KR20080075186A - 캐리어 가스에 의한 물질 수송용 개선된 기포발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 또는 고체 유기금속 화합물을 반응기 자리로 전달하기 위한 기포발생기(2)에 관한 것이다. 상기 기포발생기는 내측 챔버, 외측 챔버 및 입구(6)와 출구(8) 사이에 위치하며 복수 개의 개구부가 제공되어 있는 부재(14)를 구비한다. 상기 부재(14)는 바람직하게는, 기포발생기를 통하여 최적의 상태로 캐리어 가스를 포집하고 유동시키도록 미리 설정된 개구부의 밀도를 가진 천공된 디스크의 형태로 되어 있다.

캐리어 가스, 유기금속 전구체, 트리메틸인듐, 기포발생기, 화학적 증기 증착

Description

캐리어 가스에 의한 물질 수송용 개선된 기포발생기{IMPROVED BUBBLER FOR THE TRANSPORTATION OF SUBSTANCES BY A CARRIER GAS}

본 발명은 캐리어 가스에 의한 물질 수송용의 개선된 기포발생기 및 물질에 의해 포화된 캐리어 가스를 수송하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 화학적 증기 증착 기술에서 사용되는 유기금속 전구체(metalorganic precursor)를 수송하기 위한 개선된 기포발생기에 관한 것이다.

반도체 산업에서 전자 소자를 화학적 증기 증착(CVD)공정에 의해 제조하는 것은 통상적이다. 액체 또는 고체 전구체가, 딥 파이프를 통해 수소와 같은 캐리어 가스가 통과하면서 기포화되는 기포 발생기에 공급됨으로써 가스가 전구체로 포화된다. 이어서, 캐리어 가스/전구체 증기 혼합물은 제어된 속도로 에피택셜 반응기 내로 이송된다. 그러한 시스템은 실리콘 및 컴파운드 반도체 모두를 제조하는 데 사용된다. 기상(vapour phase) 중의 화학물질의 농도가 매우 안정적인 것이 중요하다. 그러나, 종래의 단일 용도형 기포발생기에 의해 제공되는 채널링(channeling) 및 불균일한 표면은 생성물의 가변적 증발을 초래하여 기상 농도의 변동을 일으킬 수 있다. 그러한 변동은 증착 공정에 불리하다. 이점은 트리메틸인듐과 같은 고체 전구체에 있어서 특히 두드러진다.

유기금속 기상 에피택시 시스템(MOVPE)에서, 3차 및 4차 층을 가진 매우 복잡한 소자 구조물을 제조할 때에는 안정되고 제어가능한 전구체의 플럭스(flux)를 반응 챔버에 주입하는 것이 핵심 요소이다.

역사적으로, 이러한 과제를 실행하기 위해 적절히 안정한 시스템을 제공할 수 있는 캐리어 가스의 흐름 및 공급원(source) 온도 컨트롤을 구비한 간단한 기포발생기 설계가 이용되었다. 그러나, MOVPE 장치에 대한 체적 요구량이 증가됨에 따라 증가된 유동 및 더 큰 기포발생기가 필요해졌다. 간단한 단일 딥 튜브형 기포발생기는 더 이상 이러한 요건에 맞추기에 적합하지 않다.

2002년 6월 27에 공개된 미국 특허출원 일련번호 제09/870,245호 및 유럽 특허출원 공고 제1 160 355호(Shipley Company LLC)에는, 기포발생기 내에 고체 물질을 유지하고 캐리어 가스의 흐름이 그 물질을 통과하도록, 기포발생기의 콘형 섹선 내에 수용된 프릿(frit)과 같은 다공성 물질을 가진 기포발생기가 기재되어 있다. 상기 프릿은 상기 고체 물질을 통해 캐리어 가스가 균일하게 흐르도록 하는 것을 도와준다. 그러나, 프릿은 상기 물질을 통한 캐리어 가스의 흐름에 대한 랜덤 통로를 제공한다. 이것은 프릿의 유효성을 감소시키는 간섭의 발생을 초래할 수 있다.

본 발명의 목적은, 캐리어 가스에 의한 물질의 전달, 특히 배타적인 것은 아니지만 화학적 증기 증착 공정에서 사용되는 유기금속 화합물의 전달을 증강시킬 수 있는 개선된 기포발생기를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 화학적 증기 증착 공정에서 사용되는 캐리어 가 스에 의한, 유기금속 화합물과 같은 물질을 전달하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명의 제1 태양은, 물질을 수용하는 밀봉된 용기를 포함하는 기포발생기로서, 상기 용기는 캐리어 가스를 상기 용기에 대해 유입시키고 유출시키기 위한 입구 및 출구를 가지며, 상기 입구 또는 출구는 상기 용기 내로 연장되는 도관(conduit)에 연결되어 있고, 상기 용기에는 상기 입구와 상기 출구 사이에 위치한 부재(member)가 구비되어 있고, 상기 부재에는 미리 설정된 간격으로 복수 개의 개구부가 제공되어 있는, 기포발생기를 제공한다.

상기 용기는 일반적으로 기다란 실린더 형태로 되어 있다. 바람직하게는, 상기 부재는 비다공성 물질로 만들어진다. 보다 바람직하게는, 상기 부재는 스테인레스 강과 같은 금속으로 형성된다. 상기 부재는 상기 용기의 길이 방향을 횡단하여 연장되는 것이 바람직하다. 상기 부재는 상기 용기의 내측의 윤곽을 따라 상기 부재의 둘레(perimeter)가 원형인 것이 바람직하다. 상기 부재는 예를 들어 디스크의 형태로 되어 있는, 실질적으로 평탄한 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 부재는 상기 용기의 실질적으로 전체 단면을 가로질러 연장된다. 상기 부재는 상기 용기의 하부에 구비되는 것이 바람직하다.

상기 부재는 상기 도관으로부터 바깥쪽으로 연장되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 부재는 상기 도관의 자유단(free end)으로부터 연장된다. 예를 들어, 상기 부재는 거기에 용접될 수 있다.

바람직하게는, 개구부를 가진 상기 부재는 측면에 의해 연결된 상면(upper surface)과 하면(lower surface)을 포함한다. 바람직하게는, 상기 상면에는 복수 개의 개구부가 형성되어 있고, 도관의 단부로부터 바깥쪽으로 연장된다. 이와는 달리, 도관의 단부가 상면과 하면 사이에 형성된 캐비티 내로 연장될 수도 있다. 하면은 고체인 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 캐리어 가스는 개구부를 통과하여 딥 튜브 내로 진행되거나 또는 그 반대로 진행된다. 바람직하게는, 상기 부재는 상면과 하면이 원형 디스크인 절두형(truncated) 실린더의 형태로 되어 있다.

상기 부재 내에 제공된 개구부는, 캐리어 가스가 실질적으로 용기의 단면 전체를 가로질러 분산되는 것을 보장하고 용기에 수용된 물질을 통하여 캐리어 가스가 균일하게 유통하는 것을 보조하기 위해, 미리 설정된 간격으로 형성되어 있다. 개구부의 배열은 최적의 밀도가 유지되는 한 무작위형이거나 또는 동심원 형태와 같이 기하학적으로 이루어질 수 있다. 그러나, 보다 바람직하게는, 개구부의 배열은 무작위 형태이다.

개구부의 밀도는 1평방 cm당 바람직하게는 구멍 5∼25개, 보다 바람직하게는 10∼20개 범위이다. 상기 구멍의 직경은 바람직하게는 0.5mm 미만, 보다 바람직하게는 0.1∼0.2mm, 특히 0.15mm이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 용기는 내측 및 외측 챔버를 포함하고, 내측 챔버는 도관을 포함한다. 상기 부재는 내측 및 외측 챔버를 가로질러 횡단하여 연장되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 챔버는 원통형이다. 내측 챔버의 직경은 외측 챔버의 직경의 약 1/3인 것이 바람직하다.

내측 챔버의 직경은 20mm 이상인 것이 바람직하고, 25mm 이상인 것이 더 바람직하다. 외측 챔버의 직경은 75mm 이상인 것이 바람직하고, 80mm 이상인 것이 더 바람직하다.

바람직하게는, 상기 입구는 상기 외측 챔버에 연결되고 상기 출구는 상기 내측 챔버에 연결된다.

캐리어 가스에 실려 운반될 물질은 내측 챔버와 외측 챔버 모두의 내부에 제공되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 외측 챔버 내의 물질 대 내측 챔버 내의 물질의 비는 5∼7:1 범위이다.

본 발명의 바람직한 실시예는, 물질을 수용하는 밀봉된 용기를 포함하는 기포발생기로서, 상기 용기는 캐리어 가스를 상기 용기에 대해 유입시키고 유출시키기 위한 입구 및 출구를 가지며, 상기 입구는 상기 용기 내로 연장되는 외측 챔버에 연결되고, 상기 출구는 상기 외측 챔버 내의 내측 챔버에 연결되며, 상기 내측 챔버와 외측 챔버는 유체로 연통가능하며, 상기 챔버들 중 적어도 하나에는 상기 입구와 상기 출구 사이에 위치한 부재가 구비되어 있고, 상기 부재에는 미리 설정된 간격으로 복수 개의 개구부가 제공되어 있는, 기포발생기를 제공한다.

본 발명의 제2 태양은, 반응기 자리(reactor site)에 물질을 수송하는 방법으로서, 물질을 수용하는 용기 내로 캐리어 가스를 도입하는 단계, 상기 캐리어 가스를 상기 용기에 구비된 부재 내에 미리 설정된 간격으로 제공된 개구부로 통과시키는 단계, 및 상기 가스를 상기 물질을 통해 통과시켜 상기 캐리어 가스 혼합물을 반응기 자리에 전달하는 단계를 포함하는, 물질의 수송 방법을 제공한다.

보다 바람직하게는, 상기 캐리어 가스를 상기 부재에 제공된 개구부로 통과시키기 전에 상기 물질을 수용하는 외측 챔버로 상기 캐리어 가스를 통과시킨다. 이보다 더 바람직하게는, 캐리어 가스를 반응기 자리로 전달하기 전에, 상기 캐리어 가스를 추가의 물질을 수용하는 내측 챔버로 통과시킨다.

본 발명은 트리메틸갈륨, 트리메틸인듐, 트리메틸알루미늄, 디메틸아연 및 트리에틸갈륨과 같은 액체 또는 고체 유기금속 화합물을 반응기 자리로 전달하는 데 특히 적합하다. 본 발명은 트리메틸인듐과 같은 고체 전구체의 전달, 또는 고도로 안정한 화학적 기상 농축이 반드시 유지되어야 하는 모든 공정에 특히 적합하다. 상기 물질을 탈취하는 캐리어 가스는 그것이 운반하는 물질과 반응하지 않는, 수소 또는 질소와 같은 임의의 적합한 영구적 가스(permanent gas)일 수 있다. 본 발명은 기포발생기를 통한 캐리어 가스의 정방향 또는 역방향 유동 모두에 대해 유효하다.

장치를 통과하는 캐리어 가스의 압력, 온도 및 유속은 당업자에게 잘 알려져 있는 수단에 의해 세심하게 선택되고 제어될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 대한 보다 온전한 이해와 본 발명이 실행될 수 있는 방법을 보다 명확히 나타내기 위해, 오로지 예시의 목적에서 본 발명의 제1 및 제2 태양에 따른 기포발생기를 사용하여 개리어 가스에 의한 트리메틸인듐의 수송에 대한 이하의 실시예와 아울러 첨부 도면을 참조하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 기포발생기의 개략도이다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포발생기를 제공하기 위한 천공된 디스크를 받아들이는 딥 튜브의 단부의 단면도이다.

도 2b 및 2c는 각각 도 2a에 도시된 딥 튜브에 부착하기 위한 천공된 디스크의 평면도 및 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 역류(reverse flow) 천공된 디스크 기포발생기를 사용하여, 1000 mbar의 압력, 1000 sccm의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 포집하기 위한, 시간 대비 에피슨(Epison) 135 도수(reading)의 플롯이다.

도 4는 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 250 Torr의 압력, 300 sccm의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한, 시간 대비 에피슨 136 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 5는 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 250 Torr의 압력, 400 sccm의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한, 시간 대비 에피슨 136 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 6은 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 250 Torr의 압력, 600 sccm의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한, 시간 대비 에피슨 138 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 7은 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 250 Torr의 압력, 700 sccm의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 포집하기 위한, 시간 대비 에피슨 140 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 8은 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 250 Torr의 압력, 800 sccm 의 유속 및 17℃의 온도에서 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한, 시간 대비 에피슨 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 9는 본 발명에 따른 기포발생기를 사용하여, 329 mbar의 압력 및 400 sccm의 유량에서 트리메틸인듐을 포집하기 위한, 시간 대비 기포발생기 압력의 플롯이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기의 개략도로서, 기포발생기 내부에 고체 전구체가 충전되어 있는 것을 나타낸다.

도 11은 도 10에 도시된 기포발생기의 시험 작동을 위한 실험적 구성의 개략도이다.

도 12는 종래의 기포발생기(EP 207 405 기포발생기)를 사용하여, 920 sccm의 유량, 250 Torr의 압력 및 25℃의 온도에서 TMI(335g)을 사용한 정상류(normal flow) 중의 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한, 시간 대비 에피슨 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 13은 도 10에 도시된 기포발생기를 사용하여, 800 sccm의 유량, 250 Torr의 압력 및 25℃의 온도에서 트리메틸인듐을 고갈시키기 위한 시간 대비 에피슨 퍼센트 도수의 플롯이다.

도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기를 사용하여, 트리메틸인듐의 고휘도 LED 성장 조건(중간 유동 중간 압력 상태) 대비 유량(sccm)의 플롯이다.

첨부 도면 중 도 1 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 기포발생기를 예시한다. 상기 기포발생기는 트리메틸인듐과 같은 유기금속 화합물을 반응 자리로 전달하기에 특히 적합하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 기포발생기(2)는 유입 파이프(6), 유출 파이프(8) 및 충전 포트(10)를 구비한 폐쇄 챔버(4)를 가진다. 유출 파이프는 실질적으로 챔버의 길이를 통해 연장되는 딥 튜브(12)에 연결되어 있다. 딥 튜브의 베이스에는 천공된 디스크(14)가 용접되어 있는데, 상기 디스크는 실질적으로 챔버의 직경 전체를 가로질러 연장된다. 천공된 디스크 밑에는 측면(15)에 의해 연결되어 있는 것으로서 고체 디스크(11)가 제공되어 있다. 상기 디스크는 스테인레스 강 재질이지만, 레이저 드릴 기법을 이용하여 작은 구멍이 형성되어 있는 임의의 다른 적합한 재료를 사용할 수 있다. 도시된 예에서, 디스크는 동심원을 이루는 일련의 천공(perforation)이 형성되어 있다(도 2b 및 2c 참조). 그러나, 디스크를 관통하는 구멍의 패턴은 이러한 배열에 한정되는 것은 아니다.

수소와 같은 캐리어 가스는 트리메틸인듐과 같은 유기금속 전구체를 수용한 챔버(4) 내로 도입된다. 상기 가스는 천공된 디스크(12)의 구멍을 통해 이송되어 증발되는 화합물을 포집한다. 이어서 가스 혼합물은 딥 튜브(12)까지 진행하여 유출 파이프(8)를 통해 챔버에서 배출될 수 있다.

챔버를 가로질러 천공된 디스크를 제공하는 것은 기포발생기의 단면 전체에 걸쳐 캐리어 가스를 분산시킴으로써 그 안에 수용된 유기금속 전구체의 전체 영역에 더욱 균일하게 접촉하게 하는 작용을 한다. 이로써 기상 내로의 전구체의 전달 효율성을 향상시키고, 보다 넓은 작동 시간 간격(timeframe)에 걸쳐 포화 농도가 더 용이하게 달성됨으로써 기포발생기로부터의 유출 플럭스가 일정한 레벨로 유지되는 결과를 가져온다.

상기 디스크를 통한 구멍의 크기와 밀도는 디스크의 성능을 최적화하는 데 중요하다. 추가의 구멍을 제공하는 것이 기포발생기의 성능을 더 이상 향상시키지 않는 경우에는 한계에 도달하는데, 그것은 아마도 최적 조건을 저해하는 인접한 구멍들 사이에 약간의 간섭이 일어나기 때문일 것이다. 구멍의 배열은 구멍의 최적 밀도가 유지된다면 무작위형일 수도, 기하학적일 수도 있다. 예를 들면, 직경이 0.15mm인 약 700개의 구멍이 직경 63mm의 원형 판 전체에 무작위 방식으로 형성되어 있는 것으로 양호한 결과가 얻어졌다. 이와는 달리, 동심원 배열의 경우에, 직경 63mm의 원형 판 상에 약 350개의 구멍이 제공되었다.

당업자에게 잘 알려져 있는 바와 같이, 기포발생기에는 상기 장치를 통한 가스의 온도, 압력 및 유량을 선택하고 제어하는 적합한 종래의 수단이 제공될 것임을 이해해야 한다.

실시예 1

도 1에 도시된 역류식 기포발생기를 사용하여 캐리어 가스 중의 고체 트리메틸인듐의 효율적 전달에 대한 연구가 수행되었다. 다양한 조건 하에서 기포발생기를 시험하였고, 시간이 경과해도 기포발생기가 일정한 에피슨 도수를 나타내는 조건을 기록했다. 기포발생기 압력, 압력 제어기에서의 압력 및 에피슨 도수를 기록하는 트랜드뷰(Trendview) 기록계를 통해 데이터를 수집했다. 각 유량에 대한 데이터는 중단 없이 2시간 동안 기록했다. 에피슨 도수에서의 오차는 ±0.005였고, 압력 도수에서의 오차는 ±3 mbar였다.

사용된 역류식 기포발생기는 300g의 100% 충전 레벨을 가졌다. 고체 트리메틸인듐 60g을 기포발생기에 가하여 기포발생기에서 20% 충전율을 얻었고, 기포발생기를 에피슨 키트에 연결했다. 이와 같은 낮은 충전 레벨은, 종래의 기포발생기를 사용할 때 포집률이 감소되는 레벨에 대응하는 수명의 종점에 근접하는 기포발생기를 나타내기 위해 사용되었다. 이와 같이, 상기 충전 레벨은 여러 가지 파라미터 하에 연구할 기포발생기의 효과적인 포화 효율을 가능하게 했다. 공급원의 온도는 17℃로 유지했다.

도 3 내지 도 9는 다양한 압력과 유량에서 본 발명의 기포발생기를 사용하여 캐리어 가스에서의 트리메틸인듐의 포집 및 고갈을 예시한다. 상기 그래프는 초음파 시스템으로 측정한, 기포발생기로부터의 유출 플럭스를 나타낸다. 이 시스템은 캐리어 가스에서의 유기금속의 농도에 비례할 수 있는 도수가 보고되도록 되어 있다. 주어진 유량, 압력 및 온도에서 일정한 유출 농도를 얻는 것이 바람직하다. 그러한 유출은 그래프 상의 직선에 의해 표시되어 있다. 조건이 변하면, 도수는 변동될 것이고, 문제를 초래하는 것은 이러한 변동이다. 트리메틸인듐의 경우에, 이용할 수 있는 접촉 시간 및 표면적은 기상에서 생성물의 일정한 농도를 얻기 위한 중요한 요소이다. 본 발명은 기포발생기의 수명 전체에 걸쳐 균질한 접촉을 얻기 위해 생성물을 통과하는 캐리어 가스의 경로를 최적화하고, 사용중에 기포발생기의 내용물의 고갈이 일어남에 따라 증발의 효율을 양호하게 유지하는 데에 도움을 준다. 대조적으로, 종래의 단일 딥 레그(dip leg) 장치는 도수에서의 더 큰 변 동을 초래하여, 결국 포집의 저하가 더 커진다.

도 3 내지 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 40∼60g의 충전 레벨에 있어서, 역류식 천공 디스크 기포발생기는 760 torr 및 1000 sccm에 달하는 유량에서 양호하게 작동되었다. 250 torr에서, 기포발생기는 700 sccm을 초과하는 유량에서 에피슨 도수가 불안정해지기 전까지, 600 sccm 이하의 유량에서 양호한 결과를 나타냈다. 대기압에서 1000 sccm이고 감압 하에서 500 sccm에 달하는 유동에 대한 안정성은 동일한 장치를 사용하여 얻어진 표준 딥 튜브 결과에 대한 뚜렷한 향상이다.

상기 실험에 있어서, 5 mbar보다 큰 변동을 겪은 점으로 볼 때 이상적인 압력 조절은 관찰되지 않았고, 유출물의 안정성에 불리한 영향을 주었음을 알아야 한다. 그러나, 이와 같이 최적화되지 않은 파라미터에 있어서도, 본 발명에 따른 기포발생기의 설계는 종래의 딥 튜브에 의해 제공된 단일의 대형 구멍 유입의 경우에 얻어지는 것보다 양호한 결과를 제공했다. 또한, 상당수의 그래프에서, 천공된 디스크의 성능보다는 압력 조절에 더 관계되는 것으로 생각되는 리드 기간(lead period)이 존재한다.

제시된 실시예는 고체 전구체인 트리메틸인듐을 사용하지만, 본 발명의 기포발생기는 고도로 안정한 화학적 기상 농도가 유지되어야 하는 임의의 화학적 증기 증착 또는 CVD 유사 응용분야에서 사용되는 액체 전구체의 수송에도 이용될 수 있다. 그것은 특히 표준 기포발생기 설계를 이용해서는 캐리어 가스 포화를 달성하는 것이 더 어려운 높은 유동 용도에 적합하다. 액체 전구체의 경우에, 종래의 딥 튜브에 의해 제공된 대형 단일 구멍에 비해 디스크에 제공된 천공의 작은 구멍 크기는 기포발생기의 크기를 작게 함으로써, 상대적으로 얕은 액체 깊이에서 완전한 가스 포화를 달성할 수 있다. 이것은 포화가 향상된 효율로 기포발생기의 전 수명 기간에 걸쳐 달성되는 것을 보장하고, 안정된 유출 플럭스를 보장한다. 작은 기포는 또한 챔버 내부의 전구체 표면이 덜 교란되어 압력 변동이 감소되고, 따라서 더 안정한 유출이 이루어진다. 고체 전구체의 경우에, 종래의 단일 딥 튜브로의 입구에 있는 큰 구멍에 비해 상기 디스크 전체에 걸쳐 제공된 구멍의 작은 크기는 핵형성을 위한 채널링용 면적을 더 작게 함으로써 캐리어 가스가 접촉하는 표면적의 균일성을 향상시킨다. 이것은 유출된 기상 농도의 안정성을 향상시키고, 기포발생기의 수명 기간에 걸쳐 유출의 안정성을 향상시킨다. 실질적으로 기포발생기의 챔버의 직경을 가로질러 연장되는 천공된 디스크의 제공은 챔버 단면 전체를 가로질러 캐리어 가스를 분산시키는 데 도움을 주고, 이점은 상기 가스가 챔버 내부에 수용된 물질의 전체 면적에 더 균일하게 접촉하기 때문에 포화 효율성에 유익하다. 포화 농도가 더 넓은 작동 시간 간격에 걸쳐 더 용이하게 달성됨에 따라, 기포발생기로부터의 유출 플럭스가 일정한 레벨로 유지된다.

본 발명에 따른 기포발생기는 딥 튜브 아래로 하강하고, 챔버 내에 수용된 유기금속 화합물을 통과하여 상승하는 종래의 정방향으로의 가스 유통, 또는 동등하게 가스가 유기금속 화합물을 통과하여 하강하고 딥 튜브 위로 상승하는 역류 구성을 위해 활용될 수 있음을 알아야 한다.

캐리어 가스가 반드시 통과해야 하는 주어진 밀도의 일련의 구멍을 제공함으 로써 시간 및 기포발생기 충전 레벨에 대한 기포발생기의 플럭스 유출의 안정성이 향상되는 것이 명백하다. 그것은 또한 캐리어 유량 및 작동 압력에 대한 유동 유출의 안정성을 높여준다.

실시예 2

첨부 도면 중 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기를 나타낸다. 간단히 설명하기 위해, 도 1 내지 도 2c와 관련하여 이미 언급한 것과 동일한 부분은 동일한 참조 번호가 부여된다. 도 1 내지 도 2c와 관련하여 앞애서 설명한 천공된 디스크(14)의 존재에 부가하여, 기포발생기에는 이중 챔버(20, 22)가 제공되는데, 내측 챔버(22)는 외측 챔버(20)에 의해 둘러싸인 기포발생기의 딥 레그를 포함한다.

내측 챔버(22)는 종래의 경우보다 더 큰 직경을 가진다. 이와 관련하여, 딥 레그는 정상적으로 약 0.25인치(6.35mm)인 반면, 본 발명의 내측 챔버는 약 1인치(25.4mm)의 직경을 가진다. 외측 챔버는 약 3.388인치(86mm)의 직경을 가진다.

또한, 전구체(예컨대, TMI)는 도 10에 도시된 바와 같이 내측 챔버 및 외측 챔버에 설치된다. 외측 챔버 내의 전구체 대 내측 챔버 내의 전구체의 비는 약 5∼7:1이다. 딥 레그 자체는 전구체로 약 75% 채워지고, 외측 챔버는 전구체로 약 25% 채워진다. 예를 들면, 300g 충전의 경우에, 60g 이하의 TMI가 중앙 딥 튜브 체적에 들어가고 나머지는 제2 챔버인 외측 챔버에 있다.

도 10에 도시된 기포발생기를 사용한 전구체의 포집 및 안정성을 도 11에 도시된 실험 장치를 이용하여 검토했다. 상기 디자인은 에피켐 장치(Epichem's equipment)인 Epison^TM을 사용하여 시험했을 때, 종래의 기포발생기의 성능을 능가하는 것으로 나타났는데, 본 발명의 기포발생기에 의하면 낮은 충전 레벨로 내려가더라도 전구체 유출의 높은 안정성이 얻어지며 이는 높은 효율을 나타내는 것이다. 도 14도 "이론적 유동"과 "실제 유동"이 서로 양호하게 일치하는 것을 나타낸다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 기포발생기는 기포발생기를 교체해야 할 시점이 되기 전에 높은 퍼센트의 전구체를 사용할 수 있다. 예를 들면, 본래의 충전 레벨이 300g인 경우에, 기포발생기의 85%가 교체되기 전에 90%를 넘는 사용량에 도달하였고, 기포발생기의 35%는 교체되기 전에 985를 넘는 사용량에 도달했다.

이러한 결과들은 이중 챔버, 더 넓은 딥 튜브, 상기 챔버들을 가로질르는 천공된 디스크 및 기포발생기의 각 섹션에 전구체의 특정한 비율을 기포발생기에 제공함으로써 향상된 포집 안정성 및 성능이 얻어지는 것을 입증하는 것이다. 딥 튜브의 직경이 증가되면 이 영역을 통한 가스 속도가 느려져서 접촉 체류 시간이 증강되며 가스 포화가 향상될 수 있다. 또한, 딥 튜브의 출구 및 챔버들에 설치된 천공된 디스크는 기포발생기 내부의 하부 섹션의 전부분에 포화된 가스의 채널을 형성하여, 배출 가스 농도가 공급원 사용 시간 전체에 걸쳐 안정한 레벨로 유지되도록 상기 하부 섹션 전부분에 전구체가 가득 채워진다.

본 발명의 기포발생기는 높고 낮은 모든 유동 조건 하에서 고체 공급원 전달에 적합하며 캐리어 가스의 역류에 사용될 수 있다.

Claims (38)

1. 물질을 수용하는 밀봉된 용기를 포함하는 기포발생기(bubbler)로서,

   상기 용기는 캐리어 가스를 상기 용기에 대해 유입 및 유출시키기 위한 입구 및 출구를 가지며, 상기 입구 또는 출구는 상기 용기 내로 연장되는 도관(conduit)에 연결되어 있고, 상기 용기는 상기 입구와 상기 출구 사이에 위치한 부재(member)를 구비하며, 상기 부재에는 미리 설정된 간격으로 복수 개의 개구부(aperture)가 제공되어 있고,

   상기 부재에 제공되어 있는 개구부의 밀도가 1평방 cm당 구멍 5∼25개의 범위인, 기포발생기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 용기가 기다란 실린더 형태로 되어 있는 기포발생기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 부재가 비다공성 물질로 만들어진 것인, 기포발생기.
4. 제3항에 있어서,

   상기 부재가 금속으로 만들어진 것인, 기포발생기.
5. 제4항에 있어서,

   상기 부재가 스테인레스 강으로 만들어진 것인, 기포발생기.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부재가 상기 용기의 길이 방향에 대해 횡방향으로 연장된 기포발생기.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부재가 상기 용기의 내측의 윤곽을 따르는 둘레를 가진 원형인 기포발생기.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부재가 실질적으로 평탄한 기포발생기.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 부재가 실질적으로 상기 용기의 단면 전체를 가로질러 연장된 기포발생기.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부재가 상기 용기의 하부에 구비된 기포발생기.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부재가 상기 도관으로부터 바깥쪽으로 연장된 기포발생기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 부재가 상기 도관의 자유단(free end)으로부터 연장된 기포발생기.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,

    상기 부재가 상기 도관에 용접되어 있는 기포발생기.
14. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부재가 측면에 의해 연결된 상면과 하면을 포함하는 기포발생기.
15. 제14항에 있어서,

    상기 상면에는 복수 개의 개구부가 형성되어 있고, 상기 상면은 상기 도관의 자유단으로부터 바깥쪽으로 연장되는 기포발생기.
16. 제14항에 있어서,

    상기 상면에는 복수 개의 개구부가 형성되어 있고, 상기 도관의 단부가 상기 상면과 하면 사이에 형성된 캐비티 내로 연장되는 기포발생기.
17. 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 하면이 고체인 기포발생기.
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부재가 상기 상면 및 원형 디스크를 포함하는 하면을 가진 절두형(truncated) 실린더 형태로 되어 있는, 기포발생기.
19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수 개의 개구부가 무작위형 또는 불규칙한 패턴으로 배열되어 있는 기포발생기.
20. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 복수 개의 개구부가 기하학적 또는 규칙적 패턴으로 배열되어 있는 기포발생기.
21. 제20항에 있어서,

    상기 개구부가 일련의 동심원으로 배열되어 있는 기포발생기.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 부재에 제공되어 있는 개구부의 밀도가 1평방 cm당 구멍 10∼20개의 범 위인 기포발생기.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 개구부 각각의 직경이 0.5mm 미만인 기포발생기.
24. 제23항에 있어서,

    상기 개구부 각각의 직경이 0.1∼0.2mm인 기포발생기.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 용기가 내측 챔버 및 외측 챔버를 포함하고, 상기 내측 챔버는 상기 도관을 포함하는 기포발생기.
26. 제25항에 있어서,

    상기 부재가 상기 내측 및 외측 챔버들을 가로질러 횡방향으로 연장된 기포발생기.
27. 제25항 또는 제26항에 있어서,

    상기 챔버들은 원통형이며, 상기 내측 챔버의 직경은 상기 외측 챔버의 직경의 약 1/3인 기포발생기.
28. 제27항에 있어서,

    상기 내측 챔버의 직경이 20mm 이상인 기포발생기.
29. 제27항 또는 제28항에 있어서,

    상기 외측 챔버의 직경이 75mm 이상인 기포발생기.
30. 제25항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 입구는 상기 외측 챔버에 연결되어 있고, 상기 출구는 상기 내측 챔버에 연결되어 있는 기포발생기.
31. 제25항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 캐리어 가스에 실려 운반될 상기 물질이 상기 내측 챔버 및 상기 외측 챔버 내에 모두 제공되어 있는 기포발생기.
32. 제31항에 있어서,

    상기 외측 챔버 내의 물질 대 상기 내측 챔버 내의 물질의 비가 5∼7:1 범위인 기포발생기.
33. 물질을 수용하는 밀봉된 용기를 포함하는 기포발생기로서,

    상기 용기는 캐리어 가스를 상기 용기에 대해 유입시키고 유출시키기 위한 입구 및 출구를 가지며, 상기 입구는 상기 용기 내로 연장된 외측 챔버에 연결되고, 상기 출구는 상기 외측 챔버 내의 내측 챔버에 연결되며, 상기 내측 챔버 및 외측 챔버는 유체로 연통가능하고, 상기 챔버들 중 적어도 하나는 상기 입구와 상기 출구 사이에 위치한 부재를 구비하며, 상기 부재에는 미리 설정된 간격으로 복수 개의 개구부가 제공되어 있는, 기포발생기.
34. 반응기 자리(reactor site)로 물질을 수송하는 방법으로서,

    물질을 수용하는 용기 내로 캐리어 가스를 도입하는 단계, 상기 캐리어 가스를 상기 용기에 제공된 부재 내에 미리 설정된 간격으로 제공된 개구부로 통과시키는 단계, 및 상기 가스를 상기 물질을 통해 통과시켜 상기 캐리어 가스 혼합물을 반응기 자리로 전달하는 단계를 포함하는, 물질의 수송 방법.
35. 제34항에 있어서,

    상기 캐리어 가스가 상기 부재에 제공되어 있는 개구부를 통과하기 전에,상기 물질을 수용한 외측 챔버로 상기 캐리어 가스를 통과시키는, 물질의 수송 방법.
36. 제35항에 있어서,

    상기 캐리어 가스가 반응기 자리로 전달되기 전에, 추가적 물질을 수용하는 내측 챔버로 상기 캐리어 가스를 통과시키는 물질의 수송 방법.
37. 액체 또는 고체 유기금속 화합물(metalorganic compound)을 반응기 자리로 전달하는 데 사용되는, 제1항 내지 제33항 중 어느 한 항에 기재된 기포발생기의 용도.
38. 고체 유기금속 화합물의 전달에 사용되는, 제37항에 기재된 기포발생기의 용도.

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