(57)【要約】【課題】圧力測定器の温度変化に影響されることなく、圧力室内の圧力を正確に制御することができる圧力制御方法を提供する。【解決手段】圧力制御方法は、圧力室Ｃ１内の圧力を圧力測定器Ｐ１で測定し、圧力測定器Ｐ１の温度を測定し、圧力測定器Ｐ１の温度の変化に基づいて、圧力測定器Ｐ１から出力された圧力の測定値を補正し、補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出し、圧力室Ｃ１内の圧力が目標圧力に維持されるように圧力室Ｃ１内の圧力を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力室内の圧力を制御するための圧力制御方法であって、
前記圧力室内の圧力を圧力測定器で測定し、
前記圧力測定器の温度を測定し、
前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正し、
前記補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出し、
前記圧力室内の圧力が前記目標圧力に維持されるように前記圧力室内の圧力を制御することを特徴とする圧力制御方法。
【請求項２】
前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正する工程は、前記圧力測定器の温度の変化量に圧力補正係数を乗算することで補正値を算出し、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値から前記補正値を減算する、または前記圧力測定器から出力された圧力の測定値に前記補正値を加算することで、前記圧力の測定値を補正する工程であることを特徴とする請求項１に記載の圧力制御方法。
【請求項３】
前記圧力補正係数は、前記圧力測定器の温度の変化と、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データから予め定められていることを特徴とする請求項２に記載の圧力制御方法。
【請求項４】
前記圧力補正係数は、前記温度の変化に対する、前記圧力の測定値の変化の割合であることを特徴とする請求項３に記載の圧力制御方法。
【請求項５】
圧力室内の圧力を制御するための圧力制御装置であって、
前記圧力室内の圧力を測定する圧力測定器と、
前記圧力測定器の温度を測定する温度測定器と、
前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正する圧力補正部と、
前記補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出するＰＩＤコントローラと、
前記圧力室内の圧力が前記目標圧力に維持されるように前記圧力室内の圧力を制御する圧力レギュレータを備えたことを特徴とする圧力制御装置。
【請求項６】
前記圧力補正部は、その内部に圧力補正係数を予め記憶しており、前記圧力測定器の温度の変化量に前記圧力補正係数を乗算することで補正値を算出し、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値から前記補正値を減算する、または前記圧力測定器から出力された圧力の測定値に前記補正値を加算することで、前記圧力の測定値を補正するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の圧力制御装置。
【請求項７】
前記圧力補正係数は、前記圧力測定器の温度の変化と、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データから予め定められていることを特徴とする請求項６に記載の圧力制御装置。
【請求項８】
前記圧力補正係数は、前記温度の変化に対する、前記圧力の測定値の変化の割合であることを特徴とする請求項７に記載の圧力制御装置。
【請求項９】
基板を研磨するための研磨装置であって、
研磨パッドを支持する研磨テーブルと、
基板を前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに押し付けるための圧力室を有する研磨ヘッドと、
前記圧力室に接続された、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の圧力制御装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力室内の圧力を制御する圧力制御方法および圧力制御装置に関する。また、本発明は、このような圧力制御装置を備えた研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、圧力室５００内の圧力を制御するための従来の圧力制御装置を示す模式図である。圧力室５００は、例えば、ウェーハなどの基板を研磨パッドに対して押し付けるために使用される。圧力室５００は、流体路５０１を通じて圧力レギュレータ５０３に連結されており、圧力レギュレータ５０３は、気体供給源５０５に接続されている。気体供給源５０５から送られる圧縮空気などの圧縮気体は、圧力レギュレータ５０３および流体路５０１を通じて圧力室５００に供給される。圧力室５００内の圧縮気体の圧力は、圧力レギュレータ５０３によって制御される。
【０００３】
圧力レギュレータ５０３は、ＰＩＤコントローラ５０７に電気的に接続されている。ＰＩＤコントローラ５０７は、圧力測定器５１０に電気的に接続されている。圧力測定器５１０は、流体路５０１に接続されており、流体路５０１内の圧力、すなわち圧力室５００内の圧力を測定し、圧力の測定値をＰＩＤコントローラ５０７に送信するようになっている。ＰＩＤコントローラ５０７は、図示しない上位のコントローラ（例えば、研磨装置の動作制御部）に接続されており、この上位のコントローラから圧力設定値がＰＩＤコントローラ５０７に送られるようになっている。
【０００４】
ＰＩＤコントローラ５０７は、圧力設定値と、圧力測定器５１０から送られてきた圧力の測定値との差を算出し、この差を最小とするための目標圧力をＰＩＤ動作によって算出する。ＰＩＤコントローラ５０７は、算出した目標圧力を示す指令信号を圧力レギュレータ５０３に送り、圧力レギュレータ５０３は、圧力室５００内の圧力が、指令信号に示される目標圧力に維持されるように動作する。このようなクローズドループコントロールにより、圧力室５００内の圧力は、圧力設定値に維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２１８８１号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３１３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、圧力測定器５１０から出力される圧力の測定値は、圧力測定器５１０自身の温度に依存して変わりうることが検証実験から分かってきた。すなわち、圧力室５００内の圧力が一定であるにも拘らず、圧力測定器５１０から出力される圧力の測定値が、圧力測定器５１０自身の温度変化に応じて変化してしまう。圧力測定器５１０の温度変化は、圧力測定器５１０の自己発熱、および／または環境温度に起因すると考えられる。結果として、ＰＩＤコントローラ５０７は、圧力室５００内の正しい圧力の測定値を受け取ることができず、圧力レギュレータ５０３は、圧力室５００内の圧力を圧力設定値に維持することができない。
【０００７】
そこで、本発明は、圧力測定器の温度変化に影響されることなく、圧力室内の圧力を正確に制御することができる圧力制御方法および圧力制御装置を提供することを目的とする。また、本発明は、そのような圧力制御装置を備えた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様は、圧力室内の圧力を制御するための圧力制御方法であって、前記圧力室内の圧力を圧力測定器で測定し、前記圧力測定器の温度を測定し、前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正し、前記補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出し、前記圧力室内の圧力が前記目標圧力に維持されるように前記圧力室内の圧力を制御することを特徴とする圧力制御方法である。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正する工程は、前記圧力測定器の温度の変化量に圧力補正係数を乗算することで補正値を算出し、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値から前記補正値を減算する、または前記圧力測定器から出力された圧力の測定値に前記補正値を加算することで、前記圧力の測定値を補正する工程であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧力補正係数は、前記圧力測定器の温度の変化と、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データから予め定められていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧力補正係数は、前記温度の変化に対する、前記圧力の測定値の変化の割合であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の一態様は、圧力室内の圧力を制御するための圧力制御装置であって、前記圧力室内の圧力を測定する圧力測定器と、前記圧力測定器の温度を測定する温度測定器と、前記圧力測定器の温度の変化に基づいて、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値を補正する圧力補正部と、前記補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出するＰＩＤコントローラと、前記圧力室内の圧力が前記目標圧力に維持されるように前記圧力室内の圧力を制御する圧力レギュレータを備えたことを特徴とする圧力制御装置である。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記圧力補正部は、その内部に圧力補正係数を予め記憶しており、前記圧力測定器の温度の変化量に前記圧力補正係数を乗算することで補正値を算出し、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値から前記補正値を減算する、または前記圧力測定器から出力された圧力の測定値に前記補正値を加算することで、前記圧力の測定値を補正するように構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧力補正係数は、前記圧力測定器の温度の変化と、前記圧力測定器から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データから予め定められていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記圧力補正係数は、前記温度の変化に対する、前記圧力の測定値の変化の割合であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の一態様は、基板を研磨するための研磨装置であって、研磨パッドを支持する研磨テーブルと、基板を前記研磨テーブル上の前記研磨パッドに押し付けるための圧力室を有する研磨ヘッドと、前記圧力室に接続された上記圧力制御装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、圧力測定器の温度の変化に基づいて圧力の測定値が補正されるので、圧力室内の圧力は圧力設定値に正しく維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】圧力室内の圧力を制御するための圧力制御装置の一実施形態を示す模式図である。
【図２】圧力センサの温度の変化と、圧力センサから出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データのグラフである。
【図３】圧力レギュレータの構成の一実施形態を示す図である。
【図４】上記圧力制御装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す図である。
【図５】研磨ヘッドを示す断面図である。
【図６】圧力室内の圧力を制御するための従来の圧力制御装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、圧力室内の圧力を制御するための圧力制御装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示すように、圧力制御装置１は、圧力室Ｃ１内の圧力を測定する圧力測定器としての圧力センサＰ１と、圧力センサＰ１の温度を測定する温度測定器Ｔ１と、圧力センサＰ１の温度の変化に基づいて、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値を補正する圧力補正部４と、補正された測定値と、圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出するＰＩＤコントローラ５と、圧力室Ｃ１内の圧力が目標圧力に維持されるように圧力室Ｃ１内の圧力を制御する圧力レギュレータＲ１を備えている。圧力室Ｃ１は、例えば、ウェーハなどの基板を研磨パッドに対して押し付けるためのアクチュエータとして使用される。
【００１６】
圧力センサＰ１は、圧力レギュレータＲ１の下流側（二次側）に配置されている。圧力室Ｃ１は、流体路Ｆ１を通じて圧力レギュレータＲ１に接続されており、圧力レギュレータＲ１は、気体供給源４０に接続されている。気体供給源４０から送られる圧縮空気などの圧縮気体は、圧力レギュレータＲ１および流体路Ｆ１を通じて圧力室Ｃ１に供給される。圧力室Ｃ１内の圧縮気体の圧力は、圧力レギュレータＲ１によって制御される。
【００１７】
圧力センサＰ１は、圧力レギュレータＲ１と圧力室Ｃ１との間に設置されている。圧力センサＰ１は、流体路Ｆ１に接続されたインライン圧力センサである。圧力センサＰ１の圧力計側点は、ユースポイントである圧力室Ｃ１の近くであることが好ましい。圧力センサＰ１は、圧力レギュレータＲ１の下流側の気体の圧力、すなわち流体路Ｆ１および圧力室Ｃ１内の圧力を測定するように構成されている。
【００１８】
圧力レギュレータＲ１は、ＰＩＤコントローラ５に電気的に接続されている。ＰＩＤコントローラ５および温度測定器Ｔ１は圧力補正部４に電気的に接続されており、圧力補正部４は圧力センサＰ１に電気的に接続されている。圧力センサＰ１は、流体路Ｆ１に接続されており、流体路Ｆ１内の圧力、すなわち圧力室Ｃ１内の圧力を測定し、圧力の測定値を圧力補正部４に送信するようになっている。ＰＩＤコントローラ５は、図示しない上位のコントローラ（例えば、研磨装置の動作制御部）に接続されており、この上位のコントローラから圧力設定値がＰＩＤコントローラ５に送られるようになっている。
【００１９】
温度測定器Ｔ１は、圧力センサＰ１に取り付けられ、圧力センサＰ１に接触している。温度測定器Ｔ１には、熱電対などの温度センサを使用することができる。圧力センサＰ１の温度は、圧力センサＰ１の自己発熱および／または環境温度の変化に起因して変化する。温度測定器Ｔ１は、圧力センサＰ１の温度を測定し、温度の測定値を圧力補正部４に送信する。
【００２０】
圧力補正部４は、ハードドライブディスクまたはソリッドステートドライブなどの記憶装置４ａと、記憶装置４ａに格納されたプログラムに従って演算を実行する処理部４ｂ（例えば、中央処理装置：ＣＰＵ）を備えている。圧力補正部４は、専用のコンピュータ、または汎用のコンピュータであってもよい。圧力補正部４は、ＰＩＤコントローラ５と一体に構成されてもよい。圧力補正部４の記憶装置４ａには、圧力補正係数が予め記憶されている。圧力補正係数は、圧力センサＰ１の温度の変化に対する、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値の変化の割合を示す数値である。圧力補正係数は、圧力センサＰ１の温度の変化と、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データから予め定められる。
【００２１】
図２は、圧力センサＰ１の温度の変化と、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値の変化との相関を示す相関データのグラフである。図２の左の縦軸は圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値であり、右の縦軸は温度測定器Ｔ１によって測定された圧力センサＰ１の温度であり、横軸は時間を表している。圧力センサＰ１の気体圧力の測定は、気体の圧力が一定の条件下で行われた。
【００２２】
図２に示すグラフは、圧力センサＰ１の温度特性を示している。圧力センサＰ１の温度特性は、圧力一定の条件下での圧力センサＰ１の温度変化に伴う、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値の変化を表している。図２に示す例では、測定対象の気体の圧力が一定であるにも拘らず、圧力センサＰ１の温度が３℃上昇したとき、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値が０．６ｈＰａ上昇している。圧力補正係数は、圧力の測定値の変化量を、対応する温度の変化量で割り算することで、次のように求められる。
圧力補正係数＝０．６／３＝０．２
【００２３】
圧力補正係数は、圧力補正部４に入力され、圧力補正部４の記憶装置４ａに記憶される。圧力補正部４の処理部４ｂは、圧力センサＰ１の温度の変化量に圧力補正係数を乗算することで補正値を算出し、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値から補正値を減算する、または圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値に補正値を加算することで、圧力の測定値を補正するように構成されている。圧力センサＰ１の温度特性が、圧力センサＰ１の温度上昇に伴って圧力の測定値が上昇するようなものであれば、圧力補正部４は、補正値を、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値から減算する。一方、圧力センサＰ１の温度特性が、圧力センサＰ１の温度上昇に伴って圧力の測定値が下降するようなものであれば、圧力補正部４は、補正値を、圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値に加算する。
【００２４】
圧力補正係数が乗算される圧力センサＰ１の温度の変化量は、基準温度と、温度測定器Ｔ１によって測定された圧力センサＰ１の現在の温度との差である。基準温度は、予め設定された温度であり、特に限定されない。例えば、基準温度は、圧力室Ｃ１内に圧縮気体が供給されていないときの圧力センサＰ１の温度としてもよい。
【００２５】
圧力補正部４は、補正された測定値をＰＩＤコントローラ５に送る。ＰＩＤコントローラ５は、補正された測定値と、圧力設定値との差を算出し、この差を最小とするための目標圧力をＰＩＤ動作によって算出する。ＰＩＤコントローラ５は、算出した目標圧力を示す指令信号を生成し、この指令信号を圧力レギュレータＲ１に送る。指令信号は目標圧力に従って変化する信号であり、例えば目標圧力に従って変化する電流値または電圧値である。圧力レギュレータＲ１は、圧力室Ｃ１内の圧力が、指令信号に示される目標圧力に維持されるように動作する。このようなクローズドループコントロールにより、圧力室Ｃ１内の圧力は、圧力設定値に維持される。
【００２６】
本実施形態によれば、圧力センサＰ１の温度変化に起因する圧力の測定値の変化は、補正値によってキャンセルされる。ＰＩＤコントローラ５は、補正された圧力の測定値に基づいて目標圧力を算出し、その目標圧力を示す指令信号を圧力レギュレータＲ１に送るので、圧力レギュレータＲ１は、圧力室Ｃ１内の圧力を圧力設定値に正しく維持することができる。
【００２７】
圧力補正係数を決定するための図２に示す相関データは、実験により取得される。以下、相関データを取得するいくつかの例について説明する。
【００２８】
［第１例］
第１例では、複数の圧力センサが用いられる。すなわち、第１例は、上述した圧力制御装置に組み込まれる圧力センサＰ１と同じタイプの複数の圧力センサを用意し、環境温度（すなわち、周囲雰囲気の温度）を徐々に変化させながら、圧力一定の条件下で複数の圧力センサから出力された圧力の測定値を取得し、複数の圧力センサから出力された圧力の測定値の複数の変化量の平均を算出し、温度の変化量および算出された平均から、温度変化に対応する圧力の測定値の変化を決定する工程を含む。圧力補正係数は、上記平均を、対応する温度の変化量で割り算することで算出される。
【００２９】
［第２例］
第２例では、圧力制御装置に組み込まれる上記圧力センサＰ１のみが用いられる。すなわち、第２例は、環境温度（すなわち、周囲雰囲気の温度）を徐々に変化させながら、圧力一定の条件下で圧力センサＰ１から出力された圧力の測定値を取得し、温度変化に対応する圧力の測定値の変化を決定する工程を含む。圧力補正係数は、圧力の測定値の変化量を、対応する温度の変化量で割り算することで算出される。
【００３０】
図３は、圧力レギュレータＲ１の構成の一実施形態を示す図である。図３では、温度測定器Ｔ１および圧力補正部４の図示は省略されている。圧力レギュレータＲ１は、気体供給源４０から供給される気体の圧力を調整する圧力調整弁６と、圧力調整弁６の下流側の気体の圧力（二次側圧力）を測定する内部圧力センサ７と、内部圧力センサ７によって取得された圧力値に基づいて圧力調整弁６の動作を制御するレギュレータ制御部８とを備えている。
【００３１】
圧力調整弁６は、気体供給源４０から供給される気体の圧力を調整するパイロット弁１０と、パイロット弁１０に送られるパイロット空気の圧力を調整する給気用電磁弁１１および排気用電磁弁１２とを備えている。パイロット弁１０は、一部がダイヤフラムから形成されたパイロット室１４と、パイロット室１４に連結された弁体１５とを有している。パイロット空気は、給気用電磁弁１１を通じてパイロット室１４内に送られ、パイロット室１４内のパイロット空気は排気用電磁弁１２を通じて排気される。したがって、給気用電磁弁１１および排気用電磁弁１２を操作することにより、パイロット室１４内の圧力が調整される。
【００３２】
レギュレータ制御部８は電磁弁１１，１２の開閉動作を制御し、弁体１５はパイロット室１４内の圧力に従って移動する。弁体１５の位置によって、気体供給源４０からの気体がパイロット弁１０を通過し、またはパイロット弁１０の下流側（二次側）の気体がパイロット弁１０を通じて排気される。これによりパイロット弁１０の下流側の気体の圧力、すなわち二次側圧力が調整される。このような構成を有する圧力レギュレータＲ１は、給気用電磁弁１１および排気用電磁弁１２のデューティ比を制御して圧力を調整するタイプの圧力レギュレータであるが、本発明はこのタイプに限らず、比例制御弁式、フォースバランス式などの他のタイプの圧力レギュレータを使用してもよい。
【００３３】
圧力センサＰ１は、内部圧力センサ７よりも高い圧力測定精度を有している。より具体的には、圧力センサの圧力測定精度を表す指標として一般に使用されるリニアリティ、ヒステリシス、安定性、繰り返し性などのすべての評価項目において、圧力センサＰ１は内部圧力センサ７を上回る精度を有している。
【００３４】
内部圧力センサ７および圧力センサＰ１は、圧力調整弁６の下流側に配置されている。したがって、内部圧力センサ（第１の圧力センサ）７は、圧力調整弁６の二次側の圧力を測定し、さらに圧力センサＰ１（第２の圧力センサ）Ｐ１は、圧力調整弁６の二次側の圧力を測定する。
【００３５】
パイロット室１４内のパイロット空気は、パイロット弁１０の弁体１５を作動させ、これにより気体（空気、窒素など）の圧力が調整される。パイロット弁１０の下流側の気体の圧力は内部圧力センサ７により測定され、さらに内部圧力センサ７の下流側に配置された圧力センサＰ１により測定される。内部圧力センサ７により取得された圧力現在値はレギュレータ制御部８にフィードバックされ、圧力センサＰ１により取得された圧力現在値はＰＩＤコントローラ５にフィードバックされる。すなわち、圧力制御装置１は、二重ループ制御構造を有している。
【００３６】
図４は、上記圧力制御装置１を備えた研磨装置の一実施形態を示す図である。図４に示すように、研磨装置は、研磨パッド２３を支持する研磨テーブル２２と、基板の一例であるウェーハＷを保持して研磨テーブル２２上の研磨パッド２３に押圧する研磨ヘッド（基板保持装置）３０とを備えている。
【００３７】
研磨テーブル２２は、テーブル軸２２ａを介してその下方に配置されるテーブルモータ２９に連結されており、そのテーブル軸２２ａを中心に回転可能になっている。研磨パッド２３は研磨テーブル２２の上面に貼付されており、研磨パッド２３の表面２３ａがウェーハＷを研磨する研磨面を構成している。研磨テーブル２２の上方には研磨液供給ノズル２５が設置されており、この研磨液供給ノズル２５によって研磨テーブル２２上の研磨パッド２３上に研磨液Ｑが供給されるようになっている。
【００３８】
研磨ヘッド３０は、ウェーハＷを研磨面２３ａに対して押圧するヘッド本体３１と、ウェーハＷを保持してウェーハＷが研磨ヘッド３０から飛び出さないようにするリテーナリング３２とを備えている。研磨ヘッド３０は、研磨ヘッドシャフト２７に接続されており、この研磨ヘッドシャフト２７は、上下動機構８１によりスイングヘッド６４に対して上下動するようになっている。この研磨ヘッドシャフト２７の上下動により、スイングヘッド６４に対して研磨ヘッド３０の全体を昇降させ位置決めするようになっている。研磨ヘッドシャフト２７の上端にはロータリージョイント８２が取り付けられている。
【００３９】
研磨ヘッドシャフト２７および研磨ヘッド３０を上下動させる上下動機構８１は、軸受８３を介して研磨ヘッドシャフト２７を回転可能に支持するブリッジ８４と、ブリッジ８４に取り付けられたボールねじ８８と、支柱８６により支持された支持台８５と、支持台８５上に設けられたサーボモータ９０とを備えている。サーボモータ９０を支持する支持台８５は、支柱８６を介してスイングヘッド６４に固定されている。
【００４０】
ボールねじ８８は、サーボモータ９０に連結されたねじ軸８８ａと、このねじ軸８８ａが螺合するナット８８ｂとを備えている。研磨ヘッドシャフト２７は、ブリッジ８４と一体となって上下動するようになっている。したがって、サーボモータ９０を駆動すると、ボールねじ８８を介してブリッジ８４が上下動し、これにより研磨ヘッドシャフト２７および研磨ヘッド３０が上下動する。
【００４１】
研磨ヘッドシャフト２７はキー（図示せず）を介して回転筒６６に連結されている。この回転筒６６はその外周部にタイミングプーリ６７を備えている。スイングヘッド６４には研磨ヘッド回転モータ６８が固定されており、上記タイミングプーリ６７は、タイミングベルト６９を介して研磨ヘッド回転モータ６８に設けられたタイミングプーリ７０に接続されている。したがって、研磨ヘッド回転モータ６８を回転駆動することによってタイミングプーリ７０、タイミングベルト６９、およびタイミングプーリ６７を介して回転筒６６および研磨ヘッドシャフト２７が一体に回転し、研磨ヘッド３０が回転する。スイングヘッド６４は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持された旋回軸８０によって支持されている。研磨装置は、研磨ヘッド３０、研磨ヘッド回転モータ６８、サーボモータ９０をはじめとする装置内の各機器を制御する動作制御部５０を備えている。
【００４２】
研磨ヘッド３０は、その下面にウェーハＷを保持できるようになっている。スイングヘッド６４は旋回軸８０を中心として旋回可能に構成されており、下面にウェーハＷを保持した研磨ヘッド３０は、スイングヘッド６４の旋回によりウェーハＷの受取位置から研磨テーブル２２の上方位置に移動される。ウェーハＷの研磨は次のようにして行われる。研磨ヘッド３０および研磨テーブル２２をそれぞれ回転させ、研磨テーブル２２の上方に設けられた研磨液供給ノズル２５から研磨パッド２３上に研磨液Ｑを供給する。この状態で、研磨ヘッド３０を下降させてウェーハＷを研磨パッド２３の研磨面２３ａに押圧する。ウェーハＷは研磨パッド２３の研磨面２３ａに摺接され、これによりウェーハＷの表面が研磨される。
【００４３】
次に、研磨ヘッド３０について説明する。図５は、研磨ヘッド３０を示す断面図である。研磨ヘッド３０は、研磨ヘッドシャフト２７に固定されたヘッド本体３１と、ヘッド本体３１の下方に配置されたリテーナリング３２とを備えている。
【００４４】
ヘッド本体３１の下部には、ウェーハＷに当接する柔軟なメンブレン（弾性膜）３４が固定されている。メンブレン３４とヘッド本体３１との間には、４つの圧力室（エアバッグ）Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４が設けられている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はメンブレン３４とヘッド本体３１とによって形成されている。中央の圧力室Ｃ１は円形であり、他の圧力室Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は環状である。これらの圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、同心上に配列されている。
【００４５】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４にはそれぞれ流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して気体供給源４０により圧縮空気等の圧縮気体が供給されるようになっている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の内部圧力は互いに独立して変化させることが可能であり、これにより、ウェーハＷの対応する４つの領域、すなわち、中央部、内側中間部、外側中間部、および周縁部に対する研磨圧力を独立に調整することができる。また、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は、流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４を介して図示しない真空源に連通している。
【００４６】
ウェーハＷの周端部およびメンブレン３４はリテーナリング３２に囲まれており、研磨中にウェーハＷが研磨ヘッド３０から飛び出さないようになっている。圧力室Ｃ３を構成する、メンブレン３４の部位には開口が形成されており、圧力室Ｃ３に真空を形成することによりウェーハＷが研磨ヘッド３０に吸着保持されるようになっている。また、この圧力室Ｃ３に窒素ガスやクリーンエアなどを供給することにより、ウェーハＷが研磨ヘッド３０からリリースされるようになっている。
【００４７】
ヘッド本体３１とリテーナリング３２との間には、環状のローリングダイヤフラム３６が配置されおり、このローリングダイヤフラム３６の内部には圧力室Ｃ５が形成されている。圧力室Ｃ５は、流体路Ｆ５を介して上記気体供給源４０に連結されている。気体供給源４０は圧縮気体を圧力室Ｃ５内に供給し、これによりリテーナリング３２を研磨パッド２３に対して押圧する。
【００４８】
圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５に連通する流体路Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５は、圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５にそれぞれ接続されている。気体供給源４０からの圧縮気体は、圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５および流体路Ｆ１〜Ｆ５を通って圧力室Ｃ１〜Ｃ５内に供給される。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５は、圧力室Ｃ１〜Ｃ５内の圧力を制御する。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５はＰＩＤコントローラ５に接続されており、ＰＩＤコントローラ５は動作制御部５０に接続されている。流体路Ｆ１〜Ｆ５は大気開放弁（図示せず）にも接続されており、圧力室Ｃ１〜Ｃ５を大気開放することも可能である。
【００４９】
圧力レギュレータＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５と、圧縮気体のユースポイントである圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５との間には、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が設けられている。これら圧力センサＰ１〜Ｐ５は、圧力室Ｃ１〜Ｃ５に連通する流体路Ｆ１〜Ｆ５にそれぞれ設けられており、流体路Ｆ１〜Ｆ５内および圧力室Ｃ１〜Ｃ５内の圧力を測定する。
【００５０】
圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５には、温度測定器Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５がそれぞれ取り付けられている。温度測定器Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は同じ構成を有している。温度測定器Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は、圧力補正部４に電気的に接続されている。温度測定器Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５は、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の温度を測定し、温度の測定値を圧力補正部４に送信する。圧力補正部４は、図１および図２を参照して説明した実施形態と同じように、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５の温度の測定値に基づいて、圧力センサＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５から出力された圧力の測定値を補正し、補正された圧力の測定値をＰＩＤコントローラ５に送る。
【００５１】
動作制御部５０は、各圧力室Ｃ１〜Ｃ５の目標圧力値である圧力設定値を生成するように構成されている。圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の圧力設定値は、圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４内の圧力の現在値と、各圧力室Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４に対応するウェーハ表面の領域での膜厚測定値とに基づいて生成される。動作制御部５０はＰＩＤコントローラ５に圧力設定値を送信し、ＰＩＤコントローラ５は、圧力補正部４から送られた、補正された圧力の測定値と、対応する圧力設定値との差を最小とするための目標圧力を算出し、目標圧力を示す指令信号を生成する。ＰＩＤコントローラ５は指令信号を上記圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５に送り、圧力室Ｃ１〜Ｃ５内の圧力が対応する目標圧力に一致するように圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５が作動する。このように、複数の圧力室を持つ研磨ヘッド３０は、研磨の進捗に従ってウェーハの表面上の各領域を独立に研磨パッド２３に押圧できるので、ウェーハＷの膜を均一に研磨することができる。
【００５２】
図５に示すように、圧力補正部４は動作制御部５０に接続されており、補正された圧力の測定値は動作制御部５０にも送られるようになっている。動作制御部５０は、この補正された圧力の測定値を、研磨ヘッド３０の圧力室Ｃ１〜Ｃ５内の現在の圧力を示す値として使用し、補正された圧力の測定値と膜厚測定値とに基づいて上述の圧力設定値を生成する。
【００５３】
圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５、圧力センサＰ１〜Ｐ５、圧力補正部４、温度測定器Ｔ１〜Ｔ５、およびＰＩＤコントローラ５は、研磨ヘッド３０の圧力室Ｃ１〜Ｃ５内の圧力を制御する圧力制御装置１を構成する。圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５は同一の構成を有し、並列に接続されている。同様に、圧力センサＰ１〜Ｐ５は同一の構成を有し、並列に接続されている。圧力センサＰ１〜Ｐ５は、それぞれ圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５に直列に接続されている。複数の圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５および複数の圧力センサＰ１〜Ｐ５に対応して複数のＰＩＤコントローラ５を設けてもよい。本実施形態に係る圧力制御装置１は、複数の圧力レギュレータＲ１〜Ｒ５、複数の温度測定器Ｔ１〜Ｔ５、および複数の圧力センサＰ１〜Ｐ５を備えているが、１つの圧力レギュレータＲ１、１つの温度測定器Ｔ１、および１つの圧力センサＰ１のみを備えてもよい。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
１    圧力制御装置
４    圧力補正部
５    ＰＩＤコントローラ
６    圧力調整弁
７    内部圧力センサ（第１の圧力センサ）
８    レギュレータ制御部
１０    パイロット弁
１１    給気用電磁弁
１２    排気用電磁弁
１４    パイロット室
１５    弁体
２２    研磨テーブル
２２ａ  テーブル軸
２３    研磨パッド
２３ａ  研磨面
２５    研磨液供給ノズル
２７    研磨ヘッドシャフト
３０    研磨ヘッド
３１    ヘッド本体
３２    リテーナリング
３４    弾性膜（メンブレン）
３６    ローリングダイヤフラム
４０    気体供給源
５０    動作制御部
６４    スイングヘッド
６６    回転筒
６７    タイミングプーリ
６８    研磨ヘッド回転モータ
６９    タイミングベルト
７０    タイミングプーリ
８０    旋回軸
８１    上下動機構
８２    ロータリージョイント
８３    軸受
８４    ブリッジ
８５    支持台
８６    支柱
８８    ボールねじ
８８ａ  ねじ軸
８８ｂ  ナット
９０    サーボモータ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５    圧力室
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５    流体路
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５    圧力レギュレータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５    圧力センサ（第２の圧力センサ）
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５    温度測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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