a control device (not shown) and controls the air pressure in the polishing head duct 60 to a predetermined air pressure. As a result, the pressure of the air supplied from the polishing head duct 60 to the inside of the polishing head 222 can be controlled, and the pressing force of the polishing pad 220, that is, the polishing pressure can be controlled. At this time, the control device performs PID control by digital signal processing. The first electropneumatic regulator 61 is compatible with a compound pressure capable of controlling the air pressure in a range of positive pressure and negative pressure, and has a venturi pipe 62.

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 Venturi tube 62 is a tube narrowed at the center, and the exhaust port of the first electropneumatic regulator 61 is connected to the constricted portion. A venturi pipe 75 is connected to the upstream side of the venturi pipe 62, and the downstream side is opened via a silencer 69. When the air pressure in the polishing head pipe 60 (polishing head 222) is reduced by the first electropneumatic regulator 61, the air supplied from the venturi pipe 75 passes through the constricted portion of the venturi pipe 62. Using the generated negative pressure, the air in the pipe connecting the first electropneumatic regulator 61 and the inside of the polishing head 222 (pad pressurizing mechanism 224) is forcibly exhausted from the exhaust port of the first electropneumatic regulator 61.

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 first electropneumatic regulator 61 preferably has a resolution of 0.05% or less at full span, and further has a resolution capable of controlling 1 kPa or less with only the input signal. Moreover, it is preferable to use a completely floating force motor (linear motor) free from friction and impact for the current-pressure converter of the first electropneumatic regulator 61.

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 first pressure sensor 65 that inputs the air pressure detection signal used in the PID control to the first electropneumatic regulator 61 has a pressure detection range equivalent to the pressure control range by the first electropneumatic regulator 61, and corrects the air pressure. It supports compound pressure that can be detected in the range of pressure and negative pressure. Further, it is preferable that the first pressure sensor 65 ensures linearity accuracy even in the negative pressure region, and the detection error in the full span is 0.1% or less. The response speed of the first pressure sensor 65 is preferably 1 msec or less.

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 head pipe line 60 side is input from the control device to the switching valve 67, the switching valve 67 connects the polishing head pipe line 60 to the polishing head 222, and a predetermined value obtained by the first electropneumatic regulator 61. The air having the air pressure is supplied into the polishing head 222. On the other hand, when a switching signal for switching to the lock pipeline 70 side is input from the control device, the lock pipeline 70 is connected to the polishing head 222 and the air from the lock pipeline 70 is supplied to the inside of the polishing head 222. To do. When the pad pressurizing mechanism 224 is operated, the polishing head conduit 60 is connected to the polishing head 222, and when the pad pressurizing mechanism 224 is stopped and locked, the lock conduit 70 is connected. Connect to polishing head 222.

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 / close valve 68 receives the pressure of the air that is branched from the upstream side of the first electropneumatic regulator 61 and always opens the polishing head duct 60. On the other hand, when a predetermined drive signal is input from the control device, the open / close valve 68 closes the polishing head pipe line 60 and opens the inside of the polishing head 222 to atmospheric pressure, and pressurizes the polishing head 222. Air is discharged to the outside. Thereby, since the initial load (pressing force) of the polishing pad 220 (and the pad pressurizing mechanism 224 and the like) can be measured with good reproducibility in the atmospheric pressure state, the control accuracy of the polishing pressure can be further improved. A silencer 69 is attached to the exhaust port of the opening / closing valve 68 to suppress air exhaust noise.

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 second electropneumatic regulator 56 and a speed controller 59 are disposed in the dressing pipeline 55 in order from the upstream side. In addition, a pipe line between the second electropneumatic regulator 56 and the speed controller 59 includes a third pressure sensor 57 that detects the air pressure in the pipe line and outputs it to the second electropneumatic regulator 56, and the pipe line. A fourth pressure sensor 58 for preliminarily detecting the air pressure inside is disposed.

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 second electropneumatic regulator 56 receives an air pressure control signal from a control device (not shown) and controls the air pressure in the dressing conduit 55 to a predetermined air pressure. Thereby, the pressure of the air supplied to the air cylinder 231 from the dressing pipeline 55 can be controlled, and the lifting / lowering operation of the dressing tool 230 by the air cylinder 231 can be controlled. The second electropneumatic regulator 56 is compatible with a combined pressure capable of controlling the air pressure within a range of positive pressure and negative pressure, and the elevating operation of the dressing tool 230 by the air cylinder 231 is controlled only by the second electropneumatic regulator 56. Can be switched. Further, the speed controller 59 adjusts the flow rate of the air flowing through the dressing conduit 55 to a predetermined flow rate.

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 lock pipeline 70 connected upstream to the air pressure source A, a second regulator 71 for reducing the air pressure in the lock pipeline 70 and the air pressure in the lock pipeline 70 decompressed by the second regulator 71 are detected. And a downstream side of the lock pipe line 70 is connected to the switching valve 67 of the polishing head pipe line 60. Note that the air pressure in the lock conduit 70 obtained by the second regulator 71 is set to a sufficient (relatively high pressure) air pressure to stop and lock the operation of the pad pressurizing mechanism 224.

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 venturi conduit 75 connected upstream to the air pressure source A is provided with a third regulator 76 for reducing the air pressure in the venturi conduit 75, and the downstream side of the venturi conduit 75 is the polishing head conduit 60. To the Venturi tube 62. In addition, the air purge conduit 80 connected upstream to the air pressure source A is provided with a fourth regulator 81 for reducing the air pressure in the air purge conduit 80, and the downstream side of the air purge conduit 80 is connected to the dressing mechanism 23. This is connected to an air purge nozzle (not shown) provided.

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 valve 67 connects the polishing head pipe line 60 to the polishing head 222 in order to operate the pad pressurizing mechanism 224. At this time, the first electropneumatic regulator 61 receives an air pressure control signal from a control device (not shown) and controls the air pressure in the polishing head duct 60 to a predetermined air pressure. The obtained air having a predetermined air pressure is supplied to the inside of the polishing head 222 (pad pressurizing mechanism 224). When the operation of the pad pressurizing mechanism 224 is stopped and locked, the switching valve 67 connects the lock conduit 70 to the polishing head 222, and the air from the lock conduit 70 is inside the polishing head 222. To be supplied.

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 first regulator 51 is 300 kPa, and the secondary pressure (gauge pressure) obtained by the first electropneumatic regulator 61 is 20 kPa. When the air pressure (polishing pressure) is increased, the pressure difference between the primary side pressure and the secondary side pressure is (300-20 =) 280 kPa, and the pressure before and after the first electropneumatic regulator 61 is 280 kPa. Since the gradient is secured and a lot of air flows, the response speed is fast. On the other hand, when the air pressure (polishing pressure) is reduced from 20 kPa to atmospheric pressure (0 kPa), since the reference pressure is atmospheric pressure, there is only a pressure gradient of 20 kPa, the exhaust speed becomes slow, and the response speed becomes slow.

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 first electropneumatic regulator 61 and the pad pressurizing mechanism 224 in the polishing head 222 to the exhaust port of the first electropneumatic regulator 61 corresponding to the compound pressure. If the pipe 62 is connected and the pressure gradient is increased using the negative pressure generated when the air supplied from the venturi pipe 75 passes through the constricted portion of the venturi pipe 62, the exhaust flow rate is secured. The response speed when the air pressure (polishing pressure) is reduced can be improved. As described above, according to the present embodiment, since the response speed when the air pressure (polishing pressure) is reduced can be improved, the responsiveness of the control system is improved, and the control accuracy of the polishing pressure can be improved. It becomes possible. At this time, the venturi pipe 62 uses the air supplied from the air pressure source A to forcibly exhaust the air in the pipe line connecting the first electropneumatic regulator 61 and the polishing head 222 (pad pressurizing mechanism 224). In this case, it is not necessary to provide a separate air pressure source, and the size of the apparatus can be minimized.

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 first electropneumatic regulator 61 to return overshoot and the like, and the first pressure Chattering occurs in the output signal of the sensor 65 or the like.

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.

研磨装置の全体構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of whole structure of a grinding | polishing apparatus. 表面研磨機構及びドレッシング機構を模式的に示す概要構成図である。It is a schematic block diagram which shows a surface polishing mechanism and a dressing mechanism typically. 研磨装置におけるウェハの流れを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the flow of the wafer in a grinding | polishing apparatus. 研磨装置における圧力空気の供給システムを示す配管図である。It is a piping diagram which shows the supply system of the pressure air in a grinding | polishing apparatus. 従来の研磨装置における空気圧(電圧換算値)の応答性を、負荷条件を変えてそれぞれ示すグラフである。It is a graph which shows the response of the air pressure (voltage conversion value) in the conventional grinding | polishing apparatus, changing load conditions, respectively. (a)は指令電圧が−1〜10Vの範囲におけるリニアリティ精度を示すグラフであり、(b)は指令電圧が−1〜1Vの範囲におけるリニアリティ精度を示すグラフである。(A) is a graph which shows the linearity precision in the range whose command voltage is -1-10V, (b) is a graph which shows the linearity precision in the range whose command voltage is -1-1V. (a)は従来の研磨装置における空気圧(電圧換算値)の応答性を示すグラフであり、(b)は本実施形態の研磨装置おける空気圧(電圧換算値)の応答性を示すグラフである。(A) is a graph which shows the responsiveness of the air pressure (voltage conversion value) in the conventional polishing apparatus, (b) is a graph which shows the responsiveness of the air pressure (voltage conversion value) in the polishing apparatus of this embodiment. (a)は従来の研磨装置における空気圧(電圧換算値)の応答性を一部拡大して示すグラフであり、(b)は本実施形態の研磨装置おける空気圧(電圧換算値)の応答性を一部拡大して示すグラフである。(A) is a graph which expands partially the responsiveness of the air pressure (voltage conversion value) in the conventional grinding | polishing apparatus, (b) shows the responsiveness of the air pressure (voltage conversion value) in the polishing apparatus of this embodiment. It is a graph which expands and shows a part.

符号の説明Explanation of symbols

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 Electropneumatic Pipe Line 60 Polishing Head Line 61 First Electropneumatic Regulator 62 Venturi Pipe 75 Venturi Line 220 Polishing Pad (Polishing Tool)
222 Polishing head 224 Pad pressure mechanism (actuator)

Claims (2)

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.
前記ベンチュリ管は、前記空気圧源から供給される空気を利用して、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ことを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。   The polishing apparatus according to claim 1, wherein the venturi pipe forcibly exhausts air in a pipe line connecting the electropneumatic regulator and the actuator using air supplied from the air pressure source. .
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