KR19990045565A - 슬러리 제조 장치 및 방법 - 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. 이러한 목적을 위해서, 유동 네트워크는 출구 펌프에 연결되며, 이러한 유동 네트워크는 분배 스트림이 방출되는 분배 레그와 재순환 스트림을 재순환시키기 위해 접합부에 연결된 재순환 레그를 구비하도록 분기된다.

Description

슬러리 제조 장치 및 방법
본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제는 접합부(junction)로 펌핑되어 슬러리를 형성한다. 특히, 본 발명은 혼합 장치를 통해 슬러리를 통과시키고 다시 최종 슬러리의 일부를 접합부로 재순환시킴으로써 슬러리의 균질성이 개선되게 하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
슬러리는 다양한 표면 처리 기술에 사용된다. 반도체 장치의 제조에 사용되는 중요한 표면 처리는 화학적 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 수도 있다. 슬러리내에 함유된 산화제는 표면상에서 작용하도록 처리되며 연마 입자는 표면층을 닦아낸다. 슬러리는 예를 들면 수산화칼륨 및 이산화 규소를 포함하는 슬러리 농축물과 같이 사이트에 적재된다. 그런 후, 희석제 및 산화제는 상기 사이트에서 또는 몇몇 경우에 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, 혼합된 후 슬러리를 사용하는 시간이 단지 한정된 정도만이 존재한다는 것이다. 또한, 반도체 산업에서 사용되는 것과 같은 슬러리는 전단력을 받으면 균질로 유지되지 않는다. 예를 들면, 날카로운 파이프 굴곡부에 의해 슬러리내에 야기된 전단에 의해 슬러리가 덩어리가 되며, 상기 덩어리는 반도체 제조 공정에서 슬러리의 유용성을 해친다.
상기 문제점으로 인해, 슬러리가 슬러리 농축물로부터 사이트상에서 혼합되도록 하는 분배 및 혼합 시스템이 제안되었다. 상기 시스템의 예는 미국 특허 제 5,407,526 호에 개시되어 있다. 이 특허에 있어서, 슬러리 농축물 및 산화체는 혼합 챔버내로 펌핑되며 이 챔버에서 최종 슬러리를 형성하도록 혼합된다. 그런 후, 슬러리는 반도체상에 즉시 용착되어 연마 공구에 의해 작업될 수 있다. 다른 슬러리 혼합 시스템은 미국 특허 제 5,478,435 호에 개시되어 있으며, 상기 특허에 있어서 슬러리는 화학적 기계적 평탄화 공구의 연마 패드상으로 직접 펌핑된다.
전술한 각각의 특허에 있어서, 슬러리 농축물로부터 슬러리를 혼합하는 것은 연마 공구가 작동중일 경우에만 이뤄질 수 있다. 상술된 바와 같이, 본 발명은 슬러리를 여러 공구로 분배하기 위해 슬러리가 연마 공구로부터 멀리 떨어진 위치에서 혼합되는 장치 및 방법을 제공하는 것으로, 상기 여러 공구 각각은 작동되지 않는다. 또한, 본 발명은 전술한 특허에서 가능한 것보다 슬러리의 농도 및 생성을 양호하게 제어할 수 있게 한다.
본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 제조하는 장치를 제공한다. 본 발명의 장치는 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제를 각기 펌핑하기 위한 제 1, 제 2 및 제 3 입구 펌프를 포함한다. 접합부가 제 1 및 제 2 및 제 3 펌프에 연결되어, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제가 서로 접촉하게 되어 혼합물을 생성한다. 적어도 하나의 혼합 장치가 접합부에 연결되어 혼합물의 균질성을 향상시키고 이에 의해 슬러리를 형성한다. 출구 펌프가 상기 적어도 하나의 혼합 장치에 연결되어, 슬러리를 적어도 하나의 혼합 장치로부터의 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 접합부에 연결된다. 재순환 레그는 분배 압력을 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제에 부여된 압력까지 감소시키기 위한 압력 감소 밸브를 구비한다.
다른 실시예에 있어서, 본 발명은 슬러리 농축물로부터 슬러리를 형성하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법에 따르면, 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제는 펌핑되며, 이러한 펌핑에 의해 이들 스트림에 가해진 압력을 가진 3개의 펌핑된 스트림을 형성한다. 3개의 펌핑된 스트림은 서로 그리고 재순환 스트림과 접촉하여 혼합물을 형성한다. 슬러리를 형성하는 혼합물내의 균질성이 향상된다. 슬러리는 출구 펌프에 의해 분배 압력으로 펌핑되며, 다음에 분배 스트림 및 재순환 스트림으로 분할된다. 다음에, 재순환 스트림의 분배 압력은 3개의 펌핑된 스트림과 재순환 스트림을 조합하기 전에 발생된 압력까지 감소된다.
상술한 바와 같이, 슬러리가 위치 및 수요에 따라 형성될 수 있을 지라도, 슬러리를 이용하는 연마 또는 다른 기구는 슬러리를 혼합하는 동안에 작동되지 않는다. 더우기, 혼합 장치의 균질성 증진으로 인해서 슬러리의 균질성을 고정밀도로 제어할 뿐만 아니라 최종 슬러리의 재순환을 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 : 접합부 30 : 호퍼 혼합기
32 : 출구 펌프 34 : 분배 레그
36 : 재순환 레그 70 : 분리 밸브
본 명세서는 출원인이 그의 발명으로 간주하는 주제를 직접적으로 지적하는 특허청구범위로 종결되지만, 본 발명은 첨부된 도면과 관련하여 보다 잘 이해될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 슬러리를 제조하는 장치(1)가 도시되어 있다. 장치(1)는 독립적인 유닛 또는 공지된 분배 장치와 조합하여 사용하여, 가압하에서 슬러리를 하나 이상의 사용 지점까지 공급할 수 있다.
제 1 펌프(10)는 슬러리 농축물의 스트림(12)을 펌핑하기 위해 제공된다. 제 2 펌프(13)는 탈이온수의 스트림(14)을 펌핑하기 위해 제공된다. 제 3 펌프(16)는 산화제의 스트림(18)을 펌핑하기 위해 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 가변 속도 펌프이여서, 펌핑할 조성물의 비율이 조절될 수 있다. 다른 형태의 조정도 가능한데, 예를 들면 상이한 용량의 펌프를 제공함으로써 일정한 조정을 실행하는 것도 가능한 것을 이해해야 한다. 모든 실시예에 있어서, 스트림(20, 22, 24)을 운반하는 파이프는 그 길이가 동일해서, 혼합비의 순간 변화를 야기시킴이 없이 전 시간에 걸쳐 소망하는 유동이 쉽게 조정될 수 있어야 한다.
3개의 펌핑된 스트림(20, 22, 24)은 접합부(26)내로 공급된다. 이해할 수 있는 바와 같이, 제 1, 제 2 및 제 3 펌프(10, 13, 16)는 상이한 속도로 작동하고 그리고 각 펌프에 의해 몇몇 유동 파동이 발생되기 때문에, 접합부(26)를 떠난 스트림내에 일련의 영역이 생성되며, 이 영역은 다른 부품에서 보다 하나의 부품에서 보다 많다. 설명한 바와 같이, 최종 슬러리를 형성하는 재순환 스트림도 또한 접합부(26)에 공급된다.
다음에, 슬러리는 공지된 정압 혼합기(28)를 통해 통과된다. 정압 혼합기(28)는 혼합된 슬러리를 외측으로 이동시키도록 채워지며, 그에 따라 유동 방향에 대한 반경방향에서 균질성이 개선된다. 반경방향으로 균일한 슬러리는 유동 방향에서 슬러리 스트림의 균질성을 향상시키는 호퍼 혼합기(30)내로 통과된다. 출구 펌프(32)는 혼합기(30)에 연결되어 분배 압력으로 슬러리를 펌핑한다. 본 발명의 실시예는 정압 혼합기(28)를 구비하지 않을 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 슬러리의 반경방향 유동 방향에서 취해진 슬러리 형성의 작은 변화는 허용된다.
다음에, 슬러리는 출구 펌프(32)에 연결된 유동 네트워크로 통과된다. 유동 네트워크는 분배 레그(34) 및 재순환 레그(36)를 구비한다. 바람직하게, 유동 네트워크는 분배 레그(34)에 들어가는 슬러리의 약 50%가 재순환 레그(36)내에서 재순환되도록 적당한 파이프 사이즈로 설계되어야 한다. 재순환 스트림이 분배 레그(34)쪽으로 다시 유동하는 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 부여된 압력까지 감소시키도록 압력 조절 밸브(39)가 제공된다. 도시된 바와 같이, 접합부(26)에 연결된 재순환 레그(36)는 리턴 레그(38)에 의해 결합될 수 있다. 역유동을 방지하기 위해 체크 밸브(40)가 재순환 레그(36)내에 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 4개의 직교방향에서 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 그리고 그 유동 방향에 대해 평행하게 그 자체와 혼합된다. 슬러리는 호퍼(42)의 바닥에 위치된 바닥 개구(52)로부터 배출된다. 다른 직렬형 혼합 장치도 가능하다.
슬러리는 분배 레그(34)를 벗어나 밸브(53)를 통해 통과되며, 상기 밸브(53)는 슬러리 기구를 유동 네트워크로부터 분리하는데 사용될 수 있다. 그 후에, 슬러리는 리턴 레그(54)를 통해 리턴된다. 리턴 압력은 압력 조절 밸브(55)를 이용하여 감소된다. 체크 밸브(56)는 역유동을 방지하도록 제공된다. 리턴 슬러리(또는 보다 적절한 용어로는 비사용된 슬러리는 리턴 레그(38)에 결합되며, 그에 따라 접합부(26)로 공급된다.
리턴 레그(38)는 밸브(58)에 의해 슬러리 도구로부터 분리될 수 있다. 양 밸브(53, 58)가 차단되면, 밸브(59, 68)는 개방되어 시스템이 세척을 위해 탈이온수에 잠겨지게 한다. 따라서, 장치(1)의 작동 동안에, 밸브(53, 58)는 개방 위치로 설정되며, 밸브(59, 68)는 폐쇄 위치로 설정된다. 분리 밸브(70)가 제공되어 세척 동안에 유동 네트워크로부터 배수구를 분리할 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 고정밀도로 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 위한 분배 레그 및 재순환 레그를 구비한 유동 네트워크와,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프와 상기 유동 네트워크의 상기 재순환 레그에 연결되어, 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수, 상기 산화제 및 상기 재순환 스트림이 서로 접촉하여 혼합물을 형성하게 하는 접합부와,
    상기 혼합물의 균질성을 향상시키고, 이에 의해 상기 슬러리를 형성하도록 상기 접합부에 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 연결되며,
    상기 재순환 레그는 상기 분배 압력을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수 및 상기 산화제에 부여된 압력까지 감소시키기 위한 압력 감소 밸브를 구비한
    슬러리 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 혼합 장치는 천공부를 구비한 수직 배향된 파이프를 갖는 호퍼를 포함하며, 상기 혼합물은 천공부로부터 상기 호퍼내로 빠져나가는
    슬러리 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 혼합 장치가 정압 혼합기를 더 포함하는
    슬러리 제조 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 유동 네트워크는 상기 비사용된 슬러리를 상기 적어도 하나의 혼합 장치로 다시 공급하기 위해 상기 접합부에 연결된 리턴 레그를 더 구비하며, 상기 리턴 레그는 상기 분배 압력을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 펌프에 의해 상기 슬러리 농축물, 상기 탈이온수 및 상기 산화제에 부여된 압력까지 다시 감소시키기 위한 다른 압력 조정 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 접촉시켜 혼합물을 형성하는 단계와,
    상기 혼합물내의 균질성을 증진시키면서 슬러리를 형성하는 단계와,
    상기 슬러리를 상기 분배 압력으로 펌핑하는 단계와,
    상기 슬러리를 분배 스트림 및 상기 재순환 스트림으로 분할하는 단계와,
    상기 재순환 스트림이 상기 3개의 펌핑된 스트림과 조합되기 전의 압력까지 상기 재순환 스트림의 분배 압력을 감소시키는 단계를 포함하는
    슬러리 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 혼합물을 정압 혼합기내로 도입하여 호퍼내에 보유된 수직 배향 파이프에 공급하여 균질성이 증진되며, 상기 파이프는 천공부를 구비하며, 상기 혼합물은 상기 천공부로부터 상기 호퍼내로 빠져나가는
    슬러리 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    비사용된 슬러리를 상기 혼합물내로 도입하는 단계를 더 포함하는
    슬러리 제조 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 펌프의 펌핑 속도는 상기 슬러리 농축물, 탈이온수 및 산화제의 비율을 제어하도록 조정되는
    슬러리 제조 방법.
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