壓力控制裝置、具有該壓力控制裝置的研磨裝置及研磨方法
【專利摘要】一種壓力控制裝置、具有該壓力控制裝置的研磨裝置及研磨方法一種壓力控制裝置，具有：對由流體供給源供給的流體壓力進行調(diào)整的壓力調(diào)整閥；對由壓力調(diào)整閥調(diào)整后的壓力進行測定的第一壓力傳感器；配置在第一壓力傳感器下游側(cè)的第二壓力傳感器；PID控制部，其生成用于消除壓力指令值與由第二壓力傳感器測定的流體的壓力值之差的補正壓力指令值；以及調(diào)節(jié)器控制部，其將壓力調(diào)整閥的動作控制成使補正壓力指令值與由第一壓力傳感器測定的流體的壓力值之差消除。采用本發(fā)明，能消除壓力傳感器的溫度漂移等所引起的壓力測定值的誤差，能高精度調(diào)整流體的壓力。
【專利說明】壓力控制裝置、具有該壓力控制裝置的研磨裝置及研磨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種對用于將晶片等基板按壓到研磨墊的壓力室內(nèi)的壓力進行控制的壓力控制裝置。另外，本發(fā)明涉及一種具有這種壓力控制裝置的研磨裝置。此外，本發(fā)明涉及一種使用上述研磨裝置的研磨方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1是表示用于研磨晶片的研磨裝置的模式圖。如圖1所示，研磨裝置具有支承研磨墊23的研磨臺22、和將晶片W按壓到研磨墊23上的頂環(huán)30。研磨臺22通過臺軸22a而與配置在其下方的臺用電動機29連接，利用該臺用電動機29，研磨臺22就向箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)。研磨墊23貼附在研磨臺22的上表面上，研磨墊23的上表面構(gòu)成研磨晶片W的研磨面23a。頂環(huán)30固定在頂環(huán)軸27的下端上。頂環(huán)30構(gòu)成為利用真空吸附而能在其下表面保持晶片W。
[0003]晶片W的研磨如下那樣進行。使頂環(huán)30及研磨臺22分別向箭頭所示的方向旋轉(zhuǎn)，從研磨液供給機構(gòu)25將研磨液(漿料)供給到研磨墊23上。在該狀態(tài)下，下表面保持了晶片W的頂環(huán)30被下降且晶片W被按壓在研磨墊23的研磨23a上。晶片W的表面利用研磨液所含的磨料的機械作用和研磨液的化學(xué)作用而被研磨。這種研磨裝置已知為CMP(化學(xué)機械研磨)。
[0004]頂環(huán)30的下部設(shè)有由彈性膜形成的壓力室(圖1未圖示)。加壓氣體被供給到該壓力室，由壓力室內(nèi)的壓力來調(diào)整晶片W的相對于研磨墊23的研磨壓力。圖2是表示氣體(空氣或氮等)供給到頂環(huán)30的壓力室而對壓力室內(nèi)的壓力進行控制的壓力控制裝置100的模式圖。如圖2所示，壓力控制裝置100具有:對由氣體供給源供給的氣體壓力進行調(diào)整的壓力調(diào)整閥101;對壓力調(diào)整閥101下游側(cè)的氣體壓力(二次側(cè)壓力)進行測定的壓力傳感器102 ;以及根據(jù)由壓力傳感器102獲得的壓力值而對壓力調(diào)整閥101的動作進行控制的調(diào)節(jié)器控制部103。
[0005]這種結(jié)構(gòu)的壓力控制裝置100已知為電動氣壓調(diào)節(jié)器。
[0006]壓力控制閥101具有:對由氣體供給源供給的氣體壓力進行調(diào)整的先導(dǎo)閥110 ;對送向先導(dǎo)閥110的先導(dǎo)空氣的壓力進行調(diào)整的供氣用電磁閥111 ;以及排氣用電磁閥112。先導(dǎo)閥110具有局部由膜片形成的先導(dǎo)室115、以及與先導(dǎo)室115連接的閥芯116。先導(dǎo)空氣通過供氣用電磁閥111而被送向先導(dǎo)室115內(nèi)，先導(dǎo)室115內(nèi)的先導(dǎo)空氣通過排氣用電磁閥112而被排出。因此，通過對供氣用電磁閥111及排氣用電磁閥112進行操作，從而先導(dǎo)室115內(nèi)的壓力被調(diào)整。調(diào)節(jié)器控制部103對電磁閥111、112的開閉動作進行控制，閥芯116隨著先導(dǎo)室115內(nèi)的壓力而移動。根據(jù)閥芯116的位置，來自氣體供給源的氣體就通過先導(dǎo)閥110，或者先導(dǎo)閥110下游側(cè)(二次側(cè))的氣體通過先導(dǎo)閥110而被排氣。由此，先導(dǎo)閥110下游側(cè)的氣體壓力即二次側(cè)壓力得到調(diào)整。
[0007]調(diào)節(jié)器控制部103與研磨裝置的研磨控制部50連接，接受從研磨控制部50輸送的壓力指令值。調(diào)節(jié)器控制部103將供氣用電磁閥111及排氣用電磁閥112的動作控制成使由壓力傳感器102測定的氣體的壓力當(dāng)前值與壓力指令值之差消失，由此，調(diào)整頂環(huán)30的壓力室內(nèi)的壓力。
[0008]但是，上述壓力傳感器102，有時其輸出值受干擾(溫度變化等)而偏離實際的壓力。這種輸出值的偏離稱為溫度漂移。除了溫度漂移外，因為先導(dǎo)閥110的滑動阻力、壓力傳感器102自身的測定精度、壓力控制裝置(電動氣壓調(diào)節(jié)器)100與使用點之間的距離等，壓力傳感器102的輸出值有時產(chǎn)生誤差。由于調(diào)節(jié)器控制部103使壓力傳感器102的輸出值對照壓力指令值而進行動作，因此，由壓力調(diào)整閥101調(diào)整后的氣體的實際壓力就不同于壓力指令值。另外，由于基于不同于實際壓力的壓力而控制對于晶片的研磨壓力，因此，有時不能獲得希望的研磨結(jié)果。
[0009]專利文獻1:日本專利特開2001-105298號公報
[0010]專利文獻2:日本專利特開2010-50436號公報
[0011]專利文獻3:日本專利特表2007-507079號公報
[0012]專利文獻4:日本專利特開2005-81507號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明所要解決的課題
[0014]本發(fā)明是鑒于上述問題而做成的，其目的在于，提供一種壓力控制裝置，該壓力控制裝置能消除壓力傳感器的溫度漂移等所引起的壓力測定值的誤差，能高精度地調(diào)整流體的壓力。另外，本發(fā)明的目的在于，提供一種具有這種壓力控制裝置的研磨裝置。此外，本發(fā)明的目的在于，提供一種使用這種研磨裝置的研磨方法。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一形態(tài)是一種壓力控制裝置，具有:壓力調(diào)整閥，該壓力調(diào)整閥對由流體供給源供給的流體的壓力進行調(diào)整；第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器對由所述壓力調(diào)整閥調(diào)整后的壓力進行測定；第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器被配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)；PID控制部，該PID控制部生成用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差的補正壓力指令值；以及調(diào)節(jié)器控制部，該調(diào)節(jié)器控制部將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除。
[0017]本發(fā)明的較佳形態(tài)的特點是，所述第一壓力傳感器與所述壓力調(diào)整閥被組裝成一體，所述第二壓力傳感器與所述第一壓力傳感器及所述壓力調(diào)整閥分離。
[0018]本發(fā)明的較佳的形態(tài)的特點是，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
[0019]本發(fā)明的較佳形態(tài)的特點是，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在凈室內(nèi)的溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
[0020]本發(fā)明的較佳形態(tài)的特點是，所述第二壓力傳感器對于包含線性度、遲滯性、穩(wěn)定性及重復(fù)性在內(nèi)的評價項目，具有比所述第一壓力傳感器高的壓力測定精度。
[0021]本發(fā)明的另一形態(tài)是一種研磨裝置，具有:支承研磨墊的研磨臺；將基板按壓在處于所述研磨臺上的所述研磨墊上的頂環(huán)；以及與所述頂環(huán)連接的壓力控制裝置，所述頂環(huán)具有用于將所述基板對于所述研磨墊按壓的壓力室，所述壓力室內(nèi)的壓力由所述壓力控制裝置調(diào)整，所述壓力控制裝置具有:壓力調(diào)整閥，該壓力調(diào)整閥對由流體供給源供給的流體的壓力進行調(diào)整；第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器對由所述壓力調(diào)整閥調(diào)整后的壓力進行測定；第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)；PID控制部，該PID控制部生成用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差的補正壓力指令值；以及調(diào)節(jié)器控制部，該調(diào)節(jié)器控制部將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除。
[0022]本發(fā)明的另一形態(tài)是研磨方法，將流體從流體供給源經(jīng)由壓力調(diào)整閥而供給到頂環(huán)的壓力室，利用第一壓力傳感器來測定所述壓力調(diào)整閥的下游側(cè)的所述流體的壓力，利用配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)的第二壓力傳感器來測定所述流體的壓力，生成補正壓力指令值，用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差，通過將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除，從而調(diào)整所述壓力室內(nèi)的壓力，利用內(nèi)部形成有所述調(diào)整后的壓力的所述壓力室將基板按壓在研磨墊上，從而對所述基板進行研磨。
[0023]發(fā)明的效果
[0024]采用本發(fā)明，由第一壓力傳感器及調(diào)節(jié)器控制部構(gòu)成第一循環(huán)控制，由第二壓力傳感器及PID控制部構(gòu)成第二循環(huán)控制。利用這種雙重循環(huán)控制，能排除第一壓力傳感器所產(chǎn)生的溫度漂移和其它的影響，能根據(jù)實際的壓力值或接近它的壓力值來控制流體的壓力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是表示用于研磨晶片的研磨裝置的模式圖。
[0026]圖2是表示以往壓力控制裝置的模式圖。
[0027]圖3是表示具有本發(fā)明一實施方式的壓力控制裝置的研磨裝置的示圖。
[0028]圖4是表示研磨裝置的頂環(huán)的截面圖。
[0029]圖5是表示研磨裝置一部分的立體圖。
[0030]圖6是表示本發(fā)明一實施方式的壓力控制裝置的模式圖。
[0031]圖7是表示壓力控制裝置的控制流程的示圖。
[0032]圖8 (a)及圖8 (b)是說明線性度評價及遲滯性評價的示圖
[0033]圖9 (a)及圖9 (b)是說明穩(wěn)定性評價的示圖。
[0034]圖10(a)及圖10(b)是說明重復(fù)性評價的示圖。
[0035]圖11(a)及圖11(b)是說明溫度特性評價的示圖。
[0036]圖12是表示圖2所示的以往壓力控制裝置的評價結(jié)果和圖6所示的壓力控制裝置的評價結(jié)果的示圖。
[0037]圖13是用于說明將包含誤差的內(nèi)置壓力傳感器的輸出值補正成正確的輸出值用的補正式的示圖。
[0038]圖14(a)是表示內(nèi)置壓力傳感器的輸出值被補正前的線性度及遲滯性的曲線圖的示圖，圖14(b)是表示內(nèi)置壓力傳感器的輸出值被補正后的線性度及遲滯性的曲線圖的示圖。
【具體實施方式】
[0039]下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。
[0040]圖3是表示具有本發(fā)明一實施方式的壓力控制裝置的研磨裝置的示圖。如圖3所示，研磨裝置具有:支承研磨墊23的研磨臺22 ;以及保持研磨對象即晶片等基板并將其按壓在研磨臺22上的研磨墊23上的頂環(huán)(基板保持裝置)30。
[0041]研磨臺22通過臺軸22a而與配置在其下方的臺用電動機29連接，可繞該臺軸22a旋轉(zhuǎn)。研磨墊23貼附在研磨臺22的上表面上，研磨墊23的表面23a構(gòu)成研磨晶片W的研磨面。在研磨臺22的上方配置有研磨液供給機構(gòu)25,利用該研磨液供給機構(gòu)25,研磨液Q就被供給到處于研磨臺22上的研磨墊23上。
[0042]頂環(huán)30具有:將晶片W按壓在研磨面23a上的頂環(huán)主體31 ；以及保持晶片W而不使晶片W從頂環(huán)30飛出的擋環(huán)32。頂環(huán)30與頂環(huán)軸27連接，該頂環(huán)軸27利用上下移動機構(gòu)81而相對于頂環(huán)頭64作上下移動。利用該頂環(huán)軸27的上下移動，使頂環(huán)30整體相對于頂環(huán)頭64升降定位。在頂環(huán)軸27的上端安裝有轉(zhuǎn)動式接頭82。
[0043]使頂環(huán)軸27及頂環(huán)30上下移動的上下移動機構(gòu)81，具有:通過軸承83而將頂環(huán)軸27支承成可旋轉(zhuǎn)的橋架84 ;安裝在橋架84上的滾珠絲杠88 ；由支柱86支承的支承臺85 ；以及設(shè)在支承臺85上的伺服電動機90。支承伺服電動機90的支承臺85通過支柱86而固定在頂環(huán)頭64上。
[0044]滾珠絲杠88具有與伺服電動機90連接的螺紋軸88a、以及該螺紋軸88a所螺合的螺母88b。頂環(huán)軸27與橋架84成為一體并上下移動。因此，當(dāng)驅(qū)動伺服電動機90時，橋架84通過滾珠絲杠88而上下移動，由此頂環(huán)軸27及頂環(huán)30進行上下移動。
[0045]頂環(huán)軸27通過鍵(未圖示)而與旋轉(zhuǎn)筒66連接。該旋轉(zhuǎn)筒66的外周部具有定時帶輪67。頂環(huán)頭64上固定有頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68，所述定時帶輪67通過定時皮帶69而與設(shè)在頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68上的定時帶輪70連接。因此,通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68,旋轉(zhuǎn)筒66及頂環(huán)軸27就借助定時帶輪70、定時皮帶69及定時帶輪67而一體地旋轉(zhuǎn)，頂環(huán)30進行旋轉(zhuǎn)。頂環(huán)頭64由頂環(huán)頭軸80支承，而頂環(huán)頭軸80可旋轉(zhuǎn)地支承在框架(未圖示)上。研磨裝置具有對以頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68、伺服電動機90為代表的裝置內(nèi)的各設(shè)備進行控制的研磨控制部50。
[0046]頂環(huán)30的下表面能保持晶片W。頂環(huán)頭64構(gòu)成為能以頂環(huán)頭軸80為中心進行旋轉(zhuǎn)，下表面保持有晶片W的頂環(huán)30，利用頂環(huán)頭64的回旋而從晶片W的接受位置移動到研磨臺22的上方位置。晶片W的研磨如下地進行。分別使頂環(huán)30及研磨臺22旋轉(zhuǎn)，從設(shè)在研磨臺22上方的研磨液供給機構(gòu)25將研磨液Q供給到研磨墊23上。在該狀態(tài)下，使頂環(huán)30下降并將晶片W推壓在研磨墊23的研磨面23a上。晶片W與研磨墊23的研磨面23a滑動接觸，由此晶片W的表面被研磨。
[0047]接著，說明頂環(huán)30。圖4是表示頂環(huán)30的截面圖。頂環(huán)30具有:通過萬向接頭39而與頂環(huán)軸27連接的頂環(huán)主體31 ;以及配置在頂環(huán)主體31下方的擋環(huán)32。
[0048]在頂環(huán)主體31的下方，配置有:與晶片W抵接的柔軟的薄膜(彈性膜)34 ;以及保持薄膜34的卡緊板35。薄膜34與夾緊板35之間設(shè)有四個壓力室(氣囊)Cl、C2、C3、C4。壓力室Cl、C2、C3、C4由薄膜34和夾緊板35形成。中央的壓力室Cl是圓形，其它的壓力室C2、C3、C4是環(huán)狀。這些壓力室Cl、C2、C3、C4被排列為同心圓。
[0049]分別借助流路F1、F2、F3、F4由氣體供給源(流體供給源)40將加壓空氣等加壓氣體(加壓流體)供給到壓力室C1、C2、C3、C4內(nèi)。另外，壓力室C1、C2、C3、C4利用未圖示的真空源而形成負(fù)壓。壓力室Cl、C2、C3、C4的內(nèi)部壓力互相獨立并可變化，由此，能對晶片W所對應(yīng)的四個區(qū)域即對于中央部、內(nèi)側(cè)中間部、外側(cè)中間部及周緣部的研磨壓力獨立進行調(diào)整。另外，通過使頂環(huán)30整體升降，從而能夠以規(guī)定的壓力將擋環(huán)32推壓在研磨墊23上。
[0050]在夾緊板35與頂環(huán)主體31之間形成有壓力室C5，借助流路F5由所述氣體供給源40將加壓氣體供給到該壓力室C5內(nèi)。另外，在壓力室C5內(nèi)，利用未圖示的真空源而形成負(fù)壓。由此，夾緊板35及薄膜34整體可向上下方向移動。晶片W的周端部由擋環(huán)32圍住，研磨過程中，晶片W就不會從頂環(huán)30飛出。構(gòu)成壓力室C3的薄膜34的部位，形成有開口，通過在壓力室C3中形成真空就可將晶片W吸附保持在頂環(huán)30上。另外，通過將氮氣或潔凈空氣等供給到該壓力室C3內(nèi)，從而晶片W就脫離頂環(huán)30。
[0051]在頂環(huán)主體31與擋環(huán)32之間，配置環(huán)狀的旋轉(zhuǎn)式膜片36，在該旋轉(zhuǎn)式膜片36的內(nèi)部形成有壓力室C6。壓力室C6通過流路F6而與所述氣體供給源40連接。氣體供給源40將加壓氣體供給到壓力室C6內(nèi)，由此將擋環(huán)32推壓在研磨墊23上。
[0052]在與壓力室Cl、C2、C3、C4、C5、C6連通的流路F1、F2、F3、F4、F5、F6上，分別設(shè)有電動氣壓調(diào)節(jié)器R1、R2、R3、R4、R5、R6。來自氣體供給源40的加壓氣體，通過電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6而供給到壓力室Cl?C6。電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6，通過調(diào)整由氣體供給源40供給的加壓氣體的壓力，從而對壓力室Cl?C6內(nèi)的壓力進行控制。電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6與PID控制部5連接，PID控制部5與研磨控制部50連接。另外，PID控制部5也可裝入研磨控制部50內(nèi)。壓力室Cl?C6也與大氣開放閥(未圖示)連接，將壓力室Cl?C6進行大氣開放。
[0053]在電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl、R2、R3、R4、R5、R6與加壓氣體的使用點即頂環(huán)30之間，設(shè)有內(nèi)置壓力傳感器PU P2、P3、P4、P5、P6。這些內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6分別設(shè)在與壓力室Cl?C6連通的流路Fl?F6上，對流路Fl?F6內(nèi)及壓力室Cl?C6內(nèi)的壓力進行測量。
[0054]圖5是表不配置電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6及內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6的立體圖。如圖5所示，電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6安裝在頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68上，而內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6離開電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl?R6及頂環(huán)頭64而配置。這是為了防止因來自頂環(huán)旋轉(zhuǎn)電動機68、轉(zhuǎn)動式接頭82等熱源產(chǎn)生的熱量所引起的內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6的溫度漂移。為了遠離這些熱源，內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6離開頂環(huán)頭64而配置。更具體地說，內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6配置在頂環(huán)頭罩殼71的外側(cè)，研磨裝置的內(nèi)部。
[0055]內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6優(yōu)選設(shè)置在溫度被保持一定的環(huán)境內(nèi)。例如，內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6設(shè)置在頂環(huán)罩殼71外等的研磨裝置內(nèi)的開放空間內(nèi)。一般，研磨裝置所設(shè)置的凈室內(nèi)具有調(diào)溫裝置，凈室內(nèi)的溫度保持一定。因此，為了使內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6的周圍環(huán)境溫度保持一定，優(yōu)選將這些內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6配置在接近凈室內(nèi)溫度的、研磨裝置內(nèi)的開放空間內(nèi)。例如，也可將內(nèi)置壓力傳感器Pl?P6配置在研磨裝置的頂部上。此外，也可將內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6設(shè)置在研磨裝置外。例如，也可將內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6放置在研磨裝置的外面上或離開研磨裝置的場所。內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6的測量點，優(yōu)選盡量接近加壓氣體的使用點即頂環(huán)30。
[0056]研磨控制部50構(gòu)成為，生成各壓力室Cl~C6的目標(biāo)壓力值即壓力指令值。壓力室C1、C2、C3、C4的壓力指令值，根據(jù)與各壓力室C1、C2、C3、C4對應(yīng)的晶片表面區(qū)域的膜厚測定值而生成。研磨控制部50將壓力指令值送到PID控制部5，PID控制部5生成用于消除由內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6測量的壓力當(dāng)前值與所對應(yīng)的壓力指令值之差的補正壓力指令值。PID控制部5將補正壓力指令值送到所述電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6，電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6進行動作，以使壓力室Cl~C6內(nèi)的壓力與所對應(yīng)的補正壓力指令值一致。如此，具有多個壓力室的頂環(huán)30，由于隨著研磨的進展而能將晶片表面上的各區(qū)域獨立地推壓在研磨墊23上，故能均勻地研磨晶片W的膜。
[0057]電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6、內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6及PID控制部5構(gòu)成對頂環(huán)30的壓力室Cl~C6內(nèi)的壓力進行調(diào)整的壓力控制裝置I。電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6互相具有相同的結(jié)構(gòu)，且并聯(lián)地連接。同樣地，內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6互相具有相同的結(jié)構(gòu)，且并聯(lián)地連接。內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6分別與電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6串聯(lián)地連接。也可設(shè)置對應(yīng)于多個電動氣壓調(diào)節(jié)器及與多個內(nèi)置壓力傳感器的多個PID控制部5。本實施方式的壓力控制裝置I具有多個電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl~R6及多個內(nèi)置壓力傳感器Pl~P6，但也可僅具有一個電動氣壓調(diào)節(jié)器及一個內(nèi)置壓力傳感器。
[0058]下面，為了將說明簡單化，對于具有一個電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl及一個內(nèi)置壓力傳感器Pl的壓力控制裝置I的一實施方式，參照圖6來說明。如圖6所示，壓力控制裝置I具有:電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl ;配置在該電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl下游側(cè)(二次側(cè))的內(nèi)置壓力傳感器Pl ;以及與該內(nèi)置壓力傳感器Pl連接的PID控制部5。
[0059]電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl具有:對由氣體供給源40供給的氣體壓力進行調(diào)整的壓力調(diào)整閥6 ;對壓力調(diào)整閥6下游側(cè)的氣體壓力(二次側(cè)壓力)進行測定的內(nèi)部壓力傳感器(第一壓力傳感器)7 ；以及根據(jù)由內(nèi)部壓力傳感器7獲得的壓力值而對壓力調(diào)整閥6的動作進行控制的調(diào)節(jié)器控制部8。
[0060]壓力調(diào)整閥6具有:對由氣體供給源40供給的氣體壓力進行調(diào)整的先導(dǎo)閥10 ;對送向先導(dǎo)閥10的先導(dǎo)空氣的壓力進行調(diào)整的供氣用電磁閥11 ;以及排氣用電磁閥12。先導(dǎo)閥10具有局部由膜片形成的先導(dǎo)室14、以及與先導(dǎo)室14連接的閥芯15。先導(dǎo)空氣通過供氣用電磁閥11而被送到先導(dǎo)室14內(nèi)，先導(dǎo)室14內(nèi)的先導(dǎo)空氣通過排氣用電磁閥12而排出。因此，通過操作供氣用電磁閥11及排氣用電磁閥12，從而調(diào)整先導(dǎo)室14內(nèi)的壓力。調(diào)節(jié)器控制部8控制電磁閥11、12的開閉動作，閥芯15隨著先導(dǎo)室14內(nèi)的壓力而移動。根據(jù)閥芯15的位置，來自氣體供給源40的氣體通過先導(dǎo)閥10，或者先導(dǎo)閥10下游側(cè)(二次偵?的氣體通過先導(dǎo)閥10而排出。由此，調(diào)整先導(dǎo)閥10下游側(cè)的氣體壓力即二次側(cè)壓力。具有這種結(jié)構(gòu)的電動氣壓調(diào)節(jié)器R1，是對供氣用電磁閥11及排氣用電磁閥12的占空比進行控制而對壓力進行調(diào)整類型的電動氣壓調(diào)節(jié)器，但本發(fā)明不限于這種類型，對于比例控制閥式、力平衡式等其它類型的電動氣壓調(diào)節(jié)器也可應(yīng)用本發(fā)明。
[0061]壓力調(diào)整閥6、調(diào)節(jié)器控制部8及內(nèi)部壓力傳感器(第一壓力傳感器)7組裝成一體而構(gòu)成電動氣壓調(diào)節(jié)器，但內(nèi)置壓力傳感器(第二壓力傳感器)Pl與電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl分離。內(nèi)置壓力傳感器Pl配置在內(nèi)部壓力傳感器7的下游側(cè)，設(shè)置在電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl與頂環(huán)30之間。該內(nèi)置壓力傳感器Pl的壓力測量點優(yōu)選是使用點即頂環(huán)30的附近。內(nèi)置壓力傳感器Pl對電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl下游側(cè)的氣體壓力即流路Fl及壓力室Cl內(nèi)的目前壓力進行測定，將所得到的壓力當(dāng)前值送到PID控制部5。
[0062]內(nèi)置壓力傳感器Pl具有比內(nèi)部壓力傳感器7高的壓力測定精度。更具體地說，在作為表示壓力傳感器的壓力測定精度的指標(biāo)而一般所使用的線性度、遲滯性、穩(wěn)定性和重復(fù)性等所有的評價項目中，內(nèi)置壓力傳感器Pl具有超過內(nèi)部壓力傳感器7的精度。
[0063]如圖6所示，內(nèi)置壓力傳感器Pl也與研磨控制部50連接，由內(nèi)置壓力傳感器Pl獲得的壓力當(dāng)前值也送向研磨控制部50。研磨控制部50將該壓力當(dāng)前值用作為表示頂環(huán)的壓力室Pl內(nèi)的當(dāng)前壓力，根據(jù)壓力當(dāng)前值而生成上述的壓力指令值。
[0064]PID控制部5與研磨裝置的研磨控制部50連接。由研磨控制部50生成的壓力指令值被送向PID控制部5。PID控制部5生成用于消除壓力當(dāng)前值與壓力指令值的差的補正壓力指令值(模擬信號)，將該補正壓力指令值送向調(diào)節(jié)器控制部8。調(diào)節(jié)器控制部8將供氣用電磁閥11及排氣用電磁閥12的動作控制成使由內(nèi)部壓力傳感器7送來的壓力值與補正壓力指令值之差消除。
[0065]先導(dǎo)室14內(nèi)的先導(dǎo)空氣使先導(dǎo)閥10的閥芯15動作，由此調(diào)整氣體(空氣、氮氣等)的壓力。先導(dǎo)閥10下游側(cè)的氣體壓力由內(nèi)部壓力傳感器7測定，再由配置在內(nèi)部壓力傳感器7下游側(cè)的內(nèi)置壓力傳感器Pl測定。由內(nèi)部壓力傳感器7獲得的壓力當(dāng)前值被反饋到調(diào)節(jié)器控制部8，由內(nèi)置壓力傳感器Pl獲得的壓力當(dāng)前值被反饋到PID控制部5。BP,壓力控制裝置I具有雙重循環(huán)控制構(gòu)造。
[0066]圖7是表示壓力控制裝置I的控制流程的示圖。由研磨裝置的研磨控制部50生成的壓力指令值Ml被輸入到PID控制部5，由內(nèi)置壓力傳感器Pl獲得的壓力當(dāng)前值N2也被輸入到PID控制部5。PID控制部5進行PID運算，生成用于消除壓力指令值Ml與壓力當(dāng)前值N2之差的補正壓力指令值M2。該補正壓力指令值M2被送到電動氣壓調(diào)節(jié)器Rl的調(diào)節(jié)器控制部8。
[0067]調(diào)節(jié)器控制部8對補正壓力指令值M2與由內(nèi)部壓力傳感器7獲得的壓力當(dāng)前值NI之差進行比較，重復(fù)電磁閥11、12的操作及壓力當(dāng)前值NI的獲得，直至壓力當(dāng)前值NI等于補正壓力指令值M2 (第一循環(huán)控制)。當(dāng)壓力當(dāng)前值NI等于補正壓力指令值M2時，PID控制部5對壓力指令值Ml與壓力當(dāng)前值N2進行比較。當(dāng)壓力當(dāng)前值N2不等于壓力指令值Ml時，PID控制部5再次獲取壓力指令值Ml和壓力當(dāng)前值N2，再次生成用于消除壓力指令值Ml與壓力當(dāng)前值N2之差的補正壓力指令值M2。重復(fù)進行補正壓力指令值M2的生成、第一循環(huán)控制及壓力當(dāng)前值N2的獲得，直至壓力當(dāng)前值N2等于壓力指令值Ml (第二循環(huán)控制)。第一循環(huán)控制中壓力當(dāng)前值NI的取樣時間，優(yōu)選為短于第二循環(huán)控制中壓力當(dāng)前值N2的取樣時間。
[0068]接著，說明如此構(gòu)成的壓力控制裝置I的評價結(jié)果。關(guān)于線性度、遲滯性、穩(wěn)定性及重復(fù)性的四個項目實施對上述構(gòu)成的壓力控制裝置I的評價。圖8(a)及圖8(b)是說明線性度評價及遲滯性評價的示圖。線性度評價如下實施。如圖8(a)所示，使氣體壓力從O直線上升到500hPa，然后使其直線減少到OhPa，其間利用內(nèi)置壓力傳感器Pl對氣體壓力進行測定。[0069]圖8 (b)是表示當(dāng)使氣體壓力以O(shè)hPa — 500hPa — OhPa直線變化時由內(nèi)置壓力傳感器Pl測定的壓力值(傳感器輸出值)的曲線圖。圖8(b)所示的理想直線，是當(dāng)使氣體壓力直線變化時，由理想的壓力傳感器的輸出值畫出的理想的直線。線性度是理想直線上的理想值與內(nèi)置壓力傳感器Pl對應(yīng)的輸出值之差的最大值。遲滯性是壓力上升時的傳感器輸出值與壓力減少時的傳感器輸出值之差的最大值。
[0070]圖9(a)及圖9(b)是說明穩(wěn)定性評價的示圖。穩(wěn)定性評價如下實施。如圖9(a)所示，以250hPa維持氣體壓力2小時，其間，由內(nèi)置壓力傳感器Pl測定了氣體壓力。
[0071]圖9(b)是表示當(dāng)測定維持成250hPa的氣體壓力2小時后的內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值的曲線圖。如圖9(b)所示，氣體壓力恒定，但內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值稍微變動。穩(wěn)定性是測定維持成一定壓力的氣體壓力規(guī)定時間后的內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值的最大值與最小值之差。
[0072]圖10(a)及圖10(b)是說明重復(fù)性評價的示圖。重復(fù)性評價如下實施。如圖10(a)所示，將氣體壓力在OhPa與250hPa之間以規(guī)定的時間間隔進行切換，其間，由內(nèi)置壓力傳感器Pl測定了氣體壓力。
[0073]圖10(b)是表示當(dāng)將氣體壓力在OhPa與250hPa之間定期切換時由內(nèi)置壓力傳感器Pi測定的壓力值(傳感器輸出值)的曲線圖。如圖10(b)所示，重復(fù)性評價是將壓力在OhPa與規(guī)定值之間進行重復(fù)切換、壓力處于上述規(guī)定值時獲得的傳感器輸出值的平均值。
[0074]評價項目也可包含如下說明的溫度特性評價。圖11 (a)及圖11 (b)是說明溫度特性評價的示圖。溫度特性評價如下實施。如圖11(a)所示，使壓力維持成250hPa的氣體溫度從25度上升到80度，再使其下降到25度，其間，由內(nèi)置壓力傳感器Pl測定氣體壓力。
[0075]圖11(b)是表示使氣體溫度從25度上升到80度、再使其下降到25度時由內(nèi)置壓力傳感器Pl測定的壓力值(傳感器輸出值)的曲線圖。如圖11(b)所示，氣體壓力恒定，但傳感器輸出值因溫度而稍微變動。溫度特性是使一定壓力的氣體溫度變化時傳感器輸出值的最大值與最小值之差。
[0076]圖12是表示圖2所示的以往的壓力控制裝置的評價結(jié)果、和圖6所示的壓力控制裝置的評價結(jié)果的示圖。圖12所示的綜合評價分?jǐn)?shù)，是將線性度、遲滯性、穩(wěn)定性及重復(fù)性的各評價項目分?jǐn)?shù)中最差數(shù)值(最大數(shù)值)合計后的數(shù)，分?jǐn)?shù)越小，表示測定精度越高。從圖12可知，在所有的評價項目中，本實施方式的壓力控制裝置超過以往的壓力控制裝置。因此，本發(fā)明的壓力控制裝置能正確地控制頂環(huán)的壓力室內(nèi)的壓力。
[0077]內(nèi)置壓力傳感器Pl如上所述，是高精度的壓力傳感器，但內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值因任何原因而有時會偏離正確的值。在這種情況下，進行內(nèi)置壓力傳感器Pi的校正。內(nèi)置壓力傳感器Pi的校正，用比內(nèi)置壓力傳感器Pi更高精度的壓力傳感器(以下稱為超高精度壓力傳感器)來進行。超高精度壓力傳感器與內(nèi)置壓力傳感器Pi連接，在該狀態(tài)下，使氣體壓力直線變化。氣體壓力由超高精度壓力傳感器和內(nèi)置壓力傳感器Pi同時測定，這些壓力傳感器的輸出值被送到PID控制部5。
[0078]PID控制部5對預(yù)定的多個壓力值的超高精度壓力傳感器的輸出值與內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值進行比較，決定多個壓力值的輸出值之間的差值。PID控制部5進一步生成用于消除上述多個壓力值的輸出值之間的差值的變換式。該變換式是用于將內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值變換成超高精度壓力傳感器所對應(yīng)的輸出值的式。換言之，變換式是將包含誤差的內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值補正成正確的輸出值的補正式。
[0079]圖13是表示變換式的示圖。在圖13中，橫軸表示內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值(即補正前的傳感器輸出值)，縱軸表示超高精度壓力傳感器的輸出值(即補正后的傳感器輸出值)。為了對內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值進行補正用的變換式，表示為內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值的函數(shù)，如圖13所示，描述為曲線圖或折線圖。通過將內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值輸入到變換式，從而能獲得補正后的傳感器輸出值。
[0080]圖14(a)是表示內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值被補正前的線性度及遲滯性的曲線圖，圖14(b)是表示內(nèi)置壓力傳感器Pl的輸出值被補正后的線性度及遲滯性的曲線圖的示圖。從圖14(a)的曲線圖和圖14(b)的曲線圖可知，利用變換式能夠改善線性度。因此，根據(jù)補正后的傳感器輸出值，可進行更正確的壓力控制。
[0081]上述的實施方式，是將具有本發(fā)明所屬的【技術(shù)領(lǐng)域】的通常知識的人們能實施本發(fā)明為目的進行記載的。上述實施方式的各種變形例若是技術(shù)人員當(dāng)然可以實施，本發(fā)明的技術(shù)思想還可適用于其它的實施方式。因此，本發(fā)明不限于所記載的實施方式，是由基于權(quán)利要求書所定義的技術(shù)思想的最寬大的范圍來解釋的。
【權(quán)利要求】
1.一種壓力控制裝置，其特征在于，具有: 壓力調(diào)整閥，該壓力調(diào)整閥對由流體供給源供給的流體的壓力進行調(diào)整； 第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器對由所述壓力調(diào)整閥調(diào)整后的壓力進行測定； 第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器被配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)； PID控制部，該PID控制部生成用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差的補正壓力指令值；以及 調(diào)節(jié)器控制部，該調(diào)節(jié)器控制部將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力控制裝置，其特征在于，所述第一壓力傳感器與所述壓力調(diào)整閥被組裝成一體，所述第二壓力傳感器與所述第一壓力傳感器及所述壓力調(diào)整閥分離。
3.如權(quán)利要求1所述的壓力控制裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
4.如權(quán)利要求3所述的壓力控制裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在凈室內(nèi)的溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的壓力控制裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器對于包含線性度、遲滯性、穩(wěn)定性及重復(fù)性在內(nèi)的評價項目，具有比所述第一壓力傳感器高的壓力測定精度。
6.一種研磨裝置，其特征在于，具有: 支承研磨墊的研磨臺； 將基板按壓在處于所述研磨臺上的所述研磨墊上的頂環(huán)；以及 與所述頂環(huán)連接的壓力控制裝置， 所述頂環(huán)具有用于將所述基板對于所述研磨墊按壓的壓力室， 所述壓力室內(nèi)的壓力由所述壓力控制裝置調(diào)整， 所述壓力控制裝置具有: 壓力調(diào)整閥，該壓力調(diào)整閥對由流體供給源供給的流體的壓力進行調(diào)整； 第一壓力傳感器，該第一壓力傳感器對由所述壓力調(diào)整閥調(diào)整后的壓力進行測定； 第二壓力傳感器，該第二壓力傳感器配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)； PID控制部，該PID控制部生成用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差的補正壓力指令值；以及 調(diào)節(jié)器控制部，該調(diào)節(jié)器控制部將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除。
7.如權(quán)利要求6所述的研磨裝置，其特征在于，所述第一壓力傳感器與所述壓力調(diào)整閥被組裝成一體，所述第二壓力傳感器與所述第一壓力傳感器及所述壓力調(diào)整閥分離。
8.如權(quán)利要求6所述的研磨裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
9.如權(quán)利要求8所述的研磨裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器被設(shè)置在凈室內(nèi)的溫度一定的環(huán)境內(nèi)。
10.如權(quán)利要求6所述的研磨裝置，其特征在于，所述第二壓力傳感器對于包含線性度、遲滯性、穩(wěn)定性及重復(fù)性在內(nèi)的評價項目，具有比所述第一壓力傳感器高的壓力測定精度。
11.一種研磨方法，其特征在于， 將流體從流體供給源經(jīng)由壓力調(diào)整閥而供給到頂環(huán)的壓力室， 利用第一壓力傳感器來測定所述壓力調(diào)整閥的下游側(cè)的所述流體的壓力， 利用配置在所述第一壓力傳感器的下游側(cè)的第二壓力傳感器來測定所述流體的壓力，生成補正壓力指令值，用于消除壓力指令值與由所述第二壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差， 通過將所述壓力調(diào)整閥的動作控制成使所述補正壓力指令值與由所述第一壓力傳感器測定的所述流體的壓力值之差消除，從而調(diào)整所述壓力室內(nèi)的壓力， 利用內(nèi)部形成有所述調(diào)整后的壓力的所述壓力室將基板按壓在研磨墊上，從而對所述基板進行研磨。
【文檔編號】B24B37/005GK103567852SQ201310312547
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月23日
【發(fā)明者】高橋信行, 丸山徹 申請人:株式會社荏原制作所