JP4276409B2

JP4276409B2 - 液体材料気化装置

Info

Publication number: JP4276409B2
Application number: JP2002181987A
Authority: JP
Inventors: 英顕宮本
Original assignee: Horiba Stec Co Ltd
Current assignee: Horiba Stec Co Ltd
Priority date: 2002-06-21
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: JP2004031441A

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、液体材料の気化供給の応答性をよくするために、ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部のバルブ本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにしたものがある。図５は、このような液体材料気化装置の要部の構成を示すもので、この図において、５１は例えば直方体形状の気化ブロックで、その内部には３つの流路５２，５３，５４が形成されており、その上面に気液混合部５５が形成されている。
【０００３】
前記流路５２は、液体材料ＬＭ（図示していない）を気液混合部５５に導入するもので、この液体材料導入路５２は、紙面に垂直な方向に設けられており、その一端が気化ブロック５１の前面側に開口し、他端が気化ブロック５１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５３は、キャリアガスＣＧを気液混合部５５に導入するもので、このキャリアガス導入路５３は、その一端が気化ブロック５１の左側面に開口し、他端が気化ブロック５１の上面の凹部５１ａに開口するよう、Ｌ字型を呈している。また、前記流路５４は、ガス導出路として機能するもので、その一端が気化ブロック５１の右側面に開口し、他端が気化ブロック５１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５６を介して気液混合部５５に連なっている。
【０００４】
そして、前記気液混合部５５は、気化ブロック５１の上面に形成された凹部５１ａが流量制御弁部のバルブ本体としてのダイヤフラム５７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５７は気化ブロック５１の上面に設けられる弁ブロック５８内に収容され、この弁ブロック５８の上部に立設されたピエゾアクチュエータ５９によって下方に押圧駆動される。なお、６０はダイヤフラム５７を上方に常時付勢するばねである。また、６１は気化ブロック５１を加熱するカートリッジヒータである。
【０００５】
また、前記ノズル部５６は、例えば直径および長さが１．０ｍｍ以下の小さなもので、気液混合部５５の近接してその下流側のガス導出路５４の最上流部に設けられており、気液混合室５５において生じた気液混合体がこのノズル部５６を通過することによりガス導出路５４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５４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気化ブロック５１に設けた気液混合部５５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、気化ブロック５１内の気液混合部５５に近接して形成されたノズル部５６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】
一般に、前記液体材料ＬＭの気化は、気化ブロック５１の温度が高いほど効率よく行われるため、上述のように、気化ブロック５１をカートリッジヒータ６１によって加熱しているが、このように気化ブロック５１を加熱すると、この熱がバルブ本体５７などを経てピエゾアクチュエータ５９側に伝わり、ピエゾアクチュエータ５９も加熱されることなる。一方、ピエゾアクチュエータ５９は、その主たる構成部材がピエゾ素子よりなるが。このピエゾ素子は、その特性上、できるだけ低い温度で使用するのが好ましく、したがって、従来においては、ピエゾアクチュエータ５９を自然冷却によって放熱が行われるように構成されていた。
【０００８】
そして、前記気化ブロック５１とピエゾアクチュエータ５９との温度差は、３０℃程度であり、ピエゾアクチュエータ５９の使用限界温度が１２０℃であるため、気化ブロック５１側の最高使用温度は、１５０℃となってしまう。ところで、液体材料ＬＭのなかには、１５０℃を超えたかなり高温状態でないと気化がスムーズに行われない低蒸気圧液体材料があり、従来の液体材料気化装置においては、このような低蒸気圧液体材料を気化させることは困難であった。そして、前記ピエゾアクチュエータ５９を上記使用限界温度近傍で使用し続けると、本来の機能が低下し、その寿命が短くな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、気化ブロックの温度を低くすることなく、ピエゾアクチュエータを冷却し、ピエゾ素子の使用限界温度以上で液体材料の気化を効率よく行わ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、この発明は、ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記弁本体とピエゾアクチュエータとの間にスペーサを設け、このスペーサを介してピエゾアクチュエータの出力を弁本体に伝達するとともに、ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーに、ファンと、装置カバーの内外を連通する通風孔とを形成したことを特徴としている（請求項１）。
【００１１】
そして、前記請求項１に記載の液体材料気化装置において、ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーの上部にファンを設けるとともに、前記装置カバーの下部のスペーサに対応する部分に通風孔を形成してもよい（請求項２）。
【００１２】
上記構成よりなる液体材料気化装置によれば、気化ブロック側の熱がピエゾアクチュエータ側に伝わりにくくなるとともに、ピエゾアクチュエータが強制的に空冷されるので、気化ブロックの温度を、低蒸気圧液体材料をスムーズに気化することができる温度まで加熱しても、ピエゾアクチュエータの温度の上昇が抑制される。したがって、低蒸気圧液体材料であっても確実に気化することができるとともに、ピエゾアクチュエータの機能低下や低寿命化が防止され、長期にわたって液体材料を確実に気化することができる。
また、この発明は、ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記弁本体とピエゾアクチュエータとの間にスペーサを設け、このスペーサを介してピエゾアクチュエータの出力を弁本体に伝達するようにしたことを特徴としていてもよい（請求項３）。
さらに、この発明は、ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーに、ファンと、装置カバーの内外を連通する通風孔とを形成したことを特徴としていてもよい（請求項４）。
【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４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は液体材料気化装置本体、２はその外部を覆う装置カバーである。
【００１４】
前記液体材料気化装置本体１の構成を、図２〜図４を参照しながら説明すると、図２および図３において、３は例えば直方体形状の気化ブロックで、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り、その内部には、３つの流路４，５，６が形成されており、上面３ａに気液混合部７（この構成は後で説明する）が形成されている。
【００１５】
前記流路４は、液体材料ＬＭを気液混合部７に導入するもので、この液体材料導入路４は、その一端が気化ブロック３の前側面３ｂに開口し、他端が気化ブロック３の上面３ａの気液混合部７に開口するよう、Ｌ字型を呈している。
【００１６】
前記流路５は、キャリアガスＣＧを気液混合部７に導入するもので、このキャリアガス導入路５は、その一端が気化ブロック３の左側面３ｃに開口し、他端が気液混合部７に開口するよう、逆Ｌ字型を呈している。
【００１７】
前記流路６は、ガス導出路として機能するもので、その一端が気化ブロック３の右側面３ｄに開口し、他端が気液混合部７に開口するよう、Ｌ字型を呈している。そして、このガス導出路６の最上流側の気液混合部７との連通部分には、ノズル部８が形成されている。このノズル部８には、気液混合部７において生じた気液混合体が流れるが、これに含まれる液体材料ＬＭを減圧によって気化するものである。
【００１８】
前記ノズル部８は、その直径が例えばガス導出路６の内径に比べてかなり小さく、また、長さもかなり小さく、例えば直径が１．０ｍｍ以下、長さが１．０ｍｍ程度である。
【００１９】
そして、９は気化ブロック３全体を適宜の温度に加熱するヒータで、例えばカートリッジヒータよりなる。
【００２０】
また、図１において、１０は液体材料導入路４に導入端に設けられる継手部材、１１はキャリアガス導入路５の導入端に設けられる継手部材、１２はガス導出路６の導出端に設けられる継手部材である。
【００２１】
次に、上記気化ブロック３の上面３ａにおける構成を、図３および図４を参照しながら説明すると、１３は弁ブロックで、前記上面３ａ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１３と前記上面３ａとの間に、液体流量制御機能を有する流量制御弁部１４が形成される。すなわち、弁ブロック１３の内部空間１３ａに、弁本体としてのダイヤフラム１５と前記上面２ａとによって気液混合部７が形成されている。
【００２２】
前記気液混合部７は、例えば以下のように構成されている。すなわち、図４に示すように、前記上面３ａには凹部１６が形成され、この凹部１６に液体材料導入路４の垂直部４ａが開口しており、さらに、前記凹部１６の中心には凹部１６よりもやや高いバルブシート１７が形成され、このバルブシート１７にキャリアガス導入路５の垂直部５ａおよびノズル部８の上部側が適宜の間隔をおいて開口した混合溝（実質的な気液混合部）１８が形成されている。
【００２３】
そして、前記ダイヤフラム１５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１５ａの下方にバルブシート１７の上面と当接または離間する弁部１５ｂが形成されるとともに、この周囲に薄肉部１５ｃを備え、さらに、この薄肉部１５ｃの周囲に厚肉部１５ｄを備えてなるもので、ばね１９によって上方に常時付勢されることにより、弁部１５ｂがバルブシート１７からは離間しているが、軸部１５ａに下方向への押圧力が作用すると、弁部１５ｂがバルブシート１７と当接する方向に変位するように構成されている。
【００２４】
２０は弁本体１５を下方に押圧してこれを変位させるためのピエゾアクチュエータで、弁ブロック１３の上部に立設されたハウジング２１内に複数のピエゾ素子を積層したピエゾスタック２２よりなるもので、この実施の形態においては、ピエゾスタック２２の下部押圧部２２ａと弁本体であるダイヤフラム１５の軸部１５ａの上端との間にスペーサ２３が介装され、このスペーサ２３を介してピエゾスタック２２の出力が弁本体１５に伝達されるとともに、ピエゾスタック２２を気化ブロック３からできるだけ離れるように構成されている。なお、２４ａ，２４ｂは前記押圧部２２ａとスペーサ２３の上板部２３ａとの間、スペーサ２３の下板部２３ｂと弁本体１５の軸部１５ａの上端との間に、それぞれ、介装される真球である。
【００２５】
前記スペーサ２３は、断熱体または非熱伝導体としての機能を備えるように、断熱性または非熱伝導性かつ適宜の機械的強度を有する素材、例えばゴムや合成樹脂よりなり、ハウジング２１の下部側に形成された孔２１ａ内を上下方向にスライドするスライド部材２５に保持されて、前記押圧部２２ａおよび弁本体１５の軸部１５ａの上下動に伴って同方向に上下動するように構成されている。なお、スライド部材２５についても、スペーサ２３と同様の素材で構成するのが好ましい。
【００２６】
また、ピエゾアクチュエータ２０をも覆う装置カバー２の上部外部には、装置カバー２内の空気をカバー外に吸引するファン２６が設けられるとともに、装置カバー２の下部、より具体的には、スペーサ２３の高さ方向の全体にほぼ対応する高さ位置に、装置カバー２の内外を連通する複数の上下方向に細長い通風孔２６が装置カバー２の全周にわたって適宜の間隔で開設されている。
【００２７】
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気化ブロック３に設けた気液混合部７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、気化ブロック３内の気液混合部７に近接して形成されたノズル部８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は効率よくしかも安定した状態で気化される。
【００２８】
そして、上記液体材料気化装置においては、弁本体１５とピエゾアクチュエータ２０との間に、断熱性または非熱伝導性を備えたスペーサ２３を設けているので、気化ブロック３が前記液体材料ＬＭの気化のために所定の高温に加熱保持された状態にあっても、気化ブロック３側の熱がスペーサ２３を介してピエゾアクチュエータ２０に伝達されることがないとともに、スペーサ２３によって弁本体１５とピエゾアクチュエータ２０との間のにある程度の距離が存在するため、気化ブロック３のピエゾアクチュエータ２０への輻射熱も小さく抑制される。したがって、気化ブロック３の温度を、低蒸気圧液体材料をスムーズに気化することができる温度まで加熱しても、ピエゾアクチュエータ２０が温度上昇することはほとんどなくなる。
【００２９】
そして、ピエゾアクチュエータ２０を覆うようにして設けられる装置カバー２の上部にファン２６を設けるとともに、装置カバー２の下部のスペーサ２３に対応する部分に通風孔２７を形成しているので、装置カバー２の外部空気が通風孔２７を経て装置カバー２内に入り、スペーサ２３に直接接触してこれの温度を下げるとともに、ファン２６に吸引されて装置カバー２内を上昇して、装置カバー２の上部からその外部に抜けていく。これによって、ピエゾアクチュエータ２０は強制的に空冷されることになる。
【００３０】
したがって、上記構成の液体材料気化装置においては、気化ブロック３の温度を、低蒸気圧液体材料をスムーズに気化することができる温度まで加熱しても、ピエゾアクチュエータ２０の温度上昇が抑制され、したがって、低蒸気圧液体材料をスムーズかつ確実に気化することができるとともに、ピエゾアクチュエータ２０の機能低下や低寿命化が防止され、長期にわたって液体材料ＬＭを確実に気化することができる。
【００３１】
なお、上述の実施の形態においては、通風孔２７を長孔状にしていたが、スリット状や他の形状であってもよい。また、装置カバー２におけるファン２６と通風孔２７の配置関係を入れ替えてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記弁本体とピエゾアクチュエータとの間にスペーサを設け、このスペーサを介してピエゾアクチュエータの出力を弁本体に伝達するとともに、ピエゾアクチュエータを強制的に空冷するようにしているので、気化ブロックの温度を低くすることなく、ピエゾアクチュエータを効率よく冷却してこれを所定の低い温度状態に保持することができる。
【００３３】
したがって、この発明によれば、気化ブロックをピエゾ素子の使用限界温度以上に加熱することができるので、低蒸気圧液体材料であっても効率よく気化させることができ、汎用性の広い液体材料気化装置を得ることができる。
【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縦断面図である。
【図３】前記液体材料気化装置の気化ブロック上部の構成を拡大して示す縦断面図である。
【図４】気液混合室の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
２…装置カバー、３…気化ブロック、７…気液混合部、８…ノズル部、９…ヒータ、１４…流量制御弁部、１５…弁本体、２０…ピエゾアクチュエータ、２３…スペーサ、２６…ファン、２７…通風孔、ＬＭ…液体材料、ＣＧ…キャリアガス。

Claims

ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記弁本体とピエゾアクチュエータとの間にスペーサを設け、このスペーサを介してピエゾアクチュエータの出力を弁本体に伝達するとともに、ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーに、ファンと、装置カバーの内外を連通する通風孔とを形成したことを特徴とする液体材料気化装置。
ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーの上部にファンを設けるとともに、前記装置カバーの下部のスペーサに対応する部分に通風孔を形成してなる請求項１に記載の液体材料気化装置。
ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記弁本体とピエゾアクチュエータとの間にスペーサを設け、このスペーサを介してピエゾアクチュエータの出力を弁本体に伝達するようにしたことを特徴とする液体材料気化装置。
ヒータによって加熱される気化ブロックに気液混合部、流量制御弁部およびノズル部を備えるとともに、前記流量制御弁部の弁本体をピエゾアクチュエータによって駆動して、前記気化ブロック内に供給される液体材料とキャリアガスとを流量制御しながら混合し、このときの気液混合体を前記ノズル部から放出して液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、ピエゾアクチュエータを覆うようにして設けられる装置カバーに、ファンと、装置カバーの内外を連通する通風孔とを形成したことを特徴とする液体材料気化装置。