JP7724155B2 - 流体を再循環させる装置および方法 - Google Patents

Description

本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下に２０１８年１１月３０日出願の米国特許仮出願第６２／７７４，１５６号および２０１９年８月２８日出願の米国特許仮出願第６２／８９２，８４７号の優先権を主張し、それら仮出願はその全体が参照によって本明細書に組み込まれる。

本発明は、一般に、半導体産業において流体を再循環させる装置に関する。より具体的には、それに限らないが、本発明は、半導体のＣＭＰスラリ原料または同様な材料に使用して、供給される材料のスラリ健全性への有害な影響を最小限または無しに抑えて、短時間で高度な均一性を達成する混合を実現する装置に関する。

現在は、機械的ミキサが、５５ｇａｌ（２００Ｌ）ドラム缶に挿入され、ドラム缶内の固体および液体（ＣＭＰ研磨スラリ）の簡単な再循環を補足し均質性を維持するために使用されている。機械的ミキサの使用は、ミキサ内の粒子の剪断を生じることによって、スラリの健全性に対し有害になることがある。したがって、必要なことは、機械的ミキサの付加の廃止である。それに加えて、同ドラム缶に対するローラまたはタンブラによる予備混合の廃止、および少なくとも、ドラム缶内の材料が使用を待つ間の長時間、ローラ／タンブラによって安定した均質性を維持する機能の廃止である。

本発明の態様は、半導体産業において流体を再循環させる装置、および同装置を使用する方法を提供する。

一態様において本明細書で提供されるのは、基礎部分と、基礎部分の第１の端部に結合された入口部分と、基礎部分の第２の端部に結合されたノズル部材とを備える装置である。

別の態様では、本明細書で提供されるのは、装置を得ることを含めて、流体を再循環させる方法である。装置は、基礎部分と、入口部分と、入口部分を基礎部分に第１の端部で接続する結合部と、基礎部分に第２の端部で結合されたノズル部材とを備える。方法は、また、装置を再循環システムに結合することを含み得る。方法は、半導体スラリを再循環システムに通し貯蔵ドラム缶に入れることをさらに含み得る。

さらに別の態様では、本明細書で提供されるのは、装置を半導体再循環システムに結合することを含む、装置を使用する方法である。装置は、基礎部分と、基礎部分の第１の端部に結合された入口部分と、基礎部分の第２の端部に結合されたノズルとを備え、ノズルは螺旋溝を有する。方法は、また、スラリを、装置の基礎部分に通しノズルから貯蔵容器内に送り出すステップを含む。

本発明のこれらならびに他の目的、特徴、および利点が、添付図面と併せ、本発明の様々な態様の以下の詳細な説明によって明らかになるであろう。
本発明は、例えば、以下の項目を提供する。
（項目１）
基礎部分と、
前記基礎部分の第１の端部に結合された入口部分と、
前記基礎部分の第２の端部に結合されたノズルと
を備える装置。
（項目２）
前記基礎部分が、
第１の部分と、
前記第１の部分に結合された第２の部分であって、前記第１の部分が第２の部分に対してある角度にある、第２の部分と
を備える、項目１に記載の装置。
（項目３）
前記第２の部分に対する前記第１の部分の前記角度が、９０度～１６０度である、項目２に記載の装置。
（項目４）
前記基礎部分が、
前記第１の部分に第１の端部で、前記第２の部分に第２の端部で結合された接続部
をさらに備える、項目２に記載の装置。
（項目５）
前記基礎部分が、前記接続部において角度設定される、項目４に記載の装置。
（項目６）
前記入口部分が
第１の入口部分と、
第２の入口部分と、
第１の端部および第２の端部を有する入口接続部であって、前記第１の端部が前記第１の入口部分に受け入れられ、前記第２の端部が前記第２の入口部分に受け入れられて、前記第１の入口部分を前記第２の入口部分に結合する、入口接続部と
を備える、項目２に記載の装置。
（項目７）
前記第１の入口部分が、第１の端部から第２の端部へテーパする、項目６に記載の装置。
（項目８）
前記入口接続部が、前記第１の入口部分の外径および前記第２の入口部分の外径より小さい外径を有する、項目６に記載の装置。
（項目９）
前記ノズルが、
ノズル基礎部分と、
前記基礎部分の第１の端部にあるノズル入口と、
前記ノズル基礎部分の前記第１の端部と第２の端部との間で、前記ノズル基礎部分の外面から延出するノズル部分と
を備える、項目６に記載の装置。
（項目１０）
前記ノズル部分が、前記第２の基礎部分から先端へ延出するにつれてテーパする、項目９に記載の装置。
（項目１１）
前記ノズル部分が
前記ノズル基礎部分の近傍位置から前記ノズル部分の前記先端の近傍位置まで延在する螺旋溝
を備える、項目９に記載の装置。
（項目１２）
前記螺旋溝が、外面から前記ノズル部分を貫通して前記ノズル部分の内面まで延在する、項目１１に記載の装置。
（項目１３）
前記第２の入口部分に第１の端部で、前記基礎部分の前記第１の部分に第２の端部で結合された結合部
をさらに備える、項目１１に記載の装置。
（項目１４）
前記結合部が、
第１の結合部部分と
第２の結合部部分と、
第１の端部および第２の端部を有する接続部であって、前記第１の端部が前記第１の結合部部分に受け入れられ、前記第２の端部が前記第２の結合部部分に受け入れられて、前記第１の結合部部分を前記第２の結合部部分に結合する、接続部と
を備える、項目１３に記載の装置。
（項目１５）
装置を使用する方法であって、
第１の装置を半導体再循環システムに結合するステップであって、前記第１の装置が、
第１の基礎部分、
前記第１の基礎部分の第１の端部に結合された第１の入口部分、および
前記第１の基礎部分の第２の端部に結合された第１のノズルであって、螺旋溝を有する第１のノズル
を備える、ステップと、
スラリを、前記第１の装置の前記第１の基礎部分に通し、前記第１のノズルから貯蔵容器内に送り出すステップと
を含む、方法。
（項目１６）
前記半導体再循環システムが、
前記スラリを保持する貯蔵容器と、
流体ラインを備える再循環ループと、
前記スラリを混合するために、前記スラリを前記貯蔵容器から汲み出し、前記流体ラインおよび前記第１のノズルを通して給送し、前記貯蔵容器内に戻すためのポンプと
を備える、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
前記第１のノズルが、ノズル基礎部分とノズル先端との間でテーパする、項目１６に記載の方法。
（項目１８）
前記螺旋溝が、外面から前記第１のノズルを貫通して内面まで延在する、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
サンプルバルブを使用して、前記再循環ループの前記流体ラインから前記スラリの定期的サンプルを取得するステップ
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２０）
圧力ゲージを用いて前記流体ライン内の前記スラリの流れ圧力を監視するステップと、
ロータメータを使用して体積流量を監視するステップと
をさらに含む、項目１８に記載の方法。
（項目２１）
前記貯蔵容器が小出しタンクであり、前記再循環システムが前記小出しタンクに結合され、前記第１のノズルが前記小出しタンクの内部に配置される、項目１６に記載の方法。
（項目２２）
第２の基礎部分と、
前記第２の基礎部分の第１の端部に結合された第２の入口部分と、
前記第２の基礎部分の第２の端部に結合された第２のノズルであって、螺旋溝を有する第２のノズルと
を備える
少なくとも１つの第２の装置
を具備する、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記少なくとも１つの第２の装置が前記再循環システムに結合され、前記第２のノズルが前記小出しタンクの内部に配置され、前記第２のノズルが前記第１のノズルから半径方向に離隔して配置される、項目２２に記載の方法。
（項目２４）
基礎部分と、
前記基礎部分の第１の端部に結合された入口部分と、
前記基礎部分の第２の端部に結合されたノズルと
を備える装置。
（項目２５）
前記基礎部分が
第１の部分と、
前記第１の部分に結合された第２の部分であって、前記第１の部分が第２の部分に対してある角度にある、第２の部分と
を備える、項目２４に記載の装置。
（項目２６）
前記第２の部分に対する前記第１の部分の前記角度が、９０度～１６０度である、項目２５に記載の装置。
（項目２７）
前記基礎部分が、
前記第１の部分に第１の端部で、前記第２の部分に第２の端部で結合された接続部
をさらに備える、項目２４から２６のいずれか一項に記載の装置。
（項目２８）
前記基礎部分が前記接続部で角度設定される、項目２４から２７のいずれか一項に記載の装置。
（項目２９）
前記入口部分が
第１の入口部分と、
第２の入口部分と、
第１の端部および第２の端部を有する入口接続部であって、前記第１の端部が前記第１の入口部分に受け入れられ、前記第２の端部が前記第２の入口部分に受け入れられて、前記第１の入口部分を前記第２の入口部分に結合する、入口接続部と
を備える、項目２４から２８のいずれか一項に記載の装置。
（項目３０）
前記第１の入口部分が、第１の端部から第２の端部へテーパする、項目２４から２９のいずれか一項に記載の装置。
（項目３１）
前記入口接続部が、前記第１の入口部分の外径および前記第２の入口部分の外径より小さい外径を有する、項目２４から３０のいずれか一項に記載の装置。
（項目３２）
前記ノズルが、
ノズル基礎部分と、
前記基礎部分の第１の端部にあるノズル入口と、
前記ノズル基礎部分の前記第１の端部と第２の端部との間で、前記ノズル基礎部分の外面から延出するノズル部分と
を備える、項目２４から３１のいずれか一項に記載の装置。
（項目３３）
前記ノズル部分が、前記第２の基礎部分から先端へ延出するにつれてテーパする、項目２４から３２のいずれか一項に記載の装置。
（項目３４）
前記ノズル部分が
前記ノズル基礎部分の近傍位置から前記ノズル部分の前記先端の近傍位置まで延在する螺旋溝
を備える、項目２４から３３のいずれか一項に記載の装置。
（項目３５）
前記螺旋溝が、外面から前記ノズル部分を貫通して前記ノズル部分の内面まで延在する、項目２４から３４のいずれか一項に記載の装置。
（項目３６）
前記第２の入口部分に第１の端部で、前記基礎部分の前記第１の部分に第２の端部で結合された結合部
をさらに備える、項目２４から３５のいずれか一項に記載の装置。
（項目３７）
前記結合部が、
第１の結合部部分と、
第２の結合部部分と、
第１の端部および第２の端部を有する接続部であって、前記第１の端部が前記第１の結合部部分に受け入れられ、前記第２の端部が前記第２の結合部部分に受け入れられて、前記第１の結合部部分を前記第２の結合部部分に結合する、接続部と
を備える、項目２４から３６のいずれか一項に記載の装置。
（項目３８）
装置を使用する方法であって、
第１の装置を半導体再循環システムに結合するステップであって、前記第１の装置が、
第１の基礎部分、
前記第１の基礎部分の第１の端部に結合された第１の入口部分、および
前記第１の基礎部分の第２の端部に結合された第１のノズルであって、螺旋溝を有する第１のノズル
を備える、ステップと、
スラリを、前記第１の装置の前記第１の基礎部分に通し、前記第１のノズルから貯蔵容器内に送り出すステップと
を含む、方法。
（項目３９）
前記半導体再循環システムが、
前記スラリを保持する貯蔵容器と、
流体ラインを備える再循環ループと、
前記スラリを混合するために、前記スラリを前記貯蔵容器から汲み出し、前記流体ラインおよび前記第１のノズルを通して給送し、前記貯蔵容器内に戻すためのポンプと
を備える、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
前記第１のノズルが、ノズル基礎部分とノズル先端との間でテーパする、項目３８または３９に記載の方法。
（項目４１）
前記螺旋溝が、外面から前記第１のノズルを貫通して内面まで延在する、項目３８から４０のいずれか一項に記載の方法。
（項目４２）
サンプルバルブを使用して、前記再循環ループの前記流体ラインから前記スラリの定期的サンプルを取得するステップ
をさらに含む、項目３８から４１のいずれか一項に記載の方法。
（項目４３）
圧力ゲージを用いて前記流体ライン内の前記スラリの流れ圧力を監視するステップと、
ロータメータを使用して体積流量を監視するステップと
をさらに含む、項目３８から４２のいずれか一項に記載の方法。
（項目４４）
前記貯蔵容器が小出しタンクであり、前記再循環システムが前記小出しタンクに結合され、かつ、前記第１のノズルが前記小出しタンクの内部に配置される、項目３８から４３のいずれか一項に記載の方法。
（項目４５）
第２の基礎部分と、
前記第２の基礎部分の第１の端部に結合された第２の入口部分と、
前記第２の基礎部分の第２の端部に結合された第２のノズルであって、螺旋溝を有する第２のノズルと
を備える
少なくとも１つの第２の装置
を具備する、項目３８から４４のいずれか一項に記載の方法。
（項目４６）
前記少なくとも１つの第２の装置が前記再循環システムに結合され、前記第２のノズルが前記小出しタンクの内部に配置され、前記第２のノズルが前記第１のノズルから半径方向に離隔して配置される、項目３８から４５のいずれか一項に記載の方法。

本明細書に組み込まれその一部をなす添付図面は、本発明の実施形態を例示し、本明細書の詳細な説明と併せて、本発明の原理を説明する役割を果たす。諸図面は、単に、好ましい実施形態を例示するためのものであり、本発明を限定するものと解釈すべきでない。産業界の標準的慣行に従って、様々な形体が、縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。実際に、様々な形体の寸法は、論点を明確にするために任意に拡大または縮小され得る。本発明の上記ならびに他の目的、特徴、および利点が、添付図面と併せ、以下の詳細な説明によって明らかになる。

本発明の一態様による混合装置の透視図である。 本発明の一態様による、図１の装置の側面透視図である。 本発明の一態様による、図１の装置の上面透視図である。 本発明の一態様による、図１の装置の第１の側面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の第２の側面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の上面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の底面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の第１の端面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の第２の端面図である。 本発明の一態様による、図８の線１０－１０に沿った、図１の装置の断面図である。 本発明の一態様による、図１０に示された装置の透視図である。 本発明の一態様による、図１の装置の分解組立側面図である。 本発明の一態様による、図１の装置の分解組立上面図である。 本発明の一態様による、図１の装置のノズルの透視図である。 本発明の一態様による、図１４のノズルの第１の側面図である。 本発明の一態様による、図１４のノズルの第２の側面図である。 本発明の一態様による、図１４のノズルの第１の端面図である。 本発明の一態様による、図１４のノズルの第２の端面図である。 本発明の一態様による、図１４の装置のノズルの上面図である。 本発明の一態様による、図１４のノズルの底面図である。 本発明の一態様による、図１９の線２１－２１に沿った、図１４のノズルの断面図である。 本発明の一態様による、図２１のノズルの透視図である。 本発明の一態様による、装置図１の諸部分の寸法を示す、図４の第１の側面図である。 本発明の一態様による、図１の装置を備えるシステムの概略図である。

一般的に言えば、本明細書で開示されるのは、半導体産業において流体を再循環させる装置である。さらに、半導体産業において流体を再循環させる装置を使用する方法が開示される。

複数の図を通して同じまたは類似の構成要素を示すのに同じ参照番号が使用される諸図面を参照し、特に図面１～２３を参照すると、たとえば、半導体産業において流体を再循環させる装置１００の例示的実施形態が示されている。装置１００は、基礎部分１１０、入口部分１３０、結合部１５０、およびノズル部材１８０を備え得る。入口部分１３０は、結合部１５０によって基礎部分１１０の第１の端部１１２に結合され得る。ノズル部材１８０は、基礎部分１１０の第２の端部１１４に結合され得る。基礎部分１１０、入口部分１３０、および結合部１５０が一体に取り付けられると、通路１７０が、装置１００の中を延在して形成される。基礎部分１１０は、第１の部分１１６と、第２の部分１１８と、第１の部分１１６を第２の部分１１８に結合する接続部１２０とを備え得る。第１の部分１１６は、たとえば、図２３を参照してより詳細に下記で説明するように、第２の部分１１８より長くてよい。接続部１２０は、たとえば、第１の部分１１６を第２の部分１１８に対してある角度に配置するように、角度設定され得る。

入口部分１３０は、第１の端部１３２と、結合部１５０に接続される第２の端部１３４とを備え得る。入口部分１３０は、また、第１の部分１３６と、第２の部分１３８と、第１の部分１３６と第２の部分１３８との間に配置された接続部１４０とを備え得る。接続部１４０は、たとえば、第１の部分１３６の直径および第２の部分１３８の直径より小さい直径を有し得る。第１の部分１３６は、図２４を参照してより詳細に下記に説明されるように、再循環システムに固定され得る。第１の部分１３６は、たとえば、第１の端部１３２から接続部１４０へテーパし得る。第２の部分１３８は、結合部１５０の一部分に受け入れられ得る。第２の部分１３８は、たとえば、第２の部分１３８の全長に亘って一様な直径を有し得る。図示されないが、代替実施形態では、第２の部分１３８は、たとえば、第２の部分１３８の全長に亘って様々な直径または変化する直径を有し得る。

結合部１５０は、第１の端部１５２と、基礎部分１１０の第１の部分１１６に結合される第２の端部１５４とを備え得る。結合部１５０は、また、第１の部分１５６と、第２の部分１５８と、第１の部分１５６と第２の部分１５８との間に配置された接続部１６０とを備え得る。接続部１６０は第１の外径を有し得、第１の部分１５６は第２の外径を有し得、第２の部分１５８は第３の外径を有し得る。一実施形態では、第１の外径は、第３の外径より小さくあり得、第２の外径は、第１および第３の外径より大きくあり得る。さらに、接続部１６０の第１の外径は、第１の部分１５６および第２の部分１５８の内側係合部分の内径とほぼ同じ寸法であり得る。両内側係合結合部分は、接続部１６０を第１の部分１５６および第２の部分１５８の通路内に挿入することを可能にし、接続部１６０の通路を第１の部分１５６および第２の部分１５８の通路と芯合わせする。第１の部分１５６は、基礎部分１１０の第１の端部１１２へ結合する。第２の部分１５８は、基礎部分１１０の第１の部分１１６に第１の端部１１２で係合する。

引き続き図１～１３を参照すると共に、図１４～２２で最も良く分かるように、ノズル部材１８０は、第１の端部１８２および第２の端部１８４を備え得る。ノズル部材１８０は、また、基礎部分１８６、ノズル部分１８８、および入口１９４を備え得る。ノズル部分１８８は、たとえば、ノズル部材１８０の第１の端部１８２と第２の端部１８４との間の基礎部分１８６の外面から延出し得る。図示の実施形態では、ノズル部分１８８は、基礎部分１８６の第２の端部１８４の近くに配置される。ノズル部分１８８は、たとえば、基礎部分１８６から先端１９２へ延出するに従ってテーパする。ノズル部分１８８は、基礎部分１８６の近傍位置からノズル部分１８８の先端１９２の近傍位置まで延在する螺旋チャネルまたは溝１９０を備える。螺旋溝１９０は、外面からノズル部分１８８を貫通して内面まで延在する。ノズル部分１８０は、ノズル部分１８０の内部を通って延在する開口１９６をさらに備え得る。ノズル部材１８０の第１の端部１８２は、基礎部分１１０の第２の端部１１４において第２の部分１１８の内径に受け入れられるように寸法設定された外径を有し得る。第２の部分１１８の内径は、基礎部分１１０の内部通路１７０を開口１９６の内面と整合させるようにノズル部材１８０の第１の端部１８２を受け入れる内側係合部分を備え得る。

図２１および２２に示されるように、入口１９４は、基礎部分１８６を通って延在する開口１９６と連通する。開口１９６は、入口１９４を螺旋溝１９０へ接続して、流体がノズル部材１８０の中を通りそこから出て行くときに混合することを可能にする。さらに、入口１９４は、通路１７０と整合し連通して、たとえば、スラリが、入口部分１３０、結合部１５０、基礎部分１１０を通り抜けノズル部材１８０に入ることを可能にする。ノズル部分１８８は、たとえば、３６０度の、または半径方向パターンのスラリの上向き渦を可能にする。ノズル部分１８８によって生成される上向き渦は、スラリを混合または再循環することによって生じるスラリの剪断を最小限に抑えまたは無くす。ノズル部分１８８によって生成される渦に加えて、基礎部分１１０の第１の部分１１６と第２の部分１１８との角度もまた、スラリを混合または再循環させることによって生じるスラリの剪断を最小限に抑えまたは無くし得る。

次いで図２３を参照すると、装置１００の諸部分の寸法が示される。上記の装置１００の説明に加えて、入口部分１３０の第１の部分１３６は、さらに、第１の係合縁部２１１を有する第１の工具係合部分２１０を備え得る。引き続き図２３を参照して、接続部１２０は、接続部中点２００を有し得る。装置１００は、第１の係合縁部２１１と接続部中点２００との間を占める第１の長さｌ₁を有し得る。第１の長さｌ₁は、たとえば約２０インチ～約４０インチの範囲にあり得る。より具体的には、第１の長さｌ₁は、約２２インチ～約３８インチの範囲にあり得る。いくつかの実施形態では、第１の長さは、約２３インチ、約３１インチ、約３２インチ、約３５インチ、または約３７インチであり得る。

引き続き図２３を参照すると、基礎部分１１０の第１の部分１１６は、第２の長さｌ₂を有し得る。第２の長さｌ₂は、基礎部分１１０の第１の端部１１２と第１の部分１１６の第２の端部２１５との間を占め得る。第２の長さｌ₂は、たとえば、約１５インチ～約３５インチの範囲にあり得る。より具体的には、第２の長さｌ₂は、約１６インチ～約３５インチの範囲にあり得る。さらにより具体的には、第２の長さｌ₂は、約１７インチ、約２５インチ、約２６インチ、約２８インチ、または約３１インチであり得る。

第１の長さｌ₁と第２の長さｌ₂との比（すなわちｌ₁／ｌ₂）は、たとえば、約１．１～約１．５の範囲であり得る。より具体的には、第１の長さｌ₁と第２の長さｌ₂との比（すなわちｌ₁／ｌ₂）は、約１．２～約１．４の範囲であり得る。さらにより具体的には、第１の長さｌ₁と第２の長さｌ₂との比（すなわちｌ₁／ｌ₂）は、約１．２、約１．３、または約１．４であり得る。

図２３に示されるように、接続部１２０は、第１の部分１１６と第２の部分１１８との間に角度φを生じさせ得る。角度φは、たとえば、約９０度～約１６０度の範囲であり得る。より具体的には、角度φは、たとえば、約１２０度～約１５０度の範囲であり得る。さらにより具体的には、角度φは、約９０度、約１１２度、約１３５度、または約１５７度であり得る。

引き続き図２３を参照すると、基礎部分１１０の第２の部分１１８は、第２の工具係合部分２０５を備え得る。第２の工具係合部分２０５は、第２の係合縁部２０６を備え得る。装置１００は、第２の係合縁部２０６と接続部中点２００との間を占める第３の長さｌ₃を有し得る。第３の長さｌ₃は、たとえば、約２インチ～約４インチの範囲にあり得る。より具体的には、第３の長さｌ₃は、約２インチ、約２．５インチ、約３インチ、約３．５インチ、または約４インチであり得る。

ノズル部分１８０の第２の端部１８４と接続部中点２００との間の第４の長さｌ₄が、図２３に示されている。第４の長さｌ₄は、たとえば、約５インチ～約７インチの範囲にあり得る。より具体的には、第４の長さｌ₄は、たとえば、約５インチ、約５．５インチ、約６インチ、約６．５インチ、または約７インチであり得る。

装置１００の一部または全部の構成要素を、部分的または完全に、ペルフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、または同様な特性を有する代替材などのフルオロポリマによって製作し得ることが考えられる。装置１００の構成要素は、たとえば、全てが１つの材料のみから製作され、それぞれが異なる材料から製作され、それぞれが材料の組み合わせから製作され、または、それぞれが、１つの材料のみもしくは材料の組合せのどちらからも製作され得る。

図示されていないが、混合システムは、２つ以上の装置１００を備え得る。たとえば、混合システムは、再循環ラインの端部にそれぞれが接続された第１の装置１００および第２の装置１００を備え得る。さらに別の実施形態では、混合システムは、再循環ラインの端部に結合された装置１００をいくつの数でも備え得る。混合システム内の各装置１００は、残りの装置１００までの距離が同じでも異なってもよい。

流体を再循環させる方法が、さらに開示され、装置１００を得ることを含む。装置は、基礎部分１１０、入口部分１３０、入口部分１３０を基礎部分１１０に第１の端部１１２で接続する結合部１５０、および基礎部分１１０に第２のもの１１４で結合されたノズル部材１８０を備える。方法は、また、図２４に示されるように、装置１００を再循環システムに結合することを含み得る。方法は、半導体スラリを再循環システムに通し貯蔵ドラム缶３００に入れることをさらに含み得る。

図２４に示されるように、再循環システムは、貯蔵ドラム缶３００からスラリを汲み出す再循環ループ３０１を備え得る。再循環システムは、再循環ループ３０１に沿って配置されたポンプ３２０、サンプルバルブ３１０、ロータメータ３０５、圧力ゲージ３１５をさらに備え得る。スラリを、ポンプ３２０によって貯蔵ドラム缶３００から汲み出すことができる。スラリは、次いで、再循環ループ３０１の中を流れ、装置１００を通って貯蔵ドラム缶３００に戻し入れられ得る。スラリが再循環ループ３０１の中を流れるとき、スラリの健全性および混合の完全性を、再循環ループ３０１内に配置されたサンプルバルブ３１０を介して再循環するスラリを定期的にサンプリングすることによって確認することができる。さらに、体積流量を、再循環ループ３０１内に配置されたロータメータ３０５によって監視することができる。さらに、再循環システムの流れ圧力を、やはり再循環ループ３０１内に配置された圧力ゲージ３１５によって監視することができる。図示されていないが、スラリの混合を増強するために、装置１００が、ノズル部分１８０をそれぞれが有する多数の第２の部分１１８を備え得ることもさらに考えられる。

流体を再循環させる方法は、装置１００を使用して、半導体スラリの健全性を維持する。本明細書で使用されるスラリの健全性とは、原料スラリまたは混合スラリの粒子の物理的特性を意味する。これら物理的特性には、サイズ（すなわち２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μ、５μなど）ごとの粒子数に加えて、粒子分布（単位体積当たりの粒子の総数に対するそれぞれのサイズバケット内の粒子の数）、平均粒子サイズとしても知られているＤ５０、最大粒子サイズ、弱凝集体の量およびタイプ、強凝集体の量およびタイプ、ならびにその他いくつかが含まれる。殆どのエンドユーザ（ＣＭＰグループ）にとっては、実際上、粒子サイズおよび分布が、測定するのに最も容易であり、したがって、大きい粒子、または小さ過ぎる粒子（アンダーサイズ粒子）、Ｄ５０のシフト、または最大粒子サイズから生じるウェーハの欠陥に関係付けるのに最も容易であることが分かる。これらは、ウェーハの欠陥および収益の損失の直接的な原因と突き止められている。

このように、装置１００を使用する方法は、原料スラリ流を再循環するのに利用する既存のエネルギー（再循環ポンプ３２０によって供給される）を使用してスラリを混合し、それによって、粒子の剪断（分布を変え、微細な粒子を生成する）を減少しまたは実質的に無くす。使用されるスラリは、市場の需要（たとえば最新のｉＰｈｏｎｅおよびＧａｌａｘｙの）に合わせて絶えず変化しているので、単位体積当たりの粒子の数は、２～３百万／ｃｃから５～６百万／ｃｃに増えてきている。これらは、ときには、ナノスラリとしても知られている。すなわち、上記の方法は、供給業者の初期のサイズおよび分布特性を維持するように設計されている。

別の実施形態では、均質性を維持するために、装置１００を有する再循環システムが、たとえば円錐形底部を有する２６５Ｌなど、タンクの上部に装着され得る。タンクは、たとえば、他のシステムにスラリを供給する「小出しタンク」でもよい。装置１００は、「小出しタンク」における場合もスラリを混合し続けることによって、スラリの均質状態の維持を補助する。「小出しタンク」を使用するとき、装置１００の第１の部分１１６の長さは、タンクの寸法に基づいて変えることができる。さらに、装置１００の第２の部分１１８の長さも、タンクの寸法に基づいて変えることができる。たとえば、タンクが大きければ、第１の部分１１６および第２の部分１１８が長くなり得る。

さらに別の実施形態では、少なくとも１つの装置１００を有する再循環システムを、たとえば、円錐形底部ユニットを有する少なくとも５００Ｌタンクであり得る「小出しタンク」の上部に装着することができる。少なくとも１つの装置１００は、「小出しタンク」における場合もスラリを混合し続けることによって、スラリの均質状態の維持を補助する。「小出しタンク」の上部に装着された少なくとも１つの装置１００を使用する方法は、追加のドラム缶のスラリを大きなタンクに混入して、そのタンク内を所望のレベルに維持することを含み得る。追加のドラム缶のスラリが大きなタンクに加えられると、少なくとも１つの装置１００が、ドラム缶のスラリ間のどんな小さなばらつきでもより大きい体積全体に拡散するように既存のスラリに新しいスラリを混合して、たとえば粒子サイズ分布、ｐＨ、密度など、材料の大幅な変化のリスクを著しく軽減することを可能にする。いかなるばらつきもより大きな体積全体に混和することによって、欠陥を回避し、最悪な場合でも、再処理によってウェーハを救済することができる十分に軽度な事態にとどめることが可能になり得る。

より大きいタンクを使用する方法は、より大きいタンク内の混合を維持するために、タンクに２つ以上の装置１００を挿入することを含み得る。たとえば、５００Ｌタンクに関し、再循環ラインを分割し、２つの装置１００に結合して２つのノズル１８８を設けることができる。２つのノズル１８８は、より大きいタンク内の混合を維持するために、たとえば１８０°離隔配置してもよい。さらに、２つの装置１００の長さは、たとえば、１つの装置１００が第２の装置１００より長くなるように変化させてもよい。異なる長さの２つの装置１００では、方法は、タンクが一杯のときには両方のノズル１８８を使用し、次いで、タンク内のスラリのレベルが特定のレベル以下に下がったときには、２つのノズル１８８の少なくとも１つへの流れを止めることを含み得る。タンク内のスラリのレベルに基づいて、スラリが流れ通るノズル１８８の数を調節する能力は、ユーザがスラリの過混合を回避し、スラリの健全性を保持することを可能にする。別の大きいタンクでは、必要な混合を達成するために３つ以上の装置１００を備え得ることも考えられる。３つ以上の装置１００を有するタンクに関し、たとえば、ノズル１８８は、最大効果および所望の混合を達成するために、タンクを廻って半径方向に離隔させてもよい。３つ以上のノズル１８８を有する実施形態では、一部の装置１００または全ての装置１００の長さは、タンク内のスラリのレベルに応じてノズル１８８を閉じることを可能にするために異なり得る。

本明細書に使用される術語は、単に、特定の実施形態を説明するためのものであり、本発明を限定することを意図するものではない。本明細書に使用される単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形もまた含むものとする。用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」（および「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」などｃｏｍｐｒｉｓｅのあらゆる形）、「ｈａｖｅ」（および「ｈａｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」などｈａｖｅのあらゆる形）、「ｉｎｃｌｕｄｅ」（および「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などｉｎｃｌｕｄｅのあらゆる形）、ならびに「ｃｏｎｔａｉｎ」（および「ｃｏｎｔａｉｎｓ」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ」などｃｏｎｔａｉｎのあらゆる形）は、開放型連結動詞であることをさらに理解されたい。その結果、１つ以上のステップまたは要素を「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｈａｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、または「ｃｏｎｔａｉｎｓ」する方法または装置は、それら１つ以上のステップまたは要素を有するが、それら１つ以上のステップまたは要素のみを有することに限定されない。同様に、１つ以上の特徴を「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｈａｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、または「ｃｏｎｔａｉｎｓ」する方法のステップまたは装置の要素は、それら１つ以上の特徴を有するが、それら１つ以上の特徴のみを有することに限定されない。さらに、ある態様で構成された装置または構造は、少なくともその態様で構成されるが、言及されていない態様でも構成することができる。

本発明が、好ましい実施形態を参照して説明されてきた。本明細書で説明された構造上および運用上の実施形態は、同じ全般的特徴、特性、および全般的システム運用を実現するための複数の可能な構成の例示であることを理解されたい。上記の詳細な説明を読み理解すれば、変更形態および代替形態が、他者にも考え付くであろう。本発明は、全てのそのような変更形態および代替形態を含むものと理解されるべきである。

Claims (38)

1. 流体を再循環させるためのシステムであって、前記システムは、
   半導体スラリを含む貯蔵ドラムと、
   装置と
   を備え、
   前記装置は、
   基礎部分と、
   前記基礎部分の第１の端部に結合されている入口部分であって、前記入口部分は、前記貯蔵ドラムと流体連通し、前記入口部分は、前記貯蔵ドラムから前記半導体スラリを受け取るように構成されている、入口部分と、
   前記基礎部分の第２の端部に結合されているノズルであって、前記ノズルは、前記半導体スラリを前記貯蔵ドラムの中に再循環させるように配置されている、ノズルと
   を含み、
   前記ノズルは、
   ノズル基礎部分と、
   前記基礎部分の第１の端部にあるノズル入口と、
   前記ノズル基礎部分の前記第１の端部と前記ノズル基礎部分の第２の端部との間で、前記ノズル基礎部分の外面から延出するノズル部分と
   を備え、前記ノズル部分は、前記ノズル基礎部分の近傍位置から前記ノズル部分の先端の近傍位置まで延在する螺旋溝を備え、前記螺旋溝は、外面から前記ノズル部分を貫通して前記ノズル部分の内面まで延在する、システム。
2. 前記基礎部分は、
   第１の部分と、
   前記第１の部分に結合されている第２の部分であって、前記第１の部分は、前記第２の部分に対してある角度にある、第２の部分と
   を備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第２の部分に対する前記第１の部分の前記角度は、９０度～１６０度である、請求項２に記載のシステム。
4. 前記基礎部分は、接続部をさらに備え、前記接続部は、第１の端部で前記第１の部分に結合されており、かつ、第２の端部で前記第２の部分に結合されている、請求項２に記載のシステム。
5. 前記基礎部分は、前記接続部において角度設定されている、請求項４に記載のシステム。
6. 前記入口部分は、
   第１の入口部分と、
   第２の入口部分と、
   第１の端部と第２の端部とを有する入口接続部と
   を備え、
   前記第１の入口部分を前記第２の入口部分に結合するために、前記第１の端部は、前記第１の入口部分に受け入れられ、かつ、前記第２の端部は、前記第２の入口部分に受け入れられる、請求項２に記載のシステム。
7. 前記第１の入口部分は、第１の端部から第２の端部までテーパされている、請求項６に記載のシステム。
8. 前記入口接続部は、前記第１の入口部分の外径および前記第２の入口部分の外径よりも小さい外径を有する、請求項６に記載のシステム。
9. 前記ノズル部分は、前記ノズル基礎部分から前記先端まで延出するにつれてテーパする、請求項６に記載のシステム。
10. 前記システムは、結合部をさらに備え、前記結合部は、第１の端部で前記第２の入口部分に結合されており、かつ、第２の端部で前記基礎部分の前記第１の部分に結合されている、請求項６に記載のシステム。
11. 前記結合部は、
    第１の結合部部分と
    第２の結合部部分と、
    第１の端部と第２の端部とを有する接続部と
    を備え、
    前記第１の結合部部分を前記第２の結合部部分に結合するために、前記第１の端部は、前記第１の結合部部分に受け入れられ、かつ、前記第２の端部は、前記第２の結合部部分に受け入れられる、請求項１０に記載のシステム。
12. 半導体スラリを含む貯蔵容器内で流体を再循環させるための装置を使用する方法であって、前記方法は、
    第１の装置を半導体再循環システムに結合することであって、前記第１の装置は、第１の基礎部分と、前記第１の基礎部分の第１の端部に結合されている第１の入口部分と、前記第１の基礎部分の第２の端部に結合されている第１のノズルとを備え、前記第１の入口部分は、前記貯蔵容器と流体連通し、前記第１の入口部分は、前記貯蔵容器から前記半導体スラリを受け取るように構成されており、前記第１のノズルは、螺旋溝を含む、ことと、
    前記半導体スラリを、前記第１の装置の前記第１の基礎部分を通して、前記第１のノズルから前記貯蔵容器の中に送り出すことであって、前記第１のノズルは、前記貯蔵容器内に位置付けられている、ことと
    を含み、
    前記螺旋溝は、外面から前記第１のノズルを貫通して内面まで延在する、方法。
13. 前記半導体再循環システムは、
    前記半導体スラリを保持するための前記貯蔵容器と、
    流体ラインを含む再循環ループと、
    前記半導体スラリを混合するために、前記半導体スラリを前記貯蔵容器から汲み出し、前記半導体スラリを前記流体ラインおよび前記第１のノズルを通して給送し、前記半導体スラリを前記貯蔵容器の中に戻すためのポンプと
    を備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記第１のノズルは、ノズル基礎部分とノズル先端との間でテーパされている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記方法は、サンプルバルブを使用して、前記再循環ループの前記流体ラインから前記半導体スラリの定期的サンプルを取得することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記方法は、
    圧力ゲージを使用して前記流体ライン内の前記半導体スラリの流れ圧力を監視することと、
    ロータメータを使用して体積流量を監視することと
    をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
17. 前記貯蔵容器は、小出しタンクであり、前記再循環システムは、前記小出しタンクに結合されており、前記第１のノズルは、前記小出しタンクの内部に配置されている、請求項１３に記載の方法。
18. 前記方法は、少なくとも１つの第２の装置を備え、
    前記少なくとも１つの第２の装置は、
    第２の基礎部分と、
    前記第２の基礎部分の第１の端部に結合されている第２の入口部分と、
    前記第２の基礎部分の第２の端部に結合されている第２のノズルであって、前記第２のノズルは、螺旋溝を含む、第２のノズルと
    を備える、請求項１７に記載の方法。
19. 前記少なくとも１つの第２の装置は、前記再循環システムに結合されており、前記第２のノズルは、前記小出しタンクの内部に配置されており、前記第２のノズルは、前記第１のノズルから半径方向に離隔されている、請求項１８に記載の方法。
20. 流体を再循環させるためのシステムであって、前記システムは、
    半導体スラリを含む貯蔵ドラムと、
    装置と
    を備え、
    前記装置は、
    基礎部分と、
    前記基礎部分の第１の端部に結合されている入口部分であって、前記入口部分は、前記貯蔵ドラムと流体連通し、前記入口部分は、前記貯蔵ドラムから前記半導体スラリを受け取るように構成されている、入口部分と、
    前記基礎部分の第２の端部に結合されているノズルであって、前記ノズルは、前記半導体スラリを前記貯蔵ドラムの中に再循環させるように配置されている、ノズルと
    を含み、
    前記ノズルは、
    ノズル基礎部分と、
    前記基礎部分の第１の端部にあるノズル入口と、
    前記ノズル基礎部分の前記第１の端部と前記ノズル基礎部分の第２の端部との間で、前記ノズル基礎部分の外面から延出するノズル部分と
    を備え、前記ノズル部分は、前記ノズル基礎部分の近傍位置から前記ノズル部分の先端の近傍位置まで延在する螺旋溝を備え、前記螺旋溝は、外面から前記ノズル部分を貫通して前記ノズル部分の内面まで延在する、システム。
21. 前記基礎部分は、
    第１の部分と、
    前記第１の部分に結合されている第２の部分であって、前記第１の部分は、前記第２の部分に対してある角度にある、第２の部分と
    を備える、請求項２０に記載のシステム。
22. 前記第２の部分に対する前記第１の部分の前記角度は、９０度～１６０度である、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記基礎部分は、接続部をさらに備え、前記接続部は、第１の端部で前記第１の部分に結合されており、かつ、第２の端部で前記第２の部分に結合されている、請求項２１～２２のいずれか一項に記載のシステム。
24. 前記基礎部分は、前記接続部において角度設定されている、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記システムは、結合部をさらに備え、前記結合部は、第１の端部で前記入口部分に結合されており、かつ、第２の端部で前記基礎部分の前記第１の部分に結合されている、請求項２１～２４のいずれか一項に記載のシステム。
26. 前記結合部は、
    第１の結合部部分と
    第２の結合部部分と、
    第１の端部と第２の端部とを有する接続部と
    を備え、
    前記第１の結合部部分を前記第２の結合部部分に結合するために、前記第１の端部は、前記第１の結合部部分に受け入れられ、かつ、前記第２の端部は、前記第２の結合部部分に受け入れられる、請求項２５に記載のシステム。
27. 前記入口部分は、
    第１の入口部分と、
    第２の入口部分と、
    第１の端部と第２の端部とを有する入口接続部と
    を備え、
    前記第１の入口部分を前記第２の入口部分に結合するために、前記第１の端部は、前記第１の入口部分に受け入れられ、かつ、前記第２の端部は、前記第２の入口部分に受け入れられる、請求項２０～２６のいずれか一項に記載のシステム。
28. 前記第１の入口部分は、第１の端部から第２の端部までテーパされている、請求項２７に記載のシステム。
29. 前記入口接続部は、前記第１の入口部分の外径および前記第２の入口部分の外径よりも小さい外径を有する、請求項２７～２８のいずれか一項に記載のシステム。
30. 前記ノズル部分は、前記ノズル基礎部分から前記先端まで延出するにつれてテーパする、請求項２０～２９のいずれか一項に記載のシステム。
31. 半導体スラリを含む貯蔵容器内で流体を再循環させるための装置を使用する方法であって、前記方法は、
    第１の装置を半導体再循環システムに結合することであって、前記第１の装置は、第１の基礎部分と、前記第１の基礎部分の第１の端部に結合されている第１の入口部分と、前記第１の基礎部分の第２の端部に結合されている第１のノズルとを備え、前記第１の入口部分は、前記貯蔵容器と流体連通し、前記第１の入口部分は、前記貯蔵容器から前記半導体スラリを受け取るように構成されており、前記第１のノズルは、螺旋溝を含む、ことと、
    前記半導体スラリを、前記第１の装置の前記第１の基礎部分を通して、前記第１のノズルから前記貯蔵容器の中に送り出すことであって、前記第１のノズルは、前記貯蔵容器内に位置付けられている、ことと
    を含み、
    前記螺旋溝は、外面から前記第１のノズルを貫通して内面まで延在する、方法。
32. 前記半導体再循環システムは、
    前記半導体スラリを保持するための前記貯蔵容器と、
    流体ラインを含む再循環ループと、
    前記半導体スラリを混合するために、前記半導体スラリを前記貯蔵容器から汲み出し、前記半導体スラリを前記流体ラインおよび前記第１のノズルを通して給送し、前記半導体スラリを前記貯蔵容器の中に戻すためのポンプと
    を備える、請求項３１に記載の方法。
33. 前記方法は、サンプルバルブを使用して、前記再循環ループの前記流体ラインから前記半導体スラリの定期的サンプルを取得することをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
34. 前記方法は、
    圧力ゲージを使用して前記流体ライン内の前記半導体スラリの流れ圧力を監視することと、
    ロータメータを使用して体積流量を監視することと
    をさらに含む、請求項３２～３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 前記第１のノズルは、ノズル基礎部分とノズル先端との間でテーパされている、請求項３１～３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 前記貯蔵容器は、小出しタンクであり、前記再循環システムは、前記小出しタンクに結合されており、前記第１のノズルは、前記小出しタンクの内部に配置されている、請求項３１～３５のいずれか一項に記載の方法。
37. 前記方法は、少なくとも１つの第２の装置を備え、
    前記少なくとも１つの第２の装置は、
    第２の基礎部分と、
    前記第２の基礎部分の第１の端部に結合されている第２の入口部分と、
    前記第２の基礎部分の第２の端部に結合されている第２のノズルであって、前記第２のノズルは、螺旋溝を含む、第２のノズルと
    を備える、請求項３６に記載の方法。
38. 前記少なくとも１つの第２の装置は、前記再循環システムに結合されており、前記第２のノズルは、前記小出しタンクの内部に配置されており、前記第２のノズルは、前記第１のノズルから半径方向に離隔されている、請求項３７に記載の方法。