JP6092086B2

JP6092086B2 - Polishing equipment

Info

Publication number: JP6092086B2
Application number: JP2013248945A
Authority: JP
Inventors: 篠崎　弘行; 弘行篠崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: JP2015104790A

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨パッドに押し付けて該基板の表面を研磨する研磨装置に関し、特に加圧気体が内部に供給された圧力室によって基板を研磨パッドに押し付ける研磨装置に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus that presses a substrate such as a wafer against a polishing pad to polish the surface of the substrate, and more particularly to a polishing apparatus that presses the substrate against the polishing pad by a pressure chamber supplied with pressurized gas.

ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置は、研磨パッド上に研磨液を供給しながら、ウェハなどの基板を研磨パッドに押し付けて基板の表面を研磨する装置である。図１に示すように、ＣＭＰ装置は、一般に、研磨パッド１を支持する研磨テーブル２と、ウェハＷを保持するトップリング５を備える。研磨テーブル２およびトップリング５は同じ方向に回転し、研磨テーブル２とともに回転する研磨パッド１上には研磨液（スラリー）が供給される。トップリング５は、ウェハＷを回転させながら、ウェハＷを研磨パッド１に押し付ける。ウェハＷは、研磨液の存在下で研磨パッド１に摺接され、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と、研磨液の化学的作用との組み合わせにより、ウェハＷの表面が研磨される。このようなＣＭＰ装置は、半導体デバイスを製造するための研磨装置として広く知られている。 A CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus is an apparatus that polishes the surface of a substrate by pressing a substrate such as a wafer against the polishing pad while supplying a polishing liquid onto the polishing pad. As shown in FIG. 1, the CMP apparatus generally includes a polishing table 2 that supports a polishing pad 1 and a top ring 5 that holds a wafer W. The polishing table 2 and the top ring 5 rotate in the same direction, and a polishing liquid (slurry) is supplied onto the polishing pad 1 that rotates together with the polishing table 2. The top ring 5 presses the wafer W against the polishing pad 1 while rotating the wafer W. The wafer W is brought into sliding contact with the polishing pad 1 in the presence of the polishing liquid, and the surface of the wafer W is polished by a combination of the mechanical action of the abrasive grains contained in the polishing liquid and the chemical action of the polishing liquid. . Such a CMP apparatus is widely known as a polishing apparatus for manufacturing a semiconductor device.

トップリング５は、ウェハＷを研磨パッド１に押し付けるための複数の圧力室１０を備えており、これら圧力室１０は弾性膜（メンブレン）１１から形成されている。それぞれの圧力室１０には複数の圧力レギュレータ１５およびロータリージョイント１４を経由して空気または窒素ガスなどの気体が別々に供給される。圧力室１０内の気体の圧力は、圧力レギュレータ１５によって制御される。このような複数の圧力室１０を備えたトップリング５は、ウェハＷの複数の領域を所望の圧力で研磨パッド１に押し付けることができる。 The top ring 5 includes a plurality of pressure chambers 10 for pressing the wafer W against the polishing pad 1, and these pressure chambers 10 are formed of an elastic film (membrane) 11. Each pressure chamber 10 is separately supplied with air or a gas such as nitrogen gas via a plurality of pressure regulators 15 and a rotary joint 14. The pressure of the gas in the pressure chamber 10 is controlled by the pressure regulator 15. The top ring 5 provided with such a plurality of pressure chambers 10 can press a plurality of regions of the wafer W against the polishing pad 1 with a desired pressure.

プレストンの法則によれば、ウェハＷの研磨レート（除去レートともいう）は次の式で表される。
ＲＲ∝Ｐ・Ｖ
ただし、ＲＲは研磨レートを表し、Ｐは研磨パッド１に押し付けられるウェハＷの表面圧力を表し、Ｖはウェハ表面と研磨パッド表面との相対速度を表す。 According to Preston's law, the polishing rate (also referred to as the removal rate) of the wafer W is expressed by the following equation.
RR∝P ・ V
Here, RR represents the polishing rate, P represents the surface pressure of the wafer W pressed against the polishing pad 1, and V represents the relative speed between the wafer surface and the polishing pad surface.

ウェハＷを均一に研磨するためには、相対速度Ｖは、ウェハ表面内で均一であることが望ましい。均一な相対速度Ｖを実現するための条件は、研磨テーブル２の回転速度（すなわち研磨パッド１の回転速度）が、トップリング５の回転速度（すなわち、ウェハＷの回転速度）に等しいことである。 In order to polish the wafer W uniformly, it is desirable that the relative speed V is uniform within the wafer surface. The condition for realizing the uniform relative speed V is that the rotational speed of the polishing table 2 (that is, the rotational speed of the polishing pad 1) is equal to the rotational speed of the top ring 5 (that is, the rotational speed of the wafer W). .

しかしながら、研磨テーブル２とトップリング５とを同じ回転速度で回転させながらウェハＷを研磨すると、ウェハＷの研磨された面上には、同心円状の模様が現れる。このような同心円状の模様の出現は、ウェハＷの研磨された面が平坦ではないことを示している。このような模様の出現を防止するための解決策としては、研磨テーブル２とトップリング５とをわずかに異なる回転速度で回転させることが知られている。 However, when the wafer W is polished while the polishing table 2 and the top ring 5 are rotated at the same rotational speed, a concentric pattern appears on the polished surface of the wafer W. The appearance of such a concentric pattern indicates that the polished surface of the wafer W is not flat. As a solution for preventing the appearance of such a pattern, it is known to rotate the polishing table 2 and the top ring 5 at slightly different rotational speeds.

近年、ウェハの膜厚均一性に対する要請が増々高くなるに従い、ウェハ研磨中の圧力室１０内の圧力の安定性は増々重要となっている。特に、圧力室１０内の圧力の変動、および圧力室１０に流れる気体の流量変動は、ウェハの膜厚均一性を阻害する原因と考えられている。 In recent years, the stability of the pressure in the pressure chamber 10 during wafer polishing has become more and more important as the demand for wafer film thickness uniformity increases. In particular, fluctuations in the pressure in the pressure chamber 10 and fluctuations in the flow rate of the gas flowing in the pressure chamber 10 are considered to be causes of disturbing the film thickness uniformity of the wafer.

研磨パッド１の表面は完全に平坦ではない。加えて、トップリング５が自身の回転に伴って周期的に振動することもある。このため、ウェハの研磨中、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に伴って圧力室１０の容積、すなわち圧力室１０内の圧力は微小に変動する。圧力レギュレータ１５は、圧力室１０内の圧力が所定の目標値に維持されるように、圧力室１０内の圧力変動をキャンセルするように動作する。したがって、良好な研磨結果を達成するためには、圧力レギュレータ１５の応答性は重要である。 The surface of the polishing pad 1 is not completely flat. In addition, the top ring 5 may periodically vibrate as it rotates. For this reason, during the polishing of the wafer, the volume of the pressure chamber 10, that is, the pressure in the pressure chamber 10 fluctuates slightly as the polishing table 2 and the top ring 5 rotate. The pressure regulator 15 operates to cancel the pressure fluctuation in the pressure chamber 10 so that the pressure in the pressure chamber 10 is maintained at a predetermined target value. Therefore, the responsiveness of the pressure regulator 15 is important in order to achieve a good polishing result.

図２は、圧力レギュレータ１５の模式図である。圧力レギュレータ１５は、圧力室１０内の気体の圧力を調整する圧力制御バルブ１６と、圧力制御バルブ１６の下流側の気体の圧力（二次側圧力）を測定する圧力計１７と、圧力の測定値Ｐactと圧力の目標値Ｐｃとの差分を最小とするためのバルブ制御信号を生成するバルブ制御部（例えばＰＩＤコントローラ）２１とを備えている。二次側圧力は、圧力室１０内の圧力に相当する。圧力制御バルブ１６はバルブ制御信号に従って二次側圧力を制御する。このような圧力レギュレータ１５としては電空レギュレータが広く用いられる。 FIG. 2 is a schematic diagram of the pressure regulator 15. The pressure regulator 15 includes a pressure control valve 16 that adjusts the gas pressure in the pressure chamber 10, a pressure gauge 17 that measures the gas pressure (secondary side pressure) downstream of the pressure control valve 16, and pressure measurement. A valve control unit (for example, a PID controller) 21 that generates a valve control signal for minimizing the difference between the value Pact and the pressure target value Pc is provided. The secondary pressure corresponds to the pressure in the pressure chamber 10. The pressure control valve 16 controls the secondary side pressure according to the valve control signal. As such a pressure regulator 15, an electropneumatic regulator is widely used.

図３は、圧力レギュレータ１５に入力される目標値Ｐｃと時間との関係を示すグラフである。図３に示すように、通常、圧力室１０内の圧力の目標値Ｐｃは、ある時間ｔ０で圧力レギュレータ１５のバルブ制御部２１に入力され、その後一定に維持される。図４は、圧力計１７によって測定された実際の圧力Ｐactを示すグラフである。図４に示すように、圧力Ｐactは、目標値Ｐｃの入力時間ｔ０からΔｔだけ遅れて目標値Ｐｃに達する。目標値Ｐｃに到達した後の圧力Ｐactはある程度の幅ΔＰで変動する。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the target value Pc input to the pressure regulator 15 and time. As shown in FIG. 3, the target value Pc of the pressure in the pressure chamber 10 is normally input to the valve control unit 21 of the pressure regulator 15 at a certain time t0, and thereafter is kept constant. FIG. 4 is a graph showing the actual pressure Pact measured by the pressure gauge 17. As shown in FIG. 4, the pressure Pact reaches the target value Pc with a delay of Δt from the input time t0 of the target value Pc. The pressure Pact after reaching the target value Pc varies with a certain width ΔP.

圧力レギュレータ１５の応答性の観点から、時間差Δｔはできるだけ小さいことが望ましく、圧力室１０内の圧力の安定性の観点から、変動幅ΔＰはできるだけ小さいことが望ましい。圧力レギュレータ１５の応答性を向上させること（すなわち、時間差Δｔを短くすること）は、バルブ制御部２１の動作設定の変更によって可能である。しかしながら、応答性を向上させると、図５に示すように、目標値Ｐｃの入力時に圧力Ｐactのオーバーシュートが起こり、圧力Ｐactが不安定となる。その一方で、オーバーシュートを防止して圧力Ｐactを安定させるためには、圧力レギュレータ１５の応答時間を長くする必要がある。しかしながら、これは、図６に示すように、時間差Δｔが増加することを意味する。 From the viewpoint of the responsiveness of the pressure regulator 15, the time difference Δt is desirably as small as possible, and from the viewpoint of the stability of the pressure in the pressure chamber 10, the fluctuation range ΔP is desirably as small as possible. It is possible to improve the responsiveness of the pressure regulator 15 (that is, to shorten the time difference Δt) by changing the operation setting of the valve control unit 21. However, when the responsiveness is improved, as shown in FIG. 5, overshoot of the pressure Pact occurs when the target value Pc is input, and the pressure Pact becomes unstable. On the other hand, in order to prevent overshoot and stabilize the pressure Pact, it is necessary to lengthen the response time of the pressure regulator 15. However, this means that the time difference Δt increases as shown in FIG.

目標値Ｐｃの入力に対する応答性を向上させ、かつオーバーシュートをなくし、さらに、一定の目標値Ｐｃに対応して実際の圧力Ｐactを安定させることが、バルブ制御部２１には求められる。図７は、バルブ制御部２１の周波数応答特性を示すグラフである。図７の縦軸は、目標値Ｐｃに対する実際の圧力（実測値）Ｐactの比率である応答倍率を表している。この応答倍率は、単位としてデシベル［ｄＢ］を用いて表されている。具体的には、目標値Ｐｃに対する実際の圧力Ｐactの比率（Ｐact／Ｐｃ）が１である場合、すなわち実際の圧力Ｐactが目標値Ｐｃの１倍である場合、応答倍率は０ｄＢである。通常、理想的な応答倍率は０ｄＢである。図７に示すグラフは、図４に示す応答性を実現するための周波数応答特性を表している。 The valve control unit 21 is required to improve the responsiveness to the input of the target value Pc, eliminate overshoot, and stabilize the actual pressure Pact corresponding to the constant target value Pc. FIG. 7 is a graph showing frequency response characteristics of the valve control unit 21. The vertical axis in FIG. 7 represents the response magnification which is the ratio of the actual pressure (actual measurement value) Pact to the target value Pc. This response magnification is expressed using decibel [dB] as a unit. Specifically, when the ratio (Pact / Pc) of the actual pressure Pact to the target value Pc is 1, that is, when the actual pressure Pact is 1 time of the target value Pc, the response magnification is 0 dB. Usually, the ideal response magnification is 0 dB. The graph shown in FIG. 7 represents frequency response characteristics for realizing the responsiveness shown in FIG.

図７の横軸は、バルブ制御部２１に入力される入力制御信号の周波数を表している。入力制御信号は、圧力の目標値Ｐｃのみならず、圧力の目標値Ｐｃと、フィードバック値である圧力値Ｐactとの差分が含まれる。圧力の目標値Ｐｃは図３に示すように一定であるが、圧力値Ｐactは研磨テーブル２およびトップリング５の回転によって僅かに周期的に変動する。結果として、入力制御信号も変動する。この入力制御信号の周波数は、圧力値Ｐactの振動周波数に対応し、圧力値Ｐactの振動周波数は研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度から算出される周波数に対応する。図７の横軸は、この変動する入力制御信号の周波数（すなわち、測定された圧力値Ｐactの周波数）を表している。図７に示すｆｃは共振周波数である。 The horizontal axis in FIG. 7 represents the frequency of the input control signal input to the valve control unit 21. The input control signal includes not only the pressure target value Pc but also a difference between the pressure target value Pc and the pressure value Pact which is a feedback value. The target value Pc of the pressure is constant as shown in FIG. 3, but the pressure value Pact varies slightly periodically with the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5. As a result, the input control signal also varies. The frequency of this input control signal corresponds to the vibration frequency of the pressure value Pact, and the vibration frequency of the pressure value Pact corresponds to the frequency calculated from the rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5. The horizontal axis of FIG. 7 represents the frequency of the input control signal that fluctuates (that is, the frequency of the measured pressure value Pact). Fc shown in FIG. 7 is a resonance frequency.

通常、ウェハの研磨時には、６０ｍｉｎ^−１〜１２０ｍｉｎ^−１の速度範囲内で研磨テーブル２およびトップリング５をそれぞれ回転させる。上述したように、研磨パッド１の表面は完全に平坦ではなく、トップリング５が自身の回転に伴って周期的に振動することもある。このため、ウェハの研磨中、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に伴って圧力室１０の容積は微小に変動する。したがって、圧力室１０を含む気体格納空間の容積Ｑ、すなわち圧力室１０の容積と、圧力レギュレータ１５から圧力室１０までの気体流路２８の容積との合計が変動する。 Normally, during the polishing of the ^wafer, the polishing table 2 and the top ring 5 is rotated respectively in a velocity range of 60min ^-1 ~120min -1. As described above, the surface of the polishing pad 1 is not completely flat, and the top ring 5 may vibrate periodically as it rotates. For this reason, during polishing of the wafer, the volume of the pressure chamber 10 fluctuates slightly as the polishing table 2 and the top ring 5 rotate. Therefore, the total volume Q of the gas storage space including the pressure chamber 10, that is, the volume of the pressure chamber 10 and the volume of the gas flow path 28 from the pressure regulator 15 to the pressure chamber 10 varies.

このような気体格納空間の容積Ｑの変動は、圧力レギュレータ１５の二次側圧力を示す圧力値Ｐactに影響し、結果として研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度に同期した周波数で入力制御信号が変動する。例えば、研磨テーブル２およびトップリング５を同じ回転速度６０ｍｉｎ^−１で回転させたとき、入力制御信号は１Ｈｚ（６０ｍｉｎ^−１／６０sec＝１Ｈｚ）で振動する。研磨テーブル２およびトップリング５を同じ回転速度１２０ｍｉｎ^−１で回転させたときは、入力制御信号は２Ｈｚ（１２０ｍｉｎ^−１／６０sec＝２Ｈｚ）で振動する。 Such a change in the volume Q of the gas storage space affects the pressure value Pact indicating the secondary pressure of the pressure regulator 15, and as a result, the input control signal at a frequency synchronized with the rotational speed of the polishing table 2 and the top ring 5. Fluctuates. For example, when the polishing table 2 and the top ring 5 are rotated at the same rotation speed 60 min ⁻¹ , the input control signal vibrates at 1 Hz (60 min ⁻¹ / 60 sec = 1 Hz). When the polishing table 2 and the top ring 5 are rotated at the same rotational speed 120 min ⁻¹ , the input control signal vibrates at 2 Hz (120 min ⁻¹ / 60 sec = 2 Hz).

しかしながら、図７のグラフから分かるように、入力制御信号の周波数が１〜２Ｈｚの範囲内では、応答倍率は０ｄＢ（１倍）ではない。これは、６０ｍｉｎ^−１〜１２０ｍｉｎ^−１の速度範囲内で研磨テーブル２およびトップリング５を回転速度で回転させると、圧力Ｐactは発散的に振動することを示している。 However, as can be seen from the graph of FIG. 7, the response magnification is not 0 dB (1 ×) when the frequency of the input control signal is in the range of 1 to 2 Hz. ^This rotates the polishing table 2 and the top ring 5 at a rotational speed within a speed range of 60min ^-1 ~120min -1, pressure Pact indicates that vibrates divergently.

このような圧力Ｐactの発散的な振動を防止するための解決策の１つは、研磨テーブル２およびトップリング５を異なる回転速度で回転させることである。研磨テーブル２およびトップリング５を異なる回転速度で回転させると、図８に示すように、気体格納空間（圧力室１０および気体流路２８）の容積Ｑは時間とともに大きくうねりながら変動する。図８において、容積Ｑのうねりの周期Ｔ１は、研磨テーブル２の回転速度とトップリング５の回転速度の差分（絶対値）から換算された周期に相当し、容積Ｑの振動の周期Ｔ２は、研磨テーブル２の回転速度から換算された周期に相当する。 One solution for preventing such divergent vibrations of the pressure Pact is to rotate the polishing table 2 and the top ring 5 at different rotational speeds. When the polishing table 2 and the top ring 5 are rotated at different rotational speeds, as shown in FIG. 8, the volume Q of the gas storage space (the pressure chamber 10 and the gas flow path 28) fluctuates with time and greatly swells. In FIG. 8, the undulation cycle T1 of the volume Q corresponds to a cycle converted from the difference (absolute value) between the rotation speed of the polishing table 2 and the rotation speed of the top ring 5, and the vibration cycle T2 of the volume Q is This corresponds to a cycle converted from the rotational speed of the polishing table 2.

図８から分かるように、容積Ｑの変動幅ΔＱは周期的に０に近づく。このため、応答倍率が０ｄＢよりも大きいにもかかわらず、圧力Ｐactは発散的に振動しない。結果として、圧力Ｐactは、微小に変動しながらも、目標値Ｐｃに近い値に維持される。しかしながら、上述したように、ウェハを均一に研磨するためには、研磨テーブル２とトップリング５を同じ回転速度で回転させることが望ましい。 As can be seen from FIG. 8, the fluctuation range ΔQ of the volume Q periodically approaches zero. For this reason, the pressure Pact does not oscillate divergently even though the response magnification is larger than 0 dB. As a result, the pressure Pact is maintained at a value close to the target value Pc even though it fluctuates slightly. However, as described above, in order to polish the wafer uniformly, it is desirable to rotate the polishing table 2 and the top ring 5 at the same rotational speed.

最近では、圧力レギュレータ１５は、その応答性（時間差Δｔの短縮）と交換時のアクセス性の観点から、トップリング５の近くに配置されることが多い。このため、気体格納空間（圧力室１０および気体流路２８）の容積Ｑが小さくなる傾向にある。容積Ｑが小さくなると、その変動幅ΔＱは相対的に大きくなり、結果として、圧力室１０の容積変動が圧力Ｐactに与える影響は大きくなる。 Recently, the pressure regulator 15 is often disposed near the top ring 5 from the viewpoint of its responsiveness (shortening of the time difference Δt) and accessibility during replacement. For this reason, the volume Q of the gas storage space (the pressure chamber 10 and the gas flow path 28) tends to be small. When the volume Q decreases, the fluctuation range ΔQ increases relatively, and as a result, the influence of the volume fluctuation of the pressure chamber 10 on the pressure Pact increases.

さらに、複数組の研磨テーブルとトップリングを備える研磨装置では、気体流路の長さがトップリング間で異なることがある。このような気体流路の長さの違いが存在すると、圧力Ｐactの変動の大きさがトップリング間で異なる。結果として、トップリングによってウェハの研磨結果が異なってしまう。 Furthermore, in a polishing apparatus including a plurality of sets of polishing tables and top rings, the length of the gas flow path may differ between the top rings. When there is such a difference in the length of the gas flow path, the magnitude of the fluctuation of the pressure Pact differs between the top rings. As a result, the polishing result of the wafer varies depending on the top ring.

特開２００１−１０５２９８号公報JP 2001-105298 A 特開２００５−８１５０７号公報JP 2005-81507 A 特開２０１０−５０４３６号公報JP 2010-50436 A 特開平１１−７０４６８号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-70468

本発明は、トップリングの圧力室内の圧力を安定して制御することができる研磨装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of stably controlling the pressure in the pressure chamber of the top ring.

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨パッドを支持するための回転可能な研磨テーブルと、前記研磨パッドに基板を押し付けるための圧力室を有する回転可能なトップリングと、前記圧力室内の気体の圧力を制御する圧力レギュレータとを備え、前記圧力レギュレータは、圧力制御バルブと、該圧力制御バルブの下流側の気体の圧力を測定する圧力計と、前記圧力室内の圧力の目標値と該圧力計によって測定された圧力値との差分を最小にするように前記圧力制御バルブの動作を制御するバルブ制御部とを備え、前記測定された圧力値の振動周波数が所定の周波数範囲内にあるとき、前記バルブ制御部の、前記目標値に対する前記測定された圧力値の比率を示す応答倍率は０ｄＢ以下であり、前記研磨テーブルの回転速度に対応する周波数は、前記所定の周波数範囲内にあることを特徴とする研磨装置である。 To achieve the above-described object, one aspect of the present invention provides a rotatable polishing table for supporting a polishing pad, a rotatable top ring having a pressure chamber for pressing a substrate against the polishing pad, A pressure regulator for controlling the pressure of the gas in the pressure chamber, the pressure regulator comprising: a pressure control valve; a pressure gauge for measuring the pressure of the gas downstream of the pressure control valve; and a pressure regulator for controlling the pressure in the pressure chamber. A valve control unit that controls the operation of the pressure control valve so as to minimize the difference between the target value and the pressure value measured by the pressure gauge, and the vibration frequency of the measured pressure value is a predetermined frequency. when in range, the valve control unit, the response magnification showing the ratio of the measured pressure value for the target value is less than 0 dB, the rotational speed of the polishing table Corresponding frequency is a polishing apparatus which is characterized in that in said predetermined frequency range.

本発明の好ましい態様は、前記バルブ制御部は、第１のバルブ制御部と第２のバルブ制御部から構成され、前記圧力レギュレータは、前記第１のバルブ制御部と前記第２のバルブ制御部とを切り替える切替器を有しており、前記測定された圧力値の振動周波数が前記所定の周波数範囲内にあるとき、前記第１のバルブ制御部の前記応答倍率は０ｄＢ以下であり、前記測定された圧力値の振動周波数が前記所定の周波数範囲内にあるとき、前記第２のバルブ制御部の前記応答倍率は０ｄＢよりも大きいことを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the valve control unit includes a first valve control unit and a second valve control unit, and the pressure regulator includes the first valve control unit and the second valve control unit. When the vibration frequency of the measured pressure value is within the predetermined frequency range, the response magnification of the first valve control unit is 0 dB or less, and the measurement When the vibration frequency of the measured pressure value is within the predetermined frequency range, the response magnification of the second valve control unit is greater than 0 dB.

本発明の好ましい態様は、前記圧力レギュレータは、前記測定された圧力値の振動周波数が前記所定の周波数範囲内にあるときの前記バルブ制御部の前記応答倍率を０ｄＢ以下に下げる帯域除去フィルタを備えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記研磨テーブルと前記トップリングは同じ回転速度で回転することを特徴とする。 In a preferred aspect of the present invention, the pressure regulator includes a band elimination filter that reduces the response magnification of the valve control unit to 0 dB or less when the vibration frequency of the measured pressure value is within the predetermined frequency range. It is characterized by that.
In a preferred aspect of the present invention, the polishing table and the top ring rotate at the same rotational speed.

本発明の好ましい態様は、前記バルブ制御部の前記応答倍率を計測する応答倍率計測器をさらに備え、前記応答倍率計測器は、前記所定の周波数範囲内にある周波数でテスト目標値を振動させながら該テスト目標値を前記圧力レギュレータに入力し、前記振動するテスト目標値を前記圧力レギュレータに入力しているときの前記圧力計の出力値を取得し、前記出力値および前記テスト目標値から前記バルブ制御部の前記応答倍率を算出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記算出された応答倍率が０ｄＢよりも大きい場合に、該応答倍率が０ｄＢ以下となるように前記バルブ制御部の動作を調整するチューニング器をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧力室と前記圧力レギュレータとの間に設けられたガスタンクをさらに備えたことを特徴とする。 A preferred aspect of the present invention further includes a response magnification measuring device that measures the response magnification of the valve control unit, and the response magnification measuring device vibrates a test target value at a frequency within the predetermined frequency range. The test target value is input to the pressure regulator, the output value of the pressure gauge when the vibrating test target value is input to the pressure regulator is obtained, and the valve is obtained from the output value and the test target value. The response magnification of the control unit is calculated.
A preferred aspect of the present invention is characterized by further comprising a tuner that adjusts the operation of the valve control unit so that the response magnification is 0 dB or less when the calculated response magnification is greater than 0 dB. To do.
In a preferred aspect of the present invention, the gas tank further includes a gas tank provided between the pressure chamber and the pressure regulator.

本発明の他の態様は、研磨パッドを支持するための回転可能な研磨テーブルと、前記研磨パッドに基板を押し付けるための圧力室を有する回転可能なトップリングと、前記圧力室内の気体の圧力を制御する圧力レギュレータと、前記圧力室と前記圧力レギュレータとの間に設けられたガスタンクとを備え、前記圧力レギュレータは、圧力制御バルブと、該圧力制御バルブの下流側の気体の圧力を測定する圧力計と、前記圧力室内の圧力の目標値と該圧力計によって測定された圧力値との差分を最小にするように前記圧力制御バルブの動作を制御するバルブ制御部とを備えたことを特徴とする研磨装置である。 According to another aspect of the present invention, there is provided a rotatable polishing table for supporting a polishing pad, a rotatable top ring having a pressure chamber for pressing a substrate against the polishing pad, and a gas pressure in the pressure chamber. A pressure regulator for controlling, and a gas tank provided between the pressure chamber and the pressure regulator, wherein the pressure regulator measures the pressure of the pressure control valve and the gas downstream of the pressure control valve. And a valve control unit that controls the operation of the pressure control valve so as to minimize the difference between the target value of the pressure in the pressure chamber and the pressure value measured by the pressure gauge. Polishing apparatus.

本発明によれば、研磨テーブルの回転速度に対応した周波数では、バルブ制御部の応答倍率が０ｄＢとなる。したがって、ウェハなどの基板の研磨中に圧力室の圧力は発散的に振動せず、安定して所定の目標値に維持される。 According to the present invention, the response magnification of the valve controller is 0 dB at a frequency corresponding to the rotational speed of the polishing table. Therefore, the pressure in the pressure chamber does not diverge divergently during polishing of a substrate such as a wafer, and is stably maintained at a predetermined target value.

研磨装置の模式図である。It is a schematic diagram of a grinding | polishing apparatus. 圧力レギュレータの模式図である。It is a schematic diagram of a pressure regulator. 圧力レギュレータに入力される目標値Ｐｃと時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between target value Pc input into a pressure regulator, and time. 圧力計によって測定された実際の圧力（測定された圧力値）Ｐactを示すグラフである。It is a graph which shows the actual pressure (measured pressure value) Pact measured by the pressure gauge. 圧力Ｐactのオーバーシュートを示すグラフである。It is a graph which shows the overshoot of pressure Pact. 圧力レギュレータの応答時間を長く設定した場合の圧力Ｐactを示すグラフである。It is a graph which shows the pressure Pact when the response time of a pressure regulator is set long. バルブ制御部の周波数応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency response characteristic of a valve | bulb control part. 研磨テーブルおよびトップリングを異なる回転速度で回転させたときの気体格納空間（圧力室および気体流路）の容積の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the volume of the gas storage space (a pressure chamber and a gas flow path) when rotating a grinding | polishing table and a top ring at a different rotational speed. 圧力レギュレータの一実施形態を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing one embodiment of a pressure regulator. 図９に示すバルブ制御部の周波数応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency response characteristic of the valve | bulb control part shown in FIG. 圧力レギュレータの他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows other embodiment of a pressure regulator. 図１１に示す第１のバルブ制御部および第２のバルブ制御部の周波数応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency response characteristic of the 1st valve control part and the 2nd valve control part which are shown in FIG. 圧力レギュレータのさらに他の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows further another embodiment of a pressure regulator. 図１３に示すバルブ制御部の周波数応答特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency response characteristic of the valve | bulb control part shown in FIG. バルブ制御部の応答倍率を計測する応答倍率計測器を備えた研磨装置の実施形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows embodiment of the polishing apparatus provided with the response magnification measuring device which measures the response magnification of a valve | bulb control part. ガスタンクを備えた研磨装置の実施形態を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an embodiment of a polisher provided with a gas tank. 研磨テーブルおよびトップリングがそれらの回転軸心から傾いている状態を示す図である。It is a figure which shows the state which the grinding | polishing table and the top ring incline from those rotating shaft centers. 図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、研磨テーブルおよびトップリングの位相角が同期した状態で回転している様子を示す図である。FIG. 18A to FIG. 18C are diagrams showing a state in which the phase angles of the polishing table and the top ring are rotating in a synchronized state.

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明の一実施形態に係る研磨装置は、図１に示す研磨装置と基本的に同じ構成を有するので、その重複する説明を省略する。図９は、圧力レギュレータ１５の一実施形態を示す模式図である。圧力レギュレータ１５は、圧力室１０内の気体の圧力を調整する圧力制御バルブ１６と、この圧力制御バルブ１６の下流側の気体の圧力（二次側圧力）を測定する圧力計１７と、圧力の目標値Ｐｃと圧力計１７によって測定された圧力値Ｐactとの差分（偏差）を最小にするように圧力制御バルブ１６の動作を制御するバルブ制御部２５とを備えている。二次側圧力は、圧力室１０内の圧力に相当する。目標値Ｐｃは、トップリング５の圧力室１０内の圧力の目標値である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
The polishing apparatus according to one embodiment of the present invention has basically the same configuration as the polishing apparatus shown in FIG. FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of the pressure regulator 15. The pressure regulator 15 includes a pressure control valve 16 that adjusts the pressure of the gas in the pressure chamber 10, a pressure gauge 17 that measures the pressure (secondary pressure) of the gas downstream of the pressure control valve 16, A valve control unit 25 that controls the operation of the pressure control valve 16 so as to minimize the difference (deviation) between the target value Pc and the pressure value Pact measured by the pressure gauge 17 is provided. The secondary pressure corresponds to the pressure in the pressure chamber 10. The target value Pc is a target value of the pressure in the pressure chamber 10 of the top ring 5.

バルブ制御部２５としては、ＰＩＤ動作、すなわち比例動作、積分動作、および微分動作を行うＰＩＤコントローラを使用することができる。これら比例動作、積分動作、微分動作のそれぞれの操作量は、一般に、目標値と実測値との偏差、比例パラメータ（比例ゲイン）、積分パラメータ（比例ゲイン／積分時間）、および微分パラメータ（比例ゲイン＊微分時間）によって決定される。比例パラメータ、積分パラメータ、および微分パラメータは、予め設定された定数である。バルブ制御部２５の制御動作は、これらパラメータによって調整される。 As the valve control unit 25, a PID controller that performs PID operation, that is, proportional operation, integration operation, and differentiation operation can be used. In general, the operation amounts of the proportional operation, the integral operation, and the differential operation are the deviation between the target value and the actual measurement value, the proportional parameter (proportional gain), the integral parameter (proportional gain / integral time), and the differential parameter (proportional gain). * Derivative time) The proportional parameter, the integral parameter, and the derivative parameter are preset constants. The control operation of the valve control unit 25 is adjusted by these parameters.

図１０は、図９に示すバルブ制御部２５の周波数応答特性を示すグラフである。図１０の縦軸は、目標値Ｐｃに対する実際の圧力（実測値）Ｐactの比率である応答倍率を表している。この応答倍率は、単位としてデシベル［ｄＢ］を用いて表されている。具体的には、目標値Ｐｃに対する実際の圧力Ｐactの比率（Ｐact／Ｐｃ）が１である場合、すなわち実際の圧力Ｐactが目標値Ｐｃの１倍である場合、応答倍率は０ｄＢである。 FIG. 10 is a graph showing frequency response characteristics of the valve control unit 25 shown in FIG. The vertical axis in FIG. 10 represents the response magnification that is the ratio of the actual pressure (actual measurement value) Pact to the target value Pc. This response magnification is expressed using decibel [dB] as a unit. Specifically, when the ratio (Pact / Pc) of the actual pressure Pact to the target value Pc is 1, that is, when the actual pressure Pact is 1 time of the target value Pc, the response magnification is 0 dB.

図１０の横軸は、バルブ制御部２５に入力される入力制御信号の周波数を表している。入力制御信号は、圧力の目標値Ｐｃのみならず、圧力の目標値Ｐｃと、フィードバック値である圧力値Ｐactとの差分が含まれる。圧力の目標値Ｐｃは図３に示すように一定であるが、圧力値Ｐactは研磨テーブル２およびトップリング５の回転によって僅かに周期的に変動する。結果として、入力制御信号も変動する。この入力制御信号の周波数は、圧力値Ｐactの振動周波数に対応し、圧力値Ｐactの振動周波数は研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度から算出される周波数に対応する。図１０の横軸は、この変動する入力制御信号の周波数（すなわち、測定された圧力値Ｐactの周波数）を表している。以下の説明では、入力制御信号の周波数を圧力値Ｐactの振動周波数として説明する。 The horizontal axis in FIG. 10 represents the frequency of the input control signal input to the valve control unit 25. The input control signal includes not only the pressure target value Pc but also a difference between the pressure target value Pc and the pressure value Pact which is a feedback value. The target value Pc of the pressure is constant as shown in FIG. 3, but the pressure value Pact varies slightly periodically with the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5. As a result, the input control signal also varies. The frequency of this input control signal corresponds to the vibration frequency of the pressure value Pact, and the vibration frequency of the pressure value Pact corresponds to the frequency calculated from the rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5. The horizontal axis of FIG. 10 represents the frequency of the input control signal that fluctuates (that is, the frequency of the measured pressure value Pact). In the following description, the frequency of the input control signal will be described as the vibration frequency of the pressure value Pact.

図１０に示すように、バルブ制御部２５の応答倍率は、測定された圧力値のＰactの振動周波数が所定の周波数範囲Ｒ内にあるとき、０ｄＢとなるように構成されている。この周波数範囲Ｒは、ウェハなどの基板の研磨をするときの研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度から決定される。すなわち、ウェハ研磨時の研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度に対応する周波数を含むように周波数範囲Ｒが決定される。例えば、ウェハ研磨時の研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度が６０ｍｉｎ^−１〜１２０ｍｉｎ^−１の範囲内である場合、上記所定の周波数範囲Ｒは１〜２Ｈｚを含む範囲である。ウェハ研磨時の研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度は、同じであってよい。 As shown in FIG. 10, the response magnification of the valve control unit 25 is configured to be 0 dB when the vibration frequency of Pact of the measured pressure value is within a predetermined frequency range R. This frequency range R is determined from the rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5 when a substrate such as a wafer is polished. That is, the frequency range R is determined so as to include a frequency corresponding to the rotational speed of the polishing table 2 and the top ring 5 during wafer polishing. For example, when the rotational speed of the polishing table 2 and the top ring 5 during wafer polishing is in the range of ^60min ^-1 ^~120min -1, the predetermined frequency range R is a range including 1 to 2 Hz. The rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5 during wafer polishing may be the same.

バルブ制御部２５の応答倍率は、上述した制御パラメータ、すなわち比例パラメータ、積分パラメータ、および微分パラメータによって調整することができる。図１０に示す例では、上記所定の周波数範囲Ｒ内では、バルブ制御部２５の応答倍率が０ｄＢとなるように構成されているが、バルブ制御部２５の応答倍率が０ｄＢよりも低くなるように構成されてもよい。 The response magnification of the valve control unit 25 can be adjusted by the control parameters described above, that is, the proportional parameter, the integral parameter, and the derivative parameter. In the example shown in FIG. 10, the response magnification of the valve control unit 25 is configured to be 0 dB within the predetermined frequency range R, but the response magnification of the valve control unit 25 is lower than 0 dB. It may be configured.

このような構成によれば、ウェハの研磨中に研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度に同期して圧力値Ｐactが振動しても、その振動周波数を含む範囲ではバルブ制御部２５の応答倍率が０ｄＢであるので、圧力値Ｐactは発散しない。したがって、圧力レギュレータ１５は、目標値Ｐｃの入力に応じて圧力値Ｐactを安定して制御することができる。 According to such a configuration, even if the pressure value Pact vibrates in synchronization with the rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5 during wafer polishing, the response magnification of the valve control unit 25 is within a range including the vibration frequency. Is 0 dB, the pressure value Pact does not diverge. Therefore, the pressure regulator 15 can stably control the pressure value Pact according to the input of the target value Pc.

図１１は、圧力レギュレータ１５の他の実施形態を示す模式図である。この実施形態では、バルブ制御部２５は、第１のバルブ制御部２５Ａと第２のバルブ制御部２５Ｂから構成されている。圧力レギュレータ１５は、第１のバルブ制御部２５Ａと第２のバルブ制御部２５Ｂとを切り替える切替器２６を有しており、第１のバルブ制御部２５Ａと第２のバルブ制御部２５Ｂのうちのいずれか一方が切替器２６を介して圧力制御バルブ１６に接続される。 FIG. 11 is a schematic diagram showing another embodiment of the pressure regulator 15. In this embodiment, the valve control unit 25 includes a first valve control unit 25A and a second valve control unit 25B. The pressure regulator 15 includes a switch 26 that switches between the first valve control unit 25A and the second valve control unit 25B, and the pressure regulator 15 includes the first valve control unit 25A and the second valve control unit 25B. Either one is connected to the pressure control valve 16 via the switch 26.

図１２は、図１１に示す第１のバルブ制御部２５Ａおよび第２のバルブ制御部２５Ｂの周波数応答特性を示すグラフである。図１２に示すように、第１のバルブ制御部２５Ａの応答倍率は、圧力値Ｐactの振動周波数が上記所定の周波数範囲Ｒ内にあるとき、０ｄＢ以下である（図１２に示す例では０ｄＢ）。第２のバルブ制御部２５Ｂの応答倍率は、圧力値Ｐactの振動周波数が上記所定の周波数範囲Ｒ内にあるとき、０ｄＢよりも大きい。 FIG. 12 is a graph showing frequency response characteristics of the first valve control unit 25A and the second valve control unit 25B shown in FIG. As shown in FIG. 12, the response magnification of the first valve control unit 25A is 0 dB or less when the vibration frequency of the pressure value Pact is within the predetermined frequency range R (0 dB in the example shown in FIG. 12). . The response magnification of the second valve control unit 25B is greater than 0 dB when the vibration frequency of the pressure value Pact is within the predetermined frequency range R.

切替器２６は、所定のタイミングで動作して、第１のバルブ制御部２５Ａと第２のバルブ制御部２５Ｂのうちのいずれか一方を圧力制御バルブ１６に接続する。例えば、圧力のオーバーシュートを防ぐために、切替器２６は目標値Ｐｃが入力される前に第２のバルブ制御部２５Ｂを圧力制御バルブ１６に接続し、圧力室１０内の圧力の発散的な振動を防止するために、切替器２６はウェハの研磨中は第１のバルブ制御部２５Ａを圧力制御バルブ１６に接続する。このように周波数応答特性の異なる２つのバルブ制御部２５Ａ，２５Ｂを備えることで、圧力のオーバーシュートを防止しつつ、研磨中での圧力を安定させることができる。 The switch 26 operates at a predetermined timing, and connects either the first valve control unit 25A or the second valve control unit 25B to the pressure control valve 16. For example, in order to prevent pressure overshoot, the switch 26 connects the second valve control unit 25B to the pressure control valve 16 before the target value Pc is input, and the divergent vibration of the pressure in the pressure chamber 10 is detected. In order to prevent this, the switch 26 connects the first valve control unit 25A to the pressure control valve 16 during polishing of the wafer. By providing the two valve controllers 25A and 25B having different frequency response characteristics in this way, the pressure during polishing can be stabilized while preventing pressure overshoot.

図１３は、圧力レギュレータ１５のさらに他の実施形態を示す模式図である。この実施形態では、１つのバルブ制御部２５が設けられている点で図９に示す実施形態と同じであるが、バルブ制御部２５は帯域除去フィルタ３１（例えば、バンドエリミネーションフィルタ）を備えている点で異なっている。この帯域除去フィルタ３１は、測定された圧力値Ｐactの振動周波数が所定の周波数範囲Ｒ内にあるときのバルブ制御部２５の応答倍率を、０ｄＢまたはそれよりも低くするフィルタである。 FIG. 13 is a schematic diagram showing still another embodiment of the pressure regulator 15. This embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. 9 in that one valve control unit 25 is provided, but the valve control unit 25 includes a band elimination filter 31 (for example, a band elimination filter). Is different. The band elimination filter 31 is a filter that reduces the response magnification of the valve control unit 25 when the vibration frequency of the measured pressure value Pact is within a predetermined frequency range R to 0 dB or lower.

図１４は、図１３に示すバルブ制御部２５の周波数応答特性を示すグラフである。図１４に示すように、帯域除去フィルタ３１により所定の周波数範囲Ｒ内では、応答倍率が０ｄＢ以下（図１４に示す例では０ｄＢ）となっている。この帯域除去フィルタ３１は、バルブ制御部２５の上流側または下流側に配置されてもよい。 FIG. 14 is a graph showing frequency response characteristics of the valve control unit 25 shown in FIG. As shown in FIG. 14, the response magnification is 0 dB or less (0 dB in the example shown in FIG. 14) within a predetermined frequency range R by the band elimination filter 31. The band elimination filter 31 may be disposed on the upstream side or the downstream side of the valve control unit 25.

研磨テーブル２とトップリング５の回転速度が同じである条件下で圧力Ｐactが発散的に振動しないようにするための対応策として、研磨テーブル２およびトップリング５の回転速度に対応する周波数を持つ成分を、フィードバック値である圧力値Ｐactからフィルタで除去してもよい。このようなフィルタを用いることで、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に起因する圧力Ｐactの微小な振動を除去することができる。 As a countermeasure for preventing the pressure Pact from diverging under conditions where the rotational speeds of the polishing table 2 and the top ring 5 are the same, a frequency corresponding to the rotational speed of the polishing table 2 and the top ring 5 is provided. The component may be removed by a filter from the pressure value Pact which is a feedback value. By using such a filter, minute vibrations of the pressure Pact caused by the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5 can be removed.

図１５は、バルブ制御部２５の応答倍率を計測する応答倍率計測器３３を備えた研磨装置の実施形態を示す模式図である。この応答倍率計測器３３は、上記所定の周波数範囲Ｒ内にある周波数でテスト目標値を振動させながら該テスト目標値を圧力レギュレータ１５に入力するように構成される。テスト目標値は、予め定められた値であり、上述した目標値Ｐｃであってもよい。圧力計１７は、この振動するテスト目標値を圧力レギュレータ１５に入力しているときの圧力制御バルブ１６の下流側の気体の圧力（すなわち圧力制御バルブ１６の二次側圧力）を測定し、その間、応答倍率計測器３３は、圧力計１７の出力値を取得する。 FIG. 15 is a schematic diagram showing an embodiment of a polishing apparatus provided with a response magnification measuring device 33 that measures the response magnification of the valve control unit 25. The response magnification measuring instrument 33 is configured to input the test target value to the pressure regulator 15 while vibrating the test target value at a frequency within the predetermined frequency range R. The test target value is a predetermined value, and may be the target value Pc described above. The pressure gauge 17 measures the pressure of the gas on the downstream side of the pressure control valve 16 (that is, the secondary pressure of the pressure control valve 16) when the oscillating test target value is input to the pressure regulator 15, The response magnification measuring instrument 33 acquires the output value of the pressure gauge 17.

さらに、応答倍率計測器３３は、テスト目標値および圧力計１７の出力値からバルブ制御部２５の応答倍率を算出する。より具体的には、応答倍率計測器３３は、テスト目標値に対する出力値の比率からバルブ制御部２５の応答倍率を算出する。上述したように、応答倍率は単位としてデシベル［ｄＢ］を用いて表されているので、テスト目標値に対する出力値の比率は、対数（底が１０である対数）として表される。 Further, the response magnification measuring device 33 calculates the response magnification of the valve control unit 25 from the test target value and the output value of the pressure gauge 17. More specifically, the response magnification measuring device 33 calculates the response magnification of the valve control unit 25 from the ratio of the output value to the test target value. As described above, since the response magnification is expressed using decibel [dB] as a unit, the ratio of the output value to the test target value is expressed as a logarithm (a logarithm whose base is 10).

応答倍率計測器３３は、バルブ制御部２５の動作を調整するチューニング器３５に接続されている。このチューニング器３５は、応答倍率計測器３３によって測定された応答倍率が０ｄＢよりも大きい場合に、応答倍率が０ｄＢ以下となるようにバルブ制御部２５の制御動作を調整する。チューニング器３５は、上述した比例パラメータ、積分パラメータ、および微分パラメータを変更することによってバルブ制御部２５の動作を調整するように構成されている。 The response magnification measuring device 33 is connected to a tuning device 35 that adjusts the operation of the valve control unit 25. The tuning device 35 adjusts the control operation of the valve control unit 25 so that the response magnification is 0 dB or less when the response magnification measured by the response magnification measuring device 33 is larger than 0 dB. The tuner 35 is configured to adjust the operation of the valve control unit 25 by changing the above-described proportional parameter, integral parameter, and derivative parameter.

所定の周波数範囲Ｒ内にある周波数でテスト目標値を振動させる目的は、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に起因するトップリング５の圧力室１０内の圧力変動を模擬することである。したがって、応答倍率の測定は、研磨テーブル２およびトップリング５が回転していないときに実行される。このようにバルブ制御部２５の動作が応答倍率の測定値に基づいて調整されるので、圧力レギュレータ１５は、研磨テーブル２およびトップリング５の回転の影響を排除し、圧力室１０内の圧力を安定して制御することができる。 The purpose of oscillating the test target value at a frequency within the predetermined frequency range R is to simulate the pressure fluctuation in the pressure chamber 10 of the top ring 5 due to the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5. Therefore, the response magnification is measured when the polishing table 2 and the top ring 5 are not rotating. As described above, the operation of the valve control unit 25 is adjusted based on the measured value of the response magnification. Therefore, the pressure regulator 15 eliminates the influence of the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5 and reduces the pressure in the pressure chamber 10. It can be controlled stably.

図１６は、ガスタンク４０を備えた研磨装置の実施形態を示す模式図である。ガスタンク４０は、トップリング５の圧力室１０と圧力レギュレータ１５との間に配置されている。図１６に示すように、複数の圧力室１０および複数の圧力レギュレータ１５のそれぞれに対応して複数のガスタンク４０が設けられている。各ガスタンク４０は、圧力室１０と圧力レギュレータ１５とを連結する気体流路２８に接続されており、圧力室１０に連通している。したがって、上述した気体格納空間（トップリング５の圧力室１０および気体流路２８を含む）の容積Ｑがガスタンク４０の容積だけ増加し、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に起因して生じる変動幅ΔＱは容積Ｑに対して相対的に小さくなる。結果として、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に起因する気体圧力の変動を低下させることができる。 FIG. 16 is a schematic view showing an embodiment of a polishing apparatus provided with a gas tank 40. The gas tank 40 is disposed between the pressure chamber 10 of the top ring 5 and the pressure regulator 15. As shown in FIG. 16, a plurality of gas tanks 40 are provided corresponding to each of the plurality of pressure chambers 10 and the plurality of pressure regulators 15. Each gas tank 40 is connected to a gas flow path 28 that connects the pressure chamber 10 and the pressure regulator 15, and communicates with the pressure chamber 10. Therefore, the volume Q of the gas storage space (including the pressure chamber 10 and the gas flow path 28 of the top ring 5) is increased by the volume of the gas tank 40, and the fluctuation caused by the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5. The width ΔQ is relatively small with respect to the volume Q. As a result, fluctuations in gas pressure due to the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5 can be reduced.

図１７に示すように、研磨テーブル２およびトップリング５がそれらの回転軸心から傾いていると、研磨テーブル２およびトップリング５の回転に伴ってトップリング５の圧力室１０の容積は周期的に変化する。そこで、このようなウェハ研磨中の圧力室１０の容積変化を最小にするために、トップリング５の傾きが最大となる位相角が、研磨テーブル２の傾きが最大となる位相角に一致した状態で、研磨テーブル２およびトップリング５を同じ回転速度で回転させることが好ましい。この場合、研磨テーブル２およびトップリング５の位相角を測定するためのロータリエンコーダ（図示せず）を設けることが好ましい。 As shown in FIG. 17, when the polishing table 2 and the top ring 5 are tilted from their rotational axes, the volume of the pressure chamber 10 of the top ring 5 is periodically changed with the rotation of the polishing table 2 and the top ring 5. To change. Therefore, in order to minimize the volume change of the pressure chamber 10 during wafer polishing, the phase angle at which the top ring 5 has the maximum inclination matches the phase angle at which the inclination of the polishing table 2 becomes maximum. Thus, it is preferable to rotate the polishing table 2 and the top ring 5 at the same rotational speed. In this case, it is preferable to provide a rotary encoder (not shown) for measuring the phase angle of the polishing table 2 and the top ring 5.

図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は、研磨テーブル２およびトップリング５の位相角が同期した状態で回転している様子を示す図である。トップリング５は、その傾きが最大となる位相角が、研磨テーブル２の傾きが最大となる位相角に一致した状態で回転しながら、研磨テーブル２の回転に同期して上下動する。つまり、トップリング５と研磨テーブル２との上下方向の相対位置および相対的な角度が一定となるように、トップリング５および研磨テーブル２が回転し、かつトップリング５が上下動する。この実施形態では、研磨テーブル２およびトップリング５の位相角を同期させるために、研磨テーブル２およびトップリング５は同じ回転速度で回転する。このような動作により、気体格納空間（圧力室１０および気体流路２８を含む）の容積Ｑの変動幅ΔＱは最小となり、結果として、ウェハ研磨中の圧力室１０内の圧力を安定させることができる。 FIGS. 18A to 18C are views showing a state in which the phase angles of the polishing table 2 and the top ring 5 are rotated in a synchronized state. The top ring 5 moves up and down in synchronization with the rotation of the polishing table 2 while rotating in a state where the phase angle at which the inclination is maximum coincides with the phase angle at which the inclination of the polishing table 2 is maximum. That is, the top ring 5 and the polishing table 2 rotate and the top ring 5 moves up and down so that the relative position and the relative angle in the vertical direction between the top ring 5 and the polishing table 2 are constant. In this embodiment, in order to synchronize the phase angles of the polishing table 2 and the top ring 5, the polishing table 2 and the top ring 5 rotate at the same rotational speed. By such an operation, the fluctuation range ΔQ of the volume Q of the gas storage space (including the pressure chamber 10 and the gas flow path 28) is minimized, and as a result, the pressure in the pressure chamber 10 during wafer polishing can be stabilized. it can.

今まで述べた各実施形態の研磨装置は、複数の圧力室１０、および対応する複数の圧力レギュレータ１５を備えているが、１つの圧力室１０および１つの圧力レギュレータ１５を備えていてもよい。 The polishing apparatus of each embodiment described so far includes the plurality of pressure chambers 10 and the corresponding plurality of pressure regulators 15, but may include one pressure chamber 10 and one pressure regulator 15.

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。 The embodiment described above is described for the purpose of enabling the person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs to implement the present invention. Various modifications of the above embodiment can be naturally made by those skilled in the art, and the technical idea of the present invention can be applied to other embodiments. Accordingly, the present invention is not limited to the described embodiments, but is to be construed in the widest scope according to the technical idea defined by the claims.

１研磨パッド
２研磨テーブル
５トップリング
１０圧力室
１１弾性膜
１４ロータリージョイント
１５圧力レギュレータ
１６圧力制御バルブ
１７圧力計
２１，２５，２５Ａ，２５Ｂバルブ制御部
２６切替器
２８気体流路
３１帯域除去フィルタ
３３応答倍率計測器
３５チューニング器
４０ガスタンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polishing pad 2 Polishing table 5 Top ring 10 Pressure chamber 11 Elastic film 14 Rotary joint 15 Pressure regulator 16 Pressure control valve 17 Pressure gauge 21, 25, 25A, 25B Valve control part 26 Switch 28 Gas flow path 31 Band elimination filter 33 Response magnification measuring device 35 Tuning device 40 Gas tank

Claims

A rotatable polishing table for supporting the polishing pad;
A rotatable top ring having a pressure chamber for pressing the substrate against the polishing pad;
A pressure regulator for controlling the pressure of the gas in the pressure chamber,
The pressure regulator includes a pressure control valve, a pressure gauge that measures the pressure of a gas downstream of the pressure control valve, and a difference between a target value of the pressure in the pressure chamber and a pressure value measured by the pressure gauge. A valve control unit that controls the operation of the pressure control valve to minimize,
When the vibration frequency of the measured pressure value is within a predetermined frequency range, a response magnification indicating a ratio of the measured pressure value to the target value of the valve control unit is 0 dB or less,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein a frequency corresponding to a rotation speed of the polishing table is within the predetermined frequency range.

The valve control unit includes a first valve control unit and a second valve control unit,
The pressure regulator has a switch for switching between the first valve control unit and the second valve control unit,
When the vibration frequency of the measured pressure value is within the predetermined frequency range, the response magnification of the first valve control unit is 0 dB or less,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein when the vibration frequency of the measured pressure value is within the predetermined frequency range, the response magnification of the second valve control unit is greater than 0 dB.

The said pressure regulator is provided with the zone | band removal filter which lowers | hangs the said response magnification of the said valve control part when the vibration frequency of the said measured pressure value exists in the said predetermined frequency range to 0 dB or less. 2. The polishing apparatus according to 1.

The polishing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the polishing table and the top ring rotate at the same rotational speed.

A response magnification measuring instrument for measuring the response magnification of the valve control unit;
The response magnification measuring instrument is:
The test target value is input to the pressure regulator while vibrating the test target value at a frequency within the predetermined frequency range,
Obtaining an output value of the pressure gauge when the vibrating test target value is being input to the pressure regulator;
The polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the response magnification of the valve control unit is calculated from the output value and the test target value.

The tuning device according to claim 5, further comprising a tuner that adjusts the operation of the valve control unit so that the response magnification is 0 dB or less when the calculated response magnification is greater than 0 dB. Polishing equipment.

The polishing apparatus according to claim 1, further comprising a gas tank provided between the pressure chamber and the pressure regulator.

A rotatable polishing table for supporting the polishing pad;
A rotatable top ring having a pressure chamber for pressing the substrate against the polishing pad;
A pressure regulator for controlling the pressure of the gas in the pressure chamber;
A gas tank provided between the pressure chamber and the pressure regulator;
The pressure regulator includes a pressure control valve, a pressure gauge that measures the pressure of a gas downstream of the pressure control valve, and a difference between a target value of the pressure in the pressure chamber and a pressure value measured by the pressure gauge. A polishing apparatus comprising: a valve control unit that controls the operation of the pressure control valve to minimize the pressure control valve.