JP4251429B2 - Liquid material vaporizer - Google Patents
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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る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、例えば図4に示すようなものがある。すなわち、この図4は、従来の液体材料気化装置の要部を示すもので、この図において、41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42,43,44が形成されており、その上面に気液混合室45が形成されている。
【0003】
前記流路42は、液体材料LM(図示していない)を気液混合室45に導入するもので、この液体材料導入路42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41の前面側に開口し、他端が本体ブロック41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43は、キャリアガスCGを気液混合室45に導入するもので、このキャリアガス導入路43は、その一端が本体ブロック41の左側面に開口し、他端が本体ブロック41の上面の凹部41aに開口するよう、L字型を呈している。また、前記流路44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41の右側面に開口し、他端が本体ブロック41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46を介して気液混合部45に連なっている。
【0004】
そして、前記気液混合室45は、本体ブロック41の上面に形成された凹部41aが弁部材としてのダイヤフラム47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47は本体ブロック41の上面に設けられる弁ブロック48内に収容され、この弁ブロック48の上部に立設されたピエゾアクチュエータ49によって下方に押圧駆動される。なお、50はダイヤフラム47を上方に常時付勢するばねである。また、51は本体ブロック41を加熱するヒータである。
【0005】
また、前記ノズル部46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45に近接してその下流側のガス導出路44の最上流部に設けられており、気液混合室45において生じた気液混合体がこのノズル部46を通過することによりガス導出路44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44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41に設けた気液混合室45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41内の前記気液混合室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、液体材料LMとキャリアガスCGとを混合する気液混合室45と、この気液混合室45で生成された気液混合体中の液体材料LMを気化させるノズル部46とが、一つの温度調整された本体ブロック41に形成されているので、次のような不都合があった。すなわち、例えばペンタエトキシタンタルなどのように低蒸気圧の液体材料LMを気化するような場合、その気化量を上げるためには、当該液体材料LMの温度を高くする必要があり、そのため、本体ブロック41を加熱してその温度を高くする必要がある。しかし、ピエゾアクチュエータ49などの部材は、耐熱性がそれほどなく、このため、本体ブロック41の加熱温度には自ずと制限があり、その結果、低蒸気圧の液体材料LMを効率よく気化することができないといった不都合がある。
【0008】
また、液体材料LMを長く加熱しその温度を上昇させると、当該液体材料LMが熱分解されてさらに低蒸気圧の物質に変質(変成)し、その結果、ノズル部46においてこれらが固形物となって詰まりを生じたり、当該固形物がそのまま半導体製造材料として供給されるといった不都合がある。
【0009】
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、熱分解を起こしやすい液体材料であってもこれを熱分解させることなく確実に気化させ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。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の液体材料気化装置は、低蒸気圧の液体材料とキャリアガスとが供給され、前記液体材料を流量制御しながらキャリアガスと混合する流量制御機能を備えた制御バルブよりなる気液混合部を備え、この気液混合部において生成された気液混合体がノズル部を通過することによりガス導出路に放出され、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と混合して混合ガスとなり、ガス導出路を流れるよう構成された液体材料気化装置であって、
前記気液混合部と独立して設けられ、管路を介して導入される気液混合部からの気液混合体をノズル部から放出して減圧することにより前記液体材料を気化し、この気化によって生じたガスを前記キャリアガスによってガス導出路に導出する気化部を有し、さらに、前記気液混合部と気化部とは個別に温度設定されており、かつ、前記気化部の温度が前記気液混合部の温度よりも高く設定されているとともに、
前記気液混合部は気液混合室を有し、この気液混合室の上面には凹部が形成され、この凹部に液体材料導入路が開口しており、また、前記凹部の中心には凹部よりもやや高いバルブシートが形成され、このバルブシートにキャリアガス導入路と気液混合体導出路の一端が開口した混合溝が形成されており、前記気液混合体導出路の他端が前記管路に連通接続されていることを特徴としている(請求項1)。
【0011】
【0012】
上記液体材料気化装置においては、液体材料とキャリアガスとが供給され、前記液体材料を流量制御しながらキャリアガスと混合する流量制御機能を備えた制御バルブよりなる気液混合部と、この気液混合部から供給される気液混合体中の液体材料を気化する気化部とを分離しているので、気液混合部および気化部のそれぞれを、それぞれに適した温度状態に保持することができ、最適状態で液体材料を気化することができる。
【0013】
【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3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気液混合部、2はこの気液混合部1とは独立して設けられ、管路3を介して供給される気液混合体に含まれる液体材料を気化する気化部である。
【0014】
前記気液混合部1は、液体流量制御機能を備えた制御バルブよりなり、次のように構成されている。すなわち、図2および図3において、4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る。この本体ブロック4の内部には、3つの流路5,6,7が形成されている。
【0015】
前記流路5は、低蒸気圧の液体材料LMを後述する気液混合室14に導入するもので、この液体材料導入路5は、その一端が本体ブロック4の前側面に開口し、他端が本体ブロック4の上面の凹部15に開口するよう、L字型を呈している。この液体材料導入路5には、継手部材8を介して液体材料供給路(図示していない)が接続されており、流量調整された液体材料LMを供給できるようにしてある。
【0016】
そして、前記流路6は、キャリアガスCGを気液混合室14に導入するもので、このキャリアガス導入路6は、その一端が本体ブロック4の右側面に開口し、他端が本体ブロック4の上面に開口するよう、L字型を呈している。このキャリアガス導入路6には、継手部材9を介してキャリアガス供給路(図示していない)が接続されており、流量調整されたキャリアガスCGを供給できるようにしてある。
【0017】
また、前記流路7は、気液混合室14内の混合溝17において生じた気液混合体を導出するもので、この気液混合体導出路7は、その一端(上端)が混合溝17において開口し、他端(下端)が本体ブロック4内に挿通された管路3に連通接続されている。
【0018】
さらに、10は本体ブロック4全体を加熱するヒータで、例えばカートリッジヒータよりなり、図示例では、本体ブロック4内に挿入され、気液混合体導出路7と連通接続された管路3の前記挿入部分を加熱できるように構成されている。
【0019】
次に、上記本体ブロック4の上面4aにおける構成を、図2および図3を参照しながら説明すると、11は弁ブロックで、本体ブロック4の上面4a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11と前記上面4aとの間に、液体流量制御機能を有するバルブ本体12が形成される。すなわち、弁ブロック11の内部空間11aに、ダイヤフラム13と本体ブロック4の上面4aとによって気液混合室14が形成されている。
【0020】
すなわち、前記気液混合室14は、例えばつぎのように構成されている。前記上面4aには凹部15が形成され、この凹部15に液体材料導入路5の垂直部5aが開口しており、さらに、前記凹部15の中心には凹部15よりもやや高いバルブシート16が形成され、このバルブシート16にキャリアガス導入路6の垂直部6aと気液混合体導出路7の垂直部7aが開口した混合溝(実質的な気液混合室)17が形成されている。
【0021】
そして、前記ダイヤフラム13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13aの下方にバルブシート16の上面と当接または離間する弁部13bが形成されるとともに、この周囲に薄肉部13cを備え、さらに、この薄肉部13cの周囲に厚肉部13dを備えてなるもので、ばね18によって上方に常時付勢されることにより、弁部13bがバルブシート16からは離間しているが、軸部13aに下方向への押圧力が作用すると、弁部13bがバルブシート16と当接する方向に変位するように構成されている。
【0022】
19はダイヤフラム13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11の上部に立設されたハウジング20内に複数の圧電素子を積層してなるピエゾスタック21を設け、このピエゾスタック21の下方の押圧部21aを真球22を介してダイヤフラム13の軸部13a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14においては、液体材料導入路5を経た液体材料LMは、ピエゾアクチュエータ19によって駆動されるダイヤフラム13によって混合溝17への流入流量が制御されて導入される一方、前記混合溝17にはキャリアガス導入路6を経てキャリアガスCGが導入される。そして、これらの液体材料LMとキャリアガスCGは、混合溝17内で混合し、気液混合体GLとして気液混合体導出路7に導出され、さらに、管路3に至る。
【0024】
なお、図1において、23は気液混合部1のカバー体である。
【0025】
次に、気化部2の構成を図2および図3を参照しながら説明すると、24は気化ブロック24aと予熱ブロック24bとからなり、気化ブロック24aは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、予熱ブロック24bは熱伝導性に富むアルミニウムからなる。そして、予熱ブロック24bには、一端が気液混合部1の本体ブロック4に挿入接続された管路3の他端側が貫通するように設けられ、さらに、この管路3の最下流端は、気化ブロック24a内のガス導出路25に接続されるが、このガス導出路25と前記管路3の最下流端との間にはノズル部26が形成されている。なお、気化ブロック24aには、カートリッジヒータ27が内蔵されており、ノズル部26を含む気化ブロック24a全体が適宜の温度(前記本体ブロック4の加熱保温温度よりもかなり高い温度)になるように加熱保温されるようにしてある。また、前記ガス導出路25の下流側には、継手部材28を介して半導体製造装置への管路(図示していない)が接続される。
【0026】
前記ノズル部26は、その直径および長さはかなり小さく、例えば直径は1.0mm以下、長さは1.0mm程度である。このノズル部26には、管路3を経て導入される気液混合体GLが流れるが、このとき、気液混合体GLに含まれる液体材料LMが減圧されることによって気化され、この気化によって生じたガスはキャリアガスCGと混合して混合ガスKGとなる。
【0027】
そして、前記気液混合部1と気化部2とを接続する管路3は、気化部2の温度が気液混合部1側に伝達されるのを防ぐ機能をも有するが、気液混合部1側で生成された気液混合体GLをできるだけ短時間で気化部2に導入する機能をも有している。このため、管路3の内径はノズル部26よりも太径に形成されており、その外周にはヒータが巻設されるなどして、適宜の温度に加熱保持されるようにしてもよい。
【0028】
上述のように構成された液体材料気化装置の動作について説明する。液体材料導入路5を経て気液混合部1に導入された液体材料LMは、ピエゾアクチュエータ19によって駆動されるダイヤフラム13によって気液混合室14内の混合溝17への流入流量が制御されて導入される一方、前記混合溝17にはキャリアガス導入路6を経てキャリアガスCGが導入される。そして、これらの液体材料LMとキャリアガスCGは、混合溝17内で混合し、気液混合体GLとして気液混合体導出路7に導出され、管路3に至る。
【0029】
この場合、液体材料導入路5、キャリアガス導入路6、気液混合体導出路7および混合溝17が形成された本体ブロック4はヒータ10によって適宜の温度に加熱保温されているので、特に、液体材料LMに変質が生じたり、固形物が生ずるといったことが巧みに防止される。また、前記管路3も適宜の温度に加熱保温されているので、前記気液混合体GL中の液体材料LMは変質することなく管路3を経て速やかに気化部2に導入される。
【0030】
前記気化部2に導入された気液混合体GLは、管路3の下流端を経てノズル部26に至り、さらに、このノズル部26を経てガス導出路25に至るが、ノズル部26通過時、気液混合体GLに含まれる液体材料LMが減圧されることによって気化され、この気化によって生じたガスはキャリアガスCGと混合して混合ガスKGとなり、その状態で半導体製造装置への管路へと流れていく。
【0031】
この場合、気化部2には予熱ブロック24bが設けられており、管路3を経てノズル部26に向かう液体材料LMが予熱される。また、ノズル部26は、気化ブロック24aがヒータ27によって適宜の温度に加熱保温されているので、前記液体材料LMの気化を効率よく行わせることができる。
【0032】
上述したように、この実施の形態においては、液体材料LMとキャリアガスCGとを混合する気液混合部1と、この気液混合部1から供給される気液混合体GLに含まれる液体材料LMを気化させる気化部2とが分離して設けられている。したがって、気液混合部1と気化部2における温度を個別に設定することができる。すなわち、気液混合部1には、ダイヤフラム13やピエゾアクチュエータ19など耐熱温度が余り高くない部材が多く設けられているので、この気液混合部1については、液体材料LMとキャリアガスCGの混合を妨げない程度および液体材料LMを熱分解させない程度に温度を設定管理すればよい。一方、気化部2においては、液体材料LMの気化を効率よく行うために、気化ブロック24aや予熱ブロック24bの温度を、液体材料LMの気化に最適の温度(前記気液混合部1の温度よりも高い)に設定することができる。
【0033】
また、液体材料LMの加熱は、従来に比べて短くて済み、気化部2において液体材料LMを瞬間的かつ安定してに気化させることができるので、気化によって生成されたガスに固形物などの異物が混じるといったこともなくなる。
【0034】
つまり、上記構成の液体材料気化装置においては、液体材料LMの詰まりを生じたり、液体材料LMを熱分解させて変成させたりすることなく、液体材料LMを効率よく気化させることができ、所望のガスを効率よく得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の液体材料気化装置においては、低蒸気圧の液体材料とキャリアガスとを混合する気液混合部と、混合された気液混合体中の液体材料を気化する気化部とを、分離独立して設けられているので、気液混合部と気化部とをそれぞれの機能を最適に発揮するように温度管理することができ、所望の液体材料を効率よく気化させることができる。
【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断面図である。
【図3】 前記液体材料気化装置の要部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図4】 従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
1…気液混合部(制御バルブ)、2…気化部、3…管路、4a…上面、5…液体材料導入路、6…キャリアガス導入路、14…気液混合室、15…凹部、16…バルブシート、17…混合溝、26…ノズル部、LM…液体材料、CG…キャリアガス、GL…気液混合体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid material vaporizer that vaporizes a liquid material used, for example, in semiconductor manufacturing.
[0002]
[Prior art]
An example of a conventional liquid material vaporizer is shown in FIG. That is, FIG. 4 shows a main part of a conventional liquid material vaporizer. In this figure,
[0003]
The
[0004]
The gas-
[0005]
The
[0006]
In the liquid material vaporizer configured as described above, the liquid material LM and the carrier gas CG are mixed while controlling the flow rate of the liquid material LM in the gas-
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional liquid material vaporizer, the gas-
[0008]
Further, when the liquid material LM is heated for a long time and its temperature is raised, the liquid material LM is thermally decomposed and further transformed (transformed) into a substance having a low vapor pressure. Thus, there is a disadvantage that clogging occurs and the solid matter is supplied as it is as a semiconductor manufacturing material.
[0009]
The present invention has been made in consideration of the above-mentioned matters, and an object of the present invention is to provide a liquid material vaporizer that can reliably vaporize a liquid material that easily undergoes thermal decomposition without causing thermal decomposition. Is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a liquid material vaporizer according to the present invention is supplied with a low vapor pressure liquid material and a carrier gas, and has a flow rate control function for mixing the liquid material with the carrier gas while controlling the flow rate of the liquid material. A gas-liquid mixing unit comprising a valve is provided, and the gas-liquid mixture generated in the gas-liquid mixing unit is discharged to the gas outlet path by passing through the nozzle unit, whereby the liquid material contained in the gas-liquid mixture Is a liquid material vaporizer configured to be mixed with a carrier gas to become a mixed gas and to flow through a gas outlet path,
The liquid material is vaporized by releasing the gas-liquid mixture from the gas-liquid mixing unit, which is provided independently of the gas-liquid mixing unit and introduced through a pipe line, from the nozzle unit and reducing the pressure. A vaporization section for deriving the gas generated by the above-described carrier gas to a gas outlet path, and the gas-liquid mixing section and the vaporization section are individually set in temperature, and the temperature of the vaporization section is It is set higher than the temperature of the gas-liquid mixing part,
The gas-liquid mixing section has a gas-liquid mixing chamber, a recess is formed on the upper surface of the gas-liquid mixing chamber, a liquid material introduction path is opened in the recess, and a recess is formed at the center of the recess. A valve seat that is slightly higher than that is formed, and a mixing groove in which one end of the carrier gas introduction path and the gas-liquid mixture outlet path is opened is formed in the valve seat, and the other end of the gas-liquid mixture outlet path is It is characterized by being connected in communication with a pipeline (claim 1).
[0011]
[0012]
In the liquid material vaporizer, a liquid material and a carrier gas are supplied, and a gas-liquid mixing unit comprising a control valve having a flow rate control function for mixing the liquid material with the carrier gas while controlling the flow rate of the liquid material, Since the vaporizing unit that vaporizes the liquid material in the gas-liquid mixture supplied from the mixing unit is separated, each of the gas-liquid mixing unit and the vaporizing unit can be maintained at a temperature state suitable for each. The liquid material can be vaporized in the optimum state.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the details of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 3 show an embodiment of the present invention. First, FIG. 1 schematically shows the overall configuration of a liquid material vaporizer according to the present invention. In this figure, 1 is a gas-liquid mixing unit having a liquid flow rate control function, and 2 is this gas-
[0014]
The gas-
[0015]
The
[0016]
The
[0017]
The
[0018]
Further,
[0019]
Next, the configuration of the
[0020]
That is, the gas-
[0021]
The
[0022]
[0023]
In the gas-
[0024]
In FIG. 1,
[0025]
Next, the configuration of the
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
The operation of the liquid material vaporizer configured as described above will be described. The liquid material LM introduced into the gas-
[0029]
In this case, the main body block 4 in which the liquid
[0030]
The gas-liquid mixture GL introduced into the
[0031]
In this case, the vaporizing
[0032]
As described above, in this embodiment, the liquid material included in the gas-
[0033]
In addition, the heating of the liquid material LM can be shorter than in the prior art, and the liquid material LM can be vaporized instantaneously and stably in the
[0034]
That is, in the liquid material vaporization apparatus having the above-described configuration, the liquid material LM can be efficiently vaporized without causing clogging of the liquid material LM or without causing the liquid material LM to be thermally decomposed and transformed. Gas can be obtained efficiently.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the liquid material vaporization apparatus of the present invention, the gas-liquid mixing unit that mixes the low vapor pressure liquid material and the carrier gas, and the vaporization that vaporizes the liquid material in the mixed gas-liquid mixture. Since the gas-liquid mixing part and the vaporization part can be temperature-controlled so as to optimally perform their respective functions, the desired liquid material can be efficiently vaporized. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an overall configuration of an example of a liquid material vaporizer according to the present invention, in which (A) is a top view and (B) is a front view.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a configuration of a main part of the liquid material vaporizer.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a main part of the liquid material vaporizer.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional technique.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記気液混合部と独立して設けられ、管路を介して導入される気液混合部からの気液混合体をノズル部から放出して減圧することにより前記液体材料を気化し、この気化によって生じたガスを前記キャリアガスによってガス導出路に導出する気化部を有し、さらに、前記気液混合部と気化部とは個別に温度設定されており、かつ、前記気化部の温度が前記気液混合部の温度よりも高く設定されているとともに、
前記気液混合部は気液混合室を有し、この気液混合室の上面には凹部が形成され、この凹部に液体材料導入路が開口しており、また、前記凹部の中心には凹部よりもやや高いバルブシートが形成され、このバルブシートにキャリアガス導入路と気液混合体導出路の一端が開口した混合溝が形成されており、前記気液混合体導出路の他端が前記管路に連通接続されていることを特徴とする液体材料気化装置。A liquid material having a low vapor pressure and a carrier gas are supplied, and includes a gas-liquid mixing unit including a control valve having a flow rate control function of mixing the liquid material with the carrier gas while controlling the flow rate of the liquid material. The generated gas-liquid mixture passes through the nozzle part and is discharged to the gas lead-out path. As a result, the liquid material contained in the gas-liquid mixture is vaporized by decompression, and this gas is mixed with the carrier gas. A liquid material vaporizer configured to be a mixed gas and flow through the gas outlet path,
The liquid material is vaporized by releasing the gas-liquid mixture from the gas-liquid mixing unit, which is provided independently of the gas-liquid mixing unit and introduced through a pipe line, from the nozzle unit and reducing the pressure. A vaporization section for deriving the gas generated by the above-described carrier gas to a gas outlet path, and the gas-liquid mixing section and the vaporization section are individually set in temperature, and the temperature of the vaporization section is It is set higher than the temperature of the gas-liquid mixing part,
The gas-liquid mixing section has a gas-liquid mixing chamber, a recess is formed on the upper surface of the gas-liquid mixing chamber, a liquid material introduction path is opened in the recess, and a recess is formed at the center of the recess. A valve seat that is slightly higher than that is formed, and a mixing groove in which one end of the carrier gas introduction path and the gas-liquid mixture outlet path is opened is formed in the valve seat, and the other end of the gas-liquid mixture outlet path is A liquid material vaporizer characterized by being connected in communication with a pipeline.
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