JPH11230366A - スラリ流体用メカニカルシール及びロータリジョイント - Google Patents
スラリ流体用メカニカルシール及びロータリジョイントInfo
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- JPH11230366A JPH11230366A JP10035688A JP3568898A JPH11230366A JP H11230366 A JPH11230366 A JP H11230366A JP 10035688 A JP10035688 A JP 10035688A JP 3568898 A JP3568898 A JP 3568898A JP H11230366 A JPH11230366 A JP H11230366A
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Sealing (AREA)
- Sealing Of Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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。 【解決手段】 相対回転自在に連結された第１及び第２
ジョイント構成部材２１，３１には、シリコンウエハの
研磨液を流動させる一連のスラリ流体通路５１が形成さ
れている。このスラリ流体通路５１の相対回転部分は、
金属成分の総含有量が２００ｐｐｍである炭化珪素から
なる密封環４２，４３を具備し且つバランス比κを０≦
κ≦０．６とした端面接触形のメカニカルシール４１に
より、シールされている。一方の密封環４３の密封端面
４３ｃの径方向幅は、０．４〜０．７ｍｍとされてい
る。
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。 【解決手段】 相対回転自在に連結された第１及び第２
ジョイント構成部材２１，３１には、シリコンウエハの
研磨液を流動させる一連のスラリ流体通路５１が形成さ
れている。このスラリ流体通路５１の相対回転部分は、
金属成分の総含有量が２００ｐｐｍである炭化珪素から
なる密封環４２，４３を具備し且つバランス比κを０≦
κ≦０．６とした端面接触形のメカニカルシール４１に
より、シールされている。一方の密封環４３の密封端面
４３ｃの径方向幅は、０．４〜０．７ｍｍとされてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属パーティクル
等の金属成分の混入を避ける必要のあるスラリ流体（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）をシールするためのスラリ流
体用メカニカルシールと、このようなスラリ流体を相対
回転部材間で流動させるためのスラリ流体用ロータリジ
ョイントに関するものである。
等の金属成分の混入を避ける必要のあるスラリ流体（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）をシールするためのスラリ流
体用メカニカルシールと、このようなスラリ流体を相対
回転部材間で流動させるためのスラリ流体用ロータリジ
ョイントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近時、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ 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１０
３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、研磨パット１０４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１
０３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、非回転側スラリ流体給
排路１０５に接続された研磨液ポンプ，研磨液供給源等
を有しており、研磨ポンプの吐出，吸込動作により研磨
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
をスラリ流体給排路１０５，１０８に給排させる給排機
構１０７と、を具備するものが提案されている。
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によるシリ
コンウエハの表面研磨装置として、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１０
３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、研磨パット１０４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１
０３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、非回転側スラリ流体給
排路１０５に接続された研磨液ポンプ，研磨液供給源等
を有しており、研磨ポンプの吐出，吸込動作により研磨
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
をスラリ流体給排路１０５，１０８に給排させる給排機
構１０７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。次に、給排機構１０
７の研磨液ポンプを吐出動作（正圧動作）させて、所定
圧の研磨液１０６をスラリ流体給排路１０５，１０８及
びロータリジョイント１０１を介してパッド部１０４ａ
から噴出させる。そして、パッド部１０４ａとウエハ１
０９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１０
７の研磨液ポンプを吸引動作（負圧動作）に切り換え
て、スラリ流体給排路１０５，１０８内に残留する研磨
液１０６を給排機構１０７に吸引排出させる。つまり、
スラリ流体給排路１０５，１０８内を研磨時の正圧モー
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１０６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。
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。次に、給排機構１０
７の研磨液ポンプを吐出動作（正圧動作）させて、所定
圧の研磨液１０６をスラリ流体給排路１０５，１０８及
びロータリジョイント１０１を介してパッド部１０４ａ
から噴出させる。そして、パッド部１０４ａとウエハ１
０９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１０
７の研磨液ポンプを吸引動作（負圧動作）に切り換え
て、スラリ流体給排路１０５，１０８内に残留する研磨
液１０６を給排機構１０７に吸引排出させる。つまり、
スラリ流体給排路１０５，１０８内を研磨時の正圧モー
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１０６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、相対回転自在に連結した２つ
のジョイント構成部材をパッド支持体１０３及び研磨パ
ッド１０４に取り付け、パッド支持体１０３に取り付け
たジョイント構成部材に、非回転側スラリ流体給排路１
０５に接続した第１スラリ流体通路部分を形成し、研磨
パッド１０４に取り付けたジョイント構成部材に、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、両ジョイント構成部材の相対回転対
向面間に介装したシール手段によりシールさせるように
構成したものが使用される。
ョイント１０１としては、相対回転自在に連結した２つ
のジョイント構成部材をパッド支持体１０３及び研磨パ
ッド１０４に取り付け、パッド支持体１０３に取り付け
たジョイント構成部材に、非回転側スラリ流体給排路１
０５に接続した第１スラリ流体通路部分を形成し、研磨
パッド１０４に取り付けたジョイント構成部材に、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、両ジョイント構成部材の相対回転対
向面間に介装したシール手段によりシールさせるように
構成したものが使用される。
【０００５】而して、給排機構１０７の研磨液ポンプに
おけるインペラ軸の軸封手段やロータリジョイント１０
１における両スラリ流体通路部分間のシール手段として
は、第１密封環とこれに同心対向状をなして軸線方向に
移動可能な第２密封環とを、第２密封環をスプリング部
材により第１密封環へと押圧附勢させた状態で、相対回
転させることにより、両密封環の対向端面たる密封端面
の相対回転摺接部分において、その内外周側領域の一方
であるスラリ流体領域とその他方である非密封流体領域
とをシールするように構成された端面接触形のメカニカ
ルシールが使用される。
おけるインペラ軸の軸封手段やロータリジョイント１０
１における両スラリ流体通路部分間のシール手段として
は、第１密封環とこれに同心対向状をなして軸線方向に
移動可能な第２密封環とを、第２密封環をスプリング部
材により第１密封環へと押圧附勢させた状態で、相対回
転させることにより、両密封環の対向端面たる密封端面
の相対回転摺接部分において、その内外周側領域の一方
であるスラリ流体領域とその他方である非密封流体領域
とをシールするように構成された端面接触形のメカニカ
ルシールが使用される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような端
面接触形のメカニカルシールでは、研磨液１０６が砥粒
を含むスラリ流体であることから、密封端面間に砥粒が
侵入，堆積し易く、給排機構１０７の研磨液ポンプやロ
ータリジョイント１０１における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ず、シリコンウエハの
表面研磨を良好に行うことができない。
面接触形のメカニカルシールでは、研磨液１０６が砥粒
を含むスラリ流体であることから、密封端面間に砥粒が
侵入，堆積し易く、給排機構１０７の研磨液ポンプやロ
ータリジョイント１０１における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ず、シリコンウエハの
表面研磨を良好に行うことができない。
【０００７】また、密封環は、一般に、超硬合金等の金
属や炭化珪素等のセラミックといった耐磨耗性に優れた
硬質材で構成されているが、長期使用のうちには、被密
封流体が固形分を含むスラリ流体（砥粒を含有する研磨
液１０６）であることとも相俟って、密封端面が相手密
封端面との摺接により摩耗して、その磨耗粉がスラリ流
体に混入する虞れがある。したがって、密封環が超硬合
金等の金属で構成されている場合には勿論のこと、セラ
ミックで構成されている場合にもスラリ流体たる研磨液
１０６が金属汚染されることになる。すなわち、密封環
構成材として使用される炭化珪素等のセラミックには、
不可避的に鉄等の金属成分が含まれていることから、密
封環がセラミックで構成されている場合にも、上記磨耗
粉には必然的に金属成分が含まれることになる。さら
に、スプリング部材は、一般に、金属製のコイルスプリ
ング等で構成されているから、研磨液１０６中の砥粒と
の接触により金属パーティクルを発生する虞れがある。
このような磨耗粉や金属パーティクルといった金属成分
が混入した研磨液１０６によりシリコンウエハを表面研
磨すると、ウエハ性能に悪影響を及ぼすことになり、高
品質のウエハを得ることができなくなる。この点は、高
集積化の傾向にある近時においては特に重大な問題とな
る。
属や炭化珪素等のセラミックといった耐磨耗性に優れた
硬質材で構成されているが、長期使用のうちには、被密
封流体が固形分を含むスラリ流体（砥粒を含有する研磨
液１０６）であることとも相俟って、密封端面が相手密
封端面との摺接により摩耗して、その磨耗粉がスラリ流
体に混入する虞れがある。したがって、密封環が超硬合
金等の金属で構成されている場合には勿論のこと、セラ
ミックで構成されている場合にもスラリ流体たる研磨液
１０６が金属汚染されることになる。すなわち、密封環
構成材として使用される炭化珪素等のセラミックには、
不可避的に鉄等の金属成分が含まれていることから、密
封環がセラミックで構成されている場合にも、上記磨耗
粉には必然的に金属成分が含まれることになる。さら
に、スプリング部材は、一般に、金属製のコイルスプリ
ング等で構成されているから、研磨液１０６中の砥粒と
の接触により金属パーティクルを発生する虞れがある。
このような磨耗粉や金属パーティクルといった金属成分
が混入した研磨液１０６によりシリコンウエハを表面研
磨すると、ウエハ性能に悪影響を及ぼすことになり、高
品質のウエハを得ることができなくなる。この点は、高
集積化の傾向にある近時においては特に重大な問題とな
る。
【０００８】さらに、シリコンウエハの表面研磨装置で
は、上記した如く、給排機構１０７の研磨液ポンプが吐
出動作と吸引動作とに切り換えられ、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、研磨液ポンプやロー
タリジョイントのメカニカルシールに作用する研磨液圧
力が大きく変動して、シール機能が低下する虞れがあ
る。例えば、メカニカルシールに逆圧が作用して、密封
端面間の接触圧が不足して、研磨液１０６が密封端面間
から漏洩する虞れがある。特に、ロータリジョイントに
おいては、漏洩した研磨液１０６がウエハ表面１０９ａ
を汚損したり、ジョイント構成部材間のベアリングに侵
入して研磨パッド１０４の回転を妨げることになり、良
好な表面研磨を期待し得ない。
は、上記した如く、給排機構１０７の研磨液ポンプが吐
出動作と吸引動作とに切り換えられ、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、研磨液ポンプやロー
タリジョイントのメカニカルシールに作用する研磨液圧
力が大きく変動して、シール機能が低下する虞れがあ
る。例えば、メカニカルシールに逆圧が作用して、密封
端面間の接触圧が不足して、研磨液１０６が密封端面間
から漏洩する虞れがある。特に、ロータリジョイントに
おいては、漏洩した研磨液１０６がウエハ表面１０９ａ
を汚損したり、ジョイント構成部材間のベアリングに侵
入して研磨パッド１０４の回転を妨げることになり、良
好な表面研磨を期待し得ない。
【０００９】このような問題は、シリコンウエハの研磨
液１０６のように固形分や凝固性成分を含み且つ金属汚
染を避ける必要のあるスラリ流体を端面接触形のメカニ
カルシールによりシールさせるようにしたポンプ，ロー
タリジョイント等の各種回転機器において共通するもの
であり、その解決が強く要請されている。
液１０６のように固形分や凝固性成分を含み且つ金属汚
染を避ける必要のあるスラリ流体を端面接触形のメカニ
カルシールによりシールさせるようにしたポンプ，ロー
タリジョイント等の各種回転機器において共通するもの
であり、その解決が強く要請されている。
【００１０】本発明は、このような要請に基づいてなさ
れたもので、研磨液等のスラリ流体を良好に軸封させる
ことができるスラリ流体用メカニカルシールを提供する
と共に、かかるスラリ流体を良好にシールさせた状態で
相対回転部材たるジョイント構成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。
れたもので、研磨液等のスラリ流体を良好に軸封させる
ことができるスラリ流体用メカニカルシールを提供する
と共に、かかるスラリ流体を良好にシールさせた状態で
相対回転部材たるジョイント構成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。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した本発
明（以下「第１発明」という）は、第１密封環とこれに
同心対向状をなして軸線方向に移動可能な第２密封環と
を、第２密封環をスプリング部材により第１密封環へと
押圧附勢させた状態で相対回転させることにより、両密
封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接部分におい
て、その内外周側領域の一方であるスラリ流体領域とそ
の他方である非密封流体領域とを遮蔽シールするように
構成された端面接触形のメカニカルシールであって、上
記の目的を達成すべく、特に、次のように構成されたス
ラリ流体用メカニカルシールを提案する。
明（以下「第１発明」という）は、第１密封環とこれに
同心対向状をなして軸線方向に移動可能な第２密封環と
を、第２密封環をスプリング部材により第１密封環へと
押圧附勢させた状態で相対回転させることにより、両密
封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接部分におい
て、その内外周側領域の一方であるスラリ流体領域とそ
の他方である非密封流体領域とを遮蔽シールするように
構成された端面接触形のメカニカルシールであって、上
記の目的を達成すべく、特に、次のように構成されたス
ラリ流体用メカニカルシールを提案する。
【００１２】すなわち、バランス比Κが０≦Κ≦０．６
となるように構成して、密封環に逆圧が作用した場合に
も、シール機能（軸封機能）が低下しないように工夫し
ている。また、スラリ流体への金属成分の混入を可及的
に防止するために、前記スプリング部材を被密封流体で
あるスラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置する
と共に、一方の密封環の密封端面形成部分をその内外周
面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面の
径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、且つ両密封環
の少なくとも密封端面を、鉄等の金属成分の総含有量が
２００ｐｐｍ以下である炭化珪素で構成してある。
となるように構成して、密封環に逆圧が作用した場合に
も、シール機能（軸封機能）が低下しないように工夫し
ている。また、スラリ流体への金属成分の混入を可及的
に防止するために、前記スプリング部材を被密封流体で
あるスラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置する
と共に、一方の密封環の密封端面形成部分をその内外周
面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面の
径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、且つ両密封環
の少なくとも密封端面を、鉄等の金属成分の総含有量が
２００ｐｐｍ以下である炭化珪素で構成してある。
【００１３】また、第１発明のスラリ流体用メカニカル
シールにあっては、請求項２〜４に記載するように、
（ａ）前記密封端面の径方向幅Ｗを０．４〜０．７ｍｍ
としておくこと、（ｂ）前記一方の密封環の密封端面形
成部分の内外周面が、当該密封端面に対して１０５〜１
５０°の同一角度をなす円錐面とされていること、
（ｃ）両密封環を炭化珪素で構成しておくこと、（ｄ）
少なくとも一方の密封環の密封端面を、炭化珪素の化学
蒸着層で構成しておくことが、好ましい。
シールにあっては、請求項２〜４に記載するように、
（ａ）前記密封端面の径方向幅Ｗを０．４〜０．７ｍｍ
としておくこと、（ｂ）前記一方の密封環の密封端面形
成部分の内外周面が、当該密封端面に対して１０５〜１
５０°の同一角度をなす円錐面とされていること、
（ｃ）両密封環を炭化珪素で構成しておくこと、（ｄ）
少なくとも一方の密封環の密封端面を、炭化珪素の化学
蒸着層で構成しておくことが、好ましい。
【００１４】また、請求項６に記載された本発明（以下
「第２発明」という）は、上記の目的を達成すべく、特
に、相対回転自在に連結された第１及び第２ジョイント
構成部材間に、スラリ流体用メカニカルシール（以下
「ジョイントシール」という）及びこれによって相対回
転部分をシールされる一連のスラリ流体通路を設けてな
るスラリ流体用ロータリジョイントを提案する。
「第２発明」という）は、上記の目的を達成すべく、特
に、相対回転自在に連結された第１及び第２ジョイント
構成部材間に、スラリ流体用メカニカルシール（以下
「ジョイントシール」という）及びこれによって相対回
転部分をシールされる一連のスラリ流体通路を設けてな
るスラリ流体用ロータリジョイントを提案する。
【００１５】すなわち、ジョイントシールは、第１ジョ
イント構成部材にその相対回転軸線と同心状をなして固
定された第１密封環と、第２ジョイント構成部材に第１
密封環に同心対向状をなして軸線方向に移動可能に保持
された第２密封環とを、第２密封環をスプリング部材に
より第１密封環へと押圧附勢させた状態で、相対回転さ
せることにより、両密封環の対向端面たる密封端面の相
対回転摺接部分において、その内周側領域であるスラリ
流体領域とその外周側領域で非密封流体領域とをシール
するように構成された端面接触形のメカニカルシールで
あって、バランス比κが０≦κ≦０．６となるように構
成されている。また、前記スプリング部材を被密封流体
であるスラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置す
ると共に、一方の密封環の密封端面形成部分をその内外
周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面
の径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、且つ両密封
環の少なくとも密封端面を、金属成分の総含有量が２０
０ｐｐｍ以下である炭化珪素で構成してある。なお、ジ
ョイントシールは、第１発明のスラリ流体用メカニカル
シールと基本構成を同一とするものであり、スラリ流体
用メカニカルシールにおけると同様に、上記（ａ）〜
（ｄ）の如く構成しておくことが好ましいものである。
イント構成部材にその相対回転軸線と同心状をなして固
定された第１密封環と、第２ジョイント構成部材に第１
密封環に同心対向状をなして軸線方向に移動可能に保持
された第２密封環とを、第２密封環をスプリング部材に
より第１密封環へと押圧附勢させた状態で、相対回転さ
せることにより、両密封環の対向端面たる密封端面の相
対回転摺接部分において、その内周側領域であるスラリ
流体領域とその外周側領域で非密封流体領域とをシール
するように構成された端面接触形のメカニカルシールで
あって、バランス比κが０≦κ≦０．６となるように構
成されている。また、前記スプリング部材を被密封流体
であるスラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置す
ると共に、一方の密封環の密封端面形成部分をその内外
周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面
の径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、且つ両密封
環の少なくとも密封端面を、金属成分の総含有量が２０
０ｐｐｍ以下である炭化珪素で構成してある。なお、ジ
ョイントシールは、第１発明のスラリ流体用メカニカル
シールと基本構成を同一とするものであり、スラリ流体
用メカニカルシールにおけると同様に、上記（ａ）〜
（ｄ）の如く構成しておくことが好ましいものである。
【００１６】また、第２発明のスラリ流体用ロータリジ
ョイントにおけるスラリ流体通路は、両密封環の内部空
間と第１及び第２ジョイント構成部材に当該内部空間に
開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路部分
とで構成された一連のものであり、第１ジョイント構成
部材と第２ジョイント構成部材とが相対回転する状況下
においても、研磨液等のスラリ流体をジョイントシール
によりシールさせた状態で流動させることができるもの
である。
ョイントにおけるスラリ流体通路は、両密封環の内部空
間と第１及び第２ジョイント構成部材に当該内部空間に
開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路部分
とで構成された一連のものであり、第１ジョイント構成
部材と第２ジョイント構成部材とが相対回転する状況下
においても、研磨液等のスラリ流体をジョイントシール
によりシールさせた状態で流動させることができるもの
である。
【００１７】
【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。
〜図４に基づいて具体的に説明する。
【００１８】この実施の形態は、本発明を冒頭で述べ図
５に示した表面研磨装置に適用した例に係るものであ
り、特に、第１発明を給排機構１０７の研磨液ポンプに
おけるインペラ軸の軸封手段に適用すると共に、第２発
明を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１０
１に適用したものである。なお、以下の説明において
は、便宜上、前後とは図１における左右を意味し、上下
とは図３における上下を意味するものとする。
５に示した表面研磨装置に適用した例に係るものであ
り、特に、第１発明を給排機構１０７の研磨液ポンプに
おけるインペラ軸の軸封手段に適用すると共に、第２発
明を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１０
１に適用したものである。なお、以下の説明において
は、便宜上、前後とは図１における左右を意味し、上下
とは図３における上下を意味するものとする。
【００１９】図１及び図２は第１発明のスラリ流体用メ
カニカルシールの実施の形態を示したもので、この実施
の形態におけるスラリ流体用メカニカルシール１は、給
排機構１０７（図５参照）の研磨液ポンプにおいてポン
プケーシング２とインペラ軸３との間に組み込まれてい
る。なお、インペラ軸３はインペラ３ａを設けた回転軸
であり、正転駆動させることにより研磨液ポンプを吐出
動作（正圧動作）させ、逆転駆動させることにより研磨
液ポンプを吸引動作（負圧動作）させる。
カニカルシールの実施の形態を示したもので、この実施
の形態におけるスラリ流体用メカニカルシール１は、給
排機構１０７（図５参照）の研磨液ポンプにおいてポン
プケーシング２とインペラ軸３との間に組み込まれてい
る。なお、インペラ軸３はインペラ３ａを設けた回転軸
であり、正転駆動させることにより研磨液ポンプを吐出
動作（正圧動作）させ、逆転駆動させることにより研磨
液ポンプを吸引動作（負圧動作）させる。
【００２０】すなわち、このスラリ流体用メカニカルシ
ール１は、図１及び図２に示す如く、シールケーシング
たるポンプケーシング２に固定された第１密封環４と、
インペラ軸３に軸線方向移動可能に保持された第２密封
環５と、第２密封環５を第１密封環４へと押圧附勢する
スプリング部材６とを具備して、インペラ軸３の正逆転
駆動による両密封環４，５の相対回転により、両密封環
４，５の対向端面たる密封端面４ａ，５ａの相対回転摺
接部分において、その外周側領域であるスラリ流体領域
Ａとその内周側領域である非密封流体領域Ｂとを遮蔽シ
ールするように構成された端面接触形のものである。な
お、スラリ流体領域Ａには被密封流体たるスラリ流体
（研磨液１０６）が充満するが、その圧力は研磨液ポン
プの吐出動作，吸引動作つまりインペラ軸３の回転速
度，回転方向によって変動する。一方、非密封流体領域
Ｂはポンプケーシング２外に開放される大気領域であ
り、常に一定圧（大気圧）に保持されている。
ール１は、図１及び図２に示す如く、シールケーシング
たるポンプケーシング２に固定された第１密封環４と、
インペラ軸３に軸線方向移動可能に保持された第２密封
環５と、第２密封環５を第１密封環４へと押圧附勢する
スプリング部材６とを具備して、インペラ軸３の正逆転
駆動による両密封環４，５の相対回転により、両密封環
４，５の対向端面たる密封端面４ａ，５ａの相対回転摺
接部分において、その外周側領域であるスラリ流体領域
Ａとその内周側領域である非密封流体領域Ｂとを遮蔽シ
ールするように構成された端面接触形のものである。な
お、スラリ流体領域Ａには被密封流体たるスラリ流体
（研磨液１０６）が充満するが、その圧力は研磨液ポン
プの吐出動作，吸引動作つまりインペラ軸３の回転速
度，回転方向によって変動する。一方、非密封流体領域
Ｂはポンプケーシング２外に開放される大気領域であ
り、常に一定圧（大気圧）に保持されている。
【００２１】第１密封環４は、回転軸たるインペラ軸３
に同心状に遊嵌させた状態で、第１密封環リテーナ７を
介してポンプケーシング２に固定されている。すなわ
ち、第１密封環リテーナ７は円筒形状をなすものであ
り、インペラ３ａの前方において、ノックピン８及びＯ
リング９を介してポンプケーシング２に固定されてい
る。第１密封環４は断面矩形の円環形状をなすものであ
り、第１密封環リテーナ７の後端部に嵌着固定されてい
る。第１密封環４の後端面である密封端面（以下「第１
密封端面」という）４ａは、軸線に直交する平滑環状面
に構成されている。
に同心状に遊嵌させた状態で、第１密封環リテーナ７を
介してポンプケーシング２に固定されている。すなわ
ち、第１密封環リテーナ７は円筒形状をなすものであ
り、インペラ３ａの前方において、ノックピン８及びＯ
リング９を介してポンプケーシング２に固定されてい
る。第１密封環４は断面矩形の円環形状をなすものであ
り、第１密封環リテーナ７の後端部に嵌着固定されてい
る。第１密封環４の後端面である密封端面（以下「第１
密封端面」という）４ａは、軸線に直交する平滑環状面
に構成されている。
【００２２】第２密封環５は、第１密封環４の後方にお
いて、スプリングリテーナ１０及び第２密封環リテーナ
１１を介してインペラ軸３に軸線方向移動可能に保持さ
れている。すなわち、スプリングリテーナ１０は有底の
二重円筒形状をなすものであり、ビス等の固定具１２及
びＯリング１３を介して、底部たる後端部をインペラ３
ａに当接させた状態でインペラ軸３に外嵌固定されてい
る。第２密封環リテーナ１１は、前端部に環状のスプリ
ング受部１１ａを備えた円筒形状をなすものであり、ス
プリングリテーナ１０の外周部に軸線方向移動可能に嵌
合保持されている。第２密封環５は円環形状をなすもの
であり、第２密封環リテーナ１１の前端部に、第１密封
環４に同心対向状をなして嵌合固定されている。第２密
封環５の前端面である密封端面（以下「第２密封端面」
という）５ａは軸線に直交する平滑環状面に構成されて
おり、その内外径Ｄ1 ，Ｄ2 は第２密封端面５ａの全面
が第１密封端面４ａに接触しうるように第１密封端面４
ａの内外径に応じて設定される（第２密封端面５ａの内
外径Ｄ1 ，Ｄ2 は、両密封端面４ａ，５ａの相対回転摺
接部分の内外径となる）。なお、両リテーナ１０，１１
の嵌合部分は、スプリングリテーナ１０の外周部に保持
させたＯリング１４により二次シールされている。ま
た、スプリングリテーナ１０の後端外周部には、軸線方
向に変形自在な舌片状の環状シール部１５ａを有する弾
性シール部材１５が嵌合固定されていて、環状シール部
１５ａを第２密封環リテーナ１１の後端面に圧接させて
おくことにより、第２密封環リテーナ１１とＯリング１
４との接触部分へのスラリ流体侵入を可及的に防止する
ように工夫してある。
いて、スプリングリテーナ１０及び第２密封環リテーナ
１１を介してインペラ軸３に軸線方向移動可能に保持さ
れている。すなわち、スプリングリテーナ１０は有底の
二重円筒形状をなすものであり、ビス等の固定具１２及
びＯリング１３を介して、底部たる後端部をインペラ３
ａに当接させた状態でインペラ軸３に外嵌固定されてい
る。第２密封環リテーナ１１は、前端部に環状のスプリ
ング受部１１ａを備えた円筒形状をなすものであり、ス
プリングリテーナ１０の外周部に軸線方向移動可能に嵌
合保持されている。第２密封環５は円環形状をなすもの
であり、第２密封環リテーナ１１の前端部に、第１密封
環４に同心対向状をなして嵌合固定されている。第２密
封環５の前端面である密封端面（以下「第２密封端面」
という）５ａは軸線に直交する平滑環状面に構成されて
おり、その内外径Ｄ1 ，Ｄ2 は第２密封端面５ａの全面
が第１密封端面４ａに接触しうるように第１密封端面４
ａの内外径に応じて設定される（第２密封端面５ａの内
外径Ｄ1 ，Ｄ2 は、両密封端面４ａ，５ａの相対回転摺
接部分の内外径となる）。なお、両リテーナ１０，１１
の嵌合部分は、スプリングリテーナ１０の外周部に保持
させたＯリング１４により二次シールされている。ま
た、スプリングリテーナ１０の後端外周部には、軸線方
向に変形自在な舌片状の環状シール部１５ａを有する弾
性シール部材１５が嵌合固定されていて、環状シール部
１５ａを第２密封環リテーナ１１の後端面に圧接させて
おくことにより、第２密封環リテーナ１１とＯリング１
４との接触部分へのスラリ流体侵入を可及的に防止する
ように工夫してある。
【００２３】スプリング部材６はワンコイルスプリング
であり、被密封流体たる研磨液１０６に接触しない非密
封流体領域（大気領域）Ｂに配置されている。すなわ
ち、スプリング部材６は、スプリングリテーナ１０の底
部（後端部）と第２密封環リテーナ１１のスプリング受
部１１ａとの間に挿入されていて、第２密封環５を第２
密封環リテーナ１１を介して第１密封環４へと押圧附勢
している。
であり、被密封流体たる研磨液１０６に接触しない非密
封流体領域（大気領域）Ｂに配置されている。すなわ
ち、スプリング部材６は、スプリングリテーナ１０の底
部（後端部）と第２密封環リテーナ１１のスプリング受
部１１ａとの間に挿入されていて、第２密封環５を第２
密封環リテーナ１１を介して第１密封環４へと押圧附勢
している。
【００２４】而して、第１発明に係るスラリ流体用メカ
ニカルシール１にあっては、冒頭で述べた如き問題（シ
リコンウエハの研磨液１０６のように固形分（砥粒）を
含み且つ金属成分の混入を嫌うスラリ流体を軸封する場
合における問題）を解決するために、以下のような工夫
が施されている。
ニカルシール１にあっては、冒頭で述べた如き問題（シ
リコンウエハの研磨液１０６のように固形分（砥粒）を
含み且つ金属成分の混入を嫌うスラリ流体を軸封する場
合における問題）を解決するために、以下のような工夫
が施されている。
【００２５】第１に、メカニカルシール１を構成する構
成部材（ポンプケーシング２を含む）は、当該構成部材
に要求される機能，強度等に応じて選択される材質上か
ら、セラミック，プラスチックで構成して、金属パー
ティクルを発生しない構成としておくことができるもの
と、金属（合金を含む）で構成されるが、その表面に
セラミック，プラスチックをコーティングしておくこと
により、金属パーティクルを発生しない構成とできるも
のと、セラミック，プラスチックで構成することも、
これらをコーティングすることもできず、金属パーティ
クルを発生しない構成としておくことができないもの
と、ゴム等の弾性材で構成されるＯリング等のシール
部材であって、当然に金属パーティクルを発生しないも
のと、に分けることができるが、に該当する構成部
材（密封環４，５及びリテーナ７，１０，１１）につい
ては少なくとも接液面（研磨液１０６が接触する部分の
表面）を金属パーティクルを発生しない材料で構成する
と共に、に該当する構成部材（スプリング部材６）に
ついては被密封流体たる研磨液１０６に接触しない非密
封流体領域Ｂに配置することにより、金属パーティクル
が研磨液ポンプの研磨液１０６に混入しないように図っ
ている。
成部材（ポンプケーシング２を含む）は、当該構成部材
に要求される機能，強度等に応じて選択される材質上か
ら、セラミック，プラスチックで構成して、金属パー
ティクルを発生しない構成としておくことができるもの
と、金属（合金を含む）で構成されるが、その表面に
セラミック，プラスチックをコーティングしておくこと
により、金属パーティクルを発生しない構成とできるも
のと、セラミック，プラスチックで構成することも、
これらをコーティングすることもできず、金属パーティ
クルを発生しない構成としておくことができないもの
と、ゴム等の弾性材で構成されるＯリング等のシール
部材であって、当然に金属パーティクルを発生しないも
のと、に分けることができるが、に該当する構成部
材（密封環４，５及びリテーナ７，１０，１１）につい
ては少なくとも接液面（研磨液１０６が接触する部分の
表面）を金属パーティクルを発生しない材料で構成する
と共に、に該当する構成部材（スプリング部材６）に
ついては被密封流体たる研磨液１０６に接触しない非密
封流体領域Ｂに配置することにより、金属パーティクル
が研磨液ポンプの研磨液１０６に混入しないように図っ
ている。
【００２６】すなわち、に該当する構成部材のう
ち、各密封環４，５については炭化珪素焼結体で構成し
てあり、ポンプケーシング１及び各リテーナ７，１０，
１１については、充分な強度を有し且つ加工による寸法
安定性，耐熱性に優れたＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ
ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ），ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔ
ｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ），ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎ
ａｔｅ）等の機械部品用プラスチックで構成し、或いは
接液面に適宜のプラスチック（ポリテトラフルオロエチ
レン等）をコーティングして、これらの構成部材から金
属パーティクル（研磨液１０６中の砥粒との接触により
発生する金属パーティクルを含む）が発生しないように
工夫してある。なお、に該当するＯリング９，１４及
び弾性シール部材１５については、それらがゴム等で構
成されたものであり、当然に金属パーティクルを発生し
ない。そして、に該当するスプリング部材（ワンコイ
ルスプリング）６については、金属で構成されるが、上
記した如く、研磨液１０６に接触しない非密封流体領域
（大気領域）Ｂに配置されているため、研磨液１０６に
金属パーティクルを混入させる原因たり得ない。なお、
両リテーナ１０，１１間には、第２密封環リテーナ１１
を一定範囲での軸線方向移動を許容しつつ回転不能に係
止保持する回転阻止手段（金属ピン等）が介設されてい
るが、かかる回転阻止手段も、図示していないが、非密
封流体領域Ｂに配置されている。勿論、このような回転
阻止手段は、スプリング部材６と異なって、のよう
な構成とすることが可能なものであり、そのように構成
しておくことを条件として、スラリ流体領域Ａに配置さ
れる場合もある。
ち、各密封環４，５については炭化珪素焼結体で構成し
てあり、ポンプケーシング１及び各リテーナ７，１０，
１１については、充分な強度を有し且つ加工による寸法
安定性，耐熱性に優れたＰＥＥＫ（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ
ｅｔｈｅｒ ｋｅｔｏｎｅ），ＰＥＳ（ｐｏｌｙｅｔ
ｈｅｒｓｕｌｆｏｎｅ），ＰＣ（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎ
ａｔｅ）等の機械部品用プラスチックで構成し、或いは
接液面に適宜のプラスチック（ポリテトラフルオロエチ
レン等）をコーティングして、これらの構成部材から金
属パーティクル（研磨液１０６中の砥粒との接触により
発生する金属パーティクルを含む）が発生しないように
工夫してある。なお、に該当するＯリング９，１４及
び弾性シール部材１５については、それらがゴム等で構
成されたものであり、当然に金属パーティクルを発生し
ない。そして、に該当するスプリング部材（ワンコイ
ルスプリング）６については、金属で構成されるが、上
記した如く、研磨液１０６に接触しない非密封流体領域
（大気領域）Ｂに配置されているため、研磨液１０６に
金属パーティクルを混入させる原因たり得ない。なお、
両リテーナ１０，１１間には、第２密封環リテーナ１１
を一定範囲での軸線方向移動を許容しつつ回転不能に係
止保持する回転阻止手段（金属ピン等）が介設されてい
るが、かかる回転阻止手段も、図示していないが、非密
封流体領域Ｂに配置されている。勿論、このような回転
阻止手段は、スプリング部材６と異なって、のよう
な構成とすることが可能なものであり、そのように構成
しておくことを条件として、スラリ流体領域Ａに配置さ
れる場合もある。
【００２７】なお、上記したメカニカルシール１及び後
述するロータリジョイント１０１を除く表面研磨装置の
構成部材のうち研磨液１０６と接触するもの（インペラ
３ａ等）についても、その全体又は接液面を金属パーテ
ィクルを発生しないプラスチック等で構成してあること
はいうまでもない。
述するロータリジョイント１０１を除く表面研磨装置の
構成部材のうち研磨液１０６と接触するもの（インペラ
３ａ等）についても、その全体又は接液面を金属パーテ
ィクルを発生しないプラスチック等で構成してあること
はいうまでもない。
【００２８】第２に、第２密封環５の密封端面形成部分
である前端部分は、その内外周面を第２密封端面５ａに
対して所定角度θ1 ，θ2 をなす円錐面とした尖端形状
に構成されていて、第２密封環５の径方向厚みを充分に
確保しつつ第２密封端面５ａの径方向幅Ｗが小さくなる
ように工夫してある。
である前端部分は、その内外周面を第２密封端面５ａに
対して所定角度θ1 ，θ2 をなす円錐面とした尖端形状
に構成されていて、第２密封環５の径方向厚みを充分に
確保しつつ第２密封端面５ａの径方向幅Ｗが小さくなる
ように工夫してある。
【００２９】すなわち、冒頭で述べた如く、密封端面４
ａ，５ａ間にはスラリ流体たる研磨液１０６が侵入し
て、その含有固形分たる砥粒が付着，堆積する虞れがあ
るが、第２密封端面５ａの径方向幅Ｗを小さくすること
によって、砥粒が付着した場合にも、これを削り取るこ
とができ、砥粒の付着，堆積を効果的に防止することが
できる。つまり、密封端面４ａ，５ａに侵入，付着した
砥粒を第２密封端面５ａによって削り取る如くして排除
する（この機能を、以下「固形分排除機能」という）の
である。また、第２密封端面５ａの径方向幅Ｗを小さく
して、両密封端面４ａ，５ａの接触面積を小さくしてお
くことにより、密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗を
効果的に抑制する（この機能を、以下「摩耗抑制機能」
という）ことができる。したがって、被密封流体が砥粒
を含む研磨液１０６であっても、密封端面４ａ，５ａ間
における砥粒の付着，堆積や摩耗粉の発生を効果的に防
止しつつ、良好なシール機能を発揮することができる。
ａ，５ａ間にはスラリ流体たる研磨液１０６が侵入し
て、その含有固形分たる砥粒が付着，堆積する虞れがあ
るが、第２密封端面５ａの径方向幅Ｗを小さくすること
によって、砥粒が付着した場合にも、これを削り取るこ
とができ、砥粒の付着，堆積を効果的に防止することが
できる。つまり、密封端面４ａ，５ａに侵入，付着した
砥粒を第２密封端面５ａによって削り取る如くして排除
する（この機能を、以下「固形分排除機能」という）の
である。また、第２密封端面５ａの径方向幅Ｗを小さく
して、両密封端面４ａ，５ａの接触面積を小さくしてお
くことにより、密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗を
効果的に抑制する（この機能を、以下「摩耗抑制機能」
という）ことができる。したがって、被密封流体が砥粒
を含む研磨液１０６であっても、密封端面４ａ，５ａ間
における砥粒の付着，堆積や摩耗粉の発生を効果的に防
止しつつ、良好なシール機能を発揮することができる。
【００３０】このような固形分排除機能及び摩耗抑制機
能を効果的に発揮させるためには、第２密封端面５ａの
径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍに設定しておくことが
必要である。すなわち、Ｗ＞０．８ｍｍであると、第２
密封端面５ａによる固形分排除機能が充分に発揮されな
いし、密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗を効果的に
防止できない。また、Ｗ＜０．１ｍｍであると、第２密
封端面５ａの強度上の問題の他、第２密封端面５ａによ
る削り取り力が過大となって、密封端面４ａ，５ａ間に
形成される潤滑膜（研磨液１０６による流体膜）までも
破壊され、密封端面４ａ，５ａが焼き付く虞れがあると
共に、密封端面４ａ，５ａの接触圧が必要以上に高くな
るため密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗が効果的に
抑制されず、摩耗粉の発生が多くなる。このような密封
端面幅Ｗの上下限値は、シール条件（密封すべきスラリ
流体の性状，圧力等）によって多少異なるが、かかるシ
ール条件に拘わらず、潤滑膜の破壊を確実に防止しつつ
固形分排除機能及び摩耗防止効果を充分に発揮させるた
めには、０．４ｍｍ≦Ｗ≦０．７ｍｍとしておくことが
より好ましい。
能を効果的に発揮させるためには、第２密封端面５ａの
径方向幅Ｗを０．１〜０．８ｍｍに設定しておくことが
必要である。すなわち、Ｗ＞０．８ｍｍであると、第２
密封端面５ａによる固形分排除機能が充分に発揮されな
いし、密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗を効果的に
防止できない。また、Ｗ＜０．１ｍｍであると、第２密
封端面５ａの強度上の問題の他、第２密封端面５ａによ
る削り取り力が過大となって、密封端面４ａ，５ａ間に
形成される潤滑膜（研磨液１０６による流体膜）までも
破壊され、密封端面４ａ，５ａが焼き付く虞れがあると
共に、密封端面４ａ，５ａの接触圧が必要以上に高くな
るため密封端面４ａ，５ａの接触による摩耗が効果的に
抑制されず、摩耗粉の発生が多くなる。このような密封
端面幅Ｗの上下限値は、シール条件（密封すべきスラリ
流体の性状，圧力等）によって多少異なるが、かかるシ
ール条件に拘わらず、潤滑膜の破壊を確実に防止しつつ
固形分排除機能及び摩耗防止効果を充分に発揮させるた
めには、０．４ｍｍ≦Ｗ≦０．７ｍｍとしておくことが
より好ましい。
【００３１】また、第２密封環５の密封端面形成部分の
内外周面の傾斜角度θ1 ，θ2 は、当該密封端面形成部
分の強度等を考慮して１０５〜１５０°に設定しておく
ことが好ましく、更には加工性等をも考慮してθ1 ＝θ
2 としておくこと（１０５°≦θ1 ＝θ2 ≦１５０°）
が好ましい。
内外周面の傾斜角度θ1 ，θ2 は、当該密封端面形成部
分の強度等を考慮して１０５〜１５０°に設定しておく
ことが好ましく、更には加工性等をも考慮してθ1 ＝θ
2 としておくこと（１０５°≦θ1 ＝θ2 ≦１５０°）
が好ましい。
【００３２】第３に、密封環４，５は研磨液１０６との
接触により金属パーティクルを発生しない炭化珪素焼結
体で構成されているものの、密封環４，５の接触により
発生する摩耗粉には金属成分が含まれることになり、研
磨液１０６が金属汚染される虞れがあるが、両密封環
４，５の少なくとも密封端面４ａ，５ａを鉄等の金属成
分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素（以下
「低金属含有炭化珪素」という）で構成しておくことに
よって、かかる虞れを排除するように工夫してある。
接触により金属パーティクルを発生しない炭化珪素焼結
体で構成されているものの、密封環４，５の接触により
発生する摩耗粉には金属成分が含まれることになり、研
磨液１０６が金属汚染される虞れがあるが、両密封環
４，５の少なくとも密封端面４ａ，５ａを鉄等の金属成
分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素（以下
「低金属含有炭化珪素」という）で構成しておくことに
よって、かかる虞れを排除するように工夫してある。
【００３３】すなわち、密封環の構成材として一般に使
用される炭化珪素においては、冒頭でも述べたように、
鉄等の重金属がかなり含まれているため、密封環４，５
の接触により発生した摩耗粉が混入することにより、研
磨液１０６が金属汚染されてシリコンウエハに悪影響を
及ぼす虞れがある。しかし、両密封環４，５の少なくと
も密封端面４ａ，５ａを低金属含有炭化珪素で構成して
おけば、密封環４，５の接触により発生した摩耗粉に含
まれる金属成分が極めて少ないことから、上記した如く
Ｗ＝０．１〜０．８ｍｍ（より好ましくは、Ｗ＝０．４
〜０．７ｍｍ）として密封環４，５の接触による摩耗粉
の発生を可及的に抑制するようにしたこととも相俟っ
て、密封環４，５の接触による摩耗粉がシリコンウエハ
に悪影響を及ぼす程度にまで研磨液１０６を金属汚染す
ることがない。かかる効果が奏せられるためには、密封
環４，５全体を低金属含有炭化珪素で構成しておくか、
密封端面４ａ，５ａのみを低金属含有炭化珪素で構成し
ておく（つまり密封端面４ａ，５ａに低金属含有炭化珪
素をコーティングさせておく）ことが必要である。この
例では、密封環４，５全体を、低金属含有炭化珪素の焼
結体で構成してある。
用される炭化珪素においては、冒頭でも述べたように、
鉄等の重金属がかなり含まれているため、密封環４，５
の接触により発生した摩耗粉が混入することにより、研
磨液１０６が金属汚染されてシリコンウエハに悪影響を
及ぼす虞れがある。しかし、両密封環４，５の少なくと
も密封端面４ａ，５ａを低金属含有炭化珪素で構成して
おけば、密封環４，５の接触により発生した摩耗粉に含
まれる金属成分が極めて少ないことから、上記した如く
Ｗ＝０．１〜０．８ｍｍ（より好ましくは、Ｗ＝０．４
〜０．７ｍｍ）として密封環４，５の接触による摩耗粉
の発生を可及的に抑制するようにしたこととも相俟っ
て、密封環４，５の接触による摩耗粉がシリコンウエハ
に悪影響を及ぼす程度にまで研磨液１０６を金属汚染す
ることがない。かかる効果が奏せられるためには、密封
環４，５全体を低金属含有炭化珪素で構成しておくか、
密封端面４ａ，５ａのみを低金属含有炭化珪素で構成し
ておく（つまり密封端面４ａ，５ａに低金属含有炭化珪
素をコーティングさせておく）ことが必要である。この
例では、密封環４，５全体を、低金属含有炭化珪素の焼
結体で構成してある。
【００３４】第４に、スラリ流体領域Ａの圧力は冒頭で
述べた如く研磨液ポンプの吐出動作から吸引動作への切
り換えによって負圧となり、第２密封環５に逆圧が作用
するが、このような逆圧が作用した場合にも密封端面４
ａ，５ａ間の接触面圧が適正に保持されるべく、バラン
ス比Κが０≦Κ≦０．６となるように構成してある。
述べた如く研磨液ポンプの吐出動作から吸引動作への切
り換えによって負圧となり、第２密封環５に逆圧が作用
するが、このような逆圧が作用した場合にも密封端面４
ａ，５ａ間の接触面圧が適正に保持されるべく、バラン
ス比Κが０≦Κ≦０．６となるように構成してある。
【００３５】ここに、バランス比Κは、両密封環４，５
の相対回転摺接部分の径と軸線方向に移動可能な第２密
封環５における背圧受圧面の径とで特定することがで
き、図２に示す構成のメカニカルシール１にあっては、
設計上、Κ＝（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／（（Ｄ2 ）
2 −（Ｄ1 ）2 ）とすることができる。すなわち、両密
封環４，５の相対回転摺接部分に作用する見掛け上の面
圧（推力）Ｐa は、軸線方向に移動可能な第２密封環５
にこれを第１密封環４へと押圧すべく作用するスラリ流
体領域Ａの圧力（背圧）Ｐとスプリング部材６による圧
力（スプリング圧）Ｆとによって得られ、Ｐa ＝（π／
４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）Ｐ／（π／４）（（Ｄ
2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）＋（π／４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ
1 ）2 ）Ｆ／（π／４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）＝
（（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／（（Ｄ2 ）2 −
（Ｄ1 ）2 ））Ｐ＋Ｆで与えられることになり、この式
における背圧Ｐの係数（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／
（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）がバランス比Κである。な
お、Ｄ0 は第２密封環５における背圧受圧面の内径であ
り、Ｏリング１４が接触する第２密封環リテーナ１１の
内径で特定される。
の相対回転摺接部分の径と軸線方向に移動可能な第２密
封環５における背圧受圧面の径とで特定することがで
き、図２に示す構成のメカニカルシール１にあっては、
設計上、Κ＝（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／（（Ｄ2 ）
2 −（Ｄ1 ）2 ）とすることができる。すなわち、両密
封環４，５の相対回転摺接部分に作用する見掛け上の面
圧（推力）Ｐa は、軸線方向に移動可能な第２密封環５
にこれを第１密封環４へと押圧すべく作用するスラリ流
体領域Ａの圧力（背圧）Ｐとスプリング部材６による圧
力（スプリング圧）Ｆとによって得られ、Ｐa ＝（π／
４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）Ｐ／（π／４）（（Ｄ
2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）＋（π／４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ
1 ）2 ）Ｆ／（π／４）（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）＝
（（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／（（Ｄ2 ）2 −
（Ｄ1 ）2 ））Ｐ＋Ｆで与えられることになり、この式
における背圧Ｐの係数（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）／
（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）がバランス比Κである。な
お、Ｄ0 は第２密封環５における背圧受圧面の内径であ
り、Ｏリング１４が接触する第２密封環リテーナ１１の
内径で特定される。
【００３６】したがって、（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ0 ）2 ）
／（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）で与えられるバランス比
Κは、第２密封端面５ａの内外径Ｄ1 ，Ｄ2 及び第２密
封環リテーナ１１の内径Ｄ0 によって必然的に決定され
るものであり、Ｄ0 ，Ｄ1 ，Ｄ2 をＤを０≦Κ≦０．６
となるように設計しておくことにより、スラリ流体領域
Ａが圧力変動する条件下においても、相対回転摺接部分
における推力Ｐa が大きく変動せず、両密封環４，５の
接触圧を適正に保持して、常に、良好なシール機能を発
揮させることができる。すなわち、Κ＜０であると、ス
プリング圧力Ｆを必要以上に高くしておく等の問題があ
り、Κ＞０．６であると、研磨液ポンプの吸引動作（負
圧動作）時に両密封環４，５の接触圧が不足して、研磨
液１０６が非密封流体領域Ｂに漏れる等の問題がある
が、０≦Κ≦０．６としておくと、研磨液ポンプの動作
状況に拘わらず、つまり逆圧が作用する負圧状態も含め
たスラリ流体領域Ａの圧力変動に拘わらず、研磨液１０
６の軸封機能を良好に発揮させることができる。
／（（Ｄ2 ）2 −（Ｄ1 ）2 ）で与えられるバランス比
Κは、第２密封端面５ａの内外径Ｄ1 ，Ｄ2 及び第２密
封環リテーナ１１の内径Ｄ0 によって必然的に決定され
るものであり、Ｄ0 ，Ｄ1 ，Ｄ2 をＤを０≦Κ≦０．６
となるように設計しておくことにより、スラリ流体領域
Ａが圧力変動する条件下においても、相対回転摺接部分
における推力Ｐa が大きく変動せず、両密封環４，５の
接触圧を適正に保持して、常に、良好なシール機能を発
揮させることができる。すなわち、Κ＜０であると、ス
プリング圧力Ｆを必要以上に高くしておく等の問題があ
り、Κ＞０．６であると、研磨液ポンプの吸引動作（負
圧動作）時に両密封環４，５の接触圧が不足して、研磨
液１０６が非密封流体領域Ｂに漏れる等の問題がある
が、０≦Κ≦０．６としておくと、研磨液ポンプの動作
状況に拘わらず、つまり逆圧が作用する負圧状態も含め
たスラリ流体領域Ａの圧力変動に拘わらず、研磨液１０
６の軸封機能を良好に発揮させることができる。
【００３７】また、図３及び図４は第２発明のスラリ流
体用ロータリジョイントの実施の形態を示したもので、
この実施の形態におけるロータリジョイント１０１は、
冒頭で述べた表面研磨装置における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ものであ
り、第２発明に従って次のように構成されている。
体用ロータリジョイントの実施の形態を示したもので、
この実施の形態におけるロータリジョイント１０１は、
冒頭で述べた表面研磨装置における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ものであ
り、第２発明に従って次のように構成されている。
【００３８】すなわち、このロータリジョイント１０１
は、図３及び図４に示す如く、研磨パッド１０４（図５
参照）に取付けられる第１ジョイント構成部材２１と、
パッド支持体１０３（図５参照）に取付けられる第２ジ
ョイント構成部材３１と、両ジョイント構成部材２１，
３１間に介装されたスラリ流体用メカニカルシールたる
ジョイントシール４１と、両ジョイント構成部材２１，
３１に形成された一連のスラリ流体通路５１とを具備す
る。
は、図３及び図４に示す如く、研磨パッド１０４（図５
参照）に取付けられる第１ジョイント構成部材２１と、
パッド支持体１０３（図５参照）に取付けられる第２ジ
ョイント構成部材３１と、両ジョイント構成部材２１，
３１間に介装されたスラリ流体用メカニカルシールたる
ジョイントシール４１と、両ジョイント構成部材２１，
３１に形成された一連のスラリ流体通路５１とを具備す
る。
【００３９】第２ジョイント構成部材３１は、図３に示
す如く、第１筒体３２と、第１筒体３２の下端部に連結
された第２筒体３３と、第１筒体３２の上端部にその開
口を閉塞すべく取着された蓋体３４とからなる。両筒体
３２，３３はステンレス鋼等の金属で構成されている。
蓋体３４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５４が形成されるため、金属パーテ
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。
す如く、第１筒体３２と、第１筒体３２の下端部に連結
された第２筒体３３と、第１筒体３２の上端部にその開
口を閉塞すべく取着された蓋体３４とからなる。両筒体
３２，３３はステンレス鋼等の金属で構成されている。
蓋体３４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５４が形成されるため、金属パーテ
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。
【００４０】第１ジョイント構成部材２１は、図３に示
す如く、上下方向に延びる円柱形状をなすものであり、
その下端近傍部と第２ジョイント構成部材３１の第２筒
体３３との間に介装したベアリング６１により、第２ジ
ョイント構成部材２１に回転自在に連結されている。す
なわち、両ジョイント構成部材２１，３１は、第１ジョ
イント構成部材２１の軸線を相対回転軸線として相対回
転自在に連結されている。第１ジョイント構成部材２１
の下端部には、研磨パッド１０４を取付けるための螺子
部２２が形成されると共に研磨パッド１０４とのシール
性を確保するためのＯリング２３が装着されている。第
１ジョイント構成部材２１は、後述する如く研磨液１０
６が流動する第１スラリ流体通路部分５３が形成される
ため、第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４と同様
に、金属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。
す如く、上下方向に延びる円柱形状をなすものであり、
その下端近傍部と第２ジョイント構成部材３１の第２筒
体３３との間に介装したベアリング６１により、第２ジ
ョイント構成部材２１に回転自在に連結されている。す
なわち、両ジョイント構成部材２１，３１は、第１ジョ
イント構成部材２１の軸線を相対回転軸線として相対回
転自在に連結されている。第１ジョイント構成部材２１
の下端部には、研磨パッド１０４を取付けるための螺子
部２２が形成されると共に研磨パッド１０４とのシール
性を確保するためのＯリング２３が装着されている。第
１ジョイント構成部材２１は、後述する如く研磨液１０
６が流動する第１スラリ流体通路部分５３が形成される
ため、第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４と同様
に、金属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。
【００４１】ジョイントシール４１は、図３及び図４に
示す如く、第１ジョイント構成部材２１に設けられた第
１密封環４２と、第２ジョイント構成部材３１に設けら
れた第２密封環４３と、第２密封環４３と第２ジョイン
ト構成部材３１との間に介装されたスプリング部材４４
とを具備するものであり、基本的にスラリ流体用メカニ
カルシール１と同一構成をなすものであって、両密封環
４２，４３の内周側領域であるスラリ流体領域Ｃと外周
側領域である非密封流体領域Ｄとの間をスラリ流体用メ
カニカルシール１と同様機能によりシールする。
示す如く、第１ジョイント構成部材２１に設けられた第
１密封環４２と、第２ジョイント構成部材３１に設けら
れた第２密封環４３と、第２密封環４３と第２ジョイン
ト構成部材３１との間に介装されたスプリング部材４４
とを具備するものであり、基本的にスラリ流体用メカニ
カルシール１と同一構成をなすものであって、両密封環
４２，４３の内周側領域であるスラリ流体領域Ｃと外周
側領域である非密封流体領域Ｄとの間をスラリ流体用メ
カニカルシール１と同様機能によりシールする。
【００４２】すなわち、第１密封環４２は、図３に示す
如く、円環状の本体部４２ａとその下端部に一体形成さ
れた円筒状の固定部４２ｂとからなる低金属含有炭化珪
素（鉄等の金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下であ
る炭化珪素）製のものであり、固定部４２ｂを第１ジョ
イント構成部材２１の上端部に外嵌させることにより、
第１ジョイント構成部材２１に同心状に固定されてい
る。本体部４２ａの上端面は、第１ジョイント構成部材
２１の軸線に直交する平滑面である第１密封端面４２ｃ
に構成されている。固定部４２ｂと第１ジョイント構成
部材２１との嵌合部分は、第１ジョイント構成部材２１
の外周部に保持させたＯリング６２により二次シールさ
れている。
如く、円環状の本体部４２ａとその下端部に一体形成さ
れた円筒状の固定部４２ｂとからなる低金属含有炭化珪
素（鉄等の金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下であ
る炭化珪素）製のものであり、固定部４２ｂを第１ジョ
イント構成部材２１の上端部に外嵌させることにより、
第１ジョイント構成部材２１に同心状に固定されてい
る。本体部４２ａの上端面は、第１ジョイント構成部材
２１の軸線に直交する平滑面である第１密封端面４２ｃ
に構成されている。固定部４２ｂと第１ジョイント構成
部材２１との嵌合部分は、第１ジョイント構成部材２１
の外周部に保持させたＯリング６２により二次シールさ
れている。
【００４３】第２密封環４３は、図３及び図４に示す如
く、第１密封環４２と同様に低金属含有炭化珪素製のも
のであり、円環状の本体部４３ａとその上端部に一体形
成された円筒状の保持部４３ｂとからなり、保持部４３
ｂを第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４に設けた保
持孔３４ａに嵌合させることにより、第２ジョイント構
成部材３１に第１密封環４２と同心対向状をなして軸線
方向移動可能に保持されている。保持部４３ｂと保持孔
３４ａとの嵌合部分は、保持孔３４ａの内周部に保持さ
せたＯリング６３により二次シールされている。本体部
４３ａの外径は保持部４３ｂの外径ｄ0 より所定量大き
く設定されている。本体部４３ａの下端面は、ジョイン
ト構成部材２１，３１の相対回転軸線に直交する平滑面
であって、第１密封端面４２ｃにこれと同心の円環状を
なして接触する第２密封端面４３ｃに構成されている。
第２密封環４３の密封端面形成部分である下端部分は、
その内外周面を第２密封端面４３ｃに対して所定角度θ
3 ，θ4 をなす円錐面とする尖端形状に形成されてい
て、スラリ流体用メカニカルシール１におけると同様
に、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗが０．１ｍｍ≦ｗ
≦０．８ｍｍ（より好ましくは０．４ｍｍ≦ｗ≦０．７
ｍｍ）となるように構成してある。なお、第２密封環４
３の密封端面形成部分の内外周面の傾斜角度θ3 ，θ4
も、スラリ流体用メカニカルシール１におけると同様
に、当該密封端面形成部分の強度及び加工性等を考慮し
て、１０５°≦θ3 ，θ4 ≦１５０°更にはθ3 ＝θ4
としておくことが好ましい。
く、第１密封環４２と同様に低金属含有炭化珪素製のも
のであり、円環状の本体部４３ａとその上端部に一体形
成された円筒状の保持部４３ｂとからなり、保持部４３
ｂを第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４に設けた保
持孔３４ａに嵌合させることにより、第２ジョイント構
成部材３１に第１密封環４２と同心対向状をなして軸線
方向移動可能に保持されている。保持部４３ｂと保持孔
３４ａとの嵌合部分は、保持孔３４ａの内周部に保持さ
せたＯリング６３により二次シールされている。本体部
４３ａの外径は保持部４３ｂの外径ｄ0 より所定量大き
く設定されている。本体部４３ａの下端面は、ジョイン
ト構成部材２１，３１の相対回転軸線に直交する平滑面
であって、第１密封端面４２ｃにこれと同心の円環状を
なして接触する第２密封端面４３ｃに構成されている。
第２密封環４３の密封端面形成部分である下端部分は、
その内外周面を第２密封端面４３ｃに対して所定角度θ
3 ，θ4 をなす円錐面とする尖端形状に形成されてい
て、スラリ流体用メカニカルシール１におけると同様
に、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗが０．１ｍｍ≦ｗ
≦０．８ｍｍ（より好ましくは０．４ｍｍ≦ｗ≦０．７
ｍｍ）となるように構成してある。なお、第２密封環４
３の密封端面形成部分の内外周面の傾斜角度θ3 ，θ4
も、スラリ流体用メカニカルシール１におけると同様
に、当該密封端面形成部分の強度及び加工性等を考慮し
て、１０５°≦θ3 ，θ4 ≦１５０°更にはθ3 ＝θ4
としておくことが好ましい。
【００４４】スプリング部材４４は、図３及び図４に示
す如く、第２密封環４３の保持部４３ｂの外周側に配し
て本体部４３ａの上端部とこれに対向する第２ジョイン
ト構成部材３１の蓋体３４の下端部との間に介装された
複数の金属製のコイルスプリング（一のみ図示）からな
り、第２密封環４３を、両密封端面４２ｃ，４３ｃが相
互に押圧接触せしめられるべく、第１密封環４２へと押
圧附勢するものである。なお、第２ジョイント構成部材
３１の蓋体３４の下端部に、第２密封環４３の保持部４
３ｂの外周側に配して、一又は複数の金属製の係止ピン
６４を下方に向けて突設すると共に、第２密封環４３の
本体部４３ａの外周部に一又は複数の係合凹部６５を形
成して、係止ピン６４を係合凹部６５に係合させること
により、第２密封環４３を第２ジョイント構成部材３１
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
保持してある。
す如く、第２密封環４３の保持部４３ｂの外周側に配し
て本体部４３ａの上端部とこれに対向する第２ジョイン
ト構成部材３１の蓋体３４の下端部との間に介装された
複数の金属製のコイルスプリング（一のみ図示）からな
り、第２密封環４３を、両密封端面４２ｃ，４３ｃが相
互に押圧接触せしめられるべく、第１密封環４２へと押
圧附勢するものである。なお、第２ジョイント構成部材
３１の蓋体３４の下端部に、第２密封環４３の保持部４
３ｂの外周側に配して、一又は複数の金属製の係止ピン
６４を下方に向けて突設すると共に、第２密封環４３の
本体部４３ａの外周部に一又は複数の係合凹部６５を形
成して、係止ピン６４を係合凹部６５に係合させること
により、第２密封環４３を第２ジョイント構成部材３１
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
保持してある。
【００４５】このようにジョイントシール４１において
は、バランス比κが第２密封端面４３ｃの内外径ｄ1 ，
ｄ2 と第２密封環４３の保持部４３ｂの外径ｄ0 とで特
定され、κ＝（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／（（ｄ2 ）
2 −（ｄ1 ）2 ）で与えられるが、スラリ流体領域Ｃで
あるスラリ流体通路５１内が負圧モード（研磨液ポンプ
を吐出動作から吸引動作に切り換えられた場合）になる
等の圧力変動条件下においても密封端面４２ｃ，４３ｃ
が適正に接触されるように、スラリ流体用メカニカルシ
ール１と同様に、（ｄ2 −ｄ1 ）／２（＝ｗ）が０．１
〜０．８ｍｍ（より好ましくは０．４〜０．７ｍｍ）と
なることを条件として、各径ｄ0 ，ｄ1，ｄ2 を０≦κ
≦０．６となるように設定してある。
は、バランス比κが第２密封端面４３ｃの内外径ｄ1 ，
ｄ2 と第２密封環４３の保持部４３ｂの外径ｄ0 とで特
定され、κ＝（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／（（ｄ2 ）
2 −（ｄ1 ）2 ）で与えられるが、スラリ流体領域Ｃで
あるスラリ流体通路５１内が負圧モード（研磨液ポンプ
を吐出動作から吸引動作に切り換えられた場合）になる
等の圧力変動条件下においても密封端面４２ｃ，４３ｃ
が適正に接触されるように、スラリ流体用メカニカルシ
ール１と同様に、（ｄ2 −ｄ1 ）／２（＝ｗ）が０．１
〜０．８ｍｍ（より好ましくは０．４〜０．７ｍｍ）と
なることを条件として、各径ｄ0 ，ｄ1，ｄ2 を０≦κ
≦０．６となるように設定してある。
【００４６】また、ジョイントシール１においては、密
封環４２，４３を冷却する手段を設けて、スラリ流体通
路５１内がドライモードになった場合においても密封端
面４２ｃ，４３ｃの焼き付きを確実に防止できるように
工夫されている。
封環４２，４３を冷却する手段を設けて、スラリ流体通
路５１内がドライモードになった場合においても密封端
面４２ｃ，４３ｃの焼き付きを確実に防止できるように
工夫されている。
【００４７】すなわち、第１密封環４２の下端側部位に
おいて、第１ジョイント構成部材２１の内周面と第２ジ
ョイント構成部材３１の第１筒体３２の内周面との間
を、シール部材６５でシールして、非密封流体領域Ｄを
密閉された冷却水供給領域に構成してある。シール部材
６５としては、第１筒体３２の内周部に嵌合保持されて
第１ジョイント構成部材２１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６５ａと、シールリン
グ６５ａに埋設された補強金属材６５ｂと、シールリン
グ内径部の第１ジョイント構成部材２１への接触力を確
保するためのガータスプリング６５ｃとからなるものが
使用されている。そして、第１筒体流体３２には、冷却
水供給領域（非密封流体領域）Ｄに開口する冷却水６６
の注入口６７及び排出口（図示せず）が設けられてい
て、冷却水６７を注入口６７から冷却水供給領域Ｄに連
続注入することにより、密封端面４２ｃ，４３ｃを冷却
するようになっている。冷却水６６としては、例えば、
常温の清水が使用される。
おいて、第１ジョイント構成部材２１の内周面と第２ジ
ョイント構成部材３１の第１筒体３２の内周面との間
を、シール部材６５でシールして、非密封流体領域Ｄを
密閉された冷却水供給領域に構成してある。シール部材
６５としては、第１筒体３２の内周部に嵌合保持されて
第１ジョイント構成部材２１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６５ａと、シールリン
グ６５ａに埋設された補強金属材６５ｂと、シールリン
グ内径部の第１ジョイント構成部材２１への接触力を確
保するためのガータスプリング６５ｃとからなるものが
使用されている。そして、第１筒体流体３２には、冷却
水供給領域（非密封流体領域）Ｄに開口する冷却水６６
の注入口６７及び排出口（図示せず）が設けられてい
て、冷却水６７を注入口６７から冷却水供給領域Ｄに連
続注入することにより、密封端面４２ｃ，４３ｃを冷却
するようになっている。冷却水６６としては、例えば、
常温の清水が使用される。
【００４８】スラリー流体通路５１は、図３及び図４に
示す如く、両密封環４２，４３の内部空間５２と第１及
び第２ジョイント構成部材２１，３１に当該内部空間５
２に開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路
部分５３，５４とで構成された一連のものであり、内部
領域を被密封流体たる研磨液１０６が流動するスラリ流
体領域Ｃとなすものである。第１スラリ流体通路部分５
３は第１ジョイント構成部材２１を上下方向に貫通する
ものであり、その一端部は第１密封環４２の内周部に開
口されており、その他端部は研磨パッド１０４に形成さ
れた回転側スラリ流体給排路１０８に連通接続される。
第２スラリ流体通路部分５４は第１ジョイント構成部材
３１の蓋体３４をＬ字状に貫通するものであり、その一
端部は保持孔３４ａに保持された第２密封環４３の内周
部に開口されており、その他端部はパッド支持体１０３
に形成された非回転側スラリ流体給排路１０５に連通接
続される。
示す如く、両密封環４２，４３の内部空間５２と第１及
び第２ジョイント構成部材２１，３１に当該内部空間５
２に開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路
部分５３，５４とで構成された一連のものであり、内部
領域を被密封流体たる研磨液１０６が流動するスラリ流
体領域Ｃとなすものである。第１スラリ流体通路部分５
３は第１ジョイント構成部材２１を上下方向に貫通する
ものであり、その一端部は第１密封環４２の内周部に開
口されており、その他端部は研磨パッド１０４に形成さ
れた回転側スラリ流体給排路１０８に連通接続される。
第２スラリ流体通路部分５４は第１ジョイント構成部材
３１の蓋体３４をＬ字状に貫通するものであり、その一
端部は保持孔３４ａに保持された第２密封環４３の内周
部に開口されており、その他端部はパッド支持体１０３
に形成された非回転側スラリ流体給排路１０５に連通接
続される。
【００４９】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５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。
ト１０１によれば、これを図５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。
【００５０】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５１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５１においては、第１ジョイント構成部材２１
の第１スラリ流体通路部分５３と第２ジョイント構成部
材３１の第２スラリ流体通路部分５４とが研磨パッド１
０４の回転に伴って相対回転せしめられるが、両通路部
分５３，５４間を接続する密封環４２，４３の内部空間
５２が密封端面４２ｃ，４３ｃ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５３，５４間から漏洩することなくスラリ流体通路
５１を流動せしめられることになる。
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５１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５１においては、第１ジョイント構成部材２１
の第１スラリ流体通路部分５３と第２ジョイント構成部
材３１の第２スラリ流体通路部分５４とが研磨パッド１
０４の回転に伴って相対回転せしめられるが、両通路部
分５３，５４間を接続する密封環４２，４３の内部空間
５２が密封端面４２ｃ，４３ｃ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５３，５４間から漏洩することなくスラリ流体通路
５１を流動せしめられることになる。
【００５１】このとき、研磨液１０６が両密封環４２，
４３の接触部分に付着，堆積する虞れがあるが、第２密
封端面４３ｃの径方向幅ｗが極めて小さいことから、こ
のような付着物は第２密封端面４３ｃにより削り取られ
て、両密封端面４２ｃ，４３ｃ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４２ｃ，４３ｃは常に適正な接触
状態を保つことができ、密封端面４２ｃ，４３ｃ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４２ｃ，４３ｃは、スラリ流体通路５１内
つまりスラリ流体領域Ｃがドライモードとなる場合に
も、冷却水６６により冷却されて焼き付きを生じる虞れ
はない。
４３の接触部分に付着，堆積する虞れがあるが、第２密
封端面４３ｃの径方向幅ｗが極めて小さいことから、こ
のような付着物は第２密封端面４３ｃにより削り取られ
て、両密封端面４２ｃ，４３ｃ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４２ｃ，４３ｃは常に適正な接触
状態を保つことができ、密封端面４２ｃ，４３ｃ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４２ｃ，４３ｃは、スラリ流体通路５１内
つまりスラリ流体領域Ｃがドライモードとなる場合に
も、冷却水６６により冷却されて焼き付きを生じる虞れ
はない。
【００５２】また、ロータリジョイント１０１を通過し
て研磨パッド１０４に供給される研磨液１０６が、シリ
コンウエハ１０９に悪影響を及ぼす程度にまで金属汚染
されることがない。
て研磨パッド１０４に供給される研磨液１０６が、シリ
コンウエハ１０９に悪影響を及ぼす程度にまで金属汚染
されることがない。
【００５３】すなわち、両密封環４２，４３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、密封端面４２ｃ，４３
ｃの接触による摩耗粉の発生が少ない。また、第２密封
端面４３ｃの径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍ（より好
ましくは０．４〜０．７ｍｍ）として、密封端面４２
ｃ，４３ｃの接触面積をシール機能等に悪影響を及ぼさ
ない範囲で可及的に小さくしたことによって、密封端面
４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗粉の発生が更に少なく
なる。しかも、密封環４２，４３を鉄等の金属成分の総
含有量が２００ｐｐｍ以下である低金属含有炭化珪素で
構成したことによって、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触
による摩耗粉が発生したとしても、その摩耗粉に含まれ
る金属成分は極く微量となる。
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、密封端面４２ｃ，４３
ｃの接触による摩耗粉の発生が少ない。また、第２密封
端面４３ｃの径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍ（より好
ましくは０．４〜０．７ｍｍ）として、密封端面４２
ｃ，４３ｃの接触面積をシール機能等に悪影響を及ぼさ
ない範囲で可及的に小さくしたことによって、密封端面
４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗粉の発生が更に少なく
なる。しかも、密封環４２，４３を鉄等の金属成分の総
含有量が２００ｐｐｍ以下である低金属含有炭化珪素で
構成したことによって、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触
による摩耗粉が発生したとしても、その摩耗粉に含まれ
る金属成分は極く微量となる。
【００５４】また、密封環４２，４３が炭化珪素製のも
のであり且つ第１及び第２スラリ流体通路部分５３，５
４が形成される第１ジョイント構成部材２１及び第２ジ
ョイント構成部材３１の蓋体３４が機械部品用プラスチ
ックで構成されていて、スラリ流体通路５１の接液面が
金属パーティクルを生じない材料で構成されていること
から、研磨液１０６がスラリ流体通路５１を流動する間
において、その接液面たる通路壁面から金属パーティク
ルが発生するようなことがない。
のであり且つ第１及び第２スラリ流体通路部分５３，５
４が形成される第１ジョイント構成部材２１及び第２ジ
ョイント構成部材３１の蓋体３４が機械部品用プラスチ
ックで構成されていて、スラリ流体通路５１の接液面が
金属パーティクルを生じない材料で構成されていること
から、研磨液１０６がスラリ流体通路５１を流動する間
において、その接液面たる通路壁面から金属パーティク
ルが発生するようなことがない。
【００５５】また、金属パーティクルが発生する材料で
構成されるスプリング部材４４及び係止ピン６４につい
ては、それらがスラリ流体通路５１外の非密封流体領域
Ｄに配置されていて、スラリ流体通路５１を流動する研
磨液１０６を金属汚染させる要因とはなり得ない。
構成されるスプリング部材４４及び係止ピン６４につい
ては、それらがスラリ流体通路５１外の非密封流体領域
Ｄに配置されていて、スラリ流体通路５１を流動する研
磨液１０６を金属汚染させる要因とはなり得ない。
【００５６】これらのことから、研磨液１０６は、シリ
コンウエハ１０９に悪影響を及ぼす程度にまで金属汚染
されるようなことがなく、スラリ流体通路５１から研磨
パッド１０４へと供給されて、ウエハ表面１０９ａを良
好に研磨することができる。
コンウエハ１０９に悪影響を及ぼす程度にまで金属汚染
されるようなことがなく、スラリ流体通路５１から研磨
パッド１０４へと供給されて、ウエハ表面１０９ａを良
好に研磨することができる。
【００５７】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５１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て、第２密封環４３に
は逆圧が作用することになるが、かかる場合にも、ジョ
イントシール４１のバランス比κが０≦κ≦０．６とさ
れていることから、密封環４２，４３によるシール機能
は適正に発揮される。
た如く、スラリ流体通路５１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て、第２密封環４３に
は逆圧が作用することになるが、かかる場合にも、ジョ
イントシール４１のバランス比κが０≦κ≦０．６とさ
れていることから、密封環４２，４３によるシール機能
は適正に発揮される。
【００５８】なお、第１及び第２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。
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。
【００５９】すなわち、スラリ流体用メカニカルシール
１における密封環４，５及びジョイントシール４１にお
ける密封環４２，４３は低金属含有炭化珪素（金属成分
の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素）で構成
したが、これらの密封環は、通常の炭化珪素の焼結体で
構成して、その密封端面のみを低金属含有炭化珪素で構
成しておく（例えば、低金属含有炭化珪素の化学蒸着層
でコーティングしておく）ようにしてもよい。また、ス
ラリ流体用メカニカルシール１又はスラリ流体用ロータ
リジョイント１０１は、図５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
流体を扱う各種回転機器にも当然に使用することができ
る。特に、砥粒等の固形成分，凝固性成分を含むスラリ
流体を扱う場合において好適に使用することができる。
１における密封環４，５及びジョイントシール４１にお
ける密封環４２，４３は低金属含有炭化珪素（金属成分
の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素）で構成
したが、これらの密封環は、通常の炭化珪素の焼結体で
構成して、その密封端面のみを低金属含有炭化珪素で構
成しておく（例えば、低金属含有炭化珪素の化学蒸着層
でコーティングしておく）ようにしてもよい。また、ス
ラリ流体用メカニカルシール１又はスラリ流体用ロータ
リジョイント１０１は、図５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
流体を扱う各種回転機器にも当然に使用することができ
る。特に、砥粒等の固形成分，凝固性成分を含むスラリ
流体を扱う場合において好適に使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、第１
発明のスラリ流体用メカニカルシールによれば、スラリ
流体の金属汚染を効果的に防止しつつ、良好な軸封機能
を発揮させることができる。また、第２発明のスラリ流
体用ロータリジョイントによれば、スラリ流体を、その
金属汚染を効果的に防止つつ、相対回転するジョイント
構成部材間で良好に流動させることができる。
発明のスラリ流体用メカニカルシールによれば、スラリ
流体の金属汚染を効果的に防止しつつ、良好な軸封機能
を発揮させることができる。また、第２発明のスラリ流
体用ロータリジョイントによれば、スラリ流体を、その
金属汚染を効果的に防止つつ、相対回転するジョイント
構成部材間で良好に流動させることができる。
【図１】第１発明のスラリ流体用メカニカルシールの実
施の形態を示す縦断側面図である。
施の形態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】第２発明のスラリ流体用ロータリジョイントの
実施の形態を示す縦断側面図である。
実施の形態を示す縦断側面図である。
【図４】図３の要部の拡大図である。
【図５】シリコンウエハの表面研磨装置を示す概略の側
面図である。
面図である。
１…スラリ流体用メカニカルシール、２…ポンプケーシ
ング（シールケーシング）、３…インペラ軸（回転
軸）、４，４２…第１密封環、４ａ，４２ｃ…第１密封
端面、５，４３…第２密封環、５ａ，４３ｃ…第２密封
端面、６，４４…スプリング部材、２１…第１ジョイン
ト構成部材、３１…第２ジョイント構成部材、４１…ジ
ョイントシール（スラリ流体用メカニカルシール）、５
１…スラリ流体通路、５２…密封環の内部空間、５３…
第１スラリ流体通路部分、５４…第２スラリ流体通路部
分、１０１…スラリ流体用ジョイントシール、１０６…
研磨液（スラリ流体）、Ａ，Ｃ…スラリ流体領域、Ｂ，
Ｄ…非密封流体領域。
ング（シールケーシング）、３…インペラ軸（回転
軸）、４，４２…第１密封環、４ａ，４２ｃ…第１密封
端面、５，４３…第２密封環、５ａ，４３ｃ…第２密封
端面、６，４４…スプリング部材、２１…第１ジョイン
ト構成部材、３１…第２ジョイント構成部材、４１…ジ
ョイントシール（スラリ流体用メカニカルシール）、５
１…スラリ流体通路、５２…密封環の内部空間、５３…
第１スラリ流体通路部分、５４…第２スラリ流体通路部
分、１０１…スラリ流体用ジョイントシール、１０６…
研磨液（スラリ流体）、Ａ，Ｃ…スラリ流体領域、Ｂ，
Ｄ…非密封流体領域。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年２月１日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【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３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１０
３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、研磨パット１０４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１
０３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、非回転側スラリ流体給
排路１０５に接続された研磨液ポンプ，研磨液供給源等
を有しており、研磨ポンプの吐出，吸込動作により研磨
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
をスラリ流体給排路１０５，１０８に給排させる給排機
構１０７と、を具備するものが提案されている。
ｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法によるシリ
コンウエハの表面研磨装置として、図３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１０
３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、研磨パット１０４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１
０３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、非回転側スラリ流体給
排路１０５に接続された研磨液ポンプ，研磨液供給源等
を有しており、研磨ポンプの吐出，吸込動作により研磨
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
をスラリ流体給排路１０５，１０８に給排させる給排機
構１０７と、を具備するものが提案されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１密封環と
これに同心対向状をなして軸線方向に移動可能な第２密
封環とを、第２密封環をスプリング部材により第１密封
環へと押圧附勢させた状態で相対回転させることによ
り、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接部
分において、その内周側領域であるスラリ流体領域とそ
の外周側領域である非密封流体領域とを遮蔽シールする
ように構成された端面接触形のメカニカルシールであっ
て、上記の目的を達成すべく、特に、次のように構成さ
れたスラリ流体用メカニカルシールを提案する。
これに同心対向状をなして軸線方向に移動可能な第２密
封環とを、第２密封環をスプリング部材により第１密封
環へと押圧附勢させた状態で相対回転させることによ
り、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接部
分において、その内周側領域であるスラリ流体領域とそ
の外周側領域である非密封流体領域とを遮蔽シールする
ように構成された端面接触形のメカニカルシールであっ
て、上記の目的を達成すべく、特に、次のように構成さ
れたスラリ流体用メカニカルシールを提案する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】すなわち、第２密封環を、円筒状の保持部
と保持部より大径の円環状をなして保持部の先端部に一
体形成された本体部とからなるものとし、第２密封環の
保持部の外径と密封端面の内外径とで特定されるバラン
ス比κが０≦κ≦０．６となるように構成して、密封環
に逆圧が作用した場合にも、シール機能（軸封機能）が
低下しないように工夫している。また、スラリ流体への
金属成分の混入を可及的に防止するために、前記スプリ
ング部材を、第２密封環の本体部を押圧する状態で、ス
ラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置すると共
に、第２密封環の本体部の先端部である密封端面形成部
分をその内外周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、
当該密封端面の径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍとな
し、両密封環を炭化珪素で構成し且つ両密封環の少なく
とも密封端面を金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下
である炭化珪素で構成してある。
と保持部より大径の円環状をなして保持部の先端部に一
体形成された本体部とからなるものとし、第２密封環の
保持部の外径と密封端面の内外径とで特定されるバラン
ス比κが０≦κ≦０．６となるように構成して、密封環
に逆圧が作用した場合にも、シール機能（軸封機能）が
低下しないように工夫している。また、スラリ流体への
金属成分の混入を可及的に防止するために、前記スプリ
ング部材を、第２密封環の本体部を押圧する状態で、ス
ラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置すると共
に、第２密封環の本体部の先端部である密封端面形成部
分をその内外周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、
当該密封端面の径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍとな
し、両密封環を炭化珪素で構成し且つ両密封環の少なく
とも密封端面を金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下
である炭化珪素で構成してある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１３】かかるスラリ流体用メカニカルシールにあ
っては、（ａ）前記密封端面の径方向幅ｗを０．４〜
０．７ｍｍとしておくこと、（ｂ）前記第２密封環の密
封端面形成部分の内外周面が、当該密封端面に対して１
０５〜１５０°の同一角度をなす円錐面とされているこ
と、（ｃ）少なくとも一方の密封環の密封端面を、炭化
珪素の化学蒸着層で構成しておくことが、好ましい。
っては、（ａ）前記密封端面の径方向幅ｗを０．４〜
０．７ｍｍとしておくこと、（ｂ）前記第２密封環の密
封端面形成部分の内外周面が、当該密封端面に対して１
０５〜１５０°の同一角度をなす円錐面とされているこ
と、（ｃ）少なくとも一方の密封環の密封端面を、炭化
珪素の化学蒸着層で構成しておくことが、好ましい。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】また、本発明は、上記の目的を達成すべ
く、特に、相対回転自在に連結された第１及び第２ジョ
イント構成部材間に、スラリ流体用メカニカルシール
（以下「ジョイントシール」という）及びこれによって
相対回転部分をシールされる一連のスラリ流体通路を設
けてなるスラリ流体用ロータリジョイントを提案する。
く、特に、相対回転自在に連結された第１及び第２ジョ
イント構成部材間に、スラリ流体用メカニカルシール
（以下「ジョイントシール」という）及びこれによって
相対回転部分をシールされる一連のスラリ流体通路を設
けてなるスラリ流体用ロータリジョイントを提案する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１５】ジョイントシールは、第１ジョイント構成
部材にその相対回転軸線と同心状をなして固定された第
１密封環と、第２ジョイント構成部材に第１密封環に同
心対向状をなして軸線方向に移動可能に保持された第２
密封環とを、第２密封環をスプリング部材により第１密
封環へと押圧附勢させた状態で、相対回転させることに
より、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接
部分において、その内周側領域であるスラリ流体領域と
その外周側領域で非密封流体領域とをシールするように
構成された端面接触形のメカニカルシールであって、第
２密封環が、第２ジョイント構成部材にその軸線方向に
移動可能に保持される円筒状の保持部と保持部より大径
の円環状をなして保持部の先端部に一体形成された本体
部とからなり、第２密封環の保持部の外径と密封端面の
内外径とで特定されるバランス比κが０≦κ≦０．６と
なるように構成されている。また、前記スプリング部材
を、第２密封環の本体部を押圧する状態で、スラリ流体
に接触しない非密封流体領域に配置すると共に、第２密
封環の本体部の先端部である密封端面形成部分をその内
外周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端
面の径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、更に、両
密封環を炭化珪素で構成し且つ両密封環の少なくとも密
封端面を金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である
炭化珪素で構成してある。なお、ジョイントシールは、
上記したスラリ流体用メカニカルシールと基本構成を同
一とするものであり、スラリ流体用メカニカルシールに
おけると同様に、上記（ａ）〜（ｃ）の如く構成してお
くことが好ましいものである。
部材にその相対回転軸線と同心状をなして固定された第
１密封環と、第２ジョイント構成部材に第１密封環に同
心対向状をなして軸線方向に移動可能に保持された第２
密封環とを、第２密封環をスプリング部材により第１密
封環へと押圧附勢させた状態で、相対回転させることに
より、両密封環の対向端面たる密封端面の相対回転摺接
部分において、その内周側領域であるスラリ流体領域と
その外周側領域で非密封流体領域とをシールするように
構成された端面接触形のメカニカルシールであって、第
２密封環が、第２ジョイント構成部材にその軸線方向に
移動可能に保持される円筒状の保持部と保持部より大径
の円環状をなして保持部の先端部に一体形成された本体
部とからなり、第２密封環の保持部の外径と密封端面の
内外径とで特定されるバランス比κが０≦κ≦０．６と
なるように構成されている。また、前記スプリング部材
を、第２密封環の本体部を押圧する状態で、スラリ流体
に接触しない非密封流体領域に配置すると共に、第２密
封環の本体部の先端部である密封端面形成部分をその内
外周面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端
面の径方向幅ｗを０．１〜０．８ｍｍとなし、更に、両
密封環を炭化珪素で構成し且つ両密封環の少なくとも密
封端面を金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である
炭化珪素で構成してある。なお、ジョイントシールは、
上記したスラリ流体用メカニカルシールと基本構成を同
一とするものであり、スラリ流体用メカニカルシールに
おけると同様に、上記（ａ）〜（ｃ）の如く構成してお
くことが好ましいものである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１６】また、本発明のスラリ流体用ロータリジョ
イントにおけるスラリ流体通路は、両密封環の内部空間
と第１及び第２ジョイント構成部材に当該内部空間に開
口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路部分と
で構成された一連のものであり、第１ジョイント構成部
材と第２ジョイント構成部材とが相対回転する状況下に
おいても、研磨液等のスラリ流体をジョイントシールに
よりシールさせた状態で流動させることができるもので
ある。
イントにおけるスラリ流体通路は、両密封環の内部空間
と第１及び第２ジョイント構成部材に当該内部空間に開
口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路部分と
で構成された一連のものであり、第１ジョイント構成部
材と第２ジョイント構成部材とが相対回転する状況下に
おいても、研磨液等のスラリ流体をジョイントシールに
よりシールさせた状態で流動させることができるもので
ある。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
及び図２に基づいて具体的に説明する。
及び図２に基づいて具体的に説明する。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１８】この実施の形態は、本発明を冒頭で述べた
図３に示した表面研磨装置に適用した例に係るものであ
り、特に、本発明を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とを相対回転自在に連通
接続させるロータリジョイント１０１に適用したもので
ある。なお、以下の説明においては、便宜上、上下とは
図１における上下を意味するものとする。
図３に示した表面研磨装置に適用した例に係るものであ
り、特に、本発明を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とを相対回転自在に連通
接続させるロータリジョイント１０１に適用したもので
ある。なお、以下の説明においては、便宜上、上下とは
図１における上下を意味するものとする。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】削除
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】削除
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】削除
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】削除
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】削除
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】削除
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】削除
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】削除
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】削除
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】削除
【手続補正２２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】削除
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】削除
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】削除
【手続補正２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】削除
【手続補正２６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】削除
【手続補正２７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】削除
【手続補正２８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】削除
【手続補正２９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】削除
【手続補正３０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３８】すなわち、このロータリジョイント１０１
は、図１及び図２に示す如く、研磨パッド１０４（図３
参照）に取付けられる第１ジョイント構成部材２１と、
パッド支持体１０３（図３参照）に取付けられる第２ジ
ョイント構成部材３１と、両ジョイント構成部材２１，
３１間に介装されたスラリ流体用メカニカルシールたる
ジョイントシール４１と、両ジョイント構成部材２１，
３１に形成された一連のスラリ流体通路５１とを具備す
る。
は、図１及び図２に示す如く、研磨パッド１０４（図３
参照）に取付けられる第１ジョイント構成部材２１と、
パッド支持体１０３（図３参照）に取付けられる第２ジ
ョイント構成部材３１と、両ジョイント構成部材２１，
３１間に介装されたスラリ流体用メカニカルシールたる
ジョイントシール４１と、両ジョイント構成部材２１，
３１に形成された一連のスラリ流体通路５１とを具備す
る。
【手続補正３１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３９】第２ジョイント構成部材３１は、図１に示
す如く、第１筒体３２と、第１筒体３２の下端部に連結
された第２筒体３３と、第１筒体３２の上端部にその開
口を閉塞すべく取着された蓋体３４とからなる。両筒体
３２，３３はステンレス鋼等の金属で構成されている。
蓋体３４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５４が形成されるため、金属パーテ
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。
す如く、第１筒体３２と、第１筒体３２の下端部に連結
された第２筒体３３と、第１筒体３２の上端部にその開
口を閉塞すべく取着された蓋体３４とからなる。両筒体
３２，３３はステンレス鋼等の金属で構成されている。
蓋体３４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５４が形成されるため、金属パーテ
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。
【手続補正３２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４０】第１ジョイント構成部材２１は、図１に示
す如く、上下方向に延びる円柱形状をなすものであり、
その下端近傍部と第２ジョイント構成部材３１の第２筒
体３３との間に介装したベアリング６１により、第２ジ
ョイント構成部材２１に回転自在に連結されている。す
なわち、両ジョイント構成部材２１，３１は、第１ジョ
イント構成部材２１の軸線を相対回転軸線として相対回
転自在に連結されている。第１ジョイント構成部材２１
の下端部には、研磨パッド１０４を取付けるための螺子
部２２が形成されると共に研磨パッド１０４とのシール
性を確保するためのＯリング２３が装着されている。第
１ジョイント構成部材２１は、後述する如く研磨液１０
６が流動する第１スラリ流体通路部分５３が形成される
ため、第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４と同様
に、金属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。
す如く、上下方向に延びる円柱形状をなすものであり、
その下端近傍部と第２ジョイント構成部材３１の第２筒
体３３との間に介装したベアリング６１により、第２ジ
ョイント構成部材２１に回転自在に連結されている。す
なわち、両ジョイント構成部材２１，３１は、第１ジョ
イント構成部材２１の軸線を相対回転軸線として相対回
転自在に連結されている。第１ジョイント構成部材２１
の下端部には、研磨パッド１０４を取付けるための螺子
部２２が形成されると共に研磨パッド１０４とのシール
性を確保するためのＯリング２３が装着されている。第
１ジョイント構成部材２１は、後述する如く研磨液１０
６が流動する第１スラリ流体通路部分５３が形成される
ため、第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４と同様
に、金属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。
【手続補正３３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４１】ジョイントシール４１は、図１及び図２に
示す如く、第１ジョイント構成部材２１に設けられた第
１密封環４２と、第２ジョイント構成部材３１に設けら
れた第２密封環４３と、第２密封環４３と第２ジョイン
ト構成部材３１との間に介装されたスプリング部材４４
とを具備するものであり、両密封環４２，４３の内周側
領域であるスラリ流体領域Ｃと外周側領域である非密封
流体領域Ｄとの間を両密封環４２，４３の相対回転摺接
作用によりシールするものである。
示す如く、第１ジョイント構成部材２１に設けられた第
１密封環４２と、第２ジョイント構成部材３１に設けら
れた第２密封環４３と、第２密封環４３と第２ジョイン
ト構成部材３１との間に介装されたスプリング部材４４
とを具備するものであり、両密封環４２，４３の内周側
領域であるスラリ流体領域Ｃと外周側領域である非密封
流体領域Ｄとの間を両密封環４２，４３の相対回転摺接
作用によりシールするものである。
【手続補正３４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４２】すなわち、第１密封環４２は、図１に示す
如く、円環状の本体部４２ａとその下端部に一体形成さ
れた円筒状の固定部４２ｂとからなる低金属含有炭化珪
素（鉄等の金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下であ
る炭化珪素）製のものであり、固定部４２ｂを第１ジョ
イント構成部材２１の上端部に外嵌させることにより、
第１ジョイント構成部材２１に同心状に固定されてい
る。本体部４２ａの上端面は、第１ジョイント構成部材
２１の軸線に直交する平滑面である第１密封端面４２ｃ
に構成されている。固定部４２ｂと第１ジョイント構成
部材２１との嵌合部分は、第１ジョイント構成部材２１
の外周部に保持させたＯリング６２により二次シールさ
れている。
如く、円環状の本体部４２ａとその下端部に一体形成さ
れた円筒状の固定部４２ｂとからなる低金属含有炭化珪
素（鉄等の金属成分の総含有量が２００ｐｐｍ以下であ
る炭化珪素）製のものであり、固定部４２ｂを第１ジョ
イント構成部材２１の上端部に外嵌させることにより、
第１ジョイント構成部材２１に同心状に固定されてい
る。本体部４２ａの上端面は、第１ジョイント構成部材
２１の軸線に直交する平滑面である第１密封端面４２ｃ
に構成されている。固定部４２ｂと第１ジョイント構成
部材２１との嵌合部分は、第１ジョイント構成部材２１
の外周部に保持させたＯリング６２により二次シールさ
れている。
【手続補正３５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４３】第２密封環４３は、図１及び図２に示す如
く、第１密封環４２と同様に低金属含有炭化珪素製のも
のであり、円環状の本体部４３ａとその上端部に一体形
成された円筒状の保持部４３ｂとからなり、保持部４３
ｂを第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４に設けた保
持孔３４ａに嵌合させることにより、第２ジョイント構
成部材３１に第１密封環４２と同心対向状をなして軸線
方向移動可能に保持されている。保持部４３ｂと保持孔
３４ａとの嵌合部分は、保持孔３４ａの内周部に保持さ
せたＯリング６３により二次シールされている。本体部
４３ａの外径は保持部４３ｂの外径ｄ0 より所定量大き
く設定されている。本体部４３ａの下端面は、ジョイン
ト構成部材２１，３１の相対回転軸線に直交する平滑面
であって、第１密封端面４２ｃにこれと同心の円環状を
なして接触する第２密封端面４３ｃに構成されている。
ところで、密封環４２，４３は研磨液１０６との接触に
より金属パーティクルを発生しない炭化珪素焼結体で構
成した場合にも、密封環４２，４３の接触により発生す
る摩耗粉には金属成分が含まれることになり、研磨液１
０６が金属汚染される虞れがあるが、両密封環４２，４
３の少なくとも密封端面４２ｃ，４３ｃを鉄等の金属成
分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素（低金
属含有炭化珪素）で構成しておくことによって、かかる
虞れを排除することができる。すなわち、密封環の構成
材として一般に使用される炭化珪素においては、冒頭で
も述べたように、鉄等の重金属がかなり含まれているた
め、密封環４２，４３の接触により発生した摩耗粉が混
入することにより、研磨液１０６が金属汚染されてシリ
コンウエハに悪影響を及ぼす虞れがある。しかし、両密
封環４２，４３の少なくとも密封端面４２ｃ，４３ｃを
低金属含有炭化珪素で構成しておけば、密封環４２，４
３の接触により発生した摩耗粉に含まれる金属成分が極
めて少ないことから、後述する如くｗ＝０．１〜０．８
ｍｍ（より好ましくは、ｗ＝０．４〜０．７ｍｍ）とし
て密封環４２，４３の接触による摩耗粉の発生を可及的
に抑制するようにしたこととも相俟って、密封環４２，
４３の接触による摩耗粉がシリコンウエハに悪影響を及
ぼす程度にまで研磨液１０６を金属汚染することがな
い。かかる効果が奏せられるためには、密封環４２，４
３全体を低金属含有炭化珪素で構成しておくか、密封端
面４２ｃ，４３ｃのみを低金属含有炭化珪素で構成して
おく（つまり密封端面４２ｃ，４３ｃに低金属含有炭化
珪素をコーティングさせておく）ことが必要である。か
かる点から、この例では、密封環４２，４３全体を、上
記した如く、低金属含有炭化珪素の焼結体で構成してあ
る。また、第２密封環４３の密封端面形成部分である下
端部分は、その内外周面を第２密封端面４３ｃに対して
所定角度θ3 ，θ4 をなす円錐面とする尖端形状に形成
されていて、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗが０．１
ｍｍ≦ｗ≦０．８ｍｍ（より好ましくは０．４ｍｍ≦ｗ
≦０．７ｍｍ）となるように構成してある。すなわち、
冒頭で述べた如く、密封端面４２ｃ，４３ｃ間にはスラ
リ流体たる研磨液１０６が侵入して、その含有固形分た
る砥粒が付着，堆積する虞れがあるが、第２密封端面４
３ｃの径方向幅ｗを小さくすることによって、砥粒が付
着した場合にも、これを削り取ることができ、砥粒の付
着，堆積を効果的に防止することができる。つまり、密
封端面４２ｃ，４３ｃに侵入，付着した砥粒を第２密封
端面４３ｃによって削り取る如くして排除する（この機
能を、以下「固形分排除機能」という）のである。ま
た、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗを小さくして、両
密封端面４２ｃ，４３ｃの接触面積を小さくしておくこ
とにより、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗を
効果的に抑制する（この機能を、以下「摩耗抑制機能」
という）ことができる。したがって、被密封流体が砥粒
を含む研磨液１０６であっても、密封端面４２ｃ，４３
ｃ間における砥粒の付着，堆積や摩耗粉の発生を効果的
に防止しつつ、良好なシール機能を発揮することができ
る。このような固形分排除機能及び摩耗抑制機能を効果
的に発揮させるためには、第２密封端面４３ｃの径方向
幅ｗを０．１〜０．８ｍｍに設定しておくことが必要で
ある。すなわち、ｗ＞０．８ｍｍであると、第２密封端
面４３ｃによる固形分排除機能が充分に発揮されない
し、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗を効果的
に防止できない。また、ｗ＜０．１ｍｍであると、第２
密封端面４３ｃの強度上の問題の他、第２密封端面４３
ｃによる削り取り力が過大となって、密封端面４２ｃ，
４３ｃ間に形成される潤滑膜（研磨液１０６による流体
膜）までも破壊され、密封端面４２ｃ，４３ｃが焼き付
く虞れがあると共に、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触圧
が必要以上に高くなるため密封端面４２ｃ，４３ｃの接
触による摩耗が効果的に抑制されず、摩耗粉の発生が多
くなる。このような密封端面幅ｗの上下限値は、シール
条件（密封すべきスラリ流体の性状，圧力等）によって
多少異なるが、かかるシール条件に拘わらず、潤滑膜の
破壊を確実に防止しつつ固形分排除機能及び摩耗防止効
果を充分に発揮させるためには、０．４ｍｍ≦ｗ≦０．
７ｍｍとしておくことがより好ましい。なお、第２密封
環４３の密封端面形成部分の内外周面の傾斜角度θ3 ，
θ4 は、当該密封端面形成部分の強度及び加工性等を考
慮して、１０５°≦θ3 ，θ4≦１５０°更にはθ3 ＝
θ4 としておくことが好ましい。
く、第１密封環４２と同様に低金属含有炭化珪素製のも
のであり、円環状の本体部４３ａとその上端部に一体形
成された円筒状の保持部４３ｂとからなり、保持部４３
ｂを第２ジョイント構成部材３１の蓋体３４に設けた保
持孔３４ａに嵌合させることにより、第２ジョイント構
成部材３１に第１密封環４２と同心対向状をなして軸線
方向移動可能に保持されている。保持部４３ｂと保持孔
３４ａとの嵌合部分は、保持孔３４ａの内周部に保持さ
せたＯリング６３により二次シールされている。本体部
４３ａの外径は保持部４３ｂの外径ｄ0 より所定量大き
く設定されている。本体部４３ａの下端面は、ジョイン
ト構成部材２１，３１の相対回転軸線に直交する平滑面
であって、第１密封端面４２ｃにこれと同心の円環状を
なして接触する第２密封端面４３ｃに構成されている。
ところで、密封環４２，４３は研磨液１０６との接触に
より金属パーティクルを発生しない炭化珪素焼結体で構
成した場合にも、密封環４２，４３の接触により発生す
る摩耗粉には金属成分が含まれることになり、研磨液１
０６が金属汚染される虞れがあるが、両密封環４２，４
３の少なくとも密封端面４２ｃ，４３ｃを鉄等の金属成
分の総含有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素（低金
属含有炭化珪素）で構成しておくことによって、かかる
虞れを排除することができる。すなわち、密封環の構成
材として一般に使用される炭化珪素においては、冒頭で
も述べたように、鉄等の重金属がかなり含まれているた
め、密封環４２，４３の接触により発生した摩耗粉が混
入することにより、研磨液１０６が金属汚染されてシリ
コンウエハに悪影響を及ぼす虞れがある。しかし、両密
封環４２，４３の少なくとも密封端面４２ｃ，４３ｃを
低金属含有炭化珪素で構成しておけば、密封環４２，４
３の接触により発生した摩耗粉に含まれる金属成分が極
めて少ないことから、後述する如くｗ＝０．１〜０．８
ｍｍ（より好ましくは、ｗ＝０．４〜０．７ｍｍ）とし
て密封環４２，４３の接触による摩耗粉の発生を可及的
に抑制するようにしたこととも相俟って、密封環４２，
４３の接触による摩耗粉がシリコンウエハに悪影響を及
ぼす程度にまで研磨液１０６を金属汚染することがな
い。かかる効果が奏せられるためには、密封環４２，４
３全体を低金属含有炭化珪素で構成しておくか、密封端
面４２ｃ，４３ｃのみを低金属含有炭化珪素で構成して
おく（つまり密封端面４２ｃ，４３ｃに低金属含有炭化
珪素をコーティングさせておく）ことが必要である。か
かる点から、この例では、密封環４２，４３全体を、上
記した如く、低金属含有炭化珪素の焼結体で構成してあ
る。また、第２密封環４３の密封端面形成部分である下
端部分は、その内外周面を第２密封端面４３ｃに対して
所定角度θ3 ，θ4 をなす円錐面とする尖端形状に形成
されていて、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗが０．１
ｍｍ≦ｗ≦０．８ｍｍ（より好ましくは０．４ｍｍ≦ｗ
≦０．７ｍｍ）となるように構成してある。すなわち、
冒頭で述べた如く、密封端面４２ｃ，４３ｃ間にはスラ
リ流体たる研磨液１０６が侵入して、その含有固形分た
る砥粒が付着，堆積する虞れがあるが、第２密封端面４
３ｃの径方向幅ｗを小さくすることによって、砥粒が付
着した場合にも、これを削り取ることができ、砥粒の付
着，堆積を効果的に防止することができる。つまり、密
封端面４２ｃ，４３ｃに侵入，付着した砥粒を第２密封
端面４３ｃによって削り取る如くして排除する（この機
能を、以下「固形分排除機能」という）のである。ま
た、第２密封端面４３ｃの径方向幅ｗを小さくして、両
密封端面４２ｃ，４３ｃの接触面積を小さくしておくこ
とにより、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗を
効果的に抑制する（この機能を、以下「摩耗抑制機能」
という）ことができる。したがって、被密封流体が砥粒
を含む研磨液１０６であっても、密封端面４２ｃ，４３
ｃ間における砥粒の付着，堆積や摩耗粉の発生を効果的
に防止しつつ、良好なシール機能を発揮することができ
る。このような固形分排除機能及び摩耗抑制機能を効果
的に発揮させるためには、第２密封端面４３ｃの径方向
幅ｗを０．１〜０．８ｍｍに設定しておくことが必要で
ある。すなわち、ｗ＞０．８ｍｍであると、第２密封端
面４３ｃによる固形分排除機能が充分に発揮されない
し、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触による摩耗を効果的
に防止できない。また、ｗ＜０．１ｍｍであると、第２
密封端面４３ｃの強度上の問題の他、第２密封端面４３
ｃによる削り取り力が過大となって、密封端面４２ｃ，
４３ｃ間に形成される潤滑膜（研磨液１０６による流体
膜）までも破壊され、密封端面４２ｃ，４３ｃが焼き付
く虞れがあると共に、密封端面４２ｃ，４３ｃの接触圧
が必要以上に高くなるため密封端面４２ｃ，４３ｃの接
触による摩耗が効果的に抑制されず、摩耗粉の発生が多
くなる。このような密封端面幅ｗの上下限値は、シール
条件（密封すべきスラリ流体の性状，圧力等）によって
多少異なるが、かかるシール条件に拘わらず、潤滑膜の
破壊を確実に防止しつつ固形分排除機能及び摩耗防止効
果を充分に発揮させるためには、０．４ｍｍ≦ｗ≦０．
７ｍｍとしておくことがより好ましい。なお、第２密封
環４３の密封端面形成部分の内外周面の傾斜角度θ3 ，
θ4 は、当該密封端面形成部分の強度及び加工性等を考
慮して、１０５°≦θ3 ，θ4≦１５０°更にはθ3 ＝
θ4 としておくことが好ましい。
【手続補正３６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４４】スプリング部材４４は、図１及び図２に示
す如く、第２密封環４３の保持部４３ｂの外周側に配し
て本体部４３ａの上端部とこれに対向する第２ジョイン
ト構成部材３１の蓋体３４の下端部との間に介装された
複数の金属製のコイルスプリング（一のみ図示）からな
り、第２密封環４３を、両密封端面４２ｃ，４３ｃが相
互に押圧接触せしめられるべく、第１密封環４２へと押
圧附勢するものである。なお、第２ジョイント構成部材
３１の蓋体３４の下端部に、第２密封環４３の保持部４
３ｂの外周側に配して、一又は複数の金属製の係止ピン
６４を下方に向けて突設すると共に、第２密封環４３の
本体部４３ａの外周部に一又は複数の係合凹部６５を形
成して、係止ピン６４を係合凹部６５に係合させること
により、第２密封環４３を第２ジョイント構成部材３１
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
保持してある。
す如く、第２密封環４３の保持部４３ｂの外周側に配し
て本体部４３ａの上端部とこれに対向する第２ジョイン
ト構成部材３１の蓋体３４の下端部との間に介装された
複数の金属製のコイルスプリング（一のみ図示）からな
り、第２密封環４３を、両密封端面４２ｃ，４３ｃが相
互に押圧接触せしめられるべく、第１密封環４２へと押
圧附勢するものである。なお、第２ジョイント構成部材
３１の蓋体３４の下端部に、第２密封環４３の保持部４
３ｂの外周側に配して、一又は複数の金属製の係止ピン
６４を下方に向けて突設すると共に、第２密封環４３の
本体部４３ａの外周部に一又は複数の係合凹部６５を形
成して、係止ピン６４を係合凹部６５に係合させること
により、第２密封環４３を第２ジョイント構成部材３１
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
保持してある。
【手続補正３７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４５】このようなジョイントシール４１において
は、バランス比κが第２密封端面４３ｃの内外径ｄ1 ，
ｄ2 と第２密封環４３の保持部４３ｂの外径ｄ0 とで特
定され、κ＝（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／（（ｄ2 ）
2 −（ｄ1 ）2 ）で与えられるが、スラリ流体領域Ｃで
あるスラリ流体通路５１内が負圧モード（研磨液ポンプ
を吐出動作から吸引動作に切り換えられた場合）になる
等の圧力変動条件下においても密封端面４２ｃ，４３ｃ
が適正に接触されるように、（ｄ2 −ｄ1 ）／２（＝
ｗ）が０．１〜０．８ｍｍ（より好ましくは０．４〜
０．７ｍｍ）となることを条件として、各径ｄ0 ，
ｄ1 ，ｄ2 を０≦κ≦０．６となるように設定してあ
る。
は、バランス比κが第２密封端面４３ｃの内外径ｄ1 ，
ｄ2 と第２密封環４３の保持部４３ｂの外径ｄ0 とで特
定され、κ＝（（ｄ0 ）2 −（ｄ1 ）2 ）／（（ｄ2 ）
2 −（ｄ1 ）2 ）で与えられるが、スラリ流体領域Ｃで
あるスラリ流体通路５１内が負圧モード（研磨液ポンプ
を吐出動作から吸引動作に切り換えられた場合）になる
等の圧力変動条件下においても密封端面４２ｃ，４３ｃ
が適正に接触されるように、（ｄ2 −ｄ1 ）／２（＝
ｗ）が０．１〜０．８ｍｍ（より好ましくは０．４〜
０．７ｍｍ）となることを条件として、各径ｄ0 ，
ｄ1 ，ｄ2 を０≦κ≦０．６となるように設定してあ
る。
【手続補正３８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４６】また、ジョイントシール４１においては、
密封環４２，４３を冷却する手段を設けて、スラリ流体
通路５１内がドライモードになった場合においても密封
端面４２ｃ，４３ｃの焼き付きを確実に防止できるよう
に工夫されている。
密封環４２，４３を冷却する手段を設けて、スラリ流体
通路５１内がドライモードになった場合においても密封
端面４２ｃ，４３ｃの焼き付きを確実に防止できるよう
に工夫されている。
【手続補正３９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４８】スラリー流体通路５１は、図１及び図２に
示す如く、両密封環４２，４３の内部空間５２と第１及
び第２ジョイント構成部材２１，３１に当該内部空間５
２に開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路
部分５３，５４とで構成された一連のものであり、内部
領域を被密封流体たる研磨液１０６が流動するスラリ流
体領域Ｃとなすものである。第１スラリ流体通路部分５
３は第１ジョイント構成部材２１を上下方向に貫通する
ものであり、その一端部は第１密封環４２の内周部に開
口されており、その他端部は研磨パッド１０４に形成さ
れた回転側スラリ流体給排路１０８に連通接続される。
第２スラリ流体通路部分５４は第１ジョイント構成部材
３１の蓋体３４をＬ字状に貫通するものであり、その一
端部は保持孔３４ａに保持された第２密封環４３の内周
部に開口されており、その他端部はパッド支持体１０３
に形成された非回転側スラリ流体給排路１０５に連通接
続される。
示す如く、両密封環４２，４３の内部空間５２と第１及
び第２ジョイント構成部材２１，３１に当該内部空間５
２に開口すべく形成された第１及び第２スラリ流体通路
部分５３，５４とで構成された一連のものであり、内部
領域を被密封流体たる研磨液１０６が流動するスラリ流
体領域Ｃとなすものである。第１スラリ流体通路部分５
３は第１ジョイント構成部材２１を上下方向に貫通する
ものであり、その一端部は第１密封環４２の内周部に開
口されており、その他端部は研磨パッド１０４に形成さ
れた回転側スラリ流体給排路１０８に連通接続される。
第２スラリ流体通路部分５４は第１ジョイント構成部材
３１の蓋体３４をＬ字状に貫通するものであり、その一
端部は保持孔３４ａに保持された第２密封環４３の内周
部に開口されており、その他端部はパッド支持体１０３
に形成された非回転側スラリ流体給排路１０５に連通接
続される。
【手続補正４０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００４９】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３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。
ト１０１によれば、これを図３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。
【手続補正４１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５８】なお、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。
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。
【手続補正４２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００５９】すなわち、スラリ流体用メカニカルシール
たるジョイントシール４１における密封環４２，４３は
低金属含有炭化珪素（金属成分の総含有量が２００ｐｐ
ｍ以下である炭化珪素）で構成したが、これらの密封環
は、通常の炭化珪素の焼結体で構成して、その密封端面
のみを低金属含有炭化珪素で構成しておく（例えば、低
金属含有炭化珪素の化学蒸着層でコーティングしてお
く）ようにしてもよい。また、スラリ流体用メカニカル
シール又はスラリ流体用ロータリジョイントは、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回転機器にも当
然に使用することができる。特に、砥粒等の固形成分，
凝固性成分を含むスラリ流体を扱う場合において好適に
使用することができる。
たるジョイントシール４１における密封環４２，４３は
低金属含有炭化珪素（金属成分の総含有量が２００ｐｐ
ｍ以下である炭化珪素）で構成したが、これらの密封環
は、通常の炭化珪素の焼結体で構成して、その密封端面
のみを低金属含有炭化珪素で構成しておく（例えば、低
金属含有炭化珪素の化学蒸着層でコーティングしてお
く）ようにしてもよい。また、スラリ流体用メカニカル
シール又はスラリ流体用ロータリジョイントは、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回転機器にも当
然に使用することができる。特に、砥粒等の固形成分，
凝固性成分を含むスラリ流体を扱う場合において好適に
使用することができる。
【手続補正４３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００６０】
【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明のスラリ流体用メカニカルシールによれば、スラリ流
体の金属汚染を効果的に防止しつつ、良好な軸封機能を
発揮させることができる。また、本発明のスラリ流体用
ロータリジョイントによれば、スラリ流体を、その金属
汚染を効果的に防止つつ、相対回転するジョイント構成
部材間で良好に流動させることができる。
明のスラリ流体用メカニカルシールによれば、スラリ流
体の金属汚染を効果的に防止しつつ、良好な軸封機能を
発揮させることができる。また、本発明のスラリ流体用
ロータリジョイントによれば、スラリ流体を、その金属
汚染を効果的に防止つつ、相対回転するジョイント構成
部材間で良好に流動させることができる。
【手続補正４４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスラリ流体用ロータリジョイントの実
施の形態を示す縦断側面図である。
施の形態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】シリコンウエハの表面研磨装置を示す概略の側
面図である。
面図である。
【符号の説明】４ ２…第１密封環、４２ｃ…第１密封端面（第１密封環
の密封端面）、４３…第２密封環、４３ａ…本体部、４
３ｂ…保持部、４３ｃ…第２密封端面（第２密封環の密
封端面）、４４…スプリング部材、２１…第１ジョイン
ト構成部材、３１…第２ジョイント構成部材、４１…ジ
ョイントシール（スラリ流体用メカニカルシール）、５
１…スラリ流体通路、５２…密封環の内部空間、５３…
第１スラリ流体通路部分、５４…第２スラリ流体通路部
分、１０１…スラリ流体用ジョイントシール、１０６…
研磨液（スラリ流体）、Ｃ…スラリ流体領域、Ｄ…非密
封流体領域。
の密封端面）、４３…第２密封環、４３ａ…本体部、４
３ｂ…保持部、４３ｃ…第２密封端面（第２密封環の密
封端面）、４４…スプリング部材、２１…第１ジョイン
ト構成部材、３１…第２ジョイント構成部材、４１…ジ
ョイントシール（スラリ流体用メカニカルシール）、５
１…スラリ流体通路、５２…密封環の内部空間、５３…
第１スラリ流体通路部分、５４…第２スラリ流体通路部
分、１０１…スラリ流体用ジョイントシール、１０６…
研磨液（スラリ流体）、Ｃ…スラリ流体領域、Ｄ…非密
封流体領域。
【手続補正４５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正４６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正４７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正４８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】削除
【手続補正４９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】削除
Claims (6)
- 【請求項１】 第１密封環とこれに同心対向状をなして
軸線方向に移動可能な第２密封環とを、第２密封環をス
プリング部材により第１密封環へと押圧附勢させた状態
で相対回転させることにより、両密封環の対向端面たる
密封端面の相対回転摺接部分において、その内外周側領
域の一方であるスラリ流体領域とその他方である非密封
流体領域とを遮蔽シールするように構成された端面接触
形のメカニカルシールであって、 バランス比Κが０≦Κ≦０．６となるように構成されて
おり、 前記スプリング部材をスラリ流体に接触しない非密封流
体領域に配置すると共に、 一方の密封環の密封端面形成部分をその内外周面が円錐
面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面の径方向幅
を０．１〜０．８ｍｍとなし、 且つ両密封環の少なくとも密封端面を、金属成分の総含
有量が２００ｐｐｍ以下である炭化珪素で構成したこと
を特徴とするスラリ流体用メカニカルシール。 - 【請求項２】 前記密封端面の径方向幅を０．４〜０．
７ｍｍとしたことを特徴とする、請求項１に記載するス
ラリ流体用メカニカルシール。 - 【請求項３】 前記一方の密封環の密封端面形成部分の
内外周面が、当該密封端面に対して１０５〜１５０°の
同一角度をなす円錐面とされていることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載するスラリ流体用メカニカ
ルシール。 - 【請求項４】 両密封環が炭化珪素で構成されているこ
とを特徴とする、請求項１、請求項２又は請求項３に記
載するスラリ流体用メカニカルシール。 - 【請求項５】 少なくとも一方の密封環の密封端面が、
炭化珪素の化学蒸着層で構成されていることを特徴とす
る、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載
するスラリ流体用メカニカルシール。 - 【請求項６】 相対回転自在に連結された第１及び第２
ジョイント構成部材と、 第１ジョイント構成部材にその相対回転軸線と同心状を
なして固定された第１密封環と、第２ジョイント構成部
材に第１密封環と同心対向状をなしてその軸線方向に移
動可能に保持された第２密封環とを、第２密封環をスプ
リング部材により第１密封環へと押圧附勢させた状態で
相対回転させることにより、両密封環の対向端面たる密
封端面の相対回転摺接部分において、その内周側領域で
あるスラリ流体領域とその外周側領域である非密封流体
領域とを遮蔽シールするように構成された端面接触形の
メカニカルシールであって、バランス比κが０≦κ≦
０．６となるように構成されており、前記スプリング部
材をスラリ流体に接触しない非密封流体領域に配置する
と共に、一方の密封環の密封端面形成部分をその内外周
面が円錐面をなす尖端形状に形成して、当該密封端面の
径方向幅を０．１〜０．８ｍｍとなし、且つ両密封環の
少なくとも密封端面を、金属成分の総含有量が２００ｐ
ｐｍ以下である炭化珪素で構成してあるスラリ流体用メ
カニカルシールと、 両密封環の内部空間と第１及び第２ジョイント構成部材
に当該内部空間に開口すべく形成された第１及び第２ス
ラリ流体通路部分とで構成された一連のスラリ流体通路
と、 を具備することを特徴とするスラリ流体用ロータリジョ
イント。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035688A JP2918874B1 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | スラリ流体用メカニカルシール及びロータリジョイント |
| PCT/JP1998/005394 WO1999042748A1 (fr) | 1998-02-18 | 1998-11-30 | Joint rotatif |
| EP98956003A EP0981000B1 (en) | 1998-02-18 | 1998-11-30 | Rotary joint |
| DE69825266T DE69825266T2 (de) | 1998-02-18 | 1998-11-30 | Drehkupplung |
| US09/403,200 US6412822B1 (en) | 1998-02-18 | 1998-11-30 | Rotary joint |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10035688A JP2918874B1 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | スラリ流体用メカニカルシール及びロータリジョイント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2918874B1 JP2918874B1 (ja) | 1999-07-12 |
| JPH11230366A true JPH11230366A (ja) | 1999-08-27 |
Family
ID=12448849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10035688A Expired - Fee Related JP2918874B1 (ja) | 1998-02-18 | 1998-02-18 | スラリ流体用メカニカルシール及びロータリジョイント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2918874B1 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004225725A (ja) * | 2003-01-20 | 2004-08-12 | Eagle Ind Co Ltd | 摺動部品 |
| JP2006322614A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Deublin Co | マルチ媒体回転ユニオン |
| JP2010101361A (ja) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Rix Corp | ロータリジョイント |
| JP2010270834A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Nippon Pillar Packing Co Ltd | スラリ流体用ロータリジョイント |
| CN103807588A (zh) * | 2012-11-05 | 2014-05-21 | 协易机械工业股份有限公司 | 回转体油路导引装置 |
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