JPH0533005Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はバブリング装置に関し、主に半導体製
造装置の反応ガス供給手段として利用される。

［従来の技術］ 例えば、MO−CVD法の半導体製造装置に供
給される反応ガスは反応ガス供給手段のバブリン
グ装置によつて生成される。

従来のバブリング装置１０は、第４図に示す如
く、液体充填室１２とベーパー発生室１３とを形
成するタンク１１と、基端側２２がキヤリヤーガ
ス供給手段２に接続されかつガス吹出口２４を有
する先端側２３が液体充填室１２の液１４中に差
込まれたガス供給管２１とからなる。したがつ
て、キヤリヤーガスは、ガス吹出口２４からバブ
ル（気泡Ｂ）となつて液中を浮上しつつ反応ガス
たるベーパー１５を生成する。

すなわち、例えばキヤリヤーガスをN₂ガスと
し、液体を有機金属や水銀とすれば、ベーパー状
態の反応ガスを生成でき、この反応ガスはベーパ
ー発生室１３に差込まれた反応ガス供給管１７を
通してMO−CVD法の半導体製造装置１（反応
室）に送られる。

なお、第４図中、５はガス供給管２１内の圧力
変動を利用して反応ガスの供給量を加減制御する
コントローラである。

ここに、従来のガス供給管２１、詳しくは先端
側２３の形態とガス吹出口２４の形態・位置等
は、第５図に示す単孔型または第６図に示す多孔
型とされている。第５図Ａの吹出口２４は先端側
２３の管径Ｄと同じ径ｄの下向き単孔であり、同
Ｂは傾斜切断された単孔である。

一方、第６図Ａの吹出口２４は、先端側２３の
管径Ｄに対して小さい径ｄの複数（例えば５つ）
孔から形成されている。また、同Ｂはいわゆる金
魚鉢のエアレーシヨンに用いる如きフリツタ構造
である。

すなわち、バブリング装置１０として最も重要
なことは、細かい気泡Ｂを発生させ、しかも連続
的に発生することである。また、基本的に、気泡
Ｂは液体１４の粘性による毛細現象とキヤリヤー
ガスの押出力のバランスによつて発生される。し
かし、その定量的把握は非常に複雑で難しい。

しかして、従来は、その特性を制する先端側２
３と吹出口２４の径、数、向き等が、定性的乃至
慣習的に決められているために、上記の如く各種
各様の構造のうちコスト、大きさに照らし適宜に
選択されていたと言つて過言でない。

［考案が解決しようとする課題］ しかしながら、上記半導体製造装置１の如く
益々の高品質が求められる現今では、上記のいず
れの従来構造でもその要請を満たすことができな
くなつている。

すなわち、第５図に示す単孔型は構造簡素で低
コストであるが、同Ａに示す管軸線の傾きθが１
度でも狂うと、吹出口２４の位置が変化すること
により、気泡Ｂの発生数が著しく減少するという
欠点がある。しかも、管軸線をどちらの方向に倒
した場合でも傾きθが生ずるので装置構築上非常
に煩わしい。この傾きθの依存性は、次の理由に
よるものと思われる。

すなわち、吹出口２４から気泡Ｂを液体中に押
出すときには、必ず反作用として同量の液体１４
が管２３内に逆流する。このため、次の気泡Ｂは
その液体を押出しつつ飛び出すことになる。した
がつて、吹出口２４が傾斜すると、液体１４が管
２３内に逆流し易くその量が増大し、結果として
単位時間当りの気泡Ｂの発生数が著しく減少する
ことになる。しかして、同Ｂに示す傾斜切断され
た吹出口２４のものは一段と極端に気泡数が減少
してしまうと理解される。

一方、第６図に示す多孔型は、軽負荷つまりキ
ヤリヤーガスの供給量を少量とした場合、キヤリ
ヤーガスは最も抵抗の小さな１つの孔から噴出す
ることになる。したがつて、他の孔は単に液体１
４の逆流孔と作用してしまうので、逆流量の増大
を招く。よつて、上記理由からこの型も負荷変動
により気泡数が劣悪化するという欠点がある。

本考案は、上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的は多数の微細気泡を連続的に発生しかつ負
荷調整への追従性に優れ構造簡単で低コストのバ
ブリング装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は、幾多の装置の実際運用装置等を通じ
た試験・研究に基づき案出したもので、液体逆流
量が少なくかつ液体が気泡を持ち上げるように助
長作用することのできる構造とし、前記目的を達
成するものである。

すなわち、本発明に係るバブリング装置は、液
体充填室とベーパー発生室とを形成するタンク
と、基端側がキヤリヤーガス供給手段に接続され
かつガス吹出口を有する先端側が液体充填室の液
中に差込まれたガス供給管とからなるバブリング
装置において、前記ガス供給管の前記タンク内に
挿入される前記基端側と前記先端側とをＬ字形状
に形成するとともに前記ガス吹出口を先端側に上
向き単孔として形成し、基端側の傾斜角を３度以
下としかつガス吹出口を上向き状態として前記液
体充填室に配設し、しかもガス供給管の直径とガ
ス吹出口の直径とを使用するガスおよび液体の種
別に応じかつ１秒間に４ケ以上の気泡を発生させ
ることのできる最適値に選択形成したことを特徴
とする。

［作用］ 本考案によれば、キヤリヤーガスはガス供給管
を通り、タンク内に水平配設された先端側のガス
吹出口から液体中に気泡となつて流出する。

この際、ガス吹出口は上向きに設けられた単孔
とされているので、ガス吹出口の周りの液体は気
泡を持ち上げるように働くから、気泡の離脱がし
易く液体逆流量も小さい。しかも、ガス供給管の
直径とガス吹出口の直径とが使用するガスおよび
液体の種別に応じて１秒間に４ケ以上の気泡を発
生させることのできる最適値に形成されているの
で、単位時間当りの気泡発生数が多く、円滑かつ
連続してベーパー発生室に反応ガス等のベーパー
を生成することができる。なお、ガス供給管の基
端側の傾斜角が３度以下であれば上記気泡発生作
用を円滑に行えるから、組立等が楽である。

［実施例］ 以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第１図は、本考案の一実施例を示す全体構成図
である。

本バブリング装置１０は、ガス供給管２１のタ
ンク１１内に挿入された部分を第１図に示すよう
にＬ字形状に形成する。とともに先端側２３が液
体充填室１２（液体１４）中で水平となるように
配設しかつ先端側２３に設けられたガス吹出口２
４を上向きの単孔として構成されている。本考案
において、Ｌ字形状で先端側２３が液体１４中で
水平とは、ガス吹出口２４を液体１４中で水平で
上向きとするための条件をいい、単に外形的意味
を指すものではない。したがつて、先端側２３を
“し”の字形状等とすることも含まれる。

なお、本バブリング装置１０は、前出第４図に
示した従来のバブリング装置１０と同様に半導体
製造装置１への反応ガスを生成するものとされて
いる。したがつて、半導体製造装置１、キヤリヤ
ーガス供給手段２、反応ガス供給管１７等の同一
部分については同一の符号を付してそれらの説明
は省略するものとする。

ここに、ガス供給管２１，２３の直径をＤ、ガ
ス吹出口２４の直径をｄとすると、この直径Ｄは
液体１４の粘性による毛細管現象と押出力とのバ
ランスに基づく最適値があり、また、直径ｄにも
同様な最適値がある。つまり、第３図Ａ，Ｂに示
す如く最適値を中心に直径Ｄ（ｄ）を小径とし過
ぎても、大径とし過ぎても単位時間当りの気泡Ｂ
発生数は減少する。

例えば、液体１４が水銀の場合、最適値はＤ＝
４〜4.5mm、ｄ＝4.0mmであり、キヤリヤーガスを
窒素N₂ガスとして100c.c.／secを供給すると１秒
当り４ケの気泡を安定して発生できる。

これに対して、Ｄ＝3.2mmとＤ＝6.5mmとしてみ
ると、単位時間（1sec）当りの発生気泡数は１〜
２ケと減少した。同様に、ｄ＝７mmとしたとこ
ろ、その発生気泡数は１ケ／secと減少した。

また、これと対比観察すべく液体１４を水とし
たところ、直径Ｄは水銀の場合と同様に４〜4.5
mmが最適値であるが、直径ｄは1.5mmと小さな最
適値を持つ。この直径ｄは吹出口２４の周りの液
体１４が気泡Ｂを持ち上げて気泡Ｂの離脱を容易
とする径が最適値となる。また、この現象は流体
１４の管内への逆流量を最少とすることにもな
る。

ここに、本実施例では、液体１４を水銀、キヤ
リヤーガス供給管２１の直径Ｄを４mm、吹出口２
４の直径ｄを４mmとしている。

ここにおいて、直径Ｄとｄとは、流体１４の種
別（例えば、水銀、有機金属、…）やキヤリヤー
ガスの種別（例えば、N₂、…）やその供給量等
から適宜に選定して実施される。

また、吹出口２４を上向きの単孔から形成する
ことは、タンク１１内をガス供給管２１の傾斜角
θつまり吹出口２４の傾斜角による依存性を鈍感
にする意義もある。つまり、この実施例（Ｄ＝４
mm，ｄ＝４mm）の場合、傾斜角θを２〜３度とし
ても気泡Ｂを４ケ／secで発生できるが、前出第
５図Ａに示す型ではＤ＝ｄ＝４mmとするとθ＝０
度の場合に限り本実施例の場合と同様に４ケ／
secで気泡Ｂを発生できたが、１度でも傾斜する
と３〜２ケ／sceと激減する。したがつて、バブ
リング装置１０の下降精度、設置精度を非常に高
くしないと使用できなかつたわけである。この理
由は、吹出口２４が傾斜すると流体１４の管２３
内への逆流量が増大しバランスが崩れるためと判
明した。この点において、前出第５図Ｂに示す型
では傾斜角θ変化による影響が一層大きいので、
気泡Ｂの発生が困難となり実用性に欠けると言わ
ざるを得ない。

さらに、第６図Ａ，Ｂに示す型は、従来慣例的
に非常に多く使われているが、実質的には上記傾
斜が生ずると、ガスはある特定のガス吹出口２４
から吹出され、その余の吹出口２４は、単に管２
３内への液体１４の逆流口となつてしまうので、
やはり気泡発生率が大幅に変動・減少してしま
う。また、キヤリヤーガスの供給量が小さいと、
圧力変動が大きく反応ガスの供給量を大きく変動
させるという欠点がある。

このように、本考案は、上記従来例との比較か
らも明らかの通り、従来比較的軽視されて来た液
体充填室１２内での吹出口２４の数、大きさ、向
き等を詳細に分析し上向き単孔という簡易であり
ながら円滑かつ連続した気泡Ｂの多数発生を可能
とする構造を創成したものと理解される。

したがつて、コントローラ５は、第１図で実線
で示す上流側のみならず、２点鎖線で示すように
下流側に設けることもできる。

しかして、この実施例によれば、ガス供給管２
１のタンク１１内に挿入される部分２１，２３を
Ｌ字形状としかつ吹出口２４を上向き単孔とした
ので、毛細管現象と押出力とのバランスの下に多
量の気泡Ｂを連続かつ安定して発生できる。

また、上向き単孔の構造は、ガス供給管２１の
傾斜角θの依存性が低いので、本バブリング装置
１０の加工精度、配設精度等が容易となりコスト
を大幅に引下げられる。

また、上向き単孔の構造では、使用する液体１
４等々に照し孔径を容易に変更調整できるから、
単位時間当りの気泡Ｂの発生数を大きくする最適
値を迅速かつ容易に選択でき、適応性の広いもの
となる。

さらに、気泡Ｂの発生数が安定するから、ベー
パー発生室１３の圧力変動が小さく、コントロー
ラ５の配設位置等の自由度と追従性を大幅に向上
できる。

なお、以上の実施例では先端側２３を第１図に
示す如く水平直管構造としたが、要はガス吹出口
２４を上向きの単孔とすればよいから、例えば第
２図に示す如く、さらに加工便宜等を考慮した形
態とすることができる。因みに第２図ＡはＤ＝ｄ
の場合、同ＢはＤ＞ｄの場合を示す。

また、ガス供給管２１を、その先端側２３（ガ
ス吹出口２４）が水平となるように配設したが、
基端側２２を３度以下の範囲で傾斜させる（傾斜
角θ≦３度）ことにり先端側２３（ガス吹出口２
４）が水平面より同一角度（θ）だけ傾くように
配設してもよい。かかる構成でも気泡Ｂを１秒間
に４ケ以上発生させることができる。

［考案の効果］ 以上の説明から明らかの通り、本考案はガス供
給管のタンク内に挿入される基端側と先端側とを
Ｌ字形状に形成するとともにガス吹出口を先端側
に上向き単孔として形成し、基端側の傾斜角を３
度以下としかつガス吹出口を上向き状態として液
体充填室に配設し、しかもガス供給管の直結とガ
ス吹出口の直径とを使用するガスおよび液体の種
別に応じかつ１秒間に４ケ以上の気泡を発生させ
ることのできる最適値に選択形成した構成とした
ものであるから、多量の気泡を連続かつ安定して
発生できる低コストで取扱容易なバブリング装置
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す全体構成図、
第２図はガス供給管の変形例を示す図、第３図は
ガス供給管と吹出口との気泡発生数に対する最適
径を説明するための図、第４図〜第６図は従来例
を示し第４図は全体構成図、第５図は単孔型およ
び第６図は多孔型を示す図である。 １……半導体製造装置、２……キヤリヤーガス
供給手段、５……コントローラ、１０……バブリ
ング装置、１１……タンク、１２……液体充填
室、１３……ベーパー発生室、１４……液体、１
５……ベーパー、２１……ガス供給管、２２……
基端側、２３……先端側、２４……ガス吹出口。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 液体充填室とベーパー発生室とを形成するタン
   クと、基端側がキヤリヤーガス供給手段に接続さ
   れかつガス吹出口を有する先端側が液体充填室の
   液中に差込まれたガス供給管とからなるバブリン
   グ装置において、 前記ガス供給管の前記タンク内に挿入される前
   記基端側と前記先端側とをＬ字形状に形成すると
   ともに前記ガス吹出口を先端側に上向き単孔とし
   て形成し、基端側の傾斜角を３度以下としかつガ
   ス吹出口を上向き状態として前記液体充填室に配
   設し、しかもガス供給管の直径とガス吹出口の直
   径とを使用するガスおよび液体の種別に応じかつ
   １秒間に４ケ以上の気泡を発生させることのでき
   る最適値に選択形成したことを特徴とするバブリ
   ング装置。