JP2004019912A - ロータリージョイント - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリージョイントに於いて、被密封流体に潤滑作用がなくとも密封環の摩擦係数を低減すると共に、密封環の摺動時に発生する摩耗粉が被密封流体に混入して悪影響となるのを防止することにある。
【解決手段】本体６０の内周面６０Ｃとロータ５０の外周面５０Ｃとの間の第１及び第２流体通路６０Ａ、６０Ｄと第１及び第２連通路３Ａ、３Ｂとを連通させる接続通路２６Ａ、２６Ｂの軸方向側方に配置されて第１及び第２流体通路６０Ａ、６０Ｄと第１及び第２連通路３Ａ、３Ｂとを密封に連通させるメカニカルシール２を具備し、第２流体通路から第２連通路に流入する被密封流体をシールするメカニカルシールは回転用密封環１５又は固定用密封環２５の少なくとも一方の密封環が樹脂材製にしたものである。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置等の流体供給機器に用いられるメカニカルシールを改善したロータリージョイントに関する。特に、メカニカルシールを改良したロータリージョイントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に係わるロータリージョイントの用途として、集積回路の基板に使用される半導体ウエハＵの表面研磨装置等が適している。この研磨装置で研磨される半導体ウエハＵは、シリコン等の円柱状の超純度結晶体を、一定の厚さの円盤状にスライスしてから研削加工し、更に、この表面の平坦仕上加工及び鏡面研磨加工を行っている。近年は、半導体デバイスの高集積化により、半導体デバイスの機能向上と共に、更に一層の高精度の平坦度や鏡面研磨精度が要求されている。このような状況で、半導体ウエハＵの表面を研磨した後に、この表面に付着した研磨液を完全に洗浄するために種々の方法が用いられている。
【０００３】
このような半導体ウエハＵの超平坦化及び鏡面化のための研磨加工は、例えば、Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　法による表面研磨装置（以下、ＣＭＰ装置と言う）により行われている。この種のＣＭＰ装置の構成は、図６に示すように、上面に半導体ウエハＵを保持するターンテーブル２０２が設けられている。このターンテーブル２０２は、駆動軸２０１によりＲ２方向へ回動される。
一方、ターンテーブル２０２の上面には、上面に対向する研磨面を設けたパット部２１０が配置されている。そして、ターンテーブル２０２上に配置された半導体ウエハＵに対しパッド部２１０の研磨面をＴ方向へ往復水平移動させながらパッド部２１０をＲ１方向へ回転させる駆動装置２２０が設けられている。又、パッド部２１０の研磨面と半導体ウエハＵの被研磨面との間に研磨液や純水やガス等を供給する流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８が設けられている。
【０００４】
この流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８とパッド部２１０との間には、ロータリージョイント１００が介在されている。このロータリージョイント１００は、各配管２１２、２１３、２１４、２１５を介して流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８と連通していると共に、パット部２１０とは継ぎ手部２１１介して通路が連通している。そして、流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８から研磨液や純水やガス等をロータリージョイント１００を介してパッド部２１０に導入される。
【０００５】
このＣＭＰ装置による半導体ウエハＵの研磨加工は、ロータリージョイント１００を介して研磨液や純水やガス等を供給しながら、パッド部２１０を半導体ウエハＵの被研磨面に対向させて回転させながら行われる。このため、回転するパッド部２１０と、非回転側の流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８との間の接続通路は、通路の継ぎ手として、更には、半導体ウエハＵの研磨加工の役目としてロータリージョイント１００が重要な役目を果たしている。
【０００６】
図５は、本発明に先行する関連したロータリージョイント１００であって、この固定された流体供給部２０５、２０６、２０７、２０８からの流体を回転するパッド部２１０へ供給する接続通路のロータリージョイント１００の断面図である。図５に示すロータリージョイント１００は、内周面を設けたボディ１０１が設けられており、そのボディ１０１の内周面内に回転可能に挿通されたロータ１０２が設けられている。又、ボディ１０１には、多数の流体供給用通路１０３が設けられている。更に、ロータ１０２にも多数の断面がＬ形を成す流体用通路１０４Ａ、１０４Ｂ（尚、１０４Ａは研磨液通路である）が設けられている。そして、ボディ１０１とロータ１０２の間に軸方向へ複数のメカニカルシール１０６が配置されており、その間に形成される各シール室を介して流体供給用通路１０３と流体用通路１０４Ａ、１０４Ｂとが連通している。これらのシール室内は、作動する処理装置のプログラムに従って、液体・気体・真空状態或いは高温状態となる。このために、メカニカルシール１０６も同様な影響を受ける。
【０００７】
この各シール室をシールするメカニカルシール１０６は、固定用密封環１０９とこの固定用密封環１０９の両側に配置された回転用密封環１０５Ａ、１０５Ｂとが互いにシール面を密接してシール室を流れる被密封流体をシールする。この各密封環１０５Ａ、１０５Ｂ、１０９は、被密封流体の過酷な条件を満足させるために、ＳｉＣ又は超硬合金或いはカーボンの材質から構成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のようにロータリージョイント１００は、ロータ１０２に多数の流体用通路１０４Ａ、１０４Ｂが形成されている。そして、半導体ウエハＵの研磨仕上げ工程では、Ｎ２ガス、純水、研磨液等の流体が各流体用通路１０４Ａ、１０４Ｂから供給又は排出される。半導体ウエハＵの研磨面を研磨液を介して研磨した後に、この研磨面に付着した不純物を洗浄しなければならないが、洗浄する洗浄流体に不純物が含まれていると、研磨した半導体ウエハＵの研磨面に不純物が付着することになる。特に、不純物が導電性粉末の場合には、半導体ウエハＵの回路が異常をきたし問題となっている。
【０００９】
又、メカニカルシール１０６の密封環１０５Ａ、１０５Ｂ、１０９がＳｉＣ、超硬合金等の材質の場合に気体又は純水の被密封流体をシールしようとすると、これらの流体には潤滑作用がないので、密封環１０５Ａ、１０５Ｂ、１０９の摺動面が互いに直接摺動して急速に摩耗すると共に、被密封流体に摩耗粉が含有して流出することになる。ことになる。更には、密封環１０５Ａ、１０５Ｂ、１０９が摺動中に摩擦に伴う鳴き現象が生じ問題となる。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、メカニカルシールの密封環の摺動抵抗を低減することにある。
又、ロータリージョイントから供給される流体に密封環の摩耗した摩耗粉が含有しないようにすることにある。特に、半導体ウエハの研磨面を洗浄する洗浄流体に導電性の粉末が混入しないようにすることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するため、本発明に係わるロータリージョイントは、以下のように構成されている。
請求項１に係わる本発明のロータリージョイントは、内周面を有すると共に内周面と外周面に通じる流体通路を有する本体と、本体の内周面内に回転自在に配置された外周面を有すると共に流体通路に連通する連通路を有するロータと、本体の内周面とロータの外周面との間の流体通路と連通路とを連通させる接続通路の軸方向側方に配置されて接続通路の接続間を密封して連通させるメカニカルシールとを具備し、接続通路のうち流体通路から連通路へ流入する被密封流体をシールするメカニカルシールは回転用密封環又は固定用密封環のうちの少なくとも一方の密封環が樹脂材製に構成されているものである。
【００１２】
この請求項１に係わるロータリージョイントでは、メカニカルシールを構成する少なくとも一方の回転用密封環又固定用密封環が樹脂材製であるから、被密封流体に潤滑性がなくとも樹脂材製の密封環によりメカニカルシールの摺動時の摩擦係数を小さくしてメカニカルシールの摺動抵抗を低減することが可能になる。又、メカニカルシールの少なくとも一方の密封環が樹脂材製であるから、例え他方の密封環がＳｉＣの材質で形成されていても、このＳｉＣの摩耗粉末がロータリージョイントの連通路から流出する流体に含まれて作動流体として作用するのを効果的に防止できる。
【００１３】
請求項２に係わる本発明のロータリージョイントは、ロータリージョイントは半導体ウエハ研磨装置用の流体通路に用いられるものであって、各接続通路のうち研磨液が流れる第１接続通路の接続間をシールするメカニカルシールは炭化珪素又は超硬合金材の回転用密封環および固定用密封環を有するものである。
【００１４】
この請求項２に係わる本発明のロータリージョイントでは、半導体ウエハの表面研磨装置に用いられて、研磨用の研磨液の流体通路と、洗浄用の流体通路が設けられており、研磨液が通る接続通路用のメカニカルシールは、被密封流体に不純物が含有していても問題にならないから、密封環を炭化珪素又は超硬合金材にすることが可能になる。このため、炭化珪素又は超硬合金材製の密封環としての耐久能力を向上させることが可能になる。
【００１５】
請求項３に係わる本発明のロータリージョイントは、接続通路を介して流体通路から連通路へ流入する被密封流体がガス又は純水にしたものである。
【００１６】
この請求項３に係わる本発明のロータリージョイントでは、従来、被密封流体がガス又は純水の場合には、この被密封流体が皮膜のようにメカニカルシールの摺動するシール面の間に介在しても潤滑作用がないのでシール面の摩擦が促進されていた。このために、シール面が摩耗するとか、摺動に伴う鳴き現象が生じて問題になっている。しかし、本発明のようにメカニカルシールの密封環の一方を樹脂材製にすると、例え、他方の密封環がＳｉＣ材質にしても摩擦係数を小さくすることか可能になる。更に、ＳｉＣ材製の密封環に樹脂材製の密封環の材質が被膜のように付着して摩擦係数を低減することが期待できる。更には、樹脂材製の密封環はＳｉＣ材製の密封環よりも軟質であるために、ＳｉＣ材製の密封環を摩耗させることがないので、ＳｉＣ摩耗粉が被密封流体に混合して作動流体に悪影響を与えることもない。
【００１７】
請求項４に係わる本発明のロータリージョイントは、回転用密封環又は固定用密封環を構成する樹脂材がフッ素樹脂材にしたものである。
【００１８】
密封環の材質をフッ素樹脂にすると、更に摩擦係数を低減することが可能になる。このため、密封環の摩耗を低減し、密封環の摩耗粉を被密封流体に混合させて作動流体に悪影響を与えるのを効果的に防止できる。特に、半導体ウエハ研磨用のＣＭＰ装置のロータリージョイントとして用いると、ＳｉＣ材製又はカーボン材製の密封環はフッ素樹脂材製の密封環により摺動摩耗が防止されるから、洗浄液にカーボン材またはＳｉＣから分離する導電性粉末が混入するのを効果的に防止できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るロータリージョイントの好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。尚、以下の図面は、設計図を基にした図面である。
【００２０】
図１は、好ましい実施の形態を示すロータリージョイントの要部の断面図である。
図１に於いて、本体６０は、各分割本体６０Ａをボルト６５を介して軸方向に連結し一体化している。
この分割本体６０Ａは、それぞれ環状に形成されており、内周面６０Ｃが設けられていると共に、流体通路６１Ａ、６１Ｂ、６１Ｄが軸方向へ沿って複数個に配列されていると共に、外面から内周面６０Ｃへ配管が接続可能に貫通している。
本体６０の材質は、例えば、鋼、ステンレス鋼等で製作されている。また、分割本体６０Ａの間は、それぞれバイトン（デュポン社の名称）等のゴムからなるＯリング２９を介して密封されている。
【００２１】
ロータ５０は、本体６０と相対回転する回転軸であり、下端部には、図示省略したボルトにより取付可能なフランジ部が設けられている。この材質は、例えば、鋼、ステンレス鋼等の金属で製作されている。ロータ５０の一方の端部外周面５０Ｃは、図示省略のボールベアリングを介して本体６０の内周面６０Ｃに回転可能に支持されている。又、ロータ５０の他方の外周面５０Ｃもボールベアリングを介して本体６０における内周面６０Ｃに回転可能に支持されている。
【００２２】
この本体６０とロータ５０との間のシール室６２には、ロータ５０の軸方向に沿ってメカニカルシール２がそれぞれ対称に配列されている。このメカニカルシール２を構成する一方の第１固定用密封環２０と、第２固定用密封環２５は、軸方向に沿って並列に複数個が本体６０に嵌着されていると共に、両側のＯリング２９を介して各分割本体６０Ａにより挟持されている。
この第１固定用密封環２０には、両側面にシール面２０Ａが設けられている。又、第２固定用密封環２５には、両側面にシール面２５Ａが設けられている。更に、第１固定用密封環２０には、径方向へ貫通する第１接続通路２６Ａが設けられて本体６０の第１流体通路６１Ｄと連通している。更に、第２固定用密封環２５にも、径方向へ貫通する第２接続通路２６Ｂが設けられて本体６０の第２流体通路６１Ａと連通している。
又、軸方向に貫通するクェンチング用の通路２１が複数個に設けられている。このクェンチング用の通路２１は、流体通路６１Ｂと連通していると共に、メカニカルシール２を冷却、洗浄しながら他方の流体通路６１Ｂから流出する。
更に又、本体６０に結合されたノックピン１６と係止する係止穴がそれぞれ側部に設けられている。又、各固定用密封環２０、２５の内周面はロータ５０との間が間隙に形成されてロータ５０の外周面５０Ｃ側を流通路に構成されている。
【００２３】
又、各メカニカルシール２は、第１固定用密封環２０と一対の炭化珪素の第１回転用密封環１０と、第２固定用密封環２５と一対の樹脂材製の第２回転用密封環１５がそれぞれ設けられている。この第１回転用密封環１０には、固定用密封環２０のシール面２０Ａと密接するシール面１０Ａが対向する面に設けられている。又、第２回転用密封環１５には、第２固定用密封環２５のシール面２５Ａと密接するシール面１５Ａが対向する面に設けられている。更に、各回転用密封環１０、１５の内周面にはＯリング１９を取り付ける段部が形成されている。更に、各シール面１０Ａ、１５Ａと反対の背部にはノックピン１６と係止する係止溝１０Ｂが設けられている。尚、ガス又は純水をシールする第２固定用密封環２５を樹脂材製にすることもできる。又、この樹脂材は、第２回転用密封環１５又は／及び第２固定用密封環２５を特定なフッ素樹脂材製にすることが好ましい。更に、全体を樹脂材にする代わりに、セラミック製の回転用及び固定用密封環１５、２５の表面をフッ素樹脂により被覆して利用しても良い。この回転用及び固定用密封環１５、２５の樹脂コーテングした被覆厚さは、一例として０．０５ｍｍから１ｍｍの厚さにすると良い。
【００２４】
この対称を成す各回転用密封環１０、１５の間には各回転用密封環１０、１５を作動可能に保持する断面Ｔ形の支持リング３０がロータ５０に嵌着すると共に、止めねじ４７によりロータ５０に固定されている。又、支持リング３０にはノックピン１６が両側に突出状態に設けられており、このノックピン１６が各回転用密封環１０、１５の係止溝１０Ｂと係止している。そして、各回転用密封環１０、１５は支持リング３０の周面に軸方向へ摺動自在に嵌合していると共に、ノックピン１６により周方向へ回動しないように係止されている。
更に、各回転用密封環１０、１５は、支持リング３０に支持されたばね４５により各シール面１０Ａ、２０Ａが押圧されている。
【００２５】
ロータ５０には、外周面５０Ｃが設けられていると共に、内部に第１連通路３Ａと複数個の第２連通路３Ｂが設けられている。この第２連通路３Ｂの内周面には、フッ素樹脂コーティング３Ｂ１が施されている。尚、第１連通路３Ａは研磨液が流通すると共に、第２連通路３Ｂはガス又は純水等が流通する。
そして、シール室６２の周囲はメカニカルシール２とＯリング１９、２９によりシールされて流路を形成する。このため、第１及び第２流体通路６１Ｄ、６１Ａから流入した被密封流体は、ロータ５０と本体６０が相対回動しても、第１及び第２接続通路２６Ａ、２６Ｂを通り第１及び第２回転用密封環１０、１５のシール面１０Ａ、１５Ａと第１及び第２固定用密封環２０、２５のシール面２０Ａ、２５Ａとの密接およびＯリング１９、２９のシールにより被密封流体を漏洩することなく流通させる。
【００２６】
以上の構成のロータリージョイント１に於いて、第１流体通路６１Ｄからは、スラリが含まれた被密封流体が流通する。例えば、スラリの被密封流体は、研磨材、砂利の微粉末の含有流体、又は高粘度の流体である。このために、メカニカルシール２の第１回転用密封環１０と第２固定用密封環２０は、炭化珪素、超硬合金、セラミック材製で構成されている。この第１回転用密封環１０と第１固定用密封環２０を炭化珪素、超硬合金材製で構成すると、微粉末がシール面１０Ａ、２０Ａに入り込んでもシール面が摩耗するのを効果的に防止できるからである。
【００２７】
一方、第２流体通路６１Ａから流入する流体は窒素ガスＮ２、純水等である。窒素ガスＮ２や純水等は、シール面間に介在しても潤滑能力がないから、炭化珪素材製等の密封環は、シール面が発熱し、腐食や摩耗が惹起すると共に、鳴き現象のような不具合が惹起する。しかし、第２流体通路６１Ａと連通するシール室６２をシールするメカニカルシール２の第２回転用密封環１５又は／及び第２固定用密封環２５は、樹脂材製で構成されているから、この第２回転用密封環１５自身に潤滑性が存すると共に、他方の第２固定用密封環２５が炭化珪素材製であっても、一方の樹脂材製の第２回転用密封環１５の材質が他方の第２固定用密封環２５のシール面２５Ａに付着してシール面１５Ａ、２５Ａの摩擦係数を低減することができる。
【００２８】
更に、メカニカルシール２を樹脂材製の第２回転用密封環１５にすると、対向する他方の第２固定用密封環２５の摩耗を防止して他方の第２固定用密封環２５からの摩耗粉による不具合を効果的に防止する。例えば、従来、第２固定用密封環２５が炭化珪素材製又はカーボン材製の場合は、純水等により腐食されると共に、摺動時の摩擦によりシール面２５Ａからのカーボン等の導電性摩耗粉が被密封流体と共に流出して、半導体ウエハＵ（図４参照）の研磨面に付着する。この粉末が付着した半導体ウエハＵを装置に組み込んで使用すると、半導体ウエハＵに付着した導電性粉末が通電の異常回路となり、不具合が発生する。しかし、本発明のように一方の第２回転用密封環１５を樹脂材製にすると、例え他方の第２固定用密封環２５をカーボン材又は炭化珪素材製に構成してもカーボン材又は炭化珪素材製の第２固定用密封環２５から摩耗粉の発生が防止される。このために被密封流体の作動流体としての作用に不具合が発生するのを効果的に防止できる。
【００２９】
この樹脂材製の密封環１５の材質として、具体的には、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケント樹脂（ＰＥＥＫ）等が好ましい。
【００３０】
次に、図２及び図３は、本発明に係わる第２実施の形態を示すロータリージョイント１である。このロータリージョイント１は、図４に示すように、半導体製造工程におけるシリコンウエハの表面研磨装置に用いる流体用ロータリージョイント１である。
この図２は、ロータリージョイント１の断面図であり、図３はロータリージョイント１の軸方向の正面図である。
【００３１】
図２及び図３に於いて、ロータリージョイント１のメカニカルシール２の構成は、図１のロータリージョイント１の各メカニカルシール２と同一符号で示すように略同様に構成されている。
【００３２】
つまり、研磨液Ｗ（アルカリ成分としてＫＯＨを含むシリカスラリにイソプロピルアルコールを添加したもの）は、図示省略の流体通路から供給されると共に、表面研磨が終了すれば、半導体ウエハＵの周囲及び第１流体通路６１Ｄ系統内通路に残留する研磨液Ｗは、この第１流体通路６１Ｄから逆流されて排出される。この第１流体通路６１Ｄ系統の本体６０とロータ５０の相対回動する面を連通させる第１接続通路２６Ａは、炭化珪素材製の第１固定用密封環２０に貫通孔として設けられる。
又、第１固定用密封環２０に密接する第１回転用密封環１０も炭化珪素材製である。そして、この第１固定用密封環２０の両面のシール面２０Ａ、２０Ａに第１回転用密封環１０のシール面１０Ａが密接して被密封流体をシールするメカニカルシール２に構成されている。このシール面１０Ａ、２０Ａに介在する研磨液Ｗは、第１固定用密封環２０に設けられた第１接続通路２６Ａを通過してロータ５０の回転中でも第１連通路３Ａから第１流体通路６１Ｄへ流通（逆流）できるように成されている。
【００３３】
更に、▲４▼と▲５▼の第２流体通路６１Ａには、圧縮空気、窒素ガスＮ２等が供給される。
窒素ガスＮ２をシールする第２回転用密封環１５と第２固定用密封環２５から成るこのメカニカルシール２も、図２に示すように、上述のメカニカルシール２と同様な構造に構成されている。そして、第２回転用密封環１５の材質はフッ素樹脂材製である。
又、▲３▼の第２流体通路６１Ａには、純水Ｗ１が供給される。
純水Ｗ１をシールする第２回転用密封環１５と第２固定用密封環２５から成るこのメカニカルシール２も、図２に示すように、上述と同様な構造に構成されている。しかも、第２回転用密封環１５の材質は各々フッ素樹脂材製に構成されている。
【００３４】
第２回転用密封環１５の材質は、この他に合成樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケント樹脂（ＰＥＥＫ）等が用いられる。
【００３５】
この第２回転用密封環１５を樹脂材製にすることによって潤滑性のない窒素ガスＮ２や、腐食を促進する純水Ｗ１であっても第２回転用密封環１５のシール面１５Ａと第２固定用密封環２５のシール面２５Ａとの摺動時の摩擦係数を低減することが可能になると共に、不具合となる摩耗粉の発生を防止する。又、摺動面の鳴き現象等が防止できる。
更に、純水Ｗ１や、ガスＮ２の介在時に温度の上昇と共に、炭化珪素材製の第１回転用密封環１０及び第１固定用密封環２０は、互いのシール面が急速に腐食するが、樹脂材製の密封環１５と組み合わせにすると、対向する密封環２５がカーボン又は炭化珪素材製であっても、樹脂材の摺動効果により両シール面１５Ａ、２５Ａの耐摩擦係数と耐腐食性を向上させることが可能になる。
このために、ロータリージョイント１からシリコンウエハの研磨面を洗浄するときに、純水Ｗ１と窒素ガスＮ２を吹き付けても、カーボンや炭化珪素の摩耗粉末が研磨面に付着するのを効果的に防止できる。
【００３６】
更に、▲１▼と▲２▼の第２流体通路６１Ａには、空気や窒素ガスＮ２が供給される。ロータ５０と本体６０との第３接続通路は、各パッキン１８、１８、１８によりシールされている。このパッキン１８は、内周部が樹脂材製の摺動リングに形成されていると共に、この摺動リングに一体に嵌着する外周部が弾性ゴム材製の支持リングに形成されている。そして、この単純な小形のパッキン１８により場所を取らずに取り付けることが可能になる。
【００３７】
このロータリージョイント１には、全体が上述したように一対のメカニカルシール２、２が並列に７個と、この７個のメカニカルシール２の一端側にオイルシール４８と、３個のパッキン１８、１８、１８が設けられている。
又、本体６０は、６個の分割本体６０Ａをボルト６５を介して結合している。そして、ロータ５０と本体６０との嵌合間には、軸方向両側に各々軸受け４３が設けられて本体６０によりロータ５０が回動自在に保持されている。
【００３８】
又、図示左側に示すオイルシール４８は、メカニカルシール２と協働してシール室６２を形成している。このシール室６２に連通する流体通路６１Ｂが本体６０に設けられている。この流体通路６１Ｂにはクェンチング液Ｑ１が供給される。そして、第１及び第２固定用密封環２０、２５に設けられた通路２１を通り各メカニカルシール２を冷却すると共に、不純物を洗浄して他方の流体通路６１Ｂから流出クェンチングＱ２として排出される。
【００３９】
図３は、図２に示すロータ５０の図示左側端部にフランジ取付部５０Ｂが設けられている。このフランジ取付部５０Ｂには、第１連通路３Ａと第２連通路３Ｂが貫通している。そして、フランジ取付部５０Ｂにより表面研磨装置の第２回転軸５５（図４参照）に連結できるように成されている。その他は、図１に説明した通りである。
このように構成されたロータリージョイント１は、半導体用シリコンウェハの表面研磨装置の流体通路用接続装置として研磨液の給排（逆流）作用、ガスＮ２、純水Ｗ１等の洗浄供給、ロータ５０の回転時の第２回転用密封環１５及び第２固定用密封環２５の摩擦・摩耗・摩耗粉等の不具合を解決した摺動特性等の優れた効果を発揮する。
【００４０】
図４は、本発明に係る図２に示すロータリージョイント１を用いたＣＭＰ法によるシリコンウエハＵの表面研磨装置（以下、ＣＭＰ装置という）の構成を示す説明図である。
このＣＭＰ装置に取り付けたロータリージョイント１の流体回路を以下に説明する。
【００４１】
このＣＭＰ装置におけるロータリージョイントを示す全体構成は、図４に示するように構成されている。この図４に示す４０はシリコンウエハＵを載置して加工する回転テーブル４０である。この回転テーブル４０は、第１回転軸４１に連結されてＲ２方向に回転する。同時に、図２に示すロータリージョイント１を装備したパッド支持体５３は、図示するＴ方向に進退移動する場合と、移動させない場合がある。更に、パッド支持体５３に支持されている図示省略の駆動モータにより回転する研磨パッド５４が、パッド支持体５３の下部に取り付けられている。この研磨パッド５４は、パッド支持体５３と研磨パッド５４に連結している第２回転軸５５によりＲ１方向へ回動する。そして、研磨パッド５４は、回動しながらシリコンウエハＵ上をＴ方向に移動して研磨加工を行う。
【００４２】
パッド支持体５３に設けられている配管の第１通路５８は、研磨液を吸引する給排装置７０と連通されている。更に、この第１通路５８は、ロータリージョイント１の第１流体通路６１Ｄに連通すると共に、第１接続通路２６Ａを介して第１連通路３Ａにロータ５０の回動状態で連通可能になる。
又、ロータリージョイント１の第１連通路３Ａは、第２回転軸５５に設けられている第２通路５６に連通すると共に、研磨パッド５４の吸引通路に連通する。
【００４３】
そして、給排装置７０により研磨液を第１通路５８を通してロータリージョイント１の第１流体通路６１Ｄと、ロータリージョイント１で回転するロータ５０の第１連通路３Ａと、回転する第２回転軸５５の第２通路５６を介して研磨パッド５４の吸引通路から吸引する。この吸引通路からシリコンウエハＵの上面に存在する研磨液をシリコンウエハＵの表面研磨加工後に吸引して排出する。
【００４４】
次に、パッド支持体５３に設けられている供給通路５９は、配管により圧縮空気や窒素ガスＮ２が存在する流体給給装置７５に連通されている。更に、供給通路５９はロータリージョイント１の第２流体通路６１Ａに連通している。この第２流体通路６１Ａは、ロータ５０の第２連通路３Ｂにメカニカルシール２の働きにより回転状態でも連通する。そして、第２連通路３Ｂから回転する第２回転軸５５の流体通路５７に連通すると共に、流体通路５７から研磨パッド５４の噴射通路に連通して窒素ガスＮ２を噴射すると共に、噴射通路から噴射された純水により分散・洗浄作用を行う。ロータリージョイント１の第２流体通路６１Ａは、本体６０の長手（軸方向）方向に沿って複数個に設けられているので、種々の洗浄や清掃の作業に利用できる。
【００４５】
又、他方に設けられた純水用の流体供給装置７５は、供給通路５９を介してロータリージョイント１の流体通路６１Ｃに連通している。この流体通路６１Ｃは、ロータリージョイント１内でロータ５０の第２連通路３Ｂに連通する。更に、第２連通路３Ｂは、第２回転軸５５の流体通路５７に連通すると共に、研磨パッド５４の噴射通路に連通する。そして、流体供給装置７５から純水Ｗ１が供給通路７９を介してロータリージョイント１の流体通路６１Ｃに圧送されると共に、ロータリージョイント１内で回転可能な構成のロータ５０の第２連通路３Ｂに連通する。この第２連通路３Ｂから第２回転軸５５の流体通路５７に通じると共に、研磨パッド５４の噴射通路から噴射してシリコンウエハＵの表面研磨面を洗浄する。この洗浄作用は前述の空気や窒素ガスＮ２の噴射と協働して行うことができる。
【００４６】
【発明の効果】
発明に係るロータリージョイントによれば、ガス又は純水等の潤滑作用のない被密封流体であっても、密封環の摺動時の摩擦係数を低減する効果を奏する。又、被密封流体による摩耗や腐食を樹脂材製の密封環により効果的に防止し、悪影響を与える摩耗粉が被密封流体に混入するのが防止できる効果を奏する。更には、密封環の摺動時の鳴き現象等の不具合を防止することも可能になる。
【００４７】
このロータリージョイントを半導体シリコンウエハの表面研磨装置の流体通路に利用した場合には、不具合となるメカニカルシールの密封環の摩耗粉の発生を防止し、半導体シリコンウエハの研磨面に付着して半導体シリコンウエハが回路の不具合発生の原因となるのを効果的に防止する。
特に、半導体シリコンウエハの研磨工程では、窒素ガスＮ２や純水Ｗ１等の被密封流体が利用されるが、この被密封流体によりメカニカルシールの密封環に摩擦の低減と共に摩耗を防止し、更には腐食の発生を密封環により効果的に防止する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る好ましい実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態を示すロータリージョイントの断面図である。
【図３】図２のロータリージョイントの軸方向正面図である。
【図４】本発明に係るロータリージョイントが用いられるシリコンウエハの表面研磨装置の構成図である。
【図５】関連技術のロータリージョイントの断面図である。
【図６】図５のロータリージョイントが用いられるシリコンウエハの表面研磨装置の構成図である。
【符号の説明】
１　ロータリージョイント
２　メカニカルシール
３Ａ　第１連通路
３Ｂ　第２連通路
３Ｂ１　被覆層
１０　第１回転用密封環
１５　第２回転用密封環
１０Ａ　シール面
１５Ａ　シール面
２０Ａ　シール面
２５Ａ　シール面
１５Ａ　シール面
１０Ｂ　係止溝
１６　ノックピン
１９　Ｏリング
２０　第１固定用密封環
２５　第２固定用密封環
２１　通路
２６Ａ　第１接続通路
２６Ｂ　第２接続通路
２９　Ｏリング
３０　支持リング
４５　ばね
４７　止めねじ
５０　ロータ
５０Ｂ　フランジ取付部
５０Ｃ　外周面
６０　本体
６０Ａ　分割本体
６１Ａ　第２流体通路
６１Ｂ　流体通路
６１Ｄ　第１流体通路
Ｕ　半導体ウエハ
Ｗ　研磨液
Ｗ１　純水
Ｎ２　窒素ガス
Ｑ１、Ｑ２　クェンチング液

Claims (4)

1. 内周面を有すると共に前記内周面と外周面に通じる流体通路を有する本体と、前記本体の内周面内に回転自在に配置された外周面を有すると共に前記流体通路に連通する連通路を有するロータと、前記本体の内周面と前記ロータの外周面との間の前記流体通路と前記連通路とを連通させる接続通路の外部との接続間を密封して前記流体通路と前記連通路とを連通させるメカニカルシールとを具備し、前記接続通路のうち前記流体通路から前記連通路へ流入する被密封流体をシールする前記メカニカルシールは回転用密封環又は固定用密封環のうちの少なくとも一方の密封環が樹脂材製に構成されていることを特徴とするロータリージョイント。
2. 前記ロータリージョイントは半導体ウエハ研磨装置用の流体通路に用いられるものであって、前記各接続通路のうち研磨液が流れる第１接続通路の接続間をシールする前記メカニカルシールは炭化珪素又は超硬合金材の回転用密封環および固定用密封環を有することを特徴とする請求項１に記載のロータリージョイント。
3. 前記接続通路を介して前記流体通路から前記連通路へ流入する被密封流体がガス又は純水であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のロータリージョイント。
4. 前記回転用密封環又は前記固定用密封環を形成する樹脂材がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３に記載のロータリージョイント。

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