JPH112335A

JPH112335A - 液体シール装置、該液体シール装置を用いた半導体ウエハの研磨装置及び洗浄装置

Info

Publication number: JPH112335A
Application number: JP16952197A
Authority: JP
Inventors: Masao Yoshida; 正夫吉田; Koji Ato; 浩司阿藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1997-06-10
Filing date: 1997-06-10
Publication date: 1999-01-06

Abstract

(57)【要約】【課題】水等の反応性のない液体を使用することによ
り、耐薬品性に優れ、摩耗による粉塵の発生がなく、気
体、液滴、粉塵等の移動を完全に遮断でき、特に半導体
製造装置等粉塵の発生を嫌い、各種の薬液を使用する環
境で使用するシール装置として優れた効果を発揮する液
体シール装置を提供すること。【解決手段】固定体３に対向して配置されたターンテ
ーブル１等の回転体又は移動体との隙間を密封するため
の液体シール装置であって、固定体３の隙間に対向する
面に水等の液体を蓄える溝６等の液体溜部を設け、該液
体溜部を水Ｑ等で満たすと共に、オーバーフローさせ、
該液体溜部を満した液体で固定体３と回転体又は移動体
の間の隙間を密封する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は固定体に対向して配
置された回転体又は移動体との隙間を液体を用いて密封
する液体シール装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、固定体と該固定体に対向して配置
された回転体との間の隙間を密封するシール装置には、
接触型と非接触型がある。接触型のシール装置として
は、図５に示すような構造のものがある。該シール装置
は回転体１００の固定体１０１に対向する面にＶパッキ
ン１０２を設け、該Ｖパッキン１０２で回転体１００と
固定体１０１の隙間を密封する構造、即ち図中のＡ側か
ら固定体１０１と回転体１００の間隙Ｂに気体や液体等
の流体が流れ込（又はその逆）まないように密封する構
造である。

【０００３】また、非接触型のシール装置としては、図
６乃至図８に示すような構造のものがある。図６に示す
シール装置はラビリンスシールと呼ばれるもので、固定
体１０１と回転体１００の対向面にそれぞれ同心円状の
溝１０４、１０３を設け、Ａ側からＢ側へ（又はその
逆）流れようとする液体を阻止密封するものである。

【０００４】また、図７に示すシール装置はドライタイ
プのシール装置で、回転体１００と固定体１０１の間隙
Δｔ内にシール材として気体が納めてあり、回転体１０
０は固定体１０１に対して、回転軸の回りに回転、軸方
向Ａ−Ｂにスライドしても、該気体は流れにくい。これ
は回転体１００と固定体１０１の間の間隙Δｔを例えば
サブミクロン〜約２μｍに形成していて、気体が該間隙
Δｔ内を流れる際の管路抵抗が非常に大きく、回転体１
００と固定体１０１が相対運動をしても、該気体は流れ
にくくなるためで、これによりシール作用をさせる。

【０００５】また、図８に示すシール装置はウエットタ
イプのシール装置で、回転体１００と固定体１０１の間
隙Δｔ内にシール材としてオイル１０５等の液体が納め
てあり、図７のドライタイプのシール装置に比べて回転
体１００と固定体１０１の間の間隙Δｔを広め（数μ
ｍ）に取っても、該液体はシール性を保ちつつ回転体１
００と固定体１０１は相対運動できる。これは液体自体
が気体に比べ粘性が高いので、間隙Δｔ内に納めた液体
の管路抵抗を図７のドライタイプのシール装置に比べて
多少小さくしても、回転体１００と固定体１０１が相対
運動した時、液体は間隙Δｔ内で流れにくく、液体によ
るシールが可能となる。また、図８では回転体１００の
回転軸と同心の溝１０６を複数設けてあり、該溝１０６
にオイル１０５がトラップされるので必要以上にオイル
１０５が流出するのを防止できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す接触型のシ
ール装置はＶパッキン１０２を使用するため、回転体１
００の回転による固定体１０１との摺動により、摩耗劣
化しシール力が低下するという問題がある。また、摩耗
による粉塵が発生し、粉塵の発生を嫌う例えば半導体製
造設備等においては好ましいものではない。また、腐食
性の強い薬品を使用する環境ではゴム製のＶパッキン１
０２が薬品におかされ劣化し、シール力が低下するとい
う問題もある。

【０００７】また、図６に示す非接触型のシール装置
は、液体に対しては有効であるが、気体に対してはシー
ル性が無く、揮発性の薬品を使用する環境においては、
気化した薬品に対してシール作用は期待できない。ま
た、Ａ側のパーティクルがＢ側に移動（又はその逆）す
るという問題もある。また、図７及び図８に示す非接触
型のシール装置は回転体１００と固定体１０１の間隙Δ
ｔが数ミクロンと小さく、高い加工精度が要求され、使
用できる場所が制限されるという問題があった。

【０００８】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、水等の反応性のない液体を使用することにより、耐
薬品性に優れ、摩耗による粉塵の発生がなく、気体、液
滴、粉塵等の移動を完全に遮断でき、特に半導体製造装
置等粉塵の発生を嫌い、各種の薬液を使用する環境で使
用するシール装置として優れた効果を発揮する液体シー
ル装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
請求項１に記載の発明は、固定体に対向して配置された
回転体又は移動体との隙間を密封するための液体シール
装置であって、固定体の隙間に対向する面に液体を蓄え
る液体溜部を設け、該液体溜部を液体で満たすと共に、
該液体をオーバーフローさせ、該液体溜部を満した液体
で固定体と回転体又は移動体の間の隙間を密封すること
を特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は請求項１に
記載の液体シール装置において、固定体と回転体又は移
動体の間の隙間を挟む両側領域の圧力に圧力差を設け、
一方の側から他方の側への液滴やミスト等の浸入を阻止
することを特徴とする。

【００１１】また、請求項３に記載の発明は、半導体ウ
エハの研磨装置において、固定体に対向して配置された
回転体又は移動体との隙間を密封する手段として、請求
項１又は２に記載の液体シール装置を用いたことを特徴
とする。

【００１２】また、請求項４に記載の発明は、半導体ウ
エハの洗浄装置において、固定体に対向して配置された
回転体又は移動体との隙間を密封する手段として、請求
項１又は２に記載の液体シール装置を用いたことを特徴
とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面に基づいて説明する。本実施形態は半導体製造設備に
用いるポリッシング装置のシール装置を例に説明する。
図１はポリッシング装置のターンテーブルの回転軸のシ
ール材として水を用いる液体シール装置の構造を示す図
である。同図において、１は上面に研磨クロスＺを張付
けたターンテーブルであり、該ターンテーブル１の下方
に回転軸２が設けられ、該回転軸２は図示しない減速機
構やモータ等を具備する駆動装置により回転されるよう
になっている。また、回転軸２は固定体３と間隙Ｂを設
けて配置され、図示しない軸受により回転自在に支持さ
れている。ターンテーブル１の下面と固定体３の上面の
間隙に本発明の液体シール部Ｄが配置されている。

【００１４】液体シール部Ｄは図示するように、固定体
３の前記ターンテーブル１の下面と対向する面にはリン
グ状の突起部４、５を設けてなるリング状の溝６を設け
ると共に、ターンテーブル１の下面の該溝６に挿入され
る位置にリング状の突起部７を設け、更に溝６の外側の
位置にリング状の突起部８を設けた構造である。突起部
４の高さ寸法は突起部５の高さ寸法より所定量大きくな
っており、更に溝６に水を供給するための給水孔９が設
けられている。また、突起部４及び突起部５の頂部はタ
ーンテーブル１の下面に接触しないように該下面との間
に所定の間隙が設けられ非接触となっている。また、突
起部７及び突起部８の下端も固定体３の上面に接触しな
いように該上面との間に所定の間隙が設けられ非接触と
なっている。

【００１５】上記構造の液体シール部Ｄにおいて、給水
孔９から溝６に水（純水）Ｑを供給し、該溝６を満たす
と共に、突起部５の頂部を越えて水が少しずつオーバー
フローするように供給する。ターンテーブル１の下面に
設けた突起部７の下端はこの溝６を満たす水Ｑの中に位
置（浸漬）する。これにより、Ａ側（ターンテーブルの
外側）から間隙Ｂに流れ込もうとする気体、流体、ミス
トは溝６を満たす水Ｑにより阻止されることになる。

【００１６】半導体ウエハの表面を研磨するポリッシン
グ装置においては、研磨に際して腐食性の強く、且つ揮
発性の薬液を使用する場合がある。この薬液が気化し、
ターンテーブル１の下部から回転軸２と固定体３との間
の間隙Ｂに浸入すると、該間隙Ｂの下方に設置されてい
る減速装置やモータ等に悪影響を及ぼすことがあるが、
上記のように溝６に水Ｑを満たしておくことにより、該
水Ｑ中に薬液が気化した気体や薬液の液滴、ミスト等は
完全に水Ｑにより阻止され、間隙Ｂに浸入しない。ま
た、薬液のミストや液滴が水Ｑの中に溶けても、水Ｑは
常時供給されオーバーフローされていくので、水Ｑの薬
品濃度が時間の経過に伴い上昇することもない。

【００１７】また、Ａ側より、液体の噴流が液体シール
部Ｄに流れ込んでも、溝６を満たす水Ｑにより、その流
速が吸収され、間隙Ｂにまで流れ込まない。また、この
ように溝６を水Ｑで満たすことにより、該水Ｑが蒸発
し、その蒸気が間隙Ｂに流れ込むことが心配されるが、
この対策としては間隙Ｂ内をＡ側より若干高圧に、例え
ば図示しない排気手段によりＡ側をＢ側より負圧にした
り、図示しない加圧手段により加圧された気体をＢ側か
ら供給することにより、該蒸気の間隙Ｂへの進入を阻止
できる。

【００１８】図２は本発明の液体シール装置を半導体ウ
エハの洗浄装置に用いる半導体ウエハの回転機構に用い
る例を示す図で、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断
面図である。本回転機構は半導体ウエハＷをその外周に
配置される複数（図では６個）のコマ１０で挟持し、該
コマ１０の回転により、半導体ウエハＷを回転するよう
になっている。そして半導体ウエハＷを回転した状態
で、例えば図示しない超純水や高純度の薬液等の洗浄液
を半導体ウエハＷの表面に噴射し、ブラシ等でブラッシ
ングすることにより、半導体ウエハＷの表面を洗浄でき
る。

【００１９】前記コマ１０はスピンドル１１の回転軸１
２の上部に固定され、回転軸１２は軸受１３により固定
体１４に回転自在に支持され、図示しないモータ等を具
備する駆動機構で回転できるようになっている。スピン
ドル１１は上側カバー１５と下側カバー１６で覆われ、
外部の洗浄液の液滴やミスト等が内部に浸入しスピンド
ル１１が腐食したりするのを保護している。上側カバー
１５と回転軸１２の上部には後に詳述する構造のシール
部１７が設けられ、回転軸１２と固定体１４との間隙Ｃ
は外部と遮断（密封）されている。

【００２０】下側カバー１６の上部外周に水（純水）Ｑ
を蓄える溝部１８を設け、該溝部１８内に給水孔１９か
ら水を供給するようになっている。上側カバー１５の下
端は溝部１８内に水Ｑを満たした状態で該水Ｑ中に位置
するようにその寸法及び配置を設計する。また、下側カ
バー１６は図示しない基部に固定され、上側カバー１５
はスピンドル１１に固定されており、スピンドル１１は
該スピンドル１１と係合するコマ１０で半導体ウエハＷ
の挟持及び取り出しを行うために、矢印Ｅ方向に所定寸
法往復動できるように構成されているから、その往復動
に伴って上側カバー１５も同量移動するようになってい
る。溝部１８の幅寸法は下側カバー１６の上記往復動を
許容できる寸法とする。

【００２１】上記溝部１８内に給水孔１９から水（純
水）を供給し、少量ずつオーバーフローするように供給
し続けることにより、上側カバー１５と下側カバー１６
に囲まれた空間は溝部１８に収容された水Ｑにより密封
されることになり、外部からの洗浄液の液滴やミスト等
が内部に浸入しない。即ち、溝部１８内に給水孔１９か
ら水を供給し上側カバー１５の下端が水Ｑの中に位置す
ることにより、液体シール部Ｄを構成することになる。

【００２２】図３はシール部１７の詳細構造を示す図で
ある。シール部１７は図示するように、上側カバー１５
の頂部に環状の溝部１７−１を設け、給水孔１７−２か
ら該溝部１７−１内に水Ｑをオーバーフローさせながら
供給する。そしてオーバーフローした水Ｑは下側カバー
１６の上部外周に設けた溝部１８に流れ込み、該溝部１
８をオーバーフローして流下する。コマ１０の下端は該
溝部１７−１内の水Ｑに浸漬しており、前記コマ１０の
内部は溝部１７−１に収容された水Ｑにより密封され
て、外部からの洗浄液の液滴やミスト等がコマ１０の内
部に浸入しない。本実施の形態例では下部の液体シール
部Ｄでのシールを図示する通り、上部のシール部１７か
らのオーバーフローさせた水Ｑ及び給水孔１９からの給
水を併用させて行っている。

【００２３】図４はシール部１７の他の詳細構造を示す
図である。シール部１７は図示するように上側カバー１
５の頂部に環状の溝部１７−１を設け、給水パイプ１７
−３から該溝部１７−１内に水Ｑをオーバーフローさせ
ながら供給する。そしてオーバーフローした水Ｑは下側
カバー１６の上部外周に設けた溝部１８に流れ込み、該
溝部１８をオーバーフローして流下する。本実施の形態
例では図示する通り、水Ｑのみにより上部のシール部１
７及び下部の液体シール部Ｄのシールを行っている。ま
た、コマ１０の下端は該溝部１７−１内の水Ｑに浸漬し
ている点は図３の場合と同様である。

【００２４】なお、上記半導体ウエハの回転機構におい
て、シール部１７に液体シール装置を用いる例を示した
が、このシール部１７には例えば通常のメカニカルシー
ルを用いてもよい。

【００２５】上記実施形態では半導体製造設備に用いら
れるポリッシング装置の回転体と固定体の間の隙間又は
移動体と固定体の間の隙間を密封する水をシール材とす
る液体シール装置を例に説明したが、本液体シール装置
はこれに限定されるものではなく、固定体と回転体又は
移動体との隙間を密封するためのシール装置として、多
くの分野に利用できる。特に、水に溶解する腐食性及び
揮発性の薬液を使用する環境で、該薬液の液滴やミスト
の浸入を嫌う部分に該水シール装置を用いると好適であ
る。即ち、薬液の液滴やミストが水シール装置の水溜部
の水に溶解しても、該水を少量ずつオーバーフローさせ
ることにより、該水溜部の水は常に入れ替わり薬液濃度
は高くなることがないから、内部に薬液成分が浸入する
ことはない。

【００２６】上記実施形態例において、液体シール装置
のシール材として、水、特にクリーン度が要求される半
導体製造においては超純水を使用するのが好ましいが、
半導体ウエハＷやシール装置に有害とならない液体であ
れば、どのような液体であっても構わない。また、非常
に腐食性の強い薬液及びその気化したガスがシール装置
に浸入する場合は、その腐食性の度合いに応じてシール
装置の腐食防止のためシール装置の接液及び接ガス部分
にフッ素樹脂等の耐食性のある合成樹脂をコーティング
しても良いし、不動態処理による腐食防止被膜を形成し
ても良い。

【００２７】また、液体シール装置の構造も上記構造に
限定されるものではなく、要は固定体の回転体又は移動
体と対向する面に水等の液体を蓄える溝等の液体溜部を
設け、該液体溜部を水等の液体で満たすと共に該液体を
オーバーフローさせ、該液体溜部を満した液体で固定体
と回転体又は移動体の間の隙間を密封する構造であれ
ば、その具体的構造はどのようなものでもよい。

【００２８】また、上記構造の液体シール装置では、前
記隙間の量に制限を設ける必要がなく、加工コストを考
慮して数百ミクロンメートル〜設計の許容できる上限
（概ね数センチメートル）までで構成することが可能で
ある。

【００２９】また、上記構造の液体シール装置では、回
転体又は移動体は溝等の液体溜部に収容された水に接す
るだけであるから、摩擦摩耗により粉塵を発することが
なく、このような粉塵の発生を極度に嫌う半導体製造設
備等に使用する各種装置のシール装置として好適であ
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、固
定体の隙間に対向する面に液体を蓄える液体溜部を設
け、該液体溜部を液体で満たすと共にオーバーフローさ
せ、該液体溜部を満した液体で固定体と回転体又は移動
体の間の隙間を密封する構成としたので、耐薬液性に優
れ、摩耗による粉塵の発生がなく、気体、液滴、粉塵等
の移動を完全に遮断でき、特に半導体製造装置等粉塵の
発生を嫌い、各種の薬液を使用する環境で使用するシー
ル装置として優れた効果を発揮する液体シール装置を提
供できるという優れた効果が得られる。

【００３１】更に、本発明の液体シール装置において
は、隙間の量は数ミクロン単位で構成する必要がないの
で、シール装置の加工コストが低く、シール装置の設計
上の自由度が高くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液体シール装置をポリッシング装置の
ターンテーブルの回転軸の軸シールとして用いた構造例
を示す図である。

【図２】本発明の液体シール装置をポリッシング装置の
ウエハ回転機構のシール部に用いた構造例を示す図で、
同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は断面図である。

【図３】本発明の液体シール装置をポリッシング装置の
ウエハ回転機構のシール部に用いた構造例を示す図であ
る。

【図４】本発明の液体シール装置をポリッシング装置の
ウエハ回転機構のシール部に用いた構造例を示す図であ
る。

【図５】従来の接触型シール装置の構造例を示す図であ
る。

【図６】従来の非接触型シール装置の構造例を示す図で
ある。

【図７】従来の非接触型シール装置の構造例を示す図で
ある。

【図８】従来の非接触型シール装置の構造例を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ターンテーブル２回転軸３固定体４突起部５突起部６溝７突起部８突起部９給水孔１０コマ１１スピンドル１２回転軸１３軸受１４固定体１５上側カバー１６下側カバー１７シール部１８溝部１９給水孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定体に対向して配置された回転体又は移
動体との隙間を密封するための液体シール装置であっ
て、前記固定体の前記隙間に対向する面に液体を蓄える液体
溜部を設け、該液体溜部を液体で満たすと共に、該液体
をオーバーフローさせ、該液体溜部を満たした液体で前
記固定体と回転体又は移動体の間の隙間を密封すること
を特徴とする液体シール装置。
【請求項２】前記固定体と回転体又は移動体の間の隙
間を挟む両側領域の圧力に圧力差を設け、一方の側から
他方の側への液滴やミスト等の浸入を阻止することを特
徴とする請求項１に記載の液体シール装置。
【請求項３】半導体ウエハの研磨装置において、固定体に対向して配置された回転体又は移動体との隙間
を密封する手段として、請求項１又は２に記載の液体シ
ール装置を用いたことを特徴とする半導体ウエハの研磨
装置。
【請求項４】半導体ウエハの洗浄装置において、固定体に対向して配置された回転体又は移動体との隙間
を密封する手段として、請求項１又は２に記載の液体シ
ール装置を用いたことを特徴とする半導体ウエハの研磨
装置。