KR20010033177A - 고압력의 수정 유리 버블러 앰폴 및 조립체 - Google Patents

Abstract

부식성이 강한 화학물을 수용하는 버블러 앰폴 및 버블러 조립체는 고압력 화학물의 안전한 수송 및 이용을 가능하게 하는 강화된 강도를 제공하도록 구성된다. 이와 같이 강화된 조립체의 강도는 앰폴 상에 적당한 반경의 모서리를 제공하고 앰폴의 측벽 두께에 대한 바닥벽 두께의 비율을 제공함으로써 제공된다.

Description

고압력의 수정 유리 버블러 앰폴 및 조립체{High pressure quartz glass bubbler ampoule and assembly}

많은 제조공정은 반도체 웨이퍼의 도핑, 증기 증착, 웨이퍼 표면의 에칭 및 세척작업 등과 같은 과정을 위해 운반 가스에서 동반되는 고순도의 액체 화학물을 사용한다. 이러한 고순도의 액체 화학물은 선적되어서 분배 공정의 성질로 인하여, 일반적으로 "버블러(bubbler)"로 공지된 고순도 용기로부터 분배된다. 버블러 조립체는 일반적으로 다른 적당한 재료들 사이에서 고순도의 수정 유리, 유리, 실리콘, 및 비반응성 중합체로부터 형성된다. 슈마허 씨의 미국 특허 제 4,140,735호와, 하워드 씨 등의 4,851,821 및 그래프 씨의 4,886,178 등은 모두 액체 화학물의 버블러 조립체를 사용하는 전형적인 액체 화학물 버블러 조립체와 시스템에 대해서 기재한다.

액체 화학물의 버블러 조립체는 반도체 웨이퍼 또는 다른 요소들을 생산할 때, 하기 방식으로 사용된다. 액체 화학물은 밀봉 용기, 즉, 앰폴과 입구 및 출구 밸브를 포함하는 버블러 조립체 내에 놓여진다. 앰폴은 운반 가스를 앰폴로 인가하기 위해 중공 딥 튜브(hollow dip tube)에 접속된 입구 목부분을 구비하며, 상기 딥 튜브는 엠폴에서 화학물의 표면 아래로 연장된다. 상기 앰폴은 액체 화학물로 적셔진 가스 스트림이 웨이퍼 처리 스테이션으로 공급되는 출구 목부분을 포함한다. 운반 가스 스트림은 입구 목부분을 통과하여 화학물의 표면 아래에 있는 액체 화학물로 들어가며, 상기 화학물의 표면에서, 운반 가스 스트림은 액체 화학물의 상부까지 거품을 일으킨다. 거품 작용은 운반 가스에 동반된 화학물로 적셔지는 버블러 조립체에서 상부 영역을 생성한다. 담겨지는 용액은 출구 목부분을 통해서 버블러 조립체로부터 나와서 화학물이 처리될 반도체 웨이퍼 또는 다른 요소에 노출되는 고온의 처리 영역 또는 그 유사 조건으로 공급된다. 앰폴의 입구 및 출구 목부분은 앰폴로부터 화학물이 방출되는 것을 제어하도록 조작되는 밸브와 함께 설치된다. 앰폴 및 밸브는 결합하여 버블러 조립체를 형성한다.

상기 시스템에서 사용되는 특수한 액체 화학물은 다른 요소들 중에서, 1,1,1트리클로로에탄; 1,2디클로로에틸렌; 인광성 산염화물; 붕산 3브롬화물; 등을 포함한다. 상기 화학물들중 일부는 사용하는 동안 높은 증기압력을 나타내므로, 봉합을 위해서는 고압 용기가 필요하며, 이것은 특히 반도체 웨이퍼의 에칭 및 세척작업을 위해 더욱 부식성의 화학물이 사용되는 경우에 특히 그러하다. 상기 화학물의 분배작업과 연관된 한 문제점은 화학물을 수용하는 버블러 조립체의 강도와 파손되지 않고 상대적으로 높은 압력을 견디어 내는 내구성과 연관되며, 이것은 특히 앰폴이 담겨지는 화학물의 성질로 인하여 고순도 수정 유리로 제조되어야 할 때, 발생하는 특수한 문제점이다. 고순도의 수정 유리로 제조되는 통상적으로 바닥이 평탄한 앰폴은 폭발하기 전에 약 15 내지 20 psi의 범위의 압력까지 압축될 수 있다. 폭발하지 않고 더욱 높은 압력을 견디어 낼 수 있는 액체 화학물의 앰폴 및 조립체를 구비하는 것이 매우 바람직하다.

본 발명은 유독성이면서 부식성인 액체 화학물을 봉합하여 선적하는 버블러 앰폴 및 조립체, 특히 상대적으로 높은 증기 압력을 나타낼 수 있는 초고순도의 액체 화학물 봉합하기 위한 버블러 앰폴 및 조립체에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 형성되는 버블러 앰폴을 생성하는 액체 화학물을 함유한 가스의 평면도.

도 2는 도 1의 2-2라인에 따른 앰폴의 단면도.

도 3은 도 1의 앰폴과 연결하여 사용되는 입구/출구 밸브 조립체의 전개 측면도.

본 발명은 폭발하지 않고 높은 내부 압력을 견딜 수 있도록 구성된 액체 화학물의 버블러 앰폴 및 조립체에 관한 것이다. 본 발명에 따라 형성된 버블러 앰폴 및 조립체는 높은 증기 압력의 화학 분배 용기로 안전하게 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 형성된 버블러 앰폴은 입구 목부분과 출구 목부분 및, 화학 온도를 모니터하는 오목부를 포함한다. 앰폴의 벽은 그 안에 담겨진 화학물에 의해서 발생한 필요한 높은 내부 압력을 유지하도록 조립체의 강도를 보강할 수 있게 구성된다. 앰폴의 벽 강도를 강화하기 위해, 앰폴 벽의 두께는 선택적으로 변화되고, 앰폴 벽의 바닥면과 모서리의 곡률은 선택적으롤 제어된다. 특히, 앰폴의 바닥벽은 측벽 보다 두껍게 제조되고, 앰폴의 상부 및 하부 모서리의 곡률 반경은 측벽에서 앰폴의 상부 및 바닥벽까지의 변화가 종래 기술 보다 점차 커지도록 확대된다. 또한, 앰폴의 바닥벽은 앰폴을 강화하도록 작용하는 내향으로 굴곡된 환형 요소를 구비할 수 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 벽의 강도를 증가시키도록 구조적으로 변형된 개선된 액체의 화학 버블러 앰폴을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 높은 증기 압력을 갖는 화학물의 무결성을 유지하기 위해 더욱 높은 압력에서 액체 화학물을 저장할 수 있는 특성의 버블러 앰폴 및 조립체를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 액체 화학물을 통해서 더욱 조절가능한 운반 가스의 유동을 제공하도록 구성된 특성의 버블러 앰폴 및 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 상기 및 기타 장점은 첨부된 도면을 참고하여, 본 발명의 양호한 실시예의 하기 상세한 설명에서 더욱 명확해질 것이다.

도면에서, 도 1과 도 2에는 본 발명에 따라 형성되며, 일반적으로 부호 2로 지정한 개선된 앰폴의 실시예가 도시된다. 앰폴(2)은 원형 측벽(4)과, 바닥벽(6) 및 상부벽(8)을 구비한다. 측벽(4)과 상부벽(8)은 곡선의 모서리벽(10)에 의해서 상호 연결되며; 측벽(4)과 바닥벽(6)은 곡선의 모서리벽(12)에 의해서 상호 연결된다. 바닥벽(6)은 본질적으로 평탄하고, 상부벽(8)은 상향 및 외향으로 굴곡진다. 앰폴(2)은 가스 입구 딥 튜브(15)와 연결되는 일체의 가스 입구 목부분(14)을 포함하고, 상기 딥 튜브(15)는 상기 앰폴(2) 안으로 아래로 연장되고 운반 가스 스트림이 앰폴(2)에 수용된 액체 화학물에서 거품이 발생하는 종단의 노즐 개방부(16)까지 테이퍼진다. 상기 개방부(16)는 액체 화학물 안으로 방출된 운반 가스의 양과 운반 가스 버블의 크기를 정확하게 제어하도록 크기가 설정된다. 앰폴(2)은 화학적으로 적셔지는 운반 가스 스트림이 상기 앰폴(2)로부터 방출되는 일체의 출구 목부분(18)을 포함한다. 목부분(14,18)은 밀봉 및 로킹 링(23,25)이 각각 설치되는 밀봉 및 로킹 링의 홈(22,24)을 구비한다. 또한, 앰폴(2)은 열 프로브(도시생략)가 앰폴(2)의 내용물의 온도를 모니터할 수 있도록 배치되는 폐쇄 온도 모니터링 오목부(well;20)를 구비한다. 폭발에 대해서 앰폴(2)을 강화하기 위해, 그 벽(4,6)과 모서리(10,12)는 특별히 구성된다. 보통의 버블러 앰폴에서, 앰폴의 벽은 모두 본질적으로 동일한 두께를 가지며 모서리는 상대적으로 작은 곡률 반경, 즉, 앰폴 베이스의 직경에 대한 약 10퍼센트로 둥글게 된다.

본 발명의 버블러 앰폴은 앰폴의 상부 및 하부 모서리의 반경이 앰폴 직경의 직경 또는 폭의 약 30 퍼센트인 곡률 반경을 가질 수 있다. 앰폴은 통상적으로 약 140 mm까지의 직경을 가진다. 바닥벽(6)에서 제한된 환형 반경 리브(5)를 포함하면, 하부 모서리가 앰폴(2)에 대한 적당한 지지를 보장하기 위해 최대의 베이스 벽 면적을 제공하면서, 앰폴 직경에 대한 반경이 30 퍼센트의 비율로 유지될 수 있게 한다. 바닥벽(6)의 최소 두께(T)는 통상적으로 약 2mm 인, 측벽의 최소 두께(T')의 적어도 약 1과 1/2 배이다.

도 3에는, 일반적으로 부호 30으로 지정된 버블러 조립체의 밀봉 밸브의 실시예가 도시된다. 도 3에 도시된 밸브는 버블러 조립체를 완성하기 위해 양 목부분(14,18) 상에 설치된다. 밸브(30)는 PTFE 또는 어떤 다른 내부식성 플라스틱 재료로 형성된다. 밸브(30)는 T형 밸브이고 앰폴(2) 상의 목부분(14 또는 18)로 연장되는 니플(32)을 포함한다. 니플(32)은 앰폴 목 부분(14 또는 18) 안으로 끼워지는 종단 부분(34)과 앰폴 목부분(14 또는 18)의 단부벽에 인접한, 수나사부(36)를 포함한다. 암나사부가 형성된 로크 너트(38)는 앰폴의 목부분(14,18)에 설치되고 밸브(30)의 부분(36)으로 나사결합되도록 작동할 수 있으며, 앰폴 목부분(14 또는 18) 상의 홈(22 또는 24)에 설치되는 로킹 밀봉 링(23 또는 25)과 결합하도록 작동할 수 있다. 이 방식에서, 밸브(30)는 너트(38)에 의해서 앰폴 목부분(14 또는 18)과 밀봉 결합됨으로써 조여질 수 있다. 밸브(30)는 앰폴(2) 안으로의 운반 가스의 유동에 대해서, 또한 앰폴(2)로부터 화학물이 함유된 운반 가스의 유동에 대해서 밸브(30)를 개방 또는 폐쇄하기 위해 핸들(42)에 의해서 조작될 수 있는 종래의 내부 밸브 스템(40)을 포함한다. 밸브(30)는 목부분(14)에 설치될 때, 운반 가스 입구에 연결되고, 목부분(18)에 설치될 때, 운반 가스 화학 혼합물에 연결된 수나사의 단부(44)를 포함한다.

앰폴(2)은 하기 방식으로 충전된다. 충전 동작을 개시하기 위해, 앰폴(2)은 목부분(14)에 설치된 밸브(30)를 통해서 질소 가스 라인을 앰폴의 목부분(14)에 연결함으로써, 불활성 질소 가스로 채워진다. 출구 목부분(18)의 밸브(30)는 이 목부분(18)에서 이동하고 상기 목부분(18)을 통해서 앰폴(2)에 화학물이 부가된다. 앰폴(2)에 화학물이 채워질 때, 질소 가스는 목부분(18)을 통해서 앰폴(2)로부터 추진된다. 상기 목부분(18)을 통해서 앰폴(2)로부터 나오는 질소 가스의 유동은 대기 가스 또는 다른 대기 오염물질이 충전되는 동안 앰폴(2) 안으로 들어오는 것을 방지한다. 일단, 앰폴(2)이 적당한 양의 화학물로 충전되면, 목부분(14)의 밸브(30)는 폐쇄되고, 질소 가스 라인으로 그로부터 분리되며, 밸브(30)는 목부분(18)에 재결합된다. 충전된 앰폴은 그때 선적될 준비가 된다.

본 발명의 버블러 앰폴 및 조립체는 폭발의 심각한 위험없이 높은 증기 압력에서 작동할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 어떤 엔드 사용 시스템(end-use system)에서, 앰폴의 밸브의 자동 개폐 동작은 본 제조자가 명시한 앰폴 강도를 초과하지만, 본 발명의 조립체가 수용할 수 있는 급격한 내부 압력 변화를 초래할 수 있다. 본 발명의 구성에 의해서 보강된 앰폴 강도는 최종 사용자에 대해서 충전 앰폴의 선적 내구성 및 작동 안정성을 강화시킨다.

본 발명의 공개된 실시예는 발명의 원리 내에서 많은 변형 및 변화가 이루어질 수 있으므로, 본 발명의 상기 실시예는 하기 청구범위 이외에 본 발명을 국한할 목적으로 기재된 것이 아니다.

Claims (15)

1. 앰폴의 폭을 한정하는 측벽과, 상기 앰폴 폭의 약 30 퍼센트인 곡률 반경을 갖는 상부 및 하부 모서리에 의해서 상기 측벽에 각각 연결된 상부벽과 하부벽을 구비하는, 고순도의 높은 증기 압력의 액체 화학물을 저장하기 위한 유리 버블러 앰폴.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 바닥벽은 상기 하부 모서리의 단부에 위치한 안으로 굴곡된 환형 리브와 함께 형성되는 유리 버블러 앰폴.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 환형 리브는 상기 하부 모서리와 합체되는 유리 버블러 앰폴.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 바닥벽은 상기 환형 리브를 제외하고는 본질적으로 평탄한 유리 버블러 앰폴.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 상부벽은 그 전체 크기에 걸쳐 본질적으로 곡선인 유리 버블러 앰폴.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 유리는 수정 유리인 유리 버블러 앰폴.
7. 측벽과, 상부 및 하부 모서리에 의해서 각각 상기 측벽에 연결된 연결된 상부벽과 하부벽을 구비하고, 상기 상부벽과 일체로 통합된 운반 가스 입구의 목부분과 상기 입구 목 부분과 일체로 통합된 운반 가스 입구 튜브를 구비하며, 상기 입구 튜브는 상기 앰폴로 하향 연장되고 상기 입구 튜브의 하단부에서 종결되는 외부의 절두 원추형 표면을 구비하고, 상기 입구 튜브의 하단부는 단일 운반 가스 방출 개방부와 함께 형성되는, 고순도의 높은 증기 압력의 액체 화학물을 저장하기 위한 유리 버블러 앰폴.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 앰폴은 평면에서 볼 때 원형이고 상기 측벽은 상기 측벽의 외경의 약 30 퍼센트인 곡률 반경을 갖는 상부 및 하부 곡선의 모서리에 의해서 상기 상부벽 및 하부벽에 연결되는 유리 버블러 앰폴.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 상부벽은 전체 크기를 통해서 곡선인 유리 버블러 앰폴.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 유리는 수정 유리인 유리 버블러 앰폴.
11. 측벽과, 상부 및 하부 모서리에 의해서 상기 측벽에 각각 연결된 상부벽과 하부벽을 구비하고, 상기 바닥벽은 적어도 상기 측벽의 1과 1/2배의 최소 두께를 구비하는, 고순도의 높은 증기 압력의 액체 화학물을 저장하기 위한 유리 버블러 앰폴.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 측벽은 약 2mm의 두께를 구비하는 유리 버블러 앰폴.
13. 제 12 항에 있어서, 앰폴은 평면에서 볼 때, 원형이고 상기 측벽은 상기 측벽의 약 30 퍼센트인 곡률 반경을 갖는 상부 및 하부의 곡선 모서리에 의해서 상기 상부벽 및 하부벽에 각각 연결되는 유리 버블러 앰폴.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 바닥벽은 상기 하부 모서리의 단부에 위치하고 안으로 굴곡된 환형 리브로 형성되는 유리 버블러 앰폴.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 유리는 수정 유리인 유리 버블러 앰폴.