JP3126685B2 - スラリ流体用ロータリジョイント - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ）法によるシリコンウエハの表面研磨装置に装備され
るロータリジョイントであって、固液混合流体であるス
ラリ流体（例えば、シリコンウエハの表面をＣＭＰ法に
より研磨する場合に使用する研磨液等）を相対回転部材
間で流動させるためのスラリ流体用のロータリジョイン
トに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅ
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によるシリ
コンウエハの表面研磨装置として、図４及び図５に示す
如く、水平回転される回転テーブル１０２と、水平進退
動作及び昇降動作するパッド支持体１０３と、パッド支
持体１０３に支持されて強制回転される研磨パッド１０
４と、パッド支持体１０３に形成された非回転側スラリ
流体給排路１０５と、非回転側スラリ流体給排路１０５
に接続された研磨液（例えば、アルカリ成分としてＫＯ
Ｈ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）１０６の給排機構１０７と、研磨パット１０
４に形成されており、その回転軸線上を貫通してパッド
部１０４ａの中心部に開口する回転側スラリ流体給排路
１０８と、パッド支持体１０３と研磨パッド１０４との
間に介設されて、両スラリ流体給排路１０５，１０８を
相対回転自在に連通接続するロータリジョイント１０１
とを具備するものが提案されている。

【０００３】すなわち、かかる表面研磨装置によれば、
まず、回転テーブル１０２上にシリコンウエハ１０９を
その表面１０９ａを上に向けた状態で保持させた上、研
磨バッド１０４を下降させて、そのパッド部１０４ａを
ウエハ表面１０９ａに接触させる。そして、給排機構１
０７の正圧動作（研磨液ポンプの吐出動作）によりパッ
ド部１０４ａとウエハ１０９との間に研磨液１０６を噴
出させつつ、研磨パッド１０４を回転及び水平進退させ
ることによって、ウエハ表面１０９ａを研磨する。研磨
終了後は、給排機構１０７を負圧動作（研磨液ポンプの
吸引動作）に切り換えて、スラリ流体給排路１０５，１
０８内に残留する研磨液１０６を吸引排出させる。つま
り、スラリ流体給排路１０５，１０８内を正圧モードか
ら負圧ないしドライモードに切り換えることにより、ス
ラリ流体給排路１０５，１０８内に残留する研磨液１０
６が研磨済みのウエハ表面に滴下しないように図ってい
る。

【０００４】かかる表面研磨装置に使用するロータリジ
ョイント１０１としては、パッド支持体１０３に取付け
たジョイント本体と研磨パッド１０４に取付けた回転体
とを相対回転自在に連結し、ジョイント本体に非回転側
スラリ流体給排路１０５に接続した第１スラリ流体通路
部分を形成すると共に、回転体の回転側スラリ流体給排
路１０８に接続した第２スラリ流体通路部分を形成し、
両スラリ流体通路部分の開口端部間に形成される空間
を、ジョイント本体と回転体との相対回転対向面間に介
装したシール機構によりシールさせるように構成したも
のが使用される。そして、シール機構としては、ジョイ
ント本体及び回転体の相対回転部分を互いに押圧接触す
るシール面に形成したものや両体間に介装した端面接触
形のメカニカルシールが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような構
成のロータリジョイント１０１では、研磨液１０６が砥
粒を含むスラリ流体であることから、シール面（メカニ
カルシールでは密封環の対向端面）間に砥粒が侵入，堆
積し易く、シール機能を長期に亘って良好に発揮させる
ことができない。また、被密封流体が固形分を含むスラ
リ流体（研磨液１０６）であることから、シール面の摩
耗が激しく、短期間のうちにシール機能が低下する。ま
た、メカニカルシールを使用した場合には、一方の密封
環を他方の密封環へと押圧附勢するスプリング等の金属
部材がスラリ流体通路内に露出することになるため、こ
れらが研磨液１０６中の固形分（砥粒）との接触により
微細なパーティクル（金属粉）を発生する虞れがある。
かかる金属粉や上記したシール面の摩耗粉といったパー
ティクルが研磨液１０６に混入して、パッド部１０４ａ
から噴出されると、当然に、ウエハ表面１０９ａの良好
な研磨を行い難くなる。さらに、このような砥粒の侵
入，堆積やシール面の摩耗等は、上記した如く、スラリ
流体給排路１０５，１０８内が正圧モードと負圧ないし
ドライモードとに切り換えられることにより、より顕著
に発生することになる。特に、ドライモードに切り換え
られた状態においては、シール面がその接触熱により焼
き付く虞れがある。而して、このような砥粒の侵入，堆
積やシール面の摩耗等によりシール機能が低下すると、
シール面から漏洩した研磨液１０６がウエハ表面１０９
ａを汚損したり、ジョイント本体と回転体との間のベア
リングに侵入して研磨パッド１０４の回転を妨げる等の
問題を生じて、良好な表面研磨を期待し得ない。

【０００６】このようなロータリジョイント１０１に関
する問題は、上記した表面研磨装置においてのみなら
ず、或る程度以上の高速で相対回転する部材間で研磨液
等のスラリ流体を流動させる必要のある機器において共
通するものであり、その解決が強く望まれているが、現
時点では、長期に亘って良好なシール機能を発揮させう
るスラリ流体用ロータリジョイントは未だ提案されてい
ないのが実情である。

【０００７】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、研磨液等のスラリ流体を良好にシールさせた状
態で相対回転部材間において流動させることができるス
ラリ流体用ロータリジョイントを提供することを目的と
するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明のスラリ流体用ロータリジョイントは、ジョイント本
体に、強制回転されるべき回転体を回転自在に且つ軸線
方向移動不能に連結し、両体の一方に回転体と同心状の
炭化珪素製の第１密封環を固定保持し、他方に、第１密
封環に同心状に直対向する炭化珪素製の第２密封環であ
って、円環状の本体部とこれに一体形成された円筒状の
保持部とからなる第２密封環を、保持部の外周部との間
に介装したＯリングにより二次シールさせた状態で軸線
方向移動可能に保持すると共に、第２密封環をその軸線
方向への移動を許容しつつ相対回転不能に係止する第２
密封環係止機構及び第２密封環を第１密封環へと押圧附
勢する第２密封環附勢機構を第２密封環の外周側に配し
て設け、第２密封環の本体部の端部を、これに対向する
第１密封環の端部である密封端部と同心の円環状をなし
て線接触する尖端形状をなし且つ第２密封環の保持部の
外径に略一致する径をなす密封端部に形成して、両密封
環の相対回転摺接作用により、その内周側領域と外周側
領域との間をシールするように構成し、ジョイント本体
及び回転体に、夫々、前記両密封環の内周側領域に開口
するスラリ流体通路部分を形成して、両スラリ流体通路
部分を上記内周側領域を介して連通する一連のスラリ流
体通路となしたものである。

【０００９】かかるロータリジョイントにあって、両密
封環間が焼き付く等の虞れがある場合には、前記両密封
環の外周側領域を、回転体の外周部とこれを同心状に囲
繞するジョイント本体の内周部との間に介設したメカニ
カルシールによりシールされた密閉状の冷却水供給領域
となして、この冷却水供給領域に前記両密封環を冷却す
る冷却水を供給するように構成しておくことが好まし
い。また、ジョイント本体と回転体との間で、研磨液等
のスラリ流体以外にも、加圧空気等の非スラリ流体を流
動させる必要がある場合には、回転体の外周部とこれを
同心状に囲繞するジョイント本体の内周部との間に、回
転体の軸線方向に並列する複数のメカニカルシールを介
設することにより、シールされた密閉状の接続領域を形
成すると共に、ジョイント本体及び回転体に、夫々、こ
の接続領域に開口する非スラリ流体通路部分を形成し
て、両非スラリ流体通路部分を前記接続領域を介して連
通する一連の非スラリ流体通路となしておくことが好ま
しい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図３に基づいて具体的に説明する。

【００１１】この実施の形態は、冒頭で述べた表面研磨
装置に組み込まれるロータリジョイント（図４に示す如
く、パッド支持体１０３と研磨パッド１０４との間に介
装されて、非回転側スラリ流体給排路１０５と回転側ス
ラリ流体給排路１０８とを連通させるロータリジョイン
ト）１０１に本発明を適用した例に係るものである。

【００１２】すなわち、この実施の形態における本発明
に係るロータリジョイント１０１は、図１に示す如く、
パッド支持体１０３に取付けられるジョイント本体１
と、研磨パッド１０４に取付けられる回転体２と、両体
１，２間に介装された第１〜第３シール機構３，４，５
と、両体１，２に形成された一連のスラリ流体通路６及
び非スラリ流体通路７とを具備する。

【００１３】ジョイント本体１は、図１に示す如く、円
形の内周部１０ａを有する筒状の側部壁１０と、その上
端部にこれを閉塞すべく取着された端部壁１１とからな
る。側部壁１０はステンレス鋼等の金属材で構成されて
おり、この例ではＳＵＳ３０４で構成されている。端部
壁１１は、後述する如く研磨液１０６が流動する第１ス
ラリ流体通路部分６０が形成されるため、砥粒の接触に
よりパーティクルを発生させることがなく且つ加工によ
る寸法安定性，耐熱性に優れたＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣ
等の機械部品用プラスチックで構成されている。この例
ではＰＥＥＫで構成されている。

【００１４】回転体２は、図１に示す如く、円柱状の主
体部２０と主体部２０の上端部に形成された密封環保持
部２１と主体部２０の下端部に形成された円盤状のフラ
ンジ部２２と主体部２０に外嵌された円筒状の蓋部２３
とからなる。蓋部２３を除く回転体部分（主体部２０、
密封環保持部２１及びフランジ部２２）は一体成形され
ている。この回転体部分２０，２１，２２は、後述する
如く研磨液１０６が流動する第２スラリ流体通路部分６
１が形成されるため、第１スラリ流体通路部分６０が形
成される端部壁１１と同様に、砥粒の接触によりパーテ
ィクルを発生させることがなく且つ加工による寸法安定
性，耐熱性に優れたＰＥＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣ等の機械部
品用プラスチックで構成されている。この例ではＰＥＥ
Ｋで構成されている。密封環保持部２１は主体部２０と
同心状をなすもので、その横断面形状は主体部２０より
小径の円形状とされている。蓋部２３は、側部壁１０と
同様に、ステンレス鋼等の金属材で構成されており、こ
の例ではＳＵＳ３０４で構成されている。回転体２は、
端部壁１１と蓋部２３との下端部間に介装したベアリン
グ１３により、フランジ部２２を除く回転体部分（主体
部２０、密封環保持部２１及び蓋部２３）をジョイント
本体１内に挿入させた状態で、ジョイント本体１に回転
自在に支持されている。回転体２は、フランジ部２２を
研磨パッド１０４に取付けることにより、研磨パッド１
０４の回転に伴って強制回転せしめられる。

【００１５】第１シール機構３は、図１及び図２に示す
如く、回転体２に設けられた第１密封環３０と、ジョイ
ント本体１に設けられた第２密封環３１と、第２密封環
３１とジョイント本体１との間に介装された第２密封環
係止機構３２及び第２密封環附勢機構３３とを具備す
る。

【００１６】第１密封環３０は、図２に示す如く、円環
状の本体部３０ａとその下端部に一体形成された円筒状
の固定部３０ｂとからなる炭化珪素製のものであり、固
定部３０ｂを密封環保持部２１に外嵌させることによ
り、回転体２に同心状に固定保持されている。本体部３
０ａの上端部は、回転体２の軸線に直交する平滑面であ
る密封端部３０ｃに構成されている。固定部３０ｂと密
封環保持部２１との嵌合部分は、密封環保持部２１の外
周部に保持させたＯリング２４により二次シールされて
いる。

【００１７】第２密封環３１は、図２に示す如く、円環
状の本体部３１ａとその上端部に一体形成された円筒状
の保持部３１ｂとからなる炭化珪素製のものであり、保
持部３１ｂを端部壁１１に設けた保持孔１１ａに嵌合さ
せることにより、ジョイント本体１に第１密封環３０と
同心状をなして軸線方向移動可能に保持されている。保
持部３１ｂと保持孔１１ａとの嵌合部分は、保持孔１１
ａの内周部に保持させたＯリング１４により二次シール
されている。本体部３１ａの外径は保持部３１ｂの外径
より所定量大きく設定されている。第２密封環３１の下
端部は、本体部３１ａの外周面を下窄まりのテーパ面に
形成すると共にその内周面を下拡がりのテーパ面に形成
することによって、前記密封端部３０ｃに同心の円環状
をなして線接触しうる尖端形状の密封端部３１ｃに構成
されている。なお、密封端部３１ｃの径は、保持部３１
の外径に略一致するように設定されている。

【００１８】第２密封環係止機構３２は、図２に示す如
く、ジョイント本体１の端部壁１１の下端部に、保持孔
１１ａの外周領域に配して、一又は複数の係止ピン３２
ａを下方に向けて突設すると共に、第２密封環３１の本
体部３１ａの外周部に一又は複数の係合凹部３２ｂを形
成して、係止ピン３２ａを係合凹部３２ｂに係合させる
ことにより、第２密封環３１をジョイント本体１に対し
て軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に係止保持す
るものである。

【００１９】第２密封環附勢機構３３は、図２に示す如
く、第２密封環３１の本体部３１ａの上端部とこれに対
向するジョイント本体１の端部壁１１の下端部との間に
介装された複数のスプリング３３ａからなり、第２密封
環３１を、両密封端部３０ｃ，３１ｃが相互に押圧接触
せしめられるべく、第１密封環３０へと押圧附勢するも
のである。

【００２０】第１シール機構３は端面接触形のメカニカ
ルシールと同様のシール機能を発揮するもので、回転体
２の回転に伴う密封端部３０ｃ，３１ｃの相対回転摺接
作用により、その摺接部分において両密封環３０，３１
の内周側領域（以下「第１接続領域」という）３ａと外
周側領域３ｂとの間をシールする。なお、上記した尖端
形状の密封端部３１ｃの径を含めた各構成要素の寸法等
は、研磨液給排機構１０７の負圧作動により両領域３
ａ，３ｂの圧力関係が逆転する場合（例えば、スラリ流
体通路６内が負圧ないしドライモードに切り換えられた
場合）にも密封端部３０ｃ，３１ｃによる良好なシール
機能が維持されるように（例えばバランス比を零とする
等）設定されている。

【００２１】第２及び第３シール機構４，５は、図１に
示す如く、回転体２の外周部である蓋部２３とこれを同
心状に囲繞するジョイント本体１の内周部つまり側部壁
１０の内周部１０ａとの間に回転体２の軸線方向に並列
して配設されている。

【００２２】第２シール機構４は、図１及び図３に示す
如く、側部壁１０と蓋部２３との間に介装された端面接
触形のメカニカルシールであり、前記密封環３０，３１
の外周側領域３ｂの下端部をシールして、これを密閉さ
れた冷却水供給領域３ｂとなすものである。すなわち、
第２シール機構４は、図３に示す如く、側壁部１０の内
周部１０ａにＯリング４２を介して内嵌状に固定保持さ
れたカーボン製の静止密封環４３と、静止密封環４３の
下位に配して、蓋部２３にＯリング４４を介して軸線方
向移動可能に挿通保持された炭化珪素製の回転密封環４
５と、回転密封環４５の下位に配して、蓋部２３に固定
されたスプリングリテーナ４６と、回転密封環４５とス
プリングリテーナ４６との間に介装されて、回転密封環
４５を静止密封環４３へと押圧附勢するスプリング４７
とを具備して、両密封環４３，４５の相対回転摺接作用
により、その外周側領域４ａと内周側領域である冷却水
供給領域３ｂとの間をシールするように構成されてい
る。回転密封環４５は、図１に示す如く、その外周部に
形成した係合溝４５ａにスプリングリテーナ４６に形成
した係合突部４６ａを係合させることにより、回転体２
に軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に保持されて
いる。而して、冷却水供給領域３ｂには、図１及び図２
に示す如く、ジョイント本体１の側部壁１１に穿設した
供給孔１１ｂから冷却水８が供給されるようになってお
り、この冷却水８により第１シール機構３の密封環３
０，３１を冷却するように工夫されている。

【００２３】第３シール機構５は、図１及び図３に示す
如く、第２シール機構４の下方位において側部壁１０と
蓋部２３との間に介装された端面接触形のメカニカルシ
ールであって、第２シール機構４とは上下対称構造をな
す点を除いて同一構造に構成されたものである。すなわ
ち、第３シール機構５は、図３に示す如く、側壁部１０
の内周部１０ａにＯリング５２を介して内嵌状に固定保
持されたカーボン製の静止密封環５３と、静止密封環５
３の上位に配して、蓋部２３にＯリング５４を介して軸
線方向移動可能に挿通保持された炭化珪素製の回転密封
環５５と、回転密封環５５の上位に配して、蓋部２３に
固定されたスプリングリテーナ４６と、回転密封環５５
とスプリングリテーナ４６との間に介装されて、回転密
封環５５を静止密封環５３へと押圧附勢するスプリング
５７とを具備して、両密封環５３，５５の相対回転摺接
作用により、その外周側領域４ａと内周側領域であるベ
アリング側の大気領域４ｂとの間をシールするように構
成されている。スプリングリテーナ４６は、第２シール
機構４と兼用されている。回転密封環５５は、第２シー
ル機構４における回転密封環４５と同様に、その外周部
に形成した係合溝５５ａにスプリングリテーナ４６に形
成した係合突部５６ａを係合させることにより、回転体
２に軸線方向移動を許容しつつ相対回転不能に保持され
ている。外周側領域４ａは、前記内外周部１０ａ，２３
間の環状領域の上下端部を第２及び第３シール機構４，
５により密閉シールされた接続領域（以下「第２接続領
域」という）４ａとなされている。

【００２４】スラリー流体通路６は、図１〜図３に示す
如く、ジョイント本体１に形成した第１スラリ流体通路
部分６０と回転体２に形成した第２スラリ流体通路部分
６１とを第１シール機構３により密閉シールされた第１
接続領域３ａを介して連通させてなる一連のものであ
り、パッド支持体１０３及び研磨パッド１０４に設けら
れたスラリ流体給排路１０５，１０８に接続されてい
る。第１スラリ流体通路部分６０はジョイント本体１の
端部壁１１に形成されている。第１スラリ流体通路部分
６０の一端部は第１接続領域３ａに開口されており、そ
の他端部は、端部壁１１の外周部に開口されていて、ジ
ョイント本体１が取付けられるパッド支持体１０３の非
回転側スラリ流体給排路１０５に接続されるようになっ
ている。第２スラリ流体通路部分６１は回転体２の主体
部２０、密封環保持部２１及びフランジ部２２にその回
転軸線（回転体２の回転軸線）を貫通して形成されてい
る。第２スラリ流体通路部分６１の一端部は第１接続領
域３ａに開口されており、その他端部は、フランジ部２
２の下端部に開口されていて、回転体２が取付けられる
研磨パッド１０４の回転側スラリ流体給排路１０８に接
続されるようになっている。

【００２５】ところで、上記した表面研磨装置にあって
シリコンウエハ１０９の表面研磨をより良好に行なうた
めには、例えば図５に鎖線で示す如く、パッド部１０４
ａに回転側スラリ流体給排路１０８の開口周辺領域に開
口する複数の空気噴出孔１０８ａを設けて、この空気噴
出孔１０８ａから加圧空気１０６ａを噴出させることに
より、回転側スラリ流体給排路１０８からパッド部１０
４ａとシリコンウエハ１０９との間に噴出された研磨液
１０６を均一に分散させると共に研磨残渣を両者１０４
ａ，１０９間から可及的に速やかに排除させるようにし
ておくことが好ましい。

【００２６】非スラリ流体通路７は、このような空気噴
出孔１０８ａに加圧空気１０６ａを供給させるために設
けられたもので、図１及び図３に示す如く、ジョイント
本体１に形成した第１非スラリ流体通路部分７０と回転
体２に形成した第２非スラリ流体通路部分７１とを第２
及び第３シール機構４，５により密閉シールされた第２
接続領域４ａを介して連通させてなる一連のものであ
る。第１非スラリ流体通路部分７０は、第２接続領域４
ａに開口させた状態で、ジョイント本体１の端部壁１１
に穿設されている。この第１非スラリ流体通路部分７０
には、適宜の加圧空気供給機構（図示せず）から導いた
空気供給路７２が接続されていて、非スラリ流体たる加
圧空気１０６ａが供給されるようになっている。第２非
スラリ流体通路部分７１は、主体部２０の外周部に形成
した環状溝を蓋部２３で閉塞してなる環状通路７１ａ
と、第２スラリ通路部分６１を囲繞する環状をなしてフ
ランジ部２２の下端部に開口された環状通路７１ｂと、
主体部２０に形成されて両環状通路７１ａ，７１ｂ間を
連通する連通路７１ｃと、蓋部２３及びスプリングリテ
ーナ４６を貫通して、環状通路７１ａを第２接続領域４
ａに開口させる開口通路７１ｄとからなる。この第２非
スラリ流体通路部分７１の下端開口部である環状通路７
１ｂは、回転体２を研磨パッド１０４に取付けたときに
おいて、前記空気噴出孔１０８ａに連通接続されるよう
になっている。

【００２７】以上のように構成されたロータリジョイン
ト１０１によれば、これを図４に示す表面研磨装置に組
み込んだ場合、研磨液１０６の給排を冒頭に述べた如き
問題を生じることなく良好に行なうことができ、当該表
面研磨装置によるシリコンウエハ１０９の表面研磨を良
好に行なうことができる。

【００２８】すなわち、研磨パッド１０４を回転させつ
つ行なう研磨時において、給排機構１０７により吐出さ
れた研磨液１０６は、パッド支持体１０３の非回転側ス
ラリ流体給排路１０５からロータリジョイント１０１の
スラリ流体通路６を経て研磨パッド１０４の回転側スラ
リ流体給排路１０８へと流動される。そして、スラリ流
体通路６においては、ジョイント本体１０の第１スラリ
流体通路部分６０と回転体１１の第２スラリ流体通路部
分６１とが研磨パッド１０４の回転に伴って相対回転せ
しめられるが、両通路部分６０，６１間を接続する第１
接続領域３ａが第１密封環３０と第２密封環３１との相
対回転摺接作用によってシールされていることから、研
磨液１０６は両通路部分６０，６１間から漏洩すること
なくスラリ流体通路６を流動せしめられることになる。

【００２９】このとき、研磨液１０６が両密封環３０，
３１の接触部分に付着，堆積する虞れがあるが、第２密
封環３１の密封端部３１ｃが尖端形状とされていること
から、このような付着物は密封端部３１ｃにより削り取
られて、両密封端部３０ｃ，３１ｃ間に研磨液１０６中
の固形分つまり砥粒が侵入，堆積するようなことがな
い。したがって、両密封端部３０ｃ，３１ｃは常に適正
な接触状態を保つことができ、密封端部３０ｃ，３１ｃ
の接触不足によりシール機能が低下するようなことがな
い。また、密封端部３０ｃ，３１ｃは、冷却水供給領域
３ｂに供給された冷却水８により冷却されて、焼き付き
を生じる虞れはない。

【００３０】また、両密封環３０，３１は超硬質材であ
る炭化珪素で構成されているから、、それらを金属若し
くはカーボンで構成した場合や一般的な端面接触形のメ
カニカルシールにおける如く炭化珪素等の硬質材からな
る密封環とカーボン等の軟質材からなる密封環との組み
合わせとした場合と異なって、密封端部３０ｃ，３１ｃ
の接触により摩耗粉が発生したりすることがなく、摩耗
粉が研磨液１０６に混入することがない。

【００３１】また、スラリ流体通路６の内壁面が研磨液
１０６との接触（特に、砥粒との接触）により摩耗粉等
のパーティクルを生じない材料で構成されている。すな
わち、第１スラリ流体通路部分６０が形成されているジ
ョイント本体部分（端部壁１１）及び第２スラリ流体通
路部分６１が形成されている回転体部分（主体部２０、
密封環保持部２１及びフランジ部２２）が、何れも、砥
粒の接触によりパーティクルを発生させることがなく且
つ加工による寸法安定性，耐熱性に優れたＰＥＥＫ，Ｐ
ＥＳ，ＰＣ等の機械部品用プラスチックで構成されてい
る（この例では、特にＰＥＥＫで構成されている）。ま
た、両スラリ流体通路部分６０，６１の接続部分（第１
接続領域３ａ）は、上記した如く、砥粒の接触によって
摩耗しない炭化珪素製の密封環３０，３１の内周面で囲
繞形成されている。したがって、研磨液１０６がスラリ
流体通路６を流動する間において、その通路壁面から砥
粒の接触によりパーティクルが発生するようなことがな
い。

【００３２】また、第２密封環係止機構３２や第２密封
環附勢機構３３は、密封端部３０ｃ，３１ｃを適正な接
触圧で相対回転させて良好なシール機能を発揮させるた
めに必要不可欠なものであるが、その構成材である係止
ピン３２ａ，スプリング３３ａは金属製のものであるこ
とから、これらがスラリ流体通路６内に存在するときに
は、砥粒の接触により金属粉が発生し、研磨液１０６に
混入する虞れがある。しかし、両機構３２，３３は第２
密封環３１の外周側に配置されていて、スラリ流体通路
６内には、砥粒が接触したり研磨液１０６の流動を妨げ
るようなものが全く存在していないことから、スラリ流
体通路６内での研磨液流動によってパーティクルが発生
するようなことがない。

【００３３】これらのことから、研磨液１０６は、摩耗
粉等の微細なパーティクルが混入することなく、良好に
シールされた状態でスラリ流体通路６を通過して、回転
側スラリ流体給排路１０８からパッド部１０４ａとシリ
コンウエハ１０９との間に噴出され、ウエハ表面１０９
ａの良好な研磨が行なわれる。

【００３４】また、パッド部１０４ａからは、図５に鎖
線図示する如く、研磨液１０６と共に加圧空気１０６ａ
が噴出され、この噴出空気によりパッド部１０４ａとシ
リコンウエハ１０９との間における研磨液１０６の均一
分散及び研磨残渣の排除が行なわれて、ウエハ表面１０
９ａの研磨が更に良好に行なわれる。

【００３５】すなわち、加圧空気１０６ａは、空気供給
路７２からロータリジョイント１０５の非スラリ流体通
路７を経て空気噴出孔１０８ａに供給されるが、非スラ
リ流体通路７においては、ジョイント本体１０の第１非
スラリ流体通路部分７０と回転体１１の第２非スラリ流
体通路部分７１とが研磨パッド１０４の回転に伴って相
対回転せしめられるが、両通路部分７０，７１間を接続
する第２接続領域４ａが第１及び第２シール機構４，５
によりシールされていることから、加圧空気１０６ａは
非スラリ流体通路部分７０，７１間から漏洩することな
く非スラリ流体通路７を流動せしめられて、空気噴出孔
１０８ａに供給されることになる。

【００３６】このとき、非スラリ流体通路７内には、ス
ラリ流体通路６内と異なって、シール機構４，５の構成
部材（スプリング４７，５７等）が存在しているが、流
動流体が空気１０６ａのような非スラリ流体であること
から、かかる構成部材との接触等によりパーティクルが
発生することはない。同様に、非スラリ流体通路部分７
０，７１は、スラリ流体通路部分６０，６１と異なっ
て、金属部分（側部壁１１、スプリングリテーナ４６及
び蓋部２３）に形成されているが、研磨液１０６のよう
なスラリ流体を流動させるものではないから、流体（空
気）１０６ａとの接触によるパーティクル発生は生じな
い。なお、第２及び第３シール機構４，５は、一般的な
端面接触形のメカニカルシールと同様に、カーボン製の
密封環４３，５３と炭化珪素製の密封環４５，５５とを
組み合わせてなるものに構成されているが、かかるシー
ル機構４，５によってシールすべき流体が空気１０６ａ
であることから、その密封環の形状，材質について第１
シール機構３のような配慮は不要である。このように、
上記したロータリジョイント１０６では、流体通路６，
７の形成部分及びシール機構３，４，５の密封環の形
状，構成材を流体の性状に応じて使い分けることによっ
て、スラリ流体である研磨液１０６及び非スラリ流体で
ある加圧空気１０６ａを相対回転部材間で良好に流動さ
せうるように図っているのである。

【００３７】また、研磨終了後においては、冒頭で述べ
た如く、スラリ流体通路７内が正圧モードから負圧ない
しドライモードに切り換えられるが、かかる場合にも、
第１シール機構３の密封環３０，３１は冷却水８により
冷却されるから、その密封端部３０ｃ，３１ｃが焼き付
くような虞れはない。

【００３８】ところで、本発明は上記した実施の形態に
限定されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しな
い範囲において、適宜に改良，変更することができる。

【００３９】すなわち、上記したロータリジョイント１
０６は、図４に示すものと異なるＣＭＰ装置（例えば、
回転テーブルを研磨液を噴出する研磨パッドに構成し
て、このパッドテーブルにシリコンウエハの表面を接触
させるように構成されたもの）にも適用することができ
ることは勿論、研磨液１０６以外のスラリ流体を扱う各
種機器にも当然に使用することができる。特に、砥粒の
ような硬質の固形分を含むスラリ流体を扱う場合におい
て好適する。また、上記したロータリジョイント１０６
では、研磨液１０６等のスラリ流体の他、加圧空気１０
６ａのような非スラリ流体をも同時に流動させるため、
非スラリ流体通路７及びその相対回転部分７０，７１間
をシールするための第２及び第３シール機構４，５を設
けたが、このような構成は、スラリ流体のみを対象とす
る場合には、当然に不要である。また、逆に、複数の非
スラリ流体通路７を設けて、複数種の非スラリ流体を流
動させるようにすることも可能である。かかる場合、回
転体２の外周部２３とこれを同心状に囲繞するジョイン
ト本体１の内周部１０ａとの間に、第２及び第３シール
機構４，５と同様構造の一又は複数のメカニカルシール
とを回転体２の軸線方向に並列状に配設して、非スラリ
流体の種類数に相当する数の接続領域（第２接続領域）
４ａを確保するようにすればよい。また、上記したロー
タリジョイント１０１にあっては、冷却水供給領域３ｂ
をシールさせるための第２シール機構４が第２接続領域
４ａをシールさせるためのものとして兼用されるように
したが、両者を異なるメカニカルシールで構成すること
も可能である。但し、上記した如く、両者を兼用するこ
とによってロータリジョイン１０１の構成を簡素化でき
るといったメリットがあり、特に、上記した如く複数種
の非スラリ流体を対象とする場合には、そのメリットは
大きい。また、一又は複数の第２接続領域４ａをシール
させるためのシール機構としては、非スラリ流体のシー
ル条件に応じて、非接触形のメカルシール（ガスシー
ル）を使用することができる。また、第１シール機構３
において、第１密封環３０をジョイント本体１側に設け
ると共に第２密封環３１（及びその付属機構３２，３
３）を回転体２側に設けるようにすることも当然に可能
である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、請求
項１のスラリ流体用ロータリジョイントによれば、研磨
液のようなスラリ流体を相対回転部材間で洩れを生じる
ことなく良好に流動させることができ、冒頭で述べた如
き表面研磨装置等の機能を適正に発揮させることができ
る。

【００４１】また、請求項２のスラリ流体用ロータリジ
ョイントによれば、当該ジョイントにおいて特に問題と
なるシール面（密封端部３０ｃ，３１ｃ）の焼き付きに
よるシール機能の低下を確実に防止し得て、スラリ流体
の良好な流動を更に長期に亘って確保することができ
る。

【００４２】さらに、請求項３のスラリ流体用ロータリ
ジョイントによれば、研磨液のようなスラリ流体の他、
一種又は複数種の非スラリ流体（加圧空気等）をも同時
に相対回転部材間で良好に流動させることができ、当該
ジョイントの用途を大幅に拡大することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るロータリジョイントの一例を示す
縦断側面図である。

【図２】図１の要部の拡大図である。

【図３】図１の他の要部の拡大図である。

【図４】ロータリジョイントを装備した表面研磨装置を
示す概略の側面図である。

【図５】図４の要部の拡大図である。

【符号の説明】

１…ジョイント本体、２…回転体、３…第１シール機
構、３ａ…第１接続領域（内周側領域）、３ｂ…冷却水
供給領域（外周側領域）、４…第２シール機構（メカニ
カルシール）、４ａ…第２接続領域（接続領域）、５…
第３シール機構（メカニカルシール）、６…スラリ流体
通路、７…非スラリ流体通路、８…冷却水、１０…側部
壁、１０ａ…側部壁の内周部（ジョイント本体の内周
部）、１１…端部壁、１４…Ｏリング、２０…主体部、
２１…密封環保持部、２２…フランジ部、２３…蓋部
（回転体の外周部）、３０…第１密封環、３１…第２密
封環、３１ａ…本体部、３１ｂ…保持部、３２…第２密
封環係止機構、３２ａ…係止ピン、３２ｂ…係合凹部、
３３…第２密封環附勢機構、３３ａ…スプリング、６０
…第１スラリ流体通路部分（ジョイント本体に形成され
たスラリ流体通路部分）、６１…第２スラリ流体通路部
分（回転体に形成されたスラリ流体通路部分）、７０…
第１非スラリ流体通路部分（ジョイント本体に形成され
た非スラリ流体通路部分）、７１…第２非スラリ流体通
路部分（回転体に形成された非スラリ流体通路部分）、
１０１…ロータリジョイント、１０６…研磨液（スラリ
流体）、１０６ａ…加圧空気（非スラリ流体）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−61786（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−5587（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−174883（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭44−5049（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16D 1/02 B24B 57/02 F16L 27/08 H01L 21/304 621

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジョイント本体に、強制回転されるべき
   回転体を回転自在に且つ軸線方向移動不能に連結し、 両体の一方に回転体と同心状の炭化珪素製の第１密封環
   を固定保持し、他方に、第１密封環に同心状に直対向す
   る炭化珪素製の第２密封環であって、円環状の本体部と
   これに一体形成された円筒状の保持部とからなる第２密
   封環を、保持部の外周部との間に介装したＯリングによ
   り二次シールさせた状態で軸線方向移動可能に保持する
   と共に、第２密封環をその軸線方向への移動を許容しつ
   つ相対回転不能に係止する第２密封環係止機構及び第２
   密封環を第１密封環へと押圧附勢する第２密封環附勢機
   構を第２密封環の外周側に配して設け、第２密封環の本
   体部の端部を、これに対向する第１密封環の端部である
   密封端部と同心の円環状をなして線接触する尖端形状を
   なし且つ第２密封環の保持部の外径に略一致する径をな
   す密封端部に形成して、両密封環の相対回転摺接作用に
   より、その内周側領域と外周側領域との間をシールする
   ように構成し、 ジョイント本体及び回転体に、夫々、前記両密封環の内
   周側領域に開口するスラリ流体通路部分を形成して、両
   スラリ流体通路部分を上記内周側領域を介して連通する
   一連のスラリ流体通路となしたことを特徴とするスラリ
   流体用ロータリジョイント。
2. 【請求項２】 前記両密封環の外周側領域を、回転体の
   外周部とこれを同心状に囲繞するジョイント本体の内周
   部との間に介設したメカニカルシールによりシールされ
   た密閉状の冷却水供給領域となして、この冷却水供給領
   域に前記両密封環を冷却する冷却水を供給するように構
   成したことを特徴とする、請求項１に記載するスラリ流
   体用ロータリジョイント。
3. 【請求項３】 回転体の外周部とこれを同心状に囲繞す
   るジョイント本体の内周部との間に、回転体の軸線方向
   に並列する複数のメカニカルシールを介設することによ
   り、シールされた密閉状の接続領域を形成すると共に、
   ジョイント本体及び回転体に、夫々、この接続領域に開
   口する非スラリ流体通路部分を形成して、両非スラリ流
   体通路部分を前記接続領域を介して連通する一連の非ス
   ラリ流体通路となしたことを特徴とする、請求項１又は
   請求項２に記載するスラリ流体用ロータリジョイント。