KR100591521B1 - 반도체 가스 정제 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 불순 가스를 정제시켜 초고순도 가스를 생성시키는 방법으로서, 본 발명은 a) 불순한 액화 가스를 제 1 흡착 수단을 통과시켜 액체상으로부터의 불순물을 제거하여, 정제된 제 1 유체를 생성시키는 단계; b) 정제된 제 1 유체를 증발 수단을 통과시켜 불순물을 제거하여, 정제된 제 2 가스를 생성시키는 단계; 및 c) 정제된 제 2 가스를 제 2 흡착 수단을 통과시켜 증기상으로부터의 불순물을 제거하여, 초고순도 가스를 생성시키는 단계를 포함한다.

Description

반도체 가스 정제 방법 {METHOD FOR PURIFYING SEMICONDUCTOR GASES}

도 1은 수분-암모니아 기액(vapor-liquid) 평형을 나타내는 그래프이다.

도 2는 트랜스필(transfill) 공정 동안의 증기 및 액체 내의 수분량의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 3은 암모니아 정제 단계를 개략적으로 나타내는 흐름도이다.

도 4는 암모니아 정제용 배치(batch) 공정 시스템을 개략적으로 나타내는 도식이다.

도 5는 암모니아 정제용 연속 공정 시스템을 개략적으로 나타내는 도식이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

410, 418, 510 : 저장 탱크 412, 420 : 미터링 장치

416 : 미립자 필터 414, 426, 514, 518 : 흡착 베드

422 : 증발기 428 : 실린더

516 : 증류 시스템

본 발명은 일반적으로 가스의 정제, 보다 구체적으로는 흡착 및 증발 기술을 사용하여 불순 가스 형태로부터 정제된 반도체 가스를 생성시키는 방법에 관한 것이다.

암모니아는 반도체 칩의 제조 동안에 질화물막의 화학 기상 증착(CVD: chemical vapor deposition)시에 가스 공급원으로서 사용된다. 전형적인 질화물은 실란과 암모니아의 반응에 의해 생성된 질화규소, 및 티타늄 테트라클로라이드와 암모니아의 반응에 의해 생성된 질화티타늄이다. 암모니아 실린더에 1000 내지 3000ppb 수준의 수증기가 존재하면, 질화물층의 성능 특성의 감소를 초래할 것이다. 최근에, 새로운 질화갈륨 CVD 기술은 질화규소, 및 질화티타늄 기술보다 암모니아 공급원에서 수분을 훨씬 더 낮은 수준으로 요하는 것으로 밝혀졌다. 성능 문제를 피하기 위해, 수분의 수준은 200ppb 미만으로 감소되어야 한다.

암모니아는 현재 수분 함량 규격이 3ppm 미만인 실린더로 전자 관련 거래처에 공급되고 있다. 이러한 "높은" 수분 함량 값은 실제로 과거의 분석 기술의 한계로 인한 것이었으며 실제로 달성할 수 있는 수준은 아니다. 이러한 제약 때문에, 정제 결과가 정확하게 증명될 수는 없었다.

3ppm 이하의 수분 함량을 달성하기 위해, 공급원 실린더로부터의 수분 함량이 높은 암모니아는 지정된 실린더로 트랜스필링된 기체상이었다. 이러한 처리는 수분 수준을 3ppm의 규격치 미만으로 제거하는데 충분한 것으로 밝혀졌다. 그러나, 단순한 증기상 트랜스필(transfill)은 ppb 수준의 수분 함량을 달성하는 데 충분하지 않은 것으로 밝혀졌다.

시판되는 소요지 직렬형(point of use in-line) 정제기를 사용하게 되면, 수분 수준을 3ppm 미만이 되도록 할 수 있다. 이들 정제기는 리튬 기재의 수지를 사용하여 암모니아 또는 지르코늄-철 촉매로부터의 수분을 제거함으로써 수분을 제거한다. 최근의 분석 기술로부터, 이들 정제기가 수분을 ppb 수준까지 제거할 수 있을 것으로 밝혀졌다. 이들 정제기는 매우 고가이며(3000 내지 5000 달러), 제한된 수분 용량을 갖는다. 이들은 재생할 수 없어, 다 써버리면 교환해야 한다. 이러한 한계 때문에, 소요지 직렬형 정제기가 일일 수천 파운드 정도의 대규모 정제에 대해서는 사용될 수 없다.

따라서, 본 발명의 목적은 낮은 수분 수준(약 200ppb 미만)의 반도체 가스를 정제하는 경제적인 방법을 제공하는 데에 있다.

발명의 개요

본 명세서를 숙지한 당업자에게는 자명하게 될 상기 및 그 밖의 목적은 본 발명에 의해 달성된다. 본 발명의 일면에 있어서, 본 발명은, 불순 가스를 정제하여 초고순도 가스를 생성시키는 방법으로서, 본 방법은 a) 불순한 액화 가스를 제 1 흡착 수단을 통과시켜 액체상으로부터의 불순물을 제거하여, 정제된 제 1 유체를 생성시키는 단계; b) 정제된 제 1 유체를 증발 수단을 통과시켜 불순물을 제거하여, 정제된 제 2 가스를 생성시키는 단계; 및 c) 정제된 제 2 가스를 제 2 흡착 수단을 통과시켜 증기상으로부터의 불순물을 제거하여, 초고순도 가스를 생성시키는 단계를 포함한다.

본원에서 사용되는 용어 "불순물"은 정제시킬 가스 스트림중의 임의의 바람직하지 않은 물질을 의미한다. 불순물은 주로 물이지만, 이산화탄소, 이산화황과 같은 그 밖의 다른 휘발성 불순물 뿐만 아니라, 증발 공정으로부터의 미립물도 또한 포함한다.

그 밖의 목적, 특징 및 이점은 하기의 바람직한 구체예에 대한 설명 및 첨부 도면으로부터 당업자에게 자명하게 될 것이다.

발명의 상세한 설명

본 발명은 수분 함량이 200ppb 미만인 암모니아를 생성시키기 위해 액체상 흡착, 여과, 증발(또는 증류) 및 증기상 흡착 방법을 조합적으로 사용한다. 비휘발성 잔류물은 또한 99.9999999% 필터 효율에 기초하여, 1ppb 미만의 비검출 한계로 감소된다. 본 발명의 각 부분만으로는 암모니아를 200ppb 미만의 수분 함량으로 정제시키지 못할 것이다. 적합한 조합 및 순서를 사용하는 경우에만, 200ppb 미만의 수분 함량으로의 목적하는 불순물 감소가 달성될 것이다.

제안된 신규한 방법에 의해 수분 수준이 낮은 ppb(200ppb 미만)의 암모니아가 생성된다. 낮은 수분 수준은 프랙스에어(Praxair)에 의해 개발된 새로운 푸리에 변환 적외선(FTIR) 분석 기술에 의해 확인된다. 이러한 방법은 소요지 직렬형 정제기 대신에 시판되는 흡착제를 사용하기 때문에, 암모니아를 1 파운드당 정제시키는데 더 적은 비용이 든다. 그런 다음, 암모니아는 고가의 소요지 직렬형 정제기없이 사용될 수 있는 실린더내로 충전된다.

암모니아로부터 수분을 제거하는 일반적인 방법으로는 다음의 세가지가 있다: 1) 화학 반응, 2) 흡착 및 3) 증발 또는 증류와 같은 물리적인 방법.

화학 반응에 의한 제거 방법중 하나의 예는, 질화마그네슘을 사용하여 암모니아 스트림중의 수분과 반응시키는 것이다. 이러한 반응은 수산화마그네슘과 보다 많은 양의 암모니아를 생성시킨다. 질화마그네슘과 같은 화학 반응물은 매우 고가이며, g 당 1달러 정도의 비용을 들게 한다. 각 g의 질화마그네슘은 약 1g의 물과 반응할 것이다. 이것은 암모니아로부터 제거된 물 1g 당 약 1달러로 산정된다. 질화마그네슘은 재생될 수 없는 것이므로, 이는 하루에 수천 파운드의 암모니아를 정제시키도록 설계된 공정에 사용하기에는 경제적이지 않음을 의미한다. 유사한 예로 상기 언급된 리튬 수지 기재의 정제기가 있다.

흡착 기술은 수분을 제거하는데 훨씬 더 유용하다. 습윤성 암모니아는 액체상을 잘 컨디셔닝된(well-conditioned) 3A 분자체를 통과시킴으로써 건조될 수 있다. 프랙스에어에 의해 수집된 실험 데이터는, 액체상 암모니아중에 있는 수분의 90%가 3A 분자체 베드를 통과시킴으로써 제거될 수 있다는 것을 보여주었다. 비휘발성 오염화를 최소화시키기 위해서는, 미립물 필터가 분자체 베드의 다운 스트림에 배치되어야 한다.

물리적 방법도 또한 암모니아로부터 수분을 제거하는데 유용하다. 전형적인 99.999%("5.0 등급")의 전자 등급 암모니아는 3ppm의 수분 규격을 충족시키는 것으로 입증되어 있다. 암모니아중에 있는 미량 수분의 기액 평형에 따르면, 3ppm의 증기상 수분 농도는 500ppm 초과의 액체상 농도에 상응한다. 도 1은 미량의 수분-암모니아 시스템에 대한 기액 평형 데이터를 나타낸다. 도 1의 데이터는 대부분의 수분이 액체상에 잔류하고 있음을 보여주고 있다. 액체상 내의 수분 농도는 증기상 내의 수분 농도보다 10² 내지 10³ 정도 더 크다. 과거에는, 이러한 평형 이점이 증기상 트랜스필(transfill)에 의해 수분을 3ppm 규격 수준까지 제거하는데 이용되었다. 평형 데이터는 훨씬 더 낮은 수분 수준이 달성될 수 있음을 보여준다. 이러한 달성에는 몇몇의 실제적인 문제가 따르며 이에 관해서는 하기 논의될 것이다.

상기 개략적인 논의로부터, 흡착 방법 또는 물리적인 방법이 경제적인 암모니아 정제 방법에 대한 기초로서 사용될 수 있을 것으로 예측된다. 그러나, 흡착 베드에서의 수분 제거 효율, 물리적인 방법에서의 증기 액체 평형 제한 및 수분과 암모니아 사이의 화학적 평형은 단일 단계 작동으로는 수분 수준을 200ppb 미만으로 감소시키지는 못한다.

성공적으로 입증된 방법은 다음과 같다. 먼저, 암모니아의 액체상으로부터 가능한 한 많은 양의 수분이 3A 분자체상에서의 흡착에 의해 제거되도록 한다. 그 다음 단계는, 수분의 바람직한 기액 평형 분포를 이용하여, 수분 농도가 추가로 10² 내지 10³ 정도까지 감소되도록 암모니아를 증발(또는 증류)시키는 것이다. 최종 단계는, 증기상을 또 다른 3A 분자체 트랩을 통과시킴으로써, 증발(또는 증류)로부터 수득된 증기상 암모니아중의 화학적으로 결합된 임의의 수분을 제거하는 것이다. 이후, 초저 수분 함량의 암모니아가 응축되어, 실린더내로 저장되거나 충전된다.

액체상 흡착 베드에 대한 설명

액체상 수분 함량이 약 600ppmw(중량/중량)인 암모니아를 3A 분자체 베드를 통과시켰더니, 수분 함량이 약 40 내지 약 60ppmw, 바람직하게는 약 50ppmw로 감소되었다. 액체상 수분 함량이 약 130 내지 약 170ppmw, 바람직하게는 약 150ppmw인 또 다른 암모니아를 분자체 베드를 통과시킨 경우에, 수분 함량은 약 9 내지 약 13ppmw, 바람직하게는 약 11ppmw로 감소되었다. 두 경우 모두에, 샘플을 상기 베드를 통과시키면 수분의 약 90%가 액체상으로부터 제거된다. 일부 미립물은 수분이 제거되는 동안에 상기 베드로부터 통과된다. 미립자 필터는 베드의 다운 스트림에 설치되었는데, 이는 암모니아로부터의 비휘발성 잔류물 및 금속성 미립물을 ppb 이하의 수준으로 제거하는데 효과적인 것으로 밝혀졌다. 그러나, 이러한 낮은 ppm 범위의 수분 수준은 여전히 현재의 질화물에 적용하는데 충분히 낮지 않다.

증발/증류에 대한 설명

도 1에 도시된 기액 평형 데이터를 토대로 하여, 암모니아를 액체상으로부터 증기상으로 증발시키거나 증류시킴(때때로, 이는 "증기상 트랜스필"로서 공지되어 있음)으로써 수분 함량은 추가로 감소될 수 있다. 세심한 증기상 트랜스필은 수분 함량을 10² 정도까지, 즉 100ppm으로부터 1ppm 미만 수준까지 감소시킬 수 있다. 이러한 정제는 트랜스필의 유속이 액체 암모니아를 비등시키지 않으면서 수행될 때에만 달성된다. 비등이 일어나는 경우에, 액체상 내의 모든 수분이 기체상으로 간단히 증발될 것이므로 어떠한 정제도 달성되지 않을 것이다. 그러나, 비등이 회피되는 경우에, 기체상 트랜스필에 의해 이 시스템이 유리한 기액 평형 수분 분포로 유지될 수 있을 뿐만 아니라, 10² 정도의 수분 농도 감소가 달성될 수 있을 것이다.

상기 증발 방법에는 한계가 있다. 모든 암모니아가 증기 트랜스필링될 수 없다는 것이다. 공급원 실린더에 남겨진 수분의 질량 수지(mass balance)에 기초하여, 액체상 내의 수분 수준은 암모니아 증기가 실린더로부터 배출됨에 따라 계속해서 증가할 것이다. 이러한 현상을 설명하기 위해, 증기가 배출되는 암모니아 시스템에서 소정의 액체상 수분 농도와, 생성된 증기상 수분 농도 사이의 관계를 정립시키기 위한 컴퓨터 모델이 개발되었다. 이러한 모델은 도 1에 도시된 기액 평형 데이터를 사용하여 트랜스필하는 동안 등온 증발이 일어날 것으로 가정한다.

도 2는 공급원 실린더로부터 트랜스필링시키는 동안에 액체상 및 증기상 내의 수분 함량을 시뮬레이션하는 그래프이다. 도 2에 따르면, 암모니아 혼합물중에 100ppm 액체 수분 농도로부터 출발하여, 암모니아의 약 75%가 증발될 때까지 증기 트랜스필에 의해 약 3ppm 미만의 증기상 수분 농도가 일관되게 전달될 것이다. 이시점에서, 액체 공급원 암모니아 중의 수분의 농도는 약 500ppm 초과로 증가하며, 증기상 농도는 약 3ppm 초과의 농도로 증가한다. 이는, 트랜스필링되는 수분이 많으면 많을수록 최종 생성물인 암모니아가 보다 많아질 것이기 때문에 불리한 상황에 놓이게 된다.

또한, 증기 트랜스필은 최종 생성물인 암모니아의 금속성 불순물을 감소시킨다. 금속성 불순물은 종종 비휘발성 잔류물의 형태여서, 증발 단계 동안에 증기상으로 되지 않을 것이다.

선택적으로, 증발 수단은 리보일러가 구비된 증류 칼럼 또는 단일 단계 증류를 포함할 수 있다.

증기상 흡착 베드에 대한 설명

증기상 암모니아중의 수분 농도가 여전히 수 ppm일 것이고 암모니아에 화학적으로 결합될 수 있으므로, 최종 생성물인 암모니아중에서의 매우 낮은 ppb 수준의 수분을 보장하기 위해서는 또 다른 수분 농도 감소 단계가 수행되어야 한다. 이러한 수분 농도 감소는 암모니아 증기를 또 다른 분자체 베드를 통과시킴으로써 달성된다. 수분 농도가 약 2ppm인 증기상 암모니아는, 이를 3A 분자체 베드를 통과시킴으로써 약 100ppb 미만으로 감소될 수 있다. 이렇게 되면 암모니아는 질화물에 적용될 수 있을 정도로 충분히 건조된 것이며, 이후 응축되어 실린더에 저장된다.

베드 컨디셔닝(conditioning)에 대한 설명

3A 분자체 베드는 약 200 시간 동안 수분 농도가 약 10ppb 미만인 것으로 입증된 질소, 아르곤 또는 헬륨과 같은 초고순도 불활성 가스의 연속적인 흐름하의 350℃의 온도에서 컨디셔닝된다. 이러한 베드는 잘 컨디셔닝된 베드로 간주된다. 분자체 베드의 컨디셔닝은 유속, 베드중의 오염물의 양, 컨디셔닝의 지속 시간 및 베드 컨디셔닝 공정에서의 온도를 포함한 다수의 파라미터에 의존한다는 점을 주지해야 하며, 이러한 컨디셔닝의 실시는 당업자에게 공지되어 있다.

바람직한 구체예

최적 실시 형태의 개략적인 도식(흐름도)이 도 3에 도시되어 있다. 이러한 모델은, 증기상 수분 규격이 약 3ppm인 현재의 5.0 등급의 전자용 암모니아에 대해 정제가 수행되는 것으로 가정한다. 도 1에 도시된 데이터에 따르면, 액체상 수분 농도는 약 500ppm을 초과할 것이다. 제 1 단계는 액체 암모니아를 3A 분자체 베드를 통과시키는 것이다. 상기 베드는 약 90%의 수분 함량을 제거하여, 약 50ppm 정도의 수분이 남게 할 것이다. 다시 도 1을 보면, 이러한 액체 암모니아중의 증기상 수분 농도는 약 1ppm 미만일 것이다. 수분 수준을 확인하기 위해, 이러한 생성물의 증기상의 수분 함량을 분석하며, 수분 농도가 약 1ppm 미만인 경우에는 다음 단계로 넘어간다. 증기상 수분 함량이 약 1ppm을 초과하는 경우에, 베드가 재활성화되어야 하고 암모니아가 재처리되어야 한다. 분자체 베드로부터 미립자 오염물을 감소시키기 위해, 액체 암모니아를 0.1㎛ 필터를 통과시킨다. 다음 단계는 증기상 트랜스필을 수행하는 것이다. 도 1 및 2에 도시된 데이터에 기초하여, 세심한 증기상 트랜스필에 의해 수분 농도가 1ppm 미만으로 감소될 것이다. 그런 다음, 이러한 증기는 또 다른 3A 분자체 베드를 통과하여, 수분 수준을 ppb 범위로 감소시킨다. 증기 생성물의 금속 및 수분을 분석한다. 수분 및 금속에 대한 수준이 각각 약 0.2ppm 초과 및 0.1ppm 초과인 경우에, 정제 베드는 재활성화되어야 하고 필터는 교환되어야 한다. 암모니아는 재처리되어야 할 것이다. 이 과정은 암모니아의 약 75%가 증발된 후에 중단된다. 이 지점에서, 액체 암모니아중의 수분의 수준은 수백 ppm일 것이다. 증기상 암모니아 중의 수분 수준은 약 3ppm일 것이다. 이러한 암모니아는 추가의 정제를 위해 공정의 개시점으로 복귀될 것이다. 이러한 공정에 의해 암모니아가 거의 완전하게 회수될 정도로 수분이 효율적으로 제거된다. 분자체 베드는 재생 가능하기 때문에, 흡착 물질을 처리하는데 최소 비용이 든다.

실시예 1 :

도 4는 이러한 정제 방법을 적용시키기 위한 배치(batch) 셋-업(set-up)의 한 실시예를 도시하고 있다. 이러한 셋업은 2개의 단위조작으로 구성되는데, 그 중 첫 번째 단위조작은 액체상 트랜스필 시스템에 대한 것이고 두 번째 단위조작은 증기 트랜스필 시스템에 대한 것이다.

액체 트랜스필 시스템에서는, 미정제 암모니아가 저장 탱크(410)에 저장된다. 미정제 생성물의 액체 전달은 기계식 펌프, 불활성 가스 패드를 사용하거나 암모니아 헤드(head) 압력에 의해 수행된다. 액체 암모니아는 미터링 장치(412)를 통해 흡착 베드(414)를 통과하고, 흡착 베드는 내부에 필터가 혼입되어 있어 미립자 필터(416)를 통해 미립물을 잡아 둔다. 흡착 베드(414)는 잘 컨디셔닝된 3A 분자체 베드이다. 플로우 미터(flow meter)와 같은 미터링 장치(420)는 액체의 유량을 미터링하는데 사용된다. 정제된 생성물은 탱크(418)에 저장된다. 그런 다음, 생성물은 수분의 증기상 농도가 약 1ppm 미만이 되도록 분석된다. 수분 농도가 약 1ppm을 초과한다면, 흡착 베드(414)가 재생되어 암모니아가 재처리되어야 한다. 수분의 증기상 농도가 약 1ppm 미만이면, 암모니아는 증발기(422)로 전달된다.

증발기(422)로부터의 유량은 증기상 트랜스필 동안에 어떠한 신속한 암모니아 비등도 일어나지 않도록 플로우미터와 같은 미터링 장치(420)에 의해 미터링된다. 비등이 일어나는 경우에, 트랜스필링된 생성물의 수분 농도가 증가하게 될 것이다. 그런 다음, 암모니아 증기가 흡착 베드(426)를 통과된다. 베드(426)는 잘 컨디셔닝된 3A 분자체 베드이다. 생성물의 수분 함량을 분석한다. 수분 농도가 약 200ppb를 초과한다면, 흡착 베드가 재생되어 암모니아가 재처리되어야 한다. 수분 농도가 약 200ppb 미만이면, 암모니아 증기는 실린더(428), 또는 저장 탱크에 응축되어 나중에 실린더에 충전될 수 있다. 응축은 코일을 냉각시키거나 수용기를 냉각시킴으로써 달성될 수 있다.

실시예 2 :

흡착 및 증기 트랜스필을 사용하여 낮은 수분 함량을 달성하는 방법은 도 5에 도시된 연속 대규모 시스템으로 확대될 수 있다. 셋업은 증류 시스템(516)과 2개의 흡착 베드(514 및 518)로 구성된다. 미정제 암모니아는 탱크(510)에 저장된다. 미정제 생성물의 액체 전달은 기계식 펌프, 불활성 가스 패드를 사용하거나, 암모니아 헤드 압력에 의해 수행된다. 액체 암모니아는, 미립물을 잡아두기 위해 내부에 필터가 설치되어 있는 흡착 베드(514)내로 통과된다. 흡착 베드(514)는 잘 컨디셔닝된 우수한 3A 분자체 베드이다. 플로우 미터와 같은 미터링 장치(512)는 액체의 유량을 미터링하는데 사용된다. 그런 다음, 정제된 생성물은 수분의 증기상 농도가 약 1ppm 미만이 되도록 분석된다. 수분의 농도가 약 1ppm을 초과하면, 흡착 베드(514)가 재생되어 암모니아가 재처리되어야 한다. 수분의 증기상 농도가 약 1ppm 미만이면, 암모니아가 증류 시스템(516)으로 전달된다.

정제된 액체 암모니아는 증발되고 이러한 증기의 일부는 재응축되어, 증발중인 암모니아에 대한 세척액으로 작용한다. 정제된 암모니아 생성물은 증류 칼럼의 최상부 플레이트로부터 증기상으로 제거된다. 이후, 이러한 증기상 생성물은 최종적인 수분 제거를 위해 흡착 베드(518)를 통과한다. 흡착 베드(518)는 잘 컨디셔닝된 3A 분자체 베드이다. 최종적으로 정제된 암모니아는 탱크(520)에 수집된다.

주요 공정 파라미터의 요약 (도 4 및 도 5)

액체상 흡착 단계는, 출발 암모니아중의 수분 함량의 약 90%를 약 50ppm 미만의 수준까지 제거하는데 사용된다. 이는 이러한 감소가 증발(또는 증류) 단계를 정확하게 작동시키는데 필수적이기 때문에 중요한 파라미터이다. 서두에서 논의된 바와 같이, 액체상 수분이 약 500ppm을 초과하는 경우에는, 증발만으로는 3ppm 미만의 수분 농도를 달성하지 못할 것이다. 바꾸어 말하면, 이것은 증기상 흡착 단계에 영향을 미쳐, 200ppb 미만의 수분 함량을 갖는 암모니아를 생성시키지는 못할 것이다. 또 다른 중요한 파라미터는 액체상 여과이다. 이러한 단계는 액체 암모니아로부터의 비휘발성 고형물을 약 1ppb 미만으로 제거한다.

전체적인 정제 방법은 마이크로 전자산업 또는 이와 관련된 임의의 기타 산업에서 사용되는 다른 가스에 확대 적용될 수 있다. 이를 위해서는 2가지의 기본적인 요건이 충족되어야 한다. 첫째는 제거시키고자 하는 불순물이, 정제시킬 생성물의 증기상에 대해서보다 생성물의 액체상에 대해서 더 큰 친화도를 가져야 한다는 것이다. 두 번째는 제거시키고자 하는 불순물이, 정제시킬 생성물의 액체 또는 증기상에 대해서보다 흡착 물질에 대해서 더 큰 친화도를 가져야 한다는 것이다. 다른 가스의 구체적인 예로는 염화수소, 브롬화수소, 염소 및 암모니아가 있다. 이러한 경우에, 제거시키고자 하는 불순물은 수분이지만, 이것은 상기 두가지 기본적인 요건에 적합한 일부 다른 불순물로 일반화될 수 있다.

방법 자체도 또한 확대된다. 고려되어야 하는 첫 번째 대안은 흡착 베드에 있어서 다른 흡착제를 사용하는 것이다. 최적의 실시 형태는 흡착 물질로서 3A 분자체를 사용하는 것이다. 그 밖의 가능한 흡착제에는 다른 분자체(5A, 4A, 13X 및 AW 500)가 포함된다. 5A 분자체는 3A 분자체만큼 만족스럽게 작동하는 것으로는 보이지 않았다. 그러나, 약간의 수분이 5A 분자체에 의해 제거되었다. 그러므로, 모든 분자체가 가능한 대안적인 흡착제로서 검토될 수 있다. 또 다른 대안적인 흡착제에는 잘 컨디셔닝된 실리카겔 및 활성화된 알루미나가 포함된다. 활성탄도 수분 이외의 불순물을 제거하는데 사용될 수 있다.

고려되어야 하는 두 번째 대안은 기계적 펌핑의 대용으로서 불활성 패딩(padding) 가스 또는 헤드 압력을 사용하는 것이다. 최적의 실시 형태는, 펌프를 사용하는 것인데, 그 이유는 최적의 유량 제어가 비교적 저렴한 비용으로 달성될 수 있기 때문이다. 그러나, 헬륨, 아르곤 또는 질소와 같은 불활성 패딩 가스를 사용하여 시스템에 추가적인 압력을 발생시킴으로써 액체 암모니아를 흡착 베드를 통해 이동시킬 수 있다. 끝으로, 추가적인 헤드 압력은, 미정제 암모니아를 가열시켜 이것의 증기압을 증가시킴으로써 형성될 수 있다. 이후, 이러한 추가적인 압력은 액체 암모니아를 흡착 베드를 통해 이동시키는데 사용될 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명의 구체적인 특징이 편의상 하나 이상의 도면에 도시되었지만, 하나 이상의 특징이 본 발명에 따른 또 다른 특징과 조합될 수도 있다. 대안적인 구체예는 당업자에 의해 인지될 것이며, 이는 특허청구범위의 범위내에 포함될 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 정제 방법에 의해 수분 수준이 낮은(약 200ppb 미만) 반도체 가스가 생성된다.

Claims (10)

1. a. 불순한 액화 암모니아를 분자체를 통과시켜 액체상으로부터의 불순물을 제거하여, 정제된 제 1 암모니아 유체를 생성시키는 단계;

   b. 정제된 제 1 암모니아 유체를 증발 수단을 통과시켜 불순물을 제거하여, 정제된 제 2 암모니아 가스를 생성시키는 단계;

   c. 정제된 제 2 암모니아 가스를 또 다른 분자체를 통과시켜 증기상으로부터의 불순물을 제거하여, 초고순도 암모니아를 생성시키는 단계를 포함하여, 불순한 암모니아를 정제시켜 초고순도 암모니아를 생성시키는 방법.
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6. 제 1항에 있어서, 증발 수단이 증류를 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항에 있어서, 증발 수단이 리보일러(reboiler)를 구비한 증류 칼럼을 포함함을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항에 있어서, 증발 수단이 단일 단계 증류를 포함함을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1항에 있어서, 증발 수단이 증기상 트랜스필(transfill)을 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제 1항에 있어서, 불순물이 물을 포함함을 특징으로 하는 방법.

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