壓力控制裝置及具有該壓力控制裝置的研磨裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓力控制裝置，該壓力控制裝置對用于將晶片等基板按壓到研磨墊上的壓力室內的壓力進行控制。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。
【背景技術】
[0002]圖15是表示用于研磨晶片的研磨裝置的示意圖。如圖15所示，研磨裝置具有對研磨墊23進行支承的研磨臺22以及將晶片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，并且研磨臺22利用該臺用電動機29而沿箭頭所示的方向旋轉。研磨墊23貼附于研磨臺22的上表面，研磨墊23的上表面構成對晶片W進行研磨的研磨面23a。頂環(huán)30固定于頂環(huán)旋轉軸27的下端。頂環(huán)30構成為能夠通過真空吸附而將晶片W保持在該頂環(huán)30的下表面。
[0003]晶片W的研磨如下那樣地進行。使頂環(huán)30及研磨臺22分別沿箭頭所示的方向旋轉，將研磨液(漿料)從研磨液供給機構25供給到研磨墊23上。在該狀態(tài)下，下表面保持有晶片W的頂環(huán)30下降而將晶片W按壓到研磨墊23的研磨面23a上。晶片W的表面通過研磨液所含的磨粒的機械作用和研磨液的化學作用而被研磨。這種研磨裝置已知為CMP(化學機械研磨)裝置。
[0004]在頂環(huán)30的下部設有由彈性膜形成的壓力室(圖15中未圖示)。加壓氣體被供給到該壓力室，利用壓力室內的壓力來調整晶片W相對于研磨墊23的研磨壓力。圖16是表示將氣體(空氣或氮氣等)供給到頂環(huán)30的壓力室而對壓力室內的壓力進行控制的壓力控制裝置100的示意圖。如圖16所示，壓力控制裝置100具有:對由氣體供給源供給的氣體的壓力進行調整的壓力調整閥101 ;對壓力調整閥101下游側的氣體的壓力(二次側壓力)進行測定的壓力傳感器102 ;以及基于由壓力傳感器102取得的壓力值而對壓力調整閥101的動作進行控制的調節(jié)器控制部103。這種結構的壓力控制裝置100已知為電-氣調節(jié)器。
[0005]壓力調整閥101具有:對由氣體供給源供給的氣體的壓力進行調整的先導閥110 ;對輸送至先導閥I1的先導空氣的壓力進行調整的供氣用電磁閥111及排氣用電磁閥112。先導閥110具有:一部分由膜片形成的先導室115 ;以及與先導室115連接的閥芯116。先導空氣經供氣用電磁閥111而被輸送至先導室115內，先導室115內的先導空氣經排氣用電磁閥112而被排出。因此，通過操作供氣用電磁閥111及排氣用電磁閥112而調整先導室115內的壓力。調節(jié)器控制部103對電磁閥111、112的開閉動作進行控制，閥芯116隨先導室115內的壓力而移動。來自氣體供給源的氣體根據(jù)閥芯116的位置而通過先導閥110，或者先導閥110的下游側(二次側)的氣體經先導閥110而被排出。由此，先導閥110的下游側的氣體壓力即二次側壓力得到調整。
[0006]調節(jié)器控制部103與研磨裝置的研磨控制部50連接，并接受由研磨控制部50發(fā)送的壓力指令值。調節(jié)器控制部103對供氣用電磁閥111及排氣用電磁閥112的動作進行控制，以消除由壓力傳感器102測定的氣體的壓力當前值與壓力指令值之差，由此調整頂環(huán)30的壓力室內的壓力。
[0007]專利文獻1:日本特開2001-105298號公報
[0008]但是，在具有上述結構的壓力控制裝置中，有這樣的問題:壓力的穩(wěn)定性或對輸入信號的響應性的某一方較低。即，若提高壓力的穩(wěn)定性，則響應時間延長，若提高響應性，則壓力變得不穩(wěn)定。

【發(fā)明內容】

[0009]發(fā)明所要解決的課題
[0010]本發(fā)明的目的是，提供一種可使壓力的穩(wěn)定性及對輸入信號的響應性這雙方均提高的壓力控制裝置。另外，本發(fā)明的目的是，提供一種具有這種壓力控制裝置的研磨裝置。
[0011]用于解決課題的手段
[0012]本發(fā)明的一方式是一種壓力控制裝置，其特征在于，具有:壓力調整閥，該壓力調整閥對從流體供給源供給的流體的壓力進行調整；第I壓力傳感器，該第I壓力傳感器對由所述壓力調整閥調整后的壓力進行測定；第2壓力傳感器，該第2壓力傳感器配置在所述第I壓力傳感器的下游側；PID控制部，該PID控制部生成補正指令值，該補正指令值用于消除從外部輸入的壓力指令值與由所述第2壓力傳感器測定的所述流體的第2壓力值之差；以及調節(jié)器控制部，該調節(jié)器控制部對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述壓力指令值及所述補正指令值中的任一方與由所述第I壓力傳感器測定的所述流體的第I壓力值之差，所述PID控制部構成為，從所述壓力指令值產生變化的時刻至PID控制開始點，停止所述補正指令值的生成，所述PID控制開始點后，生成所述補正指令值，所述調節(jié)器控制部構成為，從所述壓力指令值產生變化的時刻至所述PID控制開始點，對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述壓力指令值與所述第I壓力值之差，所述PID控制開始點后，對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述補正指令值與所述第I壓力值之差，所述PID控制開始點是經過了預先設定的延遲時間的時刻。
[0013]本發(fā)明的另一方式是一種研磨裝置，具有:對研磨墊進行支承的研磨臺；將基板按壓到所述研磨臺上的所述研磨墊上的頂環(huán)；對所述頂環(huán)的動作進行控制的研磨控制部；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按壓到所述研磨墊上的壓力室，所述研磨裝置的特征在于，所述壓力室內的壓力由所述壓力控制裝置調整，所述壓力控制裝置具有:壓力調整閥，該壓力調整閥對從流體供給源供給的流體的壓力進行調整；第I壓力傳感器，該第I壓力傳感器對由所述壓力調整閥調整后的壓力進行測定；第2壓力傳感器，該第2壓力傳感器配置在所述第I壓力傳感器的下游側；PID控制部，該PID控制部生成補正指令值，該補正指令值用于消除從所述研磨控制部輸入的壓力指令值與由所述第2壓力傳感器測定的所述流體的第2壓力值之差；以及調節(jié)器控制部，該調節(jié)器控制部對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述壓力指令值及所述補正指令值中的任一方與由所述第I壓力傳感器測定的所述流體的第I壓力值之差，所述PID控制部構成為，從所述壓力指令值產生變化的時刻至PID控制開始點，停止所述補正指令值的生成，所述PID控制開始點后，生成所述補正指令值，所述調節(jié)器控制部構成為，從所述壓力指令值產生變化的時刻至所述PID控制開始點，對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述壓力指令值與所述第I壓力值之差，所述PID控制開始點后，對所述壓力調整閥的動作進行控制，以消除所述補正指令值與所述第I壓力值之差，所述PID控制開始點是經過了預先設定的延遲時間的時刻。
[0014]發(fā)明的效果
[0015]由第I壓力傳感器及調節(jié)器控制部構成第I回路控制，由第2壓力傳感器及PID控制部構成第2回路控制。從來自外部的壓力指令值(即目標壓力值)產生變化的時刻至PID控制開始點，第2回路控制僅與第I回路控制有關，而與壓力的控制無關。因此，壓力控制裝置可迅速跟隨壓力指令值的變化而調整壓力。PID控制開始點后，第I回路控制及第2回路控制這雙方與壓力的控制有關。因此，壓力控制裝置可穩(wěn)定地調整壓力。
【附圖說明】
[0016]圖1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。
[0017]圖2是表示研磨裝置的頂環(huán)的剖視圖。
[0018]圖3是表示研磨裝置一部分的立體圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明一實施方式的壓力控制裝置的示意圖。
[0020]圖5是表示壓力控制裝置的控制流程的示圖。
[0021]圖6是表示PID控制部不動作，僅調節(jié)器控制部進行動作時壓力控制裝置的控制流程的示圖。
[0022]圖7是表示隨著從研磨控制部輸入的壓力指令值的變化而變化的壓力當前值(第2壓力值)的曲線圖。
[0023]圖8(a)及圖8(b)是說明線性度評價及滯后性評價的示圖。
[0024]圖9 (a)及圖9 (b)是說明穩(wěn)定性評價的示圖。
[0025]圖10(a)及圖10(b)是說明重復性評價的示圖。
[0026]圖11 (a)及圖11 (b)是說明溫度特性評價的示圖。
[0027]圖12是表示圖16所示的以往的壓力控制裝置的評價結果，和圖4所示的壓力控制裝置的評價結果的示圖。
[0028]圖13是用于說明將含有誤差的管道壓力傳感器的輸出值補正為正確的輸出值的補正式的示圖。
[0029]圖14(a)是表示管道壓力傳感器的輸出值被補正前的線性度及滯后性的曲線的示圖，圖14(b)是表示管道壓力傳感器的輸出值被補正后的線性度及滯后性的曲線的示圖。
[0030]圖15是表示用于研磨晶片的研磨裝置的示意圖。
[0031]圖16是表示以往的壓力控制裝置的示意圖。
[0032]符號說明
[0033]I 壓力控制裝置
[0034]5 PID 控制部
[0035]6 壓力調整閥
[0036]7 內部壓力傳感器(第I壓力傳感器)
[0037]8 調節(jié)器控制部
[0038]10先導閥
[0039]11供氣用電磁閥
[0040]12排氣用電磁閥
[0041]14先導室
[0042]15閥芯
[0043]22研磨臺
[0044]22a臺軸
[0045]23研磨墊
[0046]23a研磨面
[0047]25研磨液供給機構
[0048]27頂環(huán)旋轉軸
[0049]30頂環(huán)
[0050]31頂環(huán)主體
[0051]32擋環(huán)
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