JPH06201544A

JPH06201544A - 液体材料気化供給装置

Info

Publication number: JPH06201544A
Application number: JP1793193A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kono; 武志河野; Kyoichi Ishikawa; 亨一石川
Original assignee: Stec KK
Current assignee: Stec KK
Priority date: 1993-01-09
Filing date: 1993-01-09
Publication date: 1994-07-19
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JP3296611B2

Abstract

(57)【要約】【目的】液体材料を直接気化させる方式の液体材料気
化供給装置において、気化器の下流側が減圧状態になっ
た場合おいて生ずる不都合を解消すること。【構成】内部に導入された液体材料ＬＳを加熱により
気化し、この気化により発生したガスＧを内部に別途導
入されたキャリアガスＣＧによって外部に導出する気化
器１に対して、気化器１に導入される液体材料ＬＳの流
量を調整する流量制御弁４を、可及的に近接して設け、
この流量制御弁４にシャットオフ機能をもたせると共
に、これを冷却するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造にお
いて用いる四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）などのガスを、
液体材料を気化することによって供給する液体材料気化
供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】前記液体材料気化供給装置としては、図
３に示すように、流量制御された液体材料をヒータを備
えた気化器に導入し、その全量を直接気化する方式のも
のが知られている。図３において、４１は内部にヒータ
を備えた気化器で、その上流側には、液体流量コントロ
ーラ４２およびストップバルブ４３を備えた液体材料Ｌ
Ｓの供給路４４と、マスフローコントローラ４５を備え
たキャリアガスＣＧの供給路４６とが互いに並列的に接
続されると共に、その下流側には、気化器４１内におい
て発生した気化ガスＧがキャリアガスＣＧと共に流れる
加熱配管４７が接続されている。

【０００３】前記気化器４１の構成の大略は、図４に示
す通りである。すなわち、この図において、４８は断熱
構造のハウジングで、その内部には、ヒータブロック４
９とキャリアガス導入管５０とが設けられている。ヒー
タブロック４９は、熱伝導性の良好な材料よりなり、そ
の内部に、熱伝導性並びに耐腐食性の良好な材料よりな
るパイプ５１を挿通させると共に、このパイプ５１を加
熱するためのヒータ５２を内蔵している。そして、パイ
プ５１のヒータブロック４９内の部分には、熱伝導性並
びに耐腐食性の良好な粉体５３がメッシュ体５４，５５
に封止されるようにして充填されている。

【０００４】そして、パイプ５１の上流側の入口側に
は、先端に細径部５６を備えた液体材料ＬＳの導入管５
７がパイプ５１と同心的に挿入され、その上流側は前記
液体材料供給路４４に接続されている。また、前記キャ
リアガス導入管５０は、熱伝導性の良好な材料よりな
り、その上流側は、前記キャリアガス供給路４６に接続
されており、また、下流側は、熱伝導性並びに耐腐食性
の良好な金属よりなるブロック状の管継手５８を介して
パイプ５１の上流側に接続されている。なお、５９はパ
イプ５１の下流端に設けられる気化ガスＧとキャリアガ
スＣＧとの混合ガスの導出口で、その下流側には、前記
加熱配管４７が接続される。

【０００５】そして、前記図４に示される構造の気化器
４１は、本願出願人が、特願平２−１５１２７０号（特
開平４−４５８３８号）として特許出願しているところ
であり、このような気化器４１は、一定流量で供給され
る液体の気化に基づく圧力変動が極めて少なく、液体材
料を安定に気化してこれを安定に供給することができる
といった優れた利点を備えている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した液
体材料気化供給装置のように液体材料ＬＳを直接気化す
る装置においては、図４に示したように、気化器４１の
内部にストップバルブを備えてないため、気化ガスＧの
発生を停止させる場合、ストップバルブ４３を閉じるこ
とによって対処しなければならなず、そのようにした場
合、ストップバルブ４３から気化器４１までの配管４４
ａ内には、液体材料ＬＳが満たされることになる。

【０００７】そして、前述のように、ストップバルブ４
３から気化器４１までの配管４４ａ内に液体材料ＬＳが
満たされた状態において、なんらかの原因で気化器４１
の下流側のラインにおいて減圧（真空）状態が発生し、
これに対応しようとした場合、前記液体材料ＬＳが徐々
に気化され、発生した気化ガスＧが気化器４１の下流側
に漏れ出てくるといった不具合が生ずる。

【０００８】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その目的とするところは、液体材料を直接気化
させる方式の液体材料気化供給装置において、気化器の
下流側が減圧状態になった場合おいて生ずる不都合を解
消することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る液体材料気化供給装置は、内部に導入
された液体材料を加熱により気化し、この気化により発
生したガスを内部に別途導入されたキャリアガスによっ
て外部に導出する気化器に対して、気化器に導入される
液体材料の流量を調整する流量制御弁を、可及的に近接
して設け、この流量制御弁にシャットオフ機能をもたせ
ると共に、これを冷却するように構成されている。

【００１０】

【作用】上記構成の液体材料気化供給装置においては、
液体材料の流量を調整する流量制御弁と気化器とが可及
的に近接した状態で設けられているので、気化器の上流
側における液体材料の溜まりを極力少なくすることがで
きる。また、流量制御弁は、シャットオフ（全閉）機能
を備えているので、遮断用弁などを別途設ける必要がな
く、構成が簡素化される。そして、流量制御弁は冷却さ
れるように構成されているので、気化器に供給される液
体材料が気化器に導入される前に気化されることが防止
でき、さらに、流量制御弁が気化器の温度影響を受ける
ことなく安定に動作して、長期にわたって使用できる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。図１は本発明に係る液体材料気化供給装置
の一例を概略的に示す図で、この図において、１は気化
器で、２，３はこの気化器１に対して、液体材料ＬＳ、
キャリアガスＣＧをそれぞれ供給する管である。液体材
料供給管２には、気化器１に対して可及的に近接して設
けられる流量制御弁４とその上流側に流体流量計５が介
装されている。そして、流量制御弁４にはこれを冷却す
る装置６が設けられている。また、キャリアガス供給管
３には、マスフローコントローラ７が介装されている。
８は液体材料気化供給装置全体を制御するコントローラ
で、流体流量計５によって検出される液体材料ＬＳの流
量に基づいて流量制御弁４を制御したり、マスフローコ
ントローラ７のメータ部によって検出されるキャリアガ
スＣＧの流量に基づいてマスフローコントローラ７の制
御弁部を制御する。

【００１２】図２は前記液体材料気化供給装置の要部、
特に、気化器１と流量制御弁４との接続関係を詳細に示
す図である。気化器１は、次のように構成されている。
すなわち、図２において、９は例えばステンレス鋼など
熱伝導性並びに耐腐食性の良好な金属よりなるパイプ
で、例えばアルミニウムなど熱伝導性の良好なヒータブ
ロック１０に開設された貫通孔内を挿通するように設け
られている。ヒータブロック１０内には、パイプ９およ
びヒータブロック１０を加熱するためのヒータ１１が内
蔵されている。

【００１３】そして、パイプ９のヒータブロック１０内
の部分には、熱伝導性並びに耐腐食性の良好な粉体１２
がフィルタとしても機能するメッシュ体１３，１４に封
止されるようにして充填され、気化室１５に形成してあ
る。前記粉体１２としては、例えばステンレス鋼やチタ
ンなどの金属またはＳｉＣなどのセラミックスを、直径
が１００μｍ以上、好ましくは１２０μｍ程度の粉体に
形成したものが用いられる。また、メッシュ体１３，１
４は、粉体１２が気化室１５から出ないようにするた
め、その網目の大きさは例えば２０μｍ程度にしてあ
る。なお、気化室１５の長さ（この例では、メッシュ体
１３，１４間の長さ）は例えば１００ｍｍ、また、気化
室１５の内径は約９．５ｍｍである。

【００１４】１６は前記気化室１５の一端側に形成され
たキャリアガスＣＧの導入部で、熱伝導性並びに耐腐食
性の良好な金属（例えばステンレス鋼）よりなり、その
接続部１７には、前記キャリアガス供給管３が接続され
る。ここで用いられるキャリアガスＣＧとしては、
Ｈ₂，Ｈｅ，Ｎ₂などがある。また、１８は気化室１５
の他端側に形成されたガス導出部で、ステンレス鋼のよ
うな熱伝導性並びに耐腐食性の良好な金属よりなり、そ
の接続部１９には、例えば半導体製造装置（図外）への
ガス供給管（図外）が接続される。

【００１５】２０は液体材料ＬＳを気化室１５に導入す
るための導入部で、前記キャリアガス導入部１６よりも
下流側に、図示する例においては、気化室１５の長さ方
向のほぼ中間位置よりもやや上流側（上流側から約１／
３のところ）に形成されている。この液体材料導入部２
０は、例えばキャピラリのような細管（内径が例えば
０．２ｍｍ）よりなり、その上流側は前記流量制御弁４
の下流側に接続されており、また、その下流側には粉体
１２の直径よりも小さい内径（例えば０．１ｍｍ）を有
する細径部２１が形成されている。なお、液体材料導入
部２０の先端側は、粉体１２が充填された部分に例えば
５ｍｍ程度挿入されている。

【００１６】そして、流量制御弁４は、所謂ノルマルオ
ープンタイプに構成されており、必要に応じてシャット
オフできるように構成されている。すなわち、図２にお
いて、２２は耐腐食性の良好な金属よりなる本体ブロッ
ク、２３，２４は本体ブロック２２に対して着脱自在に
取り付けられる液体導入ブロック、液体導出ブロック
で、液体導出ブロック２４は、気化室１５からの熱を本
体ブロック２２に伝えにくくするために熱伝導性の悪い
金属やセラミックスなどで形成されている。そして、液
体導出ブロック２４内には、液体材料導入部２０を挿通
させてある。２５は本体ブロック２２に形成される液体
流路で、その途中には流量制御部としての制御弁２６が
設けられている。

【００１７】前記制御弁２６は、次のように構成されて
いる。すなわち、２７はオリフィスブロックで、液体流
路２５に臨む弁口２８を備えている。２９は弁口２８の
開度を調節する弁体で、弁頭部３０とプランジャ部３１
とからなり、弁頭部３０を弁口２８に近接した状態で設
けられている。そして、この弁体２９は本体ブロック２
２に連設された弁ブロック３２の下部空間内に設けられ
た金属製のダイヤフラム３３によって、通常時、オリフ
ィスブロック２７との間に若干の隙間が形成されるよう
に、上下動自在に保持されている。３４はダイヤフラム
３３と、プランジャ部３１に固着されたばね受け３５と
の間に介装されたばねである。

【００１８】３６は弁体２９を所定の方向に押圧駆動す
る圧電アクチュエータで、弁ブロック３２に螺着された
筒状のバルブケース３７内に収容されている。この圧電
アクチュエータ３６の下端部は真球体３８を介して前記
弁体２９のプランジャ部３１の上面に当接させてある。

【００１９】そして、前記本体ブロック２２の圧電アク
チュエータ３６が突設された側と反対側の側面には、例
えばペルチェ素子よりなる冷却装置６が設けられてい
る。３９はその支持枠である。

【００２０】次に、上記構成の液体材料気化供給装置の
動作について説明すると、まず、ヒータ１１を発熱させ
て気化室１５内に充填された粉体１２を所定の温度に加
熱する。この状態において、キャリアガスＣＧをキャリ
アガス導入部１６を経てパイプ９内に導入しながら液体
材料導入部２０を介して液体材料ＬＳを気化室１５に導
入する。

【００２１】そして、液体材料導入部２０を介して導入
される液体材料ＬＳは、細径部２１を経て加熱された粉
体１２内に導入されてこれと接触するが、その接触面積
が大きいため、液体材料ＬＳは、短時間のうちに気化し
て所望の気化ガスＧになる。この場合、液体材料導入部
２０内を流れてきた液体材料ＬＳは、これよりも小径の
細径部２１を経て粉体１２側に流れ出るので、突沸する
ことがなくスムーズに気化が行われると共に、気化によ
って圧力上昇が生じても、その圧力は細径部２１によっ
て緩和されるので、上流側には圧力上昇圧が急激に伝わ
ることがなく、従って、液体材料ＬＳを供給するライン
への悪影響がなくなる。

【００２２】一方、気化室１５の一端側からその内部に
導入されたキャリアガスＣＧは、液体材料ＬＳが気化さ
れる部位、すなわち、液体材料導入部２０の先端が粉体
１２に挿入されている部分付近に到達するまでの間に十
分に熱交換されて所定の温度を維持している。従って、
キャリアガスＣＧの導入によって前記気化部位の温度低
下を最小限に止めることができるので、液体材料ＬＳの
気化が妨げられることはなく、従って、気化ガスＧをス
ムーズに発生させることができる。

【００２３】上述のようにして発生した気化ガスＧは、
キャリアガスＣＧによって速やかに下流側に導出され、
下流側の半導体製造装置（図外）に気化ガスＧを供給す
ることができる。

【００２４】上記実施例に係る液体材料気化供給装置に
おいては、液体材料ＬＳの流量を調整する流量制御弁４と気化
器１とが可及的に近接した状態で設けられているので、
流量制御弁４と気化器１との間におけるデッドボリュー
ムが小さく、気化器１の上流側における液体材料の溜ま
りを極力少なくすることができる。流量制御弁４は、シャットオフ（全閉）機能を備え
ている。

【００２５】従って、例えば気化器１の下流側が減圧状
態であるとき、流量制御弁４を閉にして気化ガスＧの発
生を停止したような場合、その立ち下がりが速く、従来
のこの種の装置のように、発生した気化ガスＧが気化器
１の下流側に漏れ出てくるといった不具合が生ずること
がなくなり、減圧プロセスでの応答が素早く行われると
いった利点がある。

【００２６】そして、流量制御弁４は、冷却装置６
によって冷却されるように構成されているので、気化器
１による流量制御弁４に対する熱影響が大幅に軽減さ
れ、供給される液体材料ＬＳが気化器１に導入される前
に気化されることが防止でき、流量制御弁４内において
は、液体材料ＬＳを液体状態で制御できる。また、流量
制御弁４が冷却されていることにより、気化器１の温度
を高く設定することができ、従って、高沸点の液体材料
ＬＳをも容易に気化させることができる。

【００２７】また、前記液体材料導入部２０の内径
を適宜選択することにより、流量制御弁４の弁口２８近
傍における発泡を効果的に抑止することができる。

【００２８】さらに、前記図４に例示したもので
は、液体材料導入管５７がパイプ５１と同心的に設けら
れていたため、構造が複雑であったが、上記実施例で
は、液体材料導入部２０は、気化室１５の側部に設けら
れているため、構造がシンプルであり、保守点検なども
容易に行なえる。

【００２９】本発明は、上述の実施例に限られるもので
はなく、例えばキャリアガス導入部１６は、必ずしも気
化室１５の一端側に設ける必要はない。また、液体材料
導入部２０を複数個設けてもよい。その場合、液体材料
導入部２０をキャリアガス導入部１６より下流側に設け
ることはいうまでもない。そして、液体材料導入部２０
は、キャリアガス導入部１６より下流側に設けてあれば
よいが、気化室１５における温度勾配などを考慮して、
キャリアガス導入部１６により近く、また、逆に、これ
より遠くなる位置に設けてもよい。さらに、冷却装置６
は、水冷また空冷方式であってもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体の気化に基づく圧力変動が極めて少なく、液体材料
を安定に気化してこれを安定に供給することができ、液
体材料を供給するラインに悪影響が及ぼされることがな
いことは勿論のこと、気化器周辺の構造が簡素化され、
この種の気化器をよりコンパクトなものにすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る液体材料気化供給装置の一例を概
略的に示す図である。

【図２】気化器と流量制御弁との接続関係を示す図であ
る。

【図３】従来の液体材料気化供給装置を概略的に示す図
である。

【図４】従来の気化器の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…気化器、４…流量制御弁、６…冷却装置、ＬＳ…液
体材料、ＣＧ…キャリアガス、Ｇ…気化ガス。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に導入された液体材料を加熱により
気化し、この気化により発生したガスを内部に別途導入
されたキャリアガスによって外部に導出する気化器に対
して、気化器に導入される液体材料の流量を調整する流
量制御弁を、可及的に近接して設け、この流量制御弁に
シャットオフ機能をもたせると共に、これを冷却するよ
うにしたことを特徴とする液体材料気化供給装置。