サイクロン、これを有するスラリー分離装置、その装置を利用したスラリー供給システム、及び方法
【課題】サイクロン、これを有するスラリー分離装置、その装置を利用したスラリー供給システム、及び方法を提供する。
【解決手段】サイクロンは本体と旋回流出口部材を含む。本体は、流体が投入される取入通路、取入通路に連通し流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、及び円筒型通路の下端に連結された上端と第１群粒子より大きい比重を有する第２群粒子が排出される開放された下端を有する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は円筒型通路の上端に挿入される。円筒型通路から旋回上昇する第１群粒子が排出される第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。円筒型通路の鉛直方向の長さは、円筒型通路の直径の０．５〜２倍で、円錐型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の５〜９倍である。
【解決手段】サイクロンは本体と旋回流出口部材を含む。本体は、流体が投入される取入通路、取入通路に連通し流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、及び円筒型通路の下端に連結された上端と第１群粒子より大きい比重を有する第２群粒子が排出される開放された下端を有する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は円筒型通路の上端に挿入される。円筒型通路から旋回上昇する第１群粒子が排出される第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。円筒型通路の鉛直方向の長さは、円筒型通路の直径の０．５〜２倍で、円錐型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の５〜９倍である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロン、これを有するスラリー分離装置、その装置を利用したスラリー供給システム、及び方法に関し、より詳細には、スラリーを旋回させるサイクロン、このサイクロンを利用してスラリーをサイズ別に分離する装置、この装置を利用して分離されたスラリーを研磨装置に供給するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高性能化、高集積化によって、多層配線構造が必須的に要求されている。多層配線構造は、導電膜や絶縁膜の形成工程及びエッチング工程を多数回進行して形成される。特に、下部膜上に上部膜を均一な厚さに形成するために、下部膜の表面を平坦化させる工程を行う。このような平坦化の形態は、局部的平坦化と広域平坦化に区分されることができる。
【０００３】
平坦化を実現するための工程としては、例えば、エッチバック、リフロー、化学機械的研磨（ＣＭＰ）等の工程がある。広域平坦化及び高集積回路に適用される方法としては、ＣＭＰ工程が一番広く使用されている。これは、広域平坦化がＣＭＰ工程によってのみ可能であるのみならず、平坦性の達成度ではＣＭＰ工程が一番優れるためである。
【０００４】
ＣＭＰ工程とは、１９８０年代後半、米国ＩＭＢ社で開発された工程である。ＣＭＰ工程によると、研磨ヘッドに平坦化対象物である半導体基板を装着させる。半導体基板と研磨パッドとの間に脱イオン水と研磨粒子、添加剤等を含むスラリーを提供しながら、半導体基板を研磨パッドと接触させた状態で半導体基板と研磨パッドを互いに反対方向に回転させることで、半導体基板の表面を研磨する。即ち、スラリーに含まれた研磨粒子及び研磨パッドの表面突起を半導体基板の表面と機械的に摩擦させて半導体基板の表面を機械的に研磨する同時に、スラリーに含まれた化学的成分と半導体基板の表面を化学的に反応させて半導体基板の表面を化学的にも研磨することになる。
【０００５】
ＣＭＰ工程の研磨効率は、ＣＭＰ装備、スラリー、研磨パッドの種類等によって決定される。特に、スラリーは、研磨効率に重要な影響を及ぼす。
【０００６】
一方、スラリーは長時間放置しておくと、スラリー内の分散された粒子が粒子間凝集メカニズムによって変形力を受けて、スラリーの界面電位が変化される。これによって、親水性のシラノールグループ同士に反応して、水が生成される。結果的に、疎水性のシロキサングループ同士に連結され、持続的に巨大粒子が形成される。スラリー内の巨大粒子はＣＭＰ工程の重要不良要因として作用する。
【０００７】
このような問題点を解消するために、従来は巨大粒子を沈殿させて、巨大粒子を使用することなく、残りのスラリーのみをＣＭＰ装置に供給し使用した。これによって、高価なスラリー全体を使用することができず、一定量の沈殿した巨大粒子を常に廃棄処理することで、半導体装置の製造原価を上昇させる要因として作用することになる。
【０００８】
一方、巨大粒子が除去されたスラリーをＣＭＰ装置に供給するための従来のシステムは、再生ユニットと混合ユニットとを含む。巨大粒子が除去されたスラリーをＣＭＰ工程に使用されることができるサイズに再生するために、スラリー内の粒子を再生ユニットの分離装置を利用してサイズ別に分離する。設定されたサイズ以上の粒子は超音波粉砕装置で粉砕した後、更に分離装置によって再度分離される。このような分離工程を経たスラリーがＣＭＰ工程に使用されることができる濃度を有するようにするために、混合ユニットで分離されたスラリーに脱イオン水を混合する。前記のような工程を通じて適正濃度を有するスラリーをＣＭＰ装置に供給することになる。
【０００９】
従来の分離装置は、スラリー内の粒子を比重差によって分離するサイクロンと、サイクロンを収容するハウジングを含む。サイクロンは、スラリーが投入される取入通路、スラリーが旋回運動を起こす空間を提供する円筒型通路と円錐型通路が形成される。スラリーにより強い遠心力を付与するためには、取入通路、円筒型通路、及び円錐型通路間の相対的な長さ比率が最適の条件に設定されなければならない。しかし、従来は最適の長さ比率を提示することができなくて、スラリー分離効率が相当に低いという問題があった。
【００１０】
又、従来のハウジングは、サイクロンの取入通路に連絡した取入口を有する。取入口を通じてサイクロンに提供されるスラリーに印加される剪断応力が小さいと、スラリーの流れが円滑になって、分離効率が向上する。しかし、従来の取入口はスラリーに非常に大きい剪断応力を印加する形状を有するという問題もある。
【００１１】
特に、従来のスラリー供給システムは、分離ユニットと混合ユニットが別に分離された構成となっている。従って、分離ユニットで分離されたスラリーを容器に貯蔵して、この容器を混合ユニットに運搬して、スラリーに脱イオン水を混合する工程を実施した。これによって、従来のスラリー供給システムは、非常に複雑な構造を有する。特に、スラリーを運搬する途中に、前述された凝集メカニズムが発生する可能性が非常に高いため、ＣＭＰ工程に致命的な悪影響を及ぼす巨大粒子がスラリー内に発生する場合が多かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、改善された分離効率を有するサイクロンを提供する。
【００１３】
又、本発明は、前記サイクロンを有しながら、スラリーに印加される剪断応力を減少させることができるスラリー分離装置を提供する。
【００１４】
又、本発明は、スラリーを分離する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が統合されたスラリー供給システムを提供する。
【００１５】
又、本発明は、前記スラリー供給システムを利用してスラリーをＣＭＰ装置に供給する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一実施形態によるサイクロンは、本体及び旋回流出口部材を含む。本体は、流体が投入される取入通路、取入通路に連通し流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、及び円筒型通路の下端に連結された上端と前記第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開放された下端を有する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は、円筒型通路の上端に挿入される。円筒型通路から旋回上昇する第１群粒子が排出される第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。円筒型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の０．５〜２倍で、円錐型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の５〜９倍である。
【００１７】
本発明の他の実施形態によるスラリー分離装置は、ハウジング及びサイクロンを含む。ハウジングは、スラリーが投入される取入口、取入口に連通する円弧形状の分配通路、分配通路に連通する上端を有する収容部、スラリー内の第１群粒子が排出される第１排出口、及び収容部の下端に連通第１群粒子よりも大きい比重を有するスラリー内の第２群粒子が排出される第２排出口を有する。サイクロンは、本体及び旋回流出口部材を含む。本体は、分配通路に連通する取入通路、取入通路と第１排出口との間を連絡する円筒型通路、及び円筒型通路と第２排出口との間を連絡する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は、円筒型通路に挿入される。円筒型通路と第１排出口との間を連通する第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。
【００１８】
本発明の更に他の実施形態によるスラリー供給システムは、予備スラリーが貯蔵されたスラリードラム、再生ユニット、及び混合ユニットを含む。再生ユニットは、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。混合ユニットは、再生ユニットで再生された再生スラリーの供給を直接受け、再生スラリーに脱イオン水を混合して研磨工程に使用されることができる濃度を有する最終スラリーを製造する。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、再生ユニットはスラリードラムから予備スラリーの供給を受ける予備スラリータンク、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予備スラリーを第１群粒子及び第１群粒子よりも大きいサイズの第２群粒子に分離するスラリー分離装置、及び第１回収ラインに配置され第１回収ラインを通じて予備スラリータンクに回収される第２群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置を含む。
【００２０】
本発明の他の実施形態によると、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、及び脱イオン水タンクと再生ユニットにそれぞれ連結され再生スラリーを脱イオン水と混合する混合容器を含む。
【００２１】
本発明の更に他の実施形態によるスラリー供給方法によると、予備スラリーは１次粉砕される。１次粉砕された予備スラリー内の粒子は、第１群粒子と、第１群粒子よりも大きい第２群粒子に分離される。その後、第２群粒子は２次粉砕される。１次粉砕された第１群粒子と２次粉砕された第２群粒子に脱イオン水を混合して、最終スラリーが製造される。最終スラリーは研磨対象物に供給される。
【００２２】
前述した本発明によると、サイクロンの通路間の比率が最適の条件で設定されることによって、スラリー分離効率が大幅に向上する。又、分離装置が円弧形状の取入通路を有することによって、スラリーに印加される剪断応力が大幅に減少する。又、スラリーを再生する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が一つのシステムで行われるので、システムの構造が簡単になる。特に、分離されたスラリーを混合ユニットに運搬する必要がないので、運搬中にスラリー内に巨大粒子が形成されることも防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
サイクロン
図１は、本発明によるサイクロンを示す断面図である。
【００２５】
図１を参照すると、本発明によるサイクロン１００は、本体１１０及び旋回流出口部材１２０を含む。
【００２６】
本体１１０は、スラリーのような流体が取り入れられる取入通路１１２、取入通路１１２に連通する円筒型通路１１４、及び円筒型通路１１４に連通する円錐型通路１１６を有する。一方、本体１１０はシリコンカーバイド材質でも良い。
【００２７】
取入通路１１２は、本体１１０の側壁上部に水平方向に形成される。取入通路１１２の直径が小さいほど、スラリーの分離効率が向上する。又、取入通路１１２を通過するスラリーの速度が大きいほど、スラリーの分離効率がより向上する。
【００２８】
円筒型通路１１４は、本体１１０内に鉛直方向に形成される。円筒型通路１１４は、取入通路１１２に連通する上端と、上端と実質的に同じ径の下端を有する。円筒型通路１１４は、直径Ｄ１を有する。取入通路１１２の直径は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の１／４〜１／３倍である。
【００２９】
円錐型通路１１６は、円筒型通路１１４の下端に連結された上端と、開放された下端を有する。特に、円錐型通路１１６は、上端から下端に行くほど、漸次的に直径が減少する形状を有する。円錐型通路１１６の傾斜する内壁は、鉛直方向に対して１０°〜３０°の傾斜角を有する。
【００３０】
取入通路１１２を通じて流入されたスラリーは、外部から供給される高圧によって円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回させられ、それによってスラリー内の粒子が比重別に分離される。従って、最も小さい比重を有するスラリー内の第１群粒子は、円筒型通路１１４の上端領域に分布し、反面、最も大きい比重を有するスラリー内の第２群粒子は円錐型通路１１６の下端領域に分布する。
【００３１】
ここで、スラリーが円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回する数が増加するほど、スラリー内の粒子がより厳密に分離されることができる。スラリーの旋回する数は、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２に比例するので、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の鉛直方向の長さＬ１及びＬ２は大きい方が好ましい。
【００３２】
特に、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１と密接な関連がある。たとえ、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２が大きくても、円筒型通路１１４の直径Ｄ１も大きければ、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の内部空間が非常に大きい体積を有することになる。非常に大きい空間では、スラリーが旋回する数が減少することになる。従って、スラリー分離効率を向上させるために、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１によって決定される。又、スラリー内の粒子間の比重差が小さいほど、円筒型通路１１４の長さＬ１に対する円錐型通路１１６の長さＬ２の比率を大きくすることによってスラリー分離効率をより向上させることができる。一方、円錐型通路１１６の下端直径Ｄ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の１／１０〜１／６倍であることが好ましい。
【００３３】
本発明では、円筒型通路１１４の長さＬ１を円筒型通路１１４の直径Ｄの０．５〜２倍に設定する。又、円錐型通路１１６の長さＬ２を円筒型通路１１４の直径Ｄの５〜９倍に設定する。このような円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さの限定による効果は、後述される実験形態を通じて証明される。
【００３４】
旋回流出口部材１２０は本体１１０の上端に挿入され、円筒型通路１１４内に進入させられる。第１群粒子が排出される第１排出通路１２２が、旋回流出口部材１２０内に鉛直方向に形成される。特に、旋回する第１群粒子が取入通路１１２を通じて排出されないように、第１排出通路１２２の下端は、取入通路１１２より下に位置する。
【００３５】
ここで、第１排出通路１２２の長さ、特に、円筒型通路１１４の上端から第１排出通路１２２の下端までの長さＬ３も、円筒型通路１１４の直径Ｄ１に応じて決定されることがスラリー分離効率向上のために好ましい。前記長さＬ３は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の０．６〜１．２倍程度が好ましい。又、旋回流出口部材１２０の直径は、円筒型通路１１２の直径Ｄ１の１／６〜１／３倍である。
【００３６】
さらに、旋回流出口部材１２０は、第１群粒子よりは大きく、第２群粒子よりは小さい比重を有する第３群粒子の排出のための第２排出通路１２４を有することが好ましい。第２排出通路１２４は、第１排出通路１２２に水平方向に連通する。
【００３７】
取入通路１１２を通じてサイクロン１００内に投入されたスラリーは、外部から供給される高圧によって円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回運動を起こすことになる。これによって、スラリー内の粒子は、比重差によって上から下に第１群粒子、第３群粒子、及び第２群粒子に分離される。最も小さい比重の第１群粒子は第１排出通路１２２を通じて排出され、第３群粒子は第２排出通路１２４を通って排出され、最も大きい比重の第２群粒子は円錐型通路１１６の下端を通って排出される。
【００３８】
スラリー分離装置
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。
【００３９】
図２及び図３を参照すると、本発明によるスラリー分離装置２００は、ハウジング、及びハウジング内に収容された少なくとも一つのサイクロン１００を含む。サイクロン１００は、図１に図示したサイクロンと実質的に同じ構成を有するので、ここでは重複する説明は省略して、同じ部材には同じ参照符号を与する。
【００４０】
ハウジングは、第１ブロック２１０、第２ブロック２２０、第３ブロック２３０、及び第４ブロック２４０を含む。第２ブロック２２０は第１ブロック２１０の底面に結合され、第３ブロック２３０は第２ブロック２２０の底面に結合され、第４ブロック２４０は第３ブロック２３０の底面に結合される。第１〜第４ブロック２１０、２２０、２３０、２４０間の結合力の強化のために、各ブロック２１０、２２０、２３０、２４０間には第１〜第３支持板２６１、２６２、２６３が介在させられる。又、カバー２５０がＯ−リング２５２を介して第１ブロック２１０の上面に結合される。ここで、本実施形態では、マルチブロック型構造のハウジングを例示しているが、ハウジングは単一ブロック型構造を有することもできる。
【００４１】
第１収容溝（図示せず）が第１ブロック２１０の底面から上に向かって形成される。第２収容溝２２９が第２ブロック２００に鉛直方向に貫通形成される。第３収容溝２３９が第３ブロック２３０に鉛直方向に貫通形成される。第４収容溝２４９が第４ブロック２４０の上面から下に向かって形成される。第１〜第４収容溝２２９、２３９、２４９は互いに連通し、サイクロン１００を収容する一つの収容部２７９（図５参照）を形成する。第１〜第３支持板２６１、２６２、２６３にも第１〜第４収容溝２２９、２３９、２４９と連通する孔が形成される。
【００４２】
スラリーが投入される取入口２２２が、第２ブロック２２０の側面に水平方向に形成される。図４に示すように、取入口２２２に連通する円弧形状の分配通路２２６が第２ブロック２２０の上面に形成される。本実施形態では、分配通路２２６は半円形状を有する。４個の分岐通路２２８が分配通路２２６から第２ブロック２２０の中心に向かって半径方向に形成される。各分岐通路２２８は収容部２７９と連通し、スラリーはサイクロン１００の取入通路１１２に供給される。ここで、スラリーは半円形状の分配通路２２６に沿って流れながら、分配通路２２６の円弧形状の内壁から小さい剪断応力を受けることになる。従って、スラリーは円滑に分配通路２２６内を流れて、サイクロン１００に供給される。
【００４３】
サイクロン１００で分離された第３群粒子が排出される第３排出口２２４が、第２ブロック２２０の側面に水平方向に形成される。即ち、第３排出口２２４は、サイクロン１００の第２排出通路１２４と連通する。
【００４４】
一方、本実施形態は、４個の収容部２７９を有し、そのためサイクロン１００も４個と例示したが、サイクロン１００の数は処理しようとするスラリーの量によって変更されることができる。
【００４５】
第１排出口２１２が第１ブロック２１０の側面に水平方向に形成される。第１排出口２１２は第３排出口２２４と反対方向に位置する。サイクロン１００で分離された第１群粒子は、第１排出通路１２２を経由して第１排出口２１２を通って排出される。
【００４６】
図５を参照すると、第２排出口２４２が第４ブロック２４０の底面から上に向かって形成される。第２排出口２４２は第４収容溝２４９と連通する。従って、第２排出口２４２はサイクロン１００の下端と連通し、第２群粒子が第２排出口２４２を通じて排出される。
【００４７】
ここで、本実施形態では、ハウジングが４個のブロック２１０、２２０、２３０、２４０から構成されると例示しているが、第３ブロック２３０は必ずしも必要な構成要素ではない。即ち、第３ブロック２３０はサイクロン１００の長さによって選択的に付加されることができる。
【００４８】
スラリー供給システム
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。
【００４９】
図６を参照すると、本発明によるスラリー供給システム３００は、予備スラリーが貯蔵された２個のスラリードラム３１０、３１２、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４００、及び再生ユニット４００で再生された再生スラリーに脱イオン水を混合して、研磨工程に使用可能な濃度を有する最終スラリーを製造する混合ユニット５００を含む。
【００５０】
本実施形態は、２個のスラリードラム３１０、３１２から構成される。一方のスラリードラム３１０内の予備スラリーが再生ユニット４００に全部供給されると、予備スラリーの供給が中断されないように、他のスラリードラム３１２内の予備スラリーが再生ユニット４００に継続して供給されるようにする。空いているスラリードラム３１０は、新しい予備スラリーで満たされる。しかし、スラリードラムは必ずしも２個である必要はないということは当業者に自明である。
【００５１】
スラリードラム３１０、３１２内の予備スラリーは、ポンプ３２０によって再生ユニット４００に供給される。ポンプ３２０は、ベローズ・ポンプでも良い。ここで、予備スラリーは巨大粒子を含むことができるが、このような巨大粒子まで再生ユニット４００で再生すると、再生効率が低くなる。
【００５２】
これを防止するために、第１フィルタ３３０が予備スラリー内の巨大粒子を予め除去する。第１フィルタ３３０は格子構造を有して、格子間のサイズより大きいサイズを有する巨大粒子を通過させない。
【００５３】
再生ユニット４００は、第１フィルタ３３０を通過した予備スラリーが貯蔵される予備スラリータンク４１０、予備スラリー内の粒子を比重別に分離するスラリー分離装置２００、及び一番比重が大きい第２群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置４３０を含む。一方、ポンプ４２０がスラリー分離装置２００に高圧を提供して、スラリーに遠心力を付与する。スラリー分離装置２００は、図２〜図５を参照して詳細に説明したので、同じ部材には同じ参照番号を付与し、その重複説明は省略する。
【００５４】
再生ユニット４００は、予備スラリーライン４４０を通って予備スラリータンク４１０と連結される。ポンプ４２０は、予備スラリーライン４４０上に設けられる。スラリー分離装置２００で分離された第２群粒子は、第１回収ライン４４２を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。又、第３群粒子は第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。超音波粉砕装置４３０は第１回収ライン４４２上に設けられ、第２群粒子を超音波で粉砕する。
【００５５】
図７を参照すると、予備スラリータンク４１０は、高さＨと幅Ｗを有する円筒型構造である。特に、予備スラリー内の水分が蒸発することを抑制し、又、比重が大きい粒子が沈降して予備スラリータンク４１０の底面上に堆積することを抑制するために、高さＨと幅Ｗの比率は、１：０．５〜１：０．８であることが好ましい。又、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが停滞することを抑制するために、予備スラリータンク４１０は下に湾曲した底面を有することが好ましい。特に、予備スラリータンク４１０の底面と側面間の曲率半径は５０ｍｍ程度が好ましい。
【００５６】
又、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが凝集することを抑制するために、振動子４１２が予備スラリータンク４１０の外壁に設けられる。振動子４１２は予備スラリーに５００ｋＨｚ以上の高周波を印加し、高周波によって発生した微細波長を利用して凝集した粒子を粉砕する。
【００５７】
付加的に、予備スラリーの液面を感知するために、レベルセンサ４１４を予備スラリータンク４１０の内壁に付着させることもできる。又、予備スラリータンク４１０の材質の例としてはフッ素樹脂が挙げられる。
【００５８】
図８を参照すると、超音波粉砕装置４３０は、第２群粒子を収容する超音波容器４３２、及び超音波容器４３２の底面に付着した振動子４３４を含む。振動子４３４は第２群粒子に５００ｋＨｚ以上の高周波を印加して、第２群粒子を粉砕する。特に、振動子４３２は超音波容器４３４の底面全体の面積と対応する面積を有するプレート形状である。従って、第２群粒子全体に振動子４３４から高周波を均一に印加することができるので、第２群粒子を粉砕する効率が向上する。
【００５９】
図６を更に参照すると、予備スラリーは、スラリー分離装置２００によって比重別に第１群粒子、第３群粒子、及び第２群粒子に分離される。一番小さい比重の第１群粒子は、直接混合ユニット５００に供給される。第３群粒子は、第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収された後、更にスラリー分離装置２００に供給され再度分離される。一方、一番大きい比重の第３群粒子は、超音波粉砕装置４３０によって粉砕され予備スラリータンク４１０に回収された後、更にスラリー分離装置２００に供給され再度分離される。前記のようなサイクルが反復継続され、予備スラリーは第１群粒子のみで構成されることになる。結果的に、予備スラリーは使用されない部分がなく、全体が使用される。
【００６０】
予備スラリーの量と実質的に同じ量を有する再生スラリーは、連結ライン５３０を通じて混合ユニット５００に直接供給される。即ち、本発明では、再生ユニット４００と混合ユニット５００が直接連結されており、別の運搬設備を使用して再生スラリーを混合ユニット５００に運搬する必要がない。従って、再生スラリーを運搬する途中に、再生スラリーが凝集する現象も抑制される。
【００６１】
混合ユニット５００は、連結ライン５３０を通じてスラリー分離装置２００に直接連結された混合容器５１０、及び混合容器５１０に提供される脱イオン水が貯蔵された脱イオン水容器５２０を含む。
【００６２】
図９を参照すると、混合容器５１０は脱イオン水ライン５２２を通じて脱イオン水容器５２０に連結される。混合容器５１０内で再生スラリーと脱イオン水を混合する途中に再生スラリー及びスラリーが凝集する現象を抑制するために、再生スラリー及びスラリーに高周波を印加する振動子５１４が混合容器５１０の外壁に設けられる。
【００６３】
図６を更に参照すると、混合ユニット５００で製造された最終スラリーは、スラリーライン３４４を通じて２個のスラリー容器３４０、３４２に供給される。スラリー容器３４０、３４２は、循環ライン３４６を通じて互いに連結される。従って、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーは停滞することなく、循環ライン３４６に沿って継続的に循環する。従って、最終スラリーが凝集する現象が抑制される。
【００６４】
付加的に、スラリー供給システム３００は、予備スラリー、再生スラリー、及び最終スラリーが凝集する現象をより抑制するために、予備スラリー、再生スラリー、及び最終スラリーに窒素を含む加湿ガスを供給するユニット３７０を更に含むことができる。加湿ガス供給ユニット３７０は、スラリードラム３１０、３１２、予備スラリータンク４１０、超音波容器５１０、及びスラリー容器３４０、３４２にそれぞれ連結される。特に、スラリー容器３４０、３４２に提供された加湿ガスは、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーを循環させる圧力を供給する。
【００６５】
又、スラリー供給システム３００は、洗浄ユニット３８０を更に含むことができる。洗浄ユニット３８０は、スラリー供給システム３００全体に水酸化カリウムを含む洗浄液を提供して、スラリー供給システム３００の内壁に残留する最終スラリーを除去する。
【００６６】
一方、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーは、第２フィルタ３５０を通過しながら、最終的に巨大粒子及び異物を除去する。第２フィルタ３５０を通過した最終スラリーが研磨工程に適合する濃度を有しているかを確認するために、濃度測定計３６０が最終スラリーの濃度を測定する。適合な濃度を有していると判定された最終スラリーは研磨装置６００に供給される。
【００６７】
スラリー供給方法
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。
【００６８】
図６、図１０、及び図１１を参照すると、段階ＳＴ１１で、ポンプ３２０を利用してスラリードラム３１０内の予備スラリーを第１フィルタ３３０に通過させることによって、予備スラリー内の巨大粒子を除去する。
【００６９】
段階ＳＴ１２で、巨大粒子が除去された予備スラリーを予備スラリータンク４１０に供給する。
【００７０】
段階ＳＴ１３で、振動子４１２から発生した超音波を予備スラリーに印加して、予備スラリーを１次粉砕する。予備スラリータンク４１０内の予備スラリーを継続的に粉砕するので、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが凝集する現象が抑制される。
【００７１】
段階ＳＴ１４で、１次粉砕された予備スラリーをスラリー分離装置２００に供給する。
【００７２】
段階ＳＴ１５で、ポンプ４２０から提供された高圧によって予備スラリーはスラリー分離装置２００内で一番比重が小さい第１群粒子、第１群粒子より比重が大きい第３群粒子、及び一番比重が大きい第２群粒子に分離される。
【００７３】
段階ＳＴ１６で、第３群粒子は第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。
【００７４】
段階ＳＴ１７で、第２群粒子は第１回収ライン４４２を通じて超音波粉砕装置４３０に導入される。超音波粉砕装置４３０は、振動子４３４を利用して第２群粒子に超音波を印加して、第２群粒子を２次粉砕する。２次粉砕された第２群粒子は、第１回収ライン４４２を通じて予備スラリータンク４１０に回収され、第３群粒子と混合される。
【００７５】
段階ＳＴ１８で、第２群及び第３群粒子は予備スラリータンク４１０内で３次粉砕される。
【００７６】
段階ＳＴ１９で、３次粉砕された第２群及び第３群粒子は更にスラリー分離装置２００に供給される。
【００７７】
段階ＳＴ２０で、前記段階ＳＴ１５〜ＳＴ１９を反復的に行って、第１群粒子のみで構成された再生スラリーを製造する。
【００７８】
段階ＳＴ２１で、再生スラリーを、連結ライン５３０を通じて混合ユニット５００の混合容器５１０に直接供給する。即ち、本発明では、再生ユニット４００と混合ユニット５００が連結ライン５３０を通じて直接連結されているので、再生スラリーを、別の運搬道具を使用することなく、混合ユニット５１０に直接供給することができる。従って、再生スラリーが凝集し巨大粒子が形成される現象が抑制される。
【００７９】
段階ＳＴ２２で、脱イオン水容器５２０から脱イオン水を混合容器５１２に供給して、脱イオン水と再生スラリーを混合することによって、研磨工程に使用される濃度を有する最終スラリーを製造する。
【００８０】
段階ＳＴ２３で、脱イオン水と再生スラリーを混合しながら、超音波を最終スラリーに印加して最終スラリーを４次粉砕する。脱イオン水と再生スラリーを混合する途中にも製造される最終スラリーを粉砕するので、最終スラリー内に巨大粒子が形成されることがより抑制される。
【００８１】
段階ＳＴ２４で、最終スラリーをスラリー容器３４０、３４２に供給する。
【００８２】
段階ＳＴ２５で、最終スラリーをスラリー容器３４０、３４３の間で循環ライン３４６を通じて継続的に循環させる。このように、最終スラリーは停滞せず、継続的に流動する状態になるので、スラリー容器３４０、３４２内で最終スラリーが凝集する現象を防止することができる。
【００８３】
段階ＳＴ２６で、最終スラリーを第２フィルタ３５０に通過させて、最終スラリー内の巨大粒子及び異物等を除去する。
【００８４】
段階ＳＴ２７で、最終スラリーが研磨工程に使用されることができる濃度を有するか否かを確認するために、濃度測定計３６０で最終スラリーの濃度を測定する。
【００８５】
段階ＳＴ２８で、適合な濃度を有すると判定された最終スラリーを研磨装置６００に供給する。
【００８６】
一方、段階ＳＴ２９で、前記段階ＳＴ１１〜ＳＴ２８を行いながら、加湿ガス供給ユニット３７０からスラリードラム３１０、３１２、再生ユニット４００、及び混合ユニット５００に加湿窒素を継続的に供給して、外部との熱交換によるスラリーの凝縮を防止する。
【００８７】
又、段階ＳＴ３０で、最終スラリーを研磨装置６００に供給した後、水酸化カリウムを含む洗浄液をスラリー供給システム３００全体に供給して、スラリー供給システムを洗浄する。
【００８８】
サイクロンの製作
（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。
【００８９】
サイクロンのスラリー分離効率実験
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。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１において、「排出」は一番小さい比重を有する第１群粒子がサイクロンの第１排出通路から排出された個数を表す。従って、排出される粒子の数が少ないほど、サイクロンの分離効率が高くなることを示す。一方、スラリーから除去しようとする第２群粒子はほぼ５μｍ以上の直径を有する。従って、表１で５．２３μｍの粒子に対する分離効率がサイクロンの性能を決定する。
【００９２】
表１と図１２に示すように、５．２３μｍの粒子に対する比較例１〜比較例４のサイクロンの分離効率は、ほぼ８０％以下であることと示される。反面、実験例によるサイクロンの分離効率は、大部分が８５％以上であることと示される。このように、図１に対応する実験例によるサイクロンが比較例１〜比較例４のサイクロンに対してスラリー内の巨大粒子を分離する効率に優れることがわかる。
【００９３】
水酸化カリウムに対するサイクロンの耐性実験
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。
【００９４】
図１３はアルミニウム酸化物材質のサイクロンの内壁を撮影した写真であり、図１４はシリコンカーバイド材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【００９５】
図１３に示すように、アルミニウム酸化物の成分は、水酸化カリウムのアルカリ成分によって切断された組織状態を有する。切断された組織を有するアルミニウム酸化物は、スラリーを分離する工程中にスラリーと混合され、スラリーの品質を低下させる。
【００９６】
反面、図１４に示すように、シリコンカーバイドは水酸化カリウムのアルカリ成分に殆ど影響を受けないので、堅固に結合された本来の組織状態を有する。従って、スラリーは最初の品質を有する状態をそのまま維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
前述したように本発明によると、サイクロンの円筒型通路と円錐型通路の長さが最適の条件に設定されることによって、サイクロンは向上したスラリー分離効率を有することになる。
【００９８】
又、分離装置が円弧形状の取入通路を有することによって、スラリーに印加される剪断応力が大幅に減少する。
【００９９】
特に、スラリーを再生する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が一つのシステムで行われるので、システムの構造が簡単になる。特に、分離されたスラリーを混合ユニットに運搬する必要がないので、運搬途中にスラリー内に巨大粒子が形成されることも防止される。
【０１００】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明によるサイクロンを示す断面図である。
【図２】本発明によるスラリー分離装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２に図示されたスラリー分離装置を示す結合斜視図である。
【図４】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る。
【図５】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】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る。
【図７】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る。
【図８】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る。
【図９】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】図６のシステムを利用してスラリーを供給する方法を順次に示す流れ図である。
【図１１】図６のシステムを利用してスラリーを供給する方法を順次に示す流れ図である。
【図１２】表１に記載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。
【図１３】アルミニウム酸化物材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【図１４】シリコンカーバイド材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【符号の説明】
【０１０２】
１００ サイクロン、
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。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイクロン、これを有するスラリー分離装置、その装置を利用したスラリー供給システム、及び方法に関し、より詳細には、スラリーを旋回させるサイクロン、このサイクロンを利用してスラリーをサイズ別に分離する装置、この装置を利用して分離されたスラリーを研磨装置に供給するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高性能化、高集積化によって、多層配線構造が必須的に要求されている。多層配線構造は、導電膜や絶縁膜の形成工程及びエッチング工程を多数回進行して形成される。特に、下部膜上に上部膜を均一な厚さに形成するために、下部膜の表面を平坦化させる工程を行う。このような平坦化の形態は、局部的平坦化と広域平坦化に区分されることができる。
【０００３】
平坦化を実現するための工程としては、例えば、エッチバック、リフロー、化学機械的研磨（ＣＭＰ）等の工程がある。広域平坦化及び高集積回路に適用される方法としては、ＣＭＰ工程が一番広く使用されている。これは、広域平坦化がＣＭＰ工程によってのみ可能であるのみならず、平坦性の達成度ではＣＭＰ工程が一番優れるためである。
【０００４】
ＣＭＰ工程とは、１９８０年代後半、米国ＩＭＢ社で開発された工程である。ＣＭＰ工程によると、研磨ヘッドに平坦化対象物である半導体基板を装着させる。半導体基板と研磨パッドとの間に脱イオン水と研磨粒子、添加剤等を含むスラリーを提供しながら、半導体基板を研磨パッドと接触させた状態で半導体基板と研磨パッドを互いに反対方向に回転させることで、半導体基板の表面を研磨する。即ち、スラリーに含まれた研磨粒子及び研磨パッドの表面突起を半導体基板の表面と機械的に摩擦させて半導体基板の表面を機械的に研磨する同時に、スラリーに含まれた化学的成分と半導体基板の表面を化学的に反応させて半導体基板の表面を化学的にも研磨することになる。
【０００５】
ＣＭＰ工程の研磨効率は、ＣＭＰ装備、スラリー、研磨パッドの種類等によって決定される。特に、スラリーは、研磨効率に重要な影響を及ぼす。
【０００６】
一方、スラリーは長時間放置しておくと、スラリー内の分散された粒子が粒子間凝集メカニズムによって変形力を受けて、スラリーの界面電位が変化される。これによって、親水性のシラノールグループ同士に反応して、水が生成される。結果的に、疎水性のシロキサングループ同士に連結され、持続的に巨大粒子が形成される。スラリー内の巨大粒子はＣＭＰ工程の重要不良要因として作用する。
【０００７】
このような問題点を解消するために、従来は巨大粒子を沈殿させて、巨大粒子を使用することなく、残りのスラリーのみをＣＭＰ装置に供給し使用した。これによって、高価なスラリー全体を使用することができず、一定量の沈殿した巨大粒子を常に廃棄処理することで、半導体装置の製造原価を上昇させる要因として作用することになる。
【０００８】
一方、巨大粒子が除去されたスラリーをＣＭＰ装置に供給するための従来のシステムは、再生ユニットと混合ユニットとを含む。巨大粒子が除去されたスラリーをＣＭＰ工程に使用されることができるサイズに再生するために、スラリー内の粒子を再生ユニットの分離装置を利用してサイズ別に分離する。設定されたサイズ以上の粒子は超音波粉砕装置で粉砕した後、更に分離装置によって再度分離される。このような分離工程を経たスラリーがＣＭＰ工程に使用されることができる濃度を有するようにするために、混合ユニットで分離されたスラリーに脱イオン水を混合する。前記のような工程を通じて適正濃度を有するスラリーをＣＭＰ装置に供給することになる。
【０００９】
従来の分離装置は、スラリー内の粒子を比重差によって分離するサイクロンと、サイクロンを収容するハウジングを含む。サイクロンは、スラリーが投入される取入通路、スラリーが旋回運動を起こす空間を提供する円筒型通路と円錐型通路が形成される。スラリーにより強い遠心力を付与するためには、取入通路、円筒型通路、及び円錐型通路間の相対的な長さ比率が最適の条件に設定されなければならない。しかし、従来は最適の長さ比率を提示することができなくて、スラリー分離効率が相当に低いという問題があった。
【００１０】
又、従来のハウジングは、サイクロンの取入通路に連絡した取入口を有する。取入口を通じてサイクロンに提供されるスラリーに印加される剪断応力が小さいと、スラリーの流れが円滑になって、分離効率が向上する。しかし、従来の取入口はスラリーに非常に大きい剪断応力を印加する形状を有するという問題もある。
【００１１】
特に、従来のスラリー供給システムは、分離ユニットと混合ユニットが別に分離された構成となっている。従って、分離ユニットで分離されたスラリーを容器に貯蔵して、この容器を混合ユニットに運搬して、スラリーに脱イオン水を混合する工程を実施した。これによって、従来のスラリー供給システムは、非常に複雑な構造を有する。特に、スラリーを運搬する途中に、前述された凝集メカニズムが発生する可能性が非常に高いため、ＣＭＰ工程に致命的な悪影響を及ぼす巨大粒子がスラリー内に発生する場合が多かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、改善された分離効率を有するサイクロンを提供する。
【００１３】
又、本発明は、前記サイクロンを有しながら、スラリーに印加される剪断応力を減少させることができるスラリー分離装置を提供する。
【００１４】
又、本発明は、スラリーを分離する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が統合されたスラリー供給システムを提供する。
【００１５】
又、本発明は、前記スラリー供給システムを利用してスラリーをＣＭＰ装置に供給する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の一実施形態によるサイクロンは、本体及び旋回流出口部材を含む。本体は、流体が投入される取入通路、取入通路に連通し流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、及び円筒型通路の下端に連結された上端と前記第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開放された下端を有する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は、円筒型通路の上端に挿入される。円筒型通路から旋回上昇する第１群粒子が排出される第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。円筒型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の０．５〜２倍で、円錐型通路の鉛直方向の長さは円筒型通路の直径の５〜９倍である。
【００１７】
本発明の他の実施形態によるスラリー分離装置は、ハウジング及びサイクロンを含む。ハウジングは、スラリーが投入される取入口、取入口に連通する円弧形状の分配通路、分配通路に連通する上端を有する収容部、スラリー内の第１群粒子が排出される第１排出口、及び収容部の下端に連通第１群粒子よりも大きい比重を有するスラリー内の第２群粒子が排出される第２排出口を有する。サイクロンは、本体及び旋回流出口部材を含む。本体は、分配通路に連通する取入通路、取入通路と第１排出口との間を連絡する円筒型通路、及び円筒型通路と第２排出口との間を連絡する円錐型通路を有する。旋回流出口部材は、円筒型通路に挿入される。円筒型通路と第１排出口との間を連通する第１排出通路が旋回流出口部材内に鉛直方向に形成される。
【００１８】
本発明の更に他の実施形態によるスラリー供給システムは、予備スラリーが貯蔵されたスラリードラム、再生ユニット、及び混合ユニットを含む。再生ユニットは、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。混合ユニットは、再生ユニットで再生された再生スラリーの供給を直接受け、再生スラリーに脱イオン水を混合して研磨工程に使用されることができる濃度を有する最終スラリーを製造する。
【００１９】
本発明の一実施形態によると、再生ユニットはスラリードラムから予備スラリーの供給を受ける予備スラリータンク、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予備スラリーを第１群粒子及び第１群粒子よりも大きいサイズの第２群粒子に分離するスラリー分離装置、及び第１回収ラインに配置され第１回収ラインを通じて予備スラリータンクに回収される第２群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置を含む。
【００２０】
本発明の他の実施形態によると、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、及び脱イオン水タンクと再生ユニットにそれぞれ連結され再生スラリーを脱イオン水と混合する混合容器を含む。
【００２１】
本発明の更に他の実施形態によるスラリー供給方法によると、予備スラリーは１次粉砕される。１次粉砕された予備スラリー内の粒子は、第１群粒子と、第１群粒子よりも大きい第２群粒子に分離される。その後、第２群粒子は２次粉砕される。１次粉砕された第１群粒子と２次粉砕された第２群粒子に脱イオン水を混合して、最終スラリーが製造される。最終スラリーは研磨対象物に供給される。
【００２２】
前述した本発明によると、サイクロンの通路間の比率が最適の条件で設定されることによって、スラリー分離効率が大幅に向上する。又、分離装置が円弧形状の取入通路を有することによって、スラリーに印加される剪断応力が大幅に減少する。又、スラリーを再生する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が一つのシステムで行われるので、システムの構造が簡単になる。特に、分離されたスラリーを混合ユニットに運搬する必要がないので、運搬中にスラリー内に巨大粒子が形成されることも防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２４】
サイクロン
図１は、本発明によるサイクロンを示す断面図である。
【００２５】
図１を参照すると、本発明によるサイクロン１００は、本体１１０及び旋回流出口部材１２０を含む。
【００２６】
本体１１０は、スラリーのような流体が取り入れられる取入通路１１２、取入通路１１２に連通する円筒型通路１１４、及び円筒型通路１１４に連通する円錐型通路１１６を有する。一方、本体１１０はシリコンカーバイド材質でも良い。
【００２７】
取入通路１１２は、本体１１０の側壁上部に水平方向に形成される。取入通路１１２の直径が小さいほど、スラリーの分離効率が向上する。又、取入通路１１２を通過するスラリーの速度が大きいほど、スラリーの分離効率がより向上する。
【００２８】
円筒型通路１１４は、本体１１０内に鉛直方向に形成される。円筒型通路１１４は、取入通路１１２に連通する上端と、上端と実質的に同じ径の下端を有する。円筒型通路１１４は、直径Ｄ１を有する。取入通路１１２の直径は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の１／４〜１／３倍である。
【００２９】
円錐型通路１１６は、円筒型通路１１４の下端に連結された上端と、開放された下端を有する。特に、円錐型通路１１６は、上端から下端に行くほど、漸次的に直径が減少する形状を有する。円錐型通路１１６の傾斜する内壁は、鉛直方向に対して１０°〜３０°の傾斜角を有する。
【００３０】
取入通路１１２を通じて流入されたスラリーは、外部から供給される高圧によって円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回させられ、それによってスラリー内の粒子が比重別に分離される。従って、最も小さい比重を有するスラリー内の第１群粒子は、円筒型通路１１４の上端領域に分布し、反面、最も大きい比重を有するスラリー内の第２群粒子は円錐型通路１１６の下端領域に分布する。
【００３１】
ここで、スラリーが円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回する数が増加するほど、スラリー内の粒子がより厳密に分離されることができる。スラリーの旋回する数は、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２に比例するので、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の鉛直方向の長さＬ１及びＬ２は大きい方が好ましい。
【００３２】
特に、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１と密接な関連がある。たとえ、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２が大きくても、円筒型通路１１４の直径Ｄ１も大きければ、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の内部空間が非常に大きい体積を有することになる。非常に大きい空間では、スラリーが旋回する数が減少することになる。従って、スラリー分離効率を向上させるために、円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さＬ１及びＬ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１によって決定される。又、スラリー内の粒子間の比重差が小さいほど、円筒型通路１１４の長さＬ１に対する円錐型通路１１６の長さＬ２の比率を大きくすることによってスラリー分離効率をより向上させることができる。一方、円錐型通路１１６の下端直径Ｄ２は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の１／１０〜１／６倍であることが好ましい。
【００３３】
本発明では、円筒型通路１１４の長さＬ１を円筒型通路１１４の直径Ｄの０．５〜２倍に設定する。又、円錐型通路１１６の長さＬ２を円筒型通路１１４の直径Ｄの５〜９倍に設定する。このような円筒型通路１１４と円錐型通路１１６の長さの限定による効果は、後述される実験形態を通じて証明される。
【００３４】
旋回流出口部材１２０は本体１１０の上端に挿入され、円筒型通路１１４内に進入させられる。第１群粒子が排出される第１排出通路１２２が、旋回流出口部材１２０内に鉛直方向に形成される。特に、旋回する第１群粒子が取入通路１１２を通じて排出されないように、第１排出通路１２２の下端は、取入通路１１２より下に位置する。
【００３５】
ここで、第１排出通路１２２の長さ、特に、円筒型通路１１４の上端から第１排出通路１２２の下端までの長さＬ３も、円筒型通路１１４の直径Ｄ１に応じて決定されることがスラリー分離効率向上のために好ましい。前記長さＬ３は、円筒型通路１１４の直径Ｄ１の０．６〜１．２倍程度が好ましい。又、旋回流出口部材１２０の直径は、円筒型通路１１２の直径Ｄ１の１／６〜１／３倍である。
【００３６】
さらに、旋回流出口部材１２０は、第１群粒子よりは大きく、第２群粒子よりは小さい比重を有する第３群粒子の排出のための第２排出通路１２４を有することが好ましい。第２排出通路１２４は、第１排出通路１２２に水平方向に連通する。
【００３７】
取入通路１１２を通じてサイクロン１００内に投入されたスラリーは、外部から供給される高圧によって円筒型通路１１４と円錐型通路１１６内で旋回運動を起こすことになる。これによって、スラリー内の粒子は、比重差によって上から下に第１群粒子、第３群粒子、及び第２群粒子に分離される。最も小さい比重の第１群粒子は第１排出通路１２２を通じて排出され、第３群粒子は第２排出通路１２４を通って排出され、最も大きい比重の第２群粒子は円錐型通路１１６の下端を通って排出される。
【００３８】
スラリー分離装置
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。
【００３９】
図２及び図３を参照すると、本発明によるスラリー分離装置２００は、ハウジング、及びハウジング内に収容された少なくとも一つのサイクロン１００を含む。サイクロン１００は、図１に図示したサイクロンと実質的に同じ構成を有するので、ここでは重複する説明は省略して、同じ部材には同じ参照符号を与する。
【００４０】
ハウジングは、第１ブロック２１０、第２ブロック２２０、第３ブロック２３０、及び第４ブロック２４０を含む。第２ブロック２２０は第１ブロック２１０の底面に結合され、第３ブロック２３０は第２ブロック２２０の底面に結合され、第４ブロック２４０は第３ブロック２３０の底面に結合される。第１〜第４ブロック２１０、２２０、２３０、２４０間の結合力の強化のために、各ブロック２１０、２２０、２３０、２４０間には第１〜第３支持板２６１、２６２、２６３が介在させられる。又、カバー２５０がＯ−リング２５２を介して第１ブロック２１０の上面に結合される。ここで、本実施形態では、マルチブロック型構造のハウジングを例示しているが、ハウジングは単一ブロック型構造を有することもできる。
【００４１】
第１収容溝（図示せず）が第１ブロック２１０の底面から上に向かって形成される。第２収容溝２２９が第２ブロック２００に鉛直方向に貫通形成される。第３収容溝２３９が第３ブロック２３０に鉛直方向に貫通形成される。第４収容溝２４９が第４ブロック２４０の上面から下に向かって形成される。第１〜第４収容溝２２９、２３９、２４９は互いに連通し、サイクロン１００を収容する一つの収容部２７９（図５参照）を形成する。第１〜第３支持板２６１、２６２、２６３にも第１〜第４収容溝２２９、２３９、２４９と連通する孔が形成される。
【００４２】
スラリーが投入される取入口２２２が、第２ブロック２２０の側面に水平方向に形成される。図４に示すように、取入口２２２に連通する円弧形状の分配通路２２６が第２ブロック２２０の上面に形成される。本実施形態では、分配通路２２６は半円形状を有する。４個の分岐通路２２８が分配通路２２６から第２ブロック２２０の中心に向かって半径方向に形成される。各分岐通路２２８は収容部２７９と連通し、スラリーはサイクロン１００の取入通路１１２に供給される。ここで、スラリーは半円形状の分配通路２２６に沿って流れながら、分配通路２２６の円弧形状の内壁から小さい剪断応力を受けることになる。従って、スラリーは円滑に分配通路２２６内を流れて、サイクロン１００に供給される。
【００４３】
サイクロン１００で分離された第３群粒子が排出される第３排出口２２４が、第２ブロック２２０の側面に水平方向に形成される。即ち、第３排出口２２４は、サイクロン１００の第２排出通路１２４と連通する。
【００４４】
一方、本実施形態は、４個の収容部２７９を有し、そのためサイクロン１００も４個と例示したが、サイクロン１００の数は処理しようとするスラリーの量によって変更されることができる。
【００４５】
第１排出口２１２が第１ブロック２１０の側面に水平方向に形成される。第１排出口２１２は第３排出口２２４と反対方向に位置する。サイクロン１００で分離された第１群粒子は、第１排出通路１２２を経由して第１排出口２１２を通って排出される。
【００４６】
図５を参照すると、第２排出口２４２が第４ブロック２４０の底面から上に向かって形成される。第２排出口２４２は第４収容溝２４９と連通する。従って、第２排出口２４２はサイクロン１００の下端と連通し、第２群粒子が第２排出口２４２を通じて排出される。
【００４７】
ここで、本実施形態では、ハウジングが４個のブロック２１０、２２０、２３０、２４０から構成されると例示しているが、第３ブロック２３０は必ずしも必要な構成要素ではない。即ち、第３ブロック２３０はサイクロン１００の長さによって選択的に付加されることができる。
【００４８】
スラリー供給システム
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。
【００４９】
図６を参照すると、本発明によるスラリー供給システム３００は、予備スラリーが貯蔵された２個のスラリードラム３１０、３１２、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４００、及び再生ユニット４００で再生された再生スラリーに脱イオン水を混合して、研磨工程に使用可能な濃度を有する最終スラリーを製造する混合ユニット５００を含む。
【００５０】
本実施形態は、２個のスラリードラム３１０、３１２から構成される。一方のスラリードラム３１０内の予備スラリーが再生ユニット４００に全部供給されると、予備スラリーの供給が中断されないように、他のスラリードラム３１２内の予備スラリーが再生ユニット４００に継続して供給されるようにする。空いているスラリードラム３１０は、新しい予備スラリーで満たされる。しかし、スラリードラムは必ずしも２個である必要はないということは当業者に自明である。
【００５１】
スラリードラム３１０、３１２内の予備スラリーは、ポンプ３２０によって再生ユニット４００に供給される。ポンプ３２０は、ベローズ・ポンプでも良い。ここで、予備スラリーは巨大粒子を含むことができるが、このような巨大粒子まで再生ユニット４００で再生すると、再生効率が低くなる。
【００５２】
これを防止するために、第１フィルタ３３０が予備スラリー内の巨大粒子を予め除去する。第１フィルタ３３０は格子構造を有して、格子間のサイズより大きいサイズを有する巨大粒子を通過させない。
【００５３】
再生ユニット４００は、第１フィルタ３３０を通過した予備スラリーが貯蔵される予備スラリータンク４１０、予備スラリー内の粒子を比重別に分離するスラリー分離装置２００、及び一番比重が大きい第２群粒子を超音波で粉砕する超音波粉砕装置４３０を含む。一方、ポンプ４２０がスラリー分離装置２００に高圧を提供して、スラリーに遠心力を付与する。スラリー分離装置２００は、図２〜図５を参照して詳細に説明したので、同じ部材には同じ参照番号を付与し、その重複説明は省略する。
【００５４】
再生ユニット４００は、予備スラリーライン４４０を通って予備スラリータンク４１０と連結される。ポンプ４２０は、予備スラリーライン４４０上に設けられる。スラリー分離装置２００で分離された第２群粒子は、第１回収ライン４４２を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。又、第３群粒子は第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。超音波粉砕装置４３０は第１回収ライン４４２上に設けられ、第２群粒子を超音波で粉砕する。
【００５５】
図７を参照すると、予備スラリータンク４１０は、高さＨと幅Ｗを有する円筒型構造である。特に、予備スラリー内の水分が蒸発することを抑制し、又、比重が大きい粒子が沈降して予備スラリータンク４１０の底面上に堆積することを抑制するために、高さＨと幅Ｗの比率は、１：０．５〜１：０．８であることが好ましい。又、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが停滞することを抑制するために、予備スラリータンク４１０は下に湾曲した底面を有することが好ましい。特に、予備スラリータンク４１０の底面と側面間の曲率半径は５０ｍｍ程度が好ましい。
【００５６】
又、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが凝集することを抑制するために、振動子４１２が予備スラリータンク４１０の外壁に設けられる。振動子４１２は予備スラリーに５００ｋＨｚ以上の高周波を印加し、高周波によって発生した微細波長を利用して凝集した粒子を粉砕する。
【００５７】
付加的に、予備スラリーの液面を感知するために、レベルセンサ４１４を予備スラリータンク４１０の内壁に付着させることもできる。又、予備スラリータンク４１０の材質の例としてはフッ素樹脂が挙げられる。
【００５８】
図８を参照すると、超音波粉砕装置４３０は、第２群粒子を収容する超音波容器４３２、及び超音波容器４３２の底面に付着した振動子４３４を含む。振動子４３４は第２群粒子に５００ｋＨｚ以上の高周波を印加して、第２群粒子を粉砕する。特に、振動子４３２は超音波容器４３４の底面全体の面積と対応する面積を有するプレート形状である。従って、第２群粒子全体に振動子４３４から高周波を均一に印加することができるので、第２群粒子を粉砕する効率が向上する。
【００５９】
図６を更に参照すると、予備スラリーは、スラリー分離装置２００によって比重別に第１群粒子、第３群粒子、及び第２群粒子に分離される。一番小さい比重の第１群粒子は、直接混合ユニット５００に供給される。第３群粒子は、第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収された後、更にスラリー分離装置２００に供給され再度分離される。一方、一番大きい比重の第３群粒子は、超音波粉砕装置４３０によって粉砕され予備スラリータンク４１０に回収された後、更にスラリー分離装置２００に供給され再度分離される。前記のようなサイクルが反復継続され、予備スラリーは第１群粒子のみで構成されることになる。結果的に、予備スラリーは使用されない部分がなく、全体が使用される。
【００６０】
予備スラリーの量と実質的に同じ量を有する再生スラリーは、連結ライン５３０を通じて混合ユニット５００に直接供給される。即ち、本発明では、再生ユニット４００と混合ユニット５００が直接連結されており、別の運搬設備を使用して再生スラリーを混合ユニット５００に運搬する必要がない。従って、再生スラリーを運搬する途中に、再生スラリーが凝集する現象も抑制される。
【００６１】
混合ユニット５００は、連結ライン５３０を通じてスラリー分離装置２００に直接連結された混合容器５１０、及び混合容器５１０に提供される脱イオン水が貯蔵された脱イオン水容器５２０を含む。
【００６２】
図９を参照すると、混合容器５１０は脱イオン水ライン５２２を通じて脱イオン水容器５２０に連結される。混合容器５１０内で再生スラリーと脱イオン水を混合する途中に再生スラリー及びスラリーが凝集する現象を抑制するために、再生スラリー及びスラリーに高周波を印加する振動子５１４が混合容器５１０の外壁に設けられる。
【００６３】
図６を更に参照すると、混合ユニット５００で製造された最終スラリーは、スラリーライン３４４を通じて２個のスラリー容器３４０、３４２に供給される。スラリー容器３４０、３４２は、循環ライン３４６を通じて互いに連結される。従って、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーは停滞することなく、循環ライン３４６に沿って継続的に循環する。従って、最終スラリーが凝集する現象が抑制される。
【００６４】
付加的に、スラリー供給システム３００は、予備スラリー、再生スラリー、及び最終スラリーが凝集する現象をより抑制するために、予備スラリー、再生スラリー、及び最終スラリーに窒素を含む加湿ガスを供給するユニット３７０を更に含むことができる。加湿ガス供給ユニット３７０は、スラリードラム３１０、３１２、予備スラリータンク４１０、超音波容器５１０、及びスラリー容器３４０、３４２にそれぞれ連結される。特に、スラリー容器３４０、３４２に提供された加湿ガスは、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーを循環させる圧力を供給する。
【００６５】
又、スラリー供給システム３００は、洗浄ユニット３８０を更に含むことができる。洗浄ユニット３８０は、スラリー供給システム３００全体に水酸化カリウムを含む洗浄液を提供して、スラリー供給システム３００の内壁に残留する最終スラリーを除去する。
【００６６】
一方、スラリー容器３４０、３４２内の最終スラリーは、第２フィルタ３５０を通過しながら、最終的に巨大粒子及び異物を除去する。第２フィルタ３５０を通過した最終スラリーが研磨工程に適合する濃度を有しているかを確認するために、濃度測定計３６０が最終スラリーの濃度を測定する。適合な濃度を有していると判定された最終スラリーは研磨装置６００に供給される。
【００６７】
スラリー供給方法
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。
【００６８】
図６、図１０、及び図１１を参照すると、段階ＳＴ１１で、ポンプ３２０を利用してスラリードラム３１０内の予備スラリーを第１フィルタ３３０に通過させることによって、予備スラリー内の巨大粒子を除去する。
【００６９】
段階ＳＴ１２で、巨大粒子が除去された予備スラリーを予備スラリータンク４１０に供給する。
【００７０】
段階ＳＴ１３で、振動子４１２から発生した超音波を予備スラリーに印加して、予備スラリーを１次粉砕する。予備スラリータンク４１０内の予備スラリーを継続的に粉砕するので、予備スラリータンク４１０内で予備スラリーが凝集する現象が抑制される。
【００７１】
段階ＳＴ１４で、１次粉砕された予備スラリーをスラリー分離装置２００に供給する。
【００７２】
段階ＳＴ１５で、ポンプ４２０から提供された高圧によって予備スラリーはスラリー分離装置２００内で一番比重が小さい第１群粒子、第１群粒子より比重が大きい第３群粒子、及び一番比重が大きい第２群粒子に分離される。
【００７３】
段階ＳＴ１６で、第３群粒子は第２回収ライン４４４を通じて予備スラリータンク４１０に回収される。
【００７４】
段階ＳＴ１７で、第２群粒子は第１回収ライン４４２を通じて超音波粉砕装置４３０に導入される。超音波粉砕装置４３０は、振動子４３４を利用して第２群粒子に超音波を印加して、第２群粒子を２次粉砕する。２次粉砕された第２群粒子は、第１回収ライン４４２を通じて予備スラリータンク４１０に回収され、第３群粒子と混合される。
【００７５】
段階ＳＴ１８で、第２群及び第３群粒子は予備スラリータンク４１０内で３次粉砕される。
【００７６】
段階ＳＴ１９で、３次粉砕された第２群及び第３群粒子は更にスラリー分離装置２００に供給される。
【００７７】
段階ＳＴ２０で、前記段階ＳＴ１５〜ＳＴ１９を反復的に行って、第１群粒子のみで構成された再生スラリーを製造する。
【００７８】
段階ＳＴ２１で、再生スラリーを、連結ライン５３０を通じて混合ユニット５００の混合容器５１０に直接供給する。即ち、本発明では、再生ユニット４００と混合ユニット５００が連結ライン５３０を通じて直接連結されているので、再生スラリーを、別の運搬道具を使用することなく、混合ユニット５１０に直接供給することができる。従って、再生スラリーが凝集し巨大粒子が形成される現象が抑制される。
【００７９】
段階ＳＴ２２で、脱イオン水容器５２０から脱イオン水を混合容器５１２に供給して、脱イオン水と再生スラリーを混合することによって、研磨工程に使用される濃度を有する最終スラリーを製造する。
【００８０】
段階ＳＴ２３で、脱イオン水と再生スラリーを混合しながら、超音波を最終スラリーに印加して最終スラリーを４次粉砕する。脱イオン水と再生スラリーを混合する途中にも製造される最終スラリーを粉砕するので、最終スラリー内に巨大粒子が形成されることがより抑制される。
【００８１】
段階ＳＴ２４で、最終スラリーをスラリー容器３４０、３４２に供給する。
【００８２】
段階ＳＴ２５で、最終スラリーをスラリー容器３４０、３４３の間で循環ライン３４６を通じて継続的に循環させる。このように、最終スラリーは停滞せず、継続的に流動する状態になるので、スラリー容器３４０、３４２内で最終スラリーが凝集する現象を防止することができる。
【００８３】
段階ＳＴ２６で、最終スラリーを第２フィルタ３５０に通過させて、最終スラリー内の巨大粒子及び異物等を除去する。
【００８４】
段階ＳＴ２７で、最終スラリーが研磨工程に使用されることができる濃度を有するか否かを確認するために、濃度測定計３６０で最終スラリーの濃度を測定する。
【００８５】
段階ＳＴ２８で、適合な濃度を有すると判定された最終スラリーを研磨装置６００に供給する。
【００８６】
一方、段階ＳＴ２９で、前記段階ＳＴ１１〜ＳＴ２８を行いながら、加湿ガス供給ユニット３７０からスラリードラム３１０、３１２、再生ユニット４００、及び混合ユニット５００に加湿窒素を継続的に供給して、外部との熱交換によるスラリーの凝縮を防止する。
【００８７】
又、段階ＳＴ３０で、最終スラリーを研磨装置６００に供給した後、水酸化カリウムを含む洗浄液をスラリー供給システム３００全体に供給して、スラリー供給システムを洗浄する。
【００８８】
サイクロンの製作
（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。
【００８９】
サイクロンのスラリー分離効率実験
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。
【００９０】
【表１】
【００９１】
表１において、「排出」は一番小さい比重を有する第１群粒子がサイクロンの第１排出通路から排出された個数を表す。従って、排出される粒子の数が少ないほど、サイクロンの分離効率が高くなることを示す。一方、スラリーから除去しようとする第２群粒子はほぼ５μｍ以上の直径を有する。従って、表１で５．２３μｍの粒子に対する分離効率がサイクロンの性能を決定する。
【００９２】
表１と図１２に示すように、５．２３μｍの粒子に対する比較例１〜比較例４のサイクロンの分離効率は、ほぼ８０％以下であることと示される。反面、実験例によるサイクロンの分離効率は、大部分が８５％以上であることと示される。このように、図１に対応する実験例によるサイクロンが比較例１〜比較例４のサイクロンに対してスラリー内の巨大粒子を分離する効率に優れることがわかる。
【００９３】
水酸化カリウムに対するサイクロンの耐性実験
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。
【００９４】
図１３はアルミニウム酸化物材質のサイクロンの内壁を撮影した写真であり、図１４はシリコンカーバイド材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【００９５】
図１３に示すように、アルミニウム酸化物の成分は、水酸化カリウムのアルカリ成分によって切断された組織状態を有する。切断された組織を有するアルミニウム酸化物は、スラリーを分離する工程中にスラリーと混合され、スラリーの品質を低下させる。
【００９６】
反面、図１４に示すように、シリコンカーバイドは水酸化カリウムのアルカリ成分に殆ど影響を受けないので、堅固に結合された本来の組織状態を有する。従って、スラリーは最初の品質を有する状態をそのまま維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
前述したように本発明によると、サイクロンの円筒型通路と円錐型通路の長さが最適の条件に設定されることによって、サイクロンは向上したスラリー分離効率を有することになる。
【００９８】
又、分離装置が円弧形状の取入通路を有することによって、スラリーに印加される剪断応力が大幅に減少する。
【００９９】
特に、スラリーを再生する工程とスラリーに脱イオン水を混合する工程が一つのシステムで行われるので、システムの構造が簡単になる。特に、分離されたスラリーを混合ユニットに運搬する必要がないので、運搬途中にスラリー内に巨大粒子が形成されることも防止される。
【０１００】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明によるサイクロンを示す断面図である。
【図２】本発明によるスラリー分離装置を示す分解斜視図である。
【図３】図２に図示されたスラリー分離装置を示す結合斜視図である。
【図４】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る。
【図５】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】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る。
【図７】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る。
【図８】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る。
【図９】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】図６のシステムを利用してスラリーを供給する方法を順次に示す流れ図である。
【図１１】図６のシステムを利用してスラリーを供給する方法を順次に示す流れ図である。
【図１２】表１に記載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。
【図１３】アルミニウム酸化物材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【図１４】シリコンカーバイド材質のサイクロンの内壁を撮影した写真である。
【符号の説明】
【０１０２】
１００ サイクロン、
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。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が投入される取入通路、前記取入通路に連通し前記流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、並びに前記円筒型通路の下端に連結された上端及び前記第１群粒子よりも大きい比重を有する第２群粒子が排出される開放された下端を有する円錐型通路を有する本体と、
前記円筒型通路の上端に挿入され、前記円筒型通路から旋回しながら上昇する前記第１群粒子が排出される第１排出通路が鉛直方向に形成された旋回流出口部材と、を含み、
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サイクロン。
【請求項２】
前記円筒型通路の上端と前記旋回流出口部材の下端との間の長さは、前記円筒型通路の直径の０．６〜１．２倍であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項３】
前記取入通路の直径は前記円筒型通路の直径の１／４〜１／３倍で、前記円錐型通路の下端の直径は前記円筒型通路の直径の１／１０〜１／６倍で、前記旋回流出口部材の直径は前記円筒型通路直径の１／６〜１／３倍であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項４】
前記円筒型通路の内壁に対する前記円錐型通路の傾斜角は１０°〜３０°であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項５】
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１記載のサイクロン。
【請求項６】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し 、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１記載のサイクロン。
【請求項７】
前記第２排出通路は、前記第１排出通路に水平方向に連通することを特徴とする請求項６記載のサイクロン。
【請求項８】
スラリーが投入される取入口、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する収容部、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第１群粒子よりも大きい比重を有する前記スラリー内の第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、
前記収容部内に収容され、前記スラリー内の前記粒子を比重別に分離するサイクロンと、を含むことを特徴とするスラリー分離装置。
【請求項９】
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８記載の装置。
【請求項１０】
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８記載の装置。
【請求項１１】
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ブロックを更に含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
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１０記載の装置。
【請求項１３】
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８記載の装置。
【請求項１４】
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１３記載の装置。
【請求項１５】
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１３記載の装置。
【請求項１６】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し、前記第１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１３記載の装置。
【請求項１７】
スラリー内の第１群粒子が排出される第１排出口が形成された第１ブロック、前記第１ブロックの下部に結合され前記スラリーが投入される取入口と前記取入口に連通する半円形状の分配通路が形成された第２ブロック、及び前記第２ブロックの下部に結合され前記第１群粒子よりも比重が大きい第２群粒子が排出される第２排出口が形成された第３ブロックを含み、前記第１〜第３ブロック内に前記分配通路と前記第２排出口との間を連絡する収容部が鉛直方向に形成されたハウジングと、
前記ハウジングの収容部内に収容され、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、並びに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を有するサイクロンと、を含むことを特徴とするスラリー分離装置。
【請求項１８】
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１７記載の装置。
【請求項１９】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し、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１７記載の装置。
【請求項２０】
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、を含むことを特徴とするスラリー供給システム。
【請求項２１】
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２０記載のシステム。
【請求項２２】
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２０記載のシステム。
【請求項２３】
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と、を含むことを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２４】
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２３記載のシステム。
【請求項２５】
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２３記載のシステム。
【請求項２６】
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２３記載のシステム。
【請求項２７】
前記スラリー分離装置は、
前記予備スラリーが投入される取入口、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する収容部、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第１群粒子よりも大きいサイズを有する前記予備スラリー内の第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、
前記収容部内に収容され、前記予備スラリー内の粒子をサイズ別に分離するサイクロンと、
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、を含むことを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項２８】
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２７記載のシステム。
【請求項２９】
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２３記載のシステム。
【請求項３０】
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２９記載のシステム。
【請求項３１】
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２９記載のシステム。
【請求項３２】
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２０記載のシステム。
【請求項３３】
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３２記載のシステム。
【請求項３４】
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２０記載のシステム。
【請求項３５】
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３４記載のシステム。
【請求項３６】
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２０記載のシステム。
【請求項３７】
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２０記載のシステム。
【請求項３８】
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２０記載のシステム。
【請求項３９】
前記加湿ガスは、窒素を含むことを特徴とする請求項３８記載のシステム。
【請求項４０】
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２０記載のシステム。
【請求項４１】
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４０記載のシステム。
【請求項４２】
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サイズの第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、を含むことを特徴とするスラリー供給システム。
【請求項４３】
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サイズの第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４２記載のシステム。
【請求項４４】
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４２記載のシステム。
【請求項４５】
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４２記載のシステム。
【請求項４６】
予備スラリーを１次粉砕する段階と、
前記１次粉砕された予備スラリー内の粒子を第１群粒子と、前記第１群粒子よりも大きい比重を有する第２群粒子に分離する段階と、
前記第２群粒子を２次粉砕する段階と、
前記１次粉砕された第１群粒子と前記２次粉砕された第２群粒子に脱イオン水を混合して、最終スラリーを製造する段階と、
前記最終スラリーを研磨対象物に供給する段階と、を含むことを特徴とするスラリー供給方法。
【請求項４７】
前記１次及び２次粉砕段階は、超音波を利用することを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記超音波は、５００ｋＨｚ以上の高周波であることを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記予備スラリーを１次粉砕する段階の前に、前記予備スラリー内の巨大粒子をろ過する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５０】
前記分離段階は、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第３群粒子を分離する段階を更に含み、
前記第３群粒子を前記１次粉砕する段階で粉砕させることを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５１】
前記混合段階は、前記最終スラリーを３次粉砕する段階を含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５２】
前記最終スラリーをろ過する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５３】
前記最終スラリーの濃度を測定する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５４】
前記第１排出通路の下端は、前記取入通路よりも下にあることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項１】
流体が投入される取入通路、前記取入通路に連通し前記流体内の第１群粒子が排出される上端を有する円筒型通路、並びに前記円筒型通路の下端に連結された上端及び前記第１群粒子よりも大きい比重を有する第２群粒子が排出される開放された下端を有する円錐型通路を有する本体と、
前記円筒型通路の上端に挿入され、前記円筒型通路から旋回しながら上昇する前記第１群粒子が排出される第１排出通路が鉛直方向に形成された旋回流出口部材と、を含み、
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サイクロン。
【請求項２】
前記円筒型通路の上端と前記旋回流出口部材の下端との間の長さは、前記円筒型通路の直径の０．６〜１．２倍であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項３】
前記取入通路の直径は前記円筒型通路の直径の１／４〜１／３倍で、前記円錐型通路の下端の直径は前記円筒型通路の直径の１／１０〜１／６倍で、前記旋回流出口部材の直径は前記円筒型通路直径の１／６〜１／３倍であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項４】
前記円筒型通路の内壁に対する前記円錐型通路の傾斜角は１０°〜３０°であることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【請求項５】
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１記載のサイクロン。
【請求項６】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し 、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１記載のサイクロン。
【請求項７】
前記第２排出通路は、前記第１排出通路に水平方向に連通することを特徴とする請求項６記載のサイクロン。
【請求項８】
スラリーが投入される取入口、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する収容部、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第１群粒子よりも大きい比重を有する前記スラリー内の第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、
前記収容部内に収容され、前記スラリー内の前記粒子を比重別に分離するサイクロンと、を含むことを特徴とするスラリー分離装置。
【請求項９】
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８記載の装置。
【請求項１０】
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８記載の装置。
【請求項１１】
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ブロックを更に含むことを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
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１０記載の装置。
【請求項１３】
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８記載の装置。
【請求項１４】
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１３記載の装置。
【請求項１５】
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１３記載の装置。
【請求項１６】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し、前記第１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１３記載の装置。
【請求項１７】
スラリー内の第１群粒子が排出される第１排出口が形成された第１ブロック、前記第１ブロックの下部に結合され前記スラリーが投入される取入口と前記取入口に連通する半円形状の分配通路が形成された第２ブロック、及び前記第２ブロックの下部に結合され前記第１群粒子よりも比重が大きい第２群粒子が排出される第２排出口が形成された第３ブロックを含み、前記第１〜第３ブロック内に前記分配通路と前記第２排出口との間を連絡する収容部が鉛直方向に形成されたハウジングと、
前記ハウジングの収容部内に収容され、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、並びに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を有するサイクロンと、を含むことを特徴とするスラリー分離装置。
【請求項１８】
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１７記載の装置。
【請求項１９】
前記旋回流出口部材は、前記第１排出通路に連通し、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１７記載の装置。
【請求項２０】
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、を含むことを特徴とするスラリー供給システム。
【請求項２１】
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２０記載のシステム。
【請求項２２】
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２０記載のシステム。
【請求項２３】
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と、を含むことを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２４】
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２３記載のシステム。
【請求項２５】
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２３記載のシステム。
【請求項２６】
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２３記載のシステム。
【請求項２７】
前記スラリー分離装置は、
前記予備スラリーが投入される取入口、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する収容部、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第１群粒子よりも大きいサイズを有する前記予備スラリー内の第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、
前記収容部内に収容され、前記予備スラリー内の粒子をサイズ別に分離するサイクロンと、
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、を含むことを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項２８】
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２７記載のシステム。
【請求項２９】
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２３記載のシステム。
【請求項３０】
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２９記載のシステム。
【請求項３１】
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２９記載のシステム。
【請求項３２】
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２０記載のシステム。
【請求項３３】
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３２記載のシステム。
【請求項３４】
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２０記載のシステム。
【請求項３５】
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３４記載のシステム。
【請求項３６】
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２０記載のシステム。
【請求項３７】
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２０記載のシステム。
【請求項３８】
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２０記載のシステム。
【請求項３９】
前記加湿ガスは、窒素を含むことを特徴とする請求項３８記載のシステム。
【請求項４０】
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２０記載のシステム。
【請求項４１】
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４０記載のシステム。
【請求項４２】
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サイズの第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、を含むことを特徴とするスラリー供給システム。
【請求項４３】
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サイズの第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４２記載のシステム。
【請求項４４】
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４２記載のシステム。
【請求項４５】
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４２記載のシステム。
【請求項４６】
予備スラリーを１次粉砕する段階と、
前記１次粉砕された予備スラリー内の粒子を第１群粒子と、前記第１群粒子よりも大きい比重を有する第２群粒子に分離する段階と、
前記第２群粒子を２次粉砕する段階と、
前記１次粉砕された第１群粒子と前記２次粉砕された第２群粒子に脱イオン水を混合して、最終スラリーを製造する段階と、
前記最終スラリーを研磨対象物に供給する段階と、を含むことを特徴とするスラリー供給方法。
【請求項４７】
前記１次及び２次粉砕段階は、超音波を利用することを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項４８】
前記超音波は、５００ｋＨｚ以上の高周波であることを特徴とする請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
前記予備スラリーを１次粉砕する段階の前に、前記予備スラリー内の巨大粒子をろ過する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５０】
前記分離段階は、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第３群粒子を分離する段階を更に含み、
前記第３群粒子を前記１次粉砕する段階で粉砕させることを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５１】
前記混合段階は、前記最終スラリーを３次粉砕する段階を含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５２】
前記最終スラリーをろ過する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５３】
前記最終スラリーの濃度を測定する段階を更に含むことを特徴とする請求項４６記載の方法。
【請求項５４】
前記第１排出通路の下端は、前記取入通路よりも下にあることを特徴とする請求項１記載のサイクロン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−２１２６２６（Ｐ２００６−２１２６２６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３８７６（Ｐ２００６−２３８７６）
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【出願人】（５０６０３６３８９）シーアンドジーハイテク株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月３１日（２００６．１．３１）
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【出願人】（５０６０３６３８９）シーアンドジーハイテク株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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