JP4354552B2 - スラリー混合装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、スラリー濃縮物、脱イオン水及び酸化剤が、合流点に圧送されてスラリーを製造する、スラリー濃縮物からスラリーを製造する装置及び方法を提供するものである。特に、本願発明は、前記スラリーの均質性が、前記スラリーを混合装置を通過させることによって、また、仕上げられたスラリーの一部を再循環させて前記合流点に戻すことによって高められる、そのような装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラリーは、種々の表面処理技術で使用されている。半導体装置の製造において使用される重要な表面処理は、化学的且つ機械的な研磨または平面化である。典型的に、そのような表面処理で用いられるスラリーは、水酸化カリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）と、酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｘｉｄｅ）と、過酸化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｐｅｒｏｘｉｄｅ）のような酸化剤（ｏｘｉｄｉｚｅｒ）と、脱イオン水（ｄｅ−ｉｏｎｉｚｅｄ ｗａｔｅｒ）のような希釈剤（ｄｉｌｕｅｎｔ）とを備えている。硝酸鉄(ＩＩＩ)（ｆｅｒｒｉｃ ｎｉｔｒａｔｅ）や塩化物（ｃｈｌｏｒｉｄｅ）が、また、存在してもよい。前記スラリー内に含まれる酸化剤は、処理すべき表面上で作用し、研磨粒子が前記表面の層を除去する。スラリーは、しばしば、例えば、前記水酸化カリウムや二酸化珪素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ）を含むスラリー濃縮物として、作業部位に送られる。次いで、前記希釈剤や酸化剤が、前記作業部位において前記スラリー濃縮物に加えられたり、あるいは、ある例では前記ツールそれ自身において前記スラリー濃縮物に加えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記スラリーを混合するには、また、いったんスラリーが混合されると、仕上げられたスラリーを取り扱うには、多くの問題点があった。１つの大きな問題点は、前記スラリーが、大変に制限されたポットライフ（可使時間）しかなく有しておらず、混合された後、スラリーを使用する時間は、制限されていた。さらに、半導体産業で使用されるこの種のスラリーは、剪断力を受けると、同質のままとはならない。例えば、鋭角に曲がった管により前記スラリーに引き起こされた剪断力は、凝集作用を生成し、該凝集作用によって、半導体製造工程における前記スラリーの有用性をなくしてしまうであろう。
【０００４】
そのような問題があるために、作業部位で、スラリー濃縮物からスラリーを混合製造する、スラリー吐出システム及びスラリー混合システムが提案されていた。そのようなシステムの例は、米国特許第５，４０７，５２６号に開示されている。この米国特許においては、前記スラリー濃縮物と酸化体（オキシダント）が、混合チャンバ（混合室）内に圧送される。前記混合チャンバで、前記スラリー濃縮物と前記酸化体は、混合され、前記仕上げられたスラリーが形成される。前記スラリーは、次いで、前記半導体に直ちに付着させられ、それによって、前記半導体ーは、研磨ツールによって加工させられる。他のスラリー混合システムが、米国特許第５，４７８，４３５号に開示されている。米国特許第５，４７８，４３５号において、スラリーは、化学的且つ機械的な平面化用のツール研磨パッドに直接的に圧送されている。
【０００５】
前記特許の各々において、前記研磨ツールの作動時に、前記スラリー混合物から前記スラリーが混合製造されている。後述するように、本願発明は、前記スラリーが、前記研磨ツールから離れた位置で混合され、これによって、作動させている必要のない、いくつかのツールに前記スラリーを分配できるようにした装置及び方法を提供するものである。さらに、本願発明によって、前記特許のどれよりも、コンシステンシー（粘稠度）を制御できると共に、前記スラリーの製造を制御できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、スラリー濃縮物からスラリーを製造するための装置を提供するものである。前記装置は、前記スラリー濃縮物を圧送するための第１のインレットポンプと、脱イオン水を圧送するための第２のインレットポンプと、酸化剤を圧送するための第３のインレットポンプとを備えている。合流点が、前記第１のインレットポンプと、前記第２のインレットポンプと、前記第３のインレットポンプに接続されており、それによって、前記スラリー濃縮物と、前記脱イオン水と、前記酸化剤とは、互いに接触し、混合物を形成することができる。少なくとも１つの混合装置が、前記合流点に接続されており、これによって、前記混合物の均質性が増進し、それによって、前記スラリーを形成することができる。アウトレットポンプが、前記少なくとも１つの混合装置に接続されており、これによって、前記少なくとも１つの混合装置から前記スラリーを圧送することができる。流れネットワーク（ｆｌｏｗ ｎｅｔｗｏｒｋ）が、前記アウトレットポンプに接続されている。前記流れネットワークは、前記スラリーの流れを分配流と再循環流に分けるための分配脚部及び再循環脚部を備えている。前記再循環脚部は、前記再循環流を前記混合物に供給できるように前記合流点に接続されている。前記再循環脚部は、前記分配圧力を、前記第１のインレットポンプと前記第２のインレットポンプと前記第３のインレットポンプとによって、前記スラリー濃縮物、前記脱イオン水及び前記酸化剤にそれぞれ付与される圧力に減少させるための減圧弁（減圧バルブ）を備えている。
【０００７】
他の特徴において、本願発明は、スラリー濃縮物からスラリーを製造するための方法を提供するものである。前記方法にしたがって、前記スラリー濃縮物、前記脱イオン水及び前記酸化剤が、圧送され、前記圧送によって圧力が付与された３つの圧送流が形成される。前記３つの圧送流は、互いに接触すると共に、再循環流に接触し、これによって、混合物が形成される。均質性が前記混合物内で増進されて、これによって、前記スラリーが形成される。前記スラリーは、アウトレットポンプによって所定の分配圧力で圧送され、次いで、分配流と前記再循環流とに分けられる。前記再循環流の分配圧力が、次いで、前記再循環流を前記３つの圧送流に結合させる前に得られる圧力まで減少させられる。
【０００８】
上記説明から理解できるように、前記スラリーは作業部位でそして要求に応じて形成されるが、前記スラリーを用いる研磨装置などの他の装置は、前記スラリーを混合製造している間、作動させる必要はない。そのうえ、仕上げられたスラリーの再循環作用と混合装置の作用によって均質性が増進させることにより、前記スラリーのコンシステンシー（粘稠度）をかなりの程度で制御することができる。
【０００９】
明細書には、出願人が発明として考えている主題を明白に指摘する請求項が含まれているが、添付した図面との関連で本願発明をより理解できるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本願発明にしたがってスラリーを製造するための装置が、図示されている。装置１は、独立型の装置と使用して、または、公知の分配装置と関連して使用して、圧力下でスラリーを１またはそれ以上の使用地点に供給することができるようになっている。
【００１１】
スラリー濃縮物の流れ１２を圧送するための第１のポンプ１０が設けられている。脱イオン水の流れ１４を圧送するための第２のポンプ１３が設けられている。酸化剤の流れ１８を圧送するための第３のポンプ１６が設けられている。第１のポンプ１０と、第２のポンプ１３と、第３のポンプ１６とは、蠕動ポンプであることが好ましい。さらに、第１のポンプ１０と、第２のポンプ１３と、第３のポンプ１６とを可変速度型のポンプにし、それによって、圧送される組成物の率を調整できるようにすることが好ましい。例えば、吐出し量の異なる複数のポンプを設けることによって、調整をしない他のタイプの調整も可能であるということが理解される。なお、任意の実施例において、スラリー濃縮物の圧送流２０を伝える管と、脱イオン水の圧送流２２を伝える管と、酸化剤の圧送流２４を伝える管は、それらの長さを等しくすることによって、混合率が一時的に変動することなく、所望の流れを所定時間にわたって容易に調整できるようにすべきである。
【００１２】
前記３つの流れ、すなわち、スラリー濃縮物の圧送流２０と脱イオン水の圧送流２２と酸化剤の圧送流２４とが、合流点２６内に供給される。理解できるように、第１のポンプ１０と第２のポンプ１３と第３のポンプ１６は、異なった速度で作動しており、また、いくつかの脈動流が各ポンプによって生成されることから、１つの成分が他の成分よりも割合が高い一連の領域が、合流点２６を離れる流れ内で生成される。後述するように、仕上げられたスラリーから構成される再循環流が、また、合流点２６に供給されている。
【００１３】
次いで、前記スラリーは、公知の静的なミキサー（混合機）２８を通るようになっている。静的なミキサー２８は、混合されたスラリーを外側に向けて圧送し、流れの方向に対して径方向における均質性を増進することができるように構成されている。径方向に一様になったスラリーは、ホッパーミキサー３０内に入り込む。ホッパーミキサー３０は、流れの方向において、前記スラリーの流れの均質性を増進させる。出力用のポンプ３２が、ホッパーミキサー３０に接続されており、これによって、前記スラリーの流れを、吐出し圧力（送出し圧力）で圧送できるようになっている。本願発明の別の一実施例では、静的なミキサー２８を用いないことも可能である。そのような実施例においては、スラリーを構成する際に、前記スラリーの流れに対し径方向に生じるわずかな変化が、許容されるであろう。
【００１４】
前記スラリーは、次いで、出力用のポンプ３２に接続された流れネットワークを通るようになっている。前記流れネットワークは、分配脚部３４と、再循環脚部３６とを備えている。前記流れネットワークは、管を適切に寸法決めして、分配脚部３４に入り込むスラリーのうち約５０％が再循環脚部３６内で再循環するように構成されることが好ましい。もちろん、再循環の割合を高くしたりあるいは低くしたりすることは、意図されたスラリーの配合物（組成物）に応じて可能である。チェックバルブ（逆止弁）３８を設けることにより、前記再循環流が、分配脚部３４に向けて逆流することを防止できるようになっている。圧力調節バルブ３９を設けることによって、前記分配圧力を、第１のポンプ１０、第２のポンプ１３及び第３のポンプ１６によって付与される圧力まで、前記再循環流の圧力を減圧させることができるようになっている。図示されたように、合流点２６に接続された再循環脚部３６は、戻り脚部５４に結合することができる。チェックバルブ（逆止弁）４０を再循環脚部３６内に設けて、逆流を防止できるようになっている。
【００１５】
さらに、図２を参照すると、ホッパーミキサー３０には、ホッパー４２と、該ホッパー４２内に設けられた同軸管４４とが設けられている。同軸管４４には、開口部４６が設けられている。開口部４６は、（９０度づつ離れていることが好ましい）４つひと組のものが複数個設けられて構成されており、それによって、スラリーは、同軸管４４から、４つの直交方向でホッパー４２内に漏れ出るようになっている。同軸管４４は、スラリーを受けることができるように一端４８で開口しており、また、他端５０で閉鎖されている。このようにして、スラリーは、ホッパー４２内で長手方向（すなわち、その流れ方向に対し平行方向）において、それ自身と混合する。スラリーは、ホッパー４２の底部に設けられた底部開口部５２から排出される。他のインライン式の混合装置を用いることも可能である。
【００１６】
スラリーは、分配脚部３４から出て、バルブ５３を通過する。バルブ５３を使用して、スラリーツールを前記流れネットワークから分離できるようになっている。スラリーが前記スラリーツールを通った後、スラリーは、戻り脚部５４を通って戻る。そのような戻し圧力は、圧力調節バルブ５５の使用によって減少される。チェックバルブ（逆止弁）５６を設けて、逆流を防止できるようになっている。戻って来たスラリー（すなわち、より適切に名付ければ、未使用のスラリー）は、再循環脚部３６に結合し、合流点２６に供給される。
【００１７】
戻り脚部５４は、バルブ５８によって、前記スラリーツールから分離させることができる。バルブ５３とバルブ５８の両方のバルブが閉鎖されていた場合、バルブ５９とバルブ６８とを開いて、前記システムを脱イオン水で洗い流し、これによって、クリーニング（洗浄）を行うことができる。そのため、装置１の作動の間、バルブ５３とバルブ５８とは、開放位置に設定され、バルブ５９とバルブ６８は閉鎖位置に設定される。分離用のバルブ７０を設けて、前記クリーニングの間、前記流れネットワークから排水路（ドレーン）を分離することができる。
【００１８】
本願発明は好適な実施例を参照して説明されたが、当業者は、本願発明の精神及び範囲から離れることなしに、種々の変更、追加及び削除を行うことができることを理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明に係わる方法を実施する装置の略図である。
【図２】図２は、図１で使用される混合装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 装置 １０ 第１のポンプ
１２ スラリー濃縮物の流れ １３ 第２のポンプ
１４ 脱イオン水の流れ １６ 第３のポンプ
１８ 酸化剤の流れ ２０ スラリー濃縮物の圧送流
２２ 脱イオン水の圧送流 ２４ 酸化剤の圧送流
２６ 合流点 ２８ 静的なミキサー
３０ ホッパーミキサー ３２ 出力用のポンプ
３４ 分配脚部 ３６ 再循環脚部
３８ チェックバルブ ３９ 圧力調節バルブ
４０ チェックバルブ ４２ ホッパー
４４ 同軸管 ４６ 開口部
４８ 一端 ５０ 他端
５２ 底部開口部 ５３ バルブ
５４ 戻り脚部 ５５ 圧力調節バルブ
５６ チェックバルブ ５８ バルブ
５９ バルブ ６８ バルブ

Claims (9)

1. スラリー濃縮物からスラリーを製造するためのスラリー製造装置であって、
   前記スラリー濃縮物を圧送するための第１のインレットポンプと、
   脱イオン水を圧送するための第２のインレットポンプと、
   酸化剤を圧送するための第３のインレットポンプと、
   前記スラリーの流れを分配流と再循環流とに分けるための分配脚部と再循環脚部とを有する流れネットワークと、
   前記スラリー濃縮物と、前記脱イオン水と、前記酸化剤と、前記再循環流とが互いに接触して混合物が形成されるように、前記第１のインレットポンプと、前記第２のインレットポンプと、前記第３のインレットポンプと、前記流れネットワークの前記再循環脚部とに接続された合流点と、
   前記合流点に接続され、前記混合物の均質性を増進させ、それによって、前記スラリーを形成する少なくとも１つの混合装置と、
   前記少なくとも１つの混合装置に接続され、前記少なくとも１つの混合装置から前記スラリーを圧送するアウトレットポンプとを具備し、
   前記流れネットワークは前記アウトレットポンプに接続され、
   前記再循環脚部は、前記再循環流の分配圧力を、前記第１のポンプと、前記第２のポンプと、前記第３のポンプによって前記スラリー濃縮物と、前記脱イオン水と、前記酸化剤に夫々加えられた圧力まで減圧する圧力調節バルブを備えることを特徴とするスラリー製造装置。
2. 請求項１に記載のスラリー製造装置において、
   前記少なくとも１つの混合装置は、ホッパーを備えており、前記ホッパーは、縦方向に方向決めされた管を備えており、前記管は穴を有しており、前記混合物は、前記穴から前記ホッパー内に漏れ出るようになっており、
   前記ホッパーは、前記アウトレットポンプに接続された底部アウトレットを備えていることを特徴とするスラリー製造装置。
3. 請求項２に記載のスラリー製造装置において、
   前記少なくとも１つの混合装置は、さらに、スタティクミキサーを備えていることを特徴とするスラリー製造装置。
4. 請求項１または３に記載のスラリー製造装置において、
   前記流れネットワークは、未使用のスラリーを前記少なくとも１つの混合装置に戻すことができるように、前記合流点に接続された戻り脚部を備えており、
   前記戻り脚部は、前記分配流の分配圧力を、前記第１のインレットポンプと、前記第２のインレットポンプと、前記第３のインレットポンプによって前記スラリー濃縮物と、前記脱イオン水と、前記酸化剤とに夫々加えられた前記圧力まで戻すために減圧する圧力調節バルブを備えていることを特徴とするスラリー製造装置。
5. 請求項１に記載のスラリー製造装置において、
   前記第１乃至第３のポンプは、いずれも可変速度型のポンプであることを特徴とするスラリー製造装置。
6. スラリー濃縮物からスラリーを製造するためのスラリー製造方法であって、
   前記スラリー濃縮物と脱イオン水と酸化剤とを圧送して、当該圧送によって付与される圧力を有する３つの圧送流を形成するステップと、
   前記３つの圧送流を互いに接触させると共に、前記３つの圧送流を再循環流に接触させて、混合物を形成するステップと、
   前記混合物の均質性を増進させて、前記スラリーを形成するステップと、
   前記スラリーを分配圧力で圧送するステップと、
   前記スラリーを、分配流と前記再循環流とに分けるステップと、
   前記再循環流の分配圧力を、前記再循環流を前記３つの圧送流に結合する前の圧力まで減圧するステップとを備えていることを特徴とするスラリー製造方法。
7. 請求項６に記載のスラリー製造方法において、
   ホッパーに縦置きの管を設けることによって構成されたスタティクミキサー内に、前記混合物を導入することによって、均質性が増進されるようになっており、
   前記管は、穴を備えており、前記混合物は、前記穴から前記ホッパー内に漏れ出るようになっていることを特徴とするスラリー製造方法。
8. 請求項６に記載のスラリー製造方法において、
   さらに、未使用のスラリーを前記混合物内に導入するステップを備えていることを特徴とするスラリー製造方法。
9. 請求項６に記載のスラリー製造方法において、
   前記ポンプの圧送速度を調節して、前記スラリー濃縮物と前記脱イオン水と前記酸化剤の割合を制御できるようにしたことを特徴とするスラリー製造方法。

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