JP5047503B2 - スラリー分離装置、及びその装置を利用したスラリー供給システム - Google Patents
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Description
図1は、本発明によるサイクロンを示す断面図である。
図2は本発明によるスラリー分離装置を示す分解斜視図であり、図3は図2に図示されたスラリー分離装置を示す斜視図であり、図4は図3のスラリー分離装置で第1ブロックが除去された構造を示す斜視図であり、図5は図3のスラリー分離装置の内部構造を示す部分切開斜視図である。
図6は本発明によるスラリー供給システムを示すブロック図であり、図7は図6の再生ユニットが有する予備スラリータンクの内部構造を示す断面図であり、図8は図6の再生ユニットが有する超音波粉砕装置を示す断面図であり、図9は図6の混合ユニットが有する混合容器を示す断面図である。
図10及び図11は、図6に図示されたスラリー供給システムを利用してスラリーを研磨装置に供給する方法を順次に示す流れ図である。
(図1のサイクロンの製作)
円筒型通路の直径D1が9mm、円筒型通路の長さL1が7.5mm、円錐型通路の長さL2が69mmである図1に図示された本発明のサイクロンを製作した。
(比較例1)
円筒型通路の直径D1が9mm、円筒型通路の長さL1が4.5mm、円錐型通路の長さL2が22.5mmであるサイクロンを製作した。
(比較例2)
円筒型通路を有さず、円錐型通路のみを有するサイクロンを製作した。
(比較例3)
円筒型通路の直径D1が9mm、円筒型通路の長さL1が2mm、円錐型通路の長さL2が10mmであるサイクロンを製作した。
(比較例4)
円筒型通路の直径D1が9mm、円筒型通路の長さL1が3.75mm、円錐型通路の長さL2が18.75mmであるサイクロンを製作した。
図1に対応する実験例のサイクロンと、比較例1〜4のサイクロンを利用して、0.98μm、3.05μm、及び5.23μmの直径を有する個数が互いに異なる粒子を分離する実験を行った。実験結果が下記表1及び図12に示されている。図12は、表1に示されたサイクロンの分離効率を比較して示すグラフである。
従来技術であるアルミニウム酸化物材質のサイクロンに洗浄液として使用される水酸化カリウム水溶液を導入した。又、本発明によるシリコンカーバイド材質のサイクロンに水酸化カリウム水溶液を導入した。その後、アルミニウム酸化物材質のサイクロンの内壁とシリコンカーバイド材質のサイクロンの内壁を電子顕微鏡で撮影した。
200 スラリー分離装置、
310 スラリードラム、
400 再生ユニット、
430 超音波粉砕装置、
500 混合ユニット。
Claims (34)
- スラリー内の粒子を比重別に分離する複数のサイクロンと、
前記スラリーが投入される取入口、前記スラリー内の粒子を前記サイクロンに分配するための、前記取入口に連通する円弧形状の分配通路、前記分配通路に連通する上端を有し、前記サイクロンを収容する複数の収容部、前記サイクロンにより分離された前記スラリー内の第1群粒子が排出される第1排出口、及び前記収容部の下端に連通し、前記サイクロンにより分離された前記スラリー内の前記第1群粒子よりも大きい比重を有する第2群粒子が排出される第2排出口を有するハウジングと、を含むことを特徴とするスラリー分離装置。 - 前記分配通路は、
半円形状のメイン通路と、
前記メイン通路と前記収容部との間を連絡する分岐通路と、を含むことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ハウジングは、
前記第1排出口が形成された第1ブロックと、
前記第1ブロックの下部に結合され、前記取入口と前記分配通路が形成された第2ブロックと、
前記第2ブロックの下部に結合され、前記第2排出口が形成された第3ブロックと、を含み、
前記収容部は前記第1〜第3ブロック内に鉛直方向に形成されることを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記ハウジングは、前記第2及び第3ブロックの間に介在する第4ブロックを更に含み、
前記収容部は前記第1〜第4ブロック内に鉛直方向に形成されることを特徴とする請求項3記載の装置。 - 前記ハウジングは、前記第1及び第2ブロック、並びに前記第2及び第3ブロックの間にそれぞれ介在する支持板を更に含むことを特徴とする請求項3記載の装置。
- 前記サイクロンは、
前記分配通路に連通する取入通路、前記取入通路と前記第1排出口との間を連絡する円筒型通路、及び前記円筒型通路と前記第2排出口との間を連絡する円錐型通路を有する本体と、
前記円筒型通路に挿入され、前記円筒型通路と前記第1排出口との間を連絡する第1排出通路が鉛直方向に形成された旋回流出口部材と、を含むことを特徴とする請求項1記載の装置。 - 前記円筒型通路の鉛直方向の長さは、前記円筒型通路の直径の0.5〜2倍で、前記円錐型通路の鉛直方向の長さは、前記円筒型通路の直径の5〜9倍であることを特徴とする請求項6記載の装置。
- 前記本体の材質は、シリコンカーバイドであることを特徴とする請求項6記載の装置。
- 前記旋回流出口部材は、前記第1排出通路に水平方向に連通し、前記第1群粒子よりも大きく、前記第2群粒子よりも小さい比重を有する、前記サイクロンにより分離された第3群粒子を排出するための第2排出通路を更に含むことを特徴とする請求項6記載の装置。
- 予備スラリーが貯蔵されたスラリードラムと、
前記スラリードラム内の予備スラリー全体を研磨工程に使用可能なサイズに再生する再生ユニットと、
前記再生ユニットに連結され、前記再生ユニットによって再生されたスラリーに脱イオン水を混合して前記研磨工程に使用される最終スラリーを製造する混合ユニットと、を含み、
前記再生ユニットは、前記スラリードラムから前記予備スラリーの供給を受ける予備スラリータンクと、前記予備スラリータンクに予備スラリーラインと第1回収ラインを介してそれぞれ連結され、前記予備スラリーを第1群粒子及び前記第1群粒子よりも大きい比重を有する第2群粒子に分離するスラリー分離装置を含み、
前記スラリー分離装置は、前記予備スラリー内の粒子を比重別に分離する複数のサイクロンと、前記予備スラリーが投入される取入口、前記予備スラリーを前記サイクロンに分配するための、前記取入口に連通する円弧形状の分配通路、前記分配通路に連通する上端を有し、前記サイクロンを収容する複数の収容部、前記サイクロンにより分離された前記予備スラリー内の第1群粒子が排出される第1排出口、及び前記収容部の下端に連通し、前記サイクロンにより分離された前記予備スラリー内の前記第1群粒子よりも大きい比重を有する第2群粒子が排出される第2排出口を有するハウジングと、前記サイクロン内の前記予備スラリーに圧力を供給し、前記予備スラリーに渦流を発生させるポンプと、を含み、
前記第1回収ラインは、前記サイクロンにより分離され、前記第2排出口から排出される前記第2群粒子を前記予備スラリータンクに回収することを特徴とするスラリー供給システム。 - 前記スラリードラムと前記再生ユニットとの間に配置され、前記予備スラリー内の巨大粒子をろ過するための予備フィルタを更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記予備スラリーを前記スラリードラムから前記再生ユニットに強制的に供給するためのポンプを更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記再生ユニットは、前記第1回収ラインに配置され、前記第1回収ラインを通って前記予備スラリータンクに回収される前記第2群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置を更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記再生ユニットは、前記第1群粒子よりも大きく、前記第2群粒子よりも小さい比重を有する前記サイクロンにより分離された第3群粒子を前記スラリー分離装置から前記予備スラリータンクに回収するための第2回収ラインを更に含むことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記予備スラリータンクには、前記予備スラリーの凝集を防止するために、前記予備スラリーに超音波を印加する振動子が設けられたことを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記予備スラリータンクの高さと幅の比率は、1:0.5〜1:0.8であることを特徴とする請求項13記載のシステム。
- 前記サイクロンは、
前記分配通路に連通する取入通路、前記取入通路と前記第1排出口との間を連絡する円筒型通路、及び前記円筒型通路と前記第2排出口との間を連絡する円錐型通路を有する本体と、
前記円筒型通路に挿入され、前記円筒型通路と前記第1排出口との間を連絡する第1排出通路が鉛直方向に形成された旋回流出口部材と、を含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記超音波粉砕装置は、
前記第2群粒子を収容するための超音波容器と、
前記超音波容器の外壁に付着され、前記第2群粒子に超音波を印加する振動子と、を含むことを特徴とする請求項13記載のシステム。 - 前記振動子は、プレート形状であることを特徴とする請求項18記載のシステム。
- 前記振動子から発生される超音波は、500kHz以上の高周波であることを特徴とする請求項18記載のシステム。
- 前記混合ユニットは、
脱イオン水が貯蔵された脱イオン水タンクと、
前記脱イオン水タンクと前記再生ユニットにそれぞれ連結され、前記再生ユニットで再生された前記予備スラリーを前記脱イオン水と混合して前記最終スラリーを製造する混合容器と、を含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。 - 前記混合容器には、前記予備スラリーの凝集防止のために、前記予備スラリーに超音波を印加する振動子が設けられたことを特徴とする請求項21記載のシステム。
- 前記最終スラリーを貯蔵するためのスラリー容器を更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記スラリー容器は、前記最終スラリーを継続的に循環させるために互いに連結された第1及び第2容器で構成されることを特徴とする請求項23記載のシステム。
- 前記最終スラリーを最終ろ過するためのフィルタを更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記最終スラリーの濃度を測定するための濃度測定計を更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記予備スラリー及び前記スラリーの凝集防止のために、前記スラリードラム、前記再生ユニット、及び前記混合ユニットのそれぞれに加湿ガスを供給する加湿ガス供給ユニットを更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記加湿ガスは、窒素を含むことを特徴とする請求項27記載のシステム。
- 前記スラリードラム、前記再生ユニット、及び前記混合ユニットを洗浄液で洗浄するための洗浄ユニットを更に含むことを特徴とする請求項10記載のシステム。
- 前記洗浄液は、水酸化カリウム(KOH)を含むことを特徴とする請求項29記載のシステム。
- 予備スラリーが貯蔵されたスラリードラムと、
前記予備スラリー内の巨大粒子をろ過するための第1フィルタと、
前記スラリードラムから前記予備スラリーの供給を受ける予備スラリータンクと、
前記スラリードラム内の前記予備スラリーを前記予備スラリータンクに強制的に供給するためのポンプと、
前記予備スラリータンクに予備スラリーラインと第1回収ラインのそれぞれを介して連結され、前記予備スラリーを第1群粒子及び前記第1群粒子よりも大きい比重の第2群粒子に分離するスラリー分離装置と、
前記第1回収ラインに配置され、前記第1回収ラインを通じて前記予備スラリータンクに回収される前記第2群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置と、
脱イオン水が貯蔵された脱イオン水タンクと、
前記脱イオン水タンクと前記スラリー分離装置にそれぞれ連結され、研磨工程に使用される最終スラリーを製造するために、前記スラリー分離装置から供給された前記予備スラリーを前記脱イオン水と混合する混合容器と、
前記スラリーを貯蔵するためのスラリー容器と、
前記スラリー容器から供給される前記最終スラリーを最終ろ過するための第2フィルタと、
前記第2フィルタを通過した前記スラリーの濃度を測定するための濃度測定計と、を含み、
前記スラリー分離装置は、前記予備スラリー内の粒子を比重別に分離する複数のサイクロンと、前記予備スラリーが投入される取入口、前記予備スラリーを前記サイクロンに分配するための、前記取入口に連通する円弧形状の分配通路、前記分配通路に連通する上端を有し、前記サイクロンを収容する複数の収容部、前記サイクロンにより分離された前記予備スラリー内の前記第1群粒子が排出される第1排出口、及び前記収容部の下端に連通し、前記サイクロンにより分離された前記予備スラリー内の前記第2群粒子が排出される第2排出口を有するハウジングと、前記サイクロン内の前記予備スラリーに圧力を供給し、前記予備スラリーに渦流を発生させるポンプと、を含み、
前記第1回収ラインは、前記サイクロンにより分離され、前記第2排出口から排出される前記第2群粒子を前記予備スラリータンクに回収することを特徴とするスラリー供給システム。 - 前記第1群粒子よりも大きく、前記第2群粒子よりも小さい比重の前記サイクロンにより分離された第3群粒子を前記スラリー分離装置から前記予備スラリータンクに回収するための第2回収ラインを更に含むことを特徴とする請求項31記載のシステム。
- 前記予備スラリー及び前記スラリーの凝集防止のために、前記スラリードラム、前記予備スラリータンク、前記スラリー分離装置、前記超音波粉砕装置、前記混合容器、及び前記スラリー容器のそれぞれに加湿ガスを供給する加湿ガス供給ユニットを更に含むことを特徴とする請求項31記載のシステム。
- 前記スラリードラム、前記予備スラリータンク、前記スラリー分離装置、前記超音波粉砕装置、前記混合容器、及び前記スラリー容器を洗浄するための洗浄ユニットを更に含むことを特徴とする請求項31記載のシステム。
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