CN103878694B - 气液分离装置及研磨装置 - Google Patents

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Abstract

一种气液分离装置，具有：气液分离槽；气液导入管，其延伸到所述气液分离槽的内部，将气液二相流导入所述气液分离槽内；喷雾喷嘴，其将纯水喷雾到积存于所述气液分离槽的底部的液体；排放管，其与设在所述气液分离槽的底部上的液体排出口连通；以及与设在所述气液分离槽的侧部上的排气口连通的排气管，所述排气口位于所述气液导入管的下端的上方。采用本发明，即使积存在气液分离槽内部的液体产生泡沫，也能高效地将该泡沫除去。

Description

气液分离装置及研磨装置
技术领域
本发明涉及一种气液分离装置，把使用了液体尤其容易产生气泡的液体的装置中所产生的气液二相流分离成气体和液体并予以排出、以及具有该气液分离装置的研磨装置。
背景技术
已知有一种一边将研磨液(浆料)供给于研磨面一边对基板表面进行研磨的研磨装置。在该研磨装置中，产生研磨液和气体的气液二相流，研磨液含有研磨剂及研磨粉，气体是在研磨时或清洗时所供给的氮气等。该气液二相流，由用于清洗研磨面的清洗排出液和所述氮气等的气体混合所产生，此外，也由研磨液或清洗排出液混入气体所产生。
为了防止该气液二相流流入排气管道内使排气管道被液体堵塞，研磨装置通常具有气液分离装置，所述气液分离装置将气液二相流分离成气体和液体并分别排出。
图1是表示以往的气液分离装置一例子的纵剖主视图。如图1所示，气液分离装置具有：上方开口的有底筒状的气液分离槽100；以及将由研磨台(未图示)等产生并由排放储存罐102回收的气液二相流导入气液分离槽100内的气液导入管104。在排放储存罐102的底部连接有沿铅垂方向延伸的连接管106。气液导入管104与连接管106的下端连接并向下方延伸，气液导入管104的下端到达气液分离槽100的下部。在气液分离槽100的底部设有与排放管108连通的液体排出口100a。在气液分离槽100的侧部设有与排气管110连通的排气口100b。该排气口100b位于气液导入管104下端的上方。排气管110与排气调节风门(未图示)连通。
由排放储存罐102回收的气液二相流在气液导入管104的内部进行移动并被导入到气液分离槽100的内部。然后，从气液二相流中分离而积存在气液分离槽100底部的液体，通过液体排出口100a从排放管108被排出，从气液二相流中分离而上升到气液分离槽100上部的气体，通过排气口100b而流入排气管110内，并从排气调节风门被排出。
在气液导入管104的下端面，设有将排气管110的相反侧(不与排气管110面对的一侧)切成圆锥状的锥部104a，以防止气液导入管104内的气液二相流流入排气管110。
为了将研磨加工所产生的研磨液雾沫高效地排出，提出了一种这样的排液排气处理装置：使研磨液和研磨液雾沫同时进入排放储存罐，利用共用的排出管导入气液分离构件，用该气液分离构件分离成废液和废气并予以排出(例如参照日本专利特开平10-123336号公报)。另外，提出了一种这样的气液分离装置：具有对从气液分离槽的液体排出部排出的液体予以贮存的壳体，在该壳体上设有液体排出口和排气口(例如参照日本专利特开2008-38712号公报及日本专利特开2008-38714号公报)；在将气液混合体从外部导入罐内的管状喷嘴的内部设有螺旋板(例如参照日本实用新型实开昭62-109709号公报)。
发明所要解决的课题
图1所示的气液分离装置，具有构造比较紧凑、且适合设置在研磨装置等下部的优点。但是，由于气液二相流无障碍地在气液导入管104的内部自由落下而流到下方，故气液二相流以相当的冲击冲撞到气液分离槽100的底面。因此，在所处理的液体中含有发泡性物质的场合，当处理气液二相流时会助长液体的发泡，积存在气液分离槽100底部的液体产生大量泡沫。这样，当气液分离槽100的内部产生大量泡沫时，该泡沫(液体)会到达排气管110，在排气管110的内部流动，有时从排气调节风门的下部凸缘等泄漏。
尤其，在研磨装置中，广泛使用分散剂等含有发泡性添加剂的研磨液，即容易产生泡沫的液体(发泡性液体)。另外，随着研磨后的喷洗(喷雾清洗)而使用大量的处理水和氮气等气体。因此，气液分离槽100的内部容易产生大量的泡沫。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供一种气液分离装置及具有该气液分离装置的研磨装置，即使积存在气液分离槽内部的液体产生泡沫，也能高效地将该泡沫除去。
用于解决课题的手段
本发明气液分离装置将从用于研磨基板表面的研磨装置产生的气液二相流分离成气体和液体并排出，该气液分离装置的特点是，具有：上方开口的有底筒状的气液分离槽；筒状的气液导入管，该气液导入管从所述开口在所述气液分离槽的内部向下方延伸而到达该气液分离槽的内部，将包含发泡性液体的气液二相流导入所述气液分离槽内；喷雾喷嘴，该喷雾喷嘴将纯水喷雾到积存于所述气液分离槽的底部的液体；排放管，该排放管连通于设在所述气液分离槽的底部的液体排出口；排气管，该排气管连通于设在所述气液分离槽的侧部的排气口；以及排气箱，该排气箱的内部设有捕捉气体所含的雾沫的雾沫捕捉器，所述喷雾喷嘴配置于所述气液分离槽内，所述排气管连通于所述排气箱，所述排气口位于所述气液导入管的下端的上方。
采用这种结构，含有容易产生泡沫的液体(发泡性液体)的气液二相流在气液分离槽中被分离成气体和液体。即使积存于气液分离槽底部的液体产生泡沫，也能用由喷雾喷嘴喷雾的纯水将该泡沫予以除去。
采用这种结构，即使排气管内流动的气体含有雾沫，也能用设置在排气箱内的雾沫捕捉器来捕捉该雾沫。
在较佳的一形态中，所述喷雾喷嘴由圆锥喷嘴构成，并且具有多个所述喷雾喷嘴。
采用这种结构，能将纯水更均匀且无泄漏地喷雾到积存于气液分离槽底部的液体。
在较佳的一形态中，所述雾沫捕捉器具有：捕捉板，该捕捉板配置成与气体的流动相冲撞；以及塞板，该塞板挡住被所述捕捉板捕捉向下方落下而积存于所述排气箱底部的液体向下游的流动。
研磨装置具有：具有研磨面的研磨台；对基板进行保持并将其按压到所述研磨面的顶环；将处理液供给到所述研磨面的处理液供给喷嘴；配置在所述研磨台的周围，回收由该研磨台去除的气液二相流的排放储存罐；将回收到所述排放储存罐内的气液二相流分离成气体和液体并予以排出的上述气液分离装置，上述气液分离装置具有：上方开口的有底筒状的气液分离槽；筒状的气液导入管，该气液导入管从所述开口在所述气液分离槽的内部向下方延伸而到达该气液分离槽的内部，将包含发泡性液体的气液二相流导入所述气液分离槽内；喷雾喷嘴，该喷雾喷嘴将纯水喷雾到积存于所述气液分离槽的底部的液体；排放管，该排放管连通于设在所述气液分离槽的底部的液体排出口；排气管，该排气管连通于设在所述气液分离槽的侧部的排气口；以及排气箱，该排气箱的内部设有捕捉气体所含的雾沫的雾沫捕捉器，所述喷雾喷嘴配置于所述气液分离槽内，所述排气管连通于所述排气箱，所述排气口位于所述气液导入管的下端的上方，将在所述气液导入管内向下方移动的气液二相流分离成气体和液体，使该气体从所述气液导入管的下端向上方移动，从所述排气口排出该气体。
发明的效果
采用本发明，能用比较紧凑的结构将气液二相流分离成气体和液体。尤其，能在气液分离槽内将含有容易产生泡沫的液体(发泡性液体)的气液二相流分离成气体和液体。而且，即使积存于气液分离槽的底部的液体产生泡沫，也能用由喷雾喷嘴喷雾的纯水将该泡沫除去，由此，能避免液体从排气调节风门下部的凸缘部泄漏。
附图说明
图1是表示以往的气液分离装置一例子的纵剖主视图。
图2是表示本发明实施形态的气液分离装置的纵剖主视图。
图3是表示图2所示的气液分离装置所具有的喷嘴单元的主视图。
图4是图3所示的喷嘴单元的右视图。
图5是表示具有图2所示的气液分离装置的研磨装置的概要图。
具体实施方式
下面，参照说明书附图来说明本发明的实施形态。
图2是表示本发明实施形态的气液分离装置的纵剖主视图。如图2所示，气液分离装置10具有：上方开口的有底筒状的气液分离槽12；以及将由研磨台50(参照图5)等产生并由排放储存罐14回收的气液二相流导入气液分离槽12内的气液导入管16。在排放储存罐14的底部连接有沿铅垂方向延伸的连接管18。气液导入管16与连接管18的下部连接并向下方延伸，气液导入管16的下端到达气液分离槽12的下部。在气液分离槽12的底部设有与排放管20连通的液体排出口12a。在气液分离槽12的侧部设有与排气管22连通的排气口12b。该排气口12b位于气液导入管16的下端的上方。
为了防止气液导入管16内流动的气液二相流流入排气管22，在气液导入管16的下端面设有锥部16a。该锥部16a是形成于排气管22相反侧(不与排气管22面对的一侧)的气液导入管16下部的锥状缺口部。
在气液分离槽12的内部，配置有位于气液分离槽12的排气管侧内表面与气液导入管16外周面之间的喷嘴单元24。该喷嘴单元24通过支承块26固定在托架28上，托架28固定在排气管22的内周面上。支承块26通过连接器30(参照图4)与纯水供给管32连接，该纯水供给管32从气液分离槽12延伸至排气管22的内部。纯水供给管32与延伸至外部的未图示的纯水供给管道连接。
如图3及图4详细所示，在喷嘴单元24的支承块26上，支承有位于中央的中央喷雾喷嘴34、以及位于该中央喷雾喷嘴34侧方的一对侧部喷雾喷嘴36。在支承块26的内部，形成有将由纯水供给管32供给的纯水供给于各喷雾喷嘴34、36的纯水流道。
中央喷雾喷嘴34由具有例如60°的扩角而将纯水喷雾成圆锥状的圆锥喷嘴所构成，其喷出口面向铅垂下方地铅垂配置。侧部喷雾喷嘴36也同样由具有例如60°的扩角而将纯水喷雾成圆锥状的圆锥喷嘴所构成，其喷出口面相对于铅垂线向倾斜角度θ的方向倾斜配置。该倾斜角度θ是例如20°(θ＝20°)。
纯水从纯水供给管32通过支承块26内部的纯水流道而供给于各喷雾喷嘴34、36。供给于各喷雾喷嘴34、36的纯水，从喷雾喷嘴34、36向积存于气液分离槽12底部的液体进行喷雾。尤其，可将圆锥喷嘴用作为各喷雾喷嘴34、36，从由圆锥喷嘴构成的多个喷雾喷嘴34、36将纯水大范围喷雾，并将纯水更均匀且无泄漏地向积存于气液分离槽12底部的液体进行喷雾。
当将包含容易产生泡沫的液体(发泡性液体)的气液二相流在气液分离槽12内分离成气体和液体时，积存于气液分离槽12底部的液体容易产生泡沫。即使在这种情况下，通过从各喷雾喷嘴34、36将纯水向积存于气液分离槽12底部的液体进行喷雾，也能用纯水使该泡沫消除。
排气管26与排气箱40连接，该排气箱40将排气管22内部的气体流动从铅垂方向直角地变更成水平方向。在该排气箱40的下游侧设置有排气调节风门(未图示)。由此，在排气管22内流动的气体流入排气箱40的内部，在将该流动从铅垂方向直角地变更成水平方向后，流向排气调节风门。
在排气箱40的入口，设有雾沫捕捉器44，所述雾沫捕捉器44捕捉排气管22内流动的气体所包含的雾沫的雾沫。该雾沫捕捉器44具有：配置成与流入排气箱40内的气体冲撞的捕捉板46；以及挡住积存于排气箱40内部的液体向下游的流动的塞板48。捕捉板46的上端固定在排气箱40的顶部上，并向下方垂下。塞板48的下端固定在排气箱40的底板上，并向上方伸出。捕捉板46由例如钢板、网板构成。
流入排气箱40内部的气体，在将其流动从铅垂方向直角地变更成水平方向的过程中与捕捉板46冲撞，由此，气体所含的雾沫被捕捉板46捕捉作为液体向下方落下。从捕捉板46落下的液体，其向下游的流动被塞板48挡住，并积存在设于排气箱40底部的塞板48的上游侧。
如此，在使排气管22内流动的气体流入排气箱40，用设置在该排气箱40内的雾沫捕捉器44除去气体所含的雾沫后，使其向排气调节风门流下，由此可使排气调节风门所排出的气体不含有雾沫。
采用该气液分离装置10，由排放储存罐14回收的气液二相流从连接管18向气液导入管16的内部流动并导入气液分离槽12的内部。然后，从气液二相流中分离并积存于气液分离槽12底部的液体通过液体排出口12a而从排放管20被排出，从气液二相流中分离并上升到气液分离槽12上部的气体通过排气口12b而被引导至排气管22。
通过从各喷雾喷嘴34、36的喷出口将纯水向积存于气液分离槽12底部的液体进行喷雾，则即使积存于气液分离槽12底部的液体产生泡沫，该泡沫也被喷雾的纯水消除。排气管22内流动的气体流入排气箱40内，气体所含的雾沫被设置在该排气箱40内的雾沫捕捉器44所除去，由此，不含有雾沫的气体从排气调节风门被排出。
图5表示具有图2所示的气液分离装置10的研磨装置的概要图。该研磨装置具有：旋转自如的研磨台50，该研磨台50的表面具有研磨面50a；旋转自如的顶环52，该顶环52对半导体晶片等的基板W进行保持并将其按压到研磨台50的研磨面50a上；处理液供给喷嘴54，该处理液供给喷嘴54将研磨液或修正液(例如水)等的处理液供给到研磨台50的研磨面50a；砂轮修整工具(未图示)，该砂轮修整工具对研磨台50的研磨面50a进行修整；以及喷雾器56，该喷雾器56将液体(例如纯水)和气体(例如氮气)的混合流体作成雾状，并从1个或多个喷嘴喷射到研磨台50的研磨面50a上。
并且，在围绕研磨台50周围的位置，配置有回收由研磨台50产生的气液二相流的环状排放储存罐14且固定在研磨装置上，在该排放储存罐14的底部安装有气液分离装置10的连接管18。
采用该研磨装置，一边从处理液供给喷嘴54将研磨液供给到旋转中的研磨台50研磨面50a，一边由顶环52保持并旋转的基板W按压到研磨面50a而对基板W进行研磨。在该研磨时，产生研磨液和混入该研磨液中的大气的气液二相流。该气液二相流从研磨台50排出并由排放储存罐14回收。然后，由排放储存罐14回收的气液二相流，流入气液分离装置10内并在气液分离装置10中被分离为气体和液体。分离出的液体通过排放管20而被排出到外部，气体通过排气管22而从排气调节风门被排出到外部。
当研磨液含有分散剂等发泡性添加剂时，从气液二相流中分离并积存于气液分离槽12底部的液体会产生泡沫。该泡沫被由喷雾喷嘴34、36喷射的纯水消除。另外，即使从气液二相流中分离并流入排气管22内的气体含有雾沫，该雾沫也被排气箱40内的雾沫捕捉器44去除。
为了冲洗堆积在研磨台50研磨面50a上的研磨屑和研磨粒子，进行喷雾清洗，该喷雾清洗是从喷雾器56的1个或多个喷嘴，将液体(例如纯水)和气体(例如氮气)的混合流体作成雾状而向研磨台50研磨面50a进行喷射。在进行该喷雾清洗时，也产生液体(例如纯水)和气体(例如氮气)的气液二相流，该气液二相流从研磨台50排出并由排放储存罐14回收。然后，由排放储存罐14回收的气液二相流流入气液分离装置10内，在气液分离装置10中被分离为气体和液体，液体从排放管20排出，气体通过排气管22被排出到外部。
积存于气液分离槽12底部的液体所产生的泡沫，被由喷雾喷嘴34、36喷射的纯水除去，流入排气管22内的气体所含有的雾沫被排气箱40内的雾沫捕捉器44去除。
至此，虽然说明了本发明的一实施形态，但本发明并不限于上述的实施形态，在其技术思想范围内，当然可用各种不同的形态来实施。

Claims (4)

1.一种气液分离装置，将从用于研磨基板表面的研磨装置产生的气液二相流分离成气体和液体并排出，其特征在于，具有：
上方开口的有底筒状的气液分离槽；
筒状的气液导入管，该气液导入管从所述开口在所述气液分离槽的内部向下方延伸而到达该气液分离槽的内部，将包含发泡性液体的气液二相流导入所述气液分离槽内；
喷雾喷嘴，该喷雾喷嘴将纯水向积存于所述气液分离槽的底部的液体进行喷雾；
排放管，该排放管连通于设在所述气液分离槽的底部的液体排出口；
排气管，该排气管连通于设在所述气液分离槽的侧部的排气口；以及
排气箱，该排气箱的内部设有捕捉气体所含的雾沫的雾沫捕捉器，
所述喷雾喷嘴配置于所述气液分离槽内，
所述排气管连通于所述排气箱，
所述排气口位于所述气液导入管的下端的上方。
2.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述喷雾喷嘴由圆锥喷嘴构成，并且具有多个所述喷雾喷嘴。
3.如权利要求1所述的气液分离装置，其特征在于，所述雾沫捕捉器具有：捕捉板，该捕捉板配置成与气体的流动相冲撞；以及塞板，该塞板挡住被所述捕捉板捕捉向下方落下而积存于所述排气箱底部的液体向下游的流动。
4.一种研磨装置，其特征在于，具有：
具有研磨面的研磨台；
对基板进行保持并将其按压到所述研磨面的顶环；
将处理液供给到所述研磨面的处理液供给喷嘴；
配置在所述研磨台的周围，回收从该研磨台去除的气液二相流的排放储存罐；以及
将回收到所述排放储存罐内的气液二相流分离成气体和液体并予以排出的气液分离装置，
所述气液分离装置具有：
上方开口的有底筒状的气液分离槽；
筒状的气液导入管，该气液导入管从所述开口在所述气液分离槽的内部向下方延伸而到达该气液分离槽的内部，将包含发泡性液体的气液二相流导入所述气液分离槽内；
喷雾喷嘴，该喷雾喷嘴将纯水向积存于所述气液分离槽的底部的液体进行喷雾；
排放管，该排放管与设在所述气液分离槽的底部的液体排出口连通；
排气管，该排气管与设在所述气液分离槽的侧部的排气口连通；以及
排气箱，该排气箱的内部设有捕捉气体所含的雾沫的雾沫捕捉器，
所述喷雾喷嘴配置于所述气液分离槽内，
所述排气管连通于所述排气箱，
所述排气口位于所述气液导入管的下端的上方，将在所述气液导入管内向下方移动的气液二相流分离成气体和液体，使该气体从所述气液导入管的下端向上方移动，从所述排气口排出该气体。
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