(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッド部の回転とともに回転する回転部と、当該回転部の周囲に設けられた固定部と、前記回転部と前記固定部との間をシールするシール部とを有し、ガスが通る第１の流路が形成されており、前記シール部により前記第１の流路に対して隔離され且つクエンチ水が通る第２の流路が形成されているロータリージョイントと、
前記クエンチ水が排出される排出配管であって、一端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口と連通しており且つ他端部が前記第２の流路の排出口より低い位置で大気に開放されている排出配管と、
を備える基板処理装置。
【請求項２】
前記クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部と第２の分岐部に分岐する分岐配管であって、前記第１の分岐部の端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の流入口と連通しており、前記第２の分岐部の開口部は、前記第２の流路の流入口より高い位置で大気に開放されている分岐配管を更に備える
請求項１に記載の基板処理装置。
【請求項３】
前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より低い方向に延伸した後に上方に延伸しており且つ、前記第２の分岐部の開口部が大気に開放されている
請求項２に記載の基板処理装置。
【請求項４】
前記第２の分岐部中のクエンチ水の液面の高さが、所定の量の圧力変動があったとしても前記第２の流路の流入口より低い高さを維持できるように、前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口から前記排出配管の開口部までの高さの差及び前記分岐配管に流入するクエンチ水の圧力が調整されている
請求項３に記載の基板処理装置。
【請求項５】
前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記第２の流路に供給するクエンチ水の圧力を制限する制限圧力に基づいて決められている
請求項２から４のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項６】
前記第２の分岐部は、透過性を有する
請求項２から５のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項７】
前記第２の分岐部の開口部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板を更に備える
請求項２から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項８】
前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口と前記排出配管の他端部の高さの差は、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている
請求項１から７のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項９】
前記第２の分岐部の開口部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板と、
一端部が前記ドレイン板の排出口と連通しており、他端部が前記排出配管と連通している接続配管と、
を更に備え、
前記ドレイン板の排出口の高さは、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている請求項２から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１０】
前記ロータリージョイントは、前記クエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部を更に有し、前記第２のシール部により前記第２の流路に対して隔離され且つ排出口が大気に開放されているドレイン流路が形成されており、
前記ドレイン板は、更に前記ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されている
請求項９に記載の基板処理装置。
【請求項１１】
前記ロータリージョイントは、前記クエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部を更に有し、前記第２のシール部により前記第２の流路に対して隔離され且つ排出口が大気に開放されているドレイン流路が形成されており、
前記ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板と、
一端部が前記ドレイン板の排出口と連通しており、他端部が前記排出配管と連通している接続配管と、
を更に備え、
前記ドレイン板の排出口の高さは、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている請求項１から６のいずれか一項に記載の基板処理装置。
【請求項１２】
ヘッド部の回転とともに回転する回転部と、当該回転部の周囲に設けられた固定部と、前記回転部と前記固定部との間をシールするシール部とを有し、ガスが通る第１の流路が形成されており、前記シール部により前記第１の流路に対して隔離され且つクエンチ水が通る第２の流路が形成されているロータリージョイントと、
前記クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部と第２の分岐部に分岐する分岐配管であって、前記第１の分岐部の端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の流入口と連通しており、前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より高い方向に延伸しており且つ前記第２の分岐部の開口部が大気に開放されている分岐配管と、
を備える基板処理装置。
【請求項１３】
前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記クエンチ水を供給するときに制限される制限圧力に基づいて決められている
請求項１２に記載の基板処理装置。
【請求項１４】
前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より高い方向に延伸した後に下方に延伸している
請求項１２または１３に記載の基板処理装置。
【請求項１５】
前記第２の分岐部の一番高い位置と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記第２の流路に供給するクエンチ水について許容される許容圧力に基づいて決められており、
前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記クエンチ水の圧力が前記許容圧力を超えた場合に、維持される制限圧力に基づいて決められている
請求項１４に記載の基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、研磨装置、エッチャー、またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置など、基板に対して処理を施す基板処理装置が知られている。例えば、従来の研磨装置では、ウエハの吸着及び研磨パッドへの押し付け時にガスを供給したり、ヘッド部（トップリングともいう）の弾性膜により形成された空間から気体を吸い出したりする流路上にロータリージョイントが配置されている（例えば、特許文献１参照）。このロータリージョイントは、ヘッド部の回転とともに回転する回転部と当該回転部の周囲に設けられた固定部とを有し、回転部の内部に形成された流路と固定部によって形成された流路とを連通させて主ライン（第１の流路ともいう）を形成する機能を提供する。
【０００３】
ロータリージョイントには、回転部と固定部との間をシールするシール部が設けられている。シール部はメカニカルシールであり、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはカーボン材が素材として用いられている。回転部は、固定部に対して摺動するため、回転部と固定部の接触面で発熱する。この発熱による熱膨張により、回転部または固定部の形状変化、及び／または回転部と固定部の間の接触圧変化が生じ、シール性能の低下をもたらす。このため、熱を低減するため、メカニカルシールの周方向の外側に通水するためのクエンチ水ライン（第２の流路ともいう）が設けられている。ここでこの通水に用いられる水をクエンチ水という。また、クエンチ水ラインの外側には、ロータリージョイントの軸方向の外側へ漏れたクエンチ水を排出するドレインライン（ドレイン流路ともいう）を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９３０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
クエンチ水が主ライン（第１の流路）に漏れた場合、所望の圧力でウエハを押圧できなくなるので、クエンチ水の主ライン（第１の流路）への漏れを防止することが望まれている。特に、ロータリージョイントへのクエンチ水の供給圧力が高くなると、ロータリージョイントにおけるクエンチ水が主ライン（第１の流路）への漏れが発生しやすくなるため、クエンチ水の供給圧力を低くしたいという要求がある。その一方で、基板処理装置の運転を継続したいため、クエンチ水ライン（第２の流路）における水の流量を確保したいという要求がある。このように、ロータリージョイントにおけるクエンチ水の主ライン（第１の流路）への漏れを防止しつつ、ロータリージョイントのクエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保することが望まれる。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ロータリージョイントにおけるクエンチ水の主ライン（第１の流路）への漏れの発生可能性を抑制しつつ、ロータリージョイントのクエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保することを可能とする基板処理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】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る基板処理装置は、ヘッド部の回転とともに回転する回転部と、当該回転部の周囲に設けられた固定部と、前記回転部と前記固定部との間をシールするシール部とを有し、ガスが通る第１の流路が形成されており、前記シール部により前記第１の流路に対して隔離され且つクエンチ水が通る第２の流路が形成されているロータリージョイントと、前記クエンチ水が排出される排出配管であって、一端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口と連通しており且つ他端部が前記第２の流路の排出口より低い位置で大気に開放されている排出配管と、を備える。
【０００８】
この構成によれば、ロータリージョイントの第２の流路の排出口では、ロータリージョイントの第２の流路の排出口と大気に開放している排出配管の他端部との間が水で満たされることにより、この高さの差に相当する水頭圧が排出配管の他端部に下向きに作用する。このため、排出配管の他端部において、この高さの差に相当する水頭圧でクエンチ水を吸い出すことになる。これにより、第２の流路の排出口の圧力が、排出配管の他端部の圧力（すなわち大気圧）よりもこの高さの差に相当する水頭圧だけ低くなるので、第２の流路の圧力は大気圧よりも低くなる。このため、第２の流路の圧力が第１の流路の圧力がより低くなるため、この圧力差がクエンチ水を第２の流路中に留めるように作用し、クエンチ水が第２の流路からシール部を介して第１の流路に漏れる可能性を低減することができる。更に、排出口からクエンチ水を吸い出すことになるため、ロータリージョイントへのクエンチ水の供給圧力を低減してもロータリージョイントのクエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保することができる。このように、ロータリージョイントへのクエンチ水の供給圧力を低減することができるので、この観点からも、ロータリージョイントにおける第１の流路への漏れの発生可能性を抑制することができる。従って、ロータリージョイントにおける第１の流路への漏れの発生可能性を抑制しつつ、ロータリージョイントの第２の流路の流量を確保することができる。
【０００９】
本発明の第２の態様に係る基板処理装置は、第１の態様に係る基板処理装置であって、前記クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部と第２の分岐部に分岐する分岐配管であって、前記第１の分岐部の端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の流入口と連通しており、前記第２の分岐部の開口部は、前記第２の流路の流入口より高い位置で大気に開放されている分岐配管を更に備える。
【００１０】
この構成によれば、第２の分岐部内の水面は第２の分岐部の開口部まで上昇することが可能である。この高さの差に相当する圧力を超えて流入口からのクエンチ水の供給圧力が上昇しても、クエンチ水が第２の分岐部の開口部からこぼれるので水面は一定となり、第２の流路の流入口における圧力は、この高さの差に相当する圧力に維持される。このように、第２の流路の流入口における圧力は、この高さの差に相当する圧力までに制限される。第２の分岐部の開口部と第２の流路の流入口との高さの差に相当する圧力までに、クエンチ水の供給圧力を抑えることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様に係る基板処理装置は、第２の態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より低い方向に延伸した後に上方に延伸しており且つ、前記第２の分岐部の開口部が大気に開放されている。
【００１２】
この構成によれば、分岐配管ＢＰの流入口からの純水の供給圧力が吸出圧力より低い場合であっても、第２の分岐部は第２の流路の流入口より低い方向に延伸しているので、第２の流路の流入口Ｔ１より低い位置で液面を維持することができる。これにより、ロータリージョイントの第２の流路へ空気が吸われることを防止することができる。
【００１３】
本発明の第４の態様に係る基板処理装置は、第３の態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部中のクエンチ水の液面の高さが、所定の量の圧力変動があったとしても前記第２の流路の流入口より低い高さを維持できるように、前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口から前記排出配管の開口部までの高さの差及び前記分岐配管に流入するクエンチ水の圧力が調整されている。
【００１４】
この構成によれば、ロータリージョイントの第２の流路を大気圧よりも常に負圧になるので、第２の流路が第１の流路より常に負圧になる。このため、この圧力差がクエンチ水を第２の流路中に留めるように常に作用し、第２の流路からシール部を介して第１の流路にクエンチ水が漏れるのを防ぐことができる。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る基板処理装置は、第２から４のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記第２の流路に供給するクエンチ水の圧力を制限する制限圧力に基づいて決められている。
【００１６】
この構成によれば、第２の流路に供給するクエンチ水の圧力を制限圧力以下に抑えることができる。
【００１７】
本発明の第６の態様に係る基板処理装置は、第２から５のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部は、透過性を有する。
【００１８】
この構成によれば、第２の分岐部の配管における液面の位置を確認することができるので、現在のクエンチ水の圧力を視覚的に把握することができる。
【００１９】
本発明の第７の態様に係る基板処理装置は、第２から６のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部の開口部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板を更に備える。
【００２０】
この構成によれば、漏れたクエンチ水を所望の排出場所に排出することができる。
【００２１】
本発明の第８の態様に係る基板処理装置は、第１から７のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記ロータリージョイントの前記第２の流路の排出口と前記排出配管の他端部の高さの差は、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。
【００２２】
この構成によれば、所望の吸出圧力でクエンチ水をロータリージョイント２６から吸い出すことができる。
【００２３】
本発明の第９の態様に係る基板処理装置は、第２から６のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部の開口部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板と、一端部が前記ドレイン板の排出口と連通しており、他端部が前記排出配管と連通している接続配管と、を更に備え、前記ドレイン板の排出口の高さは、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。
【００２４】
この構成によれば、第２の分岐部の開口部から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。また、所望の吸出圧力でクエンチ水を吸い出すことができる。
【００２５】
本発明の第１０の態様に係る基板処理装置は、第９の態様に係る基板処理装置であって、前記ロータリージョイントは、前記クエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部を更に有し、前記第２のシール部により前記第２の流路に対して隔離され且つ排出口が大気に開放されているドレイン流路が形成されており、前記ドレイン板は、更に前記ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されている。
【００２６】
この構成によれば、第２のシール部から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。
【００２７】
本発明の第１１の態様に係る基板処理装置は、第１から６のいずれかの態様に係る基板処理装置であって、前記ロータリージョイントは、前記クエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部を更に有し、前記第２のシール部により前記第２の流路に対して隔離され且つ排出口が大気に開放されているドレイン流路が形成されており、前記ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ前記受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板と、一端部が前記ドレイン板の排出口と連通しており、他端部が前記排出配管と連通している接続配管と、を更に備え、前記ドレイン板の排出口の高さは、前記クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。
【００２８】
この構成によれば、第２のシール部から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。また、所望の吸出圧力でクエンチ水を吸い出すことができる。
【００２９】
本発明の第１２の態様に係る基板処理装置は、ヘッド部の回転とともに回転する回転部と、当該回転部の周囲に設けられた固定部と、前記回転部と前記固定部との間をシールするシール部とを有し、ガスが通る第１の流路が形成されており、前記シール部により前記第１の流路に対して隔離され且つクエンチ水が通る第２の流路が形成されているロータリージョイントと、前記クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部と第２の分岐部に分岐する分岐配管であって、前記第１の分岐部の端部が前記ロータリージョイントの前記第２の流路の流入口と連通しており、前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より高い方向に延伸しており且つ前記第２の分岐部の開口部が大気に開放されている分岐配管と、を備える。
【００３０】
この構成によれば、第２の分岐部内の水面は第２の分岐部の開口部まで上昇することが可能である。この高さの差に相当する圧力を超えて流入口からのクエンチ水の供給圧力が上昇しても、クエンチ水が第２の分岐部の開口部からこぼれるので水面は一定となり、第２の流路の流入口における圧力は、この高さの差Ｈに相当する圧力に維持される。このように、第２の流路ＦＰ２の流入口における圧力は、この高さの差に相当する圧力までに制限される。第２の分岐部の開口部と第２の流路の流入口との高さの差に相当する圧力までに、クエンチ水の供給圧力を抑えることができる。
【００３１】
本発明の第１３の態様に係る基板処理装置は、第１２の態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記クエンチ水を供給するときに制限される制限圧力に基づいて決められている。
【００３２】
この構成によれば、第２の流路に供給するクエンチ水の圧力を制限圧力以下に抑えることができる。
【００３３】
本発明の第１４の態様に係る基板処理装置は、第１２または１３の態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部は、前記第２の流路の流入口より高い方向に延伸した後に下方に延伸している。
【００３４】
この構成によれば、クエンチ水が上方に向かって吹き出すことを防ぐことができる。
【００３５】
本発明の第１５の態様に係る基板処理装置は、第１４の態様に係る基板処理装置であって、前記第２の分岐部の一番高い位置と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記第２の流路に供給するクエンチ水について許容される許容圧力に基づいて決められており、
前記第２の分岐部の開口部と前記第２の流路の流入口との高さの差は、前記クエンチ水の圧力が前記許容圧力を超えた場合に、維持される制限圧力に基づいて決められている。
【００３６】
この構成によれば、通常は、クエンチ水圧力が許容圧力以下に抑えられ、クエンチ水圧力が許容圧力を超えた場合、クエンチ水圧力が制限圧力に維持される。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、ロータリージョイントの第２の流路の排出口では、ロータリージョイントの第２の流路の排出口と大気に開放している排出配管の他端部との間が水で満たされることにより、この高さの差に相当する水頭圧が排出配管の他端部に下向きに作用する。このため、排出配管の他端部において、この高さの差に相当する水頭圧でクエンチ水を吸い出すことになる。これにより、第２の流路の排出口の圧力が、排出配管の他端部の圧力（すなわち大気圧）よりもこの高さの差に相当する水頭圧だけ低くなるので、第２の流路の圧力は大気圧よりも低くなる。このため、第２の流路の圧力が第１の流路の圧力がより低くなるため、この圧力差がクエンチ水を第２の流路中に留めるように作用し、クエンチ水が第２の流路からシール部を介して第１の流路に漏れるのを防ぐことができる。
【００３８】
更に、排出口からクエンチ水を吸い出すことになるため、ロータリージョイントへのクエンチ水の供給圧力を低減してもロータリージョイントのクエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保することができる。このように、ロータリージョイントへのクエンチ水の供給圧力を低減することができるので、この観点からも、ロータリージョイントにおける第１の流路への漏れの発生可能性を抑制することができる。従って、ロータリージョイントにおける第１の流路への漏れの発生可能性を抑制しつつ、ロータリージョイントの第２の流路の流量を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】各実施形態に共通する研磨装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】第１の実施形態に係るトップリングの模式的断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図４】第１の実施形態に係る排出配管及び供給配管の配置を示す模式的断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図６】第２の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図７】第３の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図８】第３の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図１０】第４の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図１１】第５の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図１２】第６の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図１３】第６の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図１４】第７の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。
【図１５】第７の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【図１６】第８の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態という）それぞれについて、図面を参照しながら説明する。基板処理装置は、基板に対して処理を施す装置であり、例えば、研磨装置、エッチャー、及びＣＶＤ装置などを含む。各実施形態では、基板処理装置の一例として研磨装置を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。
【００４１】
＜第１の実施形態＞
図１は、各実施形態に共通する研磨装置の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、研磨装置１０は、研磨テーブル１００と、研磨対象物である半導体ウエハ等の基板を保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する基板保持装置としてのヘッド部（以下、トップリングともいう）１とを備えている。研磨テーブル１００は、テーブル軸１００ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されている。研磨テーブル１００は、モータが回転することにより、テーブル軸１００ａ周りに回転する。研磨テーブル１００の上面には、研磨部材としての研磨パッド１０１が貼付されている。この研磨パッド１０１の表面は、半導体ウエハＷを研磨する研磨面１０１ａを構成している。研磨テーブル１００の上方には研磨液供給ノズル６０が設置されている。この研磨液供給ノズル６０から、研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１上に研磨液（研磨スラリ）Ｑが供給される。
【００４２】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ニッタ・ハース社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロ
ス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみまたは孔を有している。
【００４３】
トップリング１は、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するトップリング本体２と、半導体ウエハＷの外周縁を保持して半導体ウエハＷがトップリング１から飛び出さないようにするリテーナ部材としてのリテーナリング３とから基本的に構成されている。トップリング１は、トップリングシャフト１１１に接続されている。このトップリングシャフト１１１は、上下動機構１２４によりトップリングヘッド１１０に対して上下動する。トップリング１の上下方向の位置決めは、トップリングシャフト１１１の上下動により、トップリングヘッド１１０に対してトップリング１の全体を昇降させて行われる。トップリングシャフト１１１の上端にはロータリージョイント２６が取り付けられている。
【００４４】
トップリングシャフト１１１及びトップリング１を上下動させる上下動機構１２４は、軸受１２６を介してトップリングシャフト１１１を回転可能に支持するブリッジ１２８と、ブリッジ１２８に取り付けられたボールねじ１３２と、支柱１３０により支持された支持台１２９と、支持台１２９上に設けられたサーボモータ１３８とを備えている。サーボモータ１３８を支持する支持台１２９は、支柱１３０を介してトップリングヘッド１１０に固定されている。
【００４５】
ボールねじ１３２は、サーボモータ１３８に連結されたねじ軸１３２ａと、このねじ軸１３２ａが螺合するナット１３２ｂとを備えている。トップリングシャフト１１１は、ブリッジ１２８と一体となって上下動する。従って、サーボモータ１３８を駆動すると、ボールねじ１３２を介してブリッジ１２８が上下動し、これによりトップリングシャフト１１１及びトップリング１が上下動する。
【００４６】
また、トップリングシャフト１１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。回転筒１１２は、その外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用回転モータ１１４が固定されており、タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用回転モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用回転モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリングシャフト１１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。
【００４７】
トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に回転可能に支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。研磨装置１０は、トップリング用回転モータ１１４、サーボモータ１３８、研磨テーブル回転モータをはじめとする装置内の各機器を制御する制御部５００を備えている。
【００４８】
次に、本実施形態に係る研磨装置におけるトップリング１について説明する。トップリング１は、研磨対象物である半導体ウエハを保持して研磨テーブル１００上の研磨面に押圧する。図２は、第１の実施形態に係るトップリングの模式的断面図である。図２においては、トップリング１を構成する主要構成要素だけを図示している。
【００４９】
図２に示すように、トップリング１は、トップリングシャフト１１１に連結されているベース部１ａと、半導体ウエハＷを研磨面１０１ａに対して押圧するキャリア部（トップリング本体ともいう）２と、研磨面１０１ａを直接押圧するリテーナ部材としてのリテーナリング３とから基本的に構成されている。ベース部１ａには、ガスが供給するかあるいは真空に引くための複数の第１のヘッド流路４１、…、４５が形成されている。キャリア部２は概略円盤状の部材からなり、リテーナリング３はトップリング本体２の外周部に取り付けられている。
【００５０】
キャリア部２は、エンジニアリングプラスティック（例えば、ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成されている。キャリア部２の下面には、半導体ウエハの裏面に当接する弾性膜（メンブレン）４が取り付けられている。弾性膜（メンブレン）４は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。弾性膜（メンブレン）４は、半導体ウエハ等の基板を保持する基板保持面を構成している。
【００５１】
弾性膜（メンブレン）４は同心状の複数の隔壁４ａを有し、これら隔壁４ａによって、メンブレン４の上面とトップリング本体２の下面との間に円形状のセンター室５、環状のリプル室６、環状のアウター室７、環状のエッジ室８が形成されている。すなわち、トップリング本体２の中心部にセンター室５が形成され、中心から外周方向に向かって、順次、同心状に、リプル室６、アウター室７、エッジ室８が形成されている。トップリング本体２内には、センター室５に連通する第２のヘッド流路１１、リプル室６に連通する第２のヘッド流路１２、アウター室７に連通する第２のヘッド流路１３、エッジ室８に連通する第２のヘッド流路１４がそれぞれ形成されている。このように、キャリア部２は、複数の第１のヘッド流路４１、…、４５と連通する複数の第２のヘッド流路１１、…、１５が形成されている。
【００５２】
センター室５に連通する第２のヘッド流路１１は、トップリングシャフト１１１内の流路３１、及びロータリージョイント２６を介して、配管２１に接続されている。
同様に、リプル室６に連通する第２のヘッド流路１２は、トップリングシャフト１１１内の流路３２、及びロータリージョイント２６を介して、配管２２に接続されている。
同様に、アウター室７に連通する第２のヘッド流路１３は、トップリングシャフト１１１内の流路３３、及びロータリージョイント２６を介して、配管２３に接続されている。
同様に、エッジ室８に連通する第２のヘッド流路１４は、トップリングシャフト１１１内の流路３４、及びロータリージョイント２６を介して、配管２４に接続されている。
【００５３】
配管２１、２２、２３、２４は、それぞれ第１の分岐部２１−１、２２−１、２３−１、２４−１と、第２の分岐部２１−２、２２−２、２３−２、２４−２に分岐する。第１の分岐部２１−１、２２−１、２３−１、２４−１は、それぞれバルブＶ１−１、Ｖ２−１、Ｖ３−１、Ｖ４−１、流量計Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４及び圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４を介してガス供給源に接続されている。ここで圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は一例として電空レギュレータである。また、第２の分岐部２１−２、２２−２、２３−２、２４−２は、それぞれバルブＶ１−２、Ｖ２−２、Ｖ３−２、Ｖ４−２を介して真空源ＶＳに接続されている。
【００５４】
また、リテーナリング３の直上にも弾性膜（メンブレン）１６によってリテーナリング圧力室９が形成されている。弾性膜（メンブレン）１６は、トップリング１のフランジ部に固定されたシリンダ１７内に収容されている。リテーナリング圧力室９は、キャリア部２内に形成された流路１５、トップリングシャフト１１１内の流路３５、及びロータリージョイント２６を介して配管２５に接続されている。配管２５は、第１の分岐部２５−１と、第２の分岐部２５−２に分岐する。第１の分岐部２５−１は、バルブＶ５−１、流量計Ｆ５及び圧力制御弁Ｒ５を介して圧力調整部３０に接続されている。ここで圧力制御弁Ｒ５は一例として電空レギュレータである。また、第２の分岐部２５−２は、バルブＶ５−２を介して真空源ＶＳに接続されている。
【００５５】
圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、それぞれガス供給源ＧＳからセンター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９に供給する圧力流体（例えば、ガス）の圧力を調整する圧力調整機能を有している。圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及び各バルブＶ１−１〜Ｖ１−２、Ｖ２−１〜Ｖ２−２、Ｖ３−１〜Ｖ３−２、Ｖ４−１〜Ｖ４−２、Ｖ５−１〜Ｖ５−２は、制御部５００に接続されていて、それらの動作が制御されるようになっている。例えば、圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５は、制御部５００が入力された制御信号に従って動作する。また流量計Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、それぞれの第１の分岐部２１−１、２２−１、２３−１、２４−１、２５−１を通るガスの流量を検出する。流量計Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は、制御部５００に接続され、検出されたガスの流量を示す流量信号を制御部５００へ出力する。
【００５６】
センター室５、リプル室６、アウター室７、エッジ室８、リテーナリング圧力室９に供給する流体の圧力は、圧力制御弁Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５によってそれぞれ独立に調整される。このような構造により、半導体ウエハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウエハの領域毎に調整でき、かつリテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整できる。
【００５７】
以下、配管２１に関わる流路を代表例として説明する。
【００５８】
図３は、第１の実施形態に係る研磨装置１０の一部の構成を示す概略図である。図３は、配管２１に関わる流路のみに関してその概略接続関係を表している。図３に示すように、研磨装置１０は更に、クエンチ水供給源から供給されたクエンチ水の流量を計測する流量計Ｆ６と、流量計Ｆ６に連通し且つロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１と連通している供給配管ＩＰとを備える。ここで、供給配管ＩＰには、クエンチ水の流量を絞る絞り（オリフィス）ＯＲが設けられている。例えば、流量計Ｆ６には、クエンチ水供給源に接続されたＤＩＷ（De-Ionized Water）ライン（不図示）から分岐され、レギュレータによって減圧された純水（ＤＩＷ）が流入する。
【００５９】
研磨装置１０は更に、クエンチ水が排出される排出配管であって、一端部がロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と連通しており且つ他端部（開口部）が第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２より低い位置で大気に開放されている排出配管ＯＰを備える。
【００６０】
図４は、第１の実施形態に係る排出配管及び供給配管の配置を示す模式的断面図である。図４に示すように、ロータリージョイント２６は、ヘッド部（トップリング）１の回転とともに回転する回転部ＲＲと、当該回転部ＲＲの周囲に設けられた固定部ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４、ＦＲ５と、固定部ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４、ＦＲ５が固定されたハウジングＨＳとを有する。
【００６１】
回転部ＲＲは中心部が円筒状で円周方向に凹凸を有する構造になっている。回転部ＲＲ内には、互いに隔離された空洞が設けられている。固定部ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４は、内周側に凹凸を有するリング状の構造になっている。固定部ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４には、内周側から外周側に貫通する穴が設けられている。これらの穴それぞれが、一端が回転部ＲＲ内の空洞と連通しており、他端がハウジングＨＳに設けられた穴と連通している。これにより、ロータリージョイント２６の内部に、第１の流路５１、５２、５３、５４、５５（流路５５については不図示）が形成されている。
【００６２】
第１の流路５１、５２、５３、５４、５５は、一端がそれぞれトップリングシャフト１１１内の流路３１、３２、３３、３４、３５と連通している。第１の流路５１、５２、５３、５４、５５の他端は、それぞれ外部とのポートＴ４−１、Ｔ４−２、Ｔ４−３、Ｔ４−４、Ｔ４−５を介して配管２１、２２、２３，２４、２５に連通している。
【００６３】
更に、ロータリージョイント２６は、回転部ＲＲと固定部ＦＲ１との間をシールするシール部ＭＳ１、ＭＳ２、回転部ＲＲと固定部ＦＲ２との間をシールするシール部ＭＳ３、ＭＳ４、回転部ＲＲと固定部ＦＲ３との間をシールするシール部ＭＳ５、ＭＳ６、及び回転部ＲＲと固定部ＦＲ４との間をシールするシール部ＭＳ７、ＭＳ８を備える。シール部ＭＳ１〜ＭＳ８は、固定部ＦＲ１〜ＦＲ４に対して回転部ＲＲが摺動する際の隙間をシールする。本実施形態に係るシール部ＭＳ１〜ＭＳ８は一例として、メカニカルシールでありリング状の構造を有する。これらのシール部ＭＳ１〜ＭＳ８により第１の流路５１〜５５に対して隔離された第２の流路ＦＰ２が形成されている。このように、ロータリージョイント２６には、複数のシール部ＭＳ１〜ＭＳ８を有し、複数のシール部ＭＳ１〜ＭＳ８それぞれにより第２の流路ＦＰ２に対して隔離された第１の流路が複数形成されている。クエンチ水は、流入口Ｔ１から供給されて第２の流路ＦＰ２を流れ、排出口Ｔ２から排出される。図３の矢印Ａ１に示すように、シール部ＭＳ７におけるシールが緩むと第２の流路ＦＰ２を流れるクエンチ水が、第１の流路５１〜５５に漏れる。
【００６４】
更に、ロータリージョイント２６は、ハウジングＨＳと回転部ＲＲとの間に設けられクエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２を有し、第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２により第２の流路ＦＰ２に対して隔離され且つ大気に開放されているドレイン流路ＦＰ３−１、ＦＰ３−２が形成されている。本実施形態に係る第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２は一例として、オイルシールでありリング状の構造を有する。図３の矢印Ａ２に示すように、第２のシール部ＯＳ１におけるシールが緩むと第２の流路ＦＰ２を流れるクエンチ水が、ドレイン流路ＦＰ３−１に漏れる。同様に、第２のシール部ＯＳ２におけるシールが緩むと第２の流路ＦＰ２を流れるクエンチ水が、ドレイン流路ＦＰ３−２に漏れる。
【００６５】
このように、ロータリージョイント２６は、ヘッド部１の回転とともに回転する回転部ＲＲと、当該回転部ＲＲの周囲に設けられた固定部ＦＲ１〜ＦＲ４と、回転部ＲＲと前記固定部ＦＲ１〜ＦＲ４との間をシールするシール部ＭＳ１〜ＭＳ８とを有する。そして、ガスが通る第１の流路（主ライン）が形成されており、シール部ＭＳ１〜ＭＳ８により第１の流路（主ライン）に対して隔離され且つクエンチ水が通る第２の流路（クエンチ水ライン）が形成されている。また、ロータリージョイント２６は、クエンチ水と大気との間をシールする第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２を更に有し、第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２により第２の流路に対して隔離され且つ排出口が大気に開放されているドレイン流路ＦＰ３−１、ＦＰ３−２が形成されている。
【００６６】
図４に示すように、供給配管ＩＰは、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１と連通しており、供給配管ＩＰを通ってクエンチ水がロータリージョイント２６へ供給される。
【００６７】
また図４に示すように、排出配管ＯＰは、一端部がロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と連通しており、他端部（開口部）が第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２より低い位置で大気に開放されている。すなわち、排出配管ＯＰは、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２から下方に配置されており、排出配管ＯＰの他端部（開口部）で大気圧である。
【００６８】
この構成によれば、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２では、ロータリージョイントＦＰ２の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と大気に開放している排出配管ＯＰの他端部との間が水で満たされることにより、この高さの差に相当する水頭圧が排出配管ＯＰの他端部に下向きに作用する。このため、排出配管ＯＰの他端部において、この高さの差に相当する水頭圧でクエンチ水を吸い出すことになる。これにより、第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２の圧力が、排出配管ＯＰの他端部の圧力（すなわち大気圧）よりもこの高さの差に相当する水頭圧だけ低くなるので、第２の流路ＦＰ２の圧力は大気圧よりも低くなる。このため、第２の流路ＦＰ２の圧力が第１の流路ＦＰ１の圧力がより低くなるため、この圧力差がクエンチ水を第２の流路中に留めるように作用し、クエンチ水が第２の流路ＦＰ２からシール部ＭＳ１〜ＭＳ８を介して第１の流路ＦＰ１に漏れる可能性を低減することができる。更に、排出口Ｔ２からクエンチ水を吸い出すことになるため、ロータリージョイント２６へのクエンチ水の供給圧力を低減してもロータリージョイント２６のクエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保することができる。このように、ロータリージョイント２６へのクエンチ水の供給圧力を低減することができるので、この観点からも、ロータリージョイントにおけるクエンチ水の主ライン（第１の流路）への漏れの発生可能性を抑制することができる。従って、ロータリージョイント２６における第１の流路ＦＰ１への漏れの発生可能性を抑制しつつ、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の流量を確保することができる。
【００６９】
ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と排出配管ＯＰの他端部（開口部）の高さの差Ｈｏｕｔは、クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。これにより、所望の吸出圧力でクエンチ水をロータリージョイント２６から吸い出すことができる。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
続いて、第２の実施形態について説明する。基板処理装置の運転を継続したいため、クエンチ水が主ラインへ漏れないようにクエンチ水の圧力上昇を制限しつつ、クエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保したいという別の課題がある。例えば、３０ｋＰａ以下（一例として数ｋＰａレベル）でクエンチ水をロータリージョイント２６へ供給したいという要求がある。絞り（オリフィス）ＯＲによって、ロータリージョイント２６への流量を絞ることによって、クエンチ水の供給圧力を制限している。しかし、クエンチ水の供給圧力は、クエンチ水供給源の圧力変動の影響を受ける。また、別の目的（例えば、クエンチ水供給源から供給される洗浄水の噴射圧力を上げたい目的など）で、クエンチ水供給源の圧力が変更される場合がある。そこで、本実施形態では、第１の実施形態に加えて、ロータリージョイント２６のクエンチ水供給側に分岐配管ＢＰを設け、分岐配管ＢＰのうちの一方の分岐が上方に延伸するように配置することにより、ロータリージョイント２６へのクエンチ水の供給圧力を制限する。
【００７１】
図５は、第２の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。図３の第１の実施形態に係る研磨装置と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。
図５の第２の実施形態に係る研磨装置は、図３の第１の実施形態に係る研磨装置と比べて、供給配管ＩＰが分岐配管ＢＰに変更された点が異なっている。
【００７２】
図６は、第２の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図６に示すように、分岐配管ＢＰは、クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部ＢＰ１と第２の分岐部ＢＰ２に分岐する。第１の分岐部ＢＰ１の端部がロータリージョイントの第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１と連通している。一方、第２の分岐部ＢＰ２の開口部は、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い位置で大気に開放されている。具体的には第２の分岐部ＢＰ２は、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い方向に延伸しており且つ第２の分岐部ＢＰ２の端部が大気に開放されている。
【００７３】
具体的には図６に示すように、第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、Ｈに設定されている。この構成によれば、第２の分岐部ＢＰ２内の水面は第２の分岐部ＢＰ２の開口部まで上昇することが可能である。この高さの差Ｈに相当する圧力を超えて流入口からのクエンチ水の供給圧力が上昇しても、クエンチ水が第２の分岐部ＢＰ２の開口部からこぼれるので水面は一定となり、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１における圧力は、この高さの差Ｈに相当する圧力に維持される。このように、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１における圧力は、この高さの差Ｈに相当する圧力までに制限される。第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差に相当する圧力までに、クエンチ水の供給圧力を抑えることができる。
【００７４】
第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、第２の流路ＦＰ２に供給するクエンチ水の圧力を制限する制限圧力に基づいて決められている。例えば、クエンチ水の圧力を５ｋＰａに制限したい場合、第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差Ｈが０．５ｍに設定される。これにより、第２の流路ＦＰ２に供給するクエンチ水の圧力を制限圧力以下に抑えることができる。
【００７５】
＜第３の実施形態＞
続いて、第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。図５の第２の実施形態に係る研磨装置と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。図８は、第３の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図７の第３の実施形態に係る研磨装置１０は、図５の第２の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、排出配管ＯＰに、一端が大気に開放されている接続配管ＣＰが接続されている点が異なっている。
【００７６】
具体的には図８に示すように、第３の実施形態に係る研磨装置１０は、ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板ＤＢを備える。更に、研磨装置１０は、一端部がドレイン板ＤＢの排出口と連通しており、他端部が排出配管ＯＰと連通している接続配管ＣＰを備える。そして、ドレイン板ＤＢの排出口の高さは、クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。
【００７７】
これにより、第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。また、所望の吸出圧力でクエンチ水を吸い出すことができる。
【００７８】
＜第４の実施形態＞
続いて、第４の実施形態について説明する。第２及び３の実施形態において、分岐配管ＢＰの流入口からの純水の供給圧力が吸出圧力より低い場合には、分岐配管ＢＰ内の純水が枯渇して、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２へ空気が吸われるという新たな課題がある。そこで、本実施形態では、第２の分岐部ＢＰ２が、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い方向に延伸した後に上方に延伸している構成を有することにより、分岐配管ＢＰの流入口からの純水の供給圧力が吸出圧力より低い場合であっても、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い位置で液面を維持し、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２へ空気が吸われることを防止する。
【００７９】
図９は、第４の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。図５の第２の実施形態に係る研磨装置と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。図１０は、第４の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図９の第４の実施形態に係る研磨装置１０は、図５の第２の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、第２の分岐部ＢＰ２が、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い方向に延伸した後に上方に延伸している点が異なっている。
【００８０】
具体的には、図１０に示すように、第２の分岐部ＢＰ２は、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い方向に延伸した後に上方に延伸しており且つ、第２の分岐部ＢＰ２の端部が大気に開放されている。第１の実施形態で説明したように、排出配管ＯＰは、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２から下方に配置されており、排出配管ＯＰの他端部（開口部）で大気圧であるので、第２の流路ＦＰが大気圧よりも負圧になる。このため、分岐配管ＢＰの流入口からの純水の供給圧力が吸出圧力より低い場合には、図１０の液面Ｌ１が示すように、第２の分岐部ＢＰ２における液面の高さが、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低くなる。このように、分岐配管ＢＰの流入口からの純水の供給圧力が吸出圧力より低い場合であっても、第２の分岐部ＢＰ２は第２の流路の流入口より低い方向に延伸しているので、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い位置で液面を維持することができる。これにより、ロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２へ空気が吸われることを防止することができる。
【００８１】
第２の分岐部ＢＰ２は、透過性を有する。これにより、第２の分岐部ＢＰ２の配管における液面の位置を確認することができるので、現在のクエンチ水の圧力を視覚的に把握することができる。
【００８２】
図１０に示すように、第４の実施形態に係る研磨装置１０は、第２の分岐部ＢＰ２の端部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板ＤＢを更に備える。この排出口には、ドレイン配管ＤＰが連通しており、ドレイン配管ＤＰを通してクエンチ水が排出される。これにより、漏れたクエンチ水を所望の排出場所に排出することができる。また、ドレイン板ＤＢは、ドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるようにも配置されている。これにより、第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。
【００８３】
＜第５の実施形態＞
続いて、第５の実施形態について説明する。図１１は、第５の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図１１の第５の実施形態に係る研磨装置１０は、図１０の第４の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、ロータリージョイントの第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２から排出配管ＯＰの開口部までの高さの差がＨｏｕｔからＨｏｕｔ２（Ｈｏｕｔ＜Ｈｏｕｔ２）に大きくなっており、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１を基準とする第２の分岐部ＢＰ２の端部の高さの差が、ＨからＨｒに低くなっている（Ｈ＞Ｈｒ）。なお、これ以外の点については第４の実施形態に係る研磨装置１０と同様であるので、第５の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図を省略する。
【００８４】
このようにして、通常時は、図１１の液面Ｌ２が示すように、第２の分岐部ＢＰ２における液面の高さが、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低くなるようにする。すなわち、第２の分岐部ＢＰ２中のクエンチ水の液面の高さが、所定の量の圧力変動があったとしても第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より低い高さを維持できるように、ロータリージョイントの第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２から排出配管ＯＰの開口部までの高さの差Ｈｏｕｔ２及び分岐配管ＢＰに流入するクエンチ水の圧力が調整されている。これにより、ロータリージョイントの第２の流路ＦＰ２を大気圧よりも常に負圧になるので、第２の流路ＦＰ２が第１の流路ＦＰ１より常に負圧になる。このため、この圧力差がクエンチ水を第２の流路ＦＰ２中に留めるように常に作用し、第２の流路ＦＰ２からシール部ＭＳ１〜ＭＳ８を介して第１の流路ＦＰ１にクエンチ水が漏れるのを防ぐことができる。
【００８５】
一方、何らかの要因により、分岐配管ＢＰに流入するクエンチ水の圧力が上昇したとしても、クエンチ水の供給圧力は第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１を基準とする第２の分岐部ＢＰ２の端部の高さの差Ｈｒに相当する圧力に制限される。これにより、第５の実施形態では、第４の実施形態よりも、クエンチ水の供給圧力の上限圧力を下げることができる。
【００８６】
なお、第４の実施形態と同様に第５の実施形態においても、第２の分岐部ＢＰ２は、透過性を有する。これにより、第２の分岐部ＢＰ２の配管における液面の位置を確認することができるので、現在のクエンチ水の圧力を視覚的に把握することができる。
【００８７】
＜第６の実施形態＞
続いて、第６の実施形態について説明する。図１２は、第６の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。図９の第４の実施形態に係る研磨装置と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。図１３は、第６の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図１２の第６の実施形態に係る研磨装置１０は、第５の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、排出配管ＯＰに、端部が大気に開放されている接続配管ＣＰが連結している点が異なっている。
【００８８】
具体的には、図１３の第６の実施形態に係る研磨装置１０は、図１１の第５の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、第６の実施形態に係る研磨装置１０は、第２の分岐部ＢＰ２の開口部から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されており且つ受けたクエンチ水を排出する排出口を有するドレイン板を備える。更に第６の実施形態に係る研磨装置１０は、一端部がドレイン板の排出口と連通しており、他端部が排出配管と連通している接続配管ＣＰ備える。そして、ドレイン板ＤＢの排出口の高さは、クエンチ水の吸出圧力に基づいて決められている。これにより、第２の分岐部ＢＰ２の開口部から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。また、所望の吸出圧力でクエンチ水を吸い出すことができる。
【００８９】
ドレイン板は、更にロータリージョイント２６のドレイン流路の排出口から漏れるクエンチ水を受けられるように配置されている。これにより、第２のシール部ＯＳ１、ＯＳ２から漏れたクエンチ水を、通常排出されるクエンチ水と一緒に排出することができる。
【００９０】
なお、図１３の第６の実施形態に係る研磨装置１０は、図１１の第５の実施形態に係る研磨装置１０と同様に、第４の実施形態に比べて、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１を基準とする第２の分岐部ＢＰ２の端部の高さの差が、ＨからＨｒに低くなっている。これにより、第６の実施形態では、第４の実施形態よりも、クエンチ水の供給圧力の上限圧力を下げることができる。
【００９１】
なお、第４の実施形態と同様に第５の実施形態においても、第２の分岐部ＢＰ２は、透過性を有する。これにより、第２の分岐部ＢＰ２の配管における液面の位置を確認することができるので、現在のクエンチ水の圧力を視覚的に把握することができる。
【００９２】
＜第７の実施形態＞
続いて、第７の実施形態について説明する。基板処理装置の運転を継続したいため、クエンチ水が主ラインへ漏れないようにクエンチ水の圧力上昇を制限しつつ、クエンチ水ライン（第２の流路）の流量を確保したいという別の課題がある。例えば、３０ｋＰａ以下（一例として数ｋＰａレベル）でクエンチ水をロータリージョイント２６へ供給したいという要求がある。絞り（オリフィス）ＯＲによって、ロータリージョイント２６への流量を絞ることによって、クエンチ水の供給圧力を制限している。しかし、クエンチ水の供給圧力は、クエンチ水供給源の圧力変動の影響を受ける。また、別の目的（例えば、クエンチ水供給源から供給される洗浄水の噴射圧力を上げたい目的など）で、クエンチ水供給源の圧力が変更される場合がある。そこで、本実施形態では、ロータリージョイント２６のクエンチ水供給側に分岐配管ＢＰを設け、分岐配管ＢＰのうちの一方の分岐が上方に延伸するように配置することにより、ロータリージョイント２６へのクエンチ水の供給圧力を制限する。
【００９３】
図１４は、第７の実施形態に係る研磨装置の一部の構成を示す概略図である。図５の第２の実施形態に係る研磨装置と同じ構成要素については、同じ符号を付し、その説明を省略する。図１５は、第６の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図１４の第７の実施形態に係る研磨装置１０は、図５の第２の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、排出配管ＯＰが設けられていない点が異なっている。
【００９４】
図１５に示すように、分岐配管ＢＰは、クエンチ水が供給される流入口を有し且つ第１の分岐部ＢＰ１と第２の分岐部ＢＰ２に分岐する。第１の分岐部ＢＰ１の端部がロータリージョイントの第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１と連通している。一方、第２の分岐部ＢＰ２の開口部は、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い位置で大気に開放されている。具体的には第２の分岐部ＢＰ２は、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い方向に延伸しており且つ第２の分岐部ＢＰ２の端部が大気に開放されている。
【００９５】
具体的には図１５に示すように、第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、Ｈに設定されている。この構成によれば、第２の分岐部ＢＰ２内の水面は第２の分岐部ＢＰ２の開口部まで上昇することが可能である。この高さの差Ｈに相当する圧力を超えて流入口からのクエンチ水の供給圧力が上昇しても、クエンチ水が第２の分岐部ＢＰ２の開口部からこぼれるので水面は一定となり、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１における圧力は、この高さの差Ｈに相当する圧力に維持される。このように、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１における圧力は、この高さの差Ｈに相当する圧力までに制限される。第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差に相当する圧力までに、クエンチ水の供給圧力を抑えることができる。
【００９６】
また、第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、第２の流路ＦＰ２に供給するクエンチ水の圧力を制限する制限圧力に基づいて決められている。例えば、クエンチ水の圧力を５ｋＰａに制限したい場合、第２の分岐部ＢＰ２の開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差Ｈが０．５ｍに設定される。これにより、第２の流路ＦＰ２に供給するクエンチ水の圧力を制限圧力以下に抑えることができる。
【００９７】
＜第８の実施形態＞
続いて、第８の実施形態について説明する。図１６は、第６の実施形態に係る排出配管及び分岐配管の配置を示す模式的断面図である。図１６の第８の実施形態に係る研磨装置１０は、図１５の第７の実施形態に係る研磨装置１０と比べて、第２の分岐部ＢＰ２が、逆Ｕ字状の形状を有し、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い方向に延伸した後に下方に延伸している点が異なっている。これにより、クエンチ水が上方に向かって吹き出すことを防ぐことができる。
【００９８】
具体的には、図１６に示すように、第２の分岐部ＢＰ２は、一例として逆Ｕ字状の形状を有し、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１を基準として、高さの差ＨＨまで高い方向に延伸した後に、高さの差Ｈとなるところまで下方に延伸している。これにより、高さの差ＨＨに相当する圧力（許容圧力）までクエンチ水の供給圧力にすることができる。そして、流入口から供給された圧力が高さの差ＨＨに相当する圧力を超えると、水面が図１６に示す高さＬ３を超えるので第２の分岐部ＢＰ２の開口部から水が排出される。そして、クエンチ水の供給圧力が高さの差Ｈに相当する圧力（制限圧力）となり、ロータリージョイント２６へのクエンチ水の供給が継続される。
【００９９】
このように、第２の分岐部ＢＰの一番高い位置と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、第２の流路に供給するクエンチ水について許容される許容圧力に基づいて決められている。そして、第２の分岐部のＢＰ２開口部と第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との高さの差は、クエンチ水の圧力が許容圧力を超えた場合に、維持される制限圧力に基づいて決められている。
【０１００】
これにより、通常は、クエンチ水圧力が許容圧力以下に抑えられ、クエンチ水圧力が許容圧力を超えた場合、クエンチ水圧力が制限圧力に維持される。
【０１０１】
なお、第２の分岐部ＢＰ２は一例として、逆Ｕ字状の形状をしたが、形状はこれに限らず、角が丸くなくてもよく、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い方向に延伸した後に下方に延伸していればよい。
【０１０２】
なお、流量計Ｆ６は、絞りＯＲよりクエンチ水供給源側に配置したが、これに限ったものではない。どの実施形態であっても、流量計Ｆ６は、絞りＯＲと分岐配管ＢＰ（あるいは供給配管ＩＰ）との間に配置されてもよい。あるいは、分岐配管ＢＰ（あるいは供給配管ＩＰ）とロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１との間に配置されてもよい。あるいはロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と排出配管の大気側の端部との間に配置されてもよい。流量計Ｆ６がロータリージョイント２６の第２の流路ＦＰ２の排出口Ｔ２と排出配管の大気側の端部との間に配置される場合、流量計Ｆ６は超音波流量計など流路抵抗が小さいものがよい。
【０１０３】
また、第４〜６の実施形態において、第２の分岐部ＢＰ２は、透過性を有するとしたが、第２、３、７、８の実施形態でも、第２の分岐部ＢＰ２は、透過性を有するようにしてもよい。また、第２〜７の実施形態でも、第２の分岐部ＢＰ２が、第２の流路ＦＰ２の流入口Ｔ１より高い方向に延伸した後に下方に延伸していてもよく、その一例として逆Ｕ字状の形状を有してもよい。
【０１０４】
以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０５】
１  ヘッド部（トップリング）
１ａ  ベース部
２  キャリア部（トップリング本体）
３  リテーナリング
４  弾性膜（メンブレン）
４ａ  隔壁
５  センター室
６  リプル室
７  アウター室
８  エッジ室
９  リテーナリング圧力室
１０  研磨装置
１１、１２、１３、１４、１５  第２のヘッド流路
１６  弾性膜（メンブレン）
１７  シリンダ
２１、２２、２３、２４、２５  配管
２１−１、２２−１、２３−１、２４−１、２５−１  第１の分岐部
２１−２、２２−２、２３−２、２４−２、２５−２  第２の分岐部
２６  ロータリージョイント
３１、３２、３３、３４、３５  流路
４１、４２、４３、４４、４５  第１のヘッド流路
５１、５２、５３、５４、５５  第１の流路
６１、６２、６３、６４、６５  流路
６１、６２、６３、６４、６５流路
７１、７２、７３，７４、７５  配管
８１、８２、８３、８４、８５流路
９１、９２、９３，９４、９５  配管
１００  研磨テーブル
１０１  研磨パッド
１０１ａ  研磨面
１０２  孔
１１０  トップリングヘッド
１１１  トップリングシャフト
１１２  回転筒
１１３  タイミングプーリ
１１４  トップリング用回転モータ
１１５  タイミングベルト
１１６  タイミングプーリ
１１７  トップリングヘッドシャフト
１２４  上下動機構
１２６  軸受
１２８  ブリッジ
１２９  支持台
１３０  支柱
１３１  真空源
１３２  ボールねじ
１３２ａ  ねじ軸
１３２ｂ  ナット
１３８  サーボモータ
５００  制御部
ＢＰ  分岐配管
ＢＰ１  第１の分岐部
ＢＰ２  第２の分岐部
ＣＰ  接続配管
ＤＢ  ドレイン板
ＤＰ  ドレイン配管
Ｆ１〜Ｆ１５  流量計
Ｆ１６、Ｆ２１、Ｆ２２  流量計（第２の流量計）
ＦＰ  第２の流路
ＦＲ１、ＦＲ２、ＦＲ３、ＦＲ４、ＦＲ５  固定部
ＧＳ  ガス供給源
ＨＳ  ハウジング
ＩＰ  供給配管
ＭＳ１〜ＭＳ８  シール部
Ｏ１〜Ｏ１６  オーリング
ＯＰ  排出配管
ＯＳ１、ＯＳ２  第２のシール部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５  圧力制御弁
ＲＲ  回転部
Ｔ１  流入口
Ｔ２  排出口
Ｔ３−１、Ｔ３−２、Ｔ４−１〜Ｔ４−５  ポート
Ｖ１−１〜Ｖ１−６、Ｖ２−１〜Ｖ２−６、Ｖ３−１〜Ｖ３−６、Ｖ４−１〜Ｖ４−６、Ｖ５−１〜Ｖ５−６  バルブ
ＶＳ  真空源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006588854.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
0006588854.tif 000015
【図１５】
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【図１６】
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