JP4137265B2

JP4137265B2 - Vaporization structure

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Publication number: JP4137265B2
Application number: JP01692099A
Authority: JP
Inventors: 亨一石川; 英顕宮本
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000212748A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばＴａ系、具体的にはペンタエトキシタンタル〔Ｔａ（ＯＣ₂Ｈ₅）₅〕などの主として低蒸気圧材料気化供給装置に適用される気化部構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の低蒸気圧材料気化供給装置に適用される気化部構造は、例えば液体材料供給装置などの液体材料を定量気化することができるように、当該装置に組み込まれた気化器に適用され、半導体製造装置のチャンバ等の各種ユースポイントに供給するべく、この気化器で液体を気化させる。
【０００３】
その具体的な構造は、図７の（Ａ），（Ｂ）に示されるようになっている。
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金属材料からなる本体ブロック０１内に、互いに交わることのないキャリアガス導入路０２と気化ガス導出路０３とが設けられている。
【０００４】
また、液体材料導入路０４は、その一方の開口（液体材料導入口）がこの本体ブロック０１の一つの側面に形成され、他方の開口（液体材料導出口）０５が前記側面に直交するこの本体ブロックの０１の上面０６に形成されている。そして、この他方の開口（液体材料導出口）０５の周囲には、この開口０５と同芯状に溝０７が穿設されている。したがって、前記他方の開口（液体材料導出口）０５の周縁と前記溝０７の内周面の上縁との間には平坦な円テーブル状の平滑面Ｔが形成されている。
【０００５】
前記溝０７に臨むようにして前記キャリアガス導入路０２の開口０８と気化ガス導出路０３の開口０９が開設されている。前記キャリアガス導入路０２の開口０８と気化ガス導出路０３の開口０９は、前記液体材料導入路０４の他方の開口０５を中心にして対称位置に配設されるようになっている。
【０００６】
また、この本体ブロックの０１の上面には下端にダイヤフラム０１０が備わった弁ブロック０１１が気密を保って配設されていて、このダイヤフラム０１０と前記溝０７とによって気化室０１２が形成されている。そして、このダイヤフラム０１０の中心部０１０Ａが上下動することによって、前記液体材料導出口０５が開閉されるように構成されている。所謂ダイレクトイン方式が採用されている。
【０００７】
したがって、液体材料を所定量気化するに当たっては、ダイヤフラム０１０のり中心部０１０Ａをやや上動させて、このダイヤフラム０１０の中心部０１０Ａ下面が本体ブロック０１の上面、つまり前記平滑面Ｔに対して僅かに離間させた状態にする。これによって、前記液体材料導出口０５は開放される。
【０００８】
次いで、液体材料を液体材料導入路０４に供給すると同時に、キャリアガス導入路０２にキャリアガスを供給する。液体材料は前記液体材料導出口０５から前記ダイヤフラム０１０と平滑面Ｔとの間の僅かな隙間を介して前記溝０７側に染み出してゆき、溝０７の内周面とダイヤフラム０１０の会合点で、表面張力によってダイヤフラム０１０の下面に付着する。
【０００９】
しかし、重力の働きによって、前記溝０７の内周面を伝って溝底側に滴り落ちるように染みだしてくる。一方キャリアガスは溝０７に臨んで開設されている開口０８を介して溝０７内に流入し、この開口０８から左右に分岐して溝０７内を半周して前記気化ガス導出路０３の開口１１からこの気化ガス導出路０３に流入してゆく。このとき、この溝０７内に流入したキャリアガスに液体材料が接触し気化が促進される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のダイレクトイン方式によると、溝０７内に供給されるキャリアガスの流れは、溝幅の中央部分の流速が早くなる反面、周壁側は緩速になる傾向があり、気液の充分な接触が適わず、望ましい気化効率が得られなかった。
【００１１】
また、前記液体材料導出口０５から前記ダイヤフラム０１０と平滑面Ｔとの間の僅かな隙間を介して前記溝０７側に染み出してくる液体材料は、重力によって、溝０７の内周面とダイヤフラム０１０の会合点に滞留するので、キャリアガスとの接触面積が格段に狭く、やはり気液の充分な接触が適わず、望ましい気化効率が得られなかった。
【００１２】
また、このように気化室０１２で完全に気化が行われず、液体材料が液体のままあるいはミスト状で残留すると、そのまま二次側の配管、つまり気化ガス導出路０３、更にそれ以降の配管系に供給され、二次側配管内で熱分解して酸化タンタルとして結晶したり、そのまま気化部内に残留して前記と同様の反応物を生成する。
【００１３】
本発明は、この従来構造の欠点に鑑みで開発されたもので、基本的には、液体材料の気化量は、液体材料とキャリアガスとの接触面積に比例するという原理をうまく活用しようとするもので、液体材料を可及的に広く拡げて、併せてキャリアガスとの接触面積が可及的に増大できるように工夫された点に特徴がある。
【００１４】
従って本発明は、たとえ低蒸気圧材料であっても、その気化効率を格段に向上できるようにし、併せて反応生成物の生成を格段に低減できるようにすることを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、液体材料を気化室で平面状に広く拡げ、この平面状に広く拡げられた液体材料の外周から内周に向かってキャリアガスが境界面上を流れるように構成され、また、気化ガス導出口が気化部の上方にあるようにしたものである。
【００１６】
この手段によれば、気化室内に広く拡がった液体材料の表面上を、その外周から内周に向かってキャリアガスが流れる。このとき、液体材料とキャリアガスの境界面上で気化が促進され、気化されたガスはキャリアガスに混合され、混合ガスは気化部の上方の気化ガス導出口から所要の流路から所要の装置へ流下される。その結果、液体材料とキャリアガスとの接触面積を、従来の構造と違って格段に増大できる。
【００１７】
したがって、この発明は次の効果を有する。
液体材料をダイヤフラムの上面に広く拡散して、この広く拡散された液体材料の上面を、その外周から内周に向かってキャリアガスが流れるので、液体材料とキャリアガスとの接触面積が格段に増大し、気化効率を大幅に向上できる。
【００１８】
その結果、気化室に供給された液体材料が、液体のままあるいはミスト状で残留するおそれがなくなる。したがって、従来構造と違って、液体のままあるいはミスト状のまま、この気化ガス導出口から二次側流路へ供給されるおそれをうまく阻止でき、二次側流路内で、例えば熱分解して酸化タンタルとして、結晶したり、そのまま気化部内に残留して前記と同様の反応物を生成させてしまう欠点がなくなった。
【００１９】
また、気化ガス導出口が気化部の上方に開口されているので、液体材料が液体のままで二次側路内に流下する恐れがなくなった。
【００２０】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態を、図面の記載を参照しながら説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１〜図４は、この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用した場合の第１の実施の形態を示す。
図１は、この発明の低蒸気圧材料気化供給装置の気化部の拡大断面図、図２は、本体ブロックと弁ブロックとを分離した状態を斜め下から見た分解外観図、図３は、要部の断面図、また、図４は作用の説明図で、気化室を下方から見上げたた状態の底面図である。
これらの図において、１は熱伝導性および耐腐食性の良好な金属材料から形成された本体ブロック、２は弁ブロックである。図２に示されるように、前記本体ブロック１内部には互いに交わることのないキャリアガス導入路３と気化ガス導出路４とが設けられている。
【００２２】
液体材料導入路５は、図２に示されるように、その一方の開口（液体材料導入口）６がこの本体ブロック１の一つの側面７に形成され、他方の開口（液体材料導出口）８が前記側面７に直交するこの本体ブロックの１の下面９に形成されている。そして、この他方の開口（液体材料導出口）８の周囲で前記本体ブロックの１の下面９には、この他方の開口８を中心にして、下面開放の内外二重の溝１０，１１が同芯状に穿設されている。この他方の開口８と同芯状にこれら内外の溝１０，１１が穿設されているので、前記他方の開口（液体材料導出口）８の周縁と前記内側の溝１１の内周面の下縁との間には平坦な円テーブル状の平滑面Ｔが形成されている。この平滑面Ｔは、本体ブロック１の下面９と同じ平面上に位置して構成される。
【００２３】
両溝１０，１１は隔壁１２によって互いに仕切られている。しかし、この隔壁１２は、その立ち上がり寸法Ａが、本体ブロック１の下面９よりもやや上位に変位していて、この隔壁１２の下縁１３を介して内外の両溝１０，１１が連通連結されている。
【００２４】
前記キャリアガス導入路３の開口１４が前記二重溝の外側の溝１０の底に、また気化ガス導出路４の開口１５が前記二重溝の内側の溝１１の底に形成され、これら両開口１４，１５が前記液体材料導入路５の他方の開口８を中心にして１８０°位相を異ならせて配置されている。
【００２５】
また、この本体ブロック１の下面９には上端にダイヤフラム１６が備わった前記弁ブロック２が気密を保って配設されていて、このダイヤフラム１６と前記両溝１０，１１とによって気化室１７が形成されている。
【００２６】
前記本体ブロック１の下面９には周縁を残して中央部分に浅い凹入孔１８が形成されていて、前記ダイヤフラム１６はその両端の肉厚部１６Ｂがこの本体ブロック１の下面９の周縁と弁ブロック２の上面１９の周縁の間に挾持されると共に、前記浅い凹入孔１８内の周部に配されたパッキング２０によって前記気化室１７の気密が保たれるように構成されている。
【００２７】
そして、このダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａは、その径が前記平坦な円テーブル状の平滑面Ｔの直径よりも大径に形成されていて、この平滑面Ｔに面接触するように配置されている。そして、このダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａが上下作動することによって、前記他方の開口（液体材料導出口）８が開放されたり閉止されたりする。併せて、このダイヤフラム１６の上面と前記隔壁１２の下縁１３との間には狭い間隙流路２１が形成されることになる。
【００２８】
また、前記弁ブロック２内には、前記ダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａの上下動を司る、例えばピエゾ素子を積層して形成されるピエゾアクチュエータ２２が内蔵されている。
【００２９】
図３に示されるように、前記本体ブロック１と弁ブロック２との間には、前記ダイヤフラム１６を含めた弁構造分２３が介装されている。
この弁構造部２３は、図示されるように、前記本体ブロック１の下面側に延設された流体流路５の流路開口８を上面平坦面で開閉する前記ダイヤフラム１６、このダイヤフラム１６が前記流路開口８を常時開放する方向に付勢するように働く、バネ受け２４とバネ２５と、そしてこのバネ２５の下端を、このダイヤフラム１６のプランジャー部２６に関連付けて固定するための割りピンで形成されるバネ止め２７とからなる付勢機構２８から構成される。前記プランジャー部２６は、図１にも示されるように、ダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａが下方に凸に延出されて形成されている。
【００３０】
また、このダイヤフラム１６の周縁肉厚部１６Ｂにはその下面から一段窪ませて、前記プランジャー部２６を中心にして同芯状の、凹入段部２９が設けられていて、ここに前記ピエゾアクチュエータ２２を嵌入させる弁ブロック２の筒部材３０の上方に一体的に突出延設された嵌合突条３１が嵌合されている。また、この凹入段部２９で前記バネ受け２４がバネ２５の押圧力によって弾性的に付勢保持されている。
【００３１】
また、図示されるように、ピエゾアクチュエータ２２の出力部材（具体的にはダイヤフラムで構成されている）３２の上面中央と、弁構造部２３のプランジャー部２６の下面中央には、それぞれ円錐状の凹み３３，３４が形成され、これら上下の凹み３３，３４に挟持されるようにして真球３５が介装されて球面軸受け部３６がピエゾアクチュエータ２２の出力部材３２の上面と弁構造部２３のプランジャー部２６の間に形成されている。
【００３２】
なお、前記ダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａの周囲にヒーター３７（図１中想像線で示す）を設け、気化室１７の温度調整を図れるようにすることもできる。気化室１７を温めることによって、低蒸気圧材料の気化を一層効率よく行えるからである。また、図３中３８は本体ブロック１内に設けられていて、このブロック全体を温めるためのカートリッジヒータである。
【００３３】
次に、上記第１の実施の形態の作動を説明する。
液体材料Ｌを所定量気化するに当たっては、先ず、ピエゾアクチュエータ２２に所定の電圧を加えることにより、その出力を出力部材３２を介して前記球面軸受け３６に伝え、更にプランジャー部２６に伝える。その結果、ダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａが作動し、このダイヤフラム１６の中央肉厚部１６Ａの上面を前記平滑面Ｔに対して僅かに離間或いは接近させて、前記液体材料導入路５の他方の開口８の開き度合いを調整し、液体材料導入路５を流れる流体の流量を調整する。
【００３４】
次いで、液体材料Ｌを液体材料導入路５に供給すると同時に、キャリアガス導入路３にキャリアガスＧを供給する。液体材料Ｌは、図４に示されるように、前記液体材料導出口８から前記ダイヤフラム１６と平滑面Ｔとの間の僅かな隙間を介して前記内側の溝１１側に向かって染み出してゆき、この内側の溝１１の内周面とダイヤフラム１６の会合点で、内側の溝１１側に染み出し、更に内側の溝１１の内周面とダイヤフラムの会合点から、重力の働きと表面張力によってダイヤフラム１６の上面に付着しつつ、円状に広く拡がって拡散するように染みだしてくる（図１上三角形黒塗り部分）。
【００３５】
一方キャリアガスＧは、図１，図４に示されるように、外側の溝１０に臨んで開設されている開口１４を介してこの外側の溝１０内に流入し、この開口１４から左右に分岐してこの外側の溝１０内全域に行き渡るとともに、内側の溝１１との仕切りである前記隔壁１２の下縁１３とダイヤフラム１６の上面との間の間隙流路２１を介して、内側の溝１１の周域から中心に向かうようにしてこの内側の溝１１内に均等に流入される。
【００３６】
このとき、このキャリアガスＧは、この内側の溝１１内にあって、前記ダイヤフラム１６の上面に広く拡散された液体材料Ｌの表面上を流れ、液面との境界で液体材料Ｌが気化し、このキャリアガスＧに混合され、その気化を格段に促進する。気化されたガスＥは気化ガス導出路４の開口１５からキャリアガスＧ共々気化ガス導出路内４へと流下する。
【００３７】
このように、液体材料Ｌを広く拡散させることができるので、従来の構造と違って、液体材料ＬとキャリアガスＧとの接触面積を格段に拡げることが可能になり、気化効率を大幅に向上できる。
【００３８】
また、キャリアガスＧの外側の溝１０から内側の溝１１への流入は、前記隔壁１２とダイヤフラム１６との間の隙間流路２１を介して行われることによって、キャリアガスＧは内側の溝１１内での流速が増大する。その結果、前記広く拡散された液体材料Ｌの表面には、常時この早い流れの新しいキャリアガスＧが供給され、その後、気化ガス導出路４に流下してゆくこととなり、気化効率の大幅な向上が図れる。
【００３９】
また、気化ガス導出路４が気化室１７の上部に開口されているので、液体材料Ｌが液体のままで気化ガス導出路４内に流下する恐れがなくなった。
【００４０】
（第２の実施の形態）
次に図５に示される構造は、この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用して場合の第２の実施の形態を示す。
この第２の実施の形態は、図１〜図４に示される第１の実施の形態の、下方にピエゾアクチュエータ２２を備えた弁ブロック２が配され、上方に液体材料導入路５が備わった本体ブロック１が配された構造と違って、本体ブロック１が下方に配され、弁ブロック２が上方に配される構成が採用されている。その具体構造は以下の通りである。
【００４１】
なお、図５において図１〜４に示した符号と同じ符号は同一物であるので、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
先ず、本体ブロック１はその上面３９が平坦な面に形成され、その中央部分に液体材料導入路５の他方の開口８が開口される。また、この液体材料導入路５の横脇にはキャリアガス導入路３が設けられ、その開口１４がやはりこの上面３９に開口される。
【００４３】
また、ピエゾアクチュエータ２２を備えた弁ブロック２は、この本体ブロック１の上面３９上に気密状にして配されたダイヤフラム１６の更に上面に気密状にして配されている。
【００４４】
このダイヤフラム１６は、中央の上方に延びるプランジャー部２６の下方に一体的に軸部４０が延設されてなり、この軸部４０とプランジャー部２６との境界部分の全周に薄肉部１６Ｃが設けられ、この薄肉部１６Ｃの全周に周辺肉厚部１６Ａが一体に形成されてなる。また前記軸部４０の下面は平坦面に形成され、前記本体ブロック１の上面３９に開設されている液体材料導入路５の他方の開口８に対峙して配される。したがって、前記ピエゾアクチュエータ２２が作動されると、軸部４０が上下動し、その下面が本体ブロック１の上面３９に接当・離間されることによって、前記他方の開口８が開閉される。
【００４５】
そして、本第２の実施の形態では、このダイヤフラム１６の周辺肉厚部１６Ｂの下面１６Ｄに、下方開放に形成された環状の溝４２と、この環状の溝４２の内側で、このダイヤフラム１６の軸部４０と周辺肉厚部１６Ｂ、そして両者を繋ぐ薄肉部１６Ｃとで区画されて下方が開放されてなる環状の溝４３とで内外二重の溝が同心状に形成される。
【００４６】
また、両溝４２，４３の間は隔壁１２によって互いに仕切られている。しかし、この隔壁１２は、その立ち上がり寸法が、このダイヤフラム１６の下面１６Ｄよりもやや上位に変位していて、この隔壁１２の下縁１３と前記本体ブロック１の上面３９との間に隙間が形成され、この隙間流路２１を介して内外の両溝４２，４３が連通連結されている。
【００４７】
このダイヤフラム１６の周辺肉厚部１６Ｂには、その外周からこの内側の溝４３まで貫通させて形成された気化ガス導出路４が連通連結されている。そして、内側の溝４２側の開口１５が、前記キャリアガス導入路３の開口１４に対して前記液体導入路５の他方の開口８を中心にして１８０°位相を異ならせて配置されている。そして、このダイヤフラム１６と両溝４２，４３とによって、気化室１７が形成される。
【００４８】
したがって、液体材料Ｌを所定量気化するに当たっては、先ずピエゾアクチュエータ２２を作動させて、ダイヤフラム１６をやや上動させて前記液体材料導入路５の他方の開口８を開放する。次いで、前記第１の実施の形態と同様にして液体材料Ｌを液体材料導入路５に、また、キャリアガスＧをキャリアガス導入路３にそれぞれ供給して、液体材料Ｌを気化室１７において気化させる。液体材料Ｌが気化されるメカニズムは、前記第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、従来の構造に比べて格段に効率のよい気化を可能にするもので、前記第１の実施の形態と同様の効果を発揮する。
【００４９】
更に、本第２の実施の形態では、ダイヤフラム１６に気化室１７を形成するように工夫された点に特徴がある。つまり、ダイヤフラム１６に内外の二重の溝４２，４３、更には気化ガス導出路４を形成するようにしたもので、気化部構造の形成を、本体ブロック１に形成するのに比べれば、比較的廉価で、しかも容易に行える点に特徴がある。
【００５０】
（第３の実施の形態）
次に図６に示される構造は、この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用して場合の第３の実施の形態を示す。
本第３の実施の形態では、基本的には前記第２の実施の形態に示される構成、つまりダイヤフラム１６を液体材料Ｌの気化部構造に有効に活用するための構造を踏襲するものである。
以下前記第２の実施の形態に示される構造との相違点のみを詳説し、同一の構造については、図中同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。また、この図６において図１〜４に示した符号と同じ符号は同一物であるので、その詳細な説明は省略する。
【００５１】
そこで、第２の実施の形態に示される構造との相違点は、前記外側の溝４２と、隙間流路２１を構成する具体的な構造とに存する。
まず、外側の溝４３は本体ブロック１の上面３９に形成される。
【００５２】
また、前記隙間流路２１は、次のように構成される。
前記ダイヤフラム１６に形成された内側の溝４３の下向き開口の外周縁に、全周にわたって上方に浅く凹ませた凹入部４５が形成される。そしてこの凹入部４５の外縁、つまりダイヤフラム１６の下面１６Ｄとこの凹入部４５の外周壁４５Ａとの会合点４６が前記本体ブロック１に形成されている外側の溝４２の内周壁４２Ａを越えてその溝幅のほぼ中間点に達するように形成されて、この凹入部４５が常時前記内側の溝４２と連通されているように形成される。このようにすることによって、本体ブロック１の上面３９とこの凹入部４５との間に隙間が形成されることになる。この隙間を隙間流路２１として機能させる。
【００５３】
このように本第３の実施の形態においては、ダイヤフラム１６には内側の溝４３と気化ガス導出路４、そして隙間流路４５とが形成されるのみで、外側の溝４２を形成する構造部分は本体ブロック１側に形成される点で、前記第２の実施の形態と少し相違する。
【００５４】
したがって、ピエゾアクチュエータ２２の作動させて、ダイヤフラム１６をやや上動させて前記液体材料導入路５の他方の開口８を開放し、前記第１の実施の形態と同様にして液体材料Ｌ並びにキャリアガスＧを供給する。次いで、液体材料Ｌを気化室１７において気化させる。液体材料Ｌが気化されるメカニズムは、前記第１の実施の形態と同様であり、本実施の形態においても、従来の構造に比べて格段に効率のよい気化を可能にするもので、前記第１の実施の形態と同様の効果を発揮する。
【００５５】
さらに、本第３の実施の形態では、ダイヤフラム１６に気化室１７を形成するように工夫された点に特徴がある。つまり、ダイヤフラム１６に内側の溝４３、気化ガス導出路４、更には隙間流路４５を形成するようにしたもので、気化部構造の全てを本体ブロック１に形成するのに比べれば、格段に廉価で、しかも容易に製造できる点に特徴がある。
【００５６】
なお、図１〜図６の各実施の形態において、前記ダイヤフラム１６とこれによって開閉される液体材料導入路５の他方に開口８との関係は、ノルマルクローズタイプが採用されているが、ノルマルオープンタイプにも適用されることはいうまでもない。
【００５７】
また、各実施の形態は、本発明の所期の目的を逸脱しない範囲で相互に適宜組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用した場合の第１の実施の形態を示し、気化室部分の一部切欠き拡大縦断面図である。
【図２】前記低蒸気圧材料気化供給装置の分解外観図である。
【図３】前記低蒸気圧材料気化供給装置の要部の拡大断面図である。
【図４】前記低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造の作用説明図で、気化室部分を下面からみた底面図である。
【図５】この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用した場合の第２の実施の形態を示し、前記低蒸気圧材料気化供給装置の要部の拡大断面図である。
【図６】この発明を低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造に適用した場合の第３の実施の形態を示し、前記低蒸気圧材料気化供給装置の要部の拡大断面図である。
【図７】従来の低蒸気圧材料気化供給装置の気化部構造を示し、（Ａ）は要部の拡大断面図、（Ｂ）は気化室部分を上面からみた平面図である。
【符号の説明】
１…本体ブロック体、２…弁ブロック、３…液体材料導入路、４…キャリアガス導入路、５…気化ガス導出路、８…他方の開口、９…下面、１０，４２…外側の溝、１１，４３…内側の溝、１２…隔壁、１３…隔壁の下縁，１４…開口、１５…開口、１６…ダイヤフラム、１７…気化室、２１…間隙流路、２３…弁構造部、２８…付勢機構、Ｅ…気化ガス、Ｇ…キャリアガス、Ｌ…液体材料。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a vaporization part structure mainly applied to, for example, a low vapor pressure material vaporization supply apparatus such as Ta-based, specifically pentaethoxytantalum [Ta (OC ₂ H ₅ ) ₅ ].
[0002]
[Prior art]
The vaporization part structure applied to this kind of low vapor pressure material vaporization and supply apparatus is applied to a vaporizer incorporated in the apparatus so that the liquid material such as a liquid material supply apparatus can be vaporized quantitatively. In order to supply to various use points such as a chamber of a semiconductor manufacturing apparatus, the liquid is vaporized by this vaporizer.
[0003]
The specific structure is as shown in FIGS. 7A and 7B.
For example, a carrier gas introduction path 02 and a vaporized gas lead-out path 03 that do not cross each other are provided in a main body block 01 made of a metal material having good thermal conductivity and corrosion resistance, such as stainless steel.
[0004]
In addition, the liquid material introduction path 04 has one opening (liquid material introduction port) formed on one side surface of the main body block 01 and the other opening (liquid material outlet port) 05 orthogonal to the side surface. It is formed on the upper surface 06 of the block 01. A groove 07 is formed around the other opening (liquid material outlet) 05 so as to be concentric with the opening 05. Accordingly, a flat circular table-like smooth surface T is formed between the peripheral edge of the other opening (liquid material outlet port) 05 and the upper edge of the inner peripheral surface of the groove 07.
[0005]
An opening 08 of the carrier gas introduction path 02 and an opening 09 of the vaporized gas outlet path 03 are opened so as to face the groove 07. The opening 08 of the carrier gas introduction path 02 and the opening 09 of the vaporized gas lead-out path 03 are arranged symmetrically with respect to the other opening 05 of the liquid material introduction path 04.
[0006]
Further, a valve block 011 having a diaphragm 010 at its lower end is disposed on the upper surface of the main body block 01 in an airtight manner, and a vaporizing chamber 012 is formed by the diaphragm 010 and the groove 07. The liquid material outlet port 05 is opened and closed by moving the central portion 010A of the diaphragm 010 up and down. A so-called direct-in method is employed.
[0007]
Therefore, when vaporizing the liquid material by a predetermined amount, the center portion 010A of the diaphragm 010 is moved slightly upward so that the lower surface of the center portion 010A of the diaphragm 010 is slightly above the upper surface of the main body block 01, that is, the smooth surface T. Keep them separated. As a result, the liquid material outlet 05 is opened.
[0008]
Next, the carrier gas is supplied to the carrier gas introduction path 02 at the same time as the liquid material is supplied to the liquid material introduction path 04. The liquid material oozes out from the liquid material outlet port 05 to the groove 07 side through a slight gap between the diaphragm 010 and the smooth surface T, and at the meeting point between the inner peripheral surface of the groove 07 and the diaphragm 010. It adheres to the lower surface of the diaphragm 010 due to surface tension.
[0009]
However, due to the action of gravity, it oozes out so as to drip to the groove bottom side along the inner peripheral surface of the groove 07. On the other hand, the carrier gas flows into the groove 07 through the opening 08 that faces the groove 07, branches left and right from the opening 08, and circulates in the groove 07 halfway and opens the opening 11 of the vaporized gas lead-out path 03. Then, it flows into this vaporized gas lead-out path 03. At this time, the liquid material comes into contact with the carrier gas flowing into the groove 07 and vaporization is promoted.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to such a conventional direct-in method, the flow of the carrier gas supplied into the groove 07 tends to be slow on the peripheral wall side, while the flow velocity at the center part of the groove width is high. Sufficient contact of the liquid was not suitable, and the desired vaporization efficiency could not be obtained.
[0011]
Further, the liquid material that oozes out from the liquid material outlet port 05 to the groove 07 side through a slight gap between the diaphragm 010 and the smooth surface T is caused by gravity to the inner peripheral surface of the groove 07 and the diaphragm. Since it stays at the 010 meeting point, the contact area with the carrier gas is remarkably narrow, and sufficient contact with the gas-liquid is not suitable, and the desired vaporization efficiency cannot be obtained.
[0012]
In addition, when the vaporization chamber 012 is not completely vaporized in this way and the liquid material remains in a liquid or mist state, the secondary pipe, that is, the vaporized gas lead-out path 03, and further to the subsequent piping system are used. It is supplied and thermally decomposed in the secondary side pipe to be crystallized as tantalum oxide, or remains in the vaporization section as it is to produce the same reactant as described above.
[0013]
The present invention was developed in view of the drawbacks of this conventional structure. Basically, the principle is that the amount of vaporization of the liquid material is proportional to the contact area between the liquid material and the carrier gas. Therefore, it is characterized in that it has been devised so that the liquid material can be expanded as widely as possible and the contact area with the carrier gas can be increased as much as possible.
[0014]
Therefore, even if it is a low vapor pressure material, this invention makes it a subject to make it possible to improve the vaporization efficiency remarkably and to reduce the production | generation of a reaction product markedly.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the invention of claim 1, the liquid material is widely spread in a planar shape in the vaporization chamber, and the carrier gas is configured to flow on the boundary surface from the outer periphery of the liquid material widely expanded in the planar shape toward the inner periphery, In addition, the vaporized gas outlet is located above the vaporization section.
[0016]
According to this means, the carrier gas flows from the outer periphery toward the inner periphery on the surface of the liquid material that has spread widely in the vaporization chamber. At this time, vaporization is promoted on the boundary surface between the liquid material and the carrier gas, the vaporized gas is mixed with the carrier gas, and the mixed gas is supplied from the vaporized gas outlet port above the vaporization unit to the required device from the required flow path. To flow down. As a result, the contact area between the liquid material and the carrier gas can be significantly increased unlike the conventional structure.
[0017]
Therefore, this invention has the following effects.
Since the liquid material is diffused widely on the upper surface of the diaphragm, and the carrier gas flows from the outer periphery to the inner periphery on the upper surface of the widely diffused liquid material, the contact area between the liquid material and the carrier gas is remarkably increased. Therefore, the vaporization efficiency can be greatly improved.
[0018]
As a result, there is no possibility that the liquid material supplied to the vaporization chamber remains in a liquid state or in a mist state. Therefore, unlike the conventional structure, it is possible to prevent the possibility that the liquid gas or the mist is supplied from the vaporized gas outlet to the secondary side flow path, and in the secondary side flow path, for example, it is thermally decomposed. Thus, the tantalum oxide crystallizes or remains in the vaporization part as it is, thereby generating the same reaction product as described above.
[0019]
In addition, since the vaporized gas outlet port is opened above the vaporization section, there is no risk that the liquid material will flow down into the secondary side channel while remaining in the liquid state.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
(First embodiment)
1 to 4 show a first embodiment in the case where the present invention is applied to a vaporizing part structure of a low vapor pressure material vaporizing and supplying apparatus.
FIG. 1 is an enlarged cross-sectional view of a vaporizing portion of a low vapor pressure material vaporizing and supplying apparatus of the present invention, FIG. 2 is an exploded external view of a state in which a main body block and a valve block are separated from an oblique bottom, and FIG. FIG. 4 is a bottom view of the main part in a state where the vaporization chamber is looked up from below.
In these drawings, reference numeral 1 denotes a body block made of a metal material having good thermal conductivity and corrosion resistance, and 2 denotes a valve block. As shown in FIG. 2, a carrier gas introduction path 3 and a vaporized gas lead-out path 4 that do not cross each other are provided inside the main body block 1.
[0022]
As shown in FIG. 2, the liquid material introduction path 5 has one opening (liquid material introduction port) 6 formed on one side surface 7 of the main body block 1 and the other opening (liquid material outlet port) 8. Is formed on the lower surface 9 of the main body block 1 orthogonal to the side surface 7. Around the other opening (liquid material outlet) 8, the lower surface 9 of the main body block 1 has inner and outer double grooves 10 and 11 open to the lower surface around the other opening 8. It is drilled in a core shape. Since the inner and outer grooves 10 and 11 are formed concentrically with the other opening 8, the peripheral edge of the other opening (liquid material outlet port) 8 and the inner peripheral surface of the inner groove 11 are formed. A flat circular table-like smooth surface T is formed between the edges. The smooth surface T is configured to be located on the same plane as the lower surface 9 of the main body block 1.
[0023]
Both grooves 10 and 11 are separated from each other by a partition wall 12. However, the rising dimension A of the partition wall 12 is displaced slightly above the lower surface 9 of the main body block 1, and both the inner and outer grooves 10 and 11 are connected to each other via the lower edge 13 of the partition wall 12. ing.
[0024]
An opening 14 of the carrier gas introduction path 3 is formed at the bottom of the groove 10 outside the double groove, and an opening 15 of the vaporized gas lead-out path 4 is formed at the bottom of the groove 11 inside the double groove. The openings 14 and 15 are arranged with a phase difference of 180 ° around the other opening 8 of the liquid material introduction path 5.
[0025]
Further, the valve block 2 having a diaphragm 16 at its upper end is disposed on the lower surface 9 of the main body block 1 in an airtight manner, and a vaporizing chamber 17 is formed by the diaphragm 16 and the grooves 10 and 11. Has been.
[0026]
The lower surface 9 of the main body block 1 is formed with shallow recess holes 18 in the central portion, leaving a peripheral edge, and the diaphragm 16 has thick wall portions 16B at both ends thereof and the peripheral edge of the lower surface 9 of the main body block 1 and the valve. The vaporization chamber 17 is configured to be held between the peripheral edges of the upper surface 19 of the block 2 and to be kept airtight by the packing 20 disposed on the peripheral portion in the shallow concave hole 18.
[0027]
The central thick portion 16A of the diaphragm 16 is formed to have a diameter larger than the diameter of the flat circular table-like smooth surface T, and is arranged so as to be in surface contact with the smooth surface T. ing. When the central thick part 16A of the diaphragm 16 is moved up and down, the other opening (liquid material outlet) 8 is opened or closed. In addition, a narrow gap channel 21 is formed between the upper surface of the diaphragm 16 and the lower edge 13 of the partition wall 12.
[0028]
In the valve block 2, a piezo actuator 22, which is formed by laminating, for example, piezo elements, which controls the vertical movement of the central thick portion 16A of the diaphragm 16, is built.
[0029]
As shown in FIG. 3, a valve structure portion 23 including the diaphragm 16 is interposed between the main body block 1 and the valve block 2.
As shown in the figure, the valve structure 23 includes the diaphragm 16 that opens and closes the flow path opening 8 of the fluid flow path 5 extending on the lower surface side of the main body block 1 with a flat upper surface. A spring receiver 24, a spring 25, and a split pin for fixing the lower end of the spring 25 in association with the plunger portion 26 of the diaphragm 16, which act to urge the flow path opening 8 in a direction to always open. And an urging mechanism 28 comprising a spring stopper 27 formed by As shown in FIG. 1, the plunger portion 26 is formed by projecting a central thick portion 16 </ b> A of the diaphragm 16 downward.
[0030]
Further, the peripheral thick portion 16B of the diaphragm 16 is provided with a concavity stepped portion 29 concentric with the plunger portion 26 as a center, which is recessed from the lower surface thereof. A fitting protrusion 31 that integrally protrudes and extends above the cylindrical member 30 of the valve block 2 into which the actuator 22 is fitted is fitted. In addition, the spring receiver 24 is elastically biased and held by the pressing force of the spring 25 at the recessed step 29.
[0031]
Further, as shown in the figure, a conical shape is formed at the center of the upper surface of the output member 32 (specifically formed of a diaphragm) 32 of the piezo actuator 22 and the center of the lower surface of the plunger portion 26 of the valve structure 23. Are formed, and a spherical surface 35 is interposed between the upper and lower recesses 33 and 34 so that the spherical bearing portion 36 is connected to the upper surface of the output member 32 of the piezoelectric actuator 22 and the valve structure 23. The plunger portion 26 is formed between the two plunger portions 26.
[0032]
A heater 37 (shown by an imaginary line in FIG. 1) may be provided around the central thick portion 16A of the diaphragm 16 so that the temperature of the vaporizing chamber 17 can be adjusted. This is because the vaporization chamber 17 can be warmed to vaporize the low vapor pressure material more efficiently. In FIG. 3, reference numeral 38 denotes a cartridge heater provided in the main body block 1 for heating the entire block.
[0033]
Next, the operation of the first embodiment will be described.
In vaporizing the liquid material L by a predetermined amount, first, by applying a predetermined voltage to the piezo actuator 22, the output is transmitted to the spherical bearing 36 through the output member 32 and further transmitted to the plunger unit 26. As a result, the central thick portion 16A of the diaphragm 16 is operated, and the upper surface of the central thick portion 16A of the diaphragm 16 is slightly separated from or brought close to the smooth surface T. The opening degree of the opening 8 is adjusted, and the flow rate of the fluid flowing through the liquid material introduction path 5 is adjusted.
[0034]
Next, at the same time as the liquid material L is supplied to the liquid material introduction path 5, the carrier gas G is supplied to the carrier gas introduction path 3. As shown in FIG. 4, the liquid material L oozes out from the liquid material outlet 8 toward the inner groove 11 through a slight gap between the diaphragm 16 and the smooth surface T. The inner peripheral surface of the inner groove 11 and the diaphragm 16 ooze out to the inner groove 11 side, and from the inner peripheral surface of the inner groove 11 and the diaphragm, the action of gravity and surface tension. While adhering to the upper surface of the diaphragm 16, it spreads so as to spread widely in a circular shape and spread out (triangle black portion in FIG. 1).
[0035]
On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 4, the carrier gas G flows into the outer groove 10 through the opening 14 that faces the outer groove 10, and branches right and left from the opening 14. In addition, the inner groove 11 extends through the entire region of the outer groove 10 and through the gap channel 21 between the lower edge 13 of the partition wall 12 that is a partition with the inner groove 11 and the upper surface of the diaphragm 16. In this way, it flows evenly into the inner groove 11 from the peripheral area toward the center.
[0036]
At this time, the carrier gas G flows in the inner groove 11 and flows over the surface of the liquid material L diffused widely on the upper surface of the diaphragm 16, and the liquid material L is vaporized at the boundary with the liquid surface. It is mixed with this carrier gas G, and its vaporization is greatly promoted. The vaporized gas E flows down from the opening 15 of the vaporized gas outlet passage 4 into the vaporized gas outlet passage 4 together with the carrier gas G.
[0037]
As described above, since the liquid material L can be diffused widely, unlike the conventional structure, the contact area between the liquid material L and the carrier gas G can be greatly expanded, and the vaporization efficiency is greatly improved. it can.
[0038]
In addition, the carrier gas G flows into the inner groove 11 from the outer groove 10 through the gap channel 21 between the partition wall 12 and the diaphragm 16, so that the carrier gas G flows into the inner groove 11. The flow rate inside increases. As a result, the surface of the widely diffused liquid material L is always supplied with the new carrier gas G having a fast flow, and then flows down to the vaporized gas lead-out path 4 to greatly improve the vaporization efficiency. Can be planned.
[0039]
Further, since the vaporized gas lead-out path 4 is opened at the upper part of the vaporization chamber 17, there is no possibility that the liquid material L flows into the vaporized gas lead-out path 4 in the liquid state.
[0040]
(Second Embodiment)
Next, the structure shown in FIG. 5 shows a second embodiment in the case where the present invention is applied to the vaporizing part structure of the low vapor pressure material vaporizing and supplying apparatus.
In the second embodiment, the valve block 2 including the piezo actuator 22 is arranged below the first embodiment shown in FIGS. 1 to 4, and the liquid material introduction path 5 is arranged above. Unlike the structure in which the main body block 1 is disposed, a configuration in which the main body block 1 is disposed below and the valve block 2 is disposed above is employed. Its specific structure is as follows.
[0041]
In FIG. 5, the same reference numerals as those shown in FIGS.
[0042]
First, the upper surface 39 of the main body block 1 is formed into a flat surface, and the other opening 8 of the liquid material introduction path 5 is opened at the center portion. Further, a carrier gas introduction path 3 is provided beside the liquid material introduction path 5, and the opening 14 is also opened in the upper surface 39.
[0043]
Further, the valve block 2 including the piezo actuator 22 is disposed in an airtight manner on the upper surface of the diaphragm 16 disposed in an airtight manner on the upper surface 39 of the main body block 1.
[0044]
The diaphragm 16 has a shaft portion 40 integrally extending below a plunger portion 26 extending upward at the center, and a thin portion 16C is formed on the entire periphery of the boundary portion between the shaft portion 40 and the plunger portion 26. The peripheral thick part 16A is integrally formed on the entire circumference of the thin part 16C. Further, the lower surface of the shaft portion 40 is formed as a flat surface, and is arranged to face the other opening 8 of the liquid material introduction path 5 provided in the upper surface 39 of the main body block 1. Accordingly, when the piezo actuator 22 is operated, the shaft portion 40 moves up and down, and the lower surface thereof is brought into contact with and separated from the upper surface 39 of the main body block 1 so that the other opening 8 is opened and closed.
[0045]
In the second embodiment, the lower surface 16D of the peripheral thick portion 16B of the diaphragm 16 has an annular groove 42 formed to open downward, and the diaphragm 16 has an inner side of the annular groove 42. The inner and outer double grooves are formed concentrically by the annular groove 43 that is partitioned by the shaft portion 40, the peripheral thick portion 16B, and the thin portion 16C that connects the shaft portion 40 and the lower portion.
[0046]
The grooves 42 and 43 are separated from each other by the partition wall 12. However, the rising dimension of the partition wall 12 is slightly higher than the lower surface 16D of the diaphragm 16, and a gap is formed between the lower edge 13 of the partition wall 12 and the upper surface 39 of the main body block 1. The inner and outer grooves 42 and 43 are connected to each other through the gap channel 21.
[0047]
A vaporized gas lead-out path 4 formed so as to penetrate from the outer periphery to the inner groove 43 is connected to the peripheral thick portion 16B of the diaphragm 16 in communication. The opening 15 on the inner groove 42 side is arranged with a phase difference of 180 ° around the other opening 8 of the liquid introduction path 5 with respect to the opening 14 of the carrier gas introduction path 3. A vaporization chamber 17 is formed by the diaphragm 16 and the grooves 42 and 43.
[0048]
Therefore, to vaporize the liquid material L by a predetermined amount, first, the piezo actuator 22 is operated to slightly move the diaphragm 16 to open the other opening 8 of the liquid material introduction path 5. Next, in the same manner as in the first embodiment, the liquid material L is supplied to the liquid material introduction path 5 and the carrier gas G is supplied to the carrier gas introduction path 3 to vaporize the liquid material L in the vaporization chamber 17. Let The mechanism by which the liquid material L is vaporized is the same as that in the first embodiment, and this embodiment also enables vaporization much more efficient than the conventional structure. The same effect as that of the first embodiment is exhibited.
[0049]
Furthermore, the second embodiment is characterized in that it is devised to form the vaporizing chamber 17 in the diaphragm 16. That is, the inner and outer double grooves 42 and 43 and the vaporized gas lead-out path 4 are formed in the diaphragm 16. Compared with the formation of the vaporized portion structure in the main body block 1, the comparison is made. It is inexpensive and easy to perform.
[0050]
(Third embodiment)
Next, the structure shown in FIG. 6 shows a third embodiment in the case where the present invention is applied to the vaporization part structure of the low vapor pressure material vaporization supply apparatus.
In the third embodiment, basically, the configuration shown in the second embodiment, that is, the structure for effectively utilizing the diaphragm 16 in the vaporization part structure of the liquid material L is followed. .
Hereinafter, only differences from the structure shown in the second embodiment will be described in detail, and the same structure is denoted by the same reference numeral in the drawing, and detailed description thereof is omitted. In FIG. 6, the same reference numerals as those shown in FIGS. 1 to 4 are the same, and a detailed description thereof will be omitted.
[0051]
Therefore, the difference from the structure shown in the second embodiment resides in the outer groove 42 and the specific structure constituting the gap channel 21.
First, the outer groove 43 is formed on the upper surface 39 of the main body block 1.
[0052]
The gap channel 21 is configured as follows.
A recessed portion 45 is formed in the outer peripheral edge of the downward opening of the inner groove 43 formed in the diaphragm 16 so as to be shallowly recessed over the entire circumference. Then, the outer edge of the recessed portion 45, that is, the meeting point 46 between the lower surface 16D of the diaphragm 16 and the outer peripheral wall 45A of the recessed portion 45 exceeds the inner peripheral wall 42A of the outer groove 42 formed in the main body block 1. The concave portion 45 is formed so as to reach approximately the middle point of the groove width, and the concave portion 45 is always communicated with the inner groove 42. By doing so, a gap is formed between the upper surface 39 of the main body block 1 and the recessed portion 45. This gap functions as the gap channel 21.
[0053]
As described above, in the third embodiment, the diaphragm 16 is formed only with the inner groove 43, the vaporized gas lead-out path 4, and the gap channel 45, and the structural portion that forms the outer groove 42. Is slightly different from the second embodiment in that it is formed on the main body block 1 side.
[0054]
Therefore, the piezo actuator 22 is actuated to move the diaphragm 16 slightly upward to open the other opening 8 of the liquid material introduction path 5, and the liquid material L and the carrier gas in the same manner as in the first embodiment. G is supplied. Next, the liquid material L is vaporized in the vaporizing chamber 17. The mechanism by which the liquid material L is vaporized is the same as that in the first embodiment, and this embodiment also enables vaporization much more efficient than the conventional structure. The same effect as that of the first embodiment is exhibited.
[0055]
Furthermore, the third embodiment is characterized in that it is devised to form the vaporizing chamber 17 in the diaphragm 16. In other words, the inner groove 43, the vaporized gas lead-out path 4, and further the gap flow path 45 are formed in the diaphragm 16. Compared with the case where the entire vaporized part structure is formed in the main body block 1, it is markedly different. It is inexpensive and easy to manufacture.
[0056]
1 to 6, the relationship between the diaphragm 16 and the opening 8 on the other side of the liquid material introduction path 5 opened and closed by the diaphragm 16 is a normally closed type. It goes without saying that it also applies to types.
[0057]
The embodiments can be combined with each other as appropriate without departing from the intended purpose of the present invention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially cutaway enlarged longitudinal sectional view of a vaporization chamber portion showing a first embodiment when the present invention is applied to a vaporization portion structure of a low vapor pressure material vaporization supply device.
FIG. 2 is an exploded external view of the low vapor pressure material vaporization supply device.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the low vapor pressure material vaporization supply device.
FIG. 4 is an operation explanatory view of a vaporization unit structure of the low vapor pressure material vaporization supply device, and is a bottom view of a vaporization chamber portion seen from the lower surface.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the low vapor pressure material vaporization supply device, showing a second embodiment when the present invention is applied to the vaporization portion structure of the low vapor pressure material vaporization supply device.
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the low vapor pressure material vaporization supply device, showing a third embodiment when the present invention is applied to the vaporization portion structure of the low vapor pressure material vaporization supply device.
7A and 7B show a vaporization part structure of a conventional low vapor pressure material vaporization supply apparatus, in which FIG. 7A is an enlarged cross-sectional view of a main part, and FIG. 7B is a plan view of a vaporization chamber portion as viewed from above.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main body block body, 2 ... Valve block, 3 ... Liquid material introduction path, 4 ... Carrier gas introduction path, 5 ... Vaporized gas outlet path, 8 ... Other opening, 9 ... Lower surface, 10, 42 ... Outer groove, DESCRIPTION OF SYMBOLS 11, 43 ... Inner groove | channel, 12 ... Partition, 13 ... Lower edge of a partition, 14 ... Opening, 15 ... Opening, 16 ... Diaphragm, 17 ... Vaporization chamber, 21 ... Gap flow path, 23 ... Valve structure part, 28 ... Energizing mechanism, E ... vaporized gas, G ... carrier gas, L ... liquid material.

Claims

The liquid material is widely spread in a planar shape in the vaporization chamber, and the carrier gas is configured to flow on the boundary surface from the outer periphery to the inner periphery of the liquid material widely expanded in the planar shape. A vaporizing part structure characterized by being above the vaporizing part.