KR20030068124A - 공정 재료의 배합 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20030068124A KR10-2003-7001427A KR20037001427A KR20030068124A KR 20030068124 A KR20030068124 A KR 20030068124A KR 20037001427 A KR20037001427 A KR 20037001427A KR 20030068124 A KR20030068124 A KR 20030068124A
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제프리 알렉산더 윌머
다니엘 케이스 맥켄지
존 마이클 룰
에릭 에이. 자데이
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키네틱스 켐퓨어시스템즈, 인크.
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Abstract

본 발명은 공정 재료들을 배합하고 공급하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이 방법 및 장치는 초-고 순도 화학물질의 배합, 반도체 웨이퍼의 연마를 위한 마모 슬러리와 기타 화학물질의 배합, 및 화학물질의 고-정확성 배합에 특히 적용될 수 있다. 장치는 공정 재료들을 혼합 부속장치에 공급하는 분배 부속장치를 포함할 수 있고, 혼합 부속장치에서 공정 재료들이 정적 혼합기로 배합된다. 방법은 공정 재료들을 분배 부속장치에 공급하고, 공정 재료들을 정적 혼합기에서 배합하는 것을 포함할 수도 있다.

Description

공정 재료의 배합 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR BLENDING PROCESS MATERIALS}
배합된 공정 재료들은 예를들어 제약, 화장품 및 반도체 산업에서 요구된다. 반도체 산업에서, 배합된 공정 재료들은 전형적으로 분배 부속장치 및 혼합 부속장치를 포함한 회분식 제조 시스템을 사용하여 제조된다. 분배 부속장치는 재료들을공급원에서부터 혼합 부속장치로 이송시킨다. 공급원은 전형적으로 화학물질 또는 슬러리와 같은 공정 재료를 안전하게 저장하기 위한 용기이다. 다른 공급원은 설비 발생 플랜트, 예컨대 탈이온(DI)수 발생 설비 또는 과산화수소나 수산화암모늄과 같은 기타 다량 소모되는 공정 재료를 공급하기 위한 설비를 포함한다. 설비 발생 플랜트는 분배 부속장치에 직접 연결될 수 있다. 하나의 분배 부속장치가 여러 공급원에 연결될 수 있고, 공정 재료를 각각의 공급원으로부터 혼합 부속장치로 이송시킨다.
혼합 부속장치에서, 분배 부속장치에 의해 이송된 공정 재료들을 혼합 용기 또는 탱크에 첨가한다. 전형적으로, 특정 공정을 위해 요구되는 것과 같이, 재료를 미리결정된 순서로 첨가한다. 예를들어, 원하는 배합물을 생성하기 위하여, 공정은 각각의 공정 재료들을 소정의 비율로 필요로 할 수도 있다. 공정의 순서는 반응성 또는 안전성을 기초로 할 수 있으며, 예를들어 전형적으로 산성 또는 염기성 용액을 물 다음에 첨가한다. 대안적으로, 과다하게 농축된 웨이퍼 연마 슬러리를 탈이온수로 희석하는 것과 같이, 공정의 순서는 공정 가변도를 감소 또는 보정하기 위한 필요성을 기초로 할 수도 있다. 일부 경우에, 두번째 공정 재료를 첨가하기 위해 첫번째 공정 재료의 첨가를 중단한 다음, 첫번째 공정 재료의 첨가를 재개하는 것이 필요할 수도 있다.
전형적으로, 질량 또는 부피 차이를 측정함으로써, 공정 재료의 혼합 용기로의 첨가를 관찰 및 조절한다. 전형적인 질량 차이 조절 첨가는 보유 용기 또는 탱크에서 저울을 사용하는 것과 연관될 수 있다. 이러한 유형의 시스템에서, 보유 용기의 질량을 측정하는 자동화 조절 시스템으로는 동시에 첨가된 2개의 공정 재료들의 상대량을 확인할 수 없기 때문에, 각각의 공정 재료를 개별적으로 첨가한다. 전형적인 부피 차이 조절 첨가는 유량계를 사용하는 것과 연관될 수 있다.
혼합 용기에서, 전형적으로 임펠러를 사용하여 공정 재료들을 균질 용액으로 배합하여, 배합된 공정 재료들의 뱃치를 형성한다. 이어서, 배합된 공정 재료들의 뱃치를 목적하는 용도를 위해 사용한다.
많은 종래의 공정들에서는, 목적하는 용도를 위해 허용가능한 배합된 공정 재료들의 뱃치를 제조하기 위해, 공정 재료들을 정확히 첨가하는 것이 필요하다. 따라서, 뱃치-대-뱃치 일관성을 보장하기 위해서는 혼합 용기로의 입력을 관찰하는측정 기구가 전형적으로 매우 정확해야 한다. 많은 용도에서, 아주 작은 공정 변화로도 배합된 공정 재료들의 뱃치에서 상당한 차이를 가져올 수 있으며, 이로써 공정이 목적하는 용도를 위해 사용될 수 없게 된다.
발명의 요약
하나의 구현양태에서, 본 발명은 첫번째 재료 공급 라인, 두번째 재료 공급 라인, 및 첫번째와 두번째 재료 공급 라인들의 하류에서 유동적으로 연결된 정적 혼합기를 포함하는 배합 시스템에 관한 것이다. 배합 시스템은, 첫번째와 두번째 재료 공급 라인중 적어도 하나 위에 위치한 첫번째 유량 제어 장치, 정적 혼합기의 하류에 위치한 첫번째 센서, 및 첫번째 센서에 의해 제공되는 센서 신호를 기초로 하여 첫번째 유량 제어 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 논리 코드를 포함한 제어기를 포함하는 공정 제어 시스템을 더 포함한다.
다른 구현양태에서, 본 발명은 다수의 재료 공급 라인 및 다수의 재료 공급 라인의 하류에 위치하고 다수의 재료 공급 라인에 유동적으로 연결된 정적 혼합기를 포함하는 배합 시스템에 관한 것이다. 배합 시스템은 제어기, 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위해 제어기와 연락하는 입력 장치, 및 다수의 재료 공급 라인 중의 하나와 제어기에 연결된 첫번째 밸브를 포함하는 공정 제어 시스템을 포함한다. 배합 시스템은, 입구 및 출구를 가진 보유 용기, 입구 및 출구에 유동적으로 연결된 순환 라인, 및 순환 라인으로부터의 재료를 재료 공급 라인으로 선택적으로 순환시킬 수 있도록 순환 라인 및 다수의 재료 공급 라인중의 하나에 유동적으로 연결된 두번째 밸브를 포함하는 분배 부속장치를 더포함한다.
다른 구현양태에서, 본 발명은 배합된 공정 재료들을 공급하는 방법에 관한 것이다. 방법은 첫번째 재료 공급 라인을 통해 첫번째 공정 재료를 공급하고, 두번째 재료 공급 라인을 통해 두번째 공정 재료를 공급하고, 첫번째와 두번째 재료 공급 라인의 하류에 유동적으로 연결된 정적 혼합기에서 첫번째와 두번째 공정 재료들을 배합하는 것을 포함한다. 방법은 또한, 정적 혼합기의 하류에 위치한 센서에 의해 제공되는 센서 신호를 기초로 하여, 첫번째와 두번째 공정 재료중의 하나의 공급을 첫번째와 두번째 재료 공급 라인중 하나에 위치한 첫번째 밸브로 조절하는 것을 포함한다.
다른 구현양태에서, 본 발명은 배합된 공정 재료들을 공급하는 방법에 관한 것이다. 방법은 다수의 재료 공급 라인을 통해 다수의 공정 재료를 공급하고, 다수의 재료 공급 라인의 하류에 위치한 정적 혼합기에서 다수의 공정 재료들을 배합하는 것을 포함한다. 방법은 또한 제어기, 입력 장치, 및 다수의 재료 공급 라인중의 하나와 제어기에 연결된 첫번째 밸브를 포함하는 공정 제어 시스템을 사용하여 다수의 공정 재료들의 공급을 조절하는 것을 포함한다. 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위하여, 입력 장치를 제어기에 연결한다. 방법은 또한 입구 및 출구를 가진 보유 용기에서 다수의 공정 재료들의 하나 이상을 보유시키고, 보유 용기 입구 및 출구에 연결된 순환 라인에서 다수의 공정 재료들의 하나 이상을 순환시키고, 다수의 공정 재료들 중 하나 이상의 일부를 순환 라인과 하나 이상의 다수의 재료 공급 라인에 연결된 두번째 밸브를 가진 다수의 재료 공급 라인중 하나로 순환시키는 것을 더 포함한다.
본 발명은 공정 재료들을 배합하기 위한 방법 및 장치, 특히 초-고 순도 화학물질, 마모 슬러리 등을 배합하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 비-제한적 구현양태를 첨부된 도면을 참조하여 일례로 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 장치의 하나의 구현양태를 나타내는 구역 도표이다.
도 2는 본 발명의 장치의 다른 구현양태를 나타내는 구역 도표이다.
도 3은 본 발명의 장치의 다른 구현양태를 나타내는 구역 도표이다.
도 4는 본 발명의 장치의 다른 구현양태를 나타내는 구역 도표이다.
도 5는 본 발명의 정적 혼합기의 하나의 구현양태를 나타내는 단면도이다.
도 6은, 챔버를 통한 유동 경로를 도시한 것과 함께, 도 5에 도시한 본 발명의 정적 혼합기의 구현양태를 나타낸 단면도이다.
도 7은, 챔버를 통한 유동 경로를 도시한 것과 함께, 도 5에 도시한 본 발명의 정적 혼합기의 구현양태를 나타낸 투시 단면도이다.
도 8은 챔버를 통한 유동 경로를 도시한 것과 함께, 본 발명의 2차 정적 혼합기의 하나의 구현양태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명의 장치의 다른 구현양태의 구역 도표이다.
도 10은 본 발명의 장치의 다른 구현양태의 구역 도표이다.
도 11은 % 고형물 대 시도 횟수의 그래프이다.
도 12는 밀도 대 시도 횟수의 그래프이다.
본 발명은 공정 재료들을 배합하기 위한 시스템에 관한 것이다. 요구가 있을 때 사용 지점에서 공정 재료들을 배합 및 공급하기 위해, 또는 이후의 사용을 위해 공정 재료들의 배합물을 제공하기 위해 배합 시스템이 적절하다. 공정 재료란, 도관을 통해 전달될 수 있는 유체 재료를 의미한다. 예를들어, 공정 재료는 물, 각종 화학물질, 용액, 고체의 현탁액, 슬러리 또는 기타 재료를 포함할 수 있다. 본 발명의 배합 시스템은 배합된 공정 재료들을 필요로하는 임의의 공정에서 사용하기 위한 것이지만, 초 고순도 화학물질 및 마모 슬러리의 배합 및 정확성와 정밀성이 요구되는 기타 배합 용도에 특히 적용될 수 있다. 예를들어, 본 발명은 반도체, 화장품 및 제약 산업에서 특히 유용하다.
본 발명의 배합 시스템의 구현양태는 다수의 재료 공급 라인, 다수의 재료 공급 라인의 하류에 위치한 정적 혼합기 및 공정 제어 시스템을 포함한다. 여기에서 사용된 용어 "정적 혼합기"란 공정 재료의 혼합을 조장하기 위해 만들어진 장치를 말한다. 다수의 재료 공급 라인은 공정 재료들을 운반하기 위한 임의의 도관일 수 있다. 예를들어, 재료 공급 라인은 유체 유동을 지시하기 위한 파이프, 수로 또는 기타 장치일 수 있다. 다수의 재료 공급 라인은 여러 원천으로부터 다수의 상이한 공정 재료들을 공급할 수 있다. 예를들어, 재료 공급 라인은 보관 용기로부터 또는 설비 발생 플랜트로부터 공정 재료들을 공급할 수 있다. 일부 경우에, 재료 공급 라인은 분배 부속장치로부터 공정 재료들을 공급할 수 있다.
분배 부속장치를 포함한 일부 구현양태에서, 분배 부속장치는 보유 용기, 순환 라인 및 밸브로 구성될 수 있다. 순환 라인을 통한 공정 재료의 연속 순환을제공하기 위하여, 보유 용기의 입구 및 출구에 순환 라인을 유동적으로 연결할 수 있다. 이러한 유동은 펌프와 같은 유체 유동을 유도하기 위한 장치에 의해 제공될 수도 있다. 분배 부속장치에 있는 밸브는 순환 라인 및 재료 공급 라인에 연결될 수 있고, 따라서 공정 재료가 순환 라인으로부터 재료 공급 라인으로 순환될 수 있다.
본 발명의 배합 시스템의 정적 혼합기는 다수의 재료 공급 라인과 유체 전달 상태에 있을 수 있다. 예를들어, 정적 혼합기는 다수의 입구들을 포함할 수 있으며, 각각은 다수의 재료 공급 라인중 하나에 연결된다. 정적 혼합기는 또한 혼합 영역 및 출구를 포함할 수도 있다. 정적 혼합기의 입구에서 재료 공급 라인으로부터 공정 재료를 받아서 혼합 영역으로 보낼 수 있다. 혼합 영역은 그것을 통해 흐르는 공정 재료들의 교반 및 혼합을 일으킬 수 있는 형태를 가질 수 있다. 혼합 후에, 사용 지점 또는 저장 용기에 연결될 수 있는 출구를 통해 공정 재료들이 통과될 수 있다. 사용 지점은 배합된 공정 재료들의 공급이 요구되는 임의의 위치일 수 있다. 예를들어, 사용 지점은 가공 기계 또는 작업 장소를 포함할 수 있다.
일부 구현양태에서, 본 발명의 배합 시스템의 공정 제어 시스템은 제어기, 입력 장치 및 밸브를 포함할 수도 있다. 다른 구현양태에서, 공정 제어 시스템은 제어기, 센서 및 밸브를 포함할 수도 있다. 밸브는 유동을 제어하기 위해 단지 일례로서 언급된 것임을 이해해야 한다. 유량 제어 장치란, 원하는 수준의 유량 제어를 제공할 수 있는 장치, 예컨대 각종 유형의 밸브, 펌프 및 기타 압력 변형 장치를 의미하는 것이다.
제어기는 일련의 프로토콜, 예컨대 논리 코드를 기초로 하여 정보를 수용하고 정보에 작용할 수 있는 장치일 수 있다. 예를들면, 제어기는 컴퓨터와 같은 마이크로프로세서 기초 장치일 수 있다. 공정 제어 시스템이 하나를 포함할 경우, 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위해 입력 장치를 제어기에 연결시킬 수도 있다. 입력 장치는 정보를 수용하고 그것을 제어기에 중계할 수 있는 장치일 수 있다. 예를들어, 입력 장치는 전위차계, 키 패드 또는 슈퍼비젼 제어 및 데이타 획득(SCADA) 노드일 수도 있다.
공정 제어 시스템의 밸브 또는 밸브들은 하나 이상의 재료 공급 라인 및 제어기에 연결될 수도 있다. 예를들면, 재료 공급 라인을 통한 유동 또는 라인 안으로의 유동을 제어하기 위해 재료 공급 라인을 따라 밸브가 위치할 수도 있으며, 제어기에 의해 제어될 수도 있다. 따라서, 제어기는, 입력 장치에 공급되는 공정 재료들의 바람직한 배합물에 따라서, 밸브를 가진 재료 공급 라인을 통한 유동 또는 라인 안으로의 유동을 제어할 수 있다. 대안적으로, 또는 추가로, 제어기는 센서에 의해 제공되는 신호를 기초로 하여 재료 공급 라인을 통한 유동 또는 라인 안으로의 유동을 제어할 수 있다.
본 발명의 배합 시스템을 전체적으로 볼 때, 사용자가 지정한 입력을 기초로 하여 배합 시스템의 구현양태들이 공정 재료들의 바람직한 배합물을 공급할 수 있음을 명백히 알 수 있다. 이러한 공정 재료들의 배합물은 중단 없이 연속적인 기준으로 공급될 수 있다. 추가로, 배합된 공정 재료들을 필요에 따른 기준으로 공급할 수도 있고, 이는 배합된 공정 재료들을 저장할 필요성을 없앤다. 제어기는배합 공정을 돕기 위한 추가의 입력을 수용할 수 있는 것으로 인식된다. 예를들어, 공정 재료 또는 공정 조건에 관해 적절한 센서로부터의 정보를 제어기에 공급할 수도 있다. 이러한 센서는 배합 시스템의 어느 장소라도, 예컨대 분배 부속장치, 재료 공급 라인 위 또는 심지어 정적 혼합기의 하류에 위치할 수 있다. 또한, 제어기는 배합 공정의 다른 측면들을 제어할 수 있는 것으로 인식된다. 예를들어, 공정 재료의 성질을 변형시키기 위해 제어기를 장치 또는 시스템에 연결시킬 수도 있고, 공정 재료의 상태에 관해 센서로부터 받은 입력 또는 작업자 또는 기타 외부 공급원으로부터 받은 입력을 기초로 하여 장치 또는 시스템을 선택적으로 작동시킬 수 있다.
본 발명은 다양한 종류의 용도에서 사용하기 위해 적합할 수 있다. 본 발명의 구현양태는 용도에 따라 변할 수 있다. 예를들어, 공정 재료의 관찰을 원한다면, 센서를 사용할 수도 있고 이러한 센서는 공정 재료에 따라 변할 수 있다. 유사하게, 예컨대 장치 및 펌프의 파이프, 튜브 및 습윤된 표면과 같은 배합 시스템의 구조가 특정한 공정 재료에 적합할 수 있다. 예를들어, 이러한 공정 재료들이 반도체 산업에서 종종 사용되는 연마 슬러리 및 화학물질과 같이 마모성이거나 부식성일 경우, 이러한 구조들은 플루오로중합체와 같은 가소성 재료로 형성될 수 있다.
이제 도면을 참조하면, 특히 도 1에 관하여 본 발명의 하나의 예증적 구현양태를 나타낸다. 도 1에서, 분배 부속장치(2)가 혼합 부속장치(1)에 결합된다. 분배 부속장치(2)는 보유 용기(3)로부터의 공정 재료를 혼합 부속장치(1)에 연속적으로 분배하기 위한 장치, 예컨대 펌프(4) 및 순환 라인(14)을 포함한다. 보유 용기(3)로부터, 펌프(4)에 의해 공정 재료를 순환 라인(14)를 통해 혼합 부속장치(1)로 펌프질할 수 있다. 혼합 부속장치(1)의 구역 도표인 도 4에 도시한 것과 같이, 순환 라인(14)이 혼합 부속장치(1)를 통해 통과한다. 혼합 부속장치(1)에서, 순환 라인(14)에 위치한 밸브(20)가 순환 라인(14)을 재료 공급 라인(18)에 연결시킬 수 있다. 밸브(20)는 공정 재료를 순환 라인(14)으로부터 재료 공급 라인(18)으로 순환시키기 위해 작동될 수 있고, 다시 공정 재료를 정적 혼합기(22)로 전달할 수 있다. 밸브(20)에 의해 순환되지 않은 공정 재료는 순환 라인(14)에 남아있을 수도 있고, 보유 용기(3)로 되돌아 갈 수도 있다.
보유 용기(3)는 배합 공정에 공급하기에 충분한 공정 재료를 보유할 수 있는 저장 용기일 수 있다. 편의상, 보유 용기(3)는 공정 재료가 전달되고(전달되거나) 저장되어 있는 용기인 것이 바람직하다. 예를들어, 보유 용기(3)는 55 갤런 드럼 또는 기타 일반적인 저장 용기와 같은 탱크일 수도 있다. 일부 구현양태에서, 보유 용기(3)는 교반기, 예컨대 스파저 헤드 또는 임펠러를 포함할 수도 있다. 공정 재료들이 침강되거나 분리될 수 있는 경우, 교반기가 특히 적절하다.
펌프(4)는 순환 라인(14)에서 공정 재료의 적절한 흐름을 제공하는 임의의 구조의 장치일 수 있다. 예를들어, 펌프(4)는 공압적으로 또는 전기적으로 작동될 수 있고, 주름통이나 격막 구조를 사용하는 포지티브 변위 펌프일 수도 있다. 펌프(4)는 펌프질되는 공정 재료와 상용가능한 재료로 구성될 수 있다. 적절한 펌프의 예는 미국 캘리포니아주 가든 그로브의 세인트 고바인 퍼포먼스플라스틱스(Saint Gobain Performance Plastics of Garden Grove, CA)로부터 입수가능한 ASTI 펌프 및 미국 뉴저지주 우드클리프 레이크의 인저슬-랜드(Ingersoll-Rand)로부터 입수가능한 ARO 펌프를 포함한다.
공정 재료가 순환 라인(14)으로부터 재료 공급 라인(18)으로 순환된다면, 펌프(4)의 연속 작동에도 불구하고 순환 라인(14)에서 압력이 소실될 수 있다. 따라서, 두번째 압력 조절 방식이 사용될 수도 있다. 예를들어, 재료 공급 라인(18)으로의 공정 재료의 전달에도 불구하고, 역압력 밸브(100)를 순환 라인(14)에 설치하고 순환 라인(14)에서의 원하는 압력을 유지하기 위해 조절할 수 있다.
유용한 공정 재료를 혼합 부속장치(1)에 공급하기 위하여, 분배 부속장치(2)는 혼합 부속장치(1)에서의 공정 재료들의 성질을 관찰 및(또는) 변경시키기 위한 시스템 또는 장치를 포함할 수도 있다. 예를들어, 공정 재료들이 배합을 위해 허용가능하다는 것을 입증하는 성질을 관찰 및(또는) 변경시킬 수 있다. 관찰 또는 변경 시스템은 각종 장치들을 포함할 수 있다. 이제 도 2를 참조하면, 분배 부속장치(2)는 순환 라인(14)에 있는 공정 재료를 관찰하기 위하여 기구(5),(6),(7),(8),(9)와 같은 기구를 포함할 수도 있다.
기구들은 혼합 부속장치(1)에 공급되는 공정 재료 및 배합된 공정 재료에 대한 목적하는 용도의 허용성을 기초로 하여 다양할 수 있다. 예를들면, 밀도, pH, 입상물질, 산화 및 환원 가능성, 전도성, 굴절율 또는 기타 공정 조건을 관찰하기 위한 기구가 주어진 용도를 위해 적절할 수도 있다. 바람직한 피드백을 제공하는 장치가 사용될 수도 있다. 예를들면, 밀도계(5)로 밀도를 관찰할 수도 있고 pH 탐침(6)으로 pH를 관찰할 수도 있다.
일례로서, 반도체 공정에서의 슬러리를 설명할 것이다. 반도체 공정에서, 슬러리는 반도체 웨이어의 제조시 연마 매질로서 사용된다. 슬러리는 또한 광학 렌즈와 기타 디스크 관련 물품을 연마하기 위해 사용된다. 슬러리의 연마 효과는 액체에 분산된 미세하고 불활성의 마모성 입자에서 얻어진다. 반도체 산업에서 사용되는 슬러리내의 전형적인 마모제는 실리카, 알루미나 및 세리아이다. 슬러리를 위한 마모제를 제조하고 입자 크기 범위로 분별한다. 전형적인 슬러리는 0.05 마이크론 내지 0.30 마이크론 직경의 입자를 포함하고, cm3당 1012개 이상의 입자를 함유한다.
반도체 공정에서의 슬러리를 관찰하기 위하여, 질량 밀도 (이후, 모든 밀도는 다른 특별한 지시가 없는 한 질량 밀도를 일컫는 것이다)를 연속적으로 측정하기 위한 기구, 예컨대 밀도계(5)가 바람직할 수도 있다. 밀도 측정은 농도를 관측하는 하나의 방법이다. 예를들어, 슬러리에서, 밀도는 단위 부피당 불활성, 비-휘발성 고형물의 양에 관련된다. 따라서, 예를들어 유량계를 사용하여 단위 시간당 부피 유동 속도 및 밀도를 측정함으로써, 공정 재료의 배합물에 전달되는 불활성 고형물의 양을 관찰할 수 있다. 밀도 측정 기구는 슬러리에서 동일한 전단 응력을 가하지 않을 수 있기 때문에, 유사한 피드백을 제공하는 다른 기구에 비해 더 작은 응집을 생성할 수 있으므로, 반도체 공정에서 슬러리를 위해서는 밀도 관찰이 바람직할 수 있다. 허용될 수 없는 응집을 생성하지 않는 충분히 정확한 질량 유량계또는 퍼센트 고형물 센서를 이 목적을 위해 사용할 수 있다.
슬러리 공정에서, pH를 측정하기 위한 기구, 예컨대 pH 센서가 사용될 수도 있다. 슬러리의 pH가 허용될 수 있는 것보다 더 높다면, 슬러리가 너무 공격적일 수도 있고 웨이퍼로부터 원하지 않는 재료를 제거할 수도 있다. 역으로, pH가 너무 낮다면, 원하는 재료가 제거되지 않을 것이다.
다른 예로서, 반도체 공정에서 사용되는 화학물질을 설명할 것이다. 반도체 공정에서, 각종 화학물질이 세척 용액, 후 세정 용액 및 전개제 용액에서 뿐만 아니라 웨이퍼 연마를 위한 반응물 및 산화제로서 사용된다. 이러한 화학물질은 전형적으로 원료의 농축된 형태로 수송된다. 연마를 위해 사용되는 전형적인 화학물질은 과산화수소, 수산화칼륨 및 수산화암모늄을 포함한다. 과산화수소는 웨이퍼 위에서 금속층을 위한 산화제로서 사용된다. 공정 재료들의 배합물에서 과산화수소의 양을 조절하는 것은, 웨이퍼 표면으로부터 원료가 제거되는 속도를 제어한다. 전형적으로, 과산화수소를 30중량% 용액 내지 적은%, 예컨대 2-4 중량% 용액으로 배합한다. 이산화규소 층의 바람직한 연마를 제공하기 위하여, 공정 재료들의 배합물의 pH를 제어하기 위한 층간 유전 연마 단계에서 수산화칼륨이 사용된다. 과산화수소와 수산화암모늄 혼합물은 전형적으로 세정 및 세척 용액으로 사용된다. 이러한 혼합물이 사용되지 않은 채로 남아있다면, 과산화수소 및 수산화암모늄이 물과 암모니아로 분해된다. 따라서, 본 발명에 따르면 이러한 혼합물을 사용시에 제조하는 것이 바람직하다.
반도체 산업에서 사용하기 위한 벌크 화학물질의 분포에 대하여, 허용가능한재료가 확실히 전달되도록 하기 위하여 기구(5),(7),(8),(9)가 순환 라인(14)에서의 유동을 관찰하는 것이 바람직하다. 화학 공정 재료의 허용가능성을 관찰하기 위해 바람직한 기구의 하나는, 밀도계(5)와 같이 연속적인 원리로 공정 재료의 밀도를 측정하는 기구이다. 슬러리의 밀도를 관찰하는 것과 같이, 화학 공정 재료의 밀도를 관찰하면, 공정 재료를 혼합 부속장치(1)에 분배하기에 앞서서 공정 재료의 농도를 측정하는 것이 가능할 수 있다. 대안적으로, 밀도가 온도와 서로 연관된다면, 온도계 또는 기타 온도 탐침으로 밀도계를 대체할 수도 있다.
화학 공정 재료의 측정 및 관찰을 위해 유용할 수도 있고, 반도체 산업에서 이러한 공정을 위해 바람직한 기타 기구들은, 농도 및 반응성을 결정하기 위한 기구, 예컨대 전도도 센서(9) 및 산화 환원 전위(DRP) 센서(8)이다. 이둘을 상호 연관시킴으로써 화학물질 농도를 측정하기 위해 전도도가 사용될 수도 있다. 많은 일반적인 공정 재료에 대하여, 전도도를 농도에 결부시킨 표들이 존재한다. 따라서, 공정 재료의 전도도를 관찰함으로써, 그의 농도를 관찰하는 것이 가능할 수도 있다. 공정 재료의 ORP를 관찰하면, 화학 반응성에서의 갑작스런 변화를 탐지할 수도 있다. ORP센서(8)는 pH 탐침(6)과 유사하게 작동하지만, ORP 센서(8)는 전형적인 pH 탐침을 손상시킬 수도 있는 히드로플루오르산과 같은 액체의 성질을 측정할 수도 있다. 재료의 굴절율이 농도에 상호연관될 수 있기 때문에, 굴절율 센서는 농도를 결정함에 있어서 유용할 수도 있다.
반도체 산업과 같은 고 순도 용도에서 특히 중요한 기타 공정 재료 성질은 입상물질의 수준이다. 예를들어, 웨이퍼의 제조는 초-고 순도 공정 재료를 필요로한다. 보유 용기(3)로부터, 또는 공정 재료의 제조로부터 발생된 입상물질은 공정 재료 및 생성물을 오염시킬 수도 있다. 반도체 공정이 경제적으로 실행가능하도록 하기 위해서는, 입자 크기 및 특정 크기의 입자 수에 관해 엄격한 지침이 요구될 수도 있다. 따라서, 입상물질에 민감한 공정에 있어서, 라인 위 또는 라인 내 입자 게수기(7)와 같이 공정 재료 내의 입상물질 수준을 측정하기 위한 기구가 사용될 수 있다. 분배 부속장치(2)로부터의 공정 재료가 허용가능하게 낮은 입자 수준을 갖고 있음을 입증할 수 있다면, 분배 부속장치(2)내에서, 그리고 분배 부속장치(2)와 혼합 부속장치(1) 사이에서 입자 계수기(7)가 이용될 수 있다. 또한, 정적 혼합기로부터의 공정 재료들의 배합물이 허용가능하게 낮은 입자 수준을 갖고 있음을 입증하기 위해 입자 계수기(7)가 사용될 수 있다.
라인 내 입자 계수기(7)는 전형적으로 순환 라인(14)과 같은 공정 라인에 직접 설치된 유동 셀을 포함한다. 라인 내 입자 계수기(7)는 유동 셀을 통해 통과하는 입자들을 관찰한다. 라인 내 입자 계수기(7)는 전형적으로 부피당 입자를 측정하며, 부피 유동 속도가 변한다면 기록된 입자 수가 변할 수 있다. 따라서, 재료가 입자 계수기(7)를 통해 이동하는 속도는 정확한 입자 수를 전달하도록 조절될 수 있다. 예를들면, 정확한 라인내 입자 계수를 위하여, 측정 셀을 공정 라인의 접합부에 연결시킬 수도 있다. 접합부는 측정 셀을 통한 유체의 흐름을 순환시킬 수 있고, 계수기(7)를 통한 유동 속도가 바람직한 수준으로 조절되도록 한다. 전형적으로, 계수기(7)를 통한 유동 속도는 1 분당 약 100ml (ml/분)으로 조절된다.
일반적으로, 라인내 입자 계수기(7)는 공정 라인에 직접 장착되기 때문에,그 공정 라인에 있는 입자 수준만을 관찰할 수 있다. 대안적으로, 라인 내 입자 계수기(7)가 스위칭 메카니즘에 의해 다수의 공정 라인에 연결될 수도 있고, 이러한 라인 중 어느 것으로부터의 공정 재료를 관찰을 위해 입자 계수기(7)로 다시 향하게 할 수도 있다. 그러나, 다수의 공정 라인으로부터의 유동 속도가 동일하지 않다면, 각각의 공정 라인에 있어서 입자 계수기(7)로부터의 판독치가 동일한 부피 규모에 있지 않게 된다.
라인 위 입자 계수기(7)에서, 입자 계수기(7)는 공정 라인 위에 있을 필요가 없다. 그 대신, 각종 공정 라인으로부터의 샘플은 다수의 흐름을 취급하기 위한 시스템, 예컨대 다기관을 통해 계수기(7)까지 보내질 수 있다. 샘플을 작은 폐쇄 루프와 같은 샘플 수집기 내로 넣을 수 있고, 이는 각각의 샘플의 부피가 동일해 지도록 보장한다. 각각의 샘플의 부피가 동일하기 때문에, 각각의 공정 라인에 대한 입자 판독값이 동일한 부피 규모에 있을 수 있고 비교될 수 있다. 따라서, 라인 위 입자 계수기(7)는 더 많은 공정 라인 또는 공정 라인 내의 지점들을 쉽게 관찰 및 비교할 수 있도록 한다.
분배 부속장치(2) 및(또는) 혼합 부속장치(1)를 제어하기 위한 공정 제어 시스템은 공정 및 공정 재료 성질을 기초로 하여 작동될 수 있다. 예를들어, 기구로부터 모아진 정보는 밸브(20)에 연결된 공정 제어 시스템과 결합된 제어기에 공급될 수 있고(있거나), 문제점을 확인하고 보정할 수 있는 작업자에게 제시될 수 있다. 작업자에게 제시하는 것은 바람직하게 작업자의 관심을 얻을 수 있는 형태, 예컨대 출력 모니터 또는 알람으로 수행될 수 있다. 제어기가 밸브(20)에 연결된다면, 순환 라인(14)으로부터 재료 공급 라인(18)으로 순환되는 공정 재료의 양은, 주어진 공정 재료 배합물에 대한 공정을 기초로 하여 제어기에 의해 선택될 수 있다. 따라서, 제어기는 밸브(20)를 통한 유동 속도를 변화시킴으로써 공정 재료 배합물을 변형시킬 수 있거나, 또는 순환 라인(14)으로부터 순환되는 공정 재료에서의 편차를 보정할 수 있다. 예를들면, 공정 재료의 배합물을 산성화하기 위해 사용되는 공정 재료의 pH가 올라간다는 것(편차)을 pH 센서(6)가 검출한다면, 제어기는 이러한 사실을 경고하는 신호를 받을 수도 있고, 순환 라인(14)으로부터의 추가의 공정 재료를 재료 공급 라인(18)으로 순환시켜 배합된 공정 재료의 pH가 일정하게 유지되도록 할 수도 있다. 대안적으로, 유동 속도에서의 변화가 검출된 편차를 보정하지 않는다면, 적절한 보정이 행해질 때까지 공정을 정지시키고 재료를 분포 부속장치(2)내에 보유시킬 수도 있다.
순환 라인(14)으로부터 재료 공급 라인(18)으로의 공정 재료의 유동 속도를 조절하는 것이 편차를 보정하기에 불충분하다면, 순환 라인(14)이 편차를 보정하기 위한 하나 이상의 시스템 또는 설비를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 시스템 또는 설비는 처리 장치를 포함할 수도 있다. 예를들면, 허용될 수 없는 입상물질 수준이 순환 라인(14)에서 검출된다면, 순환 라인(14)을 따라 하나 이상의 입자 분리장치(10),(11)가 위치하는 것이 바람직하다. 입자 분리장치(10),(11)는 예를들어 거친 필터 또는 연마 필터일 수도 있다.
도 2에 도시된 구현양태에서, 라인 위 또는 라인 내 입자 계수기(10)로부터의 연속 피드백은 순환 라인(14)에서의 입자 수준을 관찰하기 위한 정보를 제어기에 공급할 수 있다. 출발시에, 또는 입자 수준이 미리 설정된 임계치를 초과하는것으로 검출될 때라면 언제라도, 순환 라인(14)을 우회하여 우회 라인(13)을 통해 공정 재료를 다시 보내도록 하기 위해 제어기 또는 작업자가 밸브(12)를 구동시킬 수 있다. 공정 재료가 우회 라인(13)에서 순환될 때, 거친 필터(10)와 같은 필터는 공정 재료에서의 입자 수준을 낮출 수 있다. 입자 수준이 미리 설정된 임계치 범위로 떨어질 때, 제어기가 밸브(12)를 구동시킬 수 있거나, 또는 밸브를 구동시킬 수 있는 작업자로 하여금 우회를 끝내고 공정 재료들이 재료 공급 라인(18)으로 순환될 수 있는 곳인 순환 라인(14)을 통해 통과될 수 있게 하도록 경고할 수 있다. 매우 낮은 입상물질 수준을 필요로 하는 용도에서, 연마 필터(11)가 순환 라인(14)을 따라 위치하는 것이 바람직하다. 순환 라인(14) 위에서 거친 필터(10) 및 연마 필터(11)와 함께 우회 라인(13)을 사용하는 것은, 상기 기재된 반도체 산업에서 사용되는 벌크 화학물질의 분포를 위해 바람직하다. 도 1에 도시한 바와 같이, 순환 라인(14)으로부터의 일정한 입자 제거를 제공하기 위하여, 필터(10,11)가 우회 라인(13) 없이 사용될 수도 있다. 더욱이, 입상물질 수준 이외의 성질을 변경시키기 위해 고안된 시스템에서 우회 라인이 사용될 수도 있다.
이제, 도 3을 언급하자면, 예컨대 반도체 가공 설비에서의 다수의 슬러리 및 화학물질과 같이 다수의 공정 재료를 사용하는 대규모 제조 설비에서, 많은 분배 부속장치(2)가 라인 회로망(16)에 연결될 수 있다. 라인 회로망(16)에서, 각각의 공정 재료가 순환 라인(14)에 함유될 수 있다. 일부 구현양태에서, 공정 재료가 위험할 경우 누출을 막고 안전을 조성하기 위하여 각각의 순환 라인(14)이 이차 라인 구조에 함유될 수도 있다.
반도체 산업과 같이 고 순도를 요하는 산업에서, 분배 부속장치(2)는 반-청정실, 서브-팹(sub-fab), 또는 특정한 부류 청정실에 수용되는 것이 바람직하다. 순환 라인(14)은 바람직하게는 분배 부속장치(2)로부터 혼합 부속장치(1)와 가공 장치(60)가 위치한 청정실 환경까지 이르른다. 가공 장치(60)는 배출 라인(17)에 의해 혼합 부속장치(1)에 연결될 수 있다.
도 4를 언급하자면, 앞서 기재된 바와 같이, 각각의 순환 라인(14)이 혼합 부속장치(1)를 통해 거쳐갈 수 있다. 각각의 순환 라인(14)은 밸브(20)를 거쳐 재료 공급 라인(18)에 연결될 수 있다. 앞서 기재된 바와 같이, 밸브(20)는 유체가 순환 라인(14)에서부터 재료 공급 라인(18)으로, 이어서 재료 공급 라인(18)내의 모든 공정 재료를 순환시키지 않고도 정적 혼합기(22)로 흐르도록 할 수 있다. 하나의 재료 공급 라인(18)에 다중 연결이 가능하도록 다수의 밸브(20)가 사용될 수 있으며, 그 결과 재료 공급 라인(18)에서 공정 재료의 혼합이 제한된다. 밸브(20)는 바람직하게는 후류(slip stream) 밸브이며, 예컨대 공기 공급으로부터 공압적으로 또는 전자 구동 장치를 통해 전자기적으로 임의의 방식으로 작동될 수 있다. 공정 재료들이 가연성일 수 있는 반도체 공정과 같은 공정에서, 밸브(20)는 안전성 및 화재 위험 방지 목적을 위해 공기원으로부터 에너지를 받는 것이 바람직하다.
혼합 부속장치(1)에서, 재료 공급 라인(18)이 설비 발생 플랜트(70)로부터 직접적으로 공정 재료들을 운반할 수 있다. 설비 발생 플랜트(70)로부터 혼합 부속장치(1)로의 공정 재료의 유동은 밸브(19)에 의해 제어될 수 있다. 다른밸브들(20)은 재료 공급 라인(18)을 따라 위치하고 순환 라인(14)에 연결되어, 두번째 공정 재료가 설비 발생 플랜트(70)로부터의 공정 재료에 첨가되도록 할 수 있다. 이어서, 조합된 공정 재료들을 정적 혼합기(22)에 공급할 수 있다. 예를들어, 재료 공급 라인(18)에서 설비 발생 플랜트(70)로부터 물이 전달될 수도 있다. 이어서, 순환 라인(14)으로부터의 공정 재료를 밸브(20)에서 재료 공급 라인(18)에 첨가할 수도 있고, 그 결과 재료 공급 라인(18)에서 공정 재료가 희석된다. 희석된 공정 재료는 정적 혼합기(22)로 통과할 수 있다. 일부 구현양태에서, 고형물 및 세균과 같은 오염물의 형성을 억제하기 위하여 재료 공급 라인(18)을 일정한 유동 조건하에 보유시키는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 구현양태에서, 더욱 비싸거나 위험한 공정 재료들을 재료 공급 라인(18)을 통해 연속적으로 유동시키는 것 보다는, 현재 공정 재료를 공급하지 않는 라인을 통해 탈이온수 또는 기타 비교적 불활성 재료를 통과시킬 수 있다. 재료 공급 라인(18)을 탈이온수의 원천에 연결시키면, 재료 공급 라인(18)의 세정 및 보유를 도울 수 있다.
재료 공급 라인(18)으로부터 정적 혼합기(22)로의 공정 재료의 유동은 밸브(21)를 사용하여 조절될 수 있다. 다른 재료를 함유하는 재료 공급 라인(18)에 공정 재료들을 첨가하는 경우, 원하는 속도 및 원하는 방향으로 공정 재료가 유동되도록 보장하기 위해 각종 라인에서의 유동 속도 및 관련 압력을 조절하는 것이 바람직하다.
분배 부속장치(2) 및 혼합 부속장치(1)는 수작업으로 또는 전자적으로 제어될 수 있다. 바람직하게는, 분배 부속장치(2) 및 혼합 부속장치(1)를, 제어기를포함한 공정 제어 시스템 (가장 전형적으로, 프로그램가능한 논리 제어기(PLC)와 같은, 메모리를 가진 중앙 처리 장치(CPU))에 연결시킨다. 입력 장치는 공정 재료의 바람직한 배합물이 사용자에 의해 규정되도록 할 수도 있다. 예를들어, 주어진 공정 재료 배합물을 제어기에 규정하기 위하여, 키패드 또는 컴퓨터 단말기를 사용할 수 있다. 제어기는 예를들어 들어오는 공정 재료, 공정 조건 및 개개인의 안전성을 연속적으로 관찰하기 위하여 공정 장치로부터 신호를 받을 수도 있다. 공정 재료의 규정된 배합물을 제조하기 위하여 분배 부속장치(2) 및 혼합 부속장치(1)를 제어하기 위해, 제어기는 입력 장치로부터의 입력 및 공정 장치로부터의 신호를 해석할 수도 있다. 예를들어, 분배 부속장치(2) 및 혼합 부속장치(1)를 제어하기 위해, 슈퍼비젼 제어 및 데이타 획득(SCADA) 시스템이 사용될 수도 있다. 이러한 제어기는 품질 제어 데이타, 시스템의 사용시 정보, 알람 정보 또는 기타 공정 정보를 저장할 수 있다. 또한, 경향 및 현재 문제점을 결정하기 위해, 제어기가 공정 배출에 상호연관될 수 있는 전통적 데이타를 유지함으로써 통계적인 공정 제어를 수월하게 할 수도 있다. 특히 공정 또는 공정 재료가 위험할 수 있는 경우, 작업자가 공정 장치로부터 물리적으로 떨어질 수 있도록 공정 제어 시스템이 고안될 수도 있다.
전형적인 공정 제어 시스템은 다수의 펌프, 밸브, 기구 및 관찰 스위치를 포함한다. 이러한 부품들은 시스템의 작동시 다수의 역할을 해낼 수 있다. 예를들면, 필터가 세정되거나 대체되는 것이 필요한지를 결정할 수 있기 위해 필터를 가로지른 유체 압력 강하를 관찰할 수 있다. 필터를 가로지른 압력 강하를 관찰하는동일한 압력 측정 장치가, 공정 라인에서의 절대 압력에 대한 데이타를 제공할 수도 있다.
공정 제어 시스템은 모니터 위에서 공정을 그래프로 나타낼 수 있으며, 본 발명의 주요 특징을 관찰할 수 있도록 한다. 이러한 그래프 표시는 작업자가 총괄 스크린 위의 모든 부속장치 및 공정 도표를 조사할 수 있도록 한다. 일반적으로, 공정 장치의 각각의 부분을, 모든 연결부, 말단점 및 부속장치를 나타내는 전체 도식에서 그래프로 설명할 수 있다. 개략적인 스크린으로부터, 각각의 부속장치가 선택될 수 있고, 별개의 스크린을 열어 부속장치의 특징을 나타낼 수 있다.
또한, 공정 제어 시스템은 보전 또는 안전을 위해 알람과 같은 피드백을 작업자에게 제공할 수 있다. 필터를 가로지른 압력 차이를 관찰하는 상기 예에서, 압력 차이가 특정한 설정 지점을 능가한다면, 필터를 세정 또는 교환할 때를 예를들어 그래프 표시 위에서 알람이 작업자에게 알릴 수 있다. 알람을 일으키는 조건이 설정 기간내에서 경감되지 않는다면 주요 알람이 활성화될 수도 있고, 그 결과 공정의 중단과 같은 일부 공정 제어 시스템 위에서 알람 조건 또는 자동 작동을 추가로 알릴 수 있다.
순환 라인(14)에서 공정 재료의 유동 속도, 압력 및 기타 성질, 예컨대 농도 또는 밀도는, 밸브(20)를 통해 공정 재료가 재료 공급 라인(18)으로 유동되는 것과 필요한 공정 재료의 양에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 이 데이타를 제어기에 공급할 수도 있다. 적절한 양의 공정 재료가 재료 공급 라인(18)으로 통과되도록 보장하기 위해, 제어기는 펌프(4)의 속도 및 분배 부속장치(2) 내의 기타 장치를 조절할 수도 있다. 대안적으로, 재료 공급 라인(18)내로 공정 재료의 유동을 제어하기 위하여 이러한 데이타를 근거로 하여 밸브(20)를 조절할 수도 있다.
재료 공급 라인(18)으로의 공정 재료의 유동 속도는, 재료 공급 라인(18)에 이미 존재하는 공정 재료, 예컨대 물의 유동 속도 및 압력에 의존될 수 있다. 따라서, 이러한 데이타를 제어기에 공급하는 것이 바람직하다. 재료 공급 라인(18)에서 원하는 유동 속도 및 조성을 얻기 위하여, 제어기는 밸브(19),(20) 및(또는) (21) 뿐만 아니라 펌프(4)를 가진 순환 라인(14)에서의 유동 속도를 조절할 수 있다. 제어기에 공급될 수 있는 데이타의 양 및 이러한 데이타를 기초로 하여 조절될 수 있는 변수의 수 때문에, 제어기는 데이타를 해석할 수 있는 하나 이상의 마이크로프로세서를 포함하고, 공정 재료의 바람직한 배합물을 생성하기 위하여 설정된 프로토콜을 기초로 하여 작용한다. 그러나, 이러한 기능은 작업자에 의해 또는 아날로그 제어에 의해 수행될 수도 있다.
관련된 재료에 의존하여 질량 또는 부피 유동 속도에 따라, 또는 이들의 조합에 의해 혼합 부속장치(1)를 제어할 수 있다. 질량 유동 속도가 전형적으로 더 정확하기 때문에, 이것이 바람직하다. 공정 밸브(12),(19),(20),(21)에 대한 유량 제어는, 비례 적분 미분(PID) 시스템 또는 유사한 제어 피드백 루프에 의해 가동되는 유량계에 연결되어진 유량 제어 밸브 또는 가변 구역 오리피스 밸브를 포함할 수 있다.
반도체 산업에서, 예를들어 설비 발생 플랜트(70)로부터의 슬러리, 화학물질 및(또는) 탈이온수를 포함한, 분배 부속장치(2)로부터의 몇몇 성분들을 공정 재료의 배합물내로 보낼 수 있다. 배합물의 성분들은 SCADA 노드일 수도 있는 사용자 계면을 통해 특정될 수 있다. 전형적인 공정은 층간 유전 연마 단계를 위해 마모 슬러리를 탈이온수로 희석하는 것을 필요로 한다. 다른 전형적인 공정들은 금속층의 연마를 위해 마모 슬러리, 산화제 및 탈이온수를 필요로 한다. 이러한 공정들은 각종 마모제, 산화 화학물질, 희석제를 필요로 할 수 있으며, 그들의 양은 공정에 의존하여 종종 변할 수 있다.
이러한 반도체 공정 시스템에서, 재료 공급 라인(18)은 필요할 때 공정 재료를 희석하고 재료 공급 라인(18) 및 정적 혼합기(22)를 세정하기 위하여 설비 발생 플랜트(70)로부터 탈이온수를 운반할 수 있다. 각각의 재료 공급 라인(18)은 밸브(19),(21)를 통해 탈이온수를 정적 혼합기(22)로 보낼 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 탈이온수 입력은 각각의 재료 공급 라인(18)을 일정한 유동하에서 바람직하게 보유시키며, 이는 입상 물질 및 세균 형성을 막는다. 공정이 슬러리 공정 재료를 포함할 때, 재료 공급 라인(18)에 있는 물을 순환 라인(14)으로부터의 슬러리 공정 재료에 노출시키기 위해 밸브(20)를 구동시킬 수도 있다. 밸브(19)는 밸브(20)에 있는 순환 라인(14)으로부터의 유동이 밸브(21)로 확실히 유동되도록 하기 위하여, 탈이온수의 유동을 바람직하게 조절한다. 밸브(21)는 정적 혼합기(22)로의 슬러리 유동 속도를 조절한다. 유동 속도는 요구되는 슬러리 양 및 슬러리의 밀도에 의존될 수 있다. 유사하게, 공정이 순환 라인(14)으로부터의 화학 공정 재료를 필요로 하는 경우, 재료 공급 라인(18)에 있는 물을 화학 공정 재료에 노출시키기 위해 밸브(20)를 구동시킬 수도 있다. 유동 속도는 필요한 화학 공정 재료의양 및 화학 공정 재료의 밀도, 농도 또는 기타 성질에 의존될 수 있다.
재료 공급 라인(18)으로부터의 공정 재료를 혼합을 위해 정적 혼합기(22)내로 연속적으로 통과시킬 수 있다. 공정을 위해 필요한 모든 공정 재료들을 동시에 공급할 수 있는 임의의 장치를 통해 공정 재료들을 정적 혼합기(22) 내로 넣을 수 있다. 도 5, 도 6 및 도 7을 언급하자면, 정적 혼합기(22)가 재료 공급 라인(18)에 연결된 여러 개의 입구(30)를 포함할 수도 있다. 입구(30)는 설비 발생 플랜트(70)로부터 직접 통하는 재료 공급 라인(18), 순환 라인(14)으로부터 통하는 재료 공급 라인(18), 또는 양쪽 공급원으로부터의 입력을 수용하는 재료 공급 라인(18)에 연결될 수 있다. 반도체 산업에서, 재료 공급 라인(18)은 전형적으로 슬러리 공정 재료, 화학 공정 재료 및 탈이온수를 정적 혼합기(22)로 운반한다.
정적 혼합기(22)는 공정 재료들이 충분히 혼합되는 방식으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 공정 재료들이 난류 상태가 되도록 정적 혼합기(22)를 구성함으로써 혼합을 수행한다. 예를들어, 정적 혼합기(22)는 하나 이상의 방해판 또는 기타 유동 붕괴 요소를 포함할 수도 있다. 슬러리 또는 기타 전단 감수성 재료를 사용하는 공정에 있어서, 혼합이 혼합되는 재료에 해를 끼치지 않도록 충분히 완만하지만 완전한 혼합을 위해 충분히 격렬하도록 정적 혼합기(22)를 구성할 수도 있다. 예를들어, 반도체 산업에서 연마를 위해 사용되는 슬러리에서, 높은 전단 속도를 도입하면 입자 성장을 발생시킬 수 있고 상당히 미세한 긁힘을 일으킬 수도 있다. 따라서, 이러한 슬러리를 위해서는 비교적 완만한 혼합이 일어나는 방식으로 정적 혼합기(22)를 구성하는 것이 바람직하다. 나사선 유동 붕괴 요소를 포함한 정적 혼합기와 같은 전형적인 정적 혼합기가 일부 구현양태에서 허용될 수 있다.
도 5, 도 6 및 도 7에 나타낸 구현양태에서, 정적 혼합기(22)는 하나의 출구(39)를 갖고, 입구(30) 다음에 정적 혼합기의 길이를 따라 축으로 대칭이다. 이 구현양태에서, 공정 재료들이 입구(30)를 통해 혼합 영역(32)으로 통과한다. 유체가 가압 조건하에서 혼합되고 움직일 때, 이들은 환형 형태일 수도 있는 방해판(33)을 통해 이동된다. 방해판(33)은 압력 차이를 발생시키고 난류로부터 소용돌이를 형성한다. 이러한 소용돌이는, 공정 재료를 균질한 용액으로 혼합하기 위해 필요할 수 있는 매우 높은 레이노드 수와 연관된다. 방해판(33)을 통해 통과한 후에, 공정 재료가 유동 붕괴 요소(34) 주위로 통과하는 것이 바람직하다. 유동 붕괴 요소(34)는 원통형일 수 있고 정적 혼합기의 중심선을 따라 위치할 수 있다. 유동 붕괴 요소(34)는 제2 단계 교반을 제공한다. 유동 붕괴 요소(34)는 카르만 와류를 발생시킬 수 있고, 이는 소용돌이 생성에 의해 난류에 추가된다. 유동 붕괴 요소(34) 다음에 유동 수축 영역(35)이 있는 것이 바람직하다. 유동 수축 영역(35)은 공정 재료가 출구(39)에 통과할 때 공정 재료를 압축한다. 유동 수축 영역(35)은, 단계적 방식으로 직경이 감소되는 영역이라면 발생할 수도 있는 역압을 감소시킬 수 있기 때문에, 점감 원추형 표면인 것이 바람직하다.
도 8에 관해 언급하자면, 정적 혼합기(22)의 출구(39)를 통해 나오는 공정 재료들이 2차 정적 혼합기(23)에 들어갈 수 있다. 2차 정적 혼합기(23)는 바람직하게는 라인내 정적 혼합기이다. 2차 정적 혼합기(23)는 나사 형태 특징부(38)를함유할 수도 있다. 나사 형태 특징부(38)는 예를들어 꼬인 플라스틱 판으로 제조될 수 있다. 2차 정적 혼합기(23)는 공정 재료의 일정한 교반을 바람직하게 제공한다. 반도체 산업에서의 슬러리 공정 재료를 위해서는, 2차 정적 혼합기(23)의 나선형 경로가 입자 성장을 발생시킬 수 있고 상당히 미세한 긁힘을 일으킬 수도 있는 해로운 전단 속도를 일으키지 않기에 충분히 낮은 유동 속도로 2차 정적 혼합기(23)가 작동되는 것이 바람직하다. 공정 재료 및 2차 정적 혼합기(23)의 치수 및 기하에 크게 의존하긴 하지만, 일부 조건을 위해서는 약 100 내지 250ml/분의 유동 속도가 적절하다. 2차 정적 혼합기(23)로 기재된 유형의 혼합기가 정적 혼합기(22)로 사용될 수도 있고 2차 정적 혼합기(23)가 필요하지 않을 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
기본 유체 유동 원리로부터 발생된 도 6, 도 7 및 도 8에 도시된 유체 유동 도표는, 공정 재료를 완전히 혼합하기 위하여, 유동 선(37)을 따라 정적 혼합기(22) 및 2차 정적 혼합기(23) 전체에서 충분한 교반이 일어남을 나타낸다.
하나의 구현양태에서, 배합된 공정 재료는 정적 혼합기(22) 또는 2차 정적 혼합기(23)로부터 배출 라인(17)을 통해 사용 지점, 예컨대 공정 장치(60)까지 통과할 수 있다. 사용 지점은 배합된 공정 재료의 흐름이 요망되는 임의의 기계, 장치, 장소 또는 기타 위치일 수 있다. 배출 라인(17)은 공정 장치(60)에 직접 공급되거나 또는 작업자에 의한 사용을 위해 출구에 공급될 수 있다. 제한된 수명 기간을 갖거나 배출 라인(17)을 통한 이동시에 가치를 소실할 수 있는 공정 재료를 위해서는, 이러한 소실을 최소화하기 위해 정적 혼합기(22) 또는 2차 정적혼합기(23)를 사용 지점에 가깝게 위치시킬 수도 있다.
또 다른 구현양태에서, 예를들어 도 9 및 10에 도시한 바와 같이, 배출 라인(17)을 보유 용기(3)에 공급할 수 있고, 필요에 따라 보유 용기(3)로부터 사용 지점까지 배합된 공정 재료를 공급할 수도 있다. 보유 용기(3)에 배합된 공정 재료를 저장하면, 이들을 사용 지점에 보내기 전에, 배합된 공정 재료의 허용가능성을 시험할 수도 있다. 배합된 공정 재료가 허용될 수 있는지를 입증하기 위하여, 화학물질 및 슬러리 공정 재료의 분석을 위해 상기 기재된 것과 유사한 기구를 사용할 수도 있다. 배합물 내의 각각의 공정 재료의 농도는 적절한 장치를 사용하여 독립적으로 시험될 수 있다. 예를들어, 가스 크로마토그래피와 같은 크로마토그래피로 각종 성분들의 농도를 측정할 수 있다. 보유 용기(3)에 배합된 공정 재료를 저장하면, 하기 기재된 바와 같이 배합 시스템을 단순화할 수도 있다.
도 9는, 슬러리 및 탈이온수와 같은 2종의 재료를 배합할 수 있는, 본 발명의 배합 시스템의 비교적 간단한 구현양태를 도시한다. 이 구현양태에서, 배합되어지는 공정 재료들을 처음에 보유 용기(3)에 저장한다. 원한다면, 보유 용기(3)를 분포 부속장치로 대체할 수도 있고, 순환 라인을 포함하는 분포 부속장치가 특정 구현양태에서 요구되지 않을 수도 있음을 예증하기 위해 사용된다. 공정 재료들을 펌프(90)에 의해 보유 용기(3)로부터 재료 공급 라인(18)을 통해 정적 혼합기(22)로 펌프질해 넣을 수 있다. 각각의 공정 재료의 유동을 조절하기 위해 밸브(21)가 사용될 수도 있다. 배합 시스템을 단순화하기 위하여, 공정 재료 중의 하나를 일정한 부피 유동 속도로 공급할 수도 있다. 예를들면, 하나의 밸브(21)를하나의 위치에 놓을 수 있거나, 공정 재료중의 하나의 일정한 부피 유동 속도를 제공하기 위하여 결정된 기하 구조의 오리피스를 사용할 수도 있다. 이어서, 기타 공정 재료의 유동 속도를 조절하여 공정 재료의 원하는 배합물을 제공할 수 있다.
공정 재료의 하나가 일정한 부피 유동 속도로 보유된다면, 부피 유동 속도를 질량 유동 속도로 순환시킬 수 있는 데이타를 제공하는 센서(92)를 재료 공급 라인(18)에 포함시킬 수 있다. 센서(92)는 밀도 또는 밀도에 상관관계를 가질 수 있는 성질, 예컨대 온도를 측정할 수 있다. 예를들면, 제어기(91)는 공정 재료의 밀도를 나타내는 센서(92)로부터 신호를 받을 수 있고, 이 신호 및 공지된 부피 유동을 기초로 하여 공정 재료의 질량 유동 속도를 계산할 수 있다.
제어기(91)는 부피 유동 속도가 변하는 재료 공급 라인과 연관된 센서(93)로부터 신호를 받을 수 있다. 센서(92)를 사용할 때와 같이, 센서(93)는 부피 유동을 기초로 하여 재료 공급 라인에서의 질량 유동을 계산할 수 있는 성질을 나타내는 신호를 제공할 수 있다. 공정 재료의 부피 유동 속도가 변할 수 있기 때문에, 제어기(91)는 부피 유량계(14)로부터의 신호를 또한 받을 수 있고, 이로써 질량 유동 속도를 계산할 수 있다. 재료 공급 라인에서의 질량 유동 속도를 기초로 하여, 제어기(91)는 질량 유동 속도를 제공하기 위해 밸브(21)를 제어할 수 있고, 기타 재료 공급 라인에서의 공정 재료의 질량 유동 속도와 함께 공정 재료의 바람직한 배합물을 제공한다.
대안적인 구현양태에서, 예를들어 도 10에 도시한 바와 같이, 배합된 공정 재료가 허용가능함을 입증할 수 있는 센서(96)를 정적 혼합기(22)의 하류에 제공함으로써, 센서(93) 및 부피 유량계(94)를 제거할 수도 있다. 예를들어, 슬러리와 탈이온수가 배합된다면, 배합된 공정 재료가 허용가능한지를 입증하기 위하여, 밀도계, 퍼센트 고형물 센서 등을 사용할 수 있다. 센서(96)는 배합된 공정 재료의 상태를 나타내는 신호를 제어기(91)에 제공할 수 있다. 필요하다면, 센서(96)로부터 설정 지점을 나타내는 신호가 달성될 때까지 제어기(91)는 밸브(21)를 사용하여 공정 재료의 하나의 유동 속도를 조절할 수 있다. 예를들어, 공정 재료가 슬러리 및 탈이온수 이라면, 원하는 슬러리/탈이온수 배합물의 밀도가 설정 지점일 수 있다. 이 밀도가 너무 낮은 것으로 검출된다면, 더 많은 슬러리를 첨가할 수도 있고, 너무 높은 것으로 검출된다면 첨가되는 슬러리의 양을 감소시킬 수 있다. 일부 구현양태에서, 상이하거나 유사한 유형의 몇몇 센서(96)는 배합된 공정 재료의 상태를 나타내는 신호를 제어기에 제공할 수 있다.
원하는 배합물을 얻기 위해 공정 재료의 하나를 일정한 유동 속도로 공급하고 다른 공정 재료의 유동 속도를 조절하는 구현양태에서, 전체 유동 속도는 일반적으로 선택될 수 없다. 따라서, 이러한 구현양태는 배합된 공정 재료를 보유 용기(3)에 제공할 수 있다. 보유 용기(3)는 배합된 공정 재료의 침강 또는 분리를 막기 위한 장치 또는 시스템, 예컨대 교반기를 함유할 수도 있다. 다른 구현양태에서, 과량의 배합된 공정 재료가 생성될 수도 있고, 요구가 있을 때 필요한 것을 공급하고 나머지를 버릴 수도 있다. 대안적으로, 앞서 기재된 바와 같이, 배합된 공정 재료의 전체 유동 속도를 요구치로 일치시킬 수 있도록 다른 공정 재료의 유동 속도를 또한 조절할 수 있다.
출발 동안에, 또는 공정 재료의 배합물이 허용되지 않거나 요구되지 않는 다른 시간 동안에, 사용 지점 또는 보유 용기로부터 배합물을 다른 곳으로 순환시킬 수 있다. 예를들어, 허용될 수 없거나 필요치 않은 공정 재료의 배합물을 배수관(95)으로 보낼 수 있거나 그렇지 않으면 폐기할 수 있다. 일부 상황 하에서 공정 재료의 배합물이 허용될 수 없거나 요구되지 않는 본 발명의 구현양태에서는 배수관 또는 기타 폐기 시스템이 사용될 수도 있다.
본 발명은 예증을 목적으로 하는 하기 실시예에 의해 더욱 예증되며, 이것이 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다.
실시예 1
전형적인 배합 공정은 고 고형물, 농축된 실리카 슬러리를 탈이온수로 희석하는 것을 포함한다. 이러한 통상적으로 입수가능한 슬러리는 카보트(R) 세미-스퍼스(CABOT(R) SEMI-SPERSE)TM25 슬러리이고, 이는 25중량% 고형물 및 1.162∼1.170 g/ml (1.166±0.004 g/ml) 범위의 밀도를 갖는 콜로이드성 현탁액이다. 이 슬러리는 실리카 산화물 층 동안 사용되는 웨이퍼 제조 단계, 또는 산화물 단계, 연마에서 전형적인 연마 슬러리이다. 이 실시예의 목적을 위하여, 1분당 200 밀리리터(ml/분)의 배합된 공정 재료가 요구되는 것으로 추측된다.
전형적인 연마 공정은 1:1 질량비 또는 약 1:1.17 부피비의 슬러리 대 탈이온수 비율을 갖는 배합물을 필요로 하고, 그 결과 ml당 약 1.074 그램(g/ml)의 최종 밀도가 얻어진다. 기본 재료의 제조에서의 변형으로부터 슬러리 변형이 얻어질 수 있다. 또한, 압축불가능한 유체에도 불구하고, 슬러리와 배합되는 탈이온수의 밀도가 변함에 따라 원료 슬러리의 제조에서 사용되는 물의 밀도가 변한다. 탈이온수의 밀도 값은 공지되어 있으며 기술적 참조 문헌으로부터 쉽게 얻을 수 있다. 이러한 하나의 문헌 [The Handbook of Chemistry and Physics from CRC Press, Inc.]은 50℉ 내지 80℉ (10℃ 내지 30℃) 범위의 온도에서 물에 대해 0.99970 내지 0.99565 g/ml의 밀도 범위를 언급하고 있다. 설비 발생 플랜트로부터 탈이온수의 공급 온도는 전형적으로 약 65℉ 내지 75℉ (18℃ 내지 24℃) 범위이다. 따라서, 이 실시예의 목적을 위하여, 탈이온수의 밀도는 0.99821 g/ml (68℉ (20℃)에서 기록된 밀도)인 것으로 추측되지만, 실행시 정확한 밀도를 제공하도록 이 온도를 관찰하여야 한다.
2 성분들의 밀도가 변할 수 있기 때문에, 부피 혼합은 질량 혼합에 비해 배합에서 오차가 일어날 위험이 더 크다. 따라서, 1:1 중량 처방에 대해, 동일한 질량의 각각의 성분을 첨가하면, 약 1.00ml의 슬러리 농축물 및 약 1.168ml의 탈이온수가 얻어진다.
처방 배합의 동적인 상황하에서, 합계가 200ml/분 또는 3.33ml/초가 되는 속도로 재료들을 배수시켜야 한다. 상기 언급된 1.074 g/ml의 공칭 밀도 및 200ml/분 또는 3.3ml/s의 바람직한 배합물 유동 속도를 사용할 때, 약 1.789g/초의 질량 속도가 바람직한 최종 생성물이다.
이러한 간단한 적용은 동일한 질량의 2개 성분들과 관련되기 때문에, 슬러리와 물의 공급 흐름의 유동 속도를 각각 조절하면 최종 방출되는 유체 흐름을 제어할 수 있다. 이상적으로, 농축된 슬러리와 탈이온수의 질량 속도가 서로 동일하며, 각각의 질량 속도 대 각각의 재료에 대한 밀도의 비율은 바람직한 부피 유동 속도를 일으킨다.
이는 농축된 25% 고형물 슬러리에 대해 약 92.064ml/분 (1.534ml/초)의 부피 유동 속도 및 탈이온수에 대해 약 107.928ml/분 (1.799ml/초)의 부피 유동 속도를 발생시킨다. 이러한 적용은 상기 언급된 1.166g/ml에서 슬러리의 일정한 밀도에 대해서만 유용함을 주목한다. 재료의 실제 밀도는 변동될 수 있기 때문에, 분배 부속장치로부터 제어기로 이러한 값을 전달하면 그에 따라 유량 제어기를 조절할 수 있다. 예를들어, 밀도 값이 1.180g/ml로 증가하면, 밸브를 적절한 정도로 닫음으로써 제어기가 유동 속도를 조절할 수 있다. 다시, 이것은 절대 배출 유동 속도를 감소시키고, 이것은 다시 탈이온수 유동 속도를 증가시킴으로써 조절될 수 있다. 이러한 조절 동안, 규정된 말단점 유동 속도와 밀도가 실질적으로 일정하게 된다.
실시예 2
본 발명의 배합 시스템이 공정 재료의 허용가능한 배합물을 생성할 수 있는지 증명하기 위하여, 도 9에 도시된 배합 시스템을 사용하여 실시예 1에 기재된 슬러리와 탈이온수의 가정 배합을 실행하였다. 보유 용기로부터 탈이온수를 일정하고 공지된 부피 유동 속도로 공급하고, 그의 온도를 관찰하고, 탈이온수의 질량 유동 속도를 계산하는 제어기에 공급하였다. 실시예 1에 기재된 슬러리를 두번째 보유 용기로부터 공급하였다. 이 슬러리를 시험하고, 25.8중량%의 퍼센트 고형물 및 1.151g/ml의 밀도를 갖고 있음을 밝혀내었다. 슬러리의 밀도 및 그의 부피 유동 속도를 관찰하고, 슬러리의 질량 유동 속도를 계산하기 위해 제어기에 제공하였다. 약 1:1 질량비의 탈이온수 대 슬러리를 생성하기 위하여, 제어기에 의해 밸브를 사용하여 슬러리 질량 유동 속도를 조절하였다.
반도체 산업에서의 전형적인 오차 허용치를 기준으로 하여, 도 11 및 도 12에서 상한치 및 하한치로 도시되는 것과 같이, 허용가능한 퍼센트 고형물 및 밀도의 범위를 한정하였다. 이 도면들은 각각의 5회 시도에 대해 퍼센트 고형물 및 밀도를 기록한다. 모든 경우에서 퍼센트 고형물은 허용가능하지만, 모든 경우에 하나의 밀도만이 허용될 수 있었다. 이는, 본 발명의 배합 시스템이 공정 재료의 허용가능한 배합물을 반복적으로 생성할 수 있음을 증명한다.
여기에 기재된 각각의 요소 또는 둘 이상의 요소들을 변형시킬 수 있거나, 또는 상기 기재된 것과는 상이한 기타 용도에서 사용할 수 있는 것으로 이해된다. 본 발명의 특정한 구현양태를 예증하고 설명하였으나, 하기 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 의도에서 벗어나지 않는 한 다양한 변형과 치환을 행할 수 있기 때문에, 여기에 나타낸 세목만으로 제한되지 않는 것으로 간주된다.

Claims (36)

  1. 첫번째 재료 공급 라인;
    두번째 재료 공급 라인;
    첫번째와 두번째 재료 공급 라인의 하류에 유동적으로 연결된 정적 혼합기; 및
    첫번째와 두번째 재료 공급 라인중 적어도 하나에 위치한 첫번째 유량 제어 장치, 정적 혼합기의 하류에 위치한 첫번째 센서, 및 첫번째 센서에 의해 제공된 센서 신호를 기초로 하여 첫번째 유량 제어 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 논리 코드를 포함하는 제어기를 포함하는 공정 제어 시스템
    을 포함하는 배합 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 첫번째 센서가 밀도 센서, 퍼센트 고형물 센서, 입자 계수기, pH 센서, 전도도 센서, 산화 및 환원 전위 센서, 굴절율 센서 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 것인 배합 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 밀도 센서인 배합 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 퍼센트 고형물 센서인 배합 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 입자 계수기인 배합 시스템.
  6. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 pH 센서인 배합 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 산화 및 환원 전위 센서인 배합 시스템.
  8. 제2항에 있어서, 첫번째 센서가 굴절율 센서인 배합 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 공정 제어 시스템이 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위하여 제어기에 연결된 입력 장치를 더 포함하는 것인 배합 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 제어기가, 센서 신호 및 입력 신호를 기초로 하여 첫번째 유량 제어 장치에 제어 신호를 제공하기 위한 논리 코드를 포함하는 것인 배합 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    입구 및 출구를 포함하는 보유 용기;
    입구 및 출구에 유동적으로 연결된 순환 라인; 및
    순환 라인과 첫번째 및 두번째 재료 공급 라인중 하나에 유동적으로 연결된두번째 유량 제어 장치
    를 더 포함하는 배합 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 두번째 유량 제어 장치가 첫번째 유량 제어 장치와 동일한 유량 제어 장치인 배합 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 순환 라인에 연결된 유량 제어 장치를 더 포함하는 배합 시스템.
  14. 제11항에 있어서, 밀도 센서, 퍼센트 고형물 센서, 입자 계수기, pH 센서, 전도도 센서, 산화 및 환원 전위 센서, 굴절율 센서 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는, 순환 라인에 연결된 두번째 센서를 더 포함하는 배합 시스템.
  15. 제11항에 있어서, 정적 혼합기의 하류에 유동적으로 연결된 반도체 제조 도구를 더 포함하는 배합 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 첫번째 재료 공급 라인, 두번째 재료 공급 라인 및 순환 라인중 하나에 위치한 입자 분리기를 더 포함하는 배합 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 정적 혼합기의 하류에 유동적으로 연결된 보유 용기를 더포함하는 배합 시스템.
  18. 다수의 재료 공급 라인;
    다수의 재료 공급 라인의 하류에 위치하고 다수의 재료 공급 라인에 유동적으로 연결된 정적 혼합기;
    제어기, 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위해 제어기와 연락하는 입력 장치, 및 다수의 재료 공급 라인중의 하나 및 제어기에 연결된 첫번째 밸브를 포함하는 공정 제어 시스템; 및
    입구 및 출구를 가진 보유 용기, 입구 및 출구에 유동적으로 연결된 순환 라인, 및 순환 라인으로부터의 재료가 재료 공급 라인으로 선택적으로 순환될 수 있도록 순환 라인과 다수의 재료 공급 라인중의 하나에 유동적으로 연결된 두번째 밸브를 포함하는 분배 부속장치
    를 포함하는 배합 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 두번째 밸브가 첫번째 밸브와 동일한 밸브인 배합 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 순환 라인에 연결된 펌프를 더 포함하는 배합 시스템.
  21. 제18항에 있어서, 밀도 센서, pH 센서, 전도도 센서, 산화 및 환원 전위 센서, 입자 계수기, 굴절율 센서, 퍼센트 고형물 센서 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되고, 순환 라인에 연결되어진 센서를 더 포함하는 배합 시스템.
  22. 제18항에 있어서, 첫번째 재료 공급 라인, 두번째 재료 공급 라인 및 순환 라인중 하나 위에 위치한 입자 분리기를 더 포함하는 배합 시스템.
  23. 제18항에 있어서, 첫번째 밸브가 다수의 재료 공급 라인 중의 하나 및 제어기에 각각 연결된 다수의 밸브를 포함하는 것인 배합 시스템.
  24. 　
  25. 제24항에 있어서, 센서가 밀도 센서, pH 센서, 전도도 센서, 산화 및 환원 전위 센서, 입자 계수기, 굴절율 센서, 퍼센트 고형물 센서 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되고 순환 라인에 연결되어 있는 것인 배합 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 제어기가 센서에 의해 제공된 신호를 기초로 하여 첫번째 밸브에 신호를 제공하기 위한 논리 코드를 포함하는 것인 배합 시스템.
  27. 첫번째 공정 재료를 첫번째 재료 공급 라인을 통해 공급하고;
    두번째 공정 재료를 두번째 재료 공급 라인을 통해 공급하고;
    첫번째 및 두번째 재료 공급 라인의 하류에 유동적으로 연결된 정적 혼합기에서 첫번째 및 두번째 공정 재료를 배합하고;
    정적 혼합기의 하류에 위치한 센서에 의해 제공되는 센서 신호를 기초로 하여, 첫번째 및 두번째 재료 공급 라인중의 하나에 위치한 첫번째 밸브로 첫번째 및 두번째 공정 재료중의 하나의 공급을 조절하는 것을 포함하는, 배합된 공정 재료의 공급 방법.
  28. 제27항에 있어서, 센서가 배합된 공정 재료의 밀도, 퍼센트 고형물, 입자의 수, pH, 전도도, 및 산화 및 환원 전위, 굴절율 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 성질에 상응하는 센서 신호를 제공하는 것인, 배합된 공정 재료의 공급 방법.
  29. 제27항에 있어서, 제어기에 연결된 입력 장치로부터 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 수용하는 것을 더 포함하는, 배합된 공정 재료의 공급 방법.
  30. 제27항에 있어서, 입구 및 출구를 가진 보유 용기에 첫번째 및 두번째 공정 재료의 하나를 보유시키고;
    보유 용기 입구 및 출구에 연결된 순환 라인에서 첫번째 및 두번째 공정 재료의 하나를 순환시키고;
    순환 라인과 첫번째 및 두번째 재료 공급 라인중 하나에 연결된 두번째 밸브를 사용하여, 첫번째 및 두번째 공정 재료의 하나의 적어도 일부를 첫번째 및 두번째 재료 공급 라인중 하나로 순환시키는 것을 더 포함하는, 배합된 공정 재료의 공급 방법.
  31. 다수의 재료 공급 라인을 통해 다수의 공정 재료를 공급하고;
    다수의 재료 공급 라인의 하류에 위치한 정적 혼합기에서 다수의 공정 재료들을 배합하고;
    제어기, 공정 재료의 바람직한 배합을 나타내는 입력 신호를 제공하기 위해 제어기에 연결되어진 입력 장치, 및 다수의 재료 공급 라인중의 하나와 제어기에 연결된 첫번째 밸브를 포함하는 공정 제어 시스템으로, 다수의 공정 재료의 공급을 조절하고;
    입구 및 출구를 가진 보유 용기에서 다수의 공정 재료의 하나 이상을 보유시키고;
    보유 용기 입구 및 출구에 연결된 순환 라인에서 다수의 공정 재료중의 하나 이상의 순환시키고;
    순환 라인과 다수의 재료 공급 라인중 하나 이상에 연결된 두번째 밸브를 사용하여, 다수의 공정 재료중의 하나 이상의 일부를 다수의 재료 공급 라인중 하나로 순환시키는 것을 포함하는, 배합된 공정 재료의 공급 방법.
  32. 제31항에 있어서, 첫번째 밸브가 두번째 밸브와 동일한 것인 방법.
  33. 제31항에 있어서, 순환이 공정 재료들을 펌프질하는 것을 포함하는 방법.
  34. 제31항에 있어서, 다수의 공정 재료중의 하나 이상의 순환이, 다수의 공정 재료의 하나 이상의 밀도, pH, 전도도, 산화 및 환원 전위, 퍼센트 고형물, 입자의 수, 굴절율 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택되는 성질을 측정하는 것을 더 포함하는 방법.
  35. 제31항에 있어서, 순환 라인으로부터 입자를 분리하는 것을 더 포함하는 방법.
  36. 제31항에 있어서, 공정 제어 시스템으로 다수의 공정 재료의 공급을 조절하는 것이, 정적 혼합기의 하류에 있는 센서에 의해 제공되는 센서 신호를 기초로 하여 첫번째 밸브를 제어하는 것을 더 포함하는 방법.
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