CN102365388A

CN102365388A - 液体原料气化装置

Info

Publication number: CN102365388A
Application number: CN2010800137038A
Authority: CN
Inventors: 家城孝之; 林达也
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2009-04-21
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-02-29
Also published as: JPWO2010122972A1; US20120042838A1; JP5702139B2; WO2010122972A1

Abstract

本发明提供一种液体原料气化装置，能够防止气泡的再结合从而抑制气泡变大，并且能够使储存的液体原料的温度分布均匀。液体原料气化装置包括：液体原料容器(2)；第一加热器(3)，设在液体原料容器(2)的侧壁上，用于把储存的液体原料加热到规定的温度；第二加热器(4)，设在液体原料容器(2)内部的中央部，用于把储存的液体原料加热到规定的温度；多个气泡发生器(5)，浸渍在储存的液体原料中，并设在第二加热器(4)和侧壁之间，向液体原料中喷出载气进行鼓泡；以及供气管(6)，向气泡发生器(5)提供载气。

Description

液体原料气化装置

技术领域

本发明涉及通过使用载气的鼓泡法使液体原料气化的液体原料气化装置。

背景技术

例如，如专利文献1所示，这种液体原料气化装置包括：液体原料容器，储存液体原料；载气导入管，用于利用载气使储存在所述液体原料容器内的液体原料鼓泡；鼓泡气体输出管，与液体原料容器的上部空间(气相)连接，用于把鼓泡后的气体提供到液体原料容器外。载气导入管的前端部浸渍在液体原料中，在该前端部上连接有由多根细管构成的鼓泡喷嘴。通过该鼓泡喷嘴产生的气泡在液体原料中上浮的过程中，使液体原料在气泡中气化，从而把变成气体的原料与载气一起向外部提供。此外，在液体原料容器的外侧的面上设置有用于把储存的液体原料加热到一定温度的加热器，并构成为使液体原料的温度分布均匀。

但是，所述的原料气化装置存在下述问题：通过鼓泡喷嘴产生的气泡附着在液体原料容器内侧的面或该容器内的构成部件上，由此气泡之间再结合使气泡变大。如果气泡变大，则液体原料在气泡中气化的比例变小，不能使液体原料在气泡中饱和，造成气化效率降低。

此外，如果是大型的液体原料容器，则由于通过鼓泡喷嘴产生的气泡的移动区域限制在一部分区域内，所以不能获得气泡对液体原料进行搅拌的搅拌效果，存在难以使液体原料的温度分布保持均匀的问题。此外，如果液体原料容器大型化，则存在当仅将加热器设置在液体原料容器的外侧的面上时，难以把液体原料加热成温度均匀分布的问题。在此，虽然也可以考虑把鼓泡喷嘴设置成使气泡与液体原料容器的内侧的面碰撞，来搅拌液体原料，但是如上所述那样，会产生下述问题：气泡附着在液体原料内侧的面上，由此气泡之间再结合，造成气泡变大。

专利文献1：日本专利公开公报特开平06-267852号

发明内容

本发明可以一举解决所述的问题，本发明的主要目的是：能够防止气泡的再结合从而抑制气泡变大，并且能够使储存的液体原料的温度分布均匀。

即，本发明的液体原料气化装置，其特征在于包括：液体原料容器，储存液体原料；第一加热器，设置在所述液体原料容器的至少侧壁上，用于对储存的所述液体原料进行加热；第二加热器，设置在所述液体原料容器的内部，用于对储存的所述液体原料进行加热；多个气泡发生器，浸渍在储存的所述液体原料中，并且设置在所述第二加热器和所述侧壁之间，用于向所述液体原料中喷出载气进行鼓泡；以及供气管，向所述气泡发生器提供载气。

按照所述的液体原料气化装置，由于在液体原料容器的侧壁和内部中央部设置有第一加热器和第二加热器，所以容易使储存在液体原料容器内的液体原料的温度分布均匀。此外，由于把气泡发生器设置在第二加热器和侧壁内侧的面之间，所以可以使气泡难以与第二加热器和侧壁内侧的面接触，从而可以防止因气泡附着在第二加热器和侧壁内侧的面上造成气泡变大。此外，可以在液体原料容器内形成对流，并可以对液体原料进行搅拌。此外，通过设置多个气泡发生器，即使是大型的液体原料容器，也可以充分发挥通过各气泡发生器产生的气泡对液体原料进行搅拌的搅拌效果，从而可以容易地使储存的液体原料的温度分布均匀。

通过以使由所述多个气泡发生器产生的气泡通过所述液体原料容器的侧壁内侧的面附近和所述第二加热器附近的方式设置所述多个气泡发生器，可以使气泡难以附着在液体原料容器的侧壁内侧的面和第二加热器上，并且可以通过气泡发生器产生的气泡使液体原料的温度分布更均匀。所谓第二加热器附近位于第二加热器和液体原料之间产生的温度梯度区域内，并且是在产生了气泡的状态下，气泡对第二加热器的附着所造成的影响实质上可以被忽略程度的位置。所谓侧壁内侧的面附近位于侧壁内侧的面和液体原料之间产生的温度梯度区域内，并且是在产生了气泡的状态下，气泡对侧壁内侧的面的附着所造成的对气化效率等的影响实质上可以被忽略程度的位置。

此外，为了使液体原料的温度分布更均匀，优选的是，以所述液体原料容器的中心轴为中心呈放射状、且等间隔地设置所述多个气泡发生器。

为了通过使从各气泡发生器产生的气泡一定，高精度地使液体原料的温度分布均匀，优选的是，所述多个气泡发生器具有相同的结构，所述供气管具备恒定流量器，该恒定流量器用于向所述多个气泡发生器提供一定流量的载气。

按照所述结构的本发明，能够防止气泡的再结合从而抑制气泡变大，并且能够使储存在液体原料容器中的液体原料的温度均匀。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的液体原料气化装置整体结构图。

图2是表示与图1为相同实施方式的气泡发生器配置方式的示意图。

图3是表示侧壁内侧的面和第二加热器之间的液体原料温度分布的图。

图4是表示与图1为相同实施方式的分支管和气泡发生器的管接头的剖面图。

图5是示意表示变形实施方式的液体原料气化装置的图。

附图标记说明

100…液体原料气化装置

2…液体原料容器

3…第一加热器

4…第二加热器

5…气泡发生器

6…供气管

具体实施方式

下面参照附图对本发明的液体原料气化装置的一个实施方式进行说明。

本实施方式的液体原料气化装置100通过鼓泡法使作为成膜原料的液体原料气化，并提供给使用CVD法等的成膜装置，如图1所示，液体原料气化装置100包括：液体原料容器2，储存四乙氧基硅烷(TEOS)等液体原料；第一加热器3，设在液体原料容器2的侧壁、上壁及下壁上，用于把储存的液体原料加热到规定的温度；第二加热器4，设在液体原料容器2的内部中央部，用于把储存的液体原料加热到规定的温度；多个气泡发生器5，浸渍在储存的液体原料中，并且设在第二加热器4和侧壁之间，用于向所述液体原料中喷出载气进行鼓泡；以及供气管6，向气泡发生器5提供氮或氩等载气。

液体原料容器2是大体为旋转体形状的不锈钢制的密闭容器，气体导出管7与在储存液体原料的状态下形成的上部空间(气相)连接，气体导出管7用于把鼓泡后气化了的液体原料和载气一起向成膜装置(图中没有表示)提供。此外，图1表示气体导出管7连接在液体原料容器2的上壁上。

第一加热器3设置成接触或靠近液体原料容器2的侧壁、上壁和下壁的整个外表面。此外，第二加热器4设置成以在液体原料容器2的内部中央部沿上下方向延伸的方式由上壁支承。此外，通过图中没有表示的控制部将第一加热器3和第二加热器4升温到相同的温度(例如50℃)，用于把液体原料加热到规定的温度(例如50℃)。

气泡发生器5向液体原料中喷出载气，形成具有规定直径的大量气泡，各气泡发生器5的结构相同。气泡的直径为按照上浮距离在气泡中使液体原料气化并使其饱和的程度，气泡的直径例如为1mm左右。此外，向气泡发生器5提供的载气的流量由后述的质量流量控制器(MFC)8和恒定流量器决定。

此外，气泡发生器5设置在液体原料容器2的底部附近，具体地说，气泡发生器5以位于第二加热器4的径向外侧的方式设置在第二加热器4的下侧。更详细地说，以使由气泡发生器5产生的气泡通过液体原料容器2的侧壁内侧的面附近和第二加热器4附近的方式设置气泡发生器5。如图2所示，在本实施方式中，气泡发生器5以从第二加热器4的附近延续到容器2的侧壁附近的方式设置在第二加热器4和容器2的侧壁之间。即，设置成在铅垂方向投影中，第二加热器4及容器2的侧壁与气泡发生器5互不重叠。此外，如图2所示，以液体原料容器2的中心轴C为中心呈放射状、且等间隔地设置气泡发生器5。

在此，如图3所示，所谓的第二加热器4附近位于第二加热器4和液体原料之间产生的温度梯度区域(图3的第二加热器一侧的温度梯度区域)内，并且是在产生气泡的状态下，气泡对第二加热器4的附着所造成的影响实质上可以被忽略程度的位置。所谓的侧壁内侧的面附近位于侧壁内侧的面和液体原料之间产生的温度梯度区域(图3的侧壁一侧的温度梯度区域)内，并且是在产生气泡的状态下，气泡对侧壁内侧的面的附着所造成的对气化效率等的影响实质上可以被忽略程度的位置。所谓温度梯度区域是在液体原料的液面或规定的深度处，液体原料的温度在水平方向上随着离开第一加热器3、第二加热器4而变化的区域。图3表示在规定深度X处的液体原料的温度分布和它的温度梯度区域。

在第二加热器4和液体原料之间产生的温度梯度区域在第二加热器4运转开始时(加热开始时)和加热稳定时不同，加热稳定时的温度梯度区域比运转开始时的温度梯度区域窄。因此，为了使气泡发生器5尽可能地靠近第二加热器4，优选的是，将气泡发生器5设置在加热稳定时侧壁内侧的面与液体原料之间产生的温度梯度区域内。此外，在侧壁内侧的面和液体原料之间产生的温度梯度区域在第一加热器3运转开始时(加热开始时)和加热稳定时不同，加热稳定时的温度梯度区域比运转开始时的温度梯度区域窄。因此，为了使气泡发生器5尽可能地靠近侧壁内侧的面，优选的是，将气泡发生器5设置在加热稳定时侧壁内侧的面与液体原料之间产生的温度梯度区域内。

供气管6设置成从液体原料容器2的上壁插入液体原料容器2的内部，在本实施方式中沿第二加热器4设置供气管6。具体地说，供气管6包括一根主管61和多根分支管62，主管61设置成从液体原料容器2的上壁插入液体原料容器2内部，并沿第二加热器4延伸到第二加热器4的下端下方，分支管62在所述主管61的下端分支，并在液体原料容器2的径向上延伸。

主管61以其管轴与液体原料容器2的中心轴C大体平行的方式设置，分支管62以在与主管61的管轴大体垂直的方向上呈放射状、且在径向上为等间隔的方式分支。气泡发生器5连接在分支管62的前端。即，供气管6在第二加热器4的下端下侧分支。此外，在主管61上设置有用于控制载气的流量的质量流量控制器(MFC)8和用于预热载气的预热器9。

这样，在气泡发生器5的上部仅存在主管61的配管，可以简化气泡发生器5上部的配管结构，可以尽可能地抑制从气泡发生器5产生的气泡与配管接触。

此外，如图4所示，分支管62和气泡发生器5例如用VCR接头等管接头10连接。通过缩小设在该管接头10内部的圆环形金属制的密封件(垫圈)11的开口直径，构成作为恒定流量器的节流孔(orifice)。各分支通道62和各气泡发生器5的管接头10有相同的结构，此外其内部的密封件11也具有相同的结构。由此，可以使向各气泡发生器5提供的载气的供给流量相同。

<本实施方式的效果>

按照所述结构的本实施方式的液体原料气化装置100，由于在液体原料容器2的侧壁上和内部中央部设置有第一加热器3和第二加热器4，所以可以容易地使储存在液体原料容器2内的液体原料的温度分布均匀。此外，由于把气泡发生器5设置在第二加热器4和侧壁内侧的面之间，所以可以使气泡难以与第二加热器4和侧壁内侧的面接触，从而可以防止因气泡附着在第二加热器4和侧壁内侧的面上而造成的气泡变大。此外，通过设置多个气泡发生器5，即使是大型的液体原料容器2，也可以充分发挥通过各气泡发生器5产生的气泡对液体原料进行搅拌的搅拌效果，从而可以容易地使储存的液体原料的温度分布均匀。

<其他变形实施方式>

本发明不限于所述实施方式。

例如，在所述实施方式中，载气供给管包括一根主管和多根分支管，但也可以不使载气供给管分支，对各气泡发生器设置一个载气供给管。此外，也可以把多个气泡发生器作为一组，在每组中设置与所述实施方式相同的载气供给管。

此外，载气供给管的连接位置不限于液体原料容器的上壁，载气供给管的连接位置也可以是侧壁或下壁。

此外，在所述实施方式中，使用设在VCR接头内部的密封件构成设在载气供给管的分支管上的恒定流量器，但也可以另外在分支管上设置恒定流量器。

此外，如图5所示，也可以将多个气泡发生器作为一组，每组设置载气供给管6A、6B，在各供给管6A、6B上设置切换阀V，通过切换供给管6A、6B，使液体原料气化。在这种情况下，设置测量各供给管6A、6B内的压力的压力传感器P，在正在使用的一个供给管内的压力上升到规定值以上的情况下，设为存在气泡发生器5堵塞等不利情况，通过切换到另外的供给管来产生气泡。此外，在图5中，表示的结构是各载气供给管6A、6B在上游侧汇合，在该汇合点设置压力传感器P来测量压力。按照该结构，在设置在一个载气供给管上的气泡发生器产生堵塞等不利情况下，通过切换到另一个载气供给管，可以长时间运转。

所述实施方式的液体材料气化装置采用使用多个气泡发生器的结构，此外，也可以采用使用形成环形(例如圆环形)的一个气泡发生器包围第二加热器的结构。

此外，在所述实施方式中有四个气泡发生器，但是根据载气的流量或液体原料容器的尺寸、形状等结构，可以适当改变气泡发生器的个数。

此外，在所述实施方式中使气泡发生器呈放射状、等间隔设置，但气泡发生器的配置方式根据液体原料容器内的结构可以适当变更。

此外，所述实施方式的液体原料气化装置即使没有第二加热器也可以气化液体原料，但如果液体原料容器变大则会导致气化效率降低。另一方面，如果是小型的液体原料容器，只用第一加热器就可以充分气化液体原料。即，如果液体原料容器是小型的，则优选的是，液体原料气化装置包括：液体原料容器，储存液体原料；加热器，设置在所述液体原料容器的至少侧壁上，用于加热储存的液体原料；多个气泡发生器，浸渍在储存的液体原料中，并且向所述液体原料中喷出载气进行鼓泡；供气管，向所述气泡发生器提供载气，以使由多个气泡发生器产生的气泡通过所述液体原料容器的侧壁内侧的面附近的方式设置多个气泡发生器。

此外，本发明当然不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内可以进行各种变形。

工业实用性

利用本发明可以防止气泡再结合从而抑制气泡变大，并且可以使储存在液体原料容器中的液体原料的温度均匀。

Claims

1.一种液体原料气化装置，其特征在于包括：

液体原料容器，储存液体原料；

第一加热器，设置在所述液体原料容器的至少侧壁上，用于对储存的所述液体原料进行加热；

第二加热器，设置在所述液体原料容器的内部，用于对储存的所述液体原料进行加热；

多个气泡发生器，浸渍在储存的所述液体原料中，并且设置在所述第二加热器和所述侧壁之间，用于向所述液体原料中喷出载气进行鼓泡；以及

供气管，向所述气泡发生器提供载气。

2.根据权利要求1所述的液体原料气化装置，其特征在于，以使由所述多个气泡发生器产生的气泡通过所述液体原料容器的侧壁内侧的面附近和所述第二加热器附近的方式设置有所述多个气泡发生器。

3.根据权利要求1所述的液体原料气化装置，其特征在于，所述多个气泡发生器以所述液体原料容器的中心轴为中心呈放射状、且等间隔地设置。

4.根据权利要求1所述的液体原料气化装置，其特征在于，所述多个气泡发生器具有相同的结构，所述供气管具备恒定流量器，该恒定流量器用于向所述多个气泡发生器提供一定流量的载气。