TWI501290B - 液體材料氣化裝置 - Google Patents

Description

液體材料氣化裝置

本發明係關於將例如於半導體製造中使用之各種液體原料予以氣化的液體材料氣化裝置。

習知的液體材料氣化裝置，例如以專利文獻1中所示的方式，是在藉由加熱器加熱的本體區塊內包含：液體材料以及載體氣體混合的氣液混合部、向該氣體混合部將液體材料導入的液體材料導入通道、向前述氣液混合部將載體氣體導入的載體氣體導入通道、使液體材料以及載體氣體構成之混合體減壓氣化的氣化噴嘴部、將氣化噴嘴部所氣化之混合氣體導出的混合氣體導出通道。

而且，在此種液體材料氣化裝置中，載體氣體的流量因直接影響混合體中液體材料的分壓，故為決定液體材料氣化產生量的重要因子。

然而，在上述習知的液體材料氣化裝置中，其構造為導入的載體氣體全部經過氣化噴嘴部。如此一來，會有在此氣化噴嘴部的載體氣體壓力損失巨大，而載體氣體流量受限制的問題。其結果，會有液體材料的氣化產生量受限制的問題。

又，雖考慮單純將氣化噴嘴部之噴嘴形狀(噴嘴直徑)變更而使載體氣體的流量增大，但亦有噴嘴形狀對氣化效率造成巨大影響因而難以變更之問題。

專利文獻1：日本特開2004-31441號公報

所以本發明係為將上述問題點一舉解決，主要欲解決問題為不變更噴嘴形狀而能使載體氣體大流量化。

亦即有關本發明之液體材料氣化裝置，其特徵在於包含：氣液混合部，將液體材料以及載體氣體混合；液體材料導入通道，將前述液體材料導入前述氣液混合部；載體氣體導入通道，將前述載體氣體導入前述氣液混合部；氣化噴嘴部，與前述氣液混合部連通，且將由前述液體材料以及前述載體氣體所構成之混合體減壓氣化；混合氣體導出通道，與前述氣化噴嘴部連通，且將前述氣化噴嘴部所氣化之混合氣體導出；旁通道，將前述載體氣體導入通道以及前述混合氣體導出通道連通，且將前述載體氣體從前述載體氣體導入通道向該混合氣體導出通道流動。

若為如此裝置，因在載體氣體導入通道流動的載體氣體並非全部通過氣化噴嘴部，其中一部分通過旁通道流入混合氣體導出通道內，故能不變更氣化噴嘴部的噴嘴形狀而能使載體氣體大流量化。其結果，能降低液體材料的分壓、能增大液體材料的氣化量。

又，前述旁通道在前述混合氣體導出通道的開口，希望設於前述氣化噴嘴部的開口附近。如此一來，藉由使來自旁通道的載體氣體碰撞通過氣化噴嘴部的混合體，能更促進混合體的氣化。

為了使裝置的泛用性向上提升，希望包含開閉機構執行對前述旁通道的開閉。

為了使裝置泛用性更加向上提升，同時又可以調節載體氣體的流量使其符合液體材料的氣化條件等，希望包含流量控制機構執行對在該旁通道內流動的載體氣體之流量控制。

藉由如此構成的本發明，能不變更噴嘴形狀而能使載體氣體大流量化。

(實施發明之最佳形態) <第1實施形態>

以下對於本發明第1實施形態，參照圖式進行說明。另，圖1為有關本實施形態之液體材料氣化裝置100的縱剖面圖，圖2為以氣化噴嘴部4及旁通道6為主所顯示之局部放大剖面圖，圖3為顯示本體區塊200內部構成的剖面立體圖。

<裝置構成>

有關本實施形態之液體材料氣化裝置100，係於包含流量控制機能的控制閥內，將半導體製造所用的種種液體材料LM氣化。

此裝置具體來說，如圖1所示，液體材料氣化裝置100包含：氣液混合室1，作為氣液混合部，由本體區塊200以及閥區塊300構成所構成，其中：本體區塊200與向液體材料氣化裝置100供給液體材料LM的液體材料供給管、供給載體氣體CG的載體氣體供給管以及導出混合氣體MG的混合氣體導出管連接；閥區塊300控制在該本體區塊200內流動的載體氣體CG、液體材料LM與混合氣體MG流量；液體材料導入通道2；載體氣體導入通道3；氣化噴嘴部4；混合氣體導出通道5；旁通道6。

以下針對各部進行說明。

首先，針對本體區塊200以及閥區塊300進行說明。本體區塊200如圖1、圖2以及圖3所示，例如為概略長方體，由不鏽鋼等富有耐熱性及耐腐蝕性的材料形成，其內部有液體材料導入通道2、載體氣體導入通道3、氣化噴嘴部4、混合氣體導出通道5以及旁通道6形成。又，在安裝有閥區塊300的本體區塊200頂面，有形成氣液混合室1的凹部201形成。另，圖1中的8為將本體區塊200全體加熱至設定溫度的加熱器，例如，可使用卡式電熱管。

設於液體材料導入通道2下游側之垂直部21在凹部201開口，而且在凹部201的中央部，有比凹部201略高的閥座202形成，在此閥座202有載體氣體導入通道3的逆流防止用噴嘴部31與氣化噴嘴部4開口的混合溝203形成。

閥區塊300為行控制閥機能之裝置，以圖1所示的方式，隔著密封構件7設於本體區塊200的頂面，由熱傳導性以及耐腐蝕性良好的材料形成，例如像不鏽鋼等。而且，閥區塊300包含：在與前述本體區塊200頂面形成的凹部201之空間形成氣液混合室1的隔膜301、推壓該隔膜301使之變形的致動器302。

隔膜301由耐熱性以及耐腐蝕性良好且具適當彈性的材料構成，包含：閥部301a，與閥座202頂面抵接或分離；薄部301b，在該閥部301a周圍形成；厚部301c，在該薄部301b周圍形成，固定在本體區塊200；軸部301d，將來自致動器302的推壓力向閥部301a傳達。

而且，雖然隔膜301藉由彈簧經常被推壓至上方，因而使閥部301a從閥座202分離，但若從軸部301d向下的推壓力開始作用，則閥部301a會向與閥座202抵接方向位移。如此一來，藉由閥部301a與閥座202的位置關係，能控制載體氣體CG、液體材料LM以及混合氣體MG的流量。

致動器302係將隔膜301向下方推壓使之位移者，為一壓電致動器，包含：壓電堆疊體302a，在設於閥區塊300上部的外殼303內由複數壓電元件堆疊而成；真圓球302b，設於此壓電堆疊體302a以及隔膜301之間，將壓電堆疊體302a的力量向軸部301d傳達。

接下來，針對氣液混合室1、液體材料導入通道2、載體氣體導入通道3、氣化噴嘴部4、混合氣體導出通道5、旁通道6進行說明。氣體混合室1如圖1及圖2所示，為將液體材料LM與載體氣體CG混合的空間，由閥區塊300的隔膜301以及本體區塊200頂面的凹部201形成，實質上行氣液混合室1機能者，為由凹部201的混合溝203與隔膜301所形成的空間(尤參考圖2)。

液體材料導入通道2係向氣液混合室1導入前述液體材料LM者。而且，液體材料導入通道2以圖3所示的方式，其中一端在本體區塊200的側面開口，且另一端在本體區塊200頂面的氣液混合室1(混合溝203)開口，成概略L字形。

載體氣體導入通道3係向氣液混合室1導入載體氣體CG者，而且，載體氣體導入通道3以圖1以及圖3所示的方式，其中一端在本體區塊200的側面(舉例來說，是在具有液體材料導入通道2開口之側面以外的側面。)開口，且另一端在本體區塊200頂面的氣液混合室1開口，成概略L字形。又，在氣液混合室1開口的垂直部，有逆流防止用噴嘴部31，使得從載體氣體導入通道3向氣液混合室1流入的載體氣體CG不會再度向氣體導入通道3逆流。

氣化噴嘴部4，係尤如以圖2所示的方式，與氣液混合室1(具體來說為混合溝203)連通而設置、使在氣液混合室1內由液體材料LM與載體氣體CG所構成之混合體減壓氣化者。其形狀上，直徑與混合氣體導出通道5的直徑相比來說小相當多，又，長度也短相當多，例如直徑在1.0mm以下，長度為1.0mm左右。

混合氣體導出通道5，係與氣化噴嘴部4連通設置，將氣化噴嘴部4所氣化的混合氣體MG導出者。而且，混合氣體導出通道5如圖1及圖3所示，其中一端在本體區塊200的側面(舉例來說，是在液體材料導入通道2開口的側面、載體氣體導入通道3開口的側面以外之側面)開口，且另一端與在上游側側表面5b上開口的氣化噴嘴部4之下游側連通。具體來說，是位於混合氣體導出通道5的另一端側表面(上游側側表面5b)的氣化噴嘴部以開口的方式連通(參考圖2)。另，液體材料導入通道2的一端、載體氣體導入通道3的一端以及混合氣體導出通道5的一端亦可在本體區塊200的同一側面上開口。

載體氣體導入通道3以及混合氣體導出通道5，以圖1~圖3所示的方式，載體氣體導入通道3的流道方向與混合氣體導出通道5的流道方向，以約在同一線上的方式組成。又，其內徑約為相同。而且，此載體氣體導入通道3與混合氣體導出通道5隔著分隔壁204分離。

旁通道6，以圖1～圖3所示的方式，其中一端在載體氣體導入通道3開口，且另一端在混合氣體導出通道5開口，連通載體氣體導入通道3與混合氣體導出通道5，將載體氣體CG從載體氣體導入通道3向混合氣體導出通道5流動。

本實施形態的旁通道6，尤如以圖2所示的方式，設置在分隔壁204，其中一端在載體氣體導入通道3的下游側端面3a開口，且另一端在混合氣體導出通道5的上游側端面5a開口，成約略圓柱形。而且，旁通道6其流道方向，與載體氣體導入通道3的流道方向以及混合氣體導出通道5的流道方向約設為相同方向。以如此方式將流道方向設為相同，能使載體氣體導入通道3內的一部分載體氣體CG容易通過旁通道6。

又，旁通道6在混合氣體導出通道5的開口(旁通道6在混合氣體導出通道5的上游側端面5a的開口)，位於氣化噴嘴部4的下游側開口附近。在本實施形態中，來自氣化噴嘴部4的混合體之流動，與來自旁通道6的載體氣體之流動，以約為直角碰撞的方式設計。藉此，通過旁通道6流入混合氣體導出通道5內的載體氣體CG，直接碰撞通過氣化噴嘴部4的混合體，因而能將無法藉由氣化噴嘴部4微粒化的液滴微粒化，能提升氣化效率。

在如此構成的液體材料氣化裝置100中，載體氣體CG在載體氣體導入通道3流動，分流為：從逆流防止用噴嘴部31經氣液混合室1通過氣化噴嘴部4之路線、通過旁通道6之路線。

此時，雖然通過氣化噴嘴部4的載體氣體CG流量，在壓力差0.1MPa下為數LM(L/min)左右，但通過旁通道6的載體氣體CG流量能為數十LM左右。

在此參考圖3，針對旁通道6之直徑與流量的關係進行說明。另，通過噴嘴的氣體流量，在壓力條件固定的理想條件下，與噴嘴的剖面積成比例。

由圖3，假設旁通道6的形狀單純與噴嘴的形狀為相同形狀，若噴嘴直徑0.2[mm]時的流量為Q[SLM]，舉例來說，相對於直徑0.4[mm]的氣化噴嘴部4，在包含直徑1.0[mm]之旁通道6的液體氣化裝置100中，能流動4Q(氣化噴嘴部4的流量)+25Q(旁通道6的流量)=29Q的流量。也就是說，相對於沒有旁通道6時的流量4Q約可流動7倍的流量。藉由增大旁通道6的直徑，更加使載體氣體CG大流量化。

<本實施形態之效果>

藉由如此構成之有關本實施形態的液體材料氣化裝置100，流經載體氣體導入通道3的載體氣體並非全部通過噴嘴部31、4，其中一部分通過旁通道6流入混合氣體導出通道5內，因而能將載體氣體CG大流量化。其結果，能降低液體材料LM的分壓、能將液體材料LM的氣化量增大化。

又，即使在氣化噴嘴部4被混合體堵塞的情況下，因載體氣體在旁通道6流動，得以避開無法沖洗的狀態。

<第2實施形態>

接著對於本發明第2實施形態的液體材料氣化裝置100參考圖式進行說明。另，與前述第1實施形態的液體材料氣化裝置100相同或是對應的構件，使用相同符號。另，圖5為有關本實施形態的液體材料氣化裝置100之縱剖面圖，圖6為以氣化噴嘴部4以及旁通道6為主所顯示之局部放大剖面圖。

有關本實施形態的液體材料氣化裝置100，與前述第1實施形態的液體材料氣化裝置100在旁通道6的構造不同。

旁通道6以圖5及圖6所示的方式，其中一端在載體氣體導入通道3的下游側側表面3b開口，且另一端在混合氣體導出通道5的上游側側表面5b開口。

更加詳細來說是旁通道6一端在載體氣體導入通道3的下游側側表面3b上，設於逆流防止用噴嘴部31的相反側，另一端在混合氣體導出通道5的上游側側表面5b上，設於氣化噴嘴部4的相反側。

本實施形態的旁通道6，由第1流道61與第2流道62構成，且此各流道61、62在設於本體區塊200底面的凹部205開口。詳細來說，是以圖5所示的方式，第1流道61與第2流道62在設於凹部205中央部而比凹部205略高的閥座206上開口。

而且，在旁通道6中設有流量控制部9，發揮開關機構機能執行對旁通道6的開閉以及流量控制機構機能執行對在旁通道6內流動的載體氣體CG之流量控制。

此旁通流量控制部9為隔著密封構件10設置的控制閥，設於本體區塊200底面，也就是與前述閥區塊300設於本體區塊200之表面為相反面。此構造與前述第1實施形態的閥區塊300相同，包含：隔膜901，相對於前述本體區塊200底面形成的凹部205之閥座206行進退移動；致動器902，推壓該隔膜901使之變形。

所以，若藉由致動器902使隔膜901與閥座206抵接，則旁通道6被閉塞(遮斷)。另一方面，若藉由致動器902使隔膜901與閥座206分離，則旁通道6被打開(開通)，且載體氣體CG向混合氣體導出通道5流動。此時，能藉由隔膜901與閥座206之距離，調節在旁通道6流動的載體氣體CG之流量。

也就是，藉由旁通流量控制部9，若旁通道6為開放(OPEN)狀態，則能將載體氣體CG向旁通道6分流；為閉塞(CLOSE)狀態，則能與以往相同，使載體氣體CG只在從逆流防止用噴嘴部31經氣液混合室1通向氣化噴嘴部4之路線流動。又，旁通道6為OPEN狀態時，藉由旁通流量控制部9，能控制在旁通道6流動的載體氣體CG流量。

<第2實施形態之效果>

藉由如此構成之本實施形態液體材料氣化裝置100，除前述第1實施形態的效果，還加上可直接控制在旁通道6流動的載體氣體CG流量，因而能配合各種液體材料LM進行確實的流量控制，能使氣化效率向上提升。

<其他之變形實施形態>

另，本發明並非僅限於前述實施形態。在以下說明中與前述實施形態對應的構件標注相同符號。

舉例來說，在前述第1實施形態中，載體氣體導入通道3亦可包含逆流防止用噴嘴部31。

又，載體氣體導入通道3、混合氣體導出通道5、液體材料導入通道2以及旁通道6的形狀，不限於前述各實施形態，亦可適宜變更而形成。

再者，在前述實施形態中，因逆流防止用噴嘴部31與氣化噴嘴部4彼此以相同尺寸的方式構成，故能以載體氣體導入通道3用於混合氣體導出通道5、能以混合氣體導出通道5用於載體氣體導入通道3，可增加液體材料氣化裝置100的配管連接自由度。

而且，旁通道6不僅限於1條，亦可設置複數條。

在前述第2實施形態中，雖然執行對旁通道6的開閉之開閉機構與執行對在旁通道6內流動的載體氣體之流量控制的流量控制機構，是由單一旁通流量控制部所構成，但亦可將開閉機構與流量控制機構各別設置，且亦可以僅設置其中一者。

又，亦可使用前述第2實施形態的液體材料氣化裝置100構成圖7所示液體材料氣化系統。此液體材料氣化系統包含：液體材料氣化裝置100，包含控制旁通道6內載體氣體流量之流量控制機構(旁通流量控制部9)；液體材料供給管400，向該液體材料氣化裝置100供給液體材料；載體氣體供給管500，向前述液體材料氣化裝置100供給載體氣體；質量流量計600、700，在前述液體材料供給管400以及載體氣體供給管500上各別設置。藉由如此構成，依據設於載體氣體供給管500的質量流量計700之輸出信號，回授控制旁通流量控制部9，調節在旁通道6流動的載體氣體流量。又，依據設於液體材料供給管400的質量流量計600之輸出信號，回授控制閥區塊300，調節流入氣化噴嘴部4的液體材料流量。

再者，上述質量流量計600、700為熱式或差壓式質量流量計即可。用熱式或差壓式質量流量控制器也能得到同樣效果。

再加上，前述實施形態的液體材料氣化裝置不僅用於半導體製程，當然也能擴大到諸如將半導體製程以外之液體材料氣化的一般用途。

此外，可將前述實施形態或變形實施形態之一部分或全部適當組合，且本發明不限於前述實施形態，當然可在不脫離其精神的範圍內作出種種的變形。

(產業上利用性)

藉由本發明，在液體材料氣化裝置中，能不變更噴嘴形狀而能使載體氣體大流量化。

LM．．．液體材料

CG．．．載體氣體

MG．．．混合氣體

1．．．氣液混合室

2．．．液體材料導入通道

3．．．載體氣體導入通道

3a．．．下游側端面

3b．．．下游側側表面

4．．．氣化噴嘴部

5．．．混合氣體導出通道

5a．．．上游側端面

5b．．．上游側側表面

6．．．旁通道

7．．．密封構件

8．．．加熱器

9．．．流量控制部

10．．．密封構件

21．．．垂直部

31．．．逆流防止用噴嘴部

61．．．第1流道

62．．．第2流道

100．．．液體材料氣化裝置

200．．．本體區塊

201．．．凹部

202．．．閥座

203．．．混合溝

204．．．分隔壁

205．．．凹部

206．．．閥座

300．．．閥區塊

301．．．隔膜

301a．．．閥部

301b．．．薄部

301c．．．厚部

301d．．．軸部

302．．．致動器

302a．．．壓電堆疊體

302b．．．真圓球

303．．．外殼

400．．．液體材料供給管

500．．．載體氣體供給管

600．．．質量流量計

700．．．質量流量計

901．．．隔膜

902．．．致動器

圖1為有關本發明第1實施形態液體材料氣化裝置的剖面圖。

圖2為以同實施形態的氣化噴嘴部以及旁通道為主所顯示的局部放大剖面圖。

圖3為顯示同實施形態中本體區塊內部構造的立體圖。

圖4為顯示同實施形態中旁通直徑與流量關係的圖。

圖5為有關本發明第2實施形態液體材料氣化裝置的剖面圖。

圖6為以同實施形態的氣化噴嘴部以及旁通道為主所顯示的局部放大剖面圖。

圖7為有關變形實施形態液體材料氣化系統的概略圖。

3．．．載體氣體導入通道

4．．．氣化噴嘴部

5．．．混合氣體導出通道

6．．．旁通道

7．．．密封構件

8．．．加熱器

31．．．逆流防止用噴嘴部

100．．．液體材料氣化裝置

200．．．本體區塊

201．．．凹部

202．．．閥座

203．．．混合溝

204．．．分隔壁

300．．．閥區塊

301．．．隔膜

301a．．．閥部

301b．．．薄部

301c．．．厚部

301d．．．軸部

302．．．致動器

302a．．．壓電堆疊體

302b．．．真圓球

303．．．外殼

Claims (4)

1. 一種液體材料氣化裝置，包含：氣液混合部，將液體材料以及載體氣體混合；液體材料導入通道，將該液體材料導入該氣液混合部；載體氣體導入通道，將該載體氣體導入該氣液混合部；氣化噴嘴部，與該氣液混合部連通，且使由該液體材料以及該載體氣體所構成之混合體減壓氣化；混合氣體導出通道，與該氣化噴嘴部連通，且將氣化噴嘴部所氣化之混合氣體導出；旁通道，將該載體氣體導入通道以及該混合氣體導出通道連通，且將未通過該氣化噴嘴部之載體氣體從該載體氣體導入通道向該混合氣體導出通道流動。
2. 如申請範圍第1項之液體材料氣化裝置，其中該旁通道在該混合氣體導出通道之開口，設於該氣化噴嘴部的下游側開口附近。
3. 如申請範圍第1項之液體材料氣化裝置，其中包含開閉機構，執行對該旁通道之開閉。
4. 如申請範圍第1項之液體材料氣化裝置，其中包含流量控制機構，執行對在該旁通道內流動的載體氣體之流量控制。