JP2004524150A - 噴霧装置 - Google Patents

Abstract

噴霧装置が、気体流の中に霧状にした液体の正確な塊を混合するために提供される。噴霧装置は、ベース部材（１６ｄ）の面に形成した混合スロット（６２）を包含する。混合スロット（６２）は、滑らかに減少する横断面領域を有している気体入口側、及び滑らかに増加する横断面領域を有している混合物出口側（８８）と流体結合する喉部を構成する。気体流が、気体入口側（８４）を経て混合スロット（６２）に入り、そして液体が、混合スロット（６２）の喉部と流体結合する液体入口（８０）を経て混合スロット（６４）に入る。混合スロット（６２）は、混合スロット（６２）と一体にベース部材（１６ｄ）の面に隣接している密封部材で密封されている。液体が霧化され、そしてベンチュリ効果により気体と一体に混合される。

Description

【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、概して流体配送システムに関連するものである。より詳しくは、この発明は、例えば半導体処理室用の高純度流体流を提供するための統合化流体配送システム（ＩＦＤＳ）を提供する。
【背景技術】
【０００２】
（本発明の背景）
高純度流体配送システムは、半導体製造業のような厳しい製造環境において使用される。その配送システムは、本質的に有害（すなわち、腐食性のある、有毒な）及び／又は高価な流体を正確に分配するように設計されている。例えば、低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ）、酸化、及びプラズマ促進化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）のような様々なステージの半導体の処理／製造において、半導体装置の製造のための半導体処理室に配送されるのに、ボーロン、シリコン及びリンのような腐食性の前駆物質を必要とする。
【０００３】
主として、半導体製造業における高純度流体システムは、様々な流体の制御、計測、及び操作可能な装置に流体を導くための、管部分と管路アッセンブリの間に高精度溶接部を必要とする複雑なチュービング（配管）のネットワークを採用する。各システムのレイアウトは、制御装置、計測装置及び操作可能な装置の数と配置次第であり、”システム概略図”は、高精度溶接部及び対応する管路配列の数に対して複雑さは等しい。
【０００４】
認識することができるように、対応するシステム概略図の増加した複雑さと同様に、高コスト導管アッセンブリ（例えば、バルブ）及び高精度溶接結合の数は、整備と製造の両方にコストがかかる液体配送システムを引き起こす。実に、分厚い導管アッセンブリは、平方フィート当たりの建設コストが特に高価である無塵室環境の貴重な土地において非常にコスト高になる単なる余分の平方フィートを必要とする。
【０００５】
その上、欠陥のある溶接部の修理又は流量装置構成は、液体配送システムの実質的な一部分の分解がしばしば必要である。これは、また、構成を結合させる処理である修理所要時間を増加させる。例えば、図１に見られる代表的な液体配送システム５の従来技術がある。液体配送システム５は、複数の導管区分１０、高精度溶接部（図示せず）及びシステム５から高純度の液体流を分配するための流量装置１２を採用する導管アセンブリ７を利用する。流量装置１２は、流体を処理するための技術において、但し主として流量コントローラ、バルブ、フィルタ及び圧力変換器を包含する周知の任意の装置とすることができる。導管基部システム７は、液体配送システム５のキャビネットの内側に大きな一定の利用可能領域を必要とする。このように、特に手を差し伸べるのが困難な構成、又は溶接部がメンテナンス及び／又は交換を要する場合に、システム７の重要部分の分解を必要とする。認識することができるように、導管システム７は、組立てと操作が複雑且つコスト高である。例えば、導管システム７は、より小さい複合システムと比較して全体として高い流量抵抗を有し、従って増加した”修理所要時間”は、流体システムの必要とするところを浄化するように要求される。
【０００６】
処理アプリケーションに対して正確な容積の流体を提供するために、流体配送システムは、流量コントローラを構成してもよい。一般的に、流量コントローラは、流量に適応するためのバルブを、流量を計測するためのセンサに結合させる。全体の流体流の流量を計測するには、しかしながら、長い応答時間を必要とする。いくつかの流量コントローラは、流れの小さな部分の流量を計測し、そして流量を推測する流体バイパスを採用する。これらの流量コントローラは、しかしながら、必要な圧力差を維持する費用のかかる方法を利用しており、許容誤差とコストを増す高い割合要因を有しており、又は不十分な正確さ又は再現性をもたらすので製造することが困難である。そのようなバイパス流量コントローラの実施例は、管の束又は焼結した金属スラグの使用例を包含している。
【０００７】
さらに、気体流内の液体を噴霧状にすること及び／又は蒸発させることが、しばしば高純度流体処理アプリケーションにおいて必要である。例えば、これらの処理は、基板上の金属酸化フィルムを高純度に付着させるために採用することができる。その上、液体混合物は、また、吹きつけ塗装、回転塗装及び材料のゾル・ゲル蒸着用として利用することができる。とりわけ、化学蒸着法（ＣＶＤ）は、気相における反応物質を経由して被覆又はパウダーのような固体材料を形成するための高純度流体配送処理をますます利用している。一般的に、気体反応物質は、適当な温度に液体を加熱し、且つ、ＣＶＤ室の中に気体を送るために液体を介して搬送気体の流れを泡立てる（すなわち、高純度の流体流）ことにより生成される。特に、気体流と液体流は、Ｔ字継手で単一通路又は導管の中に導かれる。ＣＶＤシステムは、混合成分をもたらす超音波エネルギを有する熱い領域の中に比率を制御した一様の流体流を噴出する。しかしながら、この技術は、処理の中断により材料に活用不能な容積を作る。さらに、泡立ちは、しばしば予測不可能な蒸発法になり、液体反応物質の正確な量を管理するのが困難である。
【０００８】
その結果、噴霧化処理の中断中の不活性な容積を除去する間、予想されたとおりに流体を霧状にする噴霧装置の必要性がある。さらに、正確で、信頼性がありそして安価な流量コントローラを必要とする。同様に、システム概略図が単一モジュラマニホールド装置として集約することができる統合化液体配送システムを必要とする。
【発明の開示】
【発明の要約】
【０００９】
本発明は、個々の気体流と液体流を正確に混合するための噴霧装置を提供する。噴霧装置のベース部材は、混合点でベンチュリ効果を引き起こすように、そこに形成した混合スポットを有する。混合スロットは、気体入口側と混合物側とを有する。液体入口は、混合スロットと流体結合している。混合点は、混合スロットへの液体入口の接合部により限定される。気体流入口が、混合スロットの気体入口側と流体結合している。混合物出口が、混合スロットの混合物側と流体結合している。混合点の中に流れる気体流が、先細り状の混合スロットで加速され、概して層流状に霧化した液体と気体の混合物を生成するように、ベンチュリ効果により気体流の中に液体の一部を引き込んでいる。気体流と液体流の霧化した混合物が、混合物出口で提供される。
前述の本発明の一般的な記述と以下で詳述した記述の両方が模範的であるが、本発明を限定するものではないということを理解するべきである。
【００１０】
（図面の簡単な説明）
本発明は、添付図面と関連して読むと、以下で詳述した記載からよく理解される。従って、本発明は、添付図に関連して非限定的な実例を経て、今、詳述される。
図１は、従来技術の流体配送システムの斜視図である。
図２は、本発明の一実施例に基づくマニホールド化した流体配送システムの斜視図である。
図３は、図２の流体配送システムのマニホールドアッセンブリの分解図である。
図４は、陰影部を連続した破線で示した図３のマニホールドアッセンブリの斜視図である。
図５は、図３の３−３線に沿った図１〜４のマニホールド化した流体配送システムの断面図である。
図６は、図６Ａは、図４の符号２７で表示した領域の拡大図である。図６Ｂは、図６Ａの６Ｂ線に沿った断面図である。
図７は、図２のマニホールド化した流体配送システムのシステム概略図である。
図８は、本発明の一実施例による多層化したマニホールド化流体配送システムのマニホールドアッセンブリの底部分解図である。
図９は、本発明の一実施例による統合化流体配送システムを使用するための流量コントローラの縦断面図である。
図１０は、図１０Ａは図９の流量コントローラの組立段階の分解斜視図である。図１０Ｂは、図９の流量コントローラのセンサ制御の分解斜視図である。
図１１は、図９に示した本発明の実施例のシステム概略図である。
図１２は、本発明の実施例による噴霧装置の混合スロットの俯瞰図である。
図１３は、本発明の模範的な実施例による噴霧装置／気化器の分解図である。
図１４は、本発明の実施例による統合化流体配送システムを使用するための熱交換器である。
【００１１】
（発明の詳細な説明）
以下の内容において使用した特定の用語は、便宜上のものであり、限定するものではない。用語”右”、”左”、”下部”、及び”上部”は、作成された図面に言及した方向を基準に表示してある。用語”内側”と”外側”は、それぞれ本発明及び表示した部品に基づく幾何学的に液体配送システムとマニホールドの中心へ向かう方向と、中心から離れる方向を参照している。その用語は、誘導体のみならず上述した語及び類似する意味の語を包含する。用語”シームレス”は、一般に、対応するマニホールド開口に接続している連続的なスロット表面で表示するように限定される。
【００１２】
Ｉ．片面マニホールド
本発明に基づき、統合化流体配送システム（ＩＦＤＳ）は、流体流を分配するために提供される。模範的な実施例において、流体流は高純度である。高純度流体流は、半導体装置を製造しかつシリコン、半導体処理室のような処理目的地に配送するためのボロンとリンの前駆物質のような流体を主として処理するために主として利用される。本発明が、いくらでも流体流化学反応及び／又は製造環境に適用可能であることを、これらの技術の熟練者は、認識するであろう。
【００１３】
今、詳細に図面を参照すると、至る所に数字のようなものがエレメントのように表示されている本発明に基づくマニホールド流体配送システム１５が、図２〜６Ｂに示されている。流体配送システム１５は、そこに形成したシームレス統合化スロット１８（図３に最も良好に示した）に沿って、高純度流体流を内側に導くための第１モジュラマニホールド又は”ベース”１６を包含する。
【００１４】
模範的な実施例において示したように、ベース１６は実質的に平面であり、長方形基板又はプレートが、それぞれ第１表面２０及び第２表面２２を有している。ベース１６の他の形態は、アプリケーションによって使用することができる。模範的な実施例において、ベース１６は、高い耐食性故に選定されたステンレス鋼タイプ３１６ＬＶＡＲ（低炭素真空アーク再溶解）で形成されている。特定のアプリケーションで使用する流体に適した他の材質は、その技術におけるこれらの熟練者により理解されるであろう。ベース１６の厚さは、アプリケーション及び／又はそれに対して処理される化学薬品の容積に適合している。
【００１５】
一つ以上の流量／処理装置１２が、それぞれの相互接続部２４に取り付けられる。相互接続部２４は、取付孔２６を介して位置付けされるボルト（図示せず）のような取付手段を経てベース１６に取り付けられる。模範的な実施例において、取付ボルトは、ねじを切った相互接続開口２８に螺合される。模範的な実施例において、相互接続部２４は、ＩＦＤＳ及び／又はその構成部品の修復、メンテナンス、交換又はデザイン変更を容認するように取り外し可能となっている。
【００１６】
図３及び図４に示すように、ベース１６は少なくとも一つを包含し、そして概して多数のシームレススロット１８（すなわち、統合化シームレススロット）、相互接続開口２８（図４）、及びスロットポーティング開口３０（図４）は、二つの主要な表面のうちの少なくとも一つ又はそれらの面上に全て形成される。模範的な実施例において、スロットポーティング開口３０は金属シールされている。他の材質は、アプリケーションに対応して密封に適したものとなる。螺合することができる相互接続開口２８が、対応する流量装置１２を取り付けるための相互接続部を受け入れるために適合される流量装置設置場所に配置される。第１表面２０と第２表面２２の一方又は両方が、シームレススロット１８を包含することができる。
【００１７】
シームレススロット１８は、図７に示すように、モジュラマニホールド構成部材を提供するためのベース１６の表面２０及び／又は２２において、システム概略図を統合するように提供される。スロット１８の深さは、アプリケーション及び／又はそれを通じて処理される化学薬品の容量に対して適切である。模範的な実施例において、システム概略図は、第１表面２０に限定されており、そしてシームレススロット１８は、断面において概して実質的に楕円形である。模範的な実施例において、シームレススロット１８は、図５に示すように断面において丸みを帯びた範囲の接線で先端を切り取った円錐形状を呈している。
【００１８】
シームレススロット１８は、微粒子の取り込みを回避するために化学的にエッチングと研磨をすることができる。模範的な実施例において、シームレススロット１８は、ベース１６の金属表面の粒状組織を除去するために１６ｒｍｓよりも小さくなるように研磨される。ベース１６の金属表面は、ポリウレタン圧搾設備の使用を通して高圧でベース１６越しに研磨剤を備えたポリマーを押し出すことにより研磨することができる。スロット１８の独特の形状は、仕上げ目的用の細工を補完するようにデザインされる。長方形スロットのような圧搾ツールの研磨能力を縮小する長方形スロットは、接近困難な鋭い角を有している。あるいは、シームレススロット１８は、機械加工又はその技術における周知の他の方法で形成することができる。
【００１９】
図４に示すように、シームレススロット１８は、表面に沿って、シームレススロット１８の表面から高純度流体流を導くための他のベース表面（図４の符号２２）を貫通して伸びている第１スロットポーティング開口３０を包含する。
【００２０】
図５、６Ａ及び６Ｂに良好に示したようにスロットポーティング開口３０は、細部３２又は錆止めシールを受け入れるための”座ぐりフライス”で仕上げられる。ｚシール又はｃシールのような錆止めシール（模範的な実施例において、しかし図示はせず）が、対応する流量装置１２又は空気制御ラインの接続に使用される。模範的な実施例において使用されるような錆止めシールは、エラストマー系結合金具として使用されるものよりも高い許容範囲の仕上がりを必要とする。選定した商業上利用可能なシールを受け入れるための適切な仕上がりの機械加工の仕様は、その技術におけるこれらの熟練者により理解される。いくつかのアプリケーションにおいて、非金属性、錆止めシールを使用することが可能である。
【００２１】
図２と図３に示すように、相互接続部２４は、スロットポーティング開口３０と所望する流量装置１２の間に提供される。低漏逸備品３６に取り付けることができる相互接続部３４（例えば、オハイオ州のソロンのスワゲロック社により製造されたＶＣＲ備品）は、また、ポーティング開口３０と所望する流量装置１２の間に提供される。相互接続部３４は、取付開口３８（図示しないボルト）を経てベース１６に取り付けられる。概して商業的に利用できるオハイオ州のソロンのスワゲロック社の製品のような備品である相互接続部２４は、錆止めシールを敷くための開口３０の相互接続部２４に対応する細部を有している。ベース１６は相互接続開口２８を貫通するボルトを経て相互接続部２４を受け入れる。模範的な実施例において、商業的に利用可能な錆止めシール（図示せず）は、ニッケルを材料としており、そして圧縮備品を形成するように開口３０と相互接続部２４の間に挿入される。シールの材質は、シール部材が圧縮され且つ変形するボルト締め又はその他の固定手段の接続部を密封するために、ベース１６上に相互接続部２４を敷くようにベース１６に関して柔軟な金属であるべきである。
【００２２】
図３に示されている面板４０は、第１表面と第２表面を有している。面板４０は、シームレススロット１８を閉じるようにベース１６の第１表面２０を密封する又は第１表面２０に結合する。面板４０は、アプリケーションによって、ベース１６の第１表面２０又は第２表面２２のいずれかを密封することができる。ろう付け媒体４２は、ベース１６と面板４０の間に配置され、そしてろう付けによりベース１６の所望する側の表面に面板４０で密封するように利用される。模範的な実施例において、ニッケルろう付け媒体４２は、ろう付け処理に使用され、そしてベース１６は、真空ろう付けにより面板４０に固定される。このようにして、面板４０の第１表面がベース１６の表面（第１表面２０のような）に接触するように、面板４０はベース１６に結合される。
【００２３】
面板４０は、その上、ベース１６のスロット１８を覆うように位置合わせした錆止め密封プレートポーティング開口４４を包含してもよい。そのような実施例において、シームレススロット１８は、流量装置１２を貫通して又は流量装置１２から半導体処理室のような処理目的地に接近することができる。プレートポーティング開口４４は、対応する流量装置又はベース１６に流体流を導くための空気制御ラインの接続に関して、さらに細部３２（図６Ａと図６Ｂにおけるスロットポーティング開口３０に示すように）又は錆止めシール（図示しないｚ−シール又はｃ−シールのような）を受け入れる”座ぐりフライス”と縁が切られている。本発明は、錆止め密封プレートポーティング開口４４を使用することなく実施することができる。その上、面板４０の厚さは、任意の常駐プレートポーティング開口４４に対する計器の使用を確実にするならば、非変形部を支持するためのデザイン選択の問題がある。
【００２４】
模範的な実施例において、ベース１６は、シームレススロット１８に沿って流体を運搬するための、対応する錆止め密封スロットポーティング開口３０において各々の高純度流体流を受け入れる。錆止め密封ポーティング開口３０は、対応する流量装置又は空気制御ライン又はそれに類するものの接続に関して、ベース１６のシームレススロット１８を介して一種類以上の輸送のための流体流を受け入れる。
【００２５】
スロットポーティング開口３０は、異なるベースのスロット間に高純度の流体流を導くためのプレートポーティング開口のみならず、シームレススロット１８に沿って配置した追加のスロットポーティング開口とも流体結合している。面板４０がプレートポーティング開口４４を使用しない実施例において、流体は、対応するスロットポーティング開口３０の間のシームレススロット１８に沿って流れる。相互接続適合部２４に一旦一致させると、流体装置１２は、ベース１６の高純度の流体流の対応する一つに流体結合する。
【００２６】
図７に示すように、システム全体概略図は、従来技術の分厚い導管アッセンブリに対する必要性を解消するために、その上に相互接続した対応するバルブ調整と流量装置と共にベース１６に集約することができる。このようにして、ベース１６は、統合化流体配送システム１５から半導体処理室又は流体流を必要とする他の装置のような処理目的地に流体流を配送するためのモジュラシステム概略図を提供する。
【００２７】
II.両面マニホールド
さらなる実施例において、図８に示すように提供される第２ベース１６Ｂは、ベース１６のような類似する細部を有している。第２ベース１６Ｂの特徴は、符号に続いて書き入れた”Ｂ”により特定される。第２ベース１６Ｂは、また、第１表面２０Ｂと第２表面２２Ｂの各々を有する。第２ベース１６Ｂは、また、そこを貫通して流体流を導くためにその上に形成した統合化シームレススロット１８Ｂを包含する。第２シームレススロット１８Ｂは、その表面に沿って、第２ベース１６Ｂを貫通して第２スロット１８Ｂの表面から伸びる錆止め密封ポーティング開口である第２スロットポーティング開口（図示せず）を包含する。第２ベース１６Ｂは、図３に示す実施例と同じ方式で面板４０の利用可能な側面に密封される。プレートポーティング開口４４は、統合化スロット１８Ｂのスロットポーティング開口を覆い、そして相互接続開口２８と２８Ｂが一直線になるように、第１ベース１６と第２ベース１６Ｂの間に面板が挿入される。
【００２８】
模範的な実施例において、第２ベースプレート１６Ｂのスロットポーティング開口は、また、第１スロット１８と第２スロット１８Ｂの間に流体流を導いており、第１スロット１８と第２スロット１８Ｂを介してスロットポーティング開口３０と流体結合している。
【００２９】
第２面板（図示せず）は、密封スロット１８Ｂに対するベース１６Ｂの第１表面２０Ｂと接続されている。任意の数のベース区画１６が、特定のアプリケーションによって決まるこの方式において積み重ねることができ、しかもここに描写した本発明は、模範的な目的のみのために上述したことが使用される以外には実例に限定されないことが、その技術の熟練者によって理解されるであろう。
【００３０】
ＩＩＩ．液体質量流量コントローラ
今、図９〜１１を参照すると、本発明の模範的な実施例は、流量コントローラ４６を形成するために流量処理装置と相互接続されているベース１６Ｃが示されている。
【００３１】
図９に示すように、液体流量コントローラアッセンブリ４６は、ベース１６Ｃと相互接続プレート４８を使用する。模範的な実施例において、ベース１６Ｃは、ベース１６Ｃと相互接続プレート４８の間のシームレススロット１８Ｃ（図９に良好に示した）を包含する。上述したように、ベース１６に関連して、ベース１６Ｃと相互接続プレート４８は、真空ろう付け処理を使用するろう付け媒体４２により互いに結合される。模範的な実施例において、ベース１６Ｃは、スロット面２０Ｃにおいて、液体流量コントローラアッセンブリ４６の相互接続プレート４８の第２面４５（図１０Ａに示す）に直接的に真空ろう付けすることができる。シームレススロット１８Ｃは、機械加工、エッチング、又はその他のその技術において知られる処理により形成することができる。ベースは、プレート（又はスロットプレート）にしてもよく、二つの対向する表面又は面を有しており、これらの一方はスロット面２０Ｃになる。このようにして、スロット面２０Ｃと第２面４５は、シームレススロット１８Ｃが隣接により密封されるように隣接する。
【００３２】
ポーティング開口５０は、シームレススロット１８Ｃと協調して位置合わせした相互接続プレート４８の中に形成され、形成したセンサ溝５２（以下で詳述する）の中と外側とを液体の流れを容認するように相互接続プレート４８の第１面４３へ向かって伸びる。模範的な実施例において、ポーティング開口５０は、ここに前述したそれらの錆止め密封した開口に類似した錆止め密封開口である。ポーティング開口５０は、流量コントローラのセンサ溝の中に及びセンサ溝を通って流れるように液体流の一部を提供するようにしてもよい。従って、ポーティング開口５０は、細部３２又は”座ぐりフライス”と縁を切ることができる。細部３２は、ベース１６Ｃの間に流体流を導く又は排出するための対応する流量装置又は空気制御ラインに接触する錆止めシール（図示しないｚ−シール又はｃ−シールのような）を受け入れるために提供される。
【００３３】
流量コントローラ４６は、センサ溝５２（図９に最もよく示した）を包含しており、センサ溝５２はベース１６Ｃの流体流に対する通路を提供している。センサ領域５６におけるセンサ溝５２は、残留物と共にシームレススロット１８Ｃに沿って運ばれるようにベース１６Ｃの中に運んだ流体流の一部を運ぶ。センサ溝５２は、図１１においてＡ点とＢ点を越えて流れる流体の一部の温度又は温度勾配（ΔＴ）の変化を計測するために提供される。
【００３４】
図９及び図１０Ｂに示すようにセンサ溝５２は、相互接続プレート４８におけるポーティング開口５０を介してシームレススロット１８Ｃと流体結合した管路区分を構成する。本発明の好ましい実施例において、センサ溝５２がシームレススロット１８Ｃよりも低い高さになるように、センサ溝５２は、センサプレート４９を通ってセンサハウジング６１のセンサ領域５６の中へ、シームレススロット１８Ｃから下方へ伸びる。二つの温度センサ５７がヒータ５９と共にセンサ溝５２に取り付けられており、ヒータ５９は、両温度センサの間のセンサ溝に取り付けられる。模範的な実施例において、センサとヒータは、管状材料に関して巻き付けた螺旋状にワイヤを構成している。ヒータは、摂氏３０度に至るまで流体温度を上昇させるように流体に熱を移動させる。模範的な実施例において、一方では、流体温度は、流量コントローラ４６と共に使用することができる特定の前駆物質の分解を回避するように約摂氏５度上昇させられる。模範的な実施例において、センサ溝５２は、流体流内に運ばれた気泡によりセンサ溝の障害物を低減するように下方へ伸びる。
【００３５】
本発明の模範的な実施例において、ボタン５３は、センサ溝５２の端部に溶接されている。ボタン５３は、センサプレート４９における座ぐりフライスに配置され、錆止めシールは、ボタン５３と相互接続プレート４８の間で圧縮される。スペーサ５５は、錆止めシールの内側に配置することができる。そのときセンサプレート４９は、例えばボルトで相互接続プレート４８に締め付けられ、そしてセンサハウジング６１は、センサプレート４９に締め付けられる。
【００３６】
スロットポーティング開口５１は、シームレススロット１８Ｃに形成されており、ベース１６Ｃを貫通して伸びており、そしてシームレススロット１８Ｃと流量制御弁５４の間に流体結合を提供する。流量制御弁５４は、温度センサ５７に操作可能に接続される。温度差（ΔＴ）は、シームレススロット１８Ｃを介して流れを推察し、そしてこの温度差は、出力電圧信号を発生させるのに使用される。流量コントローラ４６は、流量制御弁５４の開度を調整することにより流量コントローラ４６を介して質量流量を調整するように使用することができる。出力電圧信号が所望する質量流量に対応する制御電子回路における予め設定した値に一致するまで、制御電子回路が、流量制御弁５４の開度を調整する。模範的な実施例において、例えば電位差計のような可変抵抗器により設定値が決定される。流量制御弁５４は、可変流量を提供するように電子的に調整することができる特定のアプリケーションに対する適切なバルブにすることができる。模範的な実施例において、流量制御弁５４は、流体通路における開口に抗してダイヤフラムを開く又は閉じるように柔軟な金属ダイヤフラムに抗して圧迫するセラミック円盤を積み重ねた圧電翻訳機である。そのセラミック円盤により加えたその圧力は、加えた電圧に比例する。流速は、ダイヤフラムと中に開口（模範的な流量制御弁において約0.002インチに一致する）を有している平坦な表面の間の隙間により左右される。
【００３７】
ベース１６Ｃと流量コントローラ４６のシステム概略図が、図１１に関連して最も詳しく示されている。ベース１６Ｃの中の入口５８は、二つの分離通路に分岐する高圧注入口である。第１通路は、バイパス通路又は溝を提供するためのシームレススロット１８Ｃである。第２通路は、センサ溝５２である。流量弁５４は、センサ溝５２を通って流れる流体の一部を受け入れるようにシームレススロット１８Ｃと流体結合しており（シームレススロット１８Ｃを通って流れに比例する）、そして流体の一部がシームレススロット１８Ｃを通って流れる。シームレススロット１８Ｃは、図１１における点１から点２に至って圧力降下を提供する。センサ溝５２とシームレススロット１８Ｃは、制御弁５４を介して低圧出口６０と流体結合している。
【００３８】
センサ溝５２の点Ａと点Ｂに至る温度変化は、流量コントローラ４６を通って流れる実際の流体に対応し、そして３秒又は３秒以下の非常に短い応答時間を有する。これは、非常に遅い応答時間（例えば２０秒）を生じるそのような配列として単一流体流の単一サンプリングを越える改良である。この配列は、流体流の読み込みの迅速性と正確性を提供する。この質量流量コントローラは、ＩＦＤＳに使用するためのモジュラ構成要素になることができる。
【００３９】
ＩＶ．噴霧装置
本発明の他の模範的な実施例に基づいて、個々の気体流と液体流を混合するための噴霧装置が提供される。この噴霧装置は、ＩＦＤＳに使用するためのモジュラ構成要素になることができる。混合点は、混合スロットに対する液体入口の合流点で限定される。気体流入口は、混合スロットの一方の側面と流体結合している。混合物出口は、混合スロットの他方の側面で限定される。混合点の中に流れ込む気体流は、高速に加速され、ベンチュリ効果により気体流の中に液体を引き込むように圧力を減少させる。
【００４０】
個々の気体流と液体流を混合する噴霧装置６４の混合スロット６２が、図１２に示されている。混合スロット６２は、気体流の中に液体流を霧状にするための混合点６６を有する。流体と気体の高純度の混合流は、例えば、半導体製造のような処理において回路基板上に金属酸化フィルムを高純度に堆積させるように利用される。その上、液体と気体の混合は、また、材料のスプレー被覆、スピン被覆及びゾル・ゲル蒸着として利用することができる。その技術における熟練者は、また一方では、本発明が任意の流体／気体流化学反応及び／又は製造環境に対して適用されることを認識するであろう。
【００４１】
噴霧装置６４は、混合点６６において、ベンチュリ効果を引き起こすための面に形成した混合スロット６２を有しているベース部材１６Ｄを包含する。模範的な実施例に示したように、ベース１６Ｄは、実質的に平坦であり、長方形回路基板が、その高耐食性故に選定したＳＵＳ−３１６鋼（低炭素真空アーク再圧延）ＬＶＡＲから形成されている。ベース１６Ｄの他の形状は、アプリケーションに応じて使用することができ、そして特定のアプリケーションで使用される流体／気体に適した他の材料が、その技術の熟練者により理解されるように使用することができる。ベース１６Ｄの厚さはアプリケーションに適合しており、及び／又は処理された結果に対して化学薬品の容積に適合する。模範的なベース部材構造が図１２に示されており、そして以下で詳述する。混合スロット６２は、機械加工、エッチング、又はその他のその技術において周知の処理により形成することができる。
【００４２】
ベース部材１６Ｄの混合スロット６２は、入口側８２と混合物側８８とを有する。模範的な実施例において、混合スロット６２は、概して砂時計形状である。気体入口側８２と混合物側８８は、各々実質的に三角形形状であり、そしてそれらの各々の頂点を結ぶ喉状部を介して流体結合している。混合点６６は、砂時計形状の喉状部に設置されている。ベンチュリ効果は、気体圧力の低下速度が増しそして気体流の中に液体が引き込まれる気体入口側８２の喉状部及び砂時計形状の混合物側８８で引き起こされる。ベンチュリ効果の特殊な流体力学は、その技術の熟練者により理解されるであろう。
【００４３】
液体入口８０は、混合スロット６２の混合点６６と流体結合している。混合点６６は、液体入口８０と混合スロット６２の結合により限定される。気体流入口８４は、混合スロット６２の気体入口側８２と流体結合している。混合点６６において液体流の入口部を制御するように、混合点６６に最も近い弁（図示せず）は、液体入口８０を介して液体流の導入を制御し、かつ、処理の中断で死空間を排除するために提供することができる。混合物出口９０は、混合スロット６２の混合物出口側８８と流体結合している。面板４０Ｄは、混合スロット６２を密封するベース部材１６Ｄと隣接している。
ここで説明した噴霧装置は、ＩＦＤＳで使用するためのモジュラ構成要素として提供することができる。
【００４４】
Ｖ．噴霧装置／気化装置
図１３に示したように模範的な実施例において、気体流の中に液体を霧状にするための混合スロットと、混合物内の霧状化した液体を気化するための混合加熱スロットが、気化装置６４Ｅを形成するように結合される。ベース部材１６Ｅは、混合点６６においてベンチュリ効果を生み出すための面のうちの一つに形成した、上述のような混合スロット６２を有する。気体スロット７０と混合加熱スロット７２が、混合スロット６２の気体入口側８２と混合物側８８の各々に流体結合しているベース部材１６Ｅに形成される。ベース部材１６Ｅは、シームレススロット７０と７２に沿って内側に気体流と流体流を導く。図示した模範的な実施例において、ベース１６Ｅは、実質的に平坦であり、各々第１表面７４と第２表面７８を有している長方形の回路基板である。ベース１６Ｅの他の形状は、アプリケーションに応じて使用することができる。模範的な実施例において、ベース１６Ｅは、高耐食性故に選定したＳＵＳ−３１６ＬＶＡＲ鋼（低炭素真空アーク再圧延）で形成される。特定のアプリケーションに使用される流体／気体に適した他の材料が、その技術における熟練者により理解されるであろう。ベース１６Ｅの厚さは、アプリケーション及び／又はアプリケーションで処理される化学薬品の容積に適合される。
【００４５】
模範的な実施例において、提供される気体スロット７０は、気体入口側８４と気体出口側８６とを有している。気体スロット７０の気体出口側８６は、混合スロット６２の気体入口側８２と結合されている。図１３に示すように模範的な実施例において、気体スロット７０は、予め設定した温度か調整可能な温度のいずれかに気体流を加熱するために曲がりくねった通路となっている。加熱の度合いは、通路長さと気体の種類と同様に、他の要因（例えば、気体流速及び気体とベースの間の温度差）によって左右される。混合スロットの中へ流れ込む気体流は、気化装置のために混合流が追加されるように要求される熱を減じるように加熱することができる。
【００４６】
図１３は、混合スロット６２の混合物側８８と流体結合する混合加熱スロット７２を示している。混合加熱スロット７２は、混合物入口部９０と混合物出口部９２とを有する。混合物加熱スロット７２は、混合スロット６２の混合物側８８に結合されている。運転中において、気体流は混合スロット６２の中に気体スロット７０を通って流れ、それから混合点６６に至る。気体流の流速は、混合スロット６２において圧力を低下させ、かつ、ベンチュリ効果を生成している気体入口側８２の狭部により流速を向上させる。このような方法で、混合物加熱スロット７２に対して霧状にした気体流と液体流の混合流を提供するように、液体流の一部が気体流の中に引き込まれる。混合流は、混合物加熱スロット７２において加熱され、ベース１６Ｅを出口９２から出て行く蒸気混合物を形成するように、混合物の中で霧状の液体を蒸発させる。
【００４７】
図１３に示すように、気体スロット７０と混合物加熱スロット７２は、一対の面板４０によりベース１６Ｅの中に密封される。ベース１６Ｅの表面７４と７８をろう付けすることにより面板４０を密封するように、ろう付け媒体（図示せず）が利用することができる。模範的な実施例において、ろう付け処理は、ここに説明したろう付け処理に類似している。模範的な実施例において、ニッケル媒体物が、ろう付け処理に使用され、そしてベース１６Ｅは真空ろう付けにより面板４０に固定される。あるいは、ボルト（図示せず）を受け入れるように提供した相互接続開口９８を経て、面板４０はベース１６Ｅに密封することができる。さらに面板４０は、例えば流量制御弁（図示せず）から流体及び／又は気体流をベース１６Ｅに直接取り入れるため及び排出するためのポーティング開口１００を包含してもよい。ポーティング開口１００は、模範的な実施例におけるさび防止シール部材と共に密封される。その上、気化装置６４Ｅが曲がりくねったレイアウトを有していることが示されているが、気体スロット７０と混合物加熱スロット７２は、気体と混合物を加熱するための任意の数のレイアウトにすることができる、又は必要に応じて本質的に直線的にすることができることが、その技術の熟練者により認識されている。
【００４８】
ＶＩ．気化装置
気化装置の模範的な実施例において、熱交換器は、例えば上述したような噴霧装置の混合スロット６２の混合側で混合流と流体結合を提供されている。熱交換器は、図１３に示すような例えば混合物加熱スロット７２のような単一の連続的な経路を包含することができる。熱交換器は、ここに説明したように噴霧装置の出口部と流体結合を形成することができる。熱交換器は、霧状にした液体を気化するために霧状にした液体流に熱を提供する。気体と液体が混合した流れの中で液体を気化前に霧状にすることは、特定の液体の前駆物質の劣化を減少させることができる気化温度を低下させる。
【００４９】
図１３に示すように熱交換器は、霧状にした混合物を気化する所定温度に加熱するために、曲がりくねった経路になっている。加熱の度合いは、経路の長さと霧状の成分にある程度依存している。他の熱交換器構造は、本発明の範囲内で実施可能である。
【００５０】
本発明の他の模範的な実施例において、代わりの熱交換器９４Ｆが図１４に示されている。熱交換器９４Ｆは、噴霧装置６４により作り出される混合流において、霧状の液体を気化するために、又は気体流が噴霧も混合もされない熱交換器９４Ｆの入口に供給した液体を気化するために使用することができる。熱交換器９４Ｆは、噴霧装置又は噴霧化せず及び混合しない液体流の混合物出口と流体結合している入口１０２と共にベース１６Ｆを包含する。ベース１６Ｆのスロット面１０６に形成した分配スロット１０４は、入口１０２及びスロット面１０６に形成された多数のシームレススロット１８Ｆと流体結合している。多数の交差スロット１０８が、多数のシームレススロット１８Ｆと交差している面１０６に形成されている。シームレススロットの交差区分領域は、ビーディングが液体に提供する表面張力を抑制するには十分に小さく、これは加熱した表面との接触を減少させ、且つ、熱移動効果を減少させる。液体は、熱により蒸気に変化する。仮に液体が単一スロット又は単一溝において加熱されると、急速に膨張し、そして吐出させる出口に液体の小塊を押圧するように蒸気の気泡が形成可能である。交差スロットは、出口に液体の小塊を押し付けることなく出口への経路を見出すように気泡を容認する。交差スロット１０８の交差区分領域は、液体の小塊を捕獲しそしてさらに吐出を減少させるように、シームレススロット１８Ｆの交差区分領域よりも大きくすることができる。
【００５１】
一部の特定の実施例に関連して説明し且つ上述したとはいえ、それにもかかわらず本発明は詳細に示したものに限定されることを意図するものではない。ある程度様々な改良が、請求の範囲に相当する視野及び範囲内で、且つ、本発明の精神から逸脱することなく詳細に形成可能である。

Claims (20)

1. 気体流の中に霧化した液体の正確な塊を混合するための噴霧装置であって、面を有するベースと、液体入口と、密封部材とを備えており、
   ベースの面が混合スロットを有しており、その混合スロットが喉部、気体入口側、及び混合物出口側を構成しており、その喉部が、気体入口側及び混合物出口側と流体結合しており、気体入口側が喉部に気体流を導くための滑らかに減少する横断面領域を有しており、且つ、混合物出口側が滑らかに増大する横断面領域を有しており、
   液体入口を介して混合スロットに入る液体が霧化され、且つ、気体流と混合されるように混合スロットの喉部と流体結合しており、そして
   密封部材が、混合スロットを密封するように混合スロットと一体にベースの面に隣接していることを特徴とする噴霧装置。
2. 混合スロットが機械加工で形成されている請求項１に記載の噴霧装置。
3. さらに、気体流の中への液体の取り入れを制御するバルブ近縁喉部を構成する請求項１に記載の噴霧装置。
4. 個々の気体流と液体流とを混合する噴霧装置であって、ベース部財と液体入口と気体流入口及び混合物出口とを備えており、
   ベース部材がそこに形成した混合スロットを有しており、その混合スロットが気体入口側、喉部、及び混合物出口側を有しており、混合スロットは喉部においてベンチュリ効果を引き起こすためのものであり、
   液体入口が、混合スロットの中に液体流を引き込む混合スロットと流体結合しており、
   気体流入口が、混合スロットの気体入口側と流体結合しており、そして
   混合物出口が、混合スロットの混合物側と流体結合していることを特徴とする噴霧装置。
5. 液体流が、混合スロットに接続する液体入口が位置する混合点で気体流と混合する請求項４に記載の噴霧装置。
6. 混合物出口に気体流と液体流の霧状にした混合物を提供するように、混合点の中に流れ込む気体流が、ベンチュリ効果により流体流と混合される請求項５に記載の噴霧装置。
7. 気体入口側が、混合スロットの横断面領域を減少させるように内側に先細りにされており、且つ、混合物出口側が、混合スロットの横断面領域を増大させるように先太りにされている請求項４に記載の噴霧装置。
8. 混合スロットの最も小さい横断面領域が、混合点に位置合わせされている請求項７に記載の噴霧装置。
9. 混合スロットの中への液体流の取り込みを制御するためのバルブ近縁混合点を構成している請求項４に記載の噴霧装置。
10. 個々の気体流と液体流とを混合する噴霧装置であって、ベース部財と気体スロットと液体入口及び混合物出口とを備えており、
    ベース部材が、混合点においてベンチュリ効果を引き起こすために形成した混合スロットを有しており、混合スロットが、気体入口側と混合物側とを有しており、
    気体スロットが、ベース部材と流体結合しており、気体スロットが気体入口側と気体出口側とを有しており、気体スロットの気体出口側が混合スロットの気体入口側に接続されており、
    液体入口が、混合スロットの中に液体を導くように混合スロットと流体結合しており、
    混合物出口が混合スロットの混合物側と流体結合していることを特徴とする噴霧装置。
11. 混合点が、混合スロットに向かって液体入口の接合部で限定されている請求項１０に記載の噴霧装置。
12. 混合点の中へ気体スロットを介して流れ込む気体流が、混合物出口に気体流と液体流の霧化した混合物を提供するように、流体流とベンチュリ効果により混合される請求項１０に記載の噴霧装置。
13. 混合スロットが、砂時計形状を有する請求項１０に記載の噴霧装置。
14. 混合点が、砂時計の喉部に位置合わせされている請求項１３に記載の噴霧装置。
15. 気体スロットが、所定温度に気体流を加熱するための曲がりくねった通路である請求項１０に記載の噴霧装置。
16. さらに、混合スロットの中への液体流の取り入れを制御するためのバルブ近縁混合点を構成した請求項１０に記載の噴霧装置。
17. 個々の気体流と液体流とを混合する噴霧装置であって、ベース部財と気体スロットと液体入口及び混合物加熱スロットとを備えており、
    ベース部材が、混合点においてベンチュリ効果を引き起こすために形成した混合スロットを有しており、混合スロットが、気体入口側と混合物側とを有しており、
    気体スロットがベース部材と流体結合しており、気体スロットが、気体入口側と気体出口側とを有しており、気体スロットの気体出口側が、混合スロットの気体入口側と接続されており、
    液体入口が、混合点において混合スロットと流体結合しており、そして混合物加熱スロットが混合スロットの混合物側と流体結合しており、
    混合物加熱スロットが、通路入口側と通路出口とを有しており、混合物加熱スロットが、混合スロットの混合物側に接続されており、通路出口を通過して混合物加熱スロットに気体流と液体流の霧化した混合物を提供するためにベンチュリ効果により流体流と混合されるように、気体流が混合点の中に気体スロットを介して流れ込むことを特徴とする噴霧装置。
18. 混合スロットが砂時計形状である請求項１７に記載の噴霧装置。
19. 混合点が、砂時計の喉部に位置合わせされている請求項１８に記載の噴霧装置。
20. 気体スロットが、所定温度に気体流を加熱するための曲がりくねった通路である請求項１７に記載の噴霧装置。