(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開２００６−３１９２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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。
【発明の効果】
【０００６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】研磨装置の全体構成例を示す平面図である。
【図２】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。
【図３】研磨装置におけるウェハの流れを示す説明図である。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】（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。
【図７】（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。
【図８】（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。
【符号の説明】
【００５３】
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）
【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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【図７】
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【図８】
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