JP3179113B2 - 液体の流れをガスの流れに変換する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体の流れをガスの流れに変換する方法お
よび装置に関するものであり、特に拡散（despersion）
によって液体の流れをガスの流れに変換する方法および
装置に関するものである。

液体の流れをガスの流れに変換する種々の方法が知ら
れている。それらは例えば、液体化学薬品を気相に変換
する必要がある場合、すなわち例えば半導体技術の分野
において特定の化学蒸着（chemical deposition）工程
が実行される場合等に利用されている。

液体の流れを気相に変換する最も良く知られた方法
は、いわゆる気泡管法（bubbler method）である。この
方法は、蒸発させる液体を所定の温度まで加熱する工程
と、蒸発させる液体の表面より下方に例えば窒素や酸素
などのいわゆるキャリアガス（carrier gas）を連続的
に導入する工程とを含んでいる。キャリアガスの気泡は
液体内で上昇し、上記液体の蒸気で飽和される。蒸気と
キャリアガスとの混合物は、その液体の表面より上方の
閉鎖された空間（volume）の中で形成され、この混合物
は例えば上記空間に連結された反応装置（reactor）の
中に排出され、その後上述の化学蒸着工程において使用
される。適度に低い逆圧（例えば反応装置の圧力）と高
い液体蒸気圧が用いられる場合には、キャリアガスなし
に蒸気流を発生させることができる。しかしながらこれ
は、液体の蒸気圧によるが、高い液体温度を必要とす
る。

上述した気泡管法は、使用する装置の点においては簡
素ではあるが、蒸気流の制御は非常に難しい。蒸気／ガ
ス混合物の質量流量は、液体の温度，液体の表面上の圧
力，キャリアガスの流速によって決定される。さらに、
キャリアガスの温度と液柱（column of liquid）の高さ
も蒸気流の安定性や連続性に影響を及ぼす可能性があ
る。この公知の方法の場合、ガス気泡（gas cavities）
によって引き起こされる質量流量の大幅な変動や完全な
妨害さえも発生する可能性がある。概して、キャリアガ
スを混合させることは、技術的な理由から常に有利とは
限らない。

他の方法は、フラッシュ蒸発（flash evaporation）
と呼ばれる蒸発工程に基づいた方法である。フラッシュ
蒸発工程とは、通常、異なる蒸気圧を持つ複数の材料を
蒸発させるために用いられる。ガス混合物の望ましい組
成は、決められた組成の少量の出発材料が完全に蒸発さ
せられる時に達成される。そのため、材料の導入という
点に関して、蒸発させる材料の供給方法と加熱との間に
区別が設けられる。

この方法の必然的な欠点は、蒸発器の中に液体を均等
に供給することが複雑で困難であるという点である。フ
ラッシュ蒸発法においては、液体は蒸発器の中に質量流
量コントローラまたは投与ポンプを用いて導入される。
質量流量コントローラは、液体を非常に低い圧力のもと
で供給するので、この環境では、通常大きな表面を持つ
蒸発器の表面に液体を均等に供給することが、さらに困
難になってしまう。その結果、別の冷却工程により引き
起こされる温度のばらつきを増大させる可能性があり、
これらの温度のばらつきが、局所的な凝縮を発生させる
結果となる。投与ポンプは高圧を発生させることができ
るが、しかし、もし液体がガス気泡を含んでおれば、液
体の流れが乱されたり、あるいは完全な妨害を受けると
いう結果となるであろう。

さらなる方法は、欧州特許出願公開公報0559259号に
開示されているが、蒸発させるべき液体を混合室の中に
導入し、同時にキャリアガスもその液体注入ノズルの近
傍においてその混合室に導入するという原理に基づいて
いる。このキャリアガスは、液体／ガス混合物が液体注
入ノズルの直ぐ後で発生するように非常に高圧のもとで
導入され、その液体／ガス混合物は、蒸発器室に案内さ
れる。この蒸発器室は、液体が蒸発してガス混合物が発
生するように熱の供給を受けることが可能であり、その
ガス混合物は最終的に蒸発器室から排出される。

他の公知の方法は、良好な熱の伝達と急速な蒸発とを
達成するために、蒸発させるべき液体を、広くかつ加熱
された表面に供給するという原理に基づいている。

文献「応用物理学（Applied Physics Letters）」Vo
l.56,No.25,の第2523,2524頁には高温加熱反応装置（py
rolysis reactor）の内部におけるスプレー法が開示さ
れている。液体が超音波ノズルに供給され、ここで液体
は霧化される。霧化された液体は、酵素の流れにのせて
排出される。

特開平１−294525号に対応する日本特許要約書公報
（Patent Abstracts of Japan）,Vol.14,No.77は、超音
波スプレー手段を用いた、金属成分を含む溶液のスプレ
ー法を紹介している。この文献からは、ここでの液体の
スプレー法が圧力変化を伴っているのか否か、あるいは
媒体の混合を伴っているのか否かについて、推測するこ
とはできない。

特開昭57−22136号に対応する日本特許要約書公報Vo
l.6,No.90は、光学グラスファイバの製造を扱ってい
る。ガラス形成原料の液体がリザーバの中に導入され、
超音波振動機により発せられた振動エネルギーによって
霧化され、不活性ガスがタンクの中に導入されてその材
料を出口へと運ぶ。

これらの先行技術を基にして、本発明の目的は、発生
した蒸気流の制御が簡単で、蒸発器内に液体を均等に供
給することができ、液体の完全な蒸発が保証され、液体
の流れの乱れまたは妨害を防止できるような、液体の流
れをガスの流れに変換する方法および装置を提供するこ
とである。

この目的は、請求項１に記載の方法と、請求項３に記
載の装置と、により達成される。

本発明における一つの有利な点は、液体の流れがガス
の流れに変換される場合において、液体が導入された
時、液体の表面が拡大され、それに続いて急速で完全な
蒸発が起こり、その結果、安定してかつ継続的な蒸気／
ガスの流れが発生するように保証されるという点であ
る。

本発明にかかる方法を実行するために使用する、本発
明にかかる装置の望ましい実施例は、添付した図を基に
して詳細に説明する。

図１は液体の流れをガスの流れに変換するための装置
を示す。

液体の流れをガスの流れに変換するために使用する、
本発明にかかる装置を説明する前に、本発明にかかる方
法を以下に説明する。

第１の工程では、蒸発させる液体の流れは、開口部を
経ていわゆる蒸発空間に導入される。続いて、この蒸発
空間内において蒸発が起こる。

次の工程では、液体の流れは拡散され、その結果、液
体の表面は実質的に拡大する。この拡散は圧力変化によ
り引き起こされるものではなく、かつ媒体の混合なしに
起こる。そして、この拡散が起こると、拡散されていな
い状態の液体は蒸発空間内に本質的に形成されないとい
う効果を持つ。この液体の拡散により、上記液体は急速
に蒸発し、その結果、拡散されていない状態の液体の発
生は、蒸発空間内において本質的に防止される。

その後の工程では、蒸発した液体の流れは蒸発空間の
外部へ案内される。

本発明のかかる方法においては、液体が供給されつつ
ある時、拡散と蒸発が完全にかつ遅延なく起こることが
非常に重要である。このことが、供給された液体の全体
量が十分に短い時間内で拡散されることを保証するので
あり、上記拡散は蒸発が急速に起こることを保証してい
る。

本発明の望ましい実施例に沿えば、拡散は液体に機械
的振動を与えることにより引き起こされる。これらの機
械的振動は、例えば、超音波変換器（ultrasonictransd
ucer）によって発生させられ、拡散は超音波によって引
き起こされる。

本発明のさらに望ましい実施例に沿えば、蒸発した液
体の流れは、蒸発空間から出た時に一つあるいは複数の
キャリアガスおよび／またはプロセスガスと混合され、
結果として生じた蒸気／ガスの流れは、出口を経て排出
される。

蒸発させる液体によるが、蒸発空間は所定の温度に加
熱されてもよい。熱エネルギーは、この場合非常に急速
に供給されるので、蒸発空間内には拡散されていない液
相が発生しない。すなわち、液体の流れの完全な蒸発が
保証される。

更なる実施例に従えば、本発明にかかる方法は、蒸発
していない液体が一つまたは複数の出口に到達すること
が防止できるように、蒸発していない液体は引き止めら
れるという工程を含む。

以下に、図１を基にして、液体の流れをガスの流れに
変換する装置を詳細に説明する。

入口手段100は蒸発させる液体を蒸発空間102に導入す
るために使用される。この蒸発空間102は蒸発器ボデー1
04内に設けられた空洞である。

拡散要素106は、液体の流れに機械的振動を与えるこ
とにより液体の流れを拡散させるものであり、その拡散
とは、圧力変化により引き起こされるものではなく、か
つ媒体の混合なしに起こる。

本発明にかかる装置は、排出手段108も備えている。

図１に示した望ましい実施例においては、拡散要素10
6は、超音波によって拡散が引き起こされるように超音
波変換器を含んでいる。

入口を通過した後で、拡散した液体の流れ110は蒸発
空間102内に包含され、そこで完全に蒸発する。つま
り、ガスの流れ112に変換される。

図１に示された、本発明にかかる実施例の排出手段10
8は、混合手段114を含み、これにより一つまたは複数の
キャリアガスを蒸発した液体の流れに混合させることが
可能である。その結果、蒸気／ガスの流れ116が得ら
れ、これは本発明にかかる装置から出口118を経て排出
される。本発明に関して、キャリアガスと呼ばれるガス
は、以下のプロセスの中でも用いることができる。その
ようなガスは、通常、プロセスガスと呼ばれている。

蒸発していない液体の排出を防止するために、排出手
段108はさらに、そのような蒸発していない液体の排出
を確実に防止する手段120を含んでいる。

本発明にかかる装置の、図示しないさらなる実施例に
従えば、上記装置はさらに加熱手段を含むことができ
る。この加熱手段により、蒸発空間102は蒸発させる液
体に応じた温度まで加熱されることができ、その結果、
拡散された液体110からガスの流れ112への完全な蒸発が
起こる。

本発明が一つの出口を持つ装置に限られないことは明
らかであり、本発明の装置が、当然ではあるが、結果と
して発生した蒸気／ガスの流れを排出する出口を一つま
たは複数持つことができることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィッツナー ローター ドイツ国，91054 エルランゲン，スパ ルドルファーストラーセ 57番 (72)発明者 リッセル ハイナー ドイツ国，91080 スパルドルフ，アム ファイルヘンベルク 27番 (56)参考文献 特開 平５−132779（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−26337（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01J 7/00 B01D 1/00 C23C 16/44 H01L 21/205

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液体の流れをガスの流れに変換する方法で
   あって、 上記液体の流れを拡散させ、上記液体の表面を拡大させ
   る工程であって、この拡散は、圧力変化により引き起こ
   されるものではなく、上記液体に超音波振動を与えるこ
   とにより引き起こされるものであり、かついかなる媒体
   とも混合せずに拡散が起こる工程と、 上記拡散された液体（110）を加熱された蒸発空間（10
   2）の中に導入する工程と、 上記拡散された液体を蒸発させてガスの流れ（112）を
   発生させる工程と、 上記ガスの流れ（112）を上記蒸発空間（102）の外部へ
   排出する工程と、 上記ガスの流れ（112）が上記蒸発空間（102）から排出
   された時に、そのガスの流れ（112）に一つまたは複数
   のキャリアガスおよび／またはプロセスガスを混合させ
   る工程と、 その結果として生じた混合ガスの流れ（116）を出口（1
   18）を経て装置の外部へ案内する工程と、を含み、 上記蒸発空間（102）は、拡散された液体（110）を蒸発
   させるために、蒸発させる液体に応じた温度に加熱され
   ることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法であって、 蒸発していない液体が排出されないように、蒸発してい
   ない液体を引き止める工程を含むことを特徴とする方
   法。
3. 【請求項３】液体の流れをガスの流れに変換する装置で
   あって、 上記液体の流れを受け入れる入口手段（100）と、 超音波変換器を持ち、上記液体に超音波振動を与えるこ
   とにより上記液体の流れを拡散させる拡散要素（106）
   であって、この拡散は、圧力変化により引き起こされる
   ものではなく、かついかなる媒体とも混合せずに拡散が
   起こる拡散要素と、 上記拡散された液体（110）を収容する蒸発空間（102）
   と、 上記拡散された液体（110）を蒸発させてガスの流れ（1
   12）を発生させるために、上記蒸発空間（102）を蒸発
   させる液体に応じた温度に加熱するための加熱手段と、 上記ガスの流れ（112）を上記蒸発空間（102）から排出
   するための排出手段（108）と、を備え、 上記排出手段（108）は、蒸発した液体の流れ（112）に
   一つまたは複数のキャリアガスおよび／またはプロセス
   ガスを混合させる混合手段（114）を持つことを特徴と
   する装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の装置であって、 上記排出手段（108）は、蒸発していない液体が排出さ
   れないように、蒸発していない液体の漏出を防止する手
   段（120）を備えたことを特徴とする装置。