特許第5795977号(P5795977)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5795977
(24)【登録日】2015年8月21日
(45)【発行日】2015年10月14日
(54)【発明の名称】研磨装置
(51)【国際特許分類】
   B24B 57/00 20060101AFI20150928BHJP
   B01D 45/12 20060101ALI20150928BHJP
   B24B 37/34 20120101ALI20150928BHJP
【FI】
   B24B57/00
   B01D45/12
   B24B37/00 X
【請求項の数】4
【全頁数】10
(21)【出願番号】特願2012-56679(P2012-56679)
(22)【出願日】2012年3月14日
(65)【公開番号】特開2013-188686(P2013-188686A)
(43)【公開日】2013年9月26日
【審査請求日】2014年9月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100091498
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(74)【代理人】
【識別番号】100093942
【弁理士】
【氏名又は名称】小杉 良二
(74)【代理人】
【識別番号】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(72)【発明者】
【氏名】相澤 英夫
(72)【発明者】
【氏名】曽根 忠一
(72)【発明者】
【氏名】梅本 正雄
【審査官】 宮部 裕一
(56)【参考文献】
【文献】 実開平05−028408(JP,U)
【文献】 特開2002−324561(JP,A)
【文献】 特開2003−126633(JP,A)
【文献】 実開昭56−114801(JP,U)
【文献】 特開平11−320406(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B01D 45/12
B24B 37/34
B24B 57/00
B24B 55/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に研磨面を有する研磨テーブルと、
基板を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングと、
前記研磨テーブルの研磨面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
前記研磨テーブルの周囲に配置され該研磨テーブルから除去される気液2相流を回収するドレンレシーバと、
前記ドレンレシーバに回収された気液2相流を気体と液体に分離して排出する気液分離器を備え、
前記気液分離器は、
有底筒状の分離器本体と、
前記分離器本体の上部から下方に延びて該分離器本体の内部に達し、前記分離器本体の内部に気液2相流を導入する筒状の気液導入管と、
前記気液導入管の内部に配置され該気液導入管の内部を流れる気液2相流に旋回運動を起こさせる案内機構とを備え、
前記分離器本体の底部にドレン管に連通する液体排出口が、前記分離器本体の側部の前記気液導入管の下端より上方位置に排気管に連通する排気口がそれぞれ設けられていることを特徴とする研磨装置
【請求項2】
前記案内機構は、外側端面が前記気液導入管の内周面に固定され、上端面と下端面が少なくとも180°捻れている螺旋整流板からなることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置
【請求項3】
前記案内機構は、前記気液導入管内の内周面に円弧部を固定され、180°回転させつつ気液導入管の高さ方向に沿った所定間隔毎に交互に配置され、回転方向及び気液導入管の軸心方向に沿って、水平面に対して共に下方に傾斜する複数の半円状の傾斜整流板からなることを特徴とする請求項1に記載の研磨装置
【請求項4】
前記排気口に連通する排気管は、水平面に対して所定の角度をもって上向きに配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の研磨装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、研磨面に研磨液を供給しながら基板表面を研磨する研磨装置であって、該研磨装置から発生する気液2相流を気体と液体に分離して排出する気液分離器を備えた研磨装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、研磨面に研磨液を供給しながら基板表面を研磨する研磨装置においては、研磨剤及び研磨粉を含有する研磨液と研磨時あるいは洗浄時に供給される窒素等の気体との気液2相流が発生する。この気液2相流は、研磨面の洗浄に使用された洗浄排液と前記窒素等の気体との間も発生し、研磨液や洗浄排液に気体が混入することによっても発生する。
【0003】
この気液2相流が排気ライン内に流入して排気ラインが液体で詰まったりすることを防止するため、研磨装置にあっては、気液2相流を気体と液体に分離して排出する気液分離器を備えることが広く行われている。
【0004】
図1は、この種の従来の気液分離器の一例を示す縦断正面図である。図1に示すように、気液分離器は、上方に開口した有底筒状の分離器本体100と、研磨テーブル(図示せず)等で発生してドレンレシーバ102で回収された気液2相流を分離器本体100内に導入する気液導入管104とを有している。気液導入管104は、ドレンレシーバ102の底部に接続されて鉛直方向に延びる連結管106の下端に連結されて下方に延び、その下端は分離器本体100の下部に達している。分離器本体100の底部には、ドレン管108に連通する液体排出口100aが設けられ、分離器本体100の側部の気液導入管104の下端より上方位置には、排気管110に連通する排気口100bが設けられている。
【0005】
これにより、ドレンレシーバ102で回収された気液2相流は、気液導入管104の内部を流れて分離器本体100の内部に導入され、気液2相流から分離して分離器本体100の底部に溜まった液体は、液体排出口100aを通してドレン管108から排出され、気液2相流から分離して分離器本体100の上部に上昇した気体は、排気口100bを通して排気管110から排気される。
【0006】
気液導入管104の下端面には、気液導入管104内の気液2相流が排気管110に流入するのを緩和するため、排気管110の反対側(排気管110と対面しない側)をテーパ状に切欠いたテーパ部104aが設けられている。
【0007】
研磨加工により発生する研磨液ミストを効率良く排出するため、研磨液と研磨液ミストをドレンレシーバに同時に取込み、共通の排出管によって気液分離手段に導き、この気液分離手段で排液と排気とに分離して排出するようにした排液・排気処理装置法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、分離器本体の液体排出部から排出される液体を貯留するハウジングを備え、このハウジングに液体排出口と排気口を設けた気液分離器(例えば、特許文献2,3参照)や、外部からタンク内に気液混合体を導入する管状ノズルの内部に螺旋板を設置した気液分離装置(例えば、特許文献4参照)が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平10−123336号公報
【特許文献2】特開2008−38712号公報
【特許文献3】特開2008−38714号公報
【特許文献4】実開昭62−109709号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
図1に示す気液分離器にあっては、構造が比較的コンパクトで、研磨装置等の下部に設置するのに好適であるという利点を有している。しかし、気液導入管104の内部を気液2相流が障害物なく自由に落下して下方に流れ、気液導入管104の内部を流れた気液2相流は分離器本体100の底面にかなりの衝撃で衝突する。このため、例えば比較的多量の気液2相流を処理する場合に、分離器本体100の内部に多くのミストが発生し、また処理される液中に発泡性の物質が含有する場合には、液の発泡性が助長されて、分離器本体100の内部に多量の泡が発生する。このように、分離器本体100の内部に多量のミストや泡が発生すると、ミストや泡が排気管110まで到達し、排気管110内に液体が滞留して漏洩等の問題を引き起こすことがある。
【0010】
特に、研磨装置にあっては、分散剤など発泡性の添加剤を含む研磨液が使用されており、また研磨後のスプレー洗浄(アトマイザ洗浄)等に伴って多量の処理水や窒素等の気体が使用され、このため、分離器本体100の内部に多量のミストや泡が発生する傾向が顕著になる。
【0011】
上記特許文献1〜4に記載の発明は、このような気液2相流の分離器本体の底面等への衝突に伴うミストや泡の発生について何ら考慮されてない。
【0012】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、たとえ研磨装置の洗浄排液のように比較的多量の液体を処理する場合や、処理される液中に発泡性の物質が含有する場合であっても、ミストや泡の発生を極力抑止しつつ、気液2相流を気体と液体に分離できるようにしたコンパクトな構成の気液分離器を備えた研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明の研磨装置は、表面に研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨テーブルの研磨面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記研磨テーブルの周囲に配置され該研磨テーブルから除去される気液2相流を回収するドレンレシーバと、前記ドレンレシーバに回収された気液2相流を気体と液体に分離して排出する気液分離器を備え、前記気液分離器は、有底筒状の分離器本体と、前記分離器本体の上部から下方に延びて該分離器本体の内部に達し、前記分離器本体の内部に気液2相流を導入する筒状の気液導入管と、前記気液導入管の内部に配置され該気液導入管の内部を流れる気液2相流に旋回運動を起こさせる案内機構とを備え、前記分離器本体の底部にドレン管に連通する液体排出口が、前記分離器本体の側部の前記気液導入管の下端より上方位置に排気管に連通する排気口がそれぞれ設けられている。
【0014】
このように、気液導入管の内部に案内機構を設け、気液導入管の内部を流れる気液2相流に旋回運動を起こさせることで、気液導入管の内部を流れる気液2相流の垂直方向の速度成分増加を抑え、気液2相流が分離器本体の底面に衝突する時の衝撃をより小さくして、この衝突によるミストや泡の発生を極力抑止することができる。
【0015】
前記案内機構は、例えば外側端面が前記気液導入管の内周面に固定され、上端面と下端面が少なくとも180°捻れている螺旋整流板からなる。
これにより、気液導入管の有効断面積を維持して、気液導入管に沿って流れる気液2相流に対する抵抗が増加してしまうことを防止することができる。
【0016】
前記案内機構は、前記気液導入管内の内周面に円弧部を固定され、180°回転させつつ気液導入管の高さ方向に沿った所定間隔毎に交互に配置され、回転方向及び気液導入管の軸心方向に沿って、水平面に対して共に下方に傾斜する複数の半円状の傾斜整流板からなっていてもよい。
【0017】
前記排気口に連通する排気管は、水平面に対して所定の角度をもって上向きに配置されていることが好ましい。これによって、排気管内に凝縮した液体を気液分離器に戻すことができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、比較的コンパクトな構成で、気液2相流を気体と液体に分離することができる。しかも、気液導入管の内部を流れる気液2相流に旋回運動を起こさせることで、気液導入管の内部を流れる気液2相流の垂直方向の速度成分の増加を抑え、気液2相流が分離器本体の底面に衝突する時の衝撃をより小さくして、たとえ研磨装置の洗浄排液のように比較的多量の液体を処理する場合や、処理される液中に発泡性の物質が含有する場合であっても、気液2相流の分離器本体の底面への衝突によるミストや泡の発生を極力抑止することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】従来の気液分離器の一例を示す縦断正面図である。
図2】本発明の実施形態の気液分離器を示す縦断正面図である。
図3図3(a)は、図2のA−A線端面図、図3(b)は、図2のB−B線端面図、図3(c)は、図2のC−C線端面図である。
図4図2及び図3に示す気液分離器を備えた研磨装置を示す概要図である。
図5】案内機構として使用される螺旋整流板の他の例を示す正面図である。
図6図6(a)は、他の案内機構を気液導入管と共に示す断面図(図6(b)のD−D線断面図)で、図6(b)は、図6(a)のE−E線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図2は、本発明の実施形態の気液分離器を示す縦断正面図である。図2に示すように、気液分離器10は、上方に開口した有底筒状の分離器本体12と、研磨テーブル30(図4参照)で発生してドレンレシーバ14で回収された気液2相流を分離器本体12内に導入する気液導入管16とを有している。気液導入管16は、ドレンレシーバ14の底部に接続されて鉛直方向に延びる連結管18の下部に連結されて下方に延び、その下端は分離器本体12の下部に達している。分離器本体12の底部には、ドレン管20に連通する液体排出口12aが設けられ、分離器本体12の側部の気液導入管16の下端より上方位置には、排気管22に連通する排気口12bが設けられている。
【0022】
気液導入管16の下端面には、気液導入管16内の気液2相流が排気管22に流入するのを緩和するため、排気管22の反対側(排気管22と対面しない側)をテーパ状に切欠いたテーパ部16aが設けられている。
【0023】
気液導入管16の内部には、気液導入管16の内部を流れる気液2相流に旋回運動を起こさせる案内機構としての螺旋整流板24が、その外測端面を気液導入管16の内面に固定して配置されている。螺旋整流板(案内機構)24は、この例では、気液導入管16のテーパ部16aを除くほぼ全長に亘って延び、更に上方に延出して、連結管18のほぼ上端に達している。
【0024】
この螺旋整流板(案内機構)24は、例えばステンレス鋼からなり、長尺状に延びる一枚の平板を、長さ方向に直交する方向に、両端を180°捻って形成されている。つまり、図3(a)〜(c)に示すように、螺旋整流板24の上端面24aと下端面24bは互いに平行で、螺旋整流板24の長さ方向の中央における水平断面24cは、上端面24a及び下端面24bと直交するようになっている。
【0025】
この例では、気液導入管16から連結管18に跨って、気液導入管16及び連結管18のほぼ全長に亘って延びるように、螺旋整流板24を設けているが、気液導入管16の内部のみに螺旋整流板を設けるようにしても良い。
【0026】
この気液分離器10によれば、ドレンレシーバ14で回収された気液2相流は、連結管18から気液導入管16の内部を流れて分離器本体12の内部に導入され、気液2相流から分離して分離器本体12の底部に溜まった液体は、液体排出口12aを通してドレン管20から排出され、気液2相流から分離して分離器本体12の上部に上昇した気体は、排気口12bを通して排気管22から排気される。
【0027】
この連結管18から気液導入管16の内部を気液2相流が流れる時、気液2相流は、気液導入管16の内部、更には連結管18のほぼ上端に達するように設置した螺旋整流板(案内機構)24によって旋回運動を起こし、これによって、気液2相流の垂直方向の速度成分の増加が抑えられ、気液2相流が分離器本体12の底面に衝突する時の衝撃がより小さくなる。これにより、たとえ研磨装置の洗浄排液のように比較的多量の液体を処理する場合や、処理される液中に発泡性の物質が含有する場合であっても、気液2相流の分離器本体12の底面への衝突によるミストや泡の発生を極力抑止することができる。
【0028】
この例の気液分離器10は、螺旋整流板(案内機構)24によって、気液導入管16(及び連結管18)の内部を流れる気液2流体に旋回運動を起こさせるようにしているので、比較的コンパクトな構成で、気液2相流を気体と液体に分離することができる。
【0029】
しかも、案内機構として、外側端面が気液導入管16(及び連結管18)の内周面に固定され、上端面と下端面が少なくとも180°捻れている螺旋整流板24を使用することで、気液導入管16(及び連結管18)の有効断面積を維持して、気液導入管16(及び連結管18)に沿って流れる気液2相流に対する抵抗が増加してしまうことを防止することができる。
【0030】
排気口12bに連通する排気管22は、水平面に対して所定の角度をもって上向きに配置されていることが好ましく、これによって、排気管22内に凝縮した液体を気液分離器10の分離器本体12に戻すことができる。
【0031】
図4は、図2及び図3に示す気液分離器10を備えた研磨装置の概要を示す。この研磨装置は、表面に研磨面30aを有する回転自在な研磨テーブル30と、半導体ウエハ等の基板Wを保持して研磨テーブル30の研磨面30aに押圧する回転自在なトップリング32と、研磨テーブル30に研磨液やドレッシング液(例えば、水)等の処理液を供給する処理液供給ノズル34と、研磨テーブル30の研磨面30aのドレッシングを行うドレッサ(図示せず)と、液体(例えば純水)と気体(例えば窒素)の混合流体を霧状にして、1または複数のノズルから研磨テーブル30の研磨面30aに噴射するアトマイザ36とを備えている。
【0032】
そして、研磨テーブル30の周囲を囲繞する位置に、研磨テーブル30で発生する気液2流体を回収するリング状のドレンレシーバ14が配置されて研磨装置に固定され、このドレンレシーバ14の底部に気液分離器10の連結管18が取付けられている。
【0033】
この研磨装置によれば、回転中の研磨テーブル30の研磨面30aに処理液供給ノズル34から研磨液を供給しながら、トップリング32で保持して回転させた基板Wを研磨面に押圧して基板Wの研磨を行う。この研磨時に、研磨液と該研磨液中に混入する大気との気液2相流が発生し、この気液2相流は、研磨テーブル30から排出されてドレンレシーバ14で回収される。そして、ドレンレシーバ14で回収された気液2相流は、気液分離器10内に流入し、気液分離器10で気体と液体に分離されて、液体はドレン管20から、気体は排気管22から外部に排出される。
【0034】
この時、たとえ分散剤など発泡性の添加剤が研磨液に含まれていても、気液2相流が分離器本体12の底面に衝突する時の衝撃がより小さくなって、この衝撃による泡の発生が極力抑止される。
【0035】
また、研磨テーブル30の研磨面30a上に堆積し、目詰まりさせた研磨屑や研磨粒子を洗い流すため、アトマイザ36の1または複数のノズルから、研磨テーブル30の研磨面30aに向けて、液体(例えば純水)と気体(例えば窒素)の混合流体を霧状にして噴射するアトマイザ洗浄が行われる。このアトマイザ洗浄を行う時にも、液体(例えば純水)と気体(例えば窒素)との気液2相流が発生し、この気液2相流は、研磨テーブル30から排出されてドレンレシーバ14で回収される。そして、ドレンレシーバ14で回収された気液2相流は、気液分離器10内に流入し、気液分離器10で気体と液体に分離されて、液体はドレン管20から、気体は排気管22から外部に排出される。
【0036】
この時、比較的多量の気液2相流が気液分離器10内に流入して処理されるが、このように、たとえ比較的多量の液体を処理する場合にあっても、気液2相流が分離器本体12の底面に衝突する時の衝撃がより小さくなって、この衝突によるミストや泡の発生を極力抑止される。
【0037】
上記の例では、案内機構として、上端面24aと下端面24bが180°捻れている螺旋整流板24を使用しているが、図5に示すように、上端面40aと下端面40bが360°捻れている螺旋整流板40を案内機構として使用しても良い。つまり、この螺旋整流板(案内機構)40は、180°捻れている螺旋整流板を、図5に示す一点鎖線で上下に連結した如き形状をしている。
【0038】
図6は、案内機構の他の例を気液導入管と共に示す。上記の各例では、一枚の板体を捻った螺旋整流板24,40で案内機構を構成しているが、この例では、複数の半円状の傾斜整流板42で案内機構を構成している。つまり、各傾斜整流板42は、気液導入管16内の内周面に円弧部を固定され、180°回転させつつ、つまり、図6(a)に示すように、気液導入管16の中心を通る面に対して左右に位置し、気液導入管16の高さ方向に沿った所定間隔毎に交互に配置されている。これによって、気液導入管16の内部に案内機構が構成されている。この各傾斜整流板42は、回転方向に沿って、水平面に対して角度αをもって下方に傾斜し、気液導入管16の軸心方向に沿って、水平面に対して角度βをもって下方に傾斜している。
【0039】
なお、図6(b)は、図6(a)の気液導入管16の中心を通る面に対して右に位置する傾斜整流板42を仮想線(2点鎖線)で示している。
【0040】
これによって、気液導入管16内を流れる気液2相流は、各傾斜整流板(案内機構)42によって、円周方向に沿って下方に、つまりほぼ螺旋状に案内され、これによって、気液2相流に旋回運動が起こるようになっている。このように、半円状の複数の傾斜案内板42で案内機構を構成することで、案内機構の製造の便を図ることができる。
【0041】
なお、図2に示す連結管18に傾斜整流板42を設けて、連結管18に設けた傾斜整流板42を案内機構の一部としてもよいことは勿論である。
【0042】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【0043】
10 気液分離器
12 分離器本体
12a 液体排出口
12b 排気口
14 ドレンレシーバ
16 気液導入管
18 連結管
20 ドレン管
22 排気管
24,40 螺旋整流板(案内機構)
30 研磨テーブル
30a 研磨面
32 トップリング
34 処理液供給ノズル
36 アトマイザ
42 傾斜整流板(案内機構)
図1
図2
図3
図4
図5
図6