JP2003273025A - 液体材料気化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体材料のキャリアガス供給路側への逆流が
生じないようにして、液体材料をスムーズかつ高速に気
化することのできる液体材料気化装置を提供すること。 【解決手段】 液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧとを、
液体流量制御機能を備えた制御バルブ１内の気液混合室
６において流量制御しながら混合し、このときの気液混
合体を気液混合室６の近傍かつ下流側に形成されたノズ
ル部８から放出して液体材料ＬＭを減圧気化させるよう
にした液体材料気化装置において、前記気液混合室６に
対してキャリアガスＣＧを供給する流路４の前記気液混
合室６の近傍に液体材料ＬＭの逆流防止用のノズル部７
を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体製
造において用いられる各種の液体材料を気化する液体材
料気化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の液体材料気化装置として、液体材
料の気化供給の応答性をよくするために、気液混合室、
流量制御部およびノズル部を一つのブロック体に形成
し、このブロック体をヒータによって加熱するようにし
たものがある。図５は、このような液体材料気化装置の
要部の構成を示すもので、この図において、５１は例え
ば直方体形状の本体ブロックで、その内部には３つの流
路５２，５３，５４が形成されており、その上面に気液
混合室５５が形成されている。

【０００３】前記流路５２は、液体材料ＬＭ（図示して
いない）を気液混合室５５に導入するもので、この液体
材料導入路５２は、紙面に垂直な方向に設けられてお
り、その一端が本体ブロック５１の前面側に開口し、他
端が本体ブロック５１の上面に開口するよう、逆Ｌ字型
を呈している。そして、前記流路５３は、キャリアガス
ＣＧを気液混合室５５に導入するもので、このキャリア
ガス導入路５３は、その一端が本体ブロック５１の左側
面に開口し、他端が本体ブロック５１の上面の凹部５１
ａに開口するよう、Ｌ字型を呈している。また、前記流
路５４は、ガス導出路として機能するもので、その一端
が本体ブロック５１の右側面に開口し、他端が本体ブロ
ック５１の適宜位置までほぼ一直線に形成され、その上
端側はノズル部５６を介して気液混合部５５に連なって
いる。

【０００４】そして、前記気液混合室５５は、本体ブロ
ック５１の上面に形成された凹部５１ａが弁部材として
のダイヤフラム５７によって覆われるようにして形成さ
れるものである。このダイヤフラム５７は本体ブロック
５１の上面に設けられる弁ブロック５８内に収容され、
この弁ブロック５８の上部に立設されたピエゾアクチュ
エータ５９によって下方に押圧駆動される。なお、６０
はダイヤフラム５７を上方に常時付勢するばねである。
また、６１は本体ブロック５１を加熱するヒータであ
る。

【０００５】また、前記ノズル部５６は、例えば直径お
よび長さが１．０ｍｍ以下の小さなもので、気液混合室
５５の近接してその下流側のガス導出路５４の最上流部
に設けられており、気液混合室５５において生じた気液
混合体がこのノズル部５６を通過することによりガス導
出路５４に放出され、これにより、気液混合体に含まれ
る液体材料が減圧されることにより気化され、このガス
はキャリアガスＣＧと混合して混合ガスＫＧとなり、ガ
ス導出路５４を下流側に流れる。

【０００６】上記構成の液体材料気化装置においては、
液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧとを、適宜の温度に加
熱された本体ブロック５１に設けた気液混合室５５にお
いて、液体材料ＬＭの流量制御を行いながら混合し、こ
の気液混合体を、本体ブロック５１内の気液混合室４５
に近接して形成されたノズル部４６を通過させることに
より、前記気液混合体に含まれる液体材料ＬＭが減圧に
より瞬間的に気化され、液体材料ＬＭを効率よくしかも
安定した状態で気化することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の液体材料気化装置においては、気液混合室５５に供
給されるキャリアガスＣＧの流量が少なかったり、ある
いは、気液混合室５５に供給される液体材料ＬＭの流量
が多い場合、液体材料ＬＭがキャリアガス導入路５３側
に流れ混む所謂液体材料ＬＭの逆流が生ずることがあ
り、液体材料ＬＭをスムーズかつ高速に気化できないこ
とがあった。

【０００８】この発明は、上述の事柄に留意してなされ
たもので、その目的は、液体材料のキャリアガス供給路
側への逆流が生じないようにして、液体材料をスムーズ
かつ高速に気化することのできる液体材料気化装置を提
供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、液体材料とキャリアガスとを、液体流
量制御機能を備えた制御バルブ内の気液混合室において
流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を気液
混合室の近傍かつ下流側に形成されたノズル部から放出
して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化
装置において、前記気液混合室に対してキャリアガスを
供給する流路の前記気液混合室の近傍に液体材料の逆流
防止用のノズル部を形成したことを特徴としている（請
求項１）。

【００１０】上記構成よりなる液体材料気化装置によれ
ば、液体材料のキャリアガス供給路側への逆流が防止さ
れるとともに、気液混合の直前にキャリアガスの流速を
高めることができるので、気液混合をより効率的に行う
ことができ、液体材料をスムーズかつ高速に気化するこ
とができ、したがって、供給された液体材料をリアルタ
イムで効率よく気化することができる。

【００１１】そして、前記液体材料気化装置において、
気液混合室の下流側のノズル部とキャリアガス供給路の
ノズル部が互いに同一サイズである場合、気液混合室を
中心としてキャリアガス供給路とガス導出路とがそれら
の構成において互いに同一となり、互いに対称的な構造
となる。したがって、キャリアガス供給路をガス導出路
として用い、ガス導出路をキャリアガス供給路として用
いることができ、液体材料気化装置の設置現場の配管接
続状況に容易に対応することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細を、図を参
照しながら説明する。図１〜図４は、この発明の一つの
実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の液体材料
気化装置の全体構成を概略的に示すもので、この図にお
いて、１は液体流量制御機能を備えた制御バルブであ
る。この制御バルブ１の構成を、図２〜図４を参照しな
がら説明すると、これらの図において、２は例えば直方
体形状の本体ブロックで、ステンレス鋼などのように耐
熱性および耐腐食性に富む素材よりなり、その内部に
は、３つの流路３，４，５が形成されており、上面２ａ
に気液混合室６（この構成は後で説明する）が形成され
ている。

【００１３】前記流路３は、液体材料ＬＭを気液混合室
６に導入するもので、この液体材料導入路３は、その一
端が本体ブロック２の前側面２ｂに開口し、他端が本体
ブロック２の上面２ａの気液混合室６に開口するよう、
Ｌ字型を呈している。

【００１４】前記流路４は、キャリアガスＣＧを気液混
合室６に導入するもので、このキャリアガス導入路４
は、その一端が本体ブロック２の左側面２ｃに開口し、
他端が気液混合室６に開口するよう、逆Ｌ字型を呈して
いる。そして、このキャリアガス導入路４の最下流側の
気液混合室６との連通部分には、ノズル部７が形成され
ている。このノズル部７は、気液混合室６に供給された
液体材料ＬＭがキャリアガス導入路４へ逆流するのを防
止するものである。

【００１５】前記流路５は、ガス導出路として機能する
もので、その一端が本体ブロック２の右側面２ｄに開口
し、他端が気液混合室６に開口するよう、Ｌ字型を呈し
ている。そして、このガス導出路５の最上流側の気液混
合室６との連通部分には、ノズル部８が形成されてい
る。このノズル部８には、気液混合室６において生じた
気液混合体が流れるが、これに含まれる液体材料ＬＭを
減圧によって気化するものである。

【００１６】前記逆流防止用ノズル部７と噴出用ノズル
部８は、互いに同一形状で、その直径がキャリアガス導
入路４やガス導出路５の内径に比べてかなり小さく、ま
た、長さもかなり小さく、例えば直径が１．０ｍｍ以
下、長さが１．０ｍｍ程度である。

【００１７】そして、９は本体ブロック２全体を適宜の
温度に加熱するヒータで、例えばカートリッジヒータよ
りなる。

【００１８】また、図１において、１０は液体材料導入
路３に導入端に設けられる継手部材、１１はキャリアガ
ス導入路４の導入端に設けられる継手部材、１２はガス
導出路５の導出端に設けられる継手部材である。１３は
制御バルブ１の外部カバーである。

【００１９】次に、上記本体ブロック２の上面２ａにお
ける構成を、図２〜図４を参照しながら説明すると、１
４は弁ブロックで、前記上面２ａに適宜のシール部材
（図示していない）を介して載置され、例えばステンレ
ス鋼などのように熱伝導性および耐腐食性の良好な素材
からなる。この弁ブロック１４と前記上面２ａとの間
に、液体流量制御機能を有するバルブ本体１５が形成さ
れる。すなわち、弁ブロック１４の内部空間１４ａに、
ダイヤフラム１６と前記上面２ａとによって気液混合室
６が形成されている。

【００２０】すなわち、前記気液混合室６は、例えば以
下のように構成されている。すなわち、前記上面２ａに
は凹部１７が形成され、この凹部１７に液体材料導入路
３の垂直部５ａが開口しており、さらに、前記凹部１７
の中心には凹部１７よりもやや高いバルブシート１８が
形成され、このバルブシート１８にキャリアガス導入路
４のノズル部７とガス導出路５のノズル部７が開口した
混合溝（実質的な気液混合室）１９が形成されている。

【００２１】そして、前記ダイヤフラム１６は、耐熱性
および耐腐食性が良好かつ適当な弾性を有する素材より
なり、軸部１６ａの下方にバルブシート１８の上面と当
接または離間する弁部１６ｂが形成されるとともに、こ
の周囲に薄肉部１６ｃを備え、さらに、この薄肉部１６
ｃの周囲に厚肉部１６ｄを備えてなるもので、ばね２０
によって上方に常時付勢されることにより、弁部１６ｂ
がバルブシート１８からは離間しているが、軸部１６ａ
に下方向への押圧力が作用すると、弁部１６ｂがバルブ
シート１８と当接する方向に変位するように構成されて
いる。

【００２２】２１はダイヤフラム１６を下方に押圧して
これを変位させるためのアクチュエータで、この実施の
形態においては、弁ブロック１４の上部に立設されたハ
ウジング２２内に複数の圧電素子を積層してなるピエゾ
スタック２３を設け、このピエゾスタック２３の下方の
押圧部２３ａを真球２４を介してダイヤフラム１６の軸
部１６ａの上端に当接させたピエゾアクチュエータに構
成されている。

【００２３】上記構成の気液混合室６においては、液体
材料導入路４を経た液体材料ＬＭがピエゾアクチュエー
タ２１によって駆動されるダイヤフラム１６によって混
合溝１９への流入流量が制御されて導入される一方、キ
ャリアガス導入路４を経たキャリアガスＣＧが混合溝１
９に導入される。この場合、キャリアガス導入路４に
は、その最下流端にノズル部７が形成されているので、
キャリアガスＣＧは所定の流速をもって勢いよく混合溝
１９に導入される。そして、混合溝１９は細長い溝であ
り、液体材料ＬＭに前記キャリアガスＣＧが勢いよく合
流するので、液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧは、混合
溝１７内で勢いよく混合して両者ＬＭ，ＣＧが十分に混
ざり合った気液混合体となる。そして、気液混合室６に
供給されるキャリアガスＣＧの流量が少なかったり、あ
るいは、気液混合室６に供給される液体材料ＬＭの流量
が多くても、キャリアガス導入路４の最下流端に逆流防
止用ノズル部７が形成されているので、前記液体材料Ｌ
Ｍがキャリアガス導入路４側に流れ混むことはない。そ
して、この場合、液体材料ＬＭの気液混合室６への流入
に悪影響が及ぼされることがない。

【００２４】そして、前記気液混合体は、気液混合室６
の直ぐ下流側の噴出用ノズル部８からガス導出路５に向
けて放出される。このとき、気液混合体のなかの液体材
料ＬＭが瞬間的に減圧されてガスとなる。このガスは、
気液混合体Ｍ中のキャリアガスＣＧと混合し、混合ガス
ＫＧとなってガス導出路６を下流側に流れていく。この
とき、ガス導出路５は、ヒータ９によって加熱されてい
るので、結露が生ずることはない。

【００２５】また、前記キャリアガスＣＧは、前記ノズ
ル部８の上流側において、圧力が高い状態となり、ヒー
タ９によって効率良く加熱・昇温されることになる。ま
た、このように、キャリアガスＣＧ自体の加熱効率が上
昇するだけでなく、液体材料ＬＭは、ノズル部８におい
て強制的にキャリアガスＣＧと混合されることから、キ
ャリアガスＣＧから液体材料ＬＭへの熱伝達が効率良く
行われることになる。これらのことから、ヒータ９から
液体材料ＬＭへの熱の伝達効率が上昇するため、液体材
料ＬＭの気化効率が上昇するとともに、気化した液体材
料ＬＭの流量を大きくし、液体材料ＬＭを気化させるた
めに必要な温度の低温化、ひいてはエネルギーコストの
削減を図ることが可能となる。

【００２６】さらに、前記気液混合体が気液混合室６か
らガス導出路５の下流側に向かう過程において、ノズル
部８から放出され、気化した液体材料ＬＭのガス濃度
は、キャリアガスＣＧの存在によって低下することにな
り、これに伴って、気化した液体材料ＬＭがガス導出路
５内において液化・結露することを防止するために必要
な温度も下がることから、ひいては、ガス導出路５を加
熱するためのエネルギーコストを削減することが可能と
なる。そして、液体材料ＬＭは、ノズル部８からガス導
出路５へ放出されて気化するときに、断熱膨張すること
によって熱を失うため、通常は気化効率が低下するが、
この実施の形態においては、液体材料ＬＭが失った熱
を、液体材料ＬＭと混合するキャリアガスＣＧによって
補うことができ、これにより、液体材料ＬＭの気化効率
の向上が達成できる。

【００２７】そして、上記液体材料気化装置において
は、気液混合室６の下流側のノズル部８とキャリアガス
供給路４の下流側のノズル部７が互いに同一サイズとな
るように構成されているので、気液混合室６を中心とし
てキャリアガス供給路４とガス導出路５とがそれらの構
成において互いに同一となり、互いに対称的な構造とな
るので、キャリアガス供給路４をガス導出路として用
い、ガス導出路５をキャリアガス供給路として用いるこ
とができ、液体材料気化装置の設置現場の配管接続状況
に容易に対応することができるが、前記ノズル部７，８
を必ずしも同一サイズにする必要はなく、一方のノズル
部７が液体材料ＬＭの逆流を防止できるようにしてあ
り、他方のノズル部８が気液混合体中の液体材料ＬＭを
確実に気化させることができるようにしてあればよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、液体
材料とキャリアガスとを、液体流量制御機能を備えた制
御バルブ内の気液混合室において流量制御しながら混合
し、このときの気液混合体を気液混合室の近傍かつ下流
側に形成されたノズル部から放出して液体材料を減圧気
化させるようにした液体材料気化装置において、前記気
液混合室に対してキャリアガスを供給する流路の前記気
液混合室の近傍に液体材料の逆流防止用のノズル部を形
成しているので、液体材料のキャリアガス供給路側への
逆流が防止され、したがって、液体材料をスムーズかつ
高速に気化することができ、供給された液体材料をリア
ルタイムで効率よく気化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の液体材料気化装置の一例の全体構成
を概略的に示す図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図
である。

【図２】前記液体材料気化装置の要部の構成を示す拡大
縦断面図である。

【図３】前記液体材料気化装置の気液混合室の拡大縦断
面図である。

【図４】前記気液混合室の構成を模式的に示す斜視図で
ある。

【図５】従来技術を説明するための図である。

【符号の説明】

１…制御バルブ、４…キャリアガス供給路、６…気液混
合室、７…逆流防止用ノズル部、８…噴出用ノズル部、
ＬＭ…液体材料、ＣＧ…キャリアガス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 哲夫 京都府京都市南区上鳥羽鉾立町11番５ 株 式会社エステック内 Ｆターム(参考） 4K030 AA16 CA04 EA01 KA49 LA15 5F045 EE02 EE04 EE05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体材料とキャリアガスとを、液体流量
   制御機能を備えた制御バルブ内の気液混合室において流
   量制御しながら混合し、このときの気液混合体を気液混
   合室の近傍かつ下流側に形成されたノズル部から放出し
   て液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装
   置において、前記気液混合室に対してキャリアガスを供
   給する流路の前記気液混合室の近傍に液体材料の逆流防
   止用のノズル部を形成したことを特徴とする液体材料気
   化装置。
2. 【請求項２】 気液混合室の下流側のノズル部とキャリ
   アガス供給路のノズル部が互いに同一サイズである請求
   項１に記載の液体材料気化装置。