KR100377304B1 - 화학-기계적연마공정에서사용되는장치및방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 하류 설비로 화학제 슬러리의 공급을 위한 장치이다. 상기 장치는 액체 화학제 성분이 공급되는 소정 부피의 계량 용기를 포함한다. 도관은 다수의 화학제 공급원에 계량 용기를 연결하며, 상기 각 화학제 공급원은 액체 화학제 성분을 포함한다. 다른 도관은 적어도 하나의 혼합 탱크로 계량 용기를 연결한다. 압력 진공 용기는 상기 적어도 하나의 혼합 탱크와 연결되어, 음압 상태에서 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 압력 진공 용기로 화학제가 흡입되며 압력 상태에서 압력 진공 용기로부터 상기 적어도 하나의 하류 설비로 화학제가 공급된다. 압력 진공 용기는 상기 적어도 하나의 혼합 탱크 및 상기 적어도 하나의 하류 설비 모두와 유체 연결된다. 각 도관 상의 밸브는 밸브를 통한 화학제 유동을 제어한다. 화학제 슬러리가 다수의 화학제 공급원 중 하나 이상으로부터의 화학제를 혼합함으로써 상기 적어도 하나의 혼합 탱크 내에 생성되며, 슬러리는 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 상기 적어도 하나의 하류 설비로 공급된다.

Description

화학-기계적 연마 공정에서 사용되는 장치 및 방법
발명의 배경
화학-기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing)는 전자 웨이퍼 제조중 표면(예를 들어, 금속 또는 실리콘) 위에 연마 슬러리가 가해지며 기계적인 연마가 수행되어 편평하고 균일한 면을 제조하는 방법이다. CMP는, 특히 0.35 미크론 이하의 형상(geometry)을 갖는, 개량된 복층식 집적 회로(IC) 장치의 개발 (development) 및 대량 생산(high yield production)에 필요한 필수적인 방법이다. CMP 공정을 가능하게 하는 하나의 주요 고려 사항은 어떻게 CMP 공정을 위한 큰 부피의 화학제들(chemicals)을 가격 경쟁력 있고 신뢰성 있게 공급하는가에 있다. 탈염수(deionized (01) water)가 최상의 청정 제조 환경에서 통상 사용 가능하나, 산화물 및 금속 슬러리와 같은 다른 화학제는 주의 깊게 취급되고 혼합되고 공급되어야할 유해 화학제이다.
연마제의 슬러리는 필연적으로 높은 연마성(abrasive)을 갖기 때문에 CMP 공정에서 사용하기 위한 화학제를 공급하는 방법이 복잡하게 된다. 따라서, 이러한 화학제의 혼합 또는 이송에 사용되는 장치는 마모 및 조기 노후화(premature)의 위험성이 있다. 예를 들어, 많은 연마 슬러리에 노출된 종래의 펌프 장치는 급격히 상태가 악화된다. 또한, 도관 내의 고체의 침점물(precipitation)은 심각하고 값비싼 유지보수 문제를 야기할 수 있다.
일반적으로, 슬러리는 액체(통상 물) 내에 부유하는 매우 미세한 연마제(20내지 80 nm)를 포함한다. CMP 공정에서 사용되는 기본적인 두 종류의 슬러리는 산화물 제거 슬러리(oxide removing slurries) 및 금속 제거 슬러리(metal removing slurries)이다. 이들 각 슬러리는 고유의 취급 및 사용 제한 조건을 갖는다.
취급 및 사용이 가장 용이한 슬러리는 산화물 제거 슬러리이다. 이들은 통상 KOH (통상 1% 미만)의 약 염기성 희석액(slightly basic dilution)의 콜로이드 현탁액 내에 건조된 실리카 입자(fumed silica particles)를 포함한다. 통상의 구성 성분은 약 10%의 고체를 포함하며, 1.0 약간 초과 내지 약 1.1의 범위의 비중을 가지며, 50 cps 미만의 점성을 갖는다. 콜로이드 현탁액은 10 내지 12 pH 범위로 유지됨으로써 유지될 수 있다. 적절히 온도를 제어하면, 이들 슬러리는 1년까지의 보관 수명(shelf life)을 갖는다.
금속 제거 슬러리는 CMP 공정에는 비교적 새로운 것이며 취급 요구 조건을 필요로 한다. 이들 슬러리는 동, 알루미늄, 텅스텐 등의 금속을 제기하기 위해 사용되며 매우 연마성이 있다. 이들은 일반적으로 보다 유동성 있는 현탁액(lesssolid suspension)이며 약 2 pH 정도의 낮은 pH를 가질 수도 있다. 산화물 제거 슬러리와 비교할 때, 금속 제거 슬러리는 매우 짧은 보관 수명(shef lives)을 가지며, 통상 제조 후 수 시간 내에 사용하여야 한다. 어떤 연마제(예를 들어 알루미나 연마제)는 콜로이드 현탁액이 아니며, 화학제 공급 작업(chemical delivery operation) 전 그리고 작업 중 기계적인 교반을 필요로 한다. 어떤 경우에는, 이러한 슬러리는 두 가지 또는 세 가지의 액체 성분과 하나 이상의 용해된 또는 부유하는 고체 성분의 혼합을 필요로 할 수도 있으며, 이들 모두는 사용시까지 지속적인 혼합 및 이동을 필요로 한다. 보다 새로운 슬러리(15; slurries)는 사용 전 가열(elevated temperature)을 필요로 할 수도 있다.
어떤 방법(one of two methods)에서는 제조 환경[용기 내에서의 수동 이송 및 집적화된 화학제 분배 시스템(integrated chemical delivery systsm)]에서 연마 슬러리를 분배하도록 되어 있다. 현재의 가능한 기술로는 이들 방법 중 어느 것도 완전히 만족시키지는 못한다.
가장 단순한 분배 방법은 용기 (예를 들어 18.9 리터(5 갤론) 용기) 내에 미리 혼합되어 CMP 장치로 화학제를 수동 이동시키는 방법이다. 통상적인 용법의 속도에서는, 이러한 방법에 의해 통상의 작업 이동 중 청정 환경(clean environment)내로 족히 수 백 갤론 이상의 슬러리의 이동이 가능하다. 이러한 방법의 문제점 중에는, 불균일한 화학제 품질, (용기의 공급 및 수거를 위한) 청정 환경을 통한 다대한 이동 용적, 높은 화학적 취급 비용, 높은 패킹 비용, 높은 용기 폐기 비용, 오염 증가, 품질 제어 및 안정성의 위험성이 발생될 수 있다.
보다 현실적인 방법은 이격된 화학제 저장소(room)로부터 연마 및 후연마 청정 구역들까지 연속 배관된 튜브를 통해 제조 설비 내의 이격된 장소로부터 CMP 처리 장비로 화학제를 펌핑하는 방법이다. 이에 의해 매우 싼 원료 구입 및 취급 비용으로 다량의 드럼(예를 들어 200 리터(55 갤론)) 또는 토우트(예를 들어 1250 리터(330 갤론)) 단위로 화학제의 구매가 가능하다.
이격된 화학제 저장소에 의해 또한 공장(fab) 내로의 수송(traffic)이 생략되며 보다 안전하고 보다 효과적인 화학제의 취급이 가능하다. 이러한 시스템의 다른 장점은 전체 시스템 인터페이스 및 옵션으로서 시험 계획[예를 들어, 누설 탐지, 수요 행렬(demand queuing), 온-라인 감시 또는 샘플링, 통합 온도 제어(integrated temperature control), 시스템 세척(flush) 및 클리닝(clean), 데이타 획득, 원격 감시 및 제어 등]을 포함한다.
이격된 화학제 저장소로부터 CMP 처리 장비로의 슬러리의 이동은 여러 가지 방식으로 달성될 수 있다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(예를 들어 상표명 테프론)을 사용한 펌프와 같은 펌프는 아직도 가장 일반적인 처리 설비로의 화학제 이동 방법이다. 그러나, 연마 슬러리가 이동되는 경우, 이러한 펌프는 상당히 마모된다. 빈번한 사용 구역에서는, PTFE 막은 매 두 달 내지 세 달 마다 교환할 필요가 있다. 이는 부품, 인력, 가동 시간(down-time)의 면에서 상당한 비용을 발생시킨다.
지츠(Geatz)의 미국 특허 제5,148,945호 및 페리 등의 미국 특허 제5,330,072호에서 개시되고 미국 캘리포니아주 홀리스터 소재의 본 출원인으로부터 상업적으로 구입 가능한 것과 같은 압력 진공 화학제 분배 장치(pressure-vaccum chemical distribution apparatus)를 사용함으로써 보다 만족스러운 시스템이 된다. 인라인(in-line) 펌프를 사용하는 대신, 이들 장치는 순차적으로 화학제를 흡입(draw)하도록 감압되며 사용 지점으로 화학제를 송출(force)하도록 가압되는 중간 용기를 사용한다. 교대로 다른 용기가 가압되어 화학제를 분배하는 동안 진공 상태에서 화학제를 흡입하는 다수의 중간 용기를 사용함으로써 연속적인 화학제의 공급이 달성된다. 화학제 도관에 펌프가 사용되지 않기 때문에, 펌프의 조기 마모 문제점이 제거된다. 이러한 시스템은 종래의 펌프 구동식 통합 슬러리 공급 시스템(pump-driven integrated slurry delivery system)에 대해 극적으로 개선된 성능을 제공하지만, 반드시 필요한 연마 슬러리의 제조 및 취급과 같은 CMP 처리에서 발견되는 모든 작동 문제점을 해결하지는 못한다.
예를 들어, 상술된 여러 가지 취급 문제점 중 몇몇 문제점을 해결하기 위해, 화학제는 사용 직전에 교반, pH 및/또는 온도 제어가 수행되는 "임시 탱크(day tank)"에 통상 임시로 저장된다. 이에 의해, 상술된 혼합 및 분리(separation) 문제점 중 몇몇 문제점이 감소되나, 몇몇 슬러리 성분(예를 들어 임의의 금속 제거 슬러리)에서 발견되는 매우 짧은 저장 수명 또는 매우 연마성 있는 성분의 문제점까지 해결하지는 못한다.
따라서, 본 발명의 주 목적은 취급될 수 있는 화학제의 종류에 있어서 융통성이 있으며 연마성 화학제 혼합물로부터 조기 마모되거나 또는 침식(attack)되지 않는 사용의 관점에서 연마 화학제 등의 성분의 공급을 위한 개선된 통합 시스템을제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 짧은 보관 수명을 갖거나 또는 유효 혼합 변수(demanding mixing parameters)를 필요로 하는 혼합물을 포함하는 매우 민감한 화학제 혼합물을 용이하게 취급할 수 있는 화학제의 공급을 위한 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은 이하의 명세서로부터 명백할 것이다.
발명의 요약
본 발명은 CMP 처리에서 사용되는 연마 슬러리의 제조 및 공급과 같은 제조 설비에 화학제 슬러리 재질의 제조 및 공급을 위한 개선된 통합 시스템이다.
본 발명의 양호한 장치는 다수의 화학제 성분 공급원과 연결된 소정 부피의 계량 용기를 포함한다. 각 성분 화학제는 우선 계량 용기에서 계량된 후 하나 이상의 혼합 또는 임시 탱크로 이송된다. 다수의 화학제가 혼합 탱크에서 혼합되어 하류 설비에서 사용하기 위한 슬러리를 형성한다. 압력 진공 용기(PVV;pressure-vacuum vessel) 시스템이 사용되어 혼합 탱크로부터 화학제를 흡입하며 CMP 또는 다른 처리 장비로 화학제를 공급한다. 본 발명에서 다수의 유동 경로가 제공됨으로써 화학제를 위한 혼합 및 유지보수 방법(옵션)에서의 무한한 융통성을 제공한다. 또한, 본 발명은 슬러리 화학제 스트림 내로 고체 화학제 성분을 용이하게 혼합하기 위한 수단을 제공하여 매우 많은 화학제 공급 방법을 제공한다.
매우 연마성 있는 화학제가 악화될 수 있는 인라인 펌프 및 다른 장치에 대한 필요성 없이 이송될 수 있다는 점은 본 발명의 장치 및 방법의 다른 장점이다.또한, 본 발명에 의해 비교적 신속한 혼합 및 수요에 따라 (즉시 또는 배치로부터) 혼합 및 공급 능력을 포함하는 주문 상태(customized condition)로 화학제가 혼합되어 공급될 수 있다.
본 발명은 현탁액(suspensions) 및 슬러리(slurries)를 제조하고 공급하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 집적 회로의 제조에 사용되는 것과 같은 화학-기계적 연마 공정(chemical-mechanical polishing procedure)에서 사용하기 위한 연마 슬러리(abrasive slurries)에 관한 것이다.
첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 본 발명의 작용을 명확히 이해할 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 슬러리 분배 시스템의 제1 실시예의 개략적인 도면이다.
도1a는 도1의 슬러리 분배 시스템의 좌측부를 도시하는 보다 상세한 개략적인 도면이다.
도1b는 도1의 슬러리 분배 시스템의 우측부를 도시하는 보다 상세한 개략적인 도면이다.
도2a는 액체 계량 유동의 예를 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제1 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2b는 고체 용해 및 분배 유동의 예를 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제2 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2c는 혼합 드럼 재순환 유동을 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제3 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2d는 분배 루프 재순환 유동을 도시하는 도1의 슬러리 재분배 시스템을 통한 제4 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2e는 압력 진공 용기(PVV) 조립체 유동의 세척(flush)을 도시하는 도1의슬러리 분배 시스템을 통한 제5 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2f는 PVV 조립체를 통한 유동을 배출하는 혼합 드럼을 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제6 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2g는 유동을 배출하는 혼합 드럼을 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제7 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2h는 유동을 배출하는 고체 용해 용기를 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제8 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도2i는 분배/루프 유동을 도시하는 도1의 슬러리 분배 시스템을 통한 제9 유동 경로의 개략적인 도면이다.
도3은 내부를 도시하기 위해 케이싱의 일부가 절개된 본 발명에서 사용하기 위한 고체 용해 용기의 전면도이다.
본 발명은 화학 슬러리를 혼합 및 분배를 위한 것으로서, 특히 CMP 처리에서 사용되는 것과 같은 높은 연마성의 슬러리 혼합물의 혼합 및 분배를 위한 개선된 장치 및 방법에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 장치의 일 실시예(10)이다. 장치는 하나 이상의 화학제 상류 공급원(12, 14, 16)으로부터 화학제를 이송하여 CMP 연마기 또는 중간 저장 설비를 사용하는 지점과 같은 하나 이상의 하류 설비(18a, 18b, 18c)로 화학제를 분배하도록 되어 있다. 화학제의 상류 공급원은 화학제 드럼 또는 화학제 토우트(chemical totes)와 같은 임의의 적절한 처리 화학제 공급원을 포함한 수도있다. 또한, 도시된 바와 같이, 화학제의 상류 공급원은 마찬가지로 탈염수 또는 극히 순수한 물(UPW) 공급원 또는 다른 지속적인 화학제 공급원에 연결된 도관을 포함할 수도 있다.
도시된 실시예에서, 각 상류 공급원(12, 14, 16)은 각각 도관 라인(24a, 24b, 24c) 상의 수동 밸브(20a, 20b, 20c) 및 자동 밸브(22a, 22b, 22c)에 의해 제어된다. 각 도관 라인(24a, 24b, 24c)은 계량 용기(26)에 연결된다. 라인(24c)은 후술되는 바와 같이 도관 라인(28)에 또한 연결된다.
계량 용기(26)는 공급원(12, 14, 16)으로부터 분배된 각 화학제 양의 정확한 복수) 계량을 제공하도록 기능한다(즉, 계량 용기는 소정 양의 화학제에 도달되도록 반복적으로 충전되거나 또는 한 번의 충전으로 필요한 양의 화학제를 제공하는 크기일 수도 있다) 도시된 용기는 약 4 리터(1.6 갤론)의 액체를 담는 탱크를 포함한다. 용기가 소정 양으로 충전될 때 계량 용기(26)로의 유동을 자동 차단하도록 탱크에는 센서(도시되지 않음)가 제공된다. 계량 용기는 임의의 공지 방식으로(예를 들어, 펌프를 제공함으로써, 가압된 상태의 공급원(12, 14, 16)을 설치함으로써, 자중에 의해 공급되도록 계량 용기의 높이 위로 공급원을 상승시킴으로써, 또는 용기 내로 화학제를 흡입하도록 진공 상태로 계량 용기를 설치함으로써) 충전될 수도 있다.
라인(32a, 32b, 32c)을 통한 세 개의 상이한 유동 경로 중 하나를 통해 액체가 향해지는 도관 라인(30)을 통해 계량 용기(26)로부터 액체가 배출된다. 각 라인(32a, 32b, 32c)을 통한 유동은 자동 밸브(34a, 34b, 34c)에 의해 각각 제어된다. 라인(32a)을 통해 배출되는 화학제는 라인(38)을 통해 혼합 탱크(36)로 이송(routed)될 수 있다. 라인(32b)을 통해 배출되는 화학제는 라인(42)을 통해 혼합탱크(40)로 이송될 수 있다.
혼합 탱크(36, 40)는 본 발명에서 다양한 목적으로 기능한다. 첫째, 이들 탱크는 계량된 양의 화학제가 공급되고 혼합되어 하류 설비에서 사용되는 정확히 혼합된 슬러리를 제조하는 혼합 용기로서 기능한다. 둘째, 이들 탱크는 화학 슬러리가 하류 설비(18)에서의 필요에 따라 선택될 수 있는 임시 저장 구역으로서 작용할 수도 있다. 셋째, 교반기(agitator)[예를 들어, 회전 패들식 배플(rotating paddled baffles), 가스 스파저 시스템(gas sparger system), 초음파 진동기 등], 가열 또는 냉각 시스템 등과 같은 기구를 혼합 탱크 내로 장착하면, 혼합 탱크 내에 저장된 화학제 성분들이 즉시 사용되지 않는 경우에도 완전히 혼합되어 사용 가능하게(viable) 유지될 수 있다. 이러한 정상적인 혼합은 대부분의 예에서 중요하다고 생각되나, 유동성이 적은 현탁액(solid suspensions)이 후술되는 방식으로 형성될 때와 같이 화학 석출(separation) 또는 침전이 발생되기 쉬운 예에서는 특히 중요하다.
라인(32c)을 통해 배출되는 화학제는 라인(46)을 통해 고체 혼합기(44)로 이송된다. 고체 혼합기(44)는 계량 용기(26)로부터의 액체 화학제 성분과 혼합되는 고체 화학제 성분[예를 들어, 입자(particulate), 결정(crystal), 또는 덩어리(cake)]을 담는 리셉터클을 포함한다. 보다 상세히 후술되는 바와 같이, 본 발명은 고체 혼합기(44)를 통한 액체 화학제의 스트림에 관한 것이며, 고체 화학제성분이 (예를 들어, 액체 화학제 성분 내에 용해됨으로써 또는 액체 화학제 성분 내에서 단지 부유됨으로써) 화학제 스트림 내로 도입(entrained)된다. 이러한 장치는, 짧은 보관 수명(shelf)을 가지며 형성 후 짧은 시간에 사용되어야 하는 신속히 혼합되는 화학제 성분에 특히 적절하다. 라인(50a 또는 50b)을 통해 화학제가 향해지는 라인(48)을 통해 고체 혼합기(44)로부터 화학제가 배출된다. 라인(50a, 50b) 내로의 유동은 자동 밸브(52a, 52b)에 의해 제어된다.
라인(50a)은 라인(32a) 내로, 그 후, 라인(38) 및 혼합 탱크(36)로 화학제를 이송한다, 라인(50b)은 라인(32b) 내로, 그 후, 라인(42) 및 혼합 탱크(40)로 화학제를 이송한다.
상술된 바와 같이, 통합 공급 시스템(integrated delivery system)에서 화학제 공급기가 개별 원격 화학제 저장소에 또는 하류 처리 장비로부터 이격된 곳에(in a case removed from the downstream chemical rooms) 설치되는 것은 매우 일반적이다. 이러한 분리의 견지에서, 하류 설비로 화학제를 공급하도록 신뢰성 있는 기구가 제공되는 것, 그리고, 필요시, 수요가 적은 기간 동안 이러한 설비로부터 화학제를 재순환시키는 것은 매우 중요하다. 침식성 연마 슬러리가 펌프 기구를 급격히 악화시켜 유지보수 시간 및 비용을 크게 증가시키기 때문에, 이러한 상태에서 화학제를 이동시키는 종래의 펌프를 사용하는 이전의 방법은 비교적 성공이지 않은 것으로 증명되었다.
본 발명에서는, 혼합 탱크(36, 40)로부터 하류 설비(18)로 화학제를 이동시키기 위한 "엔진"으로서 하나 이상의 압력 진공 용기(PVV; pressure-vacuumvessel) 조립체(54, 56)를 사용하는 것이 좋다. 이들 장치는 본 명세서에서 참조된 지츠(Geatz)의 미국 특허 제5,148,945호 및 페리 등의 미국 특허 제5,330,072호에서 상세히 기술되어 있다. 압력 진공 용기 조립체는 진공 발생기(37a) 및 압축 가스 발생기 또는 탱크와 같은 압력원(57b) 모두에 연결된 다수의 밀봉된 캐니스터(canister)들을 포함한다. 화학제를 펌핑하는 대신에, 음압(negative pressure)이 용기 내에 형성되어 화학제가 거의 진공인 용기 내로 흡입된다. 일단 용기가 충전되면, 용기가 가압되어 용기로부터 최종 목적지로 화학제를 가압 구동한다.
두 개 이상의 PVV 조립체를 병렬로 작동시킴으로써, 하나의 용기가 비워지는 동안 다른 용기가 충전되며, 이러한 시스템에 의해 지속적인(constant) 액체 유동이 공급될 수 있다. 용기의 충전 및 비움 사이의 전환(change-over)을 조절함으로써, 펌프 시스템에 의해 통상 공급되는 "맥동(pulsing)" 유동보다 매우 우수한 지속적인(constant uninterrupted) 맥동이 없는(non-pulsed) 일정한 유동이 이러한 시스템으로부터 공급될 수 있다. 슬러리 분배의 분야에서 특히 중요한 점은, PVV 조립체의 사용에 의해 유체 경로로부터 모든 펌프 기구 등의 장애물이 제거된다는 점이다. 이에 의해, 오염의 위험성이 감소될 뿐만 아니라 침식성 슬러리 화학제에 가동 부품이 노출되는데 따른 유지보수 문제점이 방지된다.
본 발명에서 사용하도록, 각 PVV 조립체(54, 56)는 단일 캐니스터 조립체로 구성될 수도 있으며 또는 양호하게는 병렬로 배치된 복수 캐니스터로 구성될 수도 있다. 필요한 슬러리의 양이 비교적 작은 예에서는, 연속적인 유동을 공급하기 위해 단일 캐니스터를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명에서, PVV 조립체(54)는 라인(58)을 통해 혼합 탱크(36)로 연결되며 PVV 조립체(56)는 라인(60)을 통해 혼합 탱크(40)로 연결된다. PVV 조립체(54, 56) 내로의 유동은 자동 밸브(62a, 62b)에 의해 각각 제어된다. 화학제는 도관 라인(64)을 통해 PVV 조립체(54)로부터 배출되며 세 개의 유동 경로[라인(66a, 66b, 56c)] 중 하나로 향해질 수도 있다. 각 유동 라인(66a, 66b, 66c)을 통한 유동은 자동 밸브(68a, 68b, 68c)에 의해 각각 제어된다.
하류 설비(18)로 화학제를 공급하기 위해, 화학제는 라인(66b)을 통해 밸브 (70)를 지나 도관 라인(72)을 통해 하류 설비로 향해진다. 화학제는 분배 밸브 (74a, 74b, 74c)를 각각 개방시킴으로써 하류 설비(18a, 18b, 18c)로 필요에 따라 공급된다. 본 발명은 임의의 소정 수의 하류 설비로 화학제를 공급하기 위해 사용될 수도 있다. 화학 슬러리의 일부 또는 모두가 하류 설비에서 필요로 하지 않으면, 화학제는 복귀 라인(76)을 통해 분배 장치로 복귀된다.
라인(66c)을 통해 PVV 조립체(54)로부터 배출된 화학제는 라인(38)을 통해 혼합 탱크(36)로 다시 향해진다. 이러한 재순환 경로는 수요가 작은 기간 동안 화학 슬러리의 지속적인 이동 및 화학 성분들의 보다 양호한 혼합을 보장하기 때문에 매우 중요하다. 실제로, 혼합 탱크에 교반 또는 다른 혼합 수단이 제공되지 않은 경우 이러한 순환 및 혼합은 적절한 화학제 혼합에 매우 중요하다.
라인(66a)을 통해 PVV 조립체(54)로부터 배출되는 화학제는 배출 라인(78)으로 그리고 최종적으로는 배출구(80)로 이송된다. 시스템이 보수를 위해 비워져야하거나 또는 세척되야하거나 또는 화학제를 교환하여야 할 때 배출 라인(78) 및 배출구(80)가 사용된다.
PVV 조립체(56)로부터 배출되는 화학제를 위해 유사한 이송 시스템(similar routing system)이 제공된다. 화학제는 도관 라인(82)을 통해 PVV조립체(56)로부터 배출되며 세 개의 유동 경로[라인(84a, 84b, 84c)] 중 하나로 향해질 수도 있다. 각 라인(84a, 84b, 84c)을 통한 유동은 자동 밸브(86a, 86b, 86c)에 의해 각각 제어된다. 라인(84b)을 통해 배출되는 화학제는 라인(66b)을 통해 PVV 조립체(54)로부터 배출되는 화학제와 동일한 경로를 통해 (즉, 밸브(70)를 통해 라인(72)을 경유하여 하류 설비(18)로) 향해진다. 라인(84c)을 통해 배출되는 화학제는 라인(42)을 통해 혼합 텡크(40)로 재순환된다. 라인(84a)을 통해 배출되는 화학제는 배출 라인(78) 및 배출구(80)로 향해진다.
라인(76)을 통해 하류 설비(18)로부터 복귀하는 화학제는 여러 가지 다양한 방법으로 분배될 수 있다. 라인(76)으로부터의 유동은 수동 밸브(88)에 의해 제어 되며 세 개의 가능한 유동 경로[라인(90a, 90b, 90c)] 중 하나로 향해질 수 있다. 이들 각 라인을 통한 유동은 자동 밸브(92a, 92b, 92c)에 의해 제어된다. 라인(90a)을 통한 유동은 배출 라인(78) 및 배출구(80)를 통과한다. 라인(90b)을 통한 유동은 라인(32b)을 통해 그리고 라인(42)을 통해 혼합 탱크(40)로 향해진다. 라인(90c)을 통한 유동은 라인(32a)을 통해 그리고 라인(38)을 통해 혼합 탱크(36)로 향해진다.
이러한 설명으로부터 하류 설비로부터 복귀되는 화학제가 장치 내의 임의의소정 유동 경로로(예를 들어, 화학제의 원래의 혼합 탱크로, 다른 혼합 탱크로 또는 폐기를 위해 배출구로 다시) 향해질 수도 있다는 점을 알 수 있다. 또한, 이들유동 방법은 낮은 수요 또는 수요가 없는 기간 중에도 화학제가 이동 및 혼합을 계속할 수 있다는 점을 보장한다.
본 발명의 장치의 사용 방법(옵션)을 증가시키기 위해, 다수의 다른 유동 경로가 또한 제공된다. 예를 들어, 필요시 화학제 시스템을 세척(flushing)하는 데 도움을 주기 위해, 이러한 시스템의 많은 구성 요소 상에 배출 라인 및 관련 밸브가 제공된다. 이들은, 혼합 탱크(36)로부터의 라인(94a) 및 관련 밸브(96a), 혼합탱크(40)로부터의 라인(94b) 및 관련 밸브(96b), 혼합기(44)로부터의 라인(94c) 및 관련 밸브(96c)를 포함한다. UPW 라인(28)과 각 PVV 조립체(54, 56) 사이를 연결하는 라인(98a, 98b) 및 관련 밸브(100a, 100b)는 클리닝 사이클 중 물로 시스템을 세척하는 데 도움을 준다.
이러한 장치에 제공된 다른 유용한 액세서리로는 밸브(62a 또는 62b)의 개방전 라인들 내외 액체의 양(assy)을 감시하기 위한 각 라인(58, 60) 상의 센서(102a, 102b)와, 필요시 장치 내의 극히 순수한 물을 공급하도록 UPW 라인(28) 및 배출 라인(78)에 연결된 물총(104, water gun)을 들 수 있다. 본 발명에서 사용하기 위한 적절한 센서(102)로는 pH 전극(pH electrodes), 이온 선택 전극j(ion selecfive electrodes), 저항 탐침(resistivity probes), 비중 센서, 온도 센서 등 이 있다.
마지막으로, 압축 가스 시스템(105)이 라인(106)을 통해 고체 혼합기(44)로연결되며 밸브(108) 및 압력 스위치(110)에 의해 제어된다. 압력 스위치(110)는 액체가 용기 내로 유입되기 전 고체 혼합기(44) 내의 각 고체 배치 후 고체 혼합기 (44, 고체 용해)의 공압 시일을 시험하도록 사용되는 압력 센서이다. 이러한 시스템은 유지보수 중 고체 혼합기(44) 및 관련 라인을 통해 액체를 가압하는 데 도움을 주도록 질소와 같은 압축 가스가 제공된다. PVV 조립체 시스템에서 사용되는 압축 가스는 마찬가지로 적절히 연결되어 이들 목적을 위해 마찬가지로 사용될 수 있다.
상술된 시스템은 수동으로 작동될 수도 있지만, 상술된 시스템은 낮은 수요 기간 중 화학제의 정규적인 순환에 대한 필요성 및 하류 설비 수요만에 반응하여 자동 작동(hand-off operation)을 보장하도록 밸브의 자동 전환이 가능하도록 설계 되었다. 이러한 점에서, 전기 접속부(112)가 하류 설비와 본 발명의 장치(10) 사이에 포함되어야 한다. 이러한 접속부(112)는 시스템 상의 수요를 감시하기 위한 그리고 유동 경로를 변환시킴으로써 이러한 수요에 대응하기 위한 마이크로프로세서 등의 장치를 위해 사용될 수도 있다. 전자 제어가 가능한 임의의 밸브가 본 발명에서 자동 작동되는 밸브용으로 사용될 수도 있지만, 미국 미네소타주 채스카의 플루오로웨어 인크로부터 구입 가능한 INTREGRA 모델 밸브와 같은 공압 작동 격막식 밸브(pneumatically operated diaphragm-type valve)를 사용하는 것이 좋다.
상술된 설명으로부터 다수(20)의 가능 유동 경로가 본 발명의 장치와 함께 사용될 수도 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 유동 경로의 예가 도2a 내지 도2i에서 도시되어 있다.
도2a는 화학제 공급원(12)으로부터 계량 용기(26)를 통해 혼합 탱크(36)로 계량된 양의 단일 화학제를 제공하기 위한 (약 여섯 개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로(114)를 도시한다. 다른 유동 경로는 세 개의 공급원(12, 14 또는 16) 중 임의의 공급원으로부터 두 개의 혼합 탱크 중 어느 하나(36 또는 40)로 화학제를 향하게 할 수도 있다.
도2b는 극히 순수한 물의 유동에 고체 화학제 성분을 도입하기 위한 (약 두개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로를 도시한다. 이러한 유동 경로(116)는 공급원(16)으로부터 계량 용기(26)를 통해 고체 혼합기(44)를 통해 그리고 혼합 탱크(36) 내로 UPW를 공급받는다.
도2c는 혼합 탱크(36)와 PVV 조립체(54) 사이에 화학 슬러리를 재순환시키기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로(118)를 도시한다.
도2d는 혼합 탱크(40)로부터 PVV 조립체(56)를 통해 라인(72)을 통해 하류 설비로 화학 슬러리를 분배하고 라인(76)을 통해 하류 설비로부터 혼합 탱크(40)로 다시 재순환시키기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로(120)를 도시한다.
도2e는 UPW로 장치의 일부를 세척하기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중)하나의 유동 경로(122)를 도시한다. 물이 공급원(16)으로부터 PVV 조립체(56)를 통해 향해지며 (처리시 PVV 조립체를 세척) 혼합 탱크(40) 내로 충전된다.
도2f는 PVV 조립체(56)를 통해 배출구(80)로 혼합 탱크(40)를 배수시키기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로(124)를 도시한다.
도2g는 배출구(80)로 혼합 탱크(40)를 배수시키기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중) 하나의 유동 경로(126)를 도시한다.
도2h는 배출구(80)로 고체 혼합기(44)를 배수시키기 위한 (약 두 개의 가능유동 경로 중) 하나의 유동 경로(128)를 도시한다.
도2i는 UPW로 장치의 일부를 세척하기 위한 (약 두 개의 가능 유동 경로 중)다른 유동 경로(130)를 도시한다. 이러한 예에서, 물이 공급원(16,)으로부터 PVV 조립체(56)를 통해 라인(72)으로 다시 라인(76)으로 그리고 배출구(80)로 향해진다.
상술된 바와 같이, 다수의 다른 유동 경로가 본 발명의 장치에 용이하게 제공될 수도 있다. 이와 같이, 상기 장치는 다양한 가능 공급원으로부터 임의의 화학 물질을 실질적으로 공급받으며, 혼합하며, 혼합 상태로 유지하며, 필요에 따라 최종 사용 또는 중간 설비로 공급할 수 있다. 본 발명의 장치는 슬러리 화학제가 매우 짧은 보관 수명을 갖는 경우 또는 다양한 취급 조건이 특정된 경우 특히 유용하다.
본 발명의 보다 중요한 장점은 다수의 혼합 탱크가 제공된다는 점이다. 병렬로 배치된 두 개 이상의 탱크를 제공함으로써, 각 탱크는 수요에 따라 하류 설비로 지속적인 공급을 보장하도록 슬러리의 공급이 유지될 수 있다. 또한, 이러한 설계에 의해 전체 시스템을 정지시킬 필요가 없이 유지보수 또는 수리를 위해 하나의 탱크가 라인으로부터 제거될 수도 있다.
본 발명의 장치는 화학 슬러리를 생산하도록 사용되는 실질적으로 임의의 조합의 화학제와 함께 사용될 수도 있다. 액체 또는 고체의 추가의 화학제 공급원이 본 발명의 목적을 이탈하지 않으면서 본 발명 내에 공이하게 장착될 수 있다.
본 발명의 장치는 일반적으로 혼합 또는 취급이 어려운 화학 성분들을 혼합하고 공급하기에 특히 효과적이다. 이러한 성분들 중 몇몇은 즉시 혼합되고 공급 되어야 한다. 이는 하류 설비로부터의 수요만에 따라 혼합 탱크 내로 화학 성분을 분배하고 그 후 혼합 탱크로부터 하류 설비로 화학 성분을 즉시 분배함으로써 본 발명의 장치에 의해 달성된다. 본 발명으로 가능한 정확성, 유연성 및 속도는 종래에는 비실제적인 상시 공급 (on-demand delivery) 형태가 통합 시스템을 통해 제공되는 것을 가능하게 한다.
본 발명을 특히 독창적으로 만드는 본 발명의 요소 중 하나는 고체 혼합기(44)의 사용에 의해 화학제 스트림 내로 여러 가지 고체 물질을 용이하게 도입시키는 능력이다. 도3에서 도시된 바와 같이, 양호한 고체 혼합기는 침투성 라이너(134)가 내장된 리셉터클(132)을 포함한다. 라이너(134)는 혼합될 고체 재질(136)로 충전되며, 피팅(138, 140)에 의해 유체 도관에 고체 혼합기(44)를 부착함으로써 액체 유동이 리셉터클(132)을 통과하도록 향해진다.
이러한 적용예를 위한 설계된 방식은 아니지만, 팽창된 폴리테트라플루오로에틸렌(expanded polytetrafluoroethylene)으로부터 구성된 것과 같은 종래의 필터 카트리지 또는 필터 백이 본 발명을 위한 침투성 라이너(134)로 용이하게 기능할 수 있다. 라이너의 침투성은 고체 혼합기를 통과하는 화학제의 유동 속도 및 고체 재질이 액체 스트림 내에 도입되는 속도와 일치되도록 조절되어야 한다. 이러한 구조는 액체 화학제 스트림 내로 매우 다양한 고체 화학제 성분들을 혼합시키기에 적절한 것으로 생각된다.
본 발명의 특정 실시예가 본 명세서에서 개시되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허 청구의 범위의 범위 내에서 변경 및 변형이 가능하다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 하류 설비로 화학제 슬러리를 공급하기 위한 장치이며,
    액체 화학제 성분이 공급되는 소정 용적의 계량 용기와,
    액체 화학제 성분을 각각 포함하는 다수의 화학제 공급원에 계량 용기를 연결하는 도관과,
    적어도 하나의 혼합 탱크에 계량 용기를 연결하는 도관과,
    상기 적어도 하나의 혼합 탱크 및 상기 적어도 하나의 하류 실비 모두와 유체 연결되며 상기 적어도 하나의 혼합 탱크와 연결되어 음압 상태에서 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 압력 진공 용기로 화학제가 흡입되며 압력 상태에서 호흡식 용기로부터 상기 적어도 하나의 하류 설비로 화학제가 공급되는 압력 진공 용기와,
    화학제 유동을 제어하는 각 도관 상의 밸브를 포함하며,
    화학제 슬러리가 다수의 화학제 공급원 중 적어도 하나의 화학제 공급원으로 부터 화학제들을 혼합함으로써 상기 적어도 하나의 혼합 탱크 내에서 생성되며 상기 적어도 하나의 슬러리는 혼합 탱크로부터 상기 적어도 하나의 하류 설비로 공급되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액체 화학제 성분들 중 적어도 하나의 액체 화학 성분이 통과되어 상기적어도 하나의 액체 화학제 성분의 스트림 내에 고체 화학제 성분이 도입되는 고체 화학제 성분을 담는 리셉터클을 주가로 포함하며,
    상기 리셉터클은, 계량 용기로부터 리셉터클을 통해 액체 화학제 성분을 향하게 하여 계량 용기로부터의 액체 화학제 성분의 스트림 내에 고체 화학제 성분을 도입시키도록 계량 용기와 유체 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 리셉터클은 상기 적어도 하나의 액체 화학제 성분의 스트림이 리셉터클을 통과하도록 향해지며 고체 화학제 성분이 스트립 내에 도입되도록 계량 용기와 리셉터클 사이에 유체 연결을 제공하는 도관 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하류 설비로 슬러리를 공급하기 위한 수단을 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 하류 설비는 사용 지점을 구성하며, 상기 수단은 슬러리가 사용 지점으로부터의 수요에 따라 혼합될 수 있으며 슬러리의 형성 후 즉시 사용 지점으로 공급될 수 있도록 슬러리를 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 리셉터클은 고체 화학제 성분이 담기며 액체 화학제 성분이 통과되는 침투성 라이너를 포함하며, 상기 라이너는 고체 화학제 성분의 통로를 액체 화학제 성분 내에 도입되는 것에 한정하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서, 두 개의 혼합 탱크를 추가로 포함하며, 도관은 각 혼합 탱크로 계량 용기를 연결하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하류 설비로 슬러리를 공급하기 위한 수단을 추가로 포함하며, 상기 적어도 하나의 하류 설비는 사용 지점을 구성하며, 상기 수단은 슬러리가 사용 지점으로부터의 수요에 따라 혼합될 수 있으며 슬러리의 형성 후 즉시 사용 지점으로 공급될 수 있도록 슬러리를 공급하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 하류 설비는 적어도 하나의 연마기를 포함하며, 상기 슬러리는 사용 전 상기 적어도 하나의 혼합 탱크에 저장될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서. 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로 상기 적어도 하나의 하류 설비를 연결하는 재순환 도관을 추가로 포함하며, 상기 재순환 도관에 의해 슬러리가 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 제거되어 낮은 수요 기간 중 상기 적어도 하나의 혼합 탱크 내로 재위치 될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 혼합 탱크는 슬러리를 사용 전 정규적으로 이동 유지시키는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 장치는 다수의 혼합 탱크를 포함하며, 각 혼합 탱크는 계량 용기 및 상기 적어도 하나의 하류 설비에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 화학-기계적 연마 공정에서 사용하기 위한 화학제 혼합물을 제조하기 위한 방법이며,
    적어도 두 개의 상류 화학제 공급원에 연결된 계량 용기를 갖는 장치를 제공하는 단계와,
    상기 계량 용기와 적어도 하나의 혼합 탱크 사이를 연결시키는 단계와,
    적어도 하나의 압력 진공 용기를 포함하며 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로 부터 하류 설비로 화학제를 이동시키는 수단을 제공하는 단계와,
    제1 성분 화학제로 계량 용기를 충전한 후 상기 제1 성분 화학제를 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로 이송하는 단계와,
    제2 성분 화학제로 계량 용기를 충전한 후 상기 제2 성분 화학제를 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로 이송하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 혼합 탱크 내의 성분 화학제들을 혼합하여 화학제 혼합물을 제조하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 하류 설비로 화학제 혼합물을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 하류 설비로부터 화학제 혼합물에 대한 수요가 있을 때까지 상기 적어도 하나의 혼합 탱크 내에 화학제 혼합물을 저장하는 단계와, 수요에 따라 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 화학제 혼합물을 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 하류 설비는 사용 지점을 구성하며; 사용 지점으로부터 수요에 따라 상기 화학제 혼합물을 혼합하는 단계와, 화학제 혼합물의 형성후 즉시 사용 지점으로 화학제 혼합물을 공급하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제12항에 있어서, 제1 및 제2 성분 화학제 중 적어도 하나의 성분 화학제가 통과되는 제3 화학제 성분을 담는 리셉터클을 제공하여 계량 용기로부터의 성분 화학제의 스트림 내에 제3 화학제 성분을 도입하는 단계와, 상기 계량 용기로부터 상기 리셉터클을 통해 성분 화학제를 향하게 하여 계량 용기로부터의 성분 화학제의 스트림 내에 제3 화학제 성분을 도입하도록 계량 용기로부터 리셉터클을 통해 성분 화학제의 스트림을 향하게 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 제3 화학제 성분이 담기며 성분 화학제 스트림이 통과하는 침투성 라이너를 갖는 리셉터클을 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 음압 상태에서 상기 적어도 하나의 혼합 탱크로부터 압력 진공 용기로 화학제 혼합물을 흡입하며 압력 상태에서 압력 진공 용기로부터 하류 설비로 화학제 혼합물을 공급하도록 상기 적어도 하나의 혼합 탱크에 연결된 압력 진공 용기를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 계량 용기 및 하류 설비로 각각 연결된 다수의 혼합 탱크를 제공하는 단계와, 하류 설비에 대한 화학제의 지속적인 공급을 유지하기 위해 계량 용기로부터 다른 혼합 탱크로의 성분 화학제의 유동을 조절하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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