KR100332367B1 - 슬러리제조장치및방법 - Google Patents

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Abstract

슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하는 장치 및 방법으로서, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제의 스트림은 함께 혼합물을 형성하는 3개의 펌핑된 스트림을 형성하도록 펌핑된다. 특정 설계의 정압 혼합기 및 직렬형 혼합기와 같은 장치에 의해 혼합기에 의해 균질성이 증진된다. 다음에, 최종 균질성 스트림은 분배 펌프에 의해 분배 압력으로 펌핑되어 분배 스트림을 형성한다. 분배 스트림의 일부, 바람직하게 50%의 스트림은 접합부로 다시 재순환되며, 접합부에서 펌핑된 스트림은 슬러리의 균질성을 더 증진시키도록 결합된다.

Description

슬러리 제조 장치 및 방법
본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제는 합류점(junction)으로 펌핑되어 슬러리를 형성한다. 특히, 본 발명은 슬러리를 혼합 장치 내로 통과시키고 다시 최종 슬러리의 일부를 합류점으로 재순환시킴으로써 슬러리의 균질성을 개선하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
슬러리는 다양한 표면 처리 기술에 이용된다. 반도체 장치의 제조에 사용되는 중요한 표면 처리는 화학 · 기계적 연마 또는 평탄화 처리이다. 통상적으로, 이러한 표면 처리에 사용되는 슬러리는 수산화칼륨, 산화 규소, 과산화수소와 같은 산화제 및 탈이온수와 같은 희석제를 포함한다. 질산 제 2 철 또는 염화 제 2 철이 제공될 수 있을 것이다. 슬러리 내에 함유된 산화제는 처리 대상의 표면 상에서 작용하며, 연마 입자에 의해서 표면층을 닦아낸다. 슬러리는 예를 들면 수산화 칼륨 및 이산화 규소를 수용하는 슬러리 농축물의 형태로 작업 위치로 반송된다. 그런 후에는, 희석제 및 산화제가 작업 위치에서 그리고 어떤 경우에는 슬러리 공구 자체에서 농축물에 첨가된다.
그러나, 슬러리의 혼합 및 일단 혼합된 후의 최종 슬러리의 취급에는 많은 어려움이 있다. 주요한 문제점은 슬러리가 매우 한정된 포트 수명을 갖는 것으로, 그렇기 때문에 혼합 후 슬러리를 사용하기까지는 제한된 시간만이 존재한다. 또한, 반도체 산업에서 사용되는 것과 같은 슬러리는 전단력을 받으면 균질로 유지되지 않는다. 예를 들면, 날카로운 파이프 굴곡부에 의하여 슬러리 내로 도입된 전단에 의해 슬러리가 덩어리로 되며, 이 덩어리는 반도체 제조 공정에서 슬러리의 유용성을 해친다.
이러한 문제점으로 인하여, 작업 위치에서 슬러리 농축물로부터 슬러리를 혼합하는 분배 및 혼합 시스템이 제안된 바 있다. 상기 시스템의 예는 미국 특허 제 5,407,526 호에 개시되어 있다. 이 특허에 있어서는, 슬러리 농축물 및 산화제가 혼합 챔버내로 펌핑되며, 이 혼합 챔버에서 슬러리 농축물 및 산화제가 혼합되어최종 슬러리를 형성한다. 그런 후, 슬러리는 반도체 상에 바로 용착되어 연마 공구에 의해 작업될 수 있다. 슬러리가 화학· 기계적 평탄화 공구의 연마 패드 상으로 직접 펌핑되는 유형의 다른 슬러리 혼합 시스템이 미국 특허 제 5,478,435 호에 개시되어 있다.
전술한 각각의 특허에 있어서, 슬러리 농축물로부터 슬러리를 혼합하는 것은 연마 공구가 작동중일 때에만 행해질 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 슬러리가 연마 공구로 멀리 떨어진 위치에서 혼합되어서 여러 공구로의 슬러리 분배를 허용하며 여러 공구의 각각이 작동하고 있을 필요가 없는 장치 및 방법을 제공한다. 또한, 본 발명에 따르면 전술한 특허에서 가능한 것보다 슬러리의 경점성(consistency) 및 생성을 더욱 양호하게 제어할 수 있다.
본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하는 장치를 제공한다. 이 장치는 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제를 각기 펌핑하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 입구 펌프를 포함한다. 제 1 및 제 2 및 제 3 펌프에는 합류점이 연결되어, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제를 서로 접촉시킴으로써 혼합물을 생성한다. 적어도 하나의 혼합 장치가 합류점에 연결되어 혼합물의 균질성을 향상시키고 이에 의해 슬러리를 형성한다. 하나의 출구 펌프가 상기 적어도 하나의 혼합 장치에 연결되어, 적어도 하나의 혼합 장치로부터 슬러리를 펌핑한다. 출구 펌프에는 유동 네트워크가 연결된다. 유동 네트워크는 슬러리의 스트림을 분배 스트림 및 재순환 스트림으로 분할하는 분배 레그 및 재순환 레그를 구비한다. 재순환 레그는 재순환 스트림을 혼합물에 공급하기 위해 합류점에 연결된다. 재순환 레그는 분배 압력을, 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제에 부여된 압력으로 감소시키기 위해 압력 감소 밸브를 구비한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 형성하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제는 펌핑되어, 펌핑에 의해 이들 스트림에 부여된 압력을 가진 3개의 펌핑된 스트림을 형성한다. 이 3개의 펌핑된 스트림은 서로 그리고 재순환 스트림과 접촉하여 혼합물을 형성한다. 혼합물 내의 균질성이 향상되면서 슬러리가 형성된다. 슬러리는 출구 펌프에 의해 분배 압력으로 펌핑되며, 다음에 분배 스트림 및 재순환 스트림으로 분할된다. 그리고 나서, 재순환 스트림의 분배 압력은 3개의 펌핑된 스트림과 재순환 스트림을 조합하기 전에 발생되었던 압력으로 감소된다.
전술한 설명으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 슬러리가 작업 위치에서 필요에 따라 형성되지만, 연마 공구 또는 슬러리를 이용하는 다른 공구가 슬러리의 혼합중 동작하고 있을 필요는 없다. 더우기, 최종 슬러리의 재순환과 혼합 장치에 의한 균질성 증진으로 인해서 슬러리의 경점성을 고정밀도로 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 장치의 개략도,
도 2는 도 1에 사용되는 혼합 장치의 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 슬러 제조 장치 10, 13, 16 : 펌프
12, 14, 18 : 스트림 20, 22, 24 : 파이프
26 : 합류점 30 : 호퍼 혼합기
32 : 출구 펌프 34 : 분배 레그
36 : 재순환 레그 54: 리턴 레그
본 명세서는 출원인이 그의 발명으로 간주하는 주제를 직접적으로 지적하는 특허청구범위로 종결되지만, 첨부 도면을 참조하면 본 발명을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 슬러리를 제조하는 장치(1)가 도시되어 있다. 이 장치(1)는 독립적인 유닛일 수도 있고, 또 압력하의 슬러리를 하나 이상의 사용 지점으로 공급하기 위하여 공지된 분배 장치와 연결되어 사용되는 것일 수도 있다.
슬러리 농축물의 스트림(12)을 펌핑하기 위하여 제 1 펌프(10)가 제공된다. 탈이온수의 스트림(14)을 펌핑하기 위하여 제 2 펌프(13)가 제공되고, 산화제의 스트림(18)을 펌핑하기 위하여 제 3 펌프(16)가 제공된다. 제 1, 제 2 및 제 3 펌프(10, 13, 16)는 연동 펌프인 것이 바람직하다. 더우기, 제 1, 제 2 및 제 3 펌프(10, 13, 16)는 펌핑 물질의 비율을 조절할 수 있도록 가변 속도 펌프인 것이 바람직하다. 다른 형태의 조절도 가능한데, 예를 들면 상이한 용량의 펌프를 제공함으로써 일정한 조절을 행하는 것도 가능하다. 임의의 실시예에 있어서는, 혼합비의 순간 변화를 야기시킴이 없이 전 시간에 걸쳐 소망하는 유동을 쉽게 조절할 수 있도록, 스트림(20, 22, 24)을 반송하는 파이프의 길이를 동일하게 하여야 한다.
세가지의 펌핑 스트림(20, 22, 24)이 합류점(26)으로 공급된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 펌프(10, 13, 16)는 상이한 속도로 동작하고 있고 또한 각 펌프에 의해서 약간의 맥동류가 생성되기 때문에, 한 성분이 다른 성분보다 비율이 높은 일련의 영역이 합류점(26)을 떠나는 스트림 내에 형성된다. 후술하겠지만, 최종 슬러리로 구성되는 재순환 스트림도 또한 합류점(26)으로 공급된다.
이어서, 슬러리는 공지의 정적 혼합기(static mixer)(28)를 통과한다. 정적 혼합기(28)는, 혼합된 슬러리를 외측으로 이동시키고, 그에 따라 유동 방향에 대하여 반경방향으로 균질성을 증진시키도록 구성된다. 그런 다음에는 반경방향으로 균일한 슬러리가 호퍼 혼합기(30) 내를 통과하는데, 이 호퍼 혼합기(30)는 유동 방향으로 슬러리 스트림의 균질성을 향상시킨다. 출구 펌프(32)가 호퍼 혼합기(30)에 연결되어 슬러리를 반송 압력으로 펌핑한다. 본 발명의 실시예로서 정적 혼합기(28)를 구비하지 않는 것도 가능하다. 그러한 실시예에 있어서는, 슬러리 유동에 대하여 반경방향으로 볼 때 슬러리 구성에서의 약간의 변화는 묵인하여야 할 것이다.
다음에, 슬러리는 출구 펌프(32)에 연결된 유동 네트워크(flow network)를 통과한다. 유동 네트워크는 분배 레그(34) 및 재순환 레그(36)를 구비한다. 유동 네트워크는 분배 레그(34)에 들어가는 슬러리의 약 50%가 재순환 레그(36) 내에서 재순환되도록 파이프를 적절한 크기의 것으로 설정하여야 한다. 의도한 슬러리 조성물에 따라 재순환률을 보다 높거나 보다 낮게 하는 것도 물론 가능하다. 재순환 스트림이 분배 레그(34)쪽으로 역류하는 것을 방지하기 위해 체크 밸브(38)가 제공된다. 재순환 스트림의 압력을 분배 압력으로부터 제 1, 제 2 및 제 3 펌프(10, 13, 16)에 의해 부여되는 압력으로 감소시키기 위해서 압력 조절 밸브(39)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 합류점(26)에 연결된 재순환 레그(36)가 리턴 레그(54)와 연결될 수 있다. 역류를 방지하기 위해서 재순환 레그(36) 내에 체크 밸브(40)가 제공될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 호퍼(42)와, 이 호퍼(42)내에 위치된 동축 파이프(44)가 호퍼 혼합기(30)에 제공된다. 동축 파이프(44)는 바람직하게 90° 이격된 4개 세트의 개구(46)를 포함하여, 슬러리가 4곳의 직교방향으로 파이프(44)로부터 호퍼(42)내로 빠져나간다. 파이프(44)는 슬러리를 수납하도록 일 단부(48)가 개방되어 있으며 단부(50)는 폐쇄되어 있다. 따라서, 슬러리는 호퍼(42) 내에서 종방향으로 그 유동 방향에 대해 평행하게 그 자신과 혼합된다. 슬러리는 호퍼(42)의 바닥에 위치된 바닥 개구(52)로부터 배출된다. 다른 직렬형 혼합 장치도 가능하다.
슬러러는 분배 레그(34)를 벗어나 밸브(53)를 통과하며, 상기 밸브(53)는 슬러리 공구를 유동 네트워크로부터 분리시키는데 사용될 수 있다. 그 후에, 슬러리는 리턴 레그(54)를 통해 복귀한다. 복귀 압력은 압력 조절 밸브(55)를 이용하여 감소시킨다. 체크 밸브(56)를 제공하여 역류를 방지할 수 있다. 복귀하는 슬러리(보다 적절한 용어로는 사용되지 않은 슬러리)는 리턴 레그(54)에 연결되어 합류점(26)으로 공급된다.
리턴 레그(54)는 밸브(58)에 의해 슬러리 공구로부터 분리될 수 있다. 양 밸브(53, 58)가 차단되면, 밸브(59, 68)는 개방되어 시스템이 세척을 위해 탈이온수에 잠기게 한다. 따라서, 장치(1)의 작동 중에, 밸브(53, 58)는 개방 위치로 설정되며, 밸브(59, 68)는 폐쇄 위치로 설정된다. 세척 중에 배수구를 유동 네트워크로부터 분리시키기 위해 분리 밸브(70)가 제공될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 수많은 변경, 부가 및 생략이 이뤄질 수 있다.
본 발명에 따르면, 혼합 장치의 균질성으로 인해서 슬러리의 균질성을 고정 밀도로 제어할 뿐만 아니라 최종 슬러리의 재순환을 고정밀도로 제어할 수 있다.

Claims (9)

  1. 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하는 장치에 있어서,
    상기 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제를 각기 펌핑하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 입구 펌프와,
    상기 슬러리의 스트림을 각기 분배 스트림 및 재순환 스트림으로 분할하기 위해 분배 레그 및 재순환 레그를 구비하는 유동 네트워크와,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프와 상기 유동 네트워크의 재순환 레그에 연결되어, 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수, 상기 산화제 및 상기 재순환 스트림이 서로 접촉하여 혼합물을 형성하게 하는 합류점과,
    슬러리가 형성되도록 상기 혼합물의 균질성을 향상시키기 위해서 상기 합류점에 연결된 적어도 하나의 혼합 장치와,
    상기 적어도 하나의 혼합 장치로부터 상기 슬러리를 펌핑하기 위해 상기 적어도 하나의 혼합 장치에 연결된 출구 펌프를 포함하며,
    상기 유동 네트워크는 상기 출구 펌프에 연결되고,
    상기 재순환 레그는 상기 분배 압력을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해서 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수 및 상기 산화제에 부여된 압력으로 감소시키기 위한 압력 조절 밸브를 구비하는
    슬러리 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 혼합 장치는 개구를 갖는 수직 배향 파이프를 구비하는 호퍼를 포함하며, 상기 개구를 통해서 상기 혼합물이 상기 호퍼 내로 빠져나가게 되어 있는
    슬러리 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 혼합 장치가 정적 혼합기를 더 포함하는
    슬러러 제조 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유동 네트워크는 사용되지 않은 슬러리를 상기 적어도 하나의 혼합 장치로 다시 공급하기 위해서 상기 합류점에 연결된 리턴 레그를 더 구비하며, 상기 리턴 레그는 상기 분배 압력을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해서 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수 및 상기 산화제에 부여되는 압력으로 다시 감소시키기 위한 다른 압력 조절 밸브를 구비하는
    슬러리 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 펌프는 가변 속도 펌프인
    슬러리 제조 장치.
  6. 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제를 펌핑하여, 이에 의해 부여된 압력을 가진 3개의 펌핑된 스트림을 형성하는 단계와,
    상기 3개의 펌핑된 스트림을 서로 그리고 재순환 스트림과 접촉시켜서 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 혼합물내의 균질성을 증진시켜서 슬러리를 형성하는 단계와,
    상기 슬러리를 상기 분배 압력으로 펌핑하는 단계와,
    상기 슬러리를 분배 스트림 및 상기 재순환 스트림으로 분할하는 단계와,
    상기 재순환 스트림의 분배 압력을, 상기 재순환 스트림이 상기 3개의 펌핑된 스트림과 조합되기 전의 압력으로 감소시키는 단계를 포함하는
    슬러리 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼합물을 정적 혼합기 내로 도입하여, 호퍼 내에 보유된 수직 배향 파이프로 공급하고, 상기 파이프에 개구를 제공하여 상기 혼합물이 상기 개구를 통하여 상기 호퍼 내로 빠져나가게 함으로써 균질성을 향상시키는
    슬러리 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    사용되지 않은 슬러리를 상기 혼합물 내로 도입하는 단계를 더 포함하는
    슬러리 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제의 비율을 제어하기 위하여 상기 펌프의 펌핑 속도를
    조절하는 슬러리 제조 방법.
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US8/978,887 1997-11-26
US08/978,887 1997-11-26

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