JP3828821B2 - 液体材料気化供給装置 - Google Patents

Description

【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ガスを、液体材料を気化することによって供給するための液体材料気化供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液体材料気化供給装置として、恒温槽内に液体材料を加熱し気化させるためのするための材料タンクと、この材料タンクにおいて生じたガスの流量を制御するマスフローコントローラとを設けたものがある。図３はこのような液体材料気化供給装置を概略的に示すもので、この図において、３１は適宜の温度に設定された恒温槽で、その内部には、液体材料ＬＭを収容し、この液体材料ＬＭを加熱するためのヒータ３２を備えた材料タンク３３が設けられている。この材料タンク３３には、液体材料ＬＭを供給する液体材料供給管３４と、材料タンク３３において発生したガスを導出するガス導出管３５が接続されている。そして、液体材料供給管３４には開閉弁３６が設けられ、ガス導出管３５の恒温槽３１内の部分には高温用マスフローコントローラ３７が設けられている。
【０００３】
上記構成の液体材料気化供給装置においては、液体材料ＬＭを収容した材料タンク３３がヒータ３２によって加熱されると、その内部の温度が上昇し、液体材料ＬＭの蒸気圧が高められ、これによって液体材料ＬＭが気化されて所定のガスになる。この発生ガスは、材料タンク３３とガス導出管３５との圧力差を得ることで、高温用マスフローコントローラ３７で直接流量制御して外部に取り出され、図示していないユースポイント（例えば半導体製造装置）方向に送られる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記図３に示した液体材料気化供給装置においては、材料タンク３３内の液体材料ＬＭの液量は、図示していないが、フロートを利用した液面計によって検出され、前記液体材料ＬＭが所定の量以下になったときには、液体材料供給管３４に設けられた開閉弁３６を開いて材料タンク３３内に液体材料ＬＭが供給される。この場合、供給される液体材料ＬＭによって材料タンク３３内の液体材料ＬＭの温度が低下し、所望のガス発生が行われにくくなるところから、前記液体材料ＬＭの供給の都度、ガス発生が中断されることになり、したがって、気化ガスの連続発生および連続供給を行うことができないといった不都合があった。
【０００５】
また、高温用マスフローコントローラ３７でガスの流量制御を行う場合、制御弁部での断熱膨張による熱を供給する必要があるところから、高温用マスフローコントローラ３７の温度を材料タンク３３における温度よりも１０℃程度高く設定する必要があった。このため、高温用マスフローコントローラ３７に組み込まれている流量センサ部の温度がこれに伴って高くならざるを得ず、その結果、高温用マスフローコントローラ３７による発生ガスの流量制御の安定性および信頼性の低下を来すといった不都合があった。
【０００６】
さらに、上記従来の液体材料気化供給装置においては、恒温槽３１内に材料タンク３３や高温用マスフローコントローラ３７を収容していたため、装置全体が大型にならざるを得ないといった構成上の不都合もあった。
【０００７】
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、連続的に気化ガスを発生させることができるとともに、発生した気化ガスを精度よく安定して流量制御することができる、信頼性の高い小型コンパクトな液体材料気化供給装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、液体材料を収容し、この液体材料を加熱して所定のガスを発生させる材料タンクと、この材料タンクに液体材料を供給するための液体材料供給管と、前記材料タンクにおいて発生したガスを導出するガス導出管を備えてなる液体材料気化供給装置において、前記材料タンクにこれを専用的に加熱する加熱装置を設けるとともに、前記ガス導出管にガス流量計およびガス流量制御弁を互いに独立した状態で設け、前記ガス流量計およびガス流量制御弁を個別に温度制御するように構成され、さらに、前記ガス流量制御弁は、前記材料タンクの設定温度よりも高い温度に加熱保温されるよう温度制御されており、また、前記ガス流量計は、前記材料タンクの設定温度よりも高く、かつ、前記ガス流量制御弁よりも低い温度に加熱保温されるよう温度制御されている。
【０００９】
上記請求項１に記載の発明によれば、ガス流量制御弁については、断熱膨張による熱を補うため、材料タンクよりも例えば１０℃程度高い温度に設定することができる。この場合、ガス流量計は、前記ガス流量制御弁より５〜８℃程度低い温度に設定することができる。したがって、気化ガスを精度よく測定しこれを精度よく流量制御することができる。そして、材料タンクに専用の加熱装置を設けているので、大きな恒温槽が不要になる。
【００１０】
そして、請求項２に記載の発明では、液体材料を収容し、この液体材料を加熱して所定のガスを発生させる材料タンクと、この材料タンクに液体材料を供給するための液体材料供給管と、前記材料タンクにおいて発生したガスを導出するガス導出管を備えてなる液体材料気化供給装置において、前記材料タンクにこれを専用的に加熱する加熱装置を設けるとともに、前記液体材料供給管に、前記材料タンクに供給される液体材料を予熱するための予熱装置および材料タンクに供給される液体材料の流量調整を行うための液体流量調整装置を設け、また、前記ガス導出管にガス流量計およびガス流量制御弁を互いに独立した状態で設け、前記ガス流量計およびガス流量制御弁を個別に温度制御するように構成され、さらに、前記ガス流量制御弁は、前記材料タンクの設定温度よりも高い温度に加熱保温されるよう温度制御されており、また、前記ガス流量計は、前記材料タンクの設定温度よりも高く、かつ、前記ガス流量制御弁よりも低い温度に加熱保温されるよう温度制御されている。
【００１１】
上記請求項２に記載の発明によれば、上記請求項１に記載の発明の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。すなわち、上記請求項２に記載の発明によれば、材料タンクに供給される液体材料がその供給前に予熱されるとともに、その供給量が制限されるので、材料タンク内における気化に悪影響が及ぼされることがなく、気化ガス発生中においても液体材料の供給を行うことができる。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【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は、この発明の液体材料気化供給装置の構成の一例を概略的に示すもので、この図において、１は材料タンクで、液体材料ＬＭを収容するとともに、例えばその上面を除く周囲全体に加熱装置としてのヒータ２が設けられて専用的に加熱保温され、内部に収容された液体材料ＬＭを所定の温度で加熱して気化ガスＧを発生させるように構成されている。なお、図示は省略しているが、材料タンク１には、適宜の液面検出センサが設けられており、液体材料ＬＭの液面が所定の液面レベルまで低下するとこれを検出し、材料補給信号を出力するように構成されている。
【００１５】
３は材料タンク１に液体材料ＬＭを供給するための液体材料供給管で、材料タンク１に供給される液体材料ＬＭを予熱するための予熱装置４と前記液体材料ＬＭの流量調整を行うための液体流量調整装置５が例えばこの順で直列に設けられており、予熱装置４の上流側の液体材料供給管３は、適宜の配管を介して液体材料ＬＭを収容した液体材料供給源（図示していない）に接続されている。そして、予熱装置４は、例えばヒータよりなり、これが液体材料供給管３の外周に巻設されている。また、液体流量調整装置５は、例えば液体用マスフローコントローラよりなり、ヒータなどの加熱装置６によって所定の温度に加熱保温されるように構成されている。
【００１６】
７は材料タンク１内において発生した気化ガスＧを導出するガス導出管で、ガス流量計８、ガス流量制御弁９および開閉弁１０が例えばこの順で互いに独立した状態で設けられており、開閉弁１０の下流側のガス導出管７は、適宜の配管を介してユースポイント（図示していない）に接続されている。そして、ガス流量計８は、例えばガス用マスフローメータよりなり、ヒータなどの加熱装置１１によって所定の温度に加熱保温されるように構成されている。また、ガス流量制御弁９は、例えばピエゾアクチュエータ９ａによってバルブの開度が制御されるピエゾバルブなどガス用制御バルブよりなり、ヒータなどの加熱装置１２によって所定の温度に加熱保温されるように構成されている。
【００１７】
そして、１３は材料タンク１の加熱装置２、液体材料供給管３に設けられる液体材料ＬＭの予熱装置４、液体流量調整装置５の加熱装置６、ガス流量計８の加熱装置１１およびガス流量制御弁９の加熱装置１２を、それぞれ、個別に温度制御する温度コントローラで、液体材料気化供給装置全体を制御する制御装置としてのパソコン１４からの指令に基づいて、前記各加熱装置２，４，６，１１，１２を温度制御する。そして、パソコン１４は、液体流量調整装置５およびガス流量計８からの検出出力が入力され、これに基づいて所定の演算を行って液体流量やガス流量を求めたり、また、これらの演算結果に基づいて液体流量調整装置５およびガス流量制御弁９に所定の制御信号を出力する機能や、材料タンク１に設けられた液面検出センサからの検出信号に基づいて液体流量調整装置５に所定の開度信号を出力する機能などを備えている。
【００１８】
次に、上記構成の液体材料気化供給装置の動作について説明すると、材料タンク１内の液体材料ＬＭを加熱して気化ガスＧを発生させるに際して、所望のガスＧを連続的かつ安定に発生させるために、液体材料ＬＭの種類に応じた最適の状態で気化が行われるように、材料タンク１の加熱温度Ｔ℃を設定する。このとき、液体材料供給管３に設けられる予熱装置４の温度は、これによって予熱される液体材料ＬＭが材料タンク１内に供給しても、材料タンク１内における液体材料ＬＭの気化を妨げない程度のに設定される。そして、液体材料供給管３に設けられる液体流量調整装置としての液体用マスフローコントローラ５は、加熱装置６によって前記液体材料ＬＭの温度を低下させない程度の温度に加熱保温される。一方、ガス導出管７に設けられるガス流量制御弁としてのガス用ピエゾバルブ９の温度は、断熱膨張による熱を補うため、材料タンク１の設定温度Ｔ℃よりも１０℃程度高い温度に加熱保温される。そして、ガス導出管７に設けられるガス流量計８としてガス用マスフローメータは、ガス流量制御弁９の設定温度より５〜８℃程度低い温度になるように加熱保温される。
【００１９】
上記の液体材料気化供給装置においては、通常、液体流量調整装置５は閉じられている。この状態で、液体材料ＬＭを収容した材料タンク１を加熱装置２によって加熱することにより、その内部の温度が上昇し、液体材料ＬＭの蒸気圧が高められ、これによって液体材料ＬＭが気化されて所定の気化ガスＧが発生する。この気化ガスＧは、材料タンク１とガス導出管７との圧力差を得ることで、ガス導出管７に導出される。このガス導出管７には、ガス流量計８およびガス流量制御弁９が互いに独立した状態で設けられているが、ガス流量制御弁９は、材料タンク１の設定温度Ｔ℃よりも１０℃程度高い温度に加熱保温されているので、断熱膨張による熱を十分補うことができ、前記気化ガスＧを精度よく流量調整することができる。また、ガス流量計８は、ガス流量制御弁９よりも５〜８℃程度低い温度に加熱保温されているので、前記気化ガスＧの流量を精度よく測定することができ、したがって、ガス導出管７に導出された気化ガスＧは、開閉弁１０を経て、ユースポイント方向に所定の流量で流れていく。
【００２０】
そして、前記材料タンク１内の液体材料ＬＭがある一定量以下になると、液面検出センサから所定の信号がパソコン１４に送られる。この信号入力により、パソコン１４から所定の信号が予熱装置４および加熱装置６に送られて、これらが所望の加熱動作に入る。そして、所定の時間経過後、液体流量調整装置５が開くことにより、新しい液体材料ＬＭが材料タンク１に補給される。この場合、補給される液体材料ＬＭは、予熱装置４によって所定の温度に加熱（予熱）されるとともに、その供給される量が液体流量調整装置５によって制限（調整）されるので、この液体材料ＬＭの補給によって、材料タンク１内の液体材料ＬＭの気化が妨げられることはない。つまり、液体材料ＬＭの補給中においても材料タンク１内の液体材料ＬＭは温度が低下したりせず、加熱によって気化し、気化ガスＧの発生を維持する。
【００２１】
上述のように、上記構成の液体材料気化供給装置においては、液体材料供給管３に、材料タンク１に供給される液体材料ＬＭ予熱するための予熱装置４および前記液体材料ＬＭの流量調整を行うための液体流量調整装置５を設けているので、材料タンク１内の液体材料ＬＭが少なくなったときに補充のために供給される液体材料ＬＭがその供給前に予熱されるとともに、その供給量が所望の流量となるように制限されるので、材料タンク１内における気化に悪影響が及ぼされることがなく、気化ガス発生中においても液体材料ＬＭの供給を行うことができる。そして、気化ガスＧを導出するガス導出管７に設けられるガス流量計８およびガス流量制御弁９をそれぞれの機能が最も発揮されるように、それぞれ独立して温度制御されるので、気化ガスＧを精度よく測定しこれを精度よく流量制御することができる。さらに、材料タンク１を専用の加熱装置２によって加熱するようにしているので、液体材料ＬＭの気化を最良の条件で行わせるための温度になるように自在に温度調整することができる。
【００２２】
さらに、材料タンク１に加熱装置２を設け、液体材料供給管３に予熱装置４を設け、液体流量調整装置５に加熱装置６を設け、ガス流量計８に加熱装置１１を設け、ガス流量制御弁９に加熱装置１２を設けるとともに、これらをそれぞれ最適の温度になるように加熱保温しているので、図３に示したような恒温槽３１を設ける必要がなく、全体として小型コンパクトな液体材料気化供給装置を構成することができる。
【００２３】
この発明は、上述の実施の形態に限られるものではなく、例えば、図２に示すように、ガス流量制御弁９として、シャットオフ可能な空圧弁９Ｂを一体的に設けたものを用いてもよい。
【００２４】
そして、上記図１および図２のいずれの液体材料気化供給装置においても、ガス流量計８として高温用マスフローメータを用い、かつそのセンサ部として太径のキャピラリを使用した場合、センサ部における圧損を低減することができ、より小型化が促進され、しかも、低温度化によってより信頼度を高めることができる。
【００２５】
なお、液体流量調整装置５としては、制限オリフィスを用いることもできる。
【００２６】
また、液体材料供給管３における予熱装置４と液体流量調整装置５の配置関係を図示例のものと逆にしてもよく、さらに、ガス導出管７におけるガス流量計８とガス流量制御弁９の配置関係を図示例のものと逆にしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の液体材料気化供給装置によれば、材料タンクに対して液体材料を供給するときにおいても、材料タンク内における液体材料の気化が中断されることがない。したがって、液体材料を連続的かつ安定に気化させて所望の気化ガスを発生させることができるとともに、発生した気化ガスを精度よく安定して流量制御することができる。そして、従来のように、材料タンクを恒温槽に収容する必要がないので、装置全体を小型コンパクトに構成することができる。つまり、この発明によれば、小型で信頼性の高い液体材料気化供給装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の液体材料気化供給装置の構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】 前記液体材料気化供給装置の構成の他の例を概略的に示す図である。
【図３】 従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…材料タンク、２…加熱装置、３…液体材料供給管、４…予熱装置、５…液体流量調整装置、７…ガス導出管、８…ガス流量計、９…ガス流量制御弁、ＬＭ…液体材料、Ｇ…気化ガス。

Claims (2)

1. 液体材料を収容し、この液体材料を加熱して所定のガスを発生させる材料タンクと、この材料タンクに液体材料を供給するための液体材料供給管と、前記材料タンクにおいて発生したガスを導出するガス導出管を備えてなる液体材料気化供給装置において、前記材料タンクにこれを専用的に加熱する加熱装置を設けるとともに、前記ガス導出管にガス流量計およびガス流量制御弁を互いに独立した状態で設け、前記ガス流量計およびガス流量制御弁を個別に温度制御するように構成され、さらに、前記ガス流量制御弁は、前記材料タンクの設定温度よりも高い温度に加熱保温されるよう温度制御されており、また、前記ガス流量計は、前記材料タンクの設定温度よりも高く、かつ、前記ガス流量制御弁よりも低い温度に加熱保温されるよう温度制御されていることを特徴とする液体材料気化供給装置。
2. 液体材料を収容し、この液体材料を加熱して所定のガスを発生させる材料タンクと、この材料タンクに液体材料を供給するための液体材料供給管と、前記材料タンクにおいて発生したガスを導出するガス導出管を備えてなる液体材料気化供給装置において、前記材料タンクにこれを専用的に加熱する加熱装置を設けるとともに、前記液体材料供給管に、前記材料タンクに供給される液体材料を予熱するための予熱装置および材料タンクに供給される液体材料の流量調整を行うための液体流量調整装置を設け、また、前記ガス導出管にガス流量計およびガス流量制御弁を互いに独立した状態で設け、前記ガス流量計およびガス流量制御弁を個別に温度制御するように構成され、さらに、前記ガス流量制御弁は、前記材料タンクの設定温度よりも高い温度に加熱保温されるよう温度制御されており、また、前記ガス流量計は、前記材料タンクの設定温度よりも高く、かつ、前記ガス流量制御弁よりも低い温度に加熱保温されるよう温度制御されていることを特徴とする液体材料気化供給装置。

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