JPH0774111A - 蒸気発生回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蒸気の発生・回収を円滑に行うと共に、経済
性の優れた蒸気発生回収装置を提供することである。 【構成】 液化物質１６収納用の下部容器１と上部容器
２を、絶縁柱３を介して上下に配置すると共に、ポンプ
Ｐを有する配管５で接続する。上部容器に絶縁柱上部の
液溜６に液化物質を供給する流出孔４を設ける。絶縁柱
上部と下部容器を電源９に接続する。処理領域周囲に絶
縁柱と同心状に外筒１０・回収筒１１を設け、下部容器
に接続する。上部容器からの液化物質は、液溜を介して
絶縁柱外周に沿って液膜１３となって流下し下部容器に
還元される。電源９の投入で液膜にジュール熱が発生し
て、放射軸方向に蒸発する。これが外筒１０で凝縮液化
し、重力により外筒１０内周面に沿って流下して下部容
器に回収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通電加熱による液化物
質の蒸気発生回収装置に係わり、安定な蒸気供給を目的
とした蒸気発生回収装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光学機器の製造工程や半導体成膜処理等
において薄膜を生成するときには、一般的に真空蒸着に
よって生成されている。このような薄膜生成技術は、液
化物質の蒸気流に基板を接触させることにより蒸着され
るものである。このような液化物質としては、融点の高
い金属が使用され、これを蒸発させる手段は、技術の簡
易性および経済性の観点から、電子ビーム加熱方式が広
く利用されている。

【０００３】このような電子ビーム加熱方式による液化
物質の蒸気発生回収装置の一例を、図７および図８を参
照して説明する。なお、図７は従来の蒸気発生回収装置
の構成を示す斜視図、図８は同じく正面断面図である。

【０００４】すなわち、蒸気発生回収装置は、蒸発対象
となる液化物質２０を収納する容器２１と、この容器２
１内部の液化物質２０に電子ビーム２２を照射するため
の電子銃２３と、蒸発した液化物質を回収するための回
収部２４とから構成され、真空雰囲気中に設けられてい
る。容器２１は、熱化学耐性を有する坩堝などからな
り、上部が開口して設けられている。そして、この容器
開口部分の上方は、基板に薄膜を生成するための処理領
域Ｘとして構成されている。一方、電子銃２３は、容器
２１に隣接して設けられ、容器２１内部の液化物質２０
表面に電子ビーム２２を照射するように構成されてい
る。なお、電子ビーム２２を容器内部の液化物質表面に
照射可能とするために、電子ビーム２２を偏向させる直
流磁場２５が発生している。この直流磁場２５は、電子
銃２３の近傍に設けられた図示しない外部磁場コイルに
より印加されて発生している。そして、回収部２４は、
前記処理領域Ｘを上部から覆って、基板に接触しなかっ
た蒸気を円滑に回収するように構成されている。これ
は、正面から見た時に、回収部２４の上部の凝縮面２４
ａは中央から左右の下方に傾斜して設けられ、これに連
続して垂直な壁面２４ｂ、この垂直な壁面の下端は容器
の開口部方向への傾斜面２４ｃが設けられている。な
お、傾斜面２４ｃの一部には開口部２４ｄが設けられ、
電子ビーム２２の通過域として構成されている。

【０００５】以上のように構成される蒸気発生回収装置
では、電子銃２３により電子ビーム２２を発射させる
と、この電子ビーム２２は直流磁場２５により偏向して
容器２１内の液化物質２０の一部を照射する。これによ
り、液化物質２０のビーム照射部分２６のみが蒸発温度
以上の高温に加熱され、その照射部分２６が蒸発し蒸気
２７を発生する。この蒸気２７は上昇して処理領域Ｘを
通過する。この時、この処理領域内部に基板が挿入され
ることによりに、基板表面に蒸気２７が接触して蒸着す
る。ここで、基板に接触しなかった蒸気２７は、処理領
域Ｘを通過した後、回収部２４の凝縮面２４ａに接触し
て凝縮し、回収液膜３０が生成される。この回収液膜３
０は、回収部２４の凝縮面２４ａの傾斜を伝って、垂直
な壁面２４ｂ、傾斜面２４ｃに沿って容器２１に回収さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来技術には、以下のような問題が発生している。

【０００７】（１）電子ビーム２２は加熱対象となる液
化物質２０と共に、その収納容器２１を加熱し、さら
に、液化物質２０表面で反射して生じる反射ビーム２８
により、図示しない周辺構成物も加熱する。このため、
電子ビーム２２の蒸気発生効率（エネルギー効率）は低
いものとなる。しかも、高融点の液化物質の蒸発時に
は、容器２１や周辺構成物の加熱により液化物質の劣化
が考えられ、これを解決するために冷却手段を設ける必
要があり、装置の構造が複雑となる。

【０００８】（２）液化物質２０は容器２１に収納さ
れ、その表面を局部的に加熱するため、蒸気２７の発生
がビーム照射部２６に限定される。これにより、蒸気２
７はノズル噴射状に発生し、処理領域Ｘ内で均一な蒸気
とすることは困難となる。

【０００９】（３）発生した蒸気２７は、その一部が回
収部の開口部２４ｄ等から電子銃２３方向に拡散するこ
とになる。電子銃２３は、この蒸気２７の影響を受ける
と絶縁破壊等が発生し易く、装置の耐久性が低下し、ま
た保守点検等の手間がかかり、経済性の低下要因にな
る。

【００１０】（４）蒸気２７の回収時には、蒸気は回収
部２４内部の凝縮面２４ａで凝縮液化する。ここで、凝
縮面２４ａが下方に向いているため、重力の影響により
回収液膜３０が途中で剥離・滴下する恐れがある。これ
により、回収が円滑に行われないばかりか、容器２１や
電子銃２３上に落下して清浄な蒸気発生を阻害する可能
性がある。

【００１１】本発明は、上記の従来技術における課題を
解決するためになされたものであり、その目的は、蒸気
の発生・回収を円滑に行うと共に、経済性の優れた蒸気
発生回収装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、液化物質を蒸発させることにより蒸気
を発生させる蒸気発生部と、前記蒸気を凝縮により液化
して回収する回収部とを有する蒸気発生回収装置におい
て、前記蒸気発生部として、液化物質を収納する少なく
ても一対の容器が上部及び下部に対向配置され、前記上
下の容器間に円柱状の絶縁部材が設けられ、前記上部容
器に、１または２以上の液化物質の流出孔が設けられ、
前記流出孔下方となる円柱状の絶縁材料の上端に、液化
物質を貯溜する液溜が形成され、前記絶縁部材の上部と
下部容器内部または絶縁部材の下部とが電源により接続
されていることを特徴とする。

【００１３】また、前記回収部として、絶縁部材の周囲
に同心状に回収壁が設けられ、前記回収壁の下部が下部
容器内部方向となるように設けられていることを特徴と
する。

【００１４】

【作用】以上のように構成される本発明の高電圧機器で
は、液化物質は、下部容器からポンプを介してまたは外
部の液化物質供給手段から、上部容器に供給される。そ
して、上部容器の流出孔から流出した液化物質は、その
下部の液溜を介して絶縁部材外周を液膜となって流下
し、絶縁部材下部の下部容器に還元される。この状態
は、電源に接続された下部容器内部または絶縁部材の下
部と絶縁部材上部とが液膜により短絡され閉回路が形成
される。電源が投入されると、液膜にジュール熱が発生
して、放射軸方向に蒸発する。この時、絶縁部材の外周
面全体から液化物質が蒸発するので、蒸気は均一な状態
となる。したがって、エネルギーを高効率で利用でき、
蒸発効率の優れたものとなる。

【００１５】また、蒸気は放射軸方向に拡散するため、
絶縁部材の周囲に同心状に回収壁を設けることにより、
蒸気の拡散方向周囲を取り囲む状態となる。蒸気は回収
壁壁面に接触すると、凝縮・液化し、液膜となって重力
によりその壁面を流下する。回収壁下部が下部容器内部
方向となる溜め、流下する液膜は容易に下部容器に回収
される。したがって、液膜の途中滴下・落下等による蒸
気発生阻害は起こらない。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による蒸気発生回収装置の実施
例を、図面に基づき説明する。

【００１７】［１］主な実施例 本実施例において、図１は本実施例の蒸気発生回収装置
を示す断面図、図２は要部斜視図、図３は図１の要部拡
大断面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図である。

【００１８】本実施例は、図１及び図２に示すように、
液化物質の蒸気発生部とその周囲の処理領域を囲むよう
に設けられた回収部とにより構成される。液化物質の蒸
気発生部は、液化物質１６の収納される一対の容器１，
２と絶縁柱３とが同心状に設けられている。液化物質１
６の収納される容器は、底部に下部容器１が、また、そ
の上方に対向して上部容器２が設けられてる。下部容器
１には、図示しない供給手段から液化物質が供給される
ように構成されている。一方、上部容器２には、底面中
央部に流出孔４が開口して設けられている。

【００１９】このような下部容器１と上部容器２とは、
一定流量となるポンプＰを介して配管５により接続され
ると共に、下部容器１と上部容器２の間に、円柱状の絶
縁部材で絶縁柱３が配設されている。この絶縁柱３の上
端には図３に示すように凹状の液溜６が設けられてい
る。なお、図４に示すように、絶縁柱３上部には、上面
から外周面に向かって一定間隔で円弧状の溝７が形成さ
れ、さらに各溝７間の凸部１２上面には、液溜６と絶縁
柱３外周面とを連通するバイパス溝８が形成されてい
る。このような絶縁柱３上部と液化物質に接する下部容
器１内部とに、電源９の電極が接続されている。なお、
絶縁柱３は、液溜６が前記上部容器２の流出孔４下部と
なるように、また、下端が下部容器１内部の液化物質１
６と接するように配設されている。

【００２０】一方、回収部は、絶縁柱３周囲の空間であ
る処理領域Ｘを囲むように、回収壁として、円筒状の外
筒１０と回収筒１１が絶縁柱３と同心状に設けられてい
る。この外筒１０の上端は、上部容器２よりも上方とな
るように設けられている。また下端には回収筒１１が接
続されている。この回収筒１１は外筒１０に沿って流下
してきた液化物質１６を下部容器１に回収するように傾
斜して設けられている。

【００２１】以上のように構成される本実施例の作用効
果は、以下のようになる。すなわち、ポンプＰを駆動す
ることにより下部容器１に収納される液化物質１６が、
配管５を介して上部容器２に供給される。上部容器２に
供給された液化物質１６は流出孔４から一定流量で流出
して、その下部に設けられた絶縁柱３の液溜６に連続し
て供給され、貯溜される。そして、液溜６の上縁まで液
化物質１６が供給された後、さらに液化物質１６が供給
されると、液化物質１６は液溜６の上縁からオーバーフ
ローして絶縁柱３の外周面に沿って流下し、絶縁柱３下
端から下部容器１に還元される。この時、流下する液化
物質１６は、絶縁柱３の表面全体に液膜１３を形成する
ことになる。そして、絶縁柱３下端は下部容器１の液化
物質１６中となるように設けられているため、液膜３は
絶縁柱３下端まで流下すると、下部容器１の液化物質１
６と接続された状態となる。

【００２２】したがって、液膜１３が絶縁柱３下端まで
流下すると、電源９に接続された下部容器１と絶縁柱３
上部とが液膜１３により短絡されて、電気的な閉回路を
形成することになる。そして、電源９の投入により液膜
１３に電流が流れると、液膜１３の電気抵抗によりジュ
ール熱を発生する。これにより、液膜１３が蒸発し、放
射軸方向に蒸気１４として拡散する。なお、液膜１３が
下部容器１の液化物質１６と接触するまでの間、または
液膜１３の蒸発等により絶縁柱３表面の一部または全部
が乾燥した場合には、電源９を含む電気的閉開路は形成
されず、この場合にはジュール熱は発生しない。

【００２３】上述のジュール熱により拡散した蒸気１４
は、処理領域Ｘ中を通過した後、外筒１０の内周面に接
触して凝縮し、回収液膜１５が生成される。この回収液
膜１５は、重力により外筒１０内周面に沿って流下す
る。そして、外筒１０の下端に接続して設けられた回収
筒１１内周面から下部容器１に還元され、再度ポンプに
より循環使用される。

【００２４】なお、絶縁柱３の液溜６には、図４に示す
ように、絶縁柱３の上端外周面に円弧状の溝７と、液溜
６と絶縁柱３外周面とを連通するバイパス溝８が形成さ
れているため、液化物質１６と絶縁柱３との濡れ性が小
さい場合でも、容易に絶縁柱３上面から外周面に液膜１
３となって流下することができる。すなわち、液溜６の
上縁からオーバーフローした液化物質１６は、まず絶縁
柱３上面の円弧状の溝７内部から外周面に流下すると共
に、凸部１２上面の液化物質１６もその表面張力により
円弧状の溝７内部に引き込まれる。そして、液化物質１
６が一定流量で連続して供給されることに伴い、絶縁柱
３表面に液膜１３が形成される。また、液溜６と絶縁柱
３外周面とを連通するバイパス溝８は凸部１２上面に設
けられているため、凸部１２も液化物質１６が流れ易
く、この凸部１２表面上にも液膜が形成された状態とな
る。

【００２５】ここで、本実施例のエネルギー効率に関し
て、電源９の一例として、コンデンサバンクをエネルギ
ー源とするパルス電源を用いた場合について説明する。
すなわち、パルス電源では、放流電流Ｉ_D が液膜１３を
通電する場合、周波数ωによる表皮効果が現れる。これ
について、次の（１）〜（３）式に基づいて説明する。

【００２６】

【数１】

【００２７】すなわち、放電電流Ｉ_D の各周波数成分Ｉ
_ｄωは、上記の（１）式に示すように、表皮厚δに比べ
て表面に近い部分に通電しやすい。なお、（１）式のＺ
は液膜１３の表面からの深さ座標を示す。一方、表皮厚
δは、（２）式に示すように、液膜１３の導電率ρ_e と
透磁率μ_o に依存し、周波数が高くなれば表皮厚δは小
さくなる。特に、液膜１３の膜厚をｄとして、（３）式
が満足されるような場合、すなわち表皮厚δが膜厚ｄに
比べて十分に小さい値となる場合は、液膜１３の表面近
傍を集中的に通電することが可能となる。したがって、
パルス電源を投入することにより得られるエネルギーの
ほとんどは、液膜１３の表面のみを効率的に加熱して、
高い蒸発効率（エネルギー効率）により蒸気を発生させ
ることができる。

【００２８】さらに、上述のパルス電源を使用した場
合、放電電流Ｉ_D の通電により液膜１３表面は瞬時にし
て加熱されて高温層が形成される。この高温層に含まれ
る熱エネルギ−は、熱伝導による膜厚方向の拡散の前
に、液膜１３の流下に伴い下方に移動し、下部容器１４
に回収される。したがって、液膜１３表面には定在的な
高温層が形成される。この状態で、液膜１３が絶縁柱３
全表面に形成・流下されるため、熱伝導による絶縁柱３
の温度上昇は抑制される。

【００２９】以上のように、本実施例では、液膜１３に
電流を通電して発生するジュール熱により、その液膜１
３となっている液化物質１６を加熱・蒸発させているの
で、周辺機器や液化物質１６の収納容器１，２を加熱す
ることが無い。したがって、本実施例は、投入されたエ
ネルギーを高効率で利用することができ、蒸発効率の優
れたものとなる。さらに、高融点の液化物質１６を蒸発
させる場合でも、周辺機器等に冷却手段を設ける必要が
無いため、装置全体を簡単な構成にすることができる。

【００３０】また、本実施例では、液化物質１６は安定
且つ恒常的に流下する液膜１３となって、絶縁柱３の表
面全体で加熱されるため、蒸気１４をその全表面から発
生し、処理領域Ｘに蒸気密度が均一な状態を維持して供
給することができる。したがって、高品質の蒸気発生回
収装置とすることができる。また、電極としてパルス電
極を使用した場合には、絶縁柱３表面の液膜表面のみを
効果的に加熱することができ、高効率の蒸気発生回収装
置とすることができる。

【００３１】さらに、本実施例では、蒸気１４の発生に
電子ビームを使用しないため、蒸気の影響を受ける電子
銃２３のような精密な機器は必要なく、装置を簡単な構
成とすることができる。これにより、保守点検が容易に
なると共に、装置の耐久性が向上し、経済的にも優れた
ものとなる。

【００３２】また、蒸気１４は、放射軸方向に拡散し
て、外筒１０内周面に接触し凝縮するため、回収液膜１
５は重力により円滑に外筒１０内周面に沿って流下し、
途中滴下・落下等が発生することなく下部容器１に回収
することができる。したがって、蒸気の回収により、清
浄な蒸気発生を阻害することは起こらず、信頼性の高い
ものとなる。

【００３３】［２］他の実施例 なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
く、具体的な各部材の形状、或いは各々の取付位置は適
宜変更可能である。例えば、液化物質１６の収納される
容器は下部容器１と上部容器２の一対に限定されず、補
助容器等を適宜増加させることができる。また、上部容
器２は、その底面に複数の流出孔４を設けることも可能
である。その一例として図５に示すように、流出孔４
（破線）を上部容器２底面の４か所に設ける。これらの
流出孔４は、これから流出する液化物質１６が全て液溜
６内部に供給されるように、位置決めされている。

【００３４】さらに、流出孔４に、流出量の調整手段を
設けることもできる。これにより、絶縁柱３表面下部域
の膜厚に対応して、液溜６に供給される液化物質１６量
を調整することができる。もし、絶縁柱３表面の液膜１
３の膜厚が薄くなり、絶縁柱３表面が露出の可能性があ
る場合には、流出孔４の流出量調整手段により液溜６に
供給される液化物質１６量が調整され、これにより液膜
１３が安定して一定の膜厚となるようにすることができ
る。また、この場合、絶縁柱３表面下部域に膜厚用のセ
ンサを設け、これにより、流出孔４からの流出量が調整
されるように構成することもできる。

【００３５】また、流出孔４の流出量に関係なく、液膜
１３の流下速度を一定とするための手段を設けることも
できる。これは、例えば、図６に示すように、絶縁柱３
の周囲に絶縁材料からなるリング状突起１７を設けた構
成とする。このリング状突起１７は液膜１３の流下速度
の緩衝物として作用し、流出孔４の流出量が増加した場
合でも、液膜１３の流下速度の増加を抑制することがで
きる。また、リング状突起１７は、液膜１３の膜厚ムラ
を小さくすることができる。なお、絶縁柱３は、内部が
空洞に構成することも可能である。また、絶縁柱３上部
の円弧状の溝７やバイパス溝８を設けることは限定され
ない。そして、設ける場合には、その形状及び形成位置
は適宜変更可能である。

【００３６】さらに、電源９は絶縁柱３の上部と下部容
器とを接続することに限定されず、絶縁柱３表面を流下
する液膜１３が通電可能となるように適宜変更可能であ
る。また、電源９は、パルス電源に限定されず、高周波
電源としても同様の効果を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、液膜状の
液化物質に電流を通電することにより発生するジュール
熱を利用して液化物質を放射軸方向に蒸発させる蒸気発
生部と、放射軸方向に蒸発された蒸気を垂直な壁面によ
り回収する回収部が設けられたことにより、蒸気の発生
・回収が高効率且つ円滑となると共に、経済性・高信頼
性の優れた蒸気発生回収装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のの蒸気発生回収装置の第１実施例を示
す断面図。

【図２】図１の要部斜視図。

【図３】図１の要部拡大断面図。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図。

【図５】他の実施例の一例を示す要部平面図。

【図６】他の実施例の一例を示す要部断面図。

【図７】従来技術の蒸気発生回収装置の構成を示す斜視
図。

【図８】図７の正面断面図。

【符号の説明】

１ … 上部容器 ２ … 下部容器 ３ … 絶縁柱 ４ … 流出孔 ５ … 配管 ６ … 液溜 ７ … 円弧状の溝 ８ … バイパス溝 ９ … 電源 １０ … 外筒 １１ … 回収筒 １２ … 凸部 １３ … 液膜 １４，２７ … 蒸気 １５，３０ … 回収液膜 １６，２０ … 液化物質 １７ … リング状突起 ２１ … 容器 ２２ … 電子ビーム ２３ … 電子銃 ２４ … 回収部 ２５ … 直流磁場 ２６ … ビーム照射部分 ２８ … 反射ビーム Ｐ … ポンプ Ｘ … 処理領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液化物質を蒸発させることにより蒸気を
   発生させる蒸気発生部と、前記蒸気を凝縮により液化し
   て回収する回収部とを有する蒸気発生回収装置におい
   て、 前記蒸気発生部として、液化物質を収納する少なくても
   一対の容器が上部及び下部に対向配置され、 前記上下の容器間に円柱状の絶縁部材が設けられ、 前記上部容器に、１または２以上の液化物質の流出孔が
   設けられ、 前記流出孔下方となる円柱状の絶縁材料の上端に、液化
   物質を貯溜する液溜が形成され、 前記絶縁部材の上部と下部容器内部または絶縁部材の下
   部とが電源により接続されていることを特徴とする蒸気
   発生回収装置。
2. 【請求項２】 前記絶縁部材上部に、上面から周面に向
   かって液化物質の流路となる溝が形成されていることを
   特徴とする請求項１記載の蒸気発生回収装置。
3. 【請求項３】 前記絶縁部材周囲に、絶縁材料からなる
   リング状突起を１または２以上設けたことを特徴とする
   請求項１記載の蒸気発生回収装置。
4. 【請求項４】 前記液化物質の流出孔に流量調整手段が
   設けられたことを特徴とする請求項１記載の蒸気発生回
   収装置。
5. 【請求項５】 前記回収部して、絶縁部材の周囲に同心
   状に回収壁が設けられ、前記回収壁の下部が下部容器内
   部方向となるように設けられていることを特徴とする請
   求項１記載の蒸気発生回収装置。