KR0158283B1 - 기화유량제어기 - Google Patents
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Abstract
기화할 액체재료가 열적영향을 받는 것을 될수록 적게하여, 항상 안정하게 그리고 고속응답성으로서 기화가스를 유량제어할 수 있는 기화유량제어기, 그리고 퍼지효율을 향상시킬 수 있는 기화유량제어기를 갖는 기화유량제어기를 제공한다.
히이터 및 온도센서를 내장한 본체블록에 다이아프램에 의하여 덮혀진 기화실을 형성하는 한편, 본체블록내에 액체재료도입로 및 가스도출로를, 각각의 한끝이 본체 블록의 끝면에서 개구하고, 각각의 다른 끝이 기화실에 연통하도록 형성함과 동시에, 본체블록에 설치한 가압구동부에 의하여 다이아프램을 구동시킴으로써, 액체재료도입로의 기화실에 면한 개구의 개도를 조정하여, 액체재료도입로를 통하여 도입되는 액체재로를 기화실내에서 기화시켜, 기화에 의하여 발생한 가스를 가스도출로를 통하여 도출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 기화유량제어기.
Description
제1도는 본 발명의 기화유량제어기의 제1실시예를 도시한 종단면도.
제2도는 상기 기화유량제어기의 본체 블록의 평면구성을 도시한 도.
제3도는 상기 본체블록의 상부 구성을 도시한 확대 종단면도.
제4도는 상기 기화유량제어기의 동작 설명도.
제5도는 상기 기화유량제어기를 조립한 재료공급라인의 구성도.
제6도는 본 발명의 기화유량제어기의 제2실시예를 도시한 종단면도.
제7도는 상기 실시예에 있어서 액체재료도입로의 배관내에서 드레인으로서의 액체재료를 제거할 때에 구성되는 블록도.
제8도는 상기 기화유량제어기를 조립한 재료공급라인의 구성도.
제8도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 주요부 구성설명도.
제10도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 본체 블록의 평면구성을 개략적으로 도시한 도.
제11도는 본 발명의 다른 실시예에 관한 본체 블록의 평면구성을 개략적으로 도시한 도.
제12도는 종래의 기화유량제어기를 설명하기 위한 도.
제13도는 종래의 다른 기화유량제어기를 설명하기 위한 도면이다.
[발명의 배경]
[발명의 분야]
본 발명은 예컨대 반도체 제조에 있어서 사용하는 4염화규소(Sicl4) 등의 액체재료를 정량기화할 수 있는 기화유량제어기에 관한다.
[종래기술의 설명]
종래의 기화유량제어기의 하나로서, 제12도에 도시한 바와 같이, 적의의 온도에 설정된 항온조(81)내에, 액체재료(LM)를 수용한 액체재료탱크(82)를 설치하고, 이 액체 재료탱크(82)를 플레이트 히터(83)에 의하여 적의가열하여 액체재료탱크(82)내의 온도를 상승시켜서 액체재료(LM)의 증기압을 높여서 이것을 기화하여, 출구측과의 압력차를 얻는 것으로 발생한 기체(G)를 기체용 매스플로우 콘트로울러(이하, GMFC라 말함)(84)로 직접 유량제어하는 것이다.
또 종래의 기화유량제어기의 다른 예로서, 제13도에 도시한 바와 같이, 히터(도시하고 있지 않음)를 내장한 금속블록(191)내에, 열전도성 및 내부식성의 양호한 분체(92)를 충전한 기화실(93)을 형성하여, 이 기화실(93)의 일단측에, 액체재료(LM)를 도입하기 위한 액체재료공급라인(94)과 케리어 가스(CG)를 도입하기 위한 캐리어 가스 공급라인(95)과를 접속하여, 액체재료공급라인(94)의 상류측을 액체 재료용 매스플로우 콘트로울러(이하, LMFC이라 말함)(96) 및 스토퍼 밸브(97)를 통하여 액체재료탱크(98)에 접속하여, 액체재료상태에서 LMFC(96)에 의하여 유량제어된 액체재료(LM)를 기화실(93)에 도입하여, 그의 전량을 기화하도록 한 것이다.
또한 98은 항온조, 100은 불활성 가스 도입관이다.
그러나, 상기 제12도에 도시한 기화유량제어기에 있어서는, 액체재료탱크(82) 전체를 가열하는 필요가 있으며, 액체재료(LM)가 상시 열의 영향하에 있기 때문에, 열에 의한 분해나, 조성변화를 일으키는 일이 있는 동시에, 액체재료탱크(82)에서 불순물이 용출하여, 이것이 액체재료(LM)에 혼입한다고 하는 불편이 있다. 또 이 도면에 도시한 기화유량 제어기에 있어서는, 가스유량을 직접 제어하기 위해, 가스발생개시에서 유량이 안정하기 까지의 시간이 GMFC(84)의 성능에 의존하는 바가 크고, 그만큼 고성능의 GMFC(84)를 사용하지 않으면 안되고, 따라서, 코스트가 높아진다는 불편이 있다.
더하여, 액체재료(LM)의 종류에 의하여는 소정 가열온도에서 증기기압이 낮은 경우가 있으며, 그 때문에 GMFC(84)의 압력손실을 될 수 있도록 작게 할 필요가 있다.
또 상기 제13도에 도시한 기화유량제어기에 있어서는, 액체재료탱크(98)내에 질소 또는 헬륨 등의 불활성 가스를 공급함으로써, 액체재료탱크(98)내의 압력을 높여, 그의 공급력에 의하여 액체재료(LM)를 기화유량제어기측에 압송하고 있기 때문에, 액체재료탱크(98)내의 액체재료(LM)의 가압에 사용한 불활성 가스가 용입하는 것이 있으며, 따라서, 액체재료(LM)는, 용존가스를 함유한 상태에서 기화유량제어기에 공급되게 된다.
그리고, 액체재료공급라인(97)에 설치되어 있는 LMFC(96)에 있어서 국소적인 압력 저하가 생기면, 액체재료(LM)중의 용존가스가 액체재료공급라인(94)중으로 방출된다(이것을 캐비테이션 현상이라고 말함). 이와 같이하여 액체재료공급라인(94)중으로 방출된 가스는 미소한 기포로 되나, 이 기포는 공급계의 저장부 등에 축적되는 가능성이 있으며, 크게된 기포는 단속적, 주기적으로 기화실(93)에 도입이 된다.
따라서, 기화유량제어기에서 도출되는 증기는, 유량안정성의 면에서 문제로 되는 경우가 있으며, 기화실(93)의 2차측(하류측)이 진공의 경우, 이 현상은 보다 현저하게 된다. 즉, 진공의 경우, 용존가스뿐만아니라, 액체재료(LM)도 노화되어 액체재료공급라인(94)중에서 기화하기 때문이다.
또 제13도에 도시한 기화유량제어기에 있어서는, 기화실(93)에 분체(92) 충전하고 있기 때문에, 기화실(93) 내부에서 압력손실이 생겨, LMFC(96)로 제어된 액체재료(LM)가 기화실(93)에 도입되어 기화하는 경우에 상승하는 압력이 기화실(93) 내부에서 평행상태로 되기까지의 시간을 소비하고, 그 때문에, 가스유량으로서의 응답성이 나쁘다는 불편이 있었다.
더욱이, 액체재료(LM)의 반응성이 높은 경우, 예컨대, 대기중의 수분과 반응하여 반응생성물을 생기도록 하는 경우에는, 트러블시의 기화유량제어기의 부품교환시에 기화유량제어기 내부에 형성되어 있는 액체재료도입로의 배관내에서 액체재료를 충분하게 제거, 반응물의 생성을 될 수 있는한 회피할 필요가 있다.
이 배관에 잔존하고 있는 액체재료를 제거하기 위해, 가스퍼지나 액퍼지, 또는 진공배기 등의 방법이 있으나, 기화유량제어기의 하류측에 설치한 반도체 제조장치의 챔버배기용의 펌프에서 기화유량제어기 상류측에서 퍼지가스를 기화유량제어기에 송입하여 가스퍼지, 진공배기를 행할 필요가 있으며, 기화유량제어기를 통하여 퍼지가 시행됨으로써 압력손실이 크게되고, 충분한 퍼지효율을 얻는 것이 어렵다.
이와 같은 것이 액퍼지의 경우에도 마찬가지이다.
[발명의 개요]
본 발명은 상기의 사실에 유의하여 이루어진 것이며, 기화할 액체재료가 열적영향을 받는 것을 될수록 적게하여, 항상 안정적으로 그리고 고속응답성으로서 기화가스를 유량제어할 수 있는 기화유량제어기, 그리고 퍼지효율을 향상할 수 있는 기화기를 가지는 기화유량제어기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기화유량제어기는, 히터 및 온도센서를 내장한 본체블록에 다이아프램에 의하여 덮혀진 기화실을 형성하는 한편, 본체블록내에 액체재료 도입로 및 가스도입로를, 각각의 한끝이 본체블록의 끝면에서 개구하여, 각각의 다른끝이 기화실에 연통하도록 형성하는 동시에, 본체블록에 설치한 가압구동부에 의하여 다이아프램을 구동함으로써 액체재료도입로의 기화실에 면한 개구의 개도를 조정하여, 액체재료도입로를 통하여 도입되는 액체재료를 기화실내에서 기화하여, 기화에 의하여 발생한 가스를 가스 도출로를 통하여 도출하도록 구성한 점에 특징이 있다.
이 경우, 본체블록에 히터 및 온도센서를 내장시키는 것에 대신하여, 본체블록을 항온조에 수납하거나, 적외램프로 가열하는 등, 본체블록을 외부에서 가열할 수 있도록 구성하여도 좋다.
또한 기화기능과 유량조정기능과를 갖추어서 액체재료탱크에서 공급되는 액체재료를 기화제어하는 기화유량제어기의 본체블록내에, 액체재료도입로와, 가스도출로와, 상기 액체재료도입로에서 분기하여 상기 본체블록밖으로 연통하는 제1라인과, 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하여 상기 액체재료도입로를 퍼지하기 위한 제2라인과를 형성하여, 상기 제1라인과 제2라인의 연통을 시트부의 개폐에 의해 가능하게 하는 개폐밸브를 갖추어도 좋다.
더욱이 다른 관점에서, 기화기능과 유량조정기능과를 갖추어서 액체재료탱크에서 공급되는 액체재료를 기화제어하는 기화유량제어기의 본체블록내에, 기화실에 통하여 액체재료도입로와, 액체재료도입로에서 각각 분기하는 복수의 액체재료공급라인과, 각 액체재료공급라인에 대응하는 수만큼 상기 본체블록내에 설치되어서, 그의 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하는 연통라인과를 형성하여, 각 연통라인과 이것에 대응하는 각 액체재료공급라인의 연통을 각각의 시트부의 개폐에 의해 가능케하는 복수의 개폐밸브를 갖추어, 상기 복수의 개폐밸브중 선택된 하나의 개폐밸브를 액체재료공급라인의 퍼지에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 액체재료기화유량제어기를 제공한다.
그리고, 상기 어느 것의 경우에 있어서도, 본체블록으로서는, 금속이나 세라믹 또는 플루오르 수지 등의 내열성 수지로 구성하는 것이 바람직하다.
상기 구성의 기화유량제어기에 있어서는, 그의 기화실이 기화기능과 유량조정기능과를 갖추고 있는 동시에, 데드볼륨이 극히 작다. 따라서, 기화실에서 발생한 기화가스가 기화실밖으로 신속히 도출되어, 고속응답이 가능케 된다.
그리고, 고속응답이 가능하게 됨으로써, 기화가스의 단시간의 반복발생이 가능하게 되고, 하류측에서 압력변동이 생겨도, 이것을 단시간에 수속할 수가 있다.
또 상기한 바와 같이, 기화실이 기화가능과 유량조정기능과를 갖추고 있으므로, 장치의 소형화 및 코스트 다운이 도모된다.
또 기화기능과 유량조정기능과를 갖추어 액체재료탱크에서 공급되는 액체재료를 기화제어하는 기화유량제어기의 본체블록내에, 기화실에 통하는 액체재료도입로와, 액체재료 도입로로부터 각각 분기하는 복수의 액체재료공급라인과, 각 액체재료공급라인에 대응하는 수만큼 상기 본체블록내에 설치되어서, 그 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하는 연통라인과를 형성하여, 각 연통라인과 이것에 대응하는 각 액체재료공급라인의 연통을 각각의 시트부의 개폐에 의해 가능케 하는 복수 개폐밸브를 갖추었으므로, 기타 유량제어기를 통하여 퍼지가 시행되어 있던 종래장치에 비하여, 퍼지효율을 향상할 수 있다. 그리고 액체재료를 기타 유량제어기의 2차측(하류측)에 설치한 반도체 제조장치의 배기용 펌프에 송입함이 없이 액체재료공급라인의 퍼지를 행할 수가 있다. 또 기화유량제어기는 상기 개폐의 밸브의 시트부를 제1라인과 제2라인과의 연통이 불가능한 폐쇄상태로 하여 둠으로써 상시 작동가능하며, 종래와 같이 상기 배기용 펌프를 일부로 이용하여 퍼지를 행할 필요는 없게되고, 퍼지를 위해 사용하는 부품을 최소한으로 억제할 수가 있으며, 그리고 유지보수가 용이하다.
또 상기의 구성에서는, 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하는 각 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료공급라인과를 각각 복수의 개폐밸브로 접속하여, 상기 복수의 개폐 밸브중 선택된 하나의 개폐밸브에 설치된 시트부에 의해 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료공급라인의 연통을 가능케 하여 액체재료공급라인의 퍼지를 행할 수가 있다. 즉, 본 발명의 특징의 하나로서, 상기 본체블록에 미리 형성되어 있는 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료공급라인만을 이용하여 액체재료공급라인의 퍼지를 행할 수가 있으므로, 액체재료공급라인의 퍼지의 경로를 임의로 선택할 수 있다는 점에서, 말하자면 퍼지 선택의 자유도를 가진다.
[바람직한 실시예의 상세한 설명]
제1도 내지 제3도는 본 발명의 기화유량제어기(1)의 일예를 도시하며, 제1도 및 제2도에 있어서, 1a는 예컨대 스텐레스강 등과 같이 열전도성 및 내부식성의 양호한 금속재료에서 이룬 직방체 형상의 본체블록이다. 이 본체블록(1a)에는, 상세하게는 도시하고 있지 않으나, 본체블록(1a) 전체를 가열하는 예컨대 카트리지 히터(2) 및 열전대 등의 온도센서(3)가 내장되어 있다.
4,5는 서로 교차됨이 없이 본체블록(1a)내에 갈고리형으로 형성된 액체재료도입로, 가스도출로이다. 즉, 액체재료도입로(4)는 그의 한쪽의 개구(액체재료도입구)(6)가 본체 블록(1a)의 하나의 측면(7)에 형성되고, 다른 한쪽의 개구(8)가 측면(7)에 직교하는 윗면(9)에 형성되어, 후술하는 기화실(21)에 액체재료(LM)를 도입하도록 구성되어 있다. 또 가스도출로(5)는 한쪽의 개구(10)가 상기 윗면(9)에 형성되고, 다른 한쪽의 개구(가스도출구)(11)가 상기 측면(7)과 대향하는 측면(12)에 형성되어, 기화실(21)에서 발생한 가스(G)를 본체블록(1a)밖으로 도출하도록 구성되어 있다. 13, 14는 액체재료도입구(6), 가스도출구(11)에 각각 접속되는 이음매이다.
상기 본체블록(1a)의 윗면(9)에서의 구성을 본체블록(1a)의 평면구성을 도시한 제2도 및 본체블록(1a)의 상부 구성을 도시한 제3도를 참조하면서 상세하게 설명하면, 액체재료도입로(4)의 상기 윗면(9)에 있어서의 개구(8)는 윗면(9)의 예컨대 중앙부분(15)에 개구하여 있다.
이 중앙부분(15)의 주위에는 개구(8)와 동심형상으로 홈(16)이 형성되고, 이 홈(16)에 면하도록 하여 가수도출로(5)의 개구(10)가 개설되어 있다. 그리고 개구(8)의 내경은 예컨대 0.5 내지 1.5mm 정도이며, 개구(10)의 내경은 예컨대 2 내지 4mm 정도이며, 개구(8)와 동심형상으로 형성된 홈(16)까지의 거리는 3 내지 6mm정도이다. 이들의 칫수는 액체재료도입구(6)에서 도입되는 액체재료(LM)의 양에 따라서 알맞게 정하여지는 것은 말할 것도 없다.
그리고, 홈(16)의 바깥쪽에는 제3도에 도시한 바와 같이 예컨대 20 내지 80㎛정도의 두께를 가지는 스텐레스강으로된 환상의 스페이서(17)가 둘레에 설치되어 있다. 이 스페이서(17)는 후기하는 다이아프램(23)의 하부 주변을 맞닿아 유지된다. 18은 스페이서(17)의 바깥쪽에 둘레로 설치된 홈(19)에 끼워 설치된 시일부재이고, 이 시일부재(18)에는 후기하는 밸브블록(20)의 아래면이 맞닿는다.
다시 제1도에 복귀하여, 20은 본체블록(1a)의 윗면(9)에 얹어놓은 밸브블록이고, 예컨대 스텐레스강 등과 같이 열전도성 및 내부식성의 양호한 소재로부터 이루어진다. 이 밸브블록(20)과 상기 윗면(9)과의 사이에 기화실(21)이 형성되어 있다. 즉, 밸브블록(20)의 내부공간(22)에 다이아프램(23)이 그 하부주변을 스페이서(17)에 맞닿아서, 스프링(24)에 의하여 상시 윗쪽에 가압되도록 하여 설치되어, 이 다이아프램(23)과 스페이서(17)에 의하여 기화실(21)이 구성되는 것이다.
상기 다이아프램(23)은 내열성 및 내부식성의 양호간 소재로부터 이루어지고, 제3도에 도시한 바와 같이 축부(25)의 아래쪽에 본체블록(1a)의 상면(9)의 중앙부분(15)과 맞닿아 또는 이간하여, 액체재료도입로(4)의 개구(8)를 개폐하기 위한 밸브부(26)가 형성되는 동시에 이 주위에 얇은 두께부(27)를 갖추고, 더욱이 이 얇은 두께부(27)의 주위에 두꺼운 두께부(28)를 갖추어서 이루어진 것으로, 상시는 스프링(24)에 의하여 윗쪽으로 가압됨으로써, 밸브(26)가 상기 중앙부분(15)에서 이간하고 있으나, 축부(25)에 아랫방향으로 가압력이 작용하면, 밸브(26)가 중앙부분(15)과 맞닿아 밀착하여, 상기개구(8)를 폐쇄하도록 구성되어 있다.
본 실시예에 있어서는, 상기 다이아프램(23)을 액체재료(LM)의 유량조절 및 셧오프를 위한 밸브, 및 액체재료도입구(6)를 통하여 본체블록(1a)내에 공급되는 액체재료(LM)의 기화실(21)을 구성하는 부재로서 사용하고 있다. 따라서, 상기 셧오프를 보다 확실하게 행하기 위해, 다이아프램(23)의 편평한 아래면에는 플루오르계 수지를 코오팅하거나, 라이닝이 시행되어 있다. 또한 코오팅 등에 대신하여, 다이아프램(23) 자체를 플루오르계 수지로 형성하여도 좋다.
상기 구성의 다이아프램(23)은 그 축부(25)가 위로 되도록 하여, 그 아래면 주변부가 스페이서(17)에 맞닿아, 그의 아래면측에 형성되는 기화실(21)내에는 본체블록(1a)의 윗면(2b)에 형성된 개구(8,10) 및 홈(16)이 모두 포함되도록 설치된다. 결국, 액체재료도입로(4) 및 가스도출로(5)의 개구(8,10)는 기화실(21)내에서 연통하고 있다. 그리고 이 다이아프램(23)이 후기하는 액튜에이터(29)에 의하여 가압되어, 액체재료(LM)를 기화실(21)내에 도입하기 위한 개구(8)의 개도를 조절하거나, 폐쇄함으로써 액체재료(LM)의 기화실(21)내로의 도입량을 제어하는 것이다.
29는 상기 다아이프램(23)을 아래쪽으로 가압하여 이것을 뒤틀리게 하는 액튜에이터로, 본 실시예에 있어서는, 밸브블록(20)의 상부에 세워설치된 하우징(30)내에 복수의 압전소자를 적층하여 이룬 피에조스택(piezostack)(31)을 설치하고, 이 피에조스택(31)의 가압부(32)를 다이아프램(23)의 축부(25)에 맞닿게한 피에조 액튜에이터로 구성되어 있다.
다음에, 상기 기화유량제어기(1)의 동작에 대하여, 제4도를 참조하면서 설명한다. 상기한 바와 같이 다아이프램(23)은 스프링(24)의 가압력에 의하여 항상 윗쪽으로 가압되어 있으며, 다이아프램(23)의 밸브(26)는 제3도에 도시한 바와 같이 본체블록(1a)의 윗면(9)과 약간 틈새로서 이간한 상태에 있다. 따라서, 액체재료도입로(4) 및 가스도출로(5)의 상부측의 개구(8,9)는 개방되어 있다.
그리고 히이터(2)에 통전을 행하고, 본체블록(1a)을 가열하여 둔 상태에서 피에조스택(31)이 소정의 직류전압을 인가하면, 다아이프램(23)이 아래쪽으로 밀어내려져서, 그 밸브(26)는 제4도에 도시한 바와 같이, 상기 윗면(9)의 중앙부분(15)과 맞닿도록 뒤틀어지고, 액체재료도입로(4)의 개구(8)가 폐쇄되어, 액셧오프의 상태로 된다. 따라서, 액체재료(LM)를 예컨대 3kg/㎠ 정도의 압력으로 기화유량제어기(1)에 공급하여도, 기화실(21)내로 액체재료(LM)가 유입되는 것은 없다.
다음에 피에조스택(31)에 인가하는 전압을 상기 인가전압보다 약간 작게 하여서, 다아이프램(23)으로의 가압력을 작게하면 다이아프램(23)에 의한 개구(8)폐쇄가 해제되어, 밸브(26)와 상기 중앙부분(15)과의 사이에 약간의 틈새가 생겨서, 이 틈새를 통하여 액체재료(LM)가 기화실(21)로 도입되도록 한다. 그리고, 액체재료(LM)는 기화실(21)로의 유입에 따른 압력강하와 히이터(2)에 의한 가열(예컨대 100℃ 정도)에 의하여 신속히 기화하여, 기화에 의하여 생긴 가스(G)는 가스도입출로(5)를 거쳐서 가스도출구(11)측으로 흘러간다.
상기의 설명에서 이해가 되는 바와 같이, 상기 기화유량제어기(1)에 있어서는, 액체재료(LM)가 기화실(21)로의 유입에 따른 압력강하와 히이터(2)에 의한 가열에 의하여 신속하게 기화되는 동시에, 기화실(21)의 볼륨이 극히 작음으로써, 기화에 의하여 생긴 가스(G)를 신속하게 효율이 좋게 도출할 수 있다. 그리고 다이아프램(23)이 액체재료(LM)의 유량을 조정하는 밸브와 액체재료(LM)를 기화시키는 기화실(21)의 구성부재와를 겸하고 있기 때문에, 예컨대 제13도에 도시한 종래의 기화유량제어기와 다르며, 유량조정밸브와 기화실과의 사이에 데드볼륨이 생기는 일이 없고, 따라서, 기포가 축적되거나, 성장한다는 일이 없고, 종래의 기화유량제어기로 문제로 되어 있던 캐비테이션 현상이 생기는 일이 없고, 소정 유량의 가스(G)를 안정하게 공급할 수가 있다.
이와 같이 기화실(21)이 기화기능과 유량조정기능과를 갖추고 있으므로, 고속응답이 가능하게 되어, 기화가스의 단시간의 반복발생이 가능하게 된다. 또, 기화유량제어기(1)가 콤팩트로 되어, 코스트 다운이 도모된다. 또한 상기 기화가스(G)를 가장 안정적으로 얻기위한 조건은, 액체재료(LM)를 제어하여, 기화실(21)로의 액체재료(LM)의 유입량을 제어하고 있는 것은 말할 것도 없다.
제5도는 상기 구성의 기화유량제어기(1)를 예컨대 반도체 제조장치의 재료공급라인에 조립한 예를 도시한 것이고, 이 도면에 있어서, 33은 기화유량제어기(1)의 상류측의 액체재료공급라인, 34는 이 액체재료공급라인(33)에 설치되는 액체용 유량계, 35는 기화유량제어기(1)의 하류측의 가스라인으로 그의 외부에는 히이터(36)가 감겨져 설치되어 있다. 37은 액체용 유량계(34)의 신호를 받아 피이드백 제어하는 제어기이다.
상기 구성의 시스템에 있어서, 액체재료공급라인(33)을 기화유량제어기(1)의 방향으로 흐르는 액체재료(LM)의 유량이 액체용 유량계(34)에 의하여 검출되어, 제어기(37)에 입력된다. 제어기(37)에는 미리 설정유량이 입력되어 있으며, 상기 검출유량과 설정유량이 비교가 된다. 제어기(37)는 상기 비교에 의거하여 기화유량제어기(1)의 액튜에이터(29)에 대하는 인가전압을 제어함으로써, 기화유량제어기(1)에 도입되는 액체재료(LM)의 유량을 일정하게 제어한다.
정유량제어된 액체재료(LM)는, 기화실(21)에서 전량기화되어, 이 기화에 의하여 생긴 가스(G)는 가스라인(36)을 통하여 도시하지않는 반도체 제조장치에 이송된다.
따라서, 상기 시스템에 있어서는, 기화유량제어기(1) 이후의 사용조건(이 경우, 반도체 제조장치)에 일정하게 유량제어된 가스를 안정하게 공급할 수가 있다. 더욱이, 설정유량을 변화시킴으로써, 임의 유량의 가스유량을 얻고, 예컨대, 액체재료공급라인(33)에 압력변동이 생겨도 이것을 단시간에 수속시킬 수가 있다.
상기의 설명에서 이해된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예의 기화유량제어기(1)에 있어서는, 액체재료(LM)를 기화실(21)로의 유입에 따른 압력강화와 열에너지를 줌으로써 극히 짧은 시간에 기화시키도록 한 것이다. 따라서, 본체블록(1a)에 히이터(2) 및 온도센서(3)를 내장시키는 것에 대신하여, 본체블록(1a)을 항온조에 수납하거나, 또 적외램프로 가열하는 등, 본체블록(1a)을 외부에서 가열할 수 있도록 하여 구성하여도 좋다.
그리고 상기 어느 것의 경우에 있어서도, 본체블록(1a)으로서는, 금속이외의 내열성 소재, 예컨대 세라믹 또는 플루오르 수지 등의 내열성 수지로 구성하여도 좋다.
또, 기화실(21)을 본체블록(1a)내에 형성하도록 하여도 좋다. 그리고, 히이터(2)로 본체블록(1a)을 가열하는 경우는, 히이터로서 플레이트 히이터를 사용하여도 좋고, 본체블록(1a)의 특히 기화실(21) 근방을 가열할 수 있도록 하면 좋다. 더욱이 액체재료도입로(4)나 가스도출로(5)는 갈고리형상으로 형성할 필요는 없고, 스트레이트라도 좋다. 그리고 더욱이 액튜에이터(29)로서, 전자식의 것이나 서멀식의 것을 사용하여도 좋다.
그리고, 액체재료(LM)는 상온 상압에서 액체상태에 있는 것에 한하는 것은 아니고, 상온 상압에서 기체라도 적의 가압함으로써 상온에서 액체가 되도록 한 것이라도 좋다.
또 제5도에 도시한 바와 같이, 기화유량제어기(1)로의 액체재료공급라인(33)에 히이터(38)를 감아 설치하여, 액체재료(LM)를 예열하여, 기화시에 필요한 열에너지를 액체재료(LM)에 미리 주도록 하여도 좋다. 이와 같이 구성한 경우, 기화유량제어기(1)에 있어서 기화를 보다 효율좋게 행하여, 보다 큰 유량의 가스를 용이하게 얻을 수 있다.
제6도 또는 제7도는 본 발명의 기화유량제어기(1)를 가지는 액체재료 기화유량 제어기의 제2 실시예를 도시하고 있으며, 제6도는 그의 종단면도, 제7도는 본 실시예에 있어서 액체재료도입로의 배관내에서 드레인으로서의 액체재료를 제거할 때에 구성되는 블록도이다.
또한 이들의 도면에 있어서도 제1도 내지 제5도와 동일의 부호가 부여된 부재는 동일 또는 동등의 부재이므로 그이 상세한 설명을 생략한다.
제6,7도에 있어서, 기화유량제어기는, 기화기능과 유량조정기능과를 갖추고 액체재료 탱크에서 공급되는 액체재료(LM)를 기화시키는 기화유량제어기(1)와, 기화유량제어기(1)의 본체블록(1a)내에 형성된 액체재료도입로(4) 및 가스도출로(5)와, 액체재료도입로(4)에서 분기하여 본체블록(1a)밖으로 연통하는 연통구(a)를 가지는 제1라인(4')과, 양단부의 연통구(b1,b2)가 본체블록(1a)밖으로 연통하도록 형성되어 액체재료도입로(4)를 퍼지하기 위한 제2라인(B)과, 본체블록(1a)의 외주에 장착되어 제1라인(4')과 제2라인(B)의 연통을 시이트부(도시하지 않음)의 개폐에 의해 가능하게 하는 개폐밸브(40)를 가지고 있다.
이 시이트부를 가지는 개폐밸브(40)로서는, 예컨대, 상시(기화유량제어기(1)의 작동시)는 페쇄상태로 세트되어 공기압에 의해 개방상태로 전환하는 공압밸브(시이트부)를 가지는 공압타입의 상시 폐쇄형 밸브나, 핸들조작함으로써 밸브(시이트부)가 개폐되는 수동타입의 스톱밸브 등의 공지의 밸브를 들 수가 있으며, 이들 밸브를 적절히 사용할 수 있다.
제6도에 있어서, 본체블록(1a)은 예컨대 스텐레스강 등과 같이 열전도성 및 내부식성의 양호한 금속재료로부터 이룬 직방체 형성으로 형상되어 있다. 이 본체블록(1a)에는, 상세하게는 도시하고 있지 않으나, 본체블록(1a) 전체를 가열하는 예컨대 카트리지 히이터(2)가 내장되어 있다.
따라서, 본 실시예의 기화유량제어기(1)는 개폐밸브(40)의 시이트부를 폐쇄상태로 세트하여 두는 것만으로 상시 작동 가능하며, 이 경우, 제1라인(4')의 연통구(a)와 제2라인(B)의 연통구(b1)가 각각 시이트부에 의하여 폐쇄된 상태에 있다.
제8도는 상기 구성의 기화유량제어기(1)를 예컨대 반도체 제조장치의 재료공급라인에 조립한 예를 도시하며, 이 도면에 있어서 33은 기화유량제어기(1)의 상류측의 상기 액체재료도입로이며, 이것은 제6도에서 도시한 액체재료도입로(4)에 통하여 있다. 34는 이 액체재료도입로(33)에 설치되는 액체용 유량계, 35는 기화유량제어기(1)의 하류측에 가스라인(제6도의 가스도출로(5)에 대응하는)으로, 그의 외부에는 히이터(36)가 감겨져 설치되어 있다. 37은 액체용 유량계(34)의 신호를 받아 피이드백 제어하는 제어기이다. 또 액체용 유량계(34)와 기화유량제어기(1) 사이의 배관(39)의 외부에는 히이터(38)가 감겨져 설치되어 있으며, 액체재료(LM)를 예열하여, 기화시에 필요한 열에너지를 액체재료(LM)에 미리 주어질 수가 있다.
이와 같이 구성한 경우, 기화유량제어기(1)에 있어서 기화를 보다 효율좋게 행하여, 보다 큰 유량의 가스를 용이하게 얻을 수가 있다. 그리고, 액체재료도입로(33), 배관(39)을 포함한 액체재료도입로(4)에서 분기하여 퍼지라인(41)이 갖추어져 있다.
또 기화유량제어기(1)의 본체블록내(2)에 형성된 전액체재료도입로(33), 배관(39)을 포함한 액체재료도입로(4)에 본체블록(1a)밖으로 연통하는 제1라인(4')을 형성하고, 양단부(b1,b2)가 본체블록(1a)밖으로 연통하도록한 본체블록(1a)내에 제2라인(B)을 형성하고, 제1라인(4')과 제2라인(B)과의 연통을 시이트부의 개폐에 의해 가능하게 하는 개폐밸브(40)를, 본체블록(1a)의 바깥둘레에 설치하였으므로, 액체재료도입로(33)의 배관내에서 액체재료(LM)를 충분하게 제거할 때에 종래와 같이 기화유량제어기를 통하여 퍼지가 시행하는 것을 회피될 수 있어, 기화유량제어기(1)를 통한 압손실은 거의 없게 되어, 충분한 퍼지효율을 얻을 수가 있다.
그리고 액체재료(LM)를 기화유량제어기(1)의 2차측(하류측)에 설치한 반도체 제조장치의 배기펌프에 송입함이 없이 액체재료도입로(33)의 퍼지를 행할 수가 있다. 또 기화유량제어기(1)는 개폐밸브(40)의 시이트부를 제1라인(4')과 제2라인(B)과의 연통이 불가능한 폐쇄상태로 하여 두는 것만으로, 상시 작동이 가능하며, 종래와 같이 배기펌프를 특별히 이용하여 퍼지를 행할 필요는 없게되고, 퍼지를 위해 사용하는 부품을 최소한으로 억제할 수가 있으며 그리고 유지보수가 용이하다.
본 발명은 상기의 실시예에 한정된 것은 아니고 여러 가지로 변형하여 실시할 수가 있다. 즉 기화실(21)을 본체블록(1a)내에 형성하도록 하여도 좋다. 그리고, 히이터(2)는 플레이트 히이터라도 좋고, 본체블록(1a)의 특히 기화실(21) 근방을 가열할 수 있도록 하면 좋다. 또 액체재료도입로(4)나 가스도출로(5)는 갈고리형상으로 형성할 필요는 없고, 스트레이트라도 좋다. 더욱이 액튜에이터(29)로서 전자식의 것이나 서어멀식의 것을 사용하여도 좋다.
그리고, 액체재료(LM)는 상온 상압에서 액체상태인 것에 한정되는 것은 아니고, 상온 상압에서 기체라도 적절히 가압함으로써 상온에서 액체가 되도록 한 것이라도 좋다.
제9도는 제1액체재료(LM1)를 공급하는 경우, 제2액체재료(LM2)를 개폐밸브로 공급정지상태로 하여, 기화유량제어기(1)내의 제1액체재료공급(4a) 및 주액체재료도입로(4)를 제1액체재료(LM1)로 퍼지한 후, 기화실(21)에 공급하도록 한 본 발명의 제3실시예를 도시한다.
제9도에 있어서, 액체재료기화유량제어기는 기화유량제어기(1)와, 기화유량제어기(1)의 본체블록(1a)내에 형성된 기화실(21)에 통하는 액체재료도입로(4), 액체재료도입로(4)에서 각각 분기하는 복수의 액체재료공급라인(4a, 4b, 4c), 각 액체공급라인(4a, 4b, 4c)에 대응하는 수만금 본체블록(1a)내에 설치되어, 양단부가 본체블록(1a)밖으로 연통하는 연통라인(B0, B1, B2), 각 연통라인(B0, B1, B2)과 이것에 대응하는 액체재료공급라인(4c, 4a, 4b)과를 각각 접속하는 복수의 개폐밸브(40a, 40b, 40c)와 각 개폐밸브(40a, 40b, 40c)에 설치되어, 각 연통라인(B0, B1, B2)과 이것에 대응하는 액체재료공급라인(4a, 4b, 4c)의 연통을 가능하게 하는 시이트부(도시하지 않음)로 구성되어, 본 실시예에서는 복수의 개폐밸브(40a, 40b, 40c)중 선택된 하나의 개폐밸브(40c)를 제1액체재료 공급라인(4a) 및 액체재료도입로(4)의 퍼지에 사용하도록 한 것이다. 또한 퍼지라인(41)은 제1액체재료공급라인(4a), 액체재료도입로(4) 및 연통라인(B0)으로부터 이루어진다.
한편 제2액체재료(LM2)를 공급하는 경우, 제1액체재료(LM1)를 개폐밸브(40a)로 공급정지상태로 하여, 기화유량제어기(1) 내의 제2액체재료공급라인(4b) 및 액체재료도입로(4)를 제2액체재료(LM2)로 퍼지한 후 기화실(21)에 공급하면 좋다.
또한, 상기 제3실시예에 있어서, 각 액체재료공급라인(4a, 4b) 및 액체재료도입로(4)의 퍼지는, 상기 제1실시예와 마찬가지로, 가스퍼지로 행하는 것도 가능하다.
또, 제3실시예에 있어서는 각 액체재료공급라인(4a, 4b)을 통하여 액체재료도입로(4)에서 기화유량제어기(1)의 방향으로 흐르는 액체재료(LM1, LM2)의 유량을 각각 검출하는 액체용 유량계를 설치하고 또한, 미리 설정된 유량이 입력되어 있는 제어기를 설치하고, 제어기에 입력되는 것으로 상기 검출유량과 설정유량과를 비교하여, 제어기는 상기 비교에 의거하여 기화유량제어기(1)의 액튜에이터(29)에 대한 인가전압을 제어함으로써, 기화유량제어기(1)에 도입되는 액체제료(LM1, LM2) 각각의 유량을 일정하게 제어하도록 구성하여도 좋다.
더하여, 제3액체재료(LM2)를 액체재료탱크에 접속된 연통라인(B0)에서 개폐밸브(40c)를 통하여 액체재료공급라인(4c)으로 공급하는 것이 가능하므로, 이 경우의 제3액체재료(LM2)에 의한 퍼지는, 개폐밸브(40a, 40b)의 어느 것인가를 이용하여 퍼지라인(41)을 형성하는 것을 행할 수 있다. 더욱이 가스퍼지로 행하는 것도 가능하다.
더욱이 제10도에 도시한 바와 같이, 하나의 본체블록(1a)에 복수(도시예에서는 3개)의 기화실(21)을 설치하는 동시에, 각각의 기화실(21)에 대하여도 서로 다른 액체재료(LM)를 설치하고, 가스도출구(11)의 상류측에서 합류시켜서, 혼합가스(KG)로서 꺼내도록 하여도 좋다.
그리고 더욱이, 제11도에 도시한 바와 같이, 기화실(21)과 가스도출구(11)까지의 사이의 가스도출로(5)를 복수(도시예에서는 2개) 설치하여도 좋다. 이와 같이한 경우, 가스도출로(5)의 압력손실이 경감되어, 기화실(21)의 압력이 낮게 되므로, 기화효율이 향상되어, 그것만큼 기화실(21)에 대한 액체재료(LM)의 유입량을 증가시킬 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기화유량제어기에 의하면, 액체재료가 기화실에 도입되기까지 액상이면서 실온상태이므로, 종래의 기화유량제어와 다르며, 열영향에 의한 액체재료의 분해나 조성변화라는 문제가 없게된다.
그리고 이 기화의 유량제어기에 있어서는, 기화실의 내용적이 극히 작으므로, 액체재료의 기화를 개시하여서 가스유량이 안정하기까지의 응답시간이 가급적으로 짧게되고, 따라서, 단시간의 조작반복의 발생이 가능하게 된다. 또, 이 기화유량제어기에 있어서는, 기화실이 기화기능과 유량조정기능과를 갖추고 있으므로, 장치의 소형화 및 코스트 다운이 도모된다.
또 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하는 각 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료 공급라인과를 각각 복수의 개폐밸브로 접속하여, 상기 복수의 개폐밸브중 선택된 하나의 개폐밸브에 설치된 시이트부에 의해, 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료공급라인의 연통을 가능하게 하여 액체재료공급라인의 퍼지를 행할 수가 있다.
즉, 본 발명의 특징의 하나로서, 상기 본체블록에 미리 형성되어 있는 연통라인과 이것에 대응하는 액체재료공급라인과를 이용하는 것만으로 액체재료공급라인의 퍼지를 행할 수가 있으므로, 액체재료공급라인의 퍼지의 경로를 임의로 선택할 수 있다는 점에서 말하자면 퍼지 선택의 자유도를 가진다.
Claims (4)
- 히이터 및 온도센서를 내장한 본체블록에 다이아프램에 의하여 덮혀진 기화실을 형성하는 한편, 본체블록내에 액체재료도입로 및 가스도출로를, 각각의 일단이 본체블록의 끝면에서 개구되고, 각각의 타단이 기화실에 연통하도록 형성함과 동시에 본체블록에 설치한 가압구동부에 의하여 다이아프램을 구동시킴으로써, 액체재료도입로의 기화실에 면한 개구의 개도를 조정하여, 액체재료도입로를 통하여 도입되는 액체재료를 기화실내에서 기화시켜, 기화에 의하여 발생한 가스를 가스도출로를 통하여 도출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 기화유량제어기.
- 외부로부터 가열가능하게 구성된 본체블록에 다이아프램에 의하여 덮혀진 기화실을 형성하는 한편, 본체블록내에 액체재료도입로 및 가스도출로를, 각각의 한끝이 본체 블록의 끝면에서 개구하여, 각각의 타단이 기화실에 연통하도록 형성함과 동시에, 본체블록에 설치한 가압구동부에 의하여 다이아프램을 구동함으로써, 액체재료도입로의 기화실에 면한 개구의 개도를 조정하여, 액체재료도입로를 통하여 도입되는 액체재료를 기화실내에서 기화시켜, 기화에 의하여 발생한 가스를 가스도출로를 통하여 도출시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 기화유량제어기.
- 기화기능과 유량조정기능을 갖추어 액체재료탱크에서 공급되는 액체재료를 기화제어하는 기화유량제어기의 본체블록내에, 액체재료도입로와, 가스도출로와, 상기 액체재료도입로에서 분기하여 상기 본체블록밖으로 연통하는 제1라인과, 양단부가 상기 본체 블록밖으로 연통하여 상기 액체재료도입로를 퍼지시키기 위한 제2라인과를 형성하여, 상기 제1라인과 제2라인의 연통을 시이트부의 개폐에 의해 가능하게 하는 개폐 밸브를 갖춘 것을 특징으로 하는 기화유량제어기.
- 기화기능과 유량조정기능을 갖추어서 액체재료탱크에서 공급되는 액체재료를 기화제어하는 기화유량제어기의 본체블록내에, 기화실로 통하는 액체재료도입로와, 이 액체재료도입로에서 각각 분기하는 복수의 액체재료공급라인과, 각 액체재료공급라인에 대응하는 수만큼 상기 본체블록내에 설치하여, 그의 양단부가 상기 본체블록밖으로 연통하는 연통라인을 형성하여, 각 연통라인과 이것에 대응하는 상기 액체재료공급라인의 연통을 각각의 시이트부의 개폐에 의해 가능케 하는 복수의 개폐밸브를 갖추어, 상기 복수의 개폐밸브중 선택된 하나의 개폐밸브를 당해 액체재료공급라인의 퍼지에 사용하도록 한 것을 특징으로 하는 기화유량제어기.
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