ロータリージョイント
【課題】非回転管と回転管とを接続する部位での摩耗粉の発生をなくし得、通過する純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体等の流体への摩耗粉の混入をなくし得るロータリージョイントを提供すること。
【解決手段】ロータリージョイント１は、流体導入孔５を有した中空部材６と、中空部材６の中空部２に装着された中空回転軸部材１２と、中空回転軸部材１２をＲ方向に回転自在とする接触型の軸受１３と、中空部材６の内周面１４と中空回転軸部材１２の外周面１５との間の円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７と、円筒状隙間１６に供給された高圧気体を外部４に排出する高圧気体排出手段１８とを具備している。
【解決手段】ロータリージョイント１は、流体導入孔５を有した中空部材６と、中空部材６の中空部２に装着された中空回転軸部材１２と、中空回転軸部材１２をＲ方向に回転自在とする接触型の軸受１３と、中空部材６の内周面１４と中空回転軸部材１２の外周面１５との間の円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７と、円筒状隙間１６に供給された高圧気体を外部４に排出する高圧気体排出手段１８とを具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンウエハの表面を洗浄又は研磨する洗浄液又は研磨液を供給する非回転管と回転管とを接続するロータリージョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−８４６９１号公報
【特許文献２】特許２９１８８７４号公報
【特許文献３】特許３０７２３４９号公報
【特許文献４】特許３０９８２３６号公報
【０００３】
シリコンウエハの表面を洗浄又は研磨する洗浄装置又は表面研磨装置等において、洗浄液としての窒素ガスを含んだ純水又はスラリー流体、例えば研磨液を供給する配管における非回転管と回転管とを接続するロータリージョイントには、摩擦接触を伴うメカニカルシールが用いられている。
【０００４】
斯かるメカニカルシールをもったロータリージョイントは、特許文献１乃至４の記載から明らかであるように種々提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロータリージョイントにおいて非回転管と回転管とを接続する部位に摩擦接触を伴うメカニカルシールを用いると、摩耗粉が生じてこれが純水又は研磨液に混入し、斯かる摩耗粉が混入した純水又は研磨液でもってシリコンウエハの表面を洗浄又は研磨すると、シリコンウエハの品質に悪影響を及ぼし、ロータリージョイントを用いて表面洗浄又は表面研磨されたシリコンウエハは、益々高密度化が要求される半導体デバイスに用いることができなくなる虞がある。
【０００６】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、非回転管と回転管とを接続する部位での摩耗粉の発生をなくし得、通過する純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体等の流体への摩耗粉の混入をなくし得、しかも、必要に応じて、流体中での金属イオンの発生をなくし得るロータリージョイントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるロータリージョイントは、内部に中空部を有すると共に軸方向の一端面側に当該中空部を外部に連通する流体導入孔を有した中空部材と、この中空部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有して中空部材の中空部に装着された中空回転軸部材と、中空部材の中空部で当該中空部材と中空回転軸部材との間に介在されていると共に中空回転軸部材を中空部材に対して軸心を中心として回転自在とする接触型の軸受と、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備している。
【０００８】
本発明のロータリージョイントによれば、中空回転軸部材の一方の開口端と中空部材の導入孔の中空部側の一端とが隙間をもって対面しているために、ここでの摩擦粉の発生をなくし得、しかも、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備しているために、円筒状隙間に供給された高圧気体からなる高圧気体層でもって軸受と中空部材の導入孔及び中空回転軸部材の一方の開口端とを隔離でき、流体導入孔から中空部に導入されて更に一方の開口端を介して中空回転軸部材内に導入される流体への接触型の軸受で発生する摩擦粉の混入を防止できる上に、中空部材と高圧気体層とを静圧気体軸受として機能させることができるので、斯かる静圧気体軸受と接触型の軸受との協働で中空回転軸部材を良好に回転自在に支持し得る。
【０００９】
好ましい例では、中空部材は、流体導入孔、流体導入孔の中空部側の開口端が位置する軸方向の内側端面、この内側端面に連接した円筒状の内周面及びこの内周面に連接した軸方向の環状外側端面を有した非金属製の蓋部材と、この蓋部材の軸方向の環状外側端面に接触する環状端面、蓋部材の内周面よりも小径の円筒状の内周面及び蓋部材の内周面よりも大径の円筒状の外周面を有した合成樹脂製の円筒体とを具備しており、中空回転軸部材は、小径の外周面、この外周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を形成する円筒状の外周面及び軸方向の一端面から軸方向の他端面まで伸びた貫通孔を有すると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有した中空回転軸部材本体と、中空回転軸部材本体の小径の外周面に接触して当該小径の外周面に嵌合された内周面、この内周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を、蓋部材の内周面との間で径方向において広幅の円環状隙間を夫々形成する円筒状の外周面及び蓋部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共にこの一方の開口端から中空回転軸部材本体の貫通孔に連通するように軸方向に伸びた貫通孔を有した非金属製の覆い部材と、この覆い部材及び中空回転軸部材本体の両貫通孔に挿入されていると共に両貫通孔を規定する覆い部材及び中空回転軸部材本体の円筒状の内周面に接触した外周面を有した合成樹脂製の被覆管とを具備しており、中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面は、蓋部材の円筒状の内周面と円筒体の円筒状の内周面とを含んでおり、中空回転軸部材の円筒状の外周面は、中空回転軸部材本体の円筒状の外周面と覆い部材の円筒状の外周面とを含んでおり、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端は、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間に隣接して連通しており、高圧気体供給手段は、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙に高圧気体を供給するようになっており、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、高圧気体排出手段に連通されており、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間は、流体導入孔及び被覆管の内部に連通している。
【００１０】
斯かる例によれば、仮に、中空回転軸部材本体が金属製であっても、流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される流体は、実質的には、非金属製の蓋部材の内側端面及び内周面並びに非金属製の覆い部材の軸方向の端面で規定される空間を介して中空回転軸部材の一方の開口端から合成樹脂製の被覆管の内部に導入される結果、斯かる導入において非金属製の面のみと接触して、金属接触に起因する金属イオンの発生をなくし得、金属イオンのない流体をシリコンウエハの表面に適用できる。
【００１１】
非金属製の蓋部材及び非金属製の覆い部材には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、また合成樹脂製の円筒体には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が使用されて好適であり、さらに被覆管としては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等のふっ素樹脂が使用されて好適である。
【００１２】
本発明では、蓋部材の環状外側端面と円筒体の環状端面との間に介在されたシールリングと、覆い部材の円筒状の内周面と被覆管の円筒状の外周面との間に介在されたシールリングとを更に具備していてもよく、斯かるシールリングを具備していると、金属イオンのない流体のシリコンウエハの表面への適用を更に確実に行うことができる。
【００１３】
好ましい例では、軸受は、中空部材の内周面に固着された外輪と、中空回転軸部材の外周面に固着された内輪と、外輪と内輪との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材の回転方向に配列された二列の複数の鋼球とを具備した複列アンギュラ玉軸受を具備している。
【００１４】
斯かる複列アンギュラ玉軸受を介して中空回転軸部材を中空部材に軸心を中心として回転自在に支持することにより、中空回転軸部材に生じる軸方向の力（スラスト力）を複列アンギュラ玉軸受で効果的に受容できる。
【００１５】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも大きな圧力、具体的には流体導入孔に導入される流体の圧力よりも０．０５ＭＰａ以上、好ましくは０．１〜０．５ＭＰａの大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっているとよく、また、流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される流体として、純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体等からなる高圧流体を例示でき、高圧気体供給手段によって供給される気体として、空気、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス等を例示し得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非回転管と回転管とを接続する部位での摩耗粉の発生をなくし得、通過する不活性ガスを含む純水等の洗浄液、研磨液等のスラリー流体等の流体への摩耗粉の混入をなくし得、しかも、必要に応じて、流体中での金属イオンの発生をなくし得るロータリージョイントを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１８】
図１から図３において、本例のロータリージョイント１は、内部に中空部２を有すると共に軸方向Ｘの一端面３側に中空部２を外部４に連通する流体導入孔５を有した中空部材６と、中空部材６の流体導入孔５の中空部２側の開口端である一端７に軸方向Ｘの隙間８をもって対面した軸方向Ｘの一方の開口端９を有していると共に中空部材６の軸方向Ｘの他端面１０から外部４に突出した突出端部１１を有して中空部材６の中空部２に装着された中空回転軸部材１２と、中空部材６の中空部２で中空部材６及び中空回転軸部材１２の間に介在されていると共に中空回転軸部材１２を中空部材６に対して軸心Ｏを中心としてＲ方向に回転自在とする接触型の軸受１３と、軸方向Ｘにおける中空回転軸部材１２の一方の開口端９と軸受１３との間に位置する中空部２を規定する中空部材６の円筒状の内周面１４と中空回転軸部材１２の円筒状の外周面１５との間の円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７と、軸方向Ｘにおいて高圧気体供給手段１７と軸受１３との間に配されていると共に円筒状隙間１６に供給された高圧気体を外部４に排出する高圧気体排出手段１８と、軸受１３の近傍を冷却する冷却手段１９とを具備している。
【００１９】
中空部材６は、流体導入孔５、流体導入孔５の中空部２側の開口端である一端７が位置する軸方向Ｘの内側端面２１、内側端面２１に連接した円筒状の内周面２２及び内周面２２に連接した軸方向Ｘの環状外側端面２３を有した非金属製の蓋部材２４と、蓋部材２４の軸方向Ｘの環状外側端面２３に接触する一方の環状端面２６、蓋部材２４の内周面２２よりも小径の円筒状の内周面２７及び蓋部材２４の内周面２２よりも大径の円筒状の外周面２８を有した内側の合成樹脂製の円筒体２９と、蓋部材２４の軸方向Ｘの環状外側端面２３に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面３０、円筒体２９の外周面２８に接触する円筒状の内周面３１、内周面３１よりも小径の円筒状の内周面３２、一方の環状端面３０に連接した円筒状の外周面３３及び外周面３３よりも小径の円筒状の外周面３４を有した外側のアルミニウム製の円筒体３５と、円筒体２９の軸方向Ｘの他方の環状端面３６に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面３７、円筒体２９の内周面２７よりも大径の円筒状の内周面３８及び円筒体３５の内周面３１に接触する外周面３９を有した円環状のスペーサ部材４０と、円筒体３５の他方の環状端面４１に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面４２を有した円環状板４３と、円筒体３５の外周面３４に接触する内周面４４及び円筒体３５の外周面３３と面一の外周面４５を有する円環状部材４６とを具備している。
【００２０】
非金属製の蓋部材２４には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、また合成樹脂製の円筒体２９には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が使用されて好適である。
【００２１】
内側端面２１及び環状端面４２と協働して中空部２を規定する中空部材６の円筒状の内周面１４は、蓋部材２４の円筒状の内周面２２と、円筒体２９の円筒状の内周面２７と、円筒体３５の円筒状の内周面３２と、スペーサ部材４０の円筒状の内周面３８とからなっており、蓋部材２４は、Ｒ方向に配列された複数のねじ部材５１を介して円筒体３５に固着されており、円環状板４３は、Ｒ方向に配列されたねじ部材５２を介して円筒体３５に固着されている。
【００２２】
中空回転軸部材１２は、軸方向Ｘの環状の一端面５４、一端面５４に連接された小径の円筒状の外周面５５、外周面５５よりも大径であって円筒体２９の内周面２７との間で径方向において狭幅の円環状隙間５６を形成する円筒状の外周面５７及び軸方向Ｘの一端面５４から軸方向Ｘの環状の他端面５８まで伸びた貫通孔５９を有すると共に中空部材６の軸方向Ｘの他端面１０となる円環状板４３の軸方向Ｘの他方の環状端面６０から外部４に突出した突出端部６１、外周面５７よりも小径であってスペーサ部材４０の内周面３８との間で環状の空間６２を形成する外周面６３及び外周面６３よりも小径であってねじ部６５が形成された円筒状の外周面６６を有した中空回転軸部材本体６７と、中空回転軸部材本体６７の小径の外周面５５に接触して当該小径の外周面５５に嵌合された円筒状の内周面７１、内周面７１よりも大径であって円筒体２９の内周面２７との間で径方向において狭幅の円環状隙間７２を、蓋部材２４の内周面２２との間で径方向において広幅の円環状隙間７３を夫々形成する円筒状の外周面７４、蓋部材２４の流体導入孔５の中空部２側の一端７に隙間８をもって対面した軸方向Ｘの一方の開口端９を有していると共に一方の開口端９から中空回転軸部材本体６７の貫通孔５９に連通するように軸方向Ｘに伸びた貫通孔７５及び内側端面２１に対面していると共に開口端９が位置した外側の円環状の端面７６を有した非金属製の覆い部材７７と、覆い部材７７及び中空回転軸部材本体６７の両貫通孔５９及び７５に挿入されていると共に両貫通孔５９及び７５を規定する中空回転軸部材本体６７及び覆い部材７７の円筒状の内周面７８に接触した外周面７９を有した合成樹脂製の被覆管８０とを具備している。
【００２３】
非金属製の覆い部材７７には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、合成樹脂製の被覆管８０には、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等のふっ素樹脂が使用されて好適である。
【００２４】
中空回転軸部材１２の円筒状の外周面１５は、中空回転軸部材本体６７の円筒状の外周面５７、６３及び６６と、覆い部材７７の円筒状の外周面７４とからなっている。
【００２５】
円筒体２９の内周面２７と中空回転軸部材本体６７の外周面５７とで形成される狭幅の円環状隙間５６の軸方向Ｘの円環状の一端８５は、円筒体２９の内周面２７と覆い部材７７の外周面７４とで形成される狭幅の円環状隙間７２の軸方向Ｘの円環状の一端８６に隣接して連通しており、円筒体２９の内周面２７と覆い部材７７の外周面７４とで形成される狭幅の円環状隙間７２の軸方向Ｘの円環状の他端８７は、蓋部材２４の内周面２２と覆い部材７７の外周面７４とで形成される広幅の円環状隙間７３の軸方向Ｘの円環状の一端８８に隣接して連通しており、蓋部材２４の内周面２２と覆い部材７７の外周面７４とで形成される広幅の円環状隙間７３の軸方向Ｘの円環状の他端８９は、蓋部材２４の内側端面２１と覆い部材７７の貫通孔７５の一方の開口端９が位置する覆い部材７７の軸方向Ｘの端面７６との間の空間９０に隣接して連通しており、蓋部材２４の内側端面２１と覆い部材７７の貫通孔７５の一方の開口端９が位置する覆い部材７７の軸方向Ｘの端面７６との間の空間９０は流体導入孔５及び被覆管８０の内部に連通しており、円筒体２９の内周面２７と中空回転軸部材本体６７の外周面５７とで形成される狭幅の円環状隙間５６の軸方向Ｘの円環状の他端９１は空間６２に隣接して連通されている。
【００２６】
流体導入孔５には加圧された流体、例えば、純水と窒素ガスとの混合体からなる加圧流体が配管を介して供給されるようになっており、流体導入孔５に供給された流体は、当該流体導入孔５を介して中空部２の空間９０に導入され、空間９０に導入された加圧流体は、開口端９側で被覆管８０の内部に導入されて、他端面５８側で被覆管８０の内部から導出される。
【００２７】
円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７は、円筒体３５を径方向に貫通して円筒体３５に形成されていると共に軸方向Ｘに配列された一対の貫通孔１０１及び１０２と、外周面３３側の径方向の一端で外部４に開口する貫通孔１０１及び１０２の夫々の径方向の他端が夫々開口していると共に円筒体２９の内周面２７に形成された円環状の溝１０３及び１０４と、径方向の一端で円環状の溝１０３及び１０４の夫々に開口して当該溝１０３及び１０４の夫々に連通すると共に円筒体２９を径方向に貫通し、しかも、軸心Ｏを中心としてＲ方向に９０度の等角度間隔で円筒体２９に形成された夫々四個からなる貫通孔１０５及び１０６とを有しており、貫通孔１０５及び１０６の夫々は、径方向の一端では対応の溝１０３及び１０４に開口した大径の円孔１０７と、径方向の一端では対応の円孔１０７に連通していると共に径方向の他端では内周面２７で円環状隙間５６に開口した微小径の絞り円孔１０８とを具備している。
【００２８】
高圧気体供給手段１７は、配管を介して貫通孔１０１及び１０２に供給された高圧気体であって、流体導入孔５に導入される流体の圧力よりも大きな圧力、具体的には０．０５ＭＰａ以上、好ましくは０．１〜０．５ＭＰａの大きな圧力をもった高圧気体を溝１０３及び１０４に導き、溝１０３及び１０４に導いた高圧気体を各円孔１０７を介して各絞り円孔１０８に導き、各絞り円孔１０８の他端から円環状隙間５６に噴出させて当該円環状隙間５６に供給するようになっている。
【００２９】
高圧気体排出手段１８は、円環状隙間５６の他端９１に連通した空間６２と、スペーサ部材４０を径方向に貫通して軸心Ｏを中心としてＲ方向に１８０度の等角度間隔で当該スペーサ部材４０に形成されていると共に径方向の一端で空間６２に開口して当該空間６２に連通した二個の貫通孔１１１及び１１２と、貫通孔１１１及び１１２の夫々の径方向の他端が開口して当該貫通孔１１１及び１１２の夫々に連通していると共にスペーサ部材４０の外周面３９に形成された円環状の溝１１４と、径方向の一端で円環状の溝１１４に開口して当該溝１１４に連通すると共に円筒体３５を径方向に貫通し、外周面３３側の径方向の他端で外部４に開口して円筒体３５に形成された貫通孔１１５とを具備している。
【００３０】
高圧気体排出手段１８は、高圧気体供給手段１７からの高圧気体であって円環状隙間５６の他端９１からの高圧気体を空間６２、貫通孔１１１、１１２、溝１１４及び貫通孔１１５を介して外部４に排出するようになっている。
【００３１】
軸受１３は、軸方向Ｘにおいてスペーサ部材４０及び円環状板４３に挟まれて中空部材６の内周面１４において内周面３２に固着された外輪１２１と、中空回転軸部材１２の外周面１５において外周面６６に固着された内輪１２２と、外輪１２１と内輪１２２との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材１２の回転方向であるＲ方向に配列された二列の複数の鋼球１２３とを具備した複列アンギュラ玉軸受１２４を具備しており、内輪１２２は、ワッシャ１２５及びねじ部６５に螺合したナット１２６により中空回転軸部材本体６７から脱落しないように外周面６６に固着されている。
【００３２】
被覆管８０を有した中空回転軸部材１２は、ラジアル兼スラスト軸受である複列アンギュラ玉軸受１２４からなる軸受１３を介して中空部材６にＲ方向に回転自在に支持されている。
【００３３】
冷却手段１９は、円筒体３５の外周面３４に形成された円環状の溝１３１と、外周面４５側の径方向の一端で外部４に開口している一方、内周面４４側の径方向の他端で溝１３１に開口して円環状部材４６に形成された冷却水導入用の貫通孔１３２と、外周面４５側の径方向の一端で外部４に開口している一方、内周面４４側の径方向の他端で溝１３１に開口して円環状部材４６に貫通孔１３２に対して軸心Ｏを中心としてＲ方向に１８０度の角度間隔をもって形成された冷却水排出用の貫通孔１３３とを具備している。
【００３４】
冷却手段１９は、貫通孔１３２を介して溝１３１に供給されて貫通孔１３３を介して溝１３２から排出される冷却水でもって円筒体３５を介して複列アンギュラ玉軸受１２４からなる軸受１３を冷却するようになっている。
【００３５】
ロータリージョイント１は、流体導入孔５からの流体及び貫通孔１０１及び１０２からの高圧気体の漏出に対して、蓋部材２４の環状外側端面２３と円筒体２９の環状端面２６との間に介在されたシールリング１４１と、覆い部材７７の円筒状の内周面７８と被覆管８０の円筒状の外周面７９との間に介在されたシールリング１４２と、円筒体２９の外周面２８と円筒体３５の内周面３１との間に介在されていると共に軸方向Ｘにおいて貫通孔１０１及び１０２を挟んで配された二個のシールリング１４３と、円筒体２９の環状端面３６とスペーサ部材４０の環状端面３７との間に介在されたシールリング１４４とを具備しており、貫通孔１３２からの冷却水の漏出に対して、円筒体３５の外周面３４と円環状部材４６の内周面４４との間に介在されていると共に軸方向Ｘにおいて溝１３１並びに貫通孔１３２及び１３３を挟んで配された二個のシールリング１４５とを更に具備している。
【００３６】
以上のロータリージョイント１において、流体導入孔５は、例えばシリコンウエハの表面を洗浄する表面洗浄装置等において加圧された流体としての例えば洗浄液を供給する供給源に配管を介して、貫通孔１０１及び１０２は、清浄化された高圧気体を発生する高圧気体発生源に配管を介して、貫通孔１３２は、冷却水を供給する冷却水供給源に配管を介して、そして、軸心Ｏを中心としてＲ方向に回転されるようになっている中空回転軸部材１２は、他端面５８側で回転管に夫々接続されるようになっており、流体導入孔５に供給された流体は、一端７、隙間８及び開口端９を介して被覆管８０の内部に導入され、被覆管８０の内部に導入された流体は、他端面５８側から回転管に供給されてシリコンウエハの表面を洗浄する洗浄液として利用され、貫通孔１０１及び１０２に供給された高圧気体は、溝１０３及び１０４、円孔１０７を介して絞り円孔１０８から円環状隙間５６に噴出されて円環状隙間５６に高圧気体層を形成し、軸受１３でＲ方向に回転自在に支持された中空回転軸部材１２を斯かる高圧気体層でもってもＲ方向に非接触的に回転自在に支持し、円環状隙間５６に高圧気体層を形成した高圧気体は、空間６２、貫通孔１１１、１１２、溝１１４及び貫通孔１１５を介して外部４に排出されるようになっている。
【００３７】
円環状隙間５６に噴出された高圧気体は、当該高圧気体と流体導入孔５から供給された流体との圧力差により、部分的に円環状隙間７３及び空間９０を介して被覆管８０の内部に導入される場合もあるが、それが十分に洗浄されているために、斯かる一部の高圧気体は、流体導入孔５から供給された流体を汚染することなしに、当該流体導入孔５から供給された流体と共にシリコンウエハの表面に供給されることになる。
【００３８】
ところで、ロータリージョイント１によれば、中空回転軸部材１２の一方の開口端９と中空部材６の流体導入孔５の中空部２側の一端７とが隙間８をもって対面しているために、ここでの摩擦接触に基づく摩擦粉の発生をなくし得、しかも、中空回転軸部材１２の一方の開口端９と軸受１３との間において、高圧気体供給手段１７からの高圧気体が円環状隙間５６に供給されて、円環状隙間５６に供給された高圧気体が高圧気体排出手段１８を介して外部４に排出されるために、円環状隙間５６に供給された高圧気体でもって軸受１３と中空回転軸部材１２の一方の開口端９とを隔離でき、流体導入孔５から隙間８に、そして隙間８から被覆管８０の内部に導入される流体への接触型の軸受１３で発生する摩擦粉の混入を防止できる。
【００３９】
更に、蓋部材２４及び覆い部材７７の夫々が非金属製であり、円筒体２９及び被覆管８０の夫々が合成樹脂製であるために、これらに接触する流体及び高圧気体での金属イオンの発生をなくし得、而して、金属イオンの発生のない流体及び場合により高圧気体をシリコンウエハの表面に供給することができる。
【００４０】
また、ロータリージョイント１によれば、複列アンギュラ玉軸受１２４を介して中空回転軸部材１２を中空部材６でＲ方向に回転自在に支持しているために、中空回転軸部材１２に生じる軸方向Ｘの力（スラスト力）を複列アンギュラ玉軸受１２４で効果的に受容できる。
【００４１】
従来のロータリージョイントと、蓋部材２４及び覆い部材７７を夫々塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）で形成し、円筒体２９をポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＣ）で形成し、そして被覆管８０を四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）で形成した本例のロータリージョイント１とを特開２００１−１４８４１４号公報の図５に記載のウェハー回転保持装置の流量調節器に夫々用い、斯かるウェハー回転保持装置で支持したシリコンウエハの表面を洗浄して金属イオンと摩擦粉（パーティクル）とを測定し、その測定結果を表１乃至表３に示す。
【００４２】
金属イオンの測定条件
金属イオン分析器：ＶＰ−ＩＣＰ−ＭＳ分析 型式：ＥＬＡＮ ６１００ ＤＲＣ Ｎｏ．２
中空回転軸部材１２の回転数：９００ｒｐｍ
バックブローとバックリンスとを使用した時の金属イオンを分析
【００４３】
【表１】
【００４４】
摩耗粉（パーティクル）の測定条件
パーティクル（ウエハ表面検査） 型式：ＷＩＳ-ＣＲ８１
バックブローだけの時とバックブロー及びバックリンスを使用した時のパーティクル数を測定した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
以上の従来のロータリージョイントと本例のロータリージョイント１との比較からも明らかであるように、本発明によれば、上記の目的を達成できるロータリージョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好ましい一例の正面図である。
【図２】図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線及び（ＩＩ）−（ＩＩ）線矢視断面説明図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ロータリージョイント
２ 中空部
３ 一端面
４ 外部
５ 流体導入孔
６ 中空部材
７ 一端
８ 隙間
１０ 他端面
１１ 突出端部
１２ 中空回転軸部材
１３ 軸受
１４ 内周面
１５ 外周面
１６ 円筒状隙間
１７ 高圧気体供給手段
１８ 高圧気体排出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばシリコンウエハの表面を洗浄又は研磨する洗浄液又は研磨液を供給する非回転管と回転管とを接続するロータリージョイントに関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００４−８４６９１号公報
【特許文献２】特許２９１８８７４号公報
【特許文献３】特許３０７２３４９号公報
【特許文献４】特許３０９８２３６号公報
【０００３】
シリコンウエハの表面を洗浄又は研磨する洗浄装置又は表面研磨装置等において、洗浄液としての窒素ガスを含んだ純水又はスラリー流体、例えば研磨液を供給する配管における非回転管と回転管とを接続するロータリージョイントには、摩擦接触を伴うメカニカルシールが用いられている。
【０００４】
斯かるメカニカルシールをもったロータリージョイントは、特許文献１乃至４の記載から明らかであるように種々提案されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ロータリージョイントにおいて非回転管と回転管とを接続する部位に摩擦接触を伴うメカニカルシールを用いると、摩耗粉が生じてこれが純水又は研磨液に混入し、斯かる摩耗粉が混入した純水又は研磨液でもってシリコンウエハの表面を洗浄又は研磨すると、シリコンウエハの品質に悪影響を及ぼし、ロータリージョイントを用いて表面洗浄又は表面研磨されたシリコンウエハは、益々高密度化が要求される半導体デバイスに用いることができなくなる虞がある。
【０００６】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、非回転管と回転管とを接続する部位での摩耗粉の発生をなくし得、通過する純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体等の流体への摩耗粉の混入をなくし得、しかも、必要に応じて、流体中での金属イオンの発生をなくし得るロータリージョイントを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によるロータリージョイントは、内部に中空部を有すると共に軸方向の一端面側に当該中空部を外部に連通する流体導入孔を有した中空部材と、この中空部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有して中空部材の中空部に装着された中空回転軸部材と、中空部材の中空部で当該中空部材と中空回転軸部材との間に介在されていると共に中空回転軸部材を中空部材に対して軸心を中心として回転自在とする接触型の軸受と、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備している。
【０００８】
本発明のロータリージョイントによれば、中空回転軸部材の一方の開口端と中空部材の導入孔の中空部側の一端とが隙間をもって対面しているために、ここでの摩擦粉の発生をなくし得、しかも、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備しているために、円筒状隙間に供給された高圧気体からなる高圧気体層でもって軸受と中空部材の導入孔及び中空回転軸部材の一方の開口端とを隔離でき、流体導入孔から中空部に導入されて更に一方の開口端を介して中空回転軸部材内に導入される流体への接触型の軸受で発生する摩擦粉の混入を防止できる上に、中空部材と高圧気体層とを静圧気体軸受として機能させることができるので、斯かる静圧気体軸受と接触型の軸受との協働で中空回転軸部材を良好に回転自在に支持し得る。
【０００９】
好ましい例では、中空部材は、流体導入孔、流体導入孔の中空部側の開口端が位置する軸方向の内側端面、この内側端面に連接した円筒状の内周面及びこの内周面に連接した軸方向の環状外側端面を有した非金属製の蓋部材と、この蓋部材の軸方向の環状外側端面に接触する環状端面、蓋部材の内周面よりも小径の円筒状の内周面及び蓋部材の内周面よりも大径の円筒状の外周面を有した合成樹脂製の円筒体とを具備しており、中空回転軸部材は、小径の外周面、この外周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を形成する円筒状の外周面及び軸方向の一端面から軸方向の他端面まで伸びた貫通孔を有すると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有した中空回転軸部材本体と、中空回転軸部材本体の小径の外周面に接触して当該小径の外周面に嵌合された内周面、この内周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を、蓋部材の内周面との間で径方向において広幅の円環状隙間を夫々形成する円筒状の外周面及び蓋部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共にこの一方の開口端から中空回転軸部材本体の貫通孔に連通するように軸方向に伸びた貫通孔を有した非金属製の覆い部材と、この覆い部材及び中空回転軸部材本体の両貫通孔に挿入されていると共に両貫通孔を規定する覆い部材及び中空回転軸部材本体の円筒状の内周面に接触した外周面を有した合成樹脂製の被覆管とを具備しており、中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面は、蓋部材の円筒状の内周面と円筒体の円筒状の内周面とを含んでおり、中空回転軸部材の円筒状の外周面は、中空回転軸部材本体の円筒状の外周面と覆い部材の円筒状の外周面とを含んでおり、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端は、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間に隣接して連通しており、高圧気体供給手段は、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙に高圧気体を供給するようになっており、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、高圧気体排出手段に連通されており、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間は、流体導入孔及び被覆管の内部に連通している。
【００１０】
斯かる例によれば、仮に、中空回転軸部材本体が金属製であっても、流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される流体は、実質的には、非金属製の蓋部材の内側端面及び内周面並びに非金属製の覆い部材の軸方向の端面で規定される空間を介して中空回転軸部材の一方の開口端から合成樹脂製の被覆管の内部に導入される結果、斯かる導入において非金属製の面のみと接触して、金属接触に起因する金属イオンの発生をなくし得、金属イオンのない流体をシリコンウエハの表面に適用できる。
【００１１】
非金属製の蓋部材及び非金属製の覆い部材には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、また合成樹脂製の円筒体には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が使用されて好適であり、さらに被覆管としては、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等のふっ素樹脂が使用されて好適である。
【００１２】
本発明では、蓋部材の環状外側端面と円筒体の環状端面との間に介在されたシールリングと、覆い部材の円筒状の内周面と被覆管の円筒状の外周面との間に介在されたシールリングとを更に具備していてもよく、斯かるシールリングを具備していると、金属イオンのない流体のシリコンウエハの表面への適用を更に確実に行うことができる。
【００１３】
好ましい例では、軸受は、中空部材の内周面に固着された外輪と、中空回転軸部材の外周面に固着された内輪と、外輪と内輪との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材の回転方向に配列された二列の複数の鋼球とを具備した複列アンギュラ玉軸受を具備している。
【００１４】
斯かる複列アンギュラ玉軸受を介して中空回転軸部材を中空部材に軸心を中心として回転自在に支持することにより、中空回転軸部材に生じる軸方向の力（スラスト力）を複列アンギュラ玉軸受で効果的に受容できる。
【００１５】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも大きな圧力、具体的には流体導入孔に導入される流体の圧力よりも０．０５ＭＰａ以上、好ましくは０．１〜０．５ＭＰａの大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっているとよく、また、流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される流体として、純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体等からなる高圧流体を例示でき、高圧気体供給手段によって供給される気体として、空気、ヘリウムガス、窒素ガス、アルゴンガス等を例示し得る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、非回転管と回転管とを接続する部位での摩耗粉の発生をなくし得、通過する不活性ガスを含む純水等の洗浄液、研磨液等のスラリー流体等の流体への摩耗粉の混入をなくし得、しかも、必要に応じて、流体中での金属イオンの発生をなくし得るロータリージョイントを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら例に何等限定されないのである。
【００１８】
図１から図３において、本例のロータリージョイント１は、内部に中空部２を有すると共に軸方向Ｘの一端面３側に中空部２を外部４に連通する流体導入孔５を有した中空部材６と、中空部材６の流体導入孔５の中空部２側の開口端である一端７に軸方向Ｘの隙間８をもって対面した軸方向Ｘの一方の開口端９を有していると共に中空部材６の軸方向Ｘの他端面１０から外部４に突出した突出端部１１を有して中空部材６の中空部２に装着された中空回転軸部材１２と、中空部材６の中空部２で中空部材６及び中空回転軸部材１２の間に介在されていると共に中空回転軸部材１２を中空部材６に対して軸心Ｏを中心としてＲ方向に回転自在とする接触型の軸受１３と、軸方向Ｘにおける中空回転軸部材１２の一方の開口端９と軸受１３との間に位置する中空部２を規定する中空部材６の円筒状の内周面１４と中空回転軸部材１２の円筒状の外周面１５との間の円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７と、軸方向Ｘにおいて高圧気体供給手段１７と軸受１３との間に配されていると共に円筒状隙間１６に供給された高圧気体を外部４に排出する高圧気体排出手段１８と、軸受１３の近傍を冷却する冷却手段１９とを具備している。
【００１９】
中空部材６は、流体導入孔５、流体導入孔５の中空部２側の開口端である一端７が位置する軸方向Ｘの内側端面２１、内側端面２１に連接した円筒状の内周面２２及び内周面２２に連接した軸方向Ｘの環状外側端面２３を有した非金属製の蓋部材２４と、蓋部材２４の軸方向Ｘの環状外側端面２３に接触する一方の環状端面２６、蓋部材２４の内周面２２よりも小径の円筒状の内周面２７及び蓋部材２４の内周面２２よりも大径の円筒状の外周面２８を有した内側の合成樹脂製の円筒体２９と、蓋部材２４の軸方向Ｘの環状外側端面２３に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面３０、円筒体２９の外周面２８に接触する円筒状の内周面３１、内周面３１よりも小径の円筒状の内周面３２、一方の環状端面３０に連接した円筒状の外周面３３及び外周面３３よりも小径の円筒状の外周面３４を有した外側のアルミニウム製の円筒体３５と、円筒体２９の軸方向Ｘの他方の環状端面３６に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面３７、円筒体２９の内周面２７よりも大径の円筒状の内周面３８及び円筒体３５の内周面３１に接触する外周面３９を有した円環状のスペーサ部材４０と、円筒体３５の他方の環状端面４１に接触する軸方向Ｘの一方の環状端面４２を有した円環状板４３と、円筒体３５の外周面３４に接触する内周面４４及び円筒体３５の外周面３３と面一の外周面４５を有する円環状部材４６とを具備している。
【００２０】
非金属製の蓋部材２４には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、また合成樹脂製の円筒体２９には、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等が使用されて好適である。
【００２１】
内側端面２１及び環状端面４２と協働して中空部２を規定する中空部材６の円筒状の内周面１４は、蓋部材２４の円筒状の内周面２２と、円筒体２９の円筒状の内周面２７と、円筒体３５の円筒状の内周面３２と、スペーサ部材４０の円筒状の内周面３８とからなっており、蓋部材２４は、Ｒ方向に配列された複数のねじ部材５１を介して円筒体３５に固着されており、円環状板４３は、Ｒ方向に配列されたねじ部材５２を介して円筒体３５に固着されている。
【００２２】
中空回転軸部材１２は、軸方向Ｘの環状の一端面５４、一端面５４に連接された小径の円筒状の外周面５５、外周面５５よりも大径であって円筒体２９の内周面２７との間で径方向において狭幅の円環状隙間５６を形成する円筒状の外周面５７及び軸方向Ｘの一端面５４から軸方向Ｘの環状の他端面５８まで伸びた貫通孔５９を有すると共に中空部材６の軸方向Ｘの他端面１０となる円環状板４３の軸方向Ｘの他方の環状端面６０から外部４に突出した突出端部６１、外周面５７よりも小径であってスペーサ部材４０の内周面３８との間で環状の空間６２を形成する外周面６３及び外周面６３よりも小径であってねじ部６５が形成された円筒状の外周面６６を有した中空回転軸部材本体６７と、中空回転軸部材本体６７の小径の外周面５５に接触して当該小径の外周面５５に嵌合された円筒状の内周面７１、内周面７１よりも大径であって円筒体２９の内周面２７との間で径方向において狭幅の円環状隙間７２を、蓋部材２４の内周面２２との間で径方向において広幅の円環状隙間７３を夫々形成する円筒状の外周面７４、蓋部材２４の流体導入孔５の中空部２側の一端７に隙間８をもって対面した軸方向Ｘの一方の開口端９を有していると共に一方の開口端９から中空回転軸部材本体６７の貫通孔５９に連通するように軸方向Ｘに伸びた貫通孔７５及び内側端面２１に対面していると共に開口端９が位置した外側の円環状の端面７６を有した非金属製の覆い部材７７と、覆い部材７７及び中空回転軸部材本体６７の両貫通孔５９及び７５に挿入されていると共に両貫通孔５９及び７５を規定する中空回転軸部材本体６７及び覆い部材７７の円筒状の内周面７８に接触した外周面７９を有した合成樹脂製の被覆管８０とを具備している。
【００２３】
非金属製の覆い部材７７には、塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等の合成樹脂又は石英ガラスが使用されて好適であり、合成樹脂製の被覆管８０には、四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四ふっ化エチレン・パーフルオロアルコキビニルエーテル共重合樹脂（ＰＦＡ）等のふっ素樹脂が使用されて好適である。
【００２４】
中空回転軸部材１２の円筒状の外周面１５は、中空回転軸部材本体６７の円筒状の外周面５７、６３及び６６と、覆い部材７７の円筒状の外周面７４とからなっている。
【００２５】
円筒体２９の内周面２７と中空回転軸部材本体６７の外周面５７とで形成される狭幅の円環状隙間５６の軸方向Ｘの円環状の一端８５は、円筒体２９の内周面２７と覆い部材７７の外周面７４とで形成される狭幅の円環状隙間７２の軸方向Ｘの円環状の一端８６に隣接して連通しており、円筒体２９の内周面２７と覆い部材７７の外周面７４とで形成される狭幅の円環状隙間７２の軸方向Ｘの円環状の他端８７は、蓋部材２４の内周面２２と覆い部材７７の外周面７４とで形成される広幅の円環状隙間７３の軸方向Ｘの円環状の一端８８に隣接して連通しており、蓋部材２４の内周面２２と覆い部材７７の外周面７４とで形成される広幅の円環状隙間７３の軸方向Ｘの円環状の他端８９は、蓋部材２４の内側端面２１と覆い部材７７の貫通孔７５の一方の開口端９が位置する覆い部材７７の軸方向Ｘの端面７６との間の空間９０に隣接して連通しており、蓋部材２４の内側端面２１と覆い部材７７の貫通孔７５の一方の開口端９が位置する覆い部材７７の軸方向Ｘの端面７６との間の空間９０は流体導入孔５及び被覆管８０の内部に連通しており、円筒体２９の内周面２７と中空回転軸部材本体６７の外周面５７とで形成される狭幅の円環状隙間５６の軸方向Ｘの円環状の他端９１は空間６２に隣接して連通されている。
【００２６】
流体導入孔５には加圧された流体、例えば、純水と窒素ガスとの混合体からなる加圧流体が配管を介して供給されるようになっており、流体導入孔５に供給された流体は、当該流体導入孔５を介して中空部２の空間９０に導入され、空間９０に導入された加圧流体は、開口端９側で被覆管８０の内部に導入されて、他端面５８側で被覆管８０の内部から導出される。
【００２７】
円筒状隙間１６に高圧気体を供給する高圧気体供給手段１７は、円筒体３５を径方向に貫通して円筒体３５に形成されていると共に軸方向Ｘに配列された一対の貫通孔１０１及び１０２と、外周面３３側の径方向の一端で外部４に開口する貫通孔１０１及び１０２の夫々の径方向の他端が夫々開口していると共に円筒体２９の内周面２７に形成された円環状の溝１０３及び１０４と、径方向の一端で円環状の溝１０３及び１０４の夫々に開口して当該溝１０３及び１０４の夫々に連通すると共に円筒体２９を径方向に貫通し、しかも、軸心Ｏを中心としてＲ方向に９０度の等角度間隔で円筒体２９に形成された夫々四個からなる貫通孔１０５及び１０６とを有しており、貫通孔１０５及び１０６の夫々は、径方向の一端では対応の溝１０３及び１０４に開口した大径の円孔１０７と、径方向の一端では対応の円孔１０７に連通していると共に径方向の他端では内周面２７で円環状隙間５６に開口した微小径の絞り円孔１０８とを具備している。
【００２８】
高圧気体供給手段１７は、配管を介して貫通孔１０１及び１０２に供給された高圧気体であって、流体導入孔５に導入される流体の圧力よりも大きな圧力、具体的には０．０５ＭＰａ以上、好ましくは０．１〜０．５ＭＰａの大きな圧力をもった高圧気体を溝１０３及び１０４に導き、溝１０３及び１０４に導いた高圧気体を各円孔１０７を介して各絞り円孔１０８に導き、各絞り円孔１０８の他端から円環状隙間５６に噴出させて当該円環状隙間５６に供給するようになっている。
【００２９】
高圧気体排出手段１８は、円環状隙間５６の他端９１に連通した空間６２と、スペーサ部材４０を径方向に貫通して軸心Ｏを中心としてＲ方向に１８０度の等角度間隔で当該スペーサ部材４０に形成されていると共に径方向の一端で空間６２に開口して当該空間６２に連通した二個の貫通孔１１１及び１１２と、貫通孔１１１及び１１２の夫々の径方向の他端が開口して当該貫通孔１１１及び１１２の夫々に連通していると共にスペーサ部材４０の外周面３９に形成された円環状の溝１１４と、径方向の一端で円環状の溝１１４に開口して当該溝１１４に連通すると共に円筒体３５を径方向に貫通し、外周面３３側の径方向の他端で外部４に開口して円筒体３５に形成された貫通孔１１５とを具備している。
【００３０】
高圧気体排出手段１８は、高圧気体供給手段１７からの高圧気体であって円環状隙間５６の他端９１からの高圧気体を空間６２、貫通孔１１１、１１２、溝１１４及び貫通孔１１５を介して外部４に排出するようになっている。
【００３１】
軸受１３は、軸方向Ｘにおいてスペーサ部材４０及び円環状板４３に挟まれて中空部材６の内周面１４において内周面３２に固着された外輪１２１と、中空回転軸部材１２の外周面１５において外周面６６に固着された内輪１２２と、外輪１２１と内輪１２２との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材１２の回転方向であるＲ方向に配列された二列の複数の鋼球１２３とを具備した複列アンギュラ玉軸受１２４を具備しており、内輪１２２は、ワッシャ１２５及びねじ部６５に螺合したナット１２６により中空回転軸部材本体６７から脱落しないように外周面６６に固着されている。
【００３２】
被覆管８０を有した中空回転軸部材１２は、ラジアル兼スラスト軸受である複列アンギュラ玉軸受１２４からなる軸受１３を介して中空部材６にＲ方向に回転自在に支持されている。
【００３３】
冷却手段１９は、円筒体３５の外周面３４に形成された円環状の溝１３１と、外周面４５側の径方向の一端で外部４に開口している一方、内周面４４側の径方向の他端で溝１３１に開口して円環状部材４６に形成された冷却水導入用の貫通孔１３２と、外周面４５側の径方向の一端で外部４に開口している一方、内周面４４側の径方向の他端で溝１３１に開口して円環状部材４６に貫通孔１３２に対して軸心Ｏを中心としてＲ方向に１８０度の角度間隔をもって形成された冷却水排出用の貫通孔１３３とを具備している。
【００３４】
冷却手段１９は、貫通孔１３２を介して溝１３１に供給されて貫通孔１３３を介して溝１３２から排出される冷却水でもって円筒体３５を介して複列アンギュラ玉軸受１２４からなる軸受１３を冷却するようになっている。
【００３５】
ロータリージョイント１は、流体導入孔５からの流体及び貫通孔１０１及び１０２からの高圧気体の漏出に対して、蓋部材２４の環状外側端面２３と円筒体２９の環状端面２６との間に介在されたシールリング１４１と、覆い部材７７の円筒状の内周面７８と被覆管８０の円筒状の外周面７９との間に介在されたシールリング１４２と、円筒体２９の外周面２８と円筒体３５の内周面３１との間に介在されていると共に軸方向Ｘにおいて貫通孔１０１及び１０２を挟んで配された二個のシールリング１４３と、円筒体２９の環状端面３６とスペーサ部材４０の環状端面３７との間に介在されたシールリング１４４とを具備しており、貫通孔１３２からの冷却水の漏出に対して、円筒体３５の外周面３４と円環状部材４６の内周面４４との間に介在されていると共に軸方向Ｘにおいて溝１３１並びに貫通孔１３２及び１３３を挟んで配された二個のシールリング１４５とを更に具備している。
【００３６】
以上のロータリージョイント１において、流体導入孔５は、例えばシリコンウエハの表面を洗浄する表面洗浄装置等において加圧された流体としての例えば洗浄液を供給する供給源に配管を介して、貫通孔１０１及び１０２は、清浄化された高圧気体を発生する高圧気体発生源に配管を介して、貫通孔１３２は、冷却水を供給する冷却水供給源に配管を介して、そして、軸心Ｏを中心としてＲ方向に回転されるようになっている中空回転軸部材１２は、他端面５８側で回転管に夫々接続されるようになっており、流体導入孔５に供給された流体は、一端７、隙間８及び開口端９を介して被覆管８０の内部に導入され、被覆管８０の内部に導入された流体は、他端面５８側から回転管に供給されてシリコンウエハの表面を洗浄する洗浄液として利用され、貫通孔１０１及び１０２に供給された高圧気体は、溝１０３及び１０４、円孔１０７を介して絞り円孔１０８から円環状隙間５６に噴出されて円環状隙間５６に高圧気体層を形成し、軸受１３でＲ方向に回転自在に支持された中空回転軸部材１２を斯かる高圧気体層でもってもＲ方向に非接触的に回転自在に支持し、円環状隙間５６に高圧気体層を形成した高圧気体は、空間６２、貫通孔１１１、１１２、溝１１４及び貫通孔１１５を介して外部４に排出されるようになっている。
【００３７】
円環状隙間５６に噴出された高圧気体は、当該高圧気体と流体導入孔５から供給された流体との圧力差により、部分的に円環状隙間７３及び空間９０を介して被覆管８０の内部に導入される場合もあるが、それが十分に洗浄されているために、斯かる一部の高圧気体は、流体導入孔５から供給された流体を汚染することなしに、当該流体導入孔５から供給された流体と共にシリコンウエハの表面に供給されることになる。
【００３８】
ところで、ロータリージョイント１によれば、中空回転軸部材１２の一方の開口端９と中空部材６の流体導入孔５の中空部２側の一端７とが隙間８をもって対面しているために、ここでの摩擦接触に基づく摩擦粉の発生をなくし得、しかも、中空回転軸部材１２の一方の開口端９と軸受１３との間において、高圧気体供給手段１７からの高圧気体が円環状隙間５６に供給されて、円環状隙間５６に供給された高圧気体が高圧気体排出手段１８を介して外部４に排出されるために、円環状隙間５６に供給された高圧気体でもって軸受１３と中空回転軸部材１２の一方の開口端９とを隔離でき、流体導入孔５から隙間８に、そして隙間８から被覆管８０の内部に導入される流体への接触型の軸受１３で発生する摩擦粉の混入を防止できる。
【００３９】
更に、蓋部材２４及び覆い部材７７の夫々が非金属製であり、円筒体２９及び被覆管８０の夫々が合成樹脂製であるために、これらに接触する流体及び高圧気体での金属イオンの発生をなくし得、而して、金属イオンの発生のない流体及び場合により高圧気体をシリコンウエハの表面に供給することができる。
【００４０】
また、ロータリージョイント１によれば、複列アンギュラ玉軸受１２４を介して中空回転軸部材１２を中空部材６でＲ方向に回転自在に支持しているために、中空回転軸部材１２に生じる軸方向Ｘの力（スラスト力）を複列アンギュラ玉軸受１２４で効果的に受容できる。
【００４１】
従来のロータリージョイントと、蓋部材２４及び覆い部材７７を夫々塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）で形成し、円筒体２９をポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＣ）で形成し、そして被覆管８０を四ふっ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）で形成した本例のロータリージョイント１とを特開２００１−１４８４１４号公報の図５に記載のウェハー回転保持装置の流量調節器に夫々用い、斯かるウェハー回転保持装置で支持したシリコンウエハの表面を洗浄して金属イオンと摩擦粉（パーティクル）とを測定し、その測定結果を表１乃至表３に示す。
【００４２】
金属イオンの測定条件
金属イオン分析器：ＶＰ−ＩＣＰ−ＭＳ分析 型式：ＥＬＡＮ ６１００ ＤＲＣ Ｎｏ．２
中空回転軸部材１２の回転数：９００ｒｐｍ
バックブローとバックリンスとを使用した時の金属イオンを分析
【００４３】
【表１】
【００４４】
摩耗粉（パーティクル）の測定条件
パーティクル（ウエハ表面検査） 型式：ＷＩＳ-ＣＲ８１
バックブローだけの時とバックブロー及びバックリンスを使用した時のパーティクル数を測定した。
【００４５】
【表２】
【００４６】
【表３】
【００４７】
以上の従来のロータリージョイントと本例のロータリージョイント１との比較からも明らかであるように、本発明によれば、上記の目的を達成できるロータリージョイントを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好ましい一例の正面図である。
【図２】図１に示す例のＩＩ−ＩＩ線及び（ＩＩ）−（ＩＩ）線矢視断面説明図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面説明図である。
【符号の説明】
【００４９】
１ ロータリージョイント
２ 中空部
３ 一端面
４ 外部
５ 流体導入孔
６ 中空部材
７ 一端
８ 隙間
１０ 他端面
１１ 突出端部
１２ 中空回転軸部材
１３ 軸受
１４ 内周面
１５ 外周面
１６ 円筒状隙間
１７ 高圧気体供給手段
１８ 高圧気体排出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に中空部を有すると共に軸方向の一端面側に当該中空部を外部に連通する流体導入孔を有した中空部材と、この中空部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有して中空部材の中空部に装着された中空回転軸部材と、中空部材の中空部で当該中空部材と中空回転軸部材との間に介在されていると共に中空回転軸部材を中空部材に対して軸心を中心として回転自在とする接触型の軸受と、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備しているロータリージョイント。
【請求項２】
中空部材は、流体導入孔、流体導入孔の中空部側の開口端が位置する軸方向の内側端面、この内側端面に連接した円筒状の内周面及びこの内周面に連接した軸方向の環状外側端面を有した非金属製の蓋部材と、この蓋部材の軸方向の環状外側端面に接触する環状端面、蓋部材の内周面よりも小径の円筒状の内周面及び蓋部材の内周面よりも大径の円筒状の外周面を有した合成樹脂製の円筒体とを具備しており、中空回転軸部材は、小径の外周面、この外周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を形成する円筒状の外周面及び軸方向の一端面から軸方向の他端面まで伸びた貫通孔を有すると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有した中空回転軸部材本体と、中空回転軸部材本体の小径の外周面に接触して当該小径の外周面に嵌合された内周面、この内周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を、蓋部材の内周面との間で径方向において広幅の円環状隙間を夫々形成する円筒状の外周面及び蓋部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共にこの一方の開口端から中空回転軸部材本体の貫通孔に連通するように軸方向に伸びた貫通孔を有した非金属製の覆い部材と、この覆い部材及び中空回転軸部材本体の両貫通孔に挿入されていると共に両貫通孔を規定する覆い部材及び中空回転軸部材本体の円筒状の内周面に接触した外周面を有した合成樹脂製の被覆管とを具備しており、中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面は、蓋部材の円筒状の内周面と円筒体の円筒状の内周面とを含んでおり、中空回転軸部材の円筒状の外周面は、中空回転軸部材本体の円筒状の外周面と覆い部材の円筒状の外周面とを含んでおり、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端は、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間に隣接して連通しており、高圧気体供給手段は、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙に高圧気体を供給するようになっており、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、高圧気体排出手段に連通されており、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間は、流体導入孔及び被覆管の内部に連通している請求項１に記載のロータリージョイント。
【請求項３】
蓋部材の環状外側端面と円筒体の環状端面との間に介在されたシールリングと、覆い部材の円筒状の内周面と被覆管の円筒状の外周面との間に介在されたシールリングとを更に具備している請求項２に記載のロータリージョイント。
【請求項４】
軸受は、中空部材の内周面に固着された外輪と、中空回転軸部材の外周面に固着された内輪と、外輪と内輪との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材の回転方向に配列された二列の複数の鋼球とを具備した複列アンギュラ玉軸受を具備している請求項１から３のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項５】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項６】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも０．０５ＭＰａ以上大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項７】
流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される加圧流体は、純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体からなる請求項１から６のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項１】
内部に中空部を有すると共に軸方向の一端面側に当該中空部を外部に連通する流体導入孔を有した中空部材と、この中空部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有して中空部材の中空部に装着された中空回転軸部材と、中空部材の中空部で当該中空部材と中空回転軸部材との間に介在されていると共に中空回転軸部材を中空部材に対して軸心を中心として回転自在とする接触型の軸受と、軸方向における中空回転軸部材の一方の開口端と軸受との間に位置する中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に高圧気体を供給する高圧気体供給手段と、軸方向において高圧気体供給手段と軸受との間に配されていると共に円筒状隙間に供給された高圧気体を外部に排出する高圧気体排出手段とを具備しているロータリージョイント。
【請求項２】
中空部材は、流体導入孔、流体導入孔の中空部側の開口端が位置する軸方向の内側端面、この内側端面に連接した円筒状の内周面及びこの内周面に連接した軸方向の環状外側端面を有した非金属製の蓋部材と、この蓋部材の軸方向の環状外側端面に接触する環状端面、蓋部材の内周面よりも小径の円筒状の内周面及び蓋部材の内周面よりも大径の円筒状の外周面を有した合成樹脂製の円筒体とを具備しており、中空回転軸部材は、小径の外周面、この外周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を形成する円筒状の外周面及び軸方向の一端面から軸方向の他端面まで伸びた貫通孔を有すると共に中空部材の軸方向の他端面から外部に突出した突出端部を有した中空回転軸部材本体と、中空回転軸部材本体の小径の外周面に接触して当該小径の外周面に嵌合された内周面、この内周面よりも大径であって円筒体の内周面との間で径方向において狭幅の円環状隙間を、蓋部材の内周面との間で径方向において広幅の円環状隙間を夫々形成する円筒状の外周面及び蓋部材の流体導入孔の中空部側の開口端に隙間をもって対面した軸方向の一方の開口端を有していると共にこの一方の開口端から中空回転軸部材本体の貫通孔に連通するように軸方向に伸びた貫通孔を有した非金属製の覆い部材と、この覆い部材及び中空回転軸部材本体の両貫通孔に挿入されていると共に両貫通孔を規定する覆い部材及び中空回転軸部材本体の円筒状の内周面に接触した外周面を有した合成樹脂製の被覆管とを具備しており、中空部を規定する中空部材の円筒状の内周面は、蓋部材の円筒状の内周面と円筒体の円筒状の内周面とを含んでおり、中空回転軸部材の円筒状の外周面は、中空回転軸部材本体の円筒状の外周面と覆い部材の円筒状の外周面とを含んでおり、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端は、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、円筒体の内周面と覆い部材の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の一端に隣接して連通しており、蓋部材の内周面と覆い部材の外周面とで形成される広幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間に隣接して連通しており、高圧気体供給手段は、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙に高圧気体を供給するようになっており、円筒体の内周面と中空回転軸部材本体の外周面とで形成される狭幅の円環状隙間の軸方向の円環状の他端は、高圧気体排出手段に連通されており、蓋部材の内側端面と覆い部材の貫通孔の一方の開口端が位置する覆い部材の軸方向の端面との間の空間は、流体導入孔及び被覆管の内部に連通している請求項１に記載のロータリージョイント。
【請求項３】
蓋部材の環状外側端面と円筒体の環状端面との間に介在されたシールリングと、覆い部材の円筒状の内周面と被覆管の円筒状の外周面との間に介在されたシールリングとを更に具備している請求項２に記載のロータリージョイント。
【請求項４】
軸受は、中空部材の内周面に固着された外輪と、中空回転軸部材の外周面に固着された内輪と、外輪と内輪との間に介在されていると共に各列が中空回転軸部材の回転方向に配列された二列の複数の鋼球とを具備した複列アンギュラ玉軸受を具備している請求項１から３のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項５】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項６】
高圧気体供給手段は、流体導入孔に導入される流体の圧力よりも０．０５ＭＰａ以上大きな圧力をもった高圧気体を、中空部材の円筒状の内周面と中空回転軸部材の円筒状の外周面との間の円筒状隙間に供給するようになっている請求項１から４のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【請求項７】
流体導入孔を介して中空部材の中空部に導入される加圧流体は、純水、洗浄液体、窒素ガス、純水と窒素ガスとの混合体又は洗浄液体と窒素ガスとの混合体からなる請求項１から６のいずれか一項に記載のロータリージョイント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１６８０６８（Ｐ２００９−１６８０６８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４５５５（Ｐ２００８−４５５５）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（３９０００４５８１）三益半導体工業株式会社 (19)
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（３９０００４５８１）三益半導体工業株式会社 (19)
【出願人】（０００１０３６４４）オイレス工業株式会社 (384)
【Ｆターム（参考）】
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