KR20010033239A - 금속 산화물 매진을 제조하기 위한 방법 및 버너 - Google Patents

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다니엘 더블유. 호우토프
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알프레드 엘. 미첼슨
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Abstract

본 발명은 미세가공 공정으로 제조된 복수의 개구부를 가진 복수의 평면층을 포함하는 실리카와 같은 무기 매진을 제조하기 위한 방법과 버너에 관한 것이다. 상기 개구부는 전구체 입구 및 가스 입구와 유체 소통함으로써 가스와 전구체가 버너를 통해 출입할 수 있도록 한다. 상기 버너는 연소성 가스로부터 화염을 만들어 내고, 그 내부에서 전구체는 화학반응하여 매진을 생성시키게 된다.

Description

금속 산화물 매진을 제조하기 위한 방법 및 버너{BURNER AND METHOD FOR PRODUCING METAL OXIDE SOOT}
버너의 화염에서 전구체를 반응시켜 무기 매진, 특히 금속 산화물 매진을 생성시키는 것이 알려져 있다. 예를 들어, 이러한 반응으로 생성된 매진은 수용체 표면상에 적층시켜 도가니, 관, 렌즈 및 광학 도파관 등의 물품을 제조하는데 사용되었다.
이러한 공정은 도프 및 비도프 실리카 매진으로 제조되는 광학 도파관 모재를 제조하는데 특히 유용하다. 일반적으로, 상기 도파관 제조 공정은 실리콘 함유 전구체를 버너에 전달하는 단계와, 상기 전구체를 메탄과 산소의 혼합물과 같은 연소성 가스로 만들어진 버너 화염내에서 반응시키는 단계를 포함한다. 역사적으로, 실리콘 테트라크롤라이드, 다양한 도판트와 실리콘 테트라크롤라이드의 혼합물과 같은 할로겐 함유 전구체가, 예를 들어 VAD(증기 축상 적층법) 및 OVD(외부 증기 적층법)와 같은 증기상 적층법에 의한 도파관 모재의 제조에 사용되었다.
이들 공정에서 증기 전달단계가 사용되어지되, 할로겐 함유 원료물질은 버너로부터 떨어진 위치에서 기화된다. 그 다음, 기화된 원료물질은 운반 가스에 의해 버너로 운반되어 휘발 및 가수분해됨으로써 매진 입자를 생성시키게 되고, 이는 수용체 표면상에 수집된다. 상기 수용체 표면은 평면 도파관 제조의 경우 평면 기판, 도파관 섬유 제조용 VAD의 경우 회전 시동로드(a rotating starting rod) 또는 도파관 섬유 제조용 OVD의 경우 회전 맨드릴일 수 있다. 일부 OVD 시스템에서, 도파관 모재의 피복부는 맨드릴 대신 미리 제조된 코어 모재상에 적층된다.
케인 등의 미국 특허번호 제5,599,371호와 도빈 등의 미국 특허번호 제5,043,002호에 개시된 바와 같이, 할로겐 함유 전구체의 사용에 따른 환경오염문제 때문에, 도파관 모재를 제조하기 위한 전구체의 대안으로서 무할로겐 실리콘 함유 원료물질이 제안되었다. 특히, 도빈 등의 특허에 개시된 바와 같이, 폴리메틸실록산이 바람직한 전구체 물질이고, 폴리메틸시클로실록산이 특히 바람직하며, 옥타메틸시클로테트라실록산이 가장 바람직하다. 블랙웰 등의 미국 특허번호 제5,152,819호에는 고순도 용융 실리카 글라스를 제조하는데 사용될 수 있는 기본 Si-N-Si 구조를 가진 오가노실리콘-니트로겐 화합물, 기본 Si-N-Si-O-Si 구조를 가진 실록사실라잔 및 그 혼합물 등 무할로겐 실리콘 화합물이 추가적으로 개시되어 있다. 상기 도빈 및 블랙웰 등의 양특허는 무할로겐 전구체를 버너로부터 떨어진 위치에서 기화시키는 단계, 운반가스를 사용하여 기화된 전구체를 버너에 전달하는 단계 및 기화된 전구체를 버너에서 연소시키는 단계를 개시하고 있다.
"액체 반응물의 연소에 의한 용융 실리카 제조장치 및 방법"이란 명칭으로 1996년 12월 17일자에 출원된 호우토프 등의 미국 출원번호 제08/767,653호는 버너로 기화된 폴리알킬실록산 공급원료를 전달하는 것이 문제가 될 수 있음을 개시하고 있다. 특히, 고분자량 종(species)은 증기성 전구체를 버너 또는 버너 내부로 운반하는 관에서 겔로서 적층될 수 있다. 이러한 겔화는 매진 적층율을 저하시키고, 광학 도파관 모재를 제조하는 과정에서 모재를 불완전하게 하여 결함이 있거나 쓸모없는 광학 도파관을 생산하게 된다. 호우토프 등의 미국 출원번호 제08/767,653호는 이러한 폴리알킬실록산의 겔화가 버너에 폴리알킬실록산을 액체 상태로 전달하고, 이 액체 전구체를 버너 또는 버너 부근에 분무함으로써 해소될 수 있음을 개시하고 있다.
증기 전달공정에 사용하기 위한 다양한 버너 구조가 개발되었으며, 그 예를 몰트잔 등의 미국 특허번호 제3,642,521호, 파워스의 미국 특허번호 제4,165,223호, 몰트잔의 미국 특허번호 제3,565,345호, 몰트잔의 미국 특허번호 제3,698,936호 및 케인 등의 미국 특허번호 제5,599,371호에서 찾아볼 수 있다. 전술한 호우토프 등의 특허출원서는 액체 전구체 전달공정에 사용하기 위한 버너 구조를 개시하고 있다.
전구체가 버너에 증기 형태 또는 액체 형태로 전달되든지, 버너가 분산되어 균일하게 유동하는 전구체를 버너의 화염에서 반응되도록 하여 수용체 표면상에 적층되는 매진을 생성시키는 것이 중요하다. 이러한 개념은 정밀한 굴절률 프로파일을 생성하기 위한 도파관 제조에서 특히 중요하다. 일반적으로, 현재의 버너는 금속 가공기술을 사용하여 제조된다. 현재 버너 구조의 단점은 소형 공급 채널 및 오리피스, 즉, 폭 또는 직경이 150 미크론 이하인 채널 및 오리피스를 가진 금속 산화물 매진 적층용 버너를 제조하는 것이 매우 어렵다는 것이다. 또한, 정밀한 채널 및 오리피스를 소형으로 가공하는데 따른 비용과 함께, 대량생산된 부품의 가변성도 현재의 버너 기술에서 문제가 된다.
전술한 버너의 일반 개념과 함께, 액체 전구체가 분무되는 액체 전달 버너에 있어서, 버너 채널과 오리피스의 정밀한 직경 및 균일한 오리피스 크기는 전구체 물질의 완전연소에서 매우 중요한 액적(droplet) 크기를 균일하게 하는데 중요한 요소이다. 일반적으로, 액체 전달 시스템에 사용되는 버너는 별도로 제조된 후에 연소전에 액체를 분무하는 분무장치와 합체된다. 통상적으로, 종래의 분무장치는 큰 액적 크기를 가진 스프레이를 제공한다. 큰 액적은 연소가 어렵고, 연소되지 않은 액적은 적층된 매진으로 제조된 제품에 결함을 일으킬 수 있다.
이러한 단점을 고려하여, 계속적으로 재생될 수 있는 미크론 크기의 오리피스, 채널 및 공차를 제공하는 미세가공공정에 의해 제조된 버너를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 버너의 일부로서 형성된 액체 분무기를 포함하는 액체 전달 시스템용 버너를 제공하는 것이 유리하되, 상기 분무기는 액체 전구체 액적의 효율적인 연소가 가능하도록 소형 액적을 생성시키고 좁은 액적 크기 분포를 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명은 무기 매진을 제조하기 위한 버너에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 전구물질이 화학반응하여 금속 산화물 매진을 생성시킬 수 있도록 하는 화염을 만들기 위한 버너에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 측면도로서, 각각의 층이 고정된 상태를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1에 도시된 버너의 측면도로서, 각각의 층이 분리된 상태를 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너의 매니폴드 층의 평면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 버너의 평면도이며,
도 5는 도 4의 5-5선을 따라 취한 단면도이고,
도 6은 도 4의 6-6선을 따라 취한 단면도이며,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너의 평면도이고,
도 8은 도 7의 8-8선을 따라 취한 단면도로서, 공기분사 분무기 엘리먼트를 형성하도록 적층된 면층(face layer)과 서브 면층(sub face layer)을 나타낸 도면이며,
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 버너의 평면도이고,
도 10은 도 9의 10-10선을 따라 취한 단면도로서, 공기분사 분무기 엘리먼트를 형성하도록 적층된 3개의 평면층을 나타낸 도면이다.
따라서, 본 발명은 전구체가 화학반응하여 매진을 생성시킬 수 있도록 하는 화염을 연소가스로부터 만드는 버너를 제공한다. 본 발명의 버너는 전구체가 버너로부터 떨어진 위치에서 기화되어 운반가스를 사용하여 증기 형태로 버너에 전달되는 증기 전구체 전달 시스템과, 전구체가 액체 형태로 버너에 전달되며 버너면에 근접된 위치에서 분무 및 기화되는 액체 전구체 전달 시스템에 사용될 수 있음을 알 수 있다. 버너가 액체 전달 시스템에 사용된 실시예에 있어서, 상기 버너는 연소전에 액체 전구체를 분무하기 위한 분무 엘리먼트를 버너 구조내부에 포함하게 된다.
본 발명에 따른 버너는 150 미크론 이하, 일부 실시예에서는 10 미크론 이하의 폭 또는 직경을 가진 채널 및 오리피스를 포함하도록 제조될 수 있다. 상기 버너는 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층을 포함하되, 상기 층은 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구 및 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구를 가진 하우징을 형성하게 된다. 각각의 층은 층을 관통하는 복수의 개구부를 가진 평면을 포함하며, 상기 층중 하나의 평면은 버너 면을 형성하게 된다. 상기 가스 입구는 개구부의 제 1 부분과 유체소통하여 버너면을 통해 가스를 버너로부터 방출되도록 하고, 상기 전구체 입구는 개구부의 제 2 부분과 유체 소통하여 버너면을 통해 전구체를 버너로부터 방출되도록 한다.
바람직하게, 상기 층중 적어도 일부는 실리콘과 같은 기본 반도체 물질 또는 실리콘 카바이드로 제조된다. 상기 개구부는 층을 관통하여 미세가공됨이 바람직하다. 다른 실시예에서, 상기 층중 적어도 일부는 층의 평면내부에 형성된 채널을 포함하되, 상기 채널의 제 1 부분은 전구체 입구와 유체 소통하며, 채널의 제 2 부분은 전구체 입구와 유체 소통한다. 또 다른 실시예에서, 상기 평면층중 적어도 하나를 관통하는 개구부의 제 2 부분은 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있도록 작은 샤우터(Sauter) 평균 직경을 가진 액적으로 액체를 분무할 수 있는 크기이다.
변형된 실시예에서, 상기 층중 하나는 당해 층을 관통하는 개구부를 가진 분배기 층이며, 분배기 층을 통해 유동하는 각각의 전구체 및 가스를 일정한 압력으로 유지하게 된다. 다른 실시예에서, 상기 버너면은 당해 면을 관통하는 슬릿형 오리피스를 가지며, 상기 버너면을 형성하는 층은 당해 면을 관통하는 슬릿형 오리피스를 가진 제 2 층에 접합됨으로써, 상기 제 1 슬릿형 오리피스와 제 2 슬릿형 오리피스가 일직선이 되어 버너의 중앙부에 메인 오리피스가 형성되도록 한다. 바람직하게, 상기 메인 오리피스는 버너 가스 입구 및 전구체 입구와 유체 소통한다. 바람직하게, 상기 메인 오리피스는 당해 분무 가장자리와 접촉하는 액체 전구체를 분무하기 위한 분무 가장자리를 가진 내면을 더 포함한다.
또 다른 변형 실시예에서, 본 발명의 버너는 적어도 하나의 층에 포함된 분무 엘리먼트를 갖는다. 일 실시예에서, 상기 분무 엘리먼트는 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있는 작은 샤우터 평균직경을 가진 액적으로 액체를 분무할 수 있는 크기를 가진 복수의 오리피스를 포함한다. 다른 실시예에서, 상기 분무 엘리먼트는 분무 가스 및 액체 전구체와 유체 소통하는 분무 가장자리를 가진 메인 오리피스를 포함한 공기분사 분무기를 포함한다.
또한, 본 발명은 당해 평면을 관통하도록 바람직하게는 에칭으로 미세가공된 다중 개구부가 구비된 평면을 가진 복수의 평면층을 포함하는 버너를 제공하는 단계를 포함하여, 바람직하게는 실리카 매진인 금속 산화물 매진의 제조방법을 포함한다. 상기 개구부의 제 1 부분은 전구체 입구와 유체 소통하며, 개구부의 제 2 부분은 가스 입구와 유체 소통한다. 상기 개구부의 제 1 부분을 통해 연소성 가스가 유입되어 점화되고, 개구부의 제 2 부분을 통해 전구체가 화염에 유입되고 연소하여 금속 산화물 매진을 생성하게 된다.
본 발명에 따른 방법의 일 실시에에서, 상기 오리피스는 분무 가장자리를 포함하고, 액체 전구체는 상기 오리피스를 통해 유동하여 분무 가장자리와 접촉함으로써 당해 가장자리에 얇은 액체 필름을 형성하게 된다. 오리피스를 통한 가스 유동은 액체 필름에 충돌하여 액체 전구체를 분무시키고, 이는 버너의 화염에서 연소된다. 선택적 실시예에서, 액체 전구체는 약 2700℃ 이하의 온도에서 분무될 수 있도록 작은 샤우터 평균 직경을 가진 액적으로 액체를 분무할 수 있는 크기의 일 개구부 또는 복수의 개구부를 통해 유동하게 된다.
본 발명은 분산되어 균일하게 유동하는 각각의 전구체 및 가스가 버너를 통과할 수 있도록 하고, 상기 평면층중 하나의 평면으로 형성된 버너면으로부터 방출될 수 있도록 하는 방법 및 버너를 제공한다. 이러한 균일 유동은 상기 층의 적어도 일부를 관통하는 개구부 때문이며, 상기 개구부는 높은 배압을 생성하며 당해 개구부를 통과하는 유동을 동일하게 할 수 있도록 작다. 바람직하게, 배압을 생성하는 소형 개구부는 버너면을 형성하는 층 또는 분배층에 위치된다. 또한, 본 발명은 수용체 표면상에 금속 산화물 매진을 더욱 정밀하고 효과적으로 적층할 수 있도록 미크론 크기로 제조될 수 있는 오리피스 및 채널을 가진 버너를 제공한다. 이와 같이 정밀한 적층은 더 많은 매진이 맨드릴과 같은 수용체 표면상에 포집될 수 있도록 함으로써, 의도한 수용체 표면에 도달하지 못한 매진으로 인한 매진의 손실을 줄이게 된다. 도파관 제조 공정에 있어서, 향상된 적층의 정확성 및 효율성은 광학 도파관의 제조 과정에서 굴절률 프로파일에 대한 제어를 개선할 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점이 하기된 설명에 나타나 있다. 전술한 일반적 설명과 하기된 상세한 설명은 예시적 실시예이며, 청구된 본 발명을 더 설명하기 위한 것이다. 도면에서, 동일한 참조기호는 여러 도면에서 동일한 구성요소를 나타낸다. 도면에서 여러 구성요소들은 척도에 따라 도시되지 않은 대신, 본 발명을 설명하기 위해 의도적으로 왜곡되었다.
본 발명의 버너의 예시적 실시예가 도 1 및 도 1a에 도시되어 있으며, 참조번호 10으로 표시되어 있다. 상기 버너(10)는 전구체가 화학반응하여 무기 매진, 바람직하게는 금속 산화물 매진을 생성하도록 하는 화염을 연소성 가스로부터 만들기 위한 버너이다. 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 버너는 버너(10)로 만들어진 화염내에서 실리콘 함유 전구체를 반응시켜 도프 또는 비도프 실리카 매진을 생성시키기 위해 사용된다.
상기 버너(10)는 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층을 포함한다. 바람직하게, 상기 각각의 층은 두께가 적어도 약 100 미크론 내지 약 1㎜이고, 각 층의 길이와 폭은 버너가 응용되는 바에 따라 다르다. 예를 들어, 도파관 섬유 모재를 위한 실리카 매진의 제조에 사용되는 버너는 폭이 약 1㎝이며, 길이가 1㎝일 수 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼 제조공정의 크기로 제한되는 상기 층의 길이와 폭은 더 작거나 커질 수 있다. 바람직하게, 상기 층중 적어도 일부는 도 1에 도시된 바와 같이 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 정밀하게 융합될 수 있도록 미세가공될 수 있는 물질로 제조된다. 더욱 바람직하게, 상기 층의 일부는 실리콘 카바이드 또는 기본 반도체 물질과 같이 에칭이 가능한 물질로 제조된다. 적당한 기본 반도체 물질은 여러 오리엔테이션 실리콘(예를 들어, (100) 오리엔테이션 실리콘), 폴리크리스탈린 실리콘 및 게르마늄을 포함한다. 바람직하게, 상기 층의 다른 부분은 상기 기본 반도체 물질로 제조된 층에 접합될 수 있는 물질로 제조된다. 이러한 물질의 예로는 보로실리케이트 글라스 또는 포스포실리케이트 글라스, 예를 들어 PYREX 글라스가 있다.
본 출원서에 사용된 용어 "미세가공된" "미세가공성" 및 "미세가공"은 직경 또는 폭이 약 150 미크론 이하의 정밀한 오리피스 및 채널을 형성하기 위한 기술과 관련된다. 일부 실시예에서, 상기 오리피스와 채널은 직경 또는 폭이 약 10 미크론 이하일 수 있다. 이와 같이 작은 직경과 폭은 종래의 버너 제조공정을 사용하여서는 계속적으로 제조할 수 없다. 미세가공은 석판인쇄, 마스킹, 에칭, 광화학 공정, 반응 이온 에칭(RIE), 초음파 가공, 수직벽 미세가공 및 결정 에칭과 같이 집적회로 제조에 사용되는 종래 기술을 포함한다. 사용되는 특정기술은 사용된 물질, 특히 결정 구조 및 오리엔테이션에 따라 좌우된다. 이러한 기술이 1997년 7월 8일자에 "가스 보조 분무장치 및 가스 보조 분무장치 제조방법"이란 명칭으로 로벨스테드 등이 출원한 미국 출원번호 제08/889,852호와, 1997년 7월 8일자에 "레일리 분산 분무장치 및 레일리 분산 분무장치 제조방법"이란 명칭으로 로벨스테드 등이 출원한 국제출원번호 PCT/US97/11622호에 개시되어 있다.
각각의 평면층은 보로포스포실리케이트 글라스 또는 포스포실리케이트 글라스와 같은 유동층과 함께 또는 이러한 유동층 없이 용융 접합으로 연결될 수 있다.선택적으로, 평면층을 서로 접합시키기 위해 예를 들어 금-인듐 또는 구리 박막과 같은 합금층과 함께 용융 접합이 사용될 수 있다.
도 1 및 도 1a를 참조하면, 상기 버너(10)는 복수의 층, 예를 들어 입구층(12), 분배층(14), 서브 면층(16) 및 면층(18)을 포함한다. 물론, 상기 버너는 도시된 것보다 더 많거나 더 적은 수의 층을 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 버너는 버너(미도시)를 통과하는 가스와 전구체를 필터링하기 위한 필터층(미도시) 또는 부가적인 분배층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 분배층(14)과 필터층이 필요없도록 가스 또는 전구체 공급기와 버너 사이에 위치된 장치에 의해 분배와 필터링이 이루어질 수 있다. 바람직하게, 상기 버너는 적어도 면층(18)과 입구층(12)을 포함한다.
상기 층들은 대체로 서로 평행하고 고정적으로 배열되어 하우징(20)을 형성한다. 상기 입구층(12)은 당해 층을 관통하는 개구부를 포함함으로써 전구체 공급원(미도시)과 유체 소통하는 전구체 입구(22)를 제공하고, 당해 층을 관통하는 제 2의 개구부 쌍을 포함함으로써 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구(24)를 제공한다. 상기 입구층(12)은 당해 층을 관통하는 개구부를 더 포함함으로써 보조 입구(26)(28)(30)를 제공한다. 도 1 및 도 1a에 도시된 바와 같이, 각각의 평면층은 당해 층을 관통하는 개구부를 가지며, 각 평면층을 통과하는 개구부는 입구(22)(24)(26)(28)(30)와 각각 유체 소통하는 유체 통로(32)(34)(36)(38)(40)를 버너내에 형성하도록 일직선을 이룬다. 전구체 입구(22)와 유체 소통하는 유체 통로(32)는 전구체 통로를 형성하고, 가스 입구(24)와 유체 소통하는 유체 통로(34)는 가스 통로를 형성한다. 상기 보조 입구와 유체 통로는 추가적인 전구체 또는 가스를 버너에 유동시키기 위해 사용될 수 있다.
계속하여 도 1을 참조하면, 버너면을 형성하는 면층(18)은 유체 통로(32)(34)(36)(38)(40)와 소통하며 당해 통로에 대해 각각 일직선으로 정렬된 면 개구부(42)(44)(46)(48)(50)를 포함한다. 각각의 입구와 유체 통로를 통과하는 유체는 면층의 면 개구부(42)(44)(46)(48)(50)를 통해 버너로부터 방출된다. 본 발명의 특징에 따라, 상기 면 개구부(42)(44)(46)(48)(50)는 당해 개구부가 소통하는 각각의 유체 통로보다 크기가 더 작다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 유체 통로(36)(38)(40)와 소통하는 2개의 면 개구부(46)(48)(50)가 존재한다. 면 개구부(42)는 유체 통로(32)보다 크기가 더 작다. 유체 통로(44)와 소통하는 3개의 면 개구부(44)가 존재한다. 바람직하게, 면 개구부는 직경 또는 폭이 약 150 미크론보다 작으며, 일부 실시예에서, 면 개구부는 직경 또는 폭이 약 10 미크론보다 작을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 면층(18)의 평면도를 나타낸 도 2를 참조하면, 각각의 층은 평면(26)을 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 면층(18)은 당해 층을 관통하는 면 개구부를 포함한다. 본 발명의 특징으로, 면 개구부(42)는 전구체 통로 및 전구체 입구와 유체 소통함으로써 전구체가 면 개구부(42)를 통해 버너면으로부터 방출될 수 있도록 한다. 면 개구부(44)는 가스 입구 및 가스 통로와 유체 소통함으로써 산소, 질소 또는 그 혼합물과 같은 가스가 버너면을 통해 버너로부터 방출될 수 있도록 한다. 보조 유체 통로 및 보조 입구와 유체 소통하는 보조 면 개구부(46)(48)(50)는 질소와 같은 불화성 가스, 산소 및 연소성 가스와 같은 보조 가스가 면을 통해 버너로부터 방출될 수 있도록 한다. 예를 들어, 질소, 산소 또는 그 혼합물은 면 개구부(46)(50)를 통해 버너면으로부터 방출될 수 있으며, 산소와 메탄의 혼합물 같은 연소성 가스는 면 개구부(48)를 통해 버너로부터 방출될 수 있다.
도 3은 입구층(12)과 서브 면층(16)보다 더 많은 개구부를 포함한 분배층(14)의 평면도이다. 또한, 분배층(14)의 개구부는 바람직하게 입구층과 서브 면층의 개구부보다 더 작다. 예를 들면, 상기 분배층(14)은 입구층 또는 서브 면층보다 적어도 2배의 개구부를 갖는다. 이러한 분배기 개구부(62)(64)(68)(70)는 버너의 유체 통로와 각각 일직선을 이룬다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 입구층(12)에 접합된 분배층의 표면은 입구(22)(24)(26)(28)(30)와 일직선인 우물영역(welled area)(71)을 포함할 수 있다. 이러한 우물영역은 분배층 물질의 얇은 영역(73)을 남기고 분배층(14)의 두께 일부를 에칭함으로써 형성될 수 있다. 그 다음, 상기 얇은 영역(73)을 마스킹 및 에칭함으로써 분배기 개구부(62)(64)(66)(68)(70)가 형성될 수 있다. 상기 분배층(14)의 분배기 개구부는 버너를 통과하는 각각의 전구체 및 가스의 압력을 대체로 일정하게 하고 유동을 균일하게 분배시키게 된다.
본 발명의 특징으로, 상기 층중 적어도 일부는 실리콘 카바이드 또는 기본 반도체 물질과 같은 미세가공성 물질, 바람직하게는 에칭가능한 물질로 제조된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 층중 일부는 (100) 오리엔테이션 실리콘으로 제조된다. 적어도 면층(18)은 실리콘으로 제조되는 것이 바람직하고, 분배층(14)도 실리콘으로 제조될 수 있다. 장착층(12)은, 예를 들면 PYREX인 보로실리케이트 또는 포스포실리케이트 글라스와 같은 글라스 물질로 제조됨이 바람직하다. 또한, 상기 표면층(16)과 보조층도 장착층(12)과 동일한 물질로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 층을 관통하는 일부 개구부는 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있는 작은 샤우터 평균 직경을 가진 액적으로 통과하는 액체를 분무할 수 있는 크기이다. 완전히 기화될 수 있는 특정 샤우터 평균 직경은 버너에 의해 만들어지는 화염의 온도와 기화되는 전구체에 따라 좌우되며, 이는 경험적으로 결정될 수 있다. 작은 액적으로 액체가 분쇄되는 정확한 메카니즘은 알려지지 않았으나, 작은 개구부를 통해 가압되는 액체 제트가 액체의 레일리 분산에 의해 작은 액적으로 분쇄되는 것으로 여겨진다. 따라서, 통과하는 액체를 분무시킬 수 있는 크기를 가진 개구부는 버너 구조에 포함된 분무 엘리먼트로서 작용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 전구체 통로(32)와 유체 소통하는 면 개구부(42)는 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있는 작은 샤우터 평균 직경을 가진 액적으로 전구체 액체 흐름을 분무할 수 있는 크기이다. 본 출원서에 사용된 바와 같이, 용어 "레일리 분산"은 좁은 액적 크기 분포로 작은 액적으로 분쇄될 액체 제트를 형성하기 위해 작은 개구부 또는 오리피스를 통해 액체를 유동시키는 것을 의미한다. 액체 제트가 실린더 형태를 가진 연속 흐름으로서 작은 개구부로부터 방출될 때, 제트 표면상에서 응집력과 파열력간의 경합은 진동과 섭동을 일으킨다. 상기 진동은 증폭되고 액체 흐름은 작은 방울로 분해되어 스프레이를 형성하게 된다. 레일리 분산에 대한 자세한 정보는 1989년 헤미스피어 퍼블리싱 코.의 아더 에이치. 레페브레의 분무와 스프레이로부터 찾을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 액체 전구체는 입구(22), 유체 통로(32) 및 면 개구부(42)를 통해 유동하게 된다. 상기 전구체는 면 개구부(42)로부터 방출될 때 작은 액적으로 분무되고, 상기 액적은 면 개구부(42) 크기의 약 2배이다. 예를 들어, 폭 또는 직경이 10 미크론인 면 개구부를 통해 가압된 액체는 약 20 미크론의 샤우터 평균 직경을 가진 액적을 만들게 된다. 적당한 유동율은 경험적으로 결정될 수 있다. 면 개구부(48)를 통해 버너로부터 방출되는 메탄과 산소 혼합물과 같은 연소성 가스는 점화되어 화염을 제공하게 된다. 분무되어 화염으로 유입되는 전구체는 연소되어 금속 산화물 매진을 생성하게 된다. 입구(24)(26)(30)를 통해 보조 가스가 버너(10)에 공급될 수 있으며, 면 개구부(44)(46)(50)를 통해 버너로부터 방출된다. 상기 보조 가스는 산소, 질소 또는 그 혼합물을 포함할 수 있다. 물론, 전구체, 연소성 가스 및 보조 가스가 통과하는 특정 입구 및 개구부는 전구체의 연소를 최적화하도록 재구성될 수 있음을 알 수 있다.
상기 제트의 레일리 분산은 좁은 액적 크기 분포를 가진 스프레이를 발생시키고 제트 분산 공정을 보조하기 위해, 비교적 일정한 진동수를 가진 액체 제트에 외부 교란을 유도하는 것을 포함한다. 유연한 스트립과 같은 돌기부를 액체 제트의 경로상에 위치시킴으로써 교란을 유도할 수 있다. 선택적으로, 유체 피드백 발진기 또는 압전발진기로 액체 제트에 교란을 유도할 수 있다. 비교적 일정한 진동수는 상기 교란에 적합한 특정 파장에 해당하거나(이 진동수는 제트 속도에 의해 파장과 관련된다), 상기 파장을 포함하는 넓은 진동수 스팩트럼은 가장 빠른 성장 분포(레일리 파장)에 해당한다. 비원형 액체 제트의 붕괴는 많은 진동수를 가진 진동을 발생시킨다. 특히, 표면장력은 액체 제트를 재성형하여 제트 표면의 다른 부분보다 더 작은 곡률반경을 가진 가장자리를 제거한다. 이는 제트에서의 진동을 새로 설정하여, (실험적으로 또는 컴퓨터 연산을 통해)적절하게 최적화되었을 때, 균일한 크기의 액적으로의 분산을 조장할 수 있다. 적당한 교란 진동수의 계산과 관련한 자세한 내용은 로벨스테드 등의 미국 특허출원서 "레일리 분산 분무장치 및 레일리 분산 분무장치 제조방법"에서 찾을 수 있다.
액체가 레일리 분산으로 분무되는 실시예에서, 바람직하게, 상기 개구부는 최소의 제트 교란을 일으키는 원형상의 단면을 갖는다. 그러나, 다른 비원형 단면이 사용될 수 있다. 액체 전구체가 분무되는 순간, 작은 액적은 버너의 화염에서 기화되고 연소되어 무기 매진을 생성하게 된다. 바람직한 실시예에서, 실리콘 함유 전구체는 분무 및 연소되어 실리카 매진을 생성하게 된다.
상기 버너 면층(18)은 액체 전구체를 레일리 분산으로 분무시키기 위한 단일의 개구부를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바람직한 실시예에서, 복수의 면 개구부(42)가 액체 전구체를 분무시키기 위해 면층에 형성된다. 도 2에 도시된 면 개구부(42)는 선형 어레이로 배열되는데, 이는 선형 매진 프로파일을 형성하고 버너에 의해 생성된 매진을 실린더형 맨드릴 또는 미끼 로드(bait rod)에 적층하는데 특히 유용하다. 정밀하게 형성된 개구부(52)의 선형 어레이는 좁은 매진 흐름이 맨드릴에 겨냥되도록 하여 맨드릴상에서의 매진 포집율을 향상시키게 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예의 면층(18)을 나타낸다. 전술한 실시예와 유사하게, 도 4에 도시된 버너는 면층(18)(미도시)과 상호 평행하고 고정적으로 배치된 입구층과 분배기 층을 포함한다. 면 개구부(42)는 버너면(18)의 중앙을 관통하는 슬릿형 오리피스를 포함한다. 또한, 상기 버너면(18)은 면 개구부(44)(46)(48)(50)를 포함한다. 도 5를 참조하면, 상기 면층(18)은 당해 면층과 이에 접합된 층사이에 채널(84)을 형성하는 두께 감소영역을 가짐으로써, 유체는 상기 면의 평면에 대해 대체로 평행하게 채널을 통해 유동하게 된다. 상기 채널(84)은 전구체 또는 가스가 면 개구부(42)를 통해 버너면으로부터 방출될 수 있도록 유체 입구 및 면 개구부(44)와 유체 소통한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 면층(18) 내부의 두께 감소영역은 채널(86)(88)(90)을 형성한다. 상기 채널(86)(88)(90)은 전구체 또는 가스가 각각의 면 개구부를 통해 버너면으로부터 방출될 수 있도록 유체 입구(미도시) 및 면 개구부(46)(48)(50)와 각각 유체 소통한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예의 면층(18)을 나타낸다. 상기 면층(18)은 버너면의 중앙에 슬릿형 오리피스(42)와, 면층(18)을 관통하는 면 개구부(46)(48)(50)를 갖는다. 도 8은 도 7의 8-8선을 따라 취한 단면도로서, 면층(18)과 서브 면층(16)을 나타낸다. 면 개구부(46)(48)(50)는 서브 면층(16)의 유체 통로(36)(38)(40)와 각각 정렬되어 유체 소통한다. 또한, 상기 서브 면층(16)은 당해 면층을 관통하는 슬릿형 오리피스(32)를 포함하고, 면층(18)과 서브 면층(16)은 서로 접합되어 슬릿형 오리피스(32)와 슬릿형 오리피스(42)가 메인 오리피스(100)를 형성하도록 한다. 유체 통로(34)는 상기 메인 오리피스(100)와 유체 소통한다. 유체 통로(32)(34)(36)(38)(40)는 유체 입구(미도시)와 유체 소통한다. 또한, 도 7에 도시된 실시예는 도 1에 도시된 실시예와 유사한 분배기 층과 입구층을 포함한다.
작동에 대해 설명하면, 본 발명의 특징에 따라, 전구체 물질은 버너의 전구체 입구로 전달되고 유체 통로(32)를 통과하여 메인 오리피스(100)를 통해 버너로부터 방출된다. 또한, 전구체는 유체 통로(34)를 통과하여 메인 오리피스(100)를 통해 버너로부터 방출될 수 있다. 상기 전구체는 액체 또는 증기 상태일 수 있으나, 전구체가 액체 상태로 버너에 전달될 경우, 상기 메인 오리피스는 분무 엘리먼트를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이는 아래에서 더욱 상세하게 설명되어 있다. 질소, 산소 또는 그 혼합물과 같은 가스가 유체 통로(36)(40)로 전달되어 면 개구부(46)(50)를 통해 방출될 수 있으며, 메탄과 산소 혼합물과 같은 연소성 가스가 유체 통로(38)로 전달되어 면 개구부(48)를 통해 버너로부터 방출될 수 있다. 상기 면 개구부(48)를 통과하는 연소성 가스는 점화되어 화염을 제공하고, 화염내에서 전구체 물질은 무기 매진으로 변환된다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서, 메인 오리피스(100)는 액체 분무 엘리먼트를 포함한다. 액체 분무 엘리먼트는 분무 가장자리(110) 형태로 메인 오리피스의 내면에 포함될 수 있다. 상기 분무 가장자리(110)는 길이가 약 10㎜ 내지 100㎜이며, 바람직하게는 약 250 미크론, 더욱 바람직하게는 약 25 내지 100 미크론의 폭으로 이격된다. 분무 가장자리는 매우 미세하게 첨예하며, 이는 분무를 용이하게 한다. 본 발명의 다른 특징으로, 유체 전구체는 예를 들어 분당 약 5㎜의 속도로 유체 통로(34)를 통과하여 분무 가장자리(110)와 접촉한다. 질소, 산소 또는 그 혼합물과 같은 가스는 고속(예를 들어, 약 100 m/s)으로 유체 통로(32)를 통과하여, 분무 가장자리(110)에 접촉하는 액체 전구체에 모이게 된다. 분무 가장자리를 지나는 액체 전구체는 얇은 층을 형성하고, 상기 고속 가스에 의해 작은 액적으로 분무된다. 적당한 유동속도와 관련한 상세한 내용은 로벨스테드 등의 미국 특허출원 "가스 보조 분무장치 및 가스 보조 분무장치 제조방법"에서 찾을 수 있다. 연소성 보조 가스가 유체 통로(36)(38)(40)를 통과하여 면 개구부(46)(48)(50)를 통해 버너로부터 방출되어 화염을 제공하고, 화염내에서 상기 분무된 전구체는 기화 및 연소되어 매진을 생성하게 된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예의 평면도이다. 도 9에 도시된 실시예의 평면도는 도 7에 도시된 실시예와 동일한 것처럼 보인다. 그러나, 도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 실시예는 분무 엘리먼트를 형성하는 3개의 층을 포함한다. 면층은 슬릿형 오리피스(42)와 면 개구부(46)(48)(50)를 포함한다. 서브 면층(16)과 제 2 서브 면층(15)은 이들을 관통하는 슬릿형 오리피스(32)를 포함한다. 상기 면층(18)과 서브 면층(16)은 서로 접합되어 슬릿형 오리피스(42)와 슬릿형 오리피스(32)가 정렬되어 메인 오리피스(100)를 형성하도록 한다. 서브 면층(16)과 제 2 서브 면층(15)은 면 개구부(46)(48)(50)와 각각 유체 소통하는 유체 통로(36)(38)(40)를 형성하는 개구부와, 메인 오리피스와 유체 소통하는 유체 통로(34)를 형성하는 개구부를 더 포함한다. 상기 제 2 서브 면층은 메인 오리피스(100)와 유체 소통하는 유체 통로(33)를 형성하는 개구부를 포함한다. 상기 메인 오리피스는 약 250 미크론 이하의 폭으로 이격됨이 바람직한 분무 가장자리(110)를 포함한다. 전술한 실시예와 같이, 도 9에 도시된 실시예는 매니폴드 층과 입구층을 더 포함하되, 이 층들은 상호 평행하고 고정적으로 배치된다.
작동에 대해 설명하면, 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에 따라, 전구체는 유체 통로(33)를 통과하고, 질소, 산소 또는 그 혼합물과 같은 가스는 유체 통로(32)(34)를 통과한다. 선택적으로, 전구체는 3개의 모든 유체 통로(32)(33)(34)를 통과할 수 있다. 질소 또는 산소와 같은 가스는 유체 통로(36)(40)를 통과하여 면 개구부(46)(50)을 통해 버너로부터 방출된다. 메탄 및 산소 혼합물과 같은 연소성 가스는 유체 통로(38)를 통과하여 면 개구부(48)를 통해 버너로부터 방출된다. 상기 연소성 가스는 점화되어 버너 화염을 제공하게 되고, 화염내부로 유입된 전구체는 연소하여 무기 매진을 생성하게 된다.
본 발명의 다른 특징에 따라, 도 9 및 도 10에 도시된 버너는 실리카 매진과 같은 금속 산화물 매진을 생성하도록 액체 전구체를 분무 및 연소시키기 위해 사용될 수 있다. 질소, 산소 또는 그 혼합물이 유체 통로(36)(40)를 통과하여 면 개구부(46)(50)를 통해 버너면으로부터 방출된다. 연소성 가스는 유체 통로(38)를 통과하여 면 개구부(48)를 통해 버너로부터 방출된다. 상기 연소성 가스는 점화되어 버너 화염을 제공하게 된다. 액체 전구체는 유체 통로(33)를 통과하게 된다. 상기 액체는 분무 가장자리에 얇은 필름을 형성시킬 수 있는 속도로 유동하게 되며, 이는 유체 통로와 개구부의 크기에 좌우된다. 바람직하게 질소, 산소 또는 그 혼합물인 고속 가스는 유체 통로(32)(34)를 통과하게 된다. 유체 통로(33)를 통과하는 액체는 분무 가장자리(110)에 얇은 필름을 형성하게 되고, 상기 고속 가스는 상기 액체를 작은 액적으로 분쇄하며, 이 액적은 메인 오리피스(100)를 통해 버너로부터 방출된다. 그 다음, 상기 액적은 버너 화염에서 연소되어 금속 산화물 매진을 형성하게 된다. 바람직하게는 질소, 산소 또는 그 혼합물인 고속 가스는 액체 전구체의 분무를 돕기 위해 유체 통로(34)를 통과할 수 있다. 유체 통로(34)(32)를 통과하는 상기 가스는 분무 가장자리(110)에서 액체를 효과적으로 포집할 수 있다.
본 발명에 따른 방법과 버너는 많은 잇점을 제공한다. 미세가공된 유체 통로, 개구부 및 오리피스는 수용체 표면의 크기와 일치될 수 있는 집중된 매진을 생성한다. 또한, 상기 층들의 평면에 수직한 방향으로 가스와 전구체를 유동시킴으로써, 버너 전체에 걸쳐 균일한 유동 분포를 제공한다. 본 발명에 따라 미세가공된 버너는 각 버너에 대한 가스와 전구체의 유동을 제어할 수 있는 어레이로 배치될 수 있다. 이러한 특징은 광 도파관 섬유 모재의 제조에 있어서 특히 유용하며, 그 이유는 개별적 버너 제어는 특정 버너에 대한 유동을 변화시킴으로써 모재 말단 효과가 종료될 때 광학 특성을 더 잘 조절할 수 있도록 하기 때문이다. 본 발명에 따른 버너의 다른 잇점은 집적회로를 배치 제작하는 것과 유사한 방식으로 버너를 배치로 제작할 수 있다는 것이다. 따라서, 버너를 저렴한 비용으로 용이하고 균일하게 재생산할 수 있다.
버너 구조, 특히 오리피스와 통로의 크기 및 형상, 유체 유동속도 등에 대한 실험을 계속하면 더 최적화할 수 있을 것으로 기대된다. 전구체가 증기 형태로 버너에 전달되는 실시예에서, 운반 가스는, 예를 들어 연소성 가스, 산화성 가스, 불활성 가스 또는 그 혼합물일 수 있다. 일반적으로, 질소가 바람직한 운반 가스이며, 메탄/산소 혼합물이 버너 화염 연로로서 사용되는 바람직한 연소성 가스이나, 옥시하이드로겐도 연소성 가스로서 사용될 수 있다.
본 발명의 버너는 다양한 공정에 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 버너는 수용체 표면에 적층되는 금속성 산화 매진을 만드는데 사용될 수 있다. 상기 수용체 표면은 광 도파관 섬유 모재를 제작하기 위한 회전 맨드릴 또는 미끼 로드일 수 있다. 그 다음, 상기 모재는 압밀로(consolidation furnace)에서 열처리되며, 통상의 섬유 인발기술을 사용하여 압밀된 모재로부터 광 도파관 섬유를 제작하게 된다.
선택적으로, 상기 수용체 표면은 평면 또는 수용체 컵이 될 수 있으며, 상기 매진은 다양한 제품을 만드는데 사용되는 용융 실리카 글라스 몸체로 적층과 동시에 또는 적층된 이후 압밀될 수 있다. 예시적 공정으로서, 평평한 기판에 매진을 적층시켜 기본 피복층을 형성한 다음, 2개의 상이한 반응 조성물을 사용하는 2개의 연속 공정단계에서 매진을 더 적층시켜 상기 기판상의 피복층 위에 코어 및 상위 피복층을 생성한다. 그 다음, 결과물은 압밀된다. 원하는 광 도파관 통로를 석판인쇄로 형성한 다음, 기판상에 원하는 도파관이 중첩되어 남도록 에칭한다. 그 다음, 상기 결과물은 피복될 수 있으며, 그 피복은 압밀될 수 있다. 즉시, 유사한 공정으로서, 이미 적층된 상위 피복과 굴절률은 동일하지만 이미 적층된 도파관을 손상시키지 않는 온도에서 쉽게 유동할 수 있도록 융점은 더 낮은 최종 피복을 적당하게 도프한다.
용융 실리카 매진의 제조와 관련하여 전술한 실시예에서, 실리콘 테트라크롤라이드와 같은 할로겐 함유 전구체를 포함하여 다양한 실리콘 함유 전구체 물질이 본 발명의 버너와 함께 사용될 수 있음이 명백하다. 실리카 매진을 제조하기 위해 바람직한 전구체 물질은, 예를 들어 실록산, 특히 옥타메틸시클로테트라실록산과 같은 폴리알킬실록산인 무할로겐 전구체이다. 또한, 글라스 매진의 도핑은 언급하지 않았으나, 적절한 도판트가 본 발명의 버너와 함께 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 이들 도판트는 전구체와 함께 버너에 전달되거나, 별도의 입구를 통해 유입되어 별도의 오리피스를 통해 버너로부터 방출될 수 있다. 적당한 도판트는 P2O5와, ⅠA, ⅠB, ⅡA, ⅡB, ⅢA, ⅢB, ⅣA, ⅤA 로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물, 원소 주기표의 희토류를 포함하나 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 본 발명에 대한 다양한 변경과 변형이 이루어질 수 있음을 당업자는 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 오리피스와 개구부의 형태와 구조가 본 명세서에 개시된 것과 달라질 수 있다. 또한, 대체로 평평하게 미세가공된 층들의 수도 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위와 그 동등물의 범주에 속하는 본 발명에 대한 변경과 변형을 포함한다.

Claims (26)

  1. 전구물질이 화학반응하여 무기 매진을 생성시킬 수 있도록 하는 화염을 연소성 가스로부터 만들기 위한 버너로서, 상기 버너는 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층을 포함하되, 상기 층은 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구 및 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구를 가진 하우징을 형성하고, 각각의 층은 층을 관통하는 복수의 개구부를 가진 평면을 포함하며, 상기 층중 하나의 평면은 버너 면을 형성하고, 상기 가스 입구는 개구부의 제 1 부분과 유체소통하여 버너면을 통해 가스를 버너로부터 방출되도록 하고, 상기 전구체 입구는 개구부의 제 2 부분과 유체 소통하여 버너면을 통해 전구체를 버너로부터 방출되도록 하는 것을 특징으로 하는 화염 생성용 버너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 층중 적어도 일부는 실리콘 카바이드 또는 기본 반도체 물질로 제조되며, 상기 개구부는 상기 층을 관통하여 미세가공되는 것을 특징으로 하는 화염 생성용 버너.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 층중 적어도 일부는 실리콘으로 제조되는 것을 특징으로 하는 화염 생성용 버너.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 층중 적어도 일부는 층의 평면내부에 형성된 채널을 포함하며, 상기 채널의 제 1 부분은 개구부의 제 1 부분 및 가스 입구와 유체 소통하며, 채널의 제 2 부분은 개구부의 제 2 부분 및 전구체 입구와 유체 소통하는 것을 특징으로 하는 화염 생성용 버너.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 평면층중 적어도 하나를 관통하는 개구부의 제 2 부분은 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있도록 작은 샤우터 평균 직경을 가진 액적으로 통과하는 액체를 분무할 수 있는 크기인 것을 특징으로 하는 화염 생성용 버너.
  6. 실리카 매진을 생성시킬 수 있도록 실리콘 함유 전구체를 화염내에서 연소시키기 위한 버너로서, 상기 버너는 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층을 포함하되, 상기 층은 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구 및 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구를 가진 하우징을 형성하고, 각각의 층은 층을 관통하는 복수의 개구부를 가진 평면을 포함하며, 상기 층중 하나의 평면은 버너 면을 형성하고, 개구부의 제 1 부분은 전구체 입구와 유체 소통하며, 개구부의 제 2 부분은 가스 입구와 유체 소통하고, 상기 층중 하나는 당해 층을 관통하는 개구부를 가진 분배기 층을 형성하며 상기 분배기 층을 통해 유동하는 전구체 및 가스를 일정한 압력으로 유지하는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 전구체 연소용 버너.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 층중 적어도 일부는 실리콘 카바이드 또는 기본 반도체 물질로 제조되며, 상기 개구부는 상기 층을 관통하여 미세가공되는 것을 특징으로 하는 실리콘 함유 전구체 연소용 버너.
  8. 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층에 의해 형성된 하우징을 포함하는 실리카 매진 제조용 버너로서, 상기 하우징은 실리콘 함유 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구 및 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구를 갖고, 각각의 층은 층을 관통하는 복수의 개구부를 가진 평면을 포함하며, 개구부의 제 1 부분은 가스 입구와 유체 소통하고, 버너면을 형성하는 상기 층중 하나의 평면은 당해 면을 관통하는 슬릿형 오리피스를 포함하며, 상기 버너면을 형성하는 층은 당해 면을 관통하는 제 2 슬릿형 오리피스를 가진 제 2 층에 접합됨으로써, 상기 제 1 슬릿형 오리피스와 제 2 슬릿형 오리피스가 일직선이 되어 버너의 중앙부에 메인 오리피스가 형성되도록 하고, 상기 메인 오리피스는 가스 입구와 전구체 입구와 유체 소통하는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 메인 오리피스는 당해 분무 가장자리와 접촉하는 액체 전구체를 분무하기 위한 분무 가장자리를 가진 내면을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 개구부는 상기 층을 관통하여 에칭되는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  11. 기본 반도체 물질로 제조된 복수의 평면층에 의해 형성된 하우징을 포함하며 액체 실리콘 함유 전구체로부터 실리카 매진을 제조하기 위한 버너로서, 상기 층은 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열되며, 상기 하우징은 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구 및 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구를 포함하고, 상기 층은 층을 관통하는 복수의 개구부가 구비된 평면을 포함하며, 상기 층중 하나는 버너면을 형성하고, 개구부의 제 1 부분은 가스 입구와 유체 소통하며, 개구부의 제 2 부분은 전구체 입구와 유체 소통하고, 상기 층중 적어도 하나는 액체 전구체를 분무시키기 이한 액체 분무 엘리먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 분무 엘리먼트는 약 2700℃ 이하의 온도에서 완전히 기화될 수 있는 작은 샤우터 평균직경을 가진 액적으로 액체를 분무시킬 수 있는 크기를 가진 복수의 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 분무 엘리먼트는 분무 가스 및 액체 전구체와 유체 소통하는 분무 가장자리를 가진 메인 가스 오리피스를 포함한 공기분사 분무기를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 개구부와 오리피스는 상기 평면층을 관통하여 에칭되는 것을 특징으로 하는 실리카 매진 제조용 버너.
  15. 일반적으로 상호 평행하고 고정적으로 배열된 복수의 평면층을 포함하되, 상기 층은 가스 공급원과 유체 소통하는 가스 입구 및 전구체 공급원과 유체 소통하는 전구체 입구를 가진 하우징을 형성하고, 각각의 층은 층을 관통하도록 미세가공된 복수의 개구부를 가진 평면을 포함하며, 상기 층중 하나의 평면은 버너 면을 형성하고, 상기 가스 입구는 개구부의 제 1 부분과 유체소통하여 버너면을 통해 가스를 버너로부터 방출되도록 하며, 상기 전구체 입구는 개구부의 제 2 부분과 유체 소통하여 버너면을 통해 전구체를 버너로부터 방출되도록 하는 버너를 제공하는 단계;
    상기 개구부의 제 1 부분을 통해 연소성 가스를 유동시키는 단계;
    화염을 제공하도록 연소성 가스를 점화시키는 단계; 및
    상기 전구체가 연소하여 금속 산화물 매진을 생성시키도록 상기 개구부의 제 2 부분을 통해 화염속으로 전구체를 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 버너로부터 떨어진 위치에서 전구체를 기화시키는 단계와, 기화된 전구체를 버너에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  17. 제 1 개구부를 가진 제 1 평면층과, 버너면을 형성하는 평면과 제 2 개구부를 갖고 상기 제 1 층에 접합됨으로써 상기 제 1 및 제 2 개구부가 일직선이 되어 버너의 중앙부에 메인 오리피스가 형성되도록 하는 제 2 평면층과, 연소성 가스와 보조 가스가 버너로부터 방출될 수 있도록 상기 버너면을 관통하는 복수의 가스 개구부와, 상기 가스 개구부와 유체 소통하는 가스 채널 및 상기 오리피스와 유체 소통하는 전구체 채널을 포함하는 버너를 제공하는 단계;
    상기 가스 채널 및 가스 개구부를 통해 연소성 가스와 보조 가스를 유동시키는 단계;
    화염을 제공하도록 연소성 가스를 점화시키는 단계; 및
    상기 전구체가 연소하여 금속 산화물 매진을 생성시키도록 상기 전구체 채널과 오리피스를 통해 화염속으로 전구체를 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 층중 적어도 일부는 기본 반도체 물질로 제조되고, 상기 오리피스는 슬릿형이며 에칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 버너로부터 떨어진 위치에서 전구체를 기화시키는 단계와, 기화된 전구체를 버너에 전달하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 오리피스는 분무 가장자리를 더 포함하고, 상기 전구체는 액체 입구를 통과하여 분무 가장자리에 얇은 액체 필름을 형성하는 액체이며, 상기 오리피스를 통과하는 가스는 상기 액체 필름에 충돌하여 액체 전구체를 분무시키는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 매진은 실리카 매진이며, 상기 전구체는 실리콘 함유 전구체인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 전구체와 가스의 유동을 균일하게 분배하기 위하여, 상기 액체를 액체 오리피스에 분배하기 위한 액체 채널과 가스를 가스 오리피스에 분배하기 위한 가스 채널을 가진 매니폴드층을 통해 가스와 액체 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  23. 버너로부터 전구체를 방출시키기 위한 적어도 제 1 전구체 개구부를 포함하며 버너면을 형성하는 평면을 갖고, 미세가공성 물질로 제조된 제 1 평면층과, 상기 버너로부터 연소성 가스와 보조 가스를 방출시키기 위해 상기 버너면을 관통하는 복수의 가스 개구부, 및 평면을 갖고 미세가공성 물질로 제조된 제 2 평면층을 포함하되, 상기 제 1 및 제 2 층이 가스 개구부에 가스를 공급하기 위한 가스 채널과 적어도 제 1 전구체 개구부에 전구체를 공급하기 위한 적어도 제 1 전구체 채널을 포함하는 유체 공급 네트워크를 형성하는 버너를 제공하는 단계;
    상기 일부의 가스 개구부를 통해 연소성 가스를 유동시키는 단계;
    화염을 제공하도록 연소성 가스를 점화시키는 단계; 및
    금속 산화물 매진을 생성시키도록 상기 적어도 제 1 전구체 개구부를 통해 화염속으로 전구체를 유동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 미세가공성 물질은 기본 반도체 물질 또는 실리콘 카바이드인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 금속 산화물 매진은 실리카 매진이며, 상기 전구체는 실리콘 함유 전구체인 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 전구체는 액체이며, 상기 적어도 제 1 개구부는 레일리 분산으로 액체 액적으로 분쇄되는 액체 제트를 형성하는 액체 개구부이고, 상기 방법은 상기 적어도 제 1 액체 개구부를 통해 액체 전구체를 유동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 산화물 매진 제조방법.
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