JP3192396B2 - 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、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）や腐食性流
体を相対回転部材間で流動させることができ且つウエハ
表面の研磨状態を検出するモニタ装置等に接続すること
ができる流体用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 Mechanical Pol
ishing) 法によるシリコンウエハの表面研磨装置とし
て、図５及び図６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１０４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）１０６の給排機構１
０７と、研磨パッド１０４を貫通してパッド部１０４ａ
の下面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１１１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１１１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に接続された第１流体通路部分
を形成すると共に、回転体に回転側スラリ流体給排路１
０８に接続された第２流体通路部分を形成し、両流体通
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装置
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、シール装置としては、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１１１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
カルシールでは両密封環の対向端面）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
属部材が流体通路内に露出することになるため、研磨液
１０６中の固形分（砥粒）が金属部材と接触し、その結
果、金属部材表面の微視的凹凸が砥粒との衝突により取
り除かれて、微細なパーティクル（金属粉）を発生した
り、金属部材がスラリ流体中の成分に吸着されて金属イ
オンを発生したりする虞れがある（腐食性流体の場合に
は、かかる金属部材が腐食される虞れがある）。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１０９ａ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】ところで、近時の高集積化要請に伴い高度
の表面研磨精度が要求されているが、ウエハ表面１０９
ａの研磨精度を高めるためには、研磨中におけるウエハ
表面１０９ａの状態を把握して、これに応じて研磨条件
（パッド部１０４ａによる研磨速度等）を制御すること
が好ましい。すなわち、図６に鎖線で示す如く、パッド
部１０４ａにモニタ装置等の適宜の研磨表面検出器１１
０を設けて、ウエハ表面１０９ａの研磨状態を研磨表面
検出器１１０によりリアルタイムで検出し、その検出状
態に応じて研磨条件を適正に制御するようにすることが
好ましい。しかし、このような研磨表面検出器１１０を
回転部材であるパッド部１０４ａに設けるためには、電
源装置（研磨表面検出器１１０による検出状態の表示器
（モニタディスプレイ装置等）や研磨条件を制御する操
作盤，制御盤等を含む）からロータリジョイント１１１
を経て研磨表面検出器１１０に至る配線ルートを電線が
捩れたりすることのない状態で形成しておく必要がある
が、上記したロータリジョイント１１１を使用した表面
研磨装置にあっては、かかる配線ルートを形成すること
ができず、パッド部１０４ａに研磨表面検出器１１０を
設けておくことができない。

【０００７】このようなロータリジョイント１１１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
等のスラリ流体や腐食性流体を流動させる必要のある回
転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。

【０００８】本発明は、このような問題を生じることな
く、研磨液等のスラリ流体や腐食性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
でき且つウエハ表面の研磨状態を検出するモニタ装置等
に接続することができる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。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決した本発
明の流体用ロータリジョイントは、ジョイント本体と、
強制回転される流体使用部材に取り付けられる回転体で
あって、ジョイント本体に回転自在に且つ軸線方向移動
不能に支持された回転体と、電源装置に接続される固定
側コネクタ部分及びこれに電気的に接続された状態で回
転自在に連結された回転側コネクタ部分からなるロータ
リコネクタとを具備するものであり、具体的には、次の
ように構成されている。

【００１０】すなわち、回転体の外周部分とこれを同心
状に囲繞するジョイント本体の内周部分との間には、軸
線方向に並列する一対のシール装置によりシールされた
環状のシール空間が形成されている。また、ジョイント
本体に、一端部が前記シール空間に開口する第１流体通
路部分を形成すると共に、回転体に、一端部が前記シー
ル空間に開口すると共に他端部が流体使用部材の取付部
に開口する第２流体通路部分を形成して、両流体通路部
分及び前記シール空間によりジョイント本体から流体使
用部材に至る一連の流体通路が構成されるようになして
いる。さらに、回転体に、前記回転側コネクタ部分を回
転軸線が一致する状態で取り付けると共に、該回転側コ
ネクタ部分に接続された電線を流体使用部材へと導く電
線挿通路を第２流体通路部分と交差することなく形成
し、且つジョイント本体に前記固定側コネクタ部分を取
り付けて、電源からロータリコネクタを介して流体使用
部材に至る配電ルートを形成しうるようになしている。
そして、前記各シール装置は、前記回転体の外周部分及
びジョイント本体の内周部分の一方に固定保持された炭
化珪素製の回転密封環と、その他方に軸線方向移動自在
に保持された炭化珪素製の静止密封環と、前記流体通路
外に配置されており、静止密封環をその軸線方向への移
動を許容しつつ回転不能に係止する係止機構及び静止密
封環を回転密封環へと押圧附勢する附勢機構とを具備
し、且つ両密封環の対向端面たる密封端面の一方を他方
の密封端面に線接触する尖端形状に形成して、両密封端
面の相対回転摺接作用により前記シール空間を密閉シー
ルするように構成されたものである。

【００１１】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、回転体の外
周部分とジョイント本体の内周部分との間であって前記
シール空間外の領域に、前記各シール装置の密封端面を
冷却する冷却水を供給する冷却水供給空間を形成してお
くことが好ましい。

【００１２】また、前記一連の流体通路の内部壁を、Ｐ
ＥＥＫ(polyether ether ketone)、ＰＥＳ(polyethersu
lfone)及びＰＣ(polycarbonate) から選択される少なく
とも１つの機械部品用のプラスチックで構成しておくこ
とが好ましい。さらに、前記一連の流体通路の内部壁を
ＰＴＦＥ(polytetrafluoroethylene plastic) 、ＰＦＡ
(tetrafluoroethylene perfluoroalkoxy vinyl ether c
opolymer) 及びＦＥＰ(fluornated ethylene propylene
copolymer plastics)から選択される少なくとも１つの
耐食性材でコーティングしておくことが好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図４に基づいて具体的に説明する。

【００１４】この実施の形態は、ＣＭＰ法によるシリコ
ンウエハの表面研磨装置に組み込まれるロータリジョイ
ントに本発明を適用した例に係るものである。なお、以
下の説明において、上下とは図１及び図３における上下
を意味するものとする。

【００１５】すなわち、この表面研磨装置は、冒頭で述
べたものと同様に構成されたものであり、図３及び図４
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流体使用
部材たる研磨パッド１０４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に接続されたスラリ流体たる研
磨液１０６の給排機構１０７と、研磨パッド１０４を貫
通してパッド部１０４ａの下面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１０
５，１０８を相対回転自在に連通接続する本発明に係る
ロータリジョイント１０１とを具備する。パッド部１０
４ａには、ウエハ表面１０９ａの研磨状態をリアルタイ
ムで検出する研磨表面検出器（例えば、研磨表面をモニ
タリングするモニタ装置）１１０が設けられていて、研
磨中におけるウエハ表面１０９ａの状態に応じて研磨条
件（パッド部１０４ａによる研磨速度等）を制御しうる
ようになっている。

【００１６】而して、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及び図３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、
電源装置（研磨表面検出器１１０による検出状態の表示
器（モニタディスプレイ装置等）や研磨条件を制御する
操作盤，制御盤等を含む）３に接続される固定側コネク
タ部分４０及びこれに電気的に接続された状態で回転自
在に連結された回転側コネクタ部分４１からなるロータ
リコネクタ４と、両体１，２間に介装された上下一対の
シール装置５，５と、各シール装置５の密封端面を冷却
する冷却装置６と、両体１，２に形成された一連の流体
通路７とを具備する。

【００１７】ジョイント本体１は、図１に示す如く、上
下方向に縦列する第１〜第３部分１０，１１，１２を一
体構造に連結してなる。上位の第１部分１０及び下位の
第３部分１２は、円形の内周部を有する支持部１０ａ，
１２ａとこれより大径且つ同心の内周部を有する連結部
１０ｂ，１２ｂとからなる筒形状をなす。なお、支持部
１０ａ，１２ａの内周部径及び連結部１０ｂ，１２ｂの
内周部径は、夫々、同一とされている。中間位の第２部
分１１は、連結部１０ｂ，１２ｂ間を連結する環状の壁
部１１ａとその内周部から上下方向に延びる円筒状の保
持部１１ｂとからなる。保持部１１ｂは連結部１０ｂ，
１２ｂの内周部と同心状のものであり、その外径は連結
部１０ｂ，１２ｂの内径より所定量小さく設定されてい
る。ところで、これらのジョイント本体構成部分のう
ち、少なくとも、後述する如く研磨液１０６が接触する
第２部分１１は、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。一方、このような配慮を必要としないジョイン
ト本体構成部分１０，１２については、その構成材を任
意に選定することができ、この例ではＳＵＳ３０４等の
ステンレス鋼材で構成してある。

【００１８】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の中間部分に外嵌固定された保持
スリーブ２１と主体部２０の下端側部分に外嵌固定され
た固定スリーブ２２と主体部２０の下端部に螺着された
フランジ２３とからなる。而して、回転体２は、主体部
２０の上端側部分及び固定スリーブ２２とジョイント本
体１の支持部１０ａ，１２ａとの間に介装したベアリン
グ１３，１３により、フランジ２３を除く回転体部分
（主体部２０及び両スリーブ２１，２２）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
自在に支持されており、フランジ２３を研磨パッド１０
４に取付けることにより、研磨パッド１０４の回転に伴
って強制回転せしめられる。ところで、これらの回転体
構成部分のうち、少なくとも、後述する如く研磨液１０
６が接触する主体部２０及び保持スリーブ２１は、ジョ
イント本体１の第２部分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ＰＥＥＫで構成されている。一方、このような配慮を
必要としない回転体構成部分２２，２３については、そ
の構成材を任意に選定することができ、この例ではＳＵ
Ｓ３０４等のステンレス鋼材で構成してある。

【００１９】ロータリコネクタ４は、図１に示す如く、
周知の水銀接点方式のものであり、固定側コネクタ部分
４０とこれに回転自在に連結された回転側コネクタ部分
４１とからなり、両コネクタ部分４０，４１に接続され
た電線４０ａ，４１ａを、コネクタ部分４０，４１の相
対回転に拘わらず、常に、通電状態に維持するように構
成されている。固定側コネクタ部分４０の電線４０ａは
制御盤を含む電源装置３に接続されており、回転側コネ
クタ部分４１の電線４１ａは研磨表面検出器１１０に接
続されている。而して、回転側コネクタ部分４１は、そ
の回転軸線と回転体２の回転軸線とを一致させた状態
で、回転体２の主体部２０の上端部に取付けられてお
り、固定側コネクタ部分４０は、ジョイント本体１の上
端部に適宜の取付金具１４を介して取付けられている。
さらに、主体部２０には、回転側コネクタ部分４１の取
付部から下端部たる研磨パッド取付部へと貫通する電線
挿通路２４が形成されていると共に、研磨パッド１０４
には、上記電線挿通路２４の下端部に連なって研磨表面
検出器１１０に至る電線挿通路１０４ｂが形成されてい
て、回転側コネクタ部分４１に接続された電線４１ａ
を、両電線挿通路２４，１０４ｂからパッド部１０４ａ
の研磨表面検出器１１０へと導きうるようになってい
る。したがって、電線４１ａを研磨表面検出器１１０に
接続することによって、電源装置３から回転部材（回転
体２及び研磨パッド１０４）を経て研磨表面検出器１１
０に至る配線ルートが形成されることになり、研磨パッ
ド１０４の回転に拘わらず、当該回転部材２，１０４を
通過する電線４１ａが捩れたりすることがなく、電源装
置３と研磨表面検出器１１０との間が通電されることに
なる。

【００２０】シール装置５，５は、図１及び図２に示す
如く、回転体２の外周部分たる保持スリーブ２１とこれ
を同心状に囲繞するジョイント本体１の内周部分たる第
２部分１１の保持部１１ｂとの間に軸線方向に並列配置
されていて、当該内外周部分間に軸線方向両端部をシー
ルされた環状のシール空間５０を形成するものである。

【００２１】すなわち、各シール装置５は、回転体２の
外周部分に固定保持された炭化珪素製の回転密封環５１
と、ジョイント本体１の内周部分に軸線方向移動自在に
保持された炭化珪素製の静止密封環５２と、前記シール
空間５０外に配置されており、静止密封環５２をその軸
線方向への移動を許容しつつ回転不能に係止する係止機
構５３及び静止密封環５２を回転密封環５１へと押圧附
勢する附勢機構５４とを具備する。

【００２２】両シール装置５，５の回転密封環５１，５
１は、図１及び図２に示す如く、保持スリーブ２１を挟
んで対向状に固定保持されている。両回転密封環５１，
５１の固定保持は、主体部２０の下端部に螺合させたフ
ランジ２３を締め付けることにより、両スリーブ２１，
２２を介して行なわれる。両回転密封環５１，５１の対
向端面は、回転体２の軸線に直交する平滑面である回転
密封端面５１ａ，５１ａに構成されている。

【００２３】各シール装置５の静止密封環５２は、図２
に示す如く、図１及び図２に示す如く、第２部分１１の
保持部１１ｂの外周部にＯリング５５を介して軸線方向
（上下方向）に移動可能に保持されており、回転密封端
面５１ａに対向する端面部を当該密封端面５１ａに線接
触しうる尖端形状の静止密封端面５２ａに構成してあ
る。すなわち、静止密封環５２の密封端面５２ａは、そ
の内外周面をテーパ面に形成することによって、回転密
封環５１の密封端面５１ａに円環状をなして線接触しう
る尖端形状に構成されている。なお、静止側密封端面５
２ａの径は、保持部１１ｂの外径に略一致するように設
定されている。

【００２４】各シール装置５の係止機構は、図２に示す
如く、ジョイント本体１の第２部分１１の壁部１１ａに
植設された一又は複数の係止ピン５３で構成されてお
り、この係止ピン５３を静止密封環５２の外周部に形成
した係合凹部５６に係合させることにより、静止密封環
５２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ようになっている。

【００２５】両シール装置５，５の附勢機構は、図２に
示す如く、両静止密封環５２，５２の対向面間に周方向
に等間隔を隔てて介挿させた複数の圧縮スプリング５４
で構成されており、各静止密封環５２を、その静止密封
端面５２ａが回転密封端面５１ａに押圧接触せしめられ
るべく、各回転密封環５１へと押圧附勢するものであ
る。各圧縮スプリング５４は、第２部分１１の壁部１１
ａを上下方向に貫通するスプリング保持孔５７に挿通保
持されている。

【００２６】而して、両シール装置５，５は、冒頭で述
べた端面接触形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の回転に伴う各密封端面５１
ａ，５２ａの相対回転摺接作用により、シール空間５０
の軸線方向両端部（上下端部）をシールする。なお、上
記した尖端形状の静止密封端面５２ａの径を含めた各構
成要素の寸法等は、研磨液給排機構１０７の負圧動作に
よりシール空間５０の内外の圧力関係が逆転する場合
（例えば、流体通路７内が負圧ないしドライモードに切
り換えられた場合）にも密封端面５１ａ，５２ａ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。

【００２７】冷却装置６は、図１及び図２に示す如く、
両体１，２の対向周面間の領域であってシール空間５０
外の領域に、前記シール装置５，５とその上下両側に配
設した上下一対のシール部材６１，６１とでシールされ
た冷却水供給空間６０を形成して、この冷却水供給空間
６０に各シール装置５における密封端面５１ａ，５２ａ
の接触部分を冷却する冷却水６２を供給するように構成
されている。各シール部材６１は回転密封環５１とベア
リング１３との間において両体１，２の対向周面間をシ
ールするものであり、この例では、ジョイント本体１の
内周部（第１又は第３部分の支持部１０ａ，１２ａの内
周部）に嵌合保持されて回転体２の外周部（主体部２０
の上端部分の外周部又は保持スリーブ２２の外周部）に
押圧接触されたゴム等の弾性材製のシールリング６３
と、シールリング６３に埋設された補強金属材６４と、
シールリング内径部の回転体への接触力を確保するため
のガータスプリング６５とからなるものを使用してい
る。冷却水供給空間６０に対応するジョイント本体部分
（第１及び第３部分１０，１２の連結部分１０ｂ，１２
ｂ）には冷却水６２の注入口６６及び排出口６７が形成
されていて、冷却水６２を注入口６３から冷却水供給空
間６０に連続注入することにより、各シール装置５の密
封端面５１ａ，５２ａを冷却する。

【００２８】流体通路７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流体通路部分７０と回転
体２に形成した第２流体通路部分７１とをシール装置
５，５により密閉シールされたシール空間５０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１
０５，１０８に接続されている。

【００２９】すなわち、第１流体通路部分７０は、図１
及び図２に示す如く、第２部分１１にその壁部１１ａを
径方向に貫通して形成されている。第１流体通路部分７
０の一端部はシール空間５０に開口されている。その他
端部は第２部分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。なお、第２部
分１１における第１流体通路部分７０の形成位置は、当
該通路部分７０がスプリング保持孔５７及び係止ピン５
３の植設用孔と干渉しないように設定されている。

【００３０】また、第２流体通路部分７１は、図１及び
図２に示す如く、回転体２の主体部２０及び保持スリー
ブ２１を貫通して形成されている。第２流体通路部分７
１の一端部はシール空間５０に開口されている。その他
端部は、主体部２０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に連通接続されるようになっている。な
お、回転体２における第２流体通路部分７１の形成位置
は、当該通路部分７１が電線挿通路２４と交差しないよ
うに設定されている。

【００３１】以上のように構成されたロータリジョイン
ト１０１を組み込んだ表面研磨装置にあっては、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ると共に、研磨表面検出器１１
０によりウエハ表面１０９ａの研磨状態をリアルタイム
で検出しつつ、研磨条件を研磨状態に応じて適切に制御
することができ、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。

【００３２】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
流体通路７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、流体通路７にお
いては、ジョイント本体１０の第１流体通路部分７０と
回転体１１の第２流体通路部分７１とが研磨パッド１０
４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間を接続するシール空間５０が各シール装置
５における両密封環５１，５２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７０，７１間から漏洩することなく流体通路７を流
動せしめられることになる。

【００３３】このとき、研磨液１０６が両密封環５１，
５２の接触部分に付着，堆積する虞れがあるが、第２密
封環５２の密封端面５２ａ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面５２ａにより削り取
られて、両密封端面５１ａ，５２ａ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、両密封端面５１ａ，５２ａは常に適正
な接触状態を保つことができ、密封端面５１ａ，５２ａ
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、密封端面５１ａ，５２ａは、冷却水供給空間
６０に供給された冷却水６２により冷却されて、焼き付
きを生じる虞れはない。

【００３４】また、両密封環５１，５２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、密封端面５１ａ，５２ａ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。

【００３５】さらに、流体通路７の内壁面は、研磨液１
０６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流体通路部分７０が形成されているジョイント
本体部分（第２部分１１）及び第２流体通路部分７１が
形成されている回転体部分（主体部２０及び保持スリー
ブ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，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、特にＰＥＥＫ
で構成されている）。また、両流体通路部分７０，７１
の接続部分であるシール空間５０は、上記した流体通路
部分７０，７１の形成部材である第２部分１１の保持部
１１ｂの内周面及び保持スリーブ２２の外周面並びに砥
粒の接触によって摩耗しない炭化珪素製の密封環５１，
５２の内周面で囲繞形成されている。したがって、研磨
液１０６が流体通路７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。

【００３６】また、係止機構である係止ピン５３や附勢
機構であるスプリング５４は、密封端面５１ａ，５２ａ
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、金属製のも
のであることから、これらが流体通路７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１０
６に混入する虞れがある。しかし、両機構５３，５４は
シール空間５０外に配置されていて、流体通路７内に
は、砥粒が接触したり研磨液１０６の流動を妨げるよう
な金属製のものが全く存在していないことから、流体通
路７内での研磨液流動によって微細な金属パーティクル
が発生するようなことがない。

【００３７】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流体通路７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１０９ａの良
好な研磨が行なわれる。

【００３８】また、電源装置３と研磨表面検出器１１０
との配線ルートが、ロータリジョイント１０１におい
て、固定側ルート部分（電源装置３と固定側コネクタ部
分４０とを接続する電線４０ａ）と回転側ルート部分
（回転側コネクタ部分４１と研磨表面検出器１１０とを
接続する電線４１ａ）とに分離されると共に、両ルート
部分がロータリコネクタ４によりロータリジョイント１
０１の回転軸線上で相対回転自在に連結されていること
から、回転側ルート部分が研磨パッド１０４の回転に伴
って回転するときにも、その電線４１ａが捩れたりする
ことがない。したがって、回転するパッド部１０４に電
気機器である研磨表面検出器１１０を設けることがで
き、その結果、ウエハ表面１０９ａの研磨状態を正確に
把握し得て、研磨条件を適正に制御することが可能とな
り、高精度の表面研磨を行なうことができる。

【００３９】そして、研磨終了後においては、冒頭で述
べた如く、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、密封
端面５１ａ，５２ａが線接触しているにすぎないこと、
更には密封環５１，５２が冷却水６２により冷却される
ことから、密封端面５１ａ，５２ａがその接触熱により
焼き付くような虞れはない。

【００４０】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。

【００４１】すなわち、本発明に係るロータリジョイン
ト１０１は、図３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。その場合、
流体使用部材には、研磨表面検出器１１０に代えて、使
用目的に応じた電気機器が設けられることになる。

【００４２】また、本発明に係るロータリジョイント１
０１は、腐食性流体を扱う回転機器にも好適に適用する
ことができる。すなわち、流体通路７の壁面材質は、密
封環５１，５２で形成される炭化珪素製壁面を除いて、
任意に変更することができ、腐食性流体を扱う場合に
は、耐食性に優れたものを選定することができる。一
方、密封環５１，５２の構成材である炭化珪素は、砥粒
等の接触によりパーティクルを生じない超硬性の他、耐
食性等にも優れたものである。したがって、流体通路壁
面のうち、密封環５１，５２で形成される部分を除く部
分を、耐食性に優れたものとしておくことによって、腐
食性流体を扱う場合にも好適するロータリジョイント１
０１を提供することができる。勿論、このような場合、
係止ピン５３やスプリング５４等は流体通路７内に存在
していないから、これらを耐食性材で構成しておくよう
な必要はない。つまり、耐食性を確保するために、係止
ピン５３やスプリング５４等をその本来の機能が低下す
るような材料で構成しておく、といった不都合は生じな
い。

【００４３】また、流体通路壁面（密封環５１，５２で
形成される部分を除く）を流体の性状に応じた材質のも
のに構成する場合、流路構成部分（上記した例では、ジ
ョイント本体１の第２部分１１並びに回転体２の主体部
２０及び保持スリーブ２１）全体を当該材質のものとし
ておく他、流体通路壁面のみをコーティング等により当
該材質のものとしておいてもよい。例えば、図１及び図
２に示すロータリジョイント１０１を腐食性流体を扱う
回転機器に使用する場合、ジョイント本体１の第２部分
１１並びに回転体２の主体部２０及び保持スリーブ２１
を適当な材料（例えば、ＳＵＳ３１６，ＳＵＳ３０４等
のステンレス鋼）で構成し、流体通路部分７０，７１の
内周面並びに第２部分１１及び保持スリーブ２１の表面
（シール空間５０に接する面）に耐食性材（例えば、Ｐ
ＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰのような弗素樹脂材）をコーテ
ィングしておくようにしてもよい。

【００４４】すなわち、流体通路の内部壁が複数の通路
構成部材で構成されている場合（上記した例では、例え
ば、第２流体通路部分７１は主体部２０と保持スリーブ
２１とで構成されている）には、すべての通路構成部材
を同一構成材で構成しても、各通路構成部材又は選択さ
れた複数の通路構成部材を当該他の通路構成部材と異な
る構成材で構成しても、何れでもよい。この場合、当該
構成材としては、機械部品用のプラスチック、特にＰＥ
ＥＫ，ＰＥＳ，ＰＣの何れかを使用することが好まし
い。同様に、流体通路の内部壁つまり流体通路壁面が複
数の通路壁面で構成されている場合（上記した例では、
例えば、第２流体通路部分７１の内部壁は、主体部２０
を貫通している部分の内周面と保持スリーブ２１を貫通
している部分の内周面とで構成されている）には、すべ
ての通路壁面に同材質のコーティング膜を形成しても、
各通路壁面又は選択された複数の通路壁面に当該他の通
路壁面と異なる材質のコーティング膜を形成しても、何
れでもよい。この場合、当該コーティング膜の構成材と
しては、フッ素樹脂材、特にＰＴＦＥ，ＰＦＡ，ＦＥＰ
の何れかを使用することが好ましい。

【００４５】また、シール装置５の構成も、係止機構５
３及び附勢機構５４が流体通路７内に存在しないことを
条件として、任意である。例えば、回転密封環５１をジ
ョイント本体１側に設けると共に、静止密封環５２（及
びその付属機構５３，５４）を回転体２側に設けるよう
にすることができる。また、回転側密封端面５１ａを尖
端形状としておくこともできる。

【００４６】

【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
うなスラリ流体や腐食性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。しかも、電源装置から流体使用部材への配線
ルートに相対回転箇所が生じるに拘わらず、電線が捩れ
る等の不都合を生じることがなく、流体使用部材に所望
するモニタ装置等の電気機器を設けておくことができ、
当該ロータリジョイントを組み込んだ装置の機能を最大
限有効に発揮させることが可能となる。

【００４７】また、請求項２の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（密封端面５１ａ，５２ａ）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。

【００４８】さらに、請求項３又は請求項４の流体用ロ
ータリジョイントによれば、研磨液のようなスラリ流体
や腐食性流体を流動させた場合にも、摩耗粉や腐食等の
問題を生じることなく、表面研磨装置等の機能を適正に
発揮させることができ、当該ジョイントの耐久性も向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る流体用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】当該ロータリジョイントを組み込んだ表面研磨
装置の一例を示す概略の側面図である。

【図４】当該装置の要部を示す縦断側面図である。

【図５】従来のロータリジョイントを組み込んだ表面研
磨装置を示す概略の側面図である。

【図６】当該装置の要部を示す縦断側面図である。

【符号の説明】

１…ジョイント本体、２…回転体、３…電源装置、４…
ロータリコネクタ、５…シール装置、６…冷却装置、７
…流体通路、１０…第１部分、１１…第２部分、１１ａ
…環状壁部、１１ｂ…円筒状保持部、１２…第３部分、
１３…ベアリング、２０…主体部、２１…保持スリー
ブ、２２…固定スリーブ、２３…フランジ、２４…電線
挿通路、４０…固定側コネクタ部分、４１…回転側コネ
クタ部分、４１ａ…電線、５０…シール空間、５１…回
転密封環、５１ａ，５２ａ…密封端面、５２…静止密封
環、５３…係止ピン（係止機構）、５４…スプリング
（附勢機構）、６０…冷却水供給空間、６２…冷却水、
７０…第１流体通路部分、７１…第２流体通路部分、１
０１…ロータリジョイント、１０４…研磨パッド（流体
使用部材）、１０６…研磨液（スラリ流体）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−120880（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−165090（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−137190（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16L 27/00 - 27/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ジョイント本体と、強制回転される流体
   使用部材に取り付けられる回転体であって、ジョイント
   本体に回転自在に且つ軸線方向移動不能に支持された回
   転体と、電源装置に接続される固定側コネクタ部分及び
   これに電気的に接続された状態で回転自在に連結された
   回転側コネクタ部分からなるロータリコネクタと、を具
   備する流体用ロータリジョイントであって、 回転体の外周部分とこれを同心状に囲繞するジョイント
   本体の内周部分との間に、軸線方向に並列する一対のシ
   ール装置によりシールされた環状のシール空間を形成
   し、 ジョイント本体に、一端部が前記シール空間に開口する
   第１流体通路部分を形成すると共に、回転体に、一端部
   が前記シール空間に開口すると共に他端部が流体使用部
   材の取付部に開口する第２流体通路部分を形成して、両
   流体通路部分及び前記シール空間によりジョイント本体
   から流体使用部材に至る一連の流体通路が構成されるよ
   うになし、 回転体に、前記回転側コネクタ部分を回転軸線が一致す
   る状態で取り付けると共に、該回転側コネクタ部分に接
   続された電線を流体使用部材へと導く電線挿通路を第２
   流体通路部分と交差することなく形成し、且つジョイン
   ト本体に前記固定側コネクタ部分を取り付けて、電源装
   置からロータリコネクタを介して流体使用部材に至る配
   線ルートを形成しうるようになしており、 前記各シール装置が、前記回転体の外周部分及びジョイ
   ント本体の内周部分の一方に固定保持された炭化珪素製
   の回転密封環と、その他方に軸線方向移動自在に保持さ
   れた炭化珪素製の静止密封環と、前記流体通路外に配置
   されており、静止密封環をその軸線方向への移動を許容
   しつつ回転不能に係止する係止機構及び静止密封環を回
   転密封環へと押圧附勢する附勢機構とを具備し、且つ両
   密封環の対向端面たる密封端面の一方を他方の密封端面
   に線接触する尖端形状に形成して、両密封端面の相対回
   転摺接作用により前記シール空間を密閉シールするよう
   に構成したものであることを特徴とする流体用ロータリ
   ジョイント。
2. 【請求項２】 回転体の外周部分とジョイント本体の内
   周部分との間であって前記シール空間外の領域に、前記
   各シール装置における両密封端面の接触部分を冷却する
   冷却水を供給する冷却水供給空間を形成したことを特徴
   とする、請求項１に記載する流体用ロータリジョイン
   ト。
3. 【請求項３】 前記一連の流体通路の内部壁が、ＰＥＥ
   Ｋ、ＰＥＳ及びＰＣから選択される少なくとも１つの機
   械部品用のプラスチックで構成されていることを特徴と
   する、請求項１又は請求項２に記載する流体用ロータリ
   ジョイント。
4. 【請求項４】 前記一連の流体通路の内部壁が、ＰＴＦ
   Ｅ、ＰＦＡ及びＦＥＰから選択される少なくとも１つの
   耐食性材でコーティングされていることを特徴とする、
   請求項１、請求項２又は請求項３に記載する流体用ロー
   タリジョイント。