TW200307978A - Liquid material vaporizing and feeding apparatus - Google Patents

Description

200307978 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關一種液體材料氣化供給裝置，其用於將由 液體氣化產生之專用氣體供給半導體生產線或類似場合。 【先前技術】 習知液體材料氣化供給裝置主要有兩種。其一，氣化 部分設置在控制閥內的氣化器與液體流量計或氣體流量計 相結合。其二，氣化容器與根據液體量而動作的感測器、 液體溫度控制器、氣體流量控制器、液體出入口之配管、 及一個開閉閥相結合，並將整個該等組件放進恆溫槽中。 在液體容器中使液體氣化的氣化供給裝置，不會存在 液體材料熱分解和溶存氣體發泡的問題，因爲該裝置是從 容器外部進行加熱的，容器中的液體呈水池狀。然而，通 常由不銹鋼或類似材料製成的容器壁位於加熱器和液體之 間，故裝置的氣化效率低。 氣化部分設置在控制閥中的氣化器已揭示在公開號爲 特開平2001-156055的日本公報中。該裝置透過將液體和載 體氣（carrier gas)的相混合部分製成特殊形狀來提高氣化效 率。 不用於半導體製造上的，氣化及供給玻璃之液體原料 的裝置已揭示在公開號爲特開平6-256036的日本公報中。 這種液體材料氣化供給裝置，透過在氣化容器內部增設凹 凸來增加傳熱面積，從而提高氣化效率。 【發明內容】 200307978 公開號爲特開2001-156055的日本公報中的氣化器尺寸 很小，其中控制閥具有氣化的功能。然而，由於液體材料 在局部受熱時容易分解，會在氣化器上產生微粒和污染物 。又，由於溶存氣體在液體內部發泡，而有氣化狀態之惡 化及控制不良之問題。 儘管公開號爲特開平6-256036號的日本公報中具有習 知氣化容器之氣化方式，其氣化之穩定性高，但裝置本身 龐大，槽內的液體量也較大。因此，設置面積大，裝置不 容易被設置在半導體製造裝置中，而且，因爲裝置所用的 液體量比較大，故維修時所需的昂貴的液體材料的費用會 增加，排出液體所需花費的時間也較多。 按照本發明的可解決前述技術問題的液體材料氣化供 給裝置，係氣化容器之底面具有相對水平方向呈傾斜之氣 化板，該氣化板設有加熱機構；且具有：從前述氣化板上 端側供給液體材料之機構；積聚於前述氣化板上之液體材 料的液面偵知機構；及利用來自前述液面偵知機構之訊號 來控制前述液體材料之供給的機構。 本發明中，氣化板根據液體材料氣化條件處於一定的 溫度下，因此液體材料熱分解的影響就會減少，並且可以 在較小的氣化面積上獲得相對較多的氣化氣體流量。 此外，即使氣化容器中的液體量並不大，透過相對水 平面呈傾斜的氣化板也可以獲得足夠的氣化氣體流量。因 此，裝置可以小型化，液體更換所需的維修費用和時間也 可以相對降低。 200307978 【實施方式】 以下，參閱附圖說明本發明之實施例 圖1，係本發明之液體材料氣化供給裝置10之槪略構 成剖面圖。該液體材料氣化供給裝置10由氣化板20、氣化 容器30、液面感測器40、噴嘴（液體材料供給機構）50所構 成。氣化板20設於氣化容器20的底部，並相對水平方向 面呈傾斜，·氣化板透過加熱機構（未圖示）保持一定的溫度。 所需的傾斜的角度在2到5。之間，最好爲3。。氣化板的 溫度配合待氣化之液體的物理、化學特性以及氣化條件而 設定。 爲增加氣化面積’在鄰近氣化板20的上端處設置1個 或多個噴嘴50。 當開始ί架作時’液體從噴嘴5〇中流出，流過氣化板2〇 斜面並同時氣化。液體材料之供給量因比待氣化之量爲大 ，故在操作開始後不久液®會逐漸上升。 虽氣化谷益30中的液體達到一定的量時，液面感測器 4〇感測到並㈣-個㈣使來自噴嘴5Q _體停止流入。 下降，液面感測器4()感測到並 使液體恢復流人。反覆_動作來進㈣體之氣化控制。 液面感測益40 ’由钿管42、及安裝於細管42之熱感 測器44，當細管42的下端部與賴接觸時，毛細管現象使 ί守細s 42中的液體上升。液面感測器可做成比習知浮 子式液面感測益小’ Wi'Sj使液體材料氣化供給裝置小型 化。而且’感測益偵知如的能力要比普通_子式液面 200307978 感測器更加靈敏。 圖2所示爲氣化板20的表面爲鏡面加工面時，從噴嘴 50處流出的液滴60如何由於液體表面張力而形成圓形的情 形。如圖2所示，表面張力抑制了液流的擴散。因此，應 該採取措施減少液體表面張力對從噴嘴流出的液滴形狀的 影響。 減少表面張力影響的一個方法是對氣化板20的表面作 霧面處理。 圖3之（a)所示爲減少表面張力的影響的另一種方法。 在裝置的液體供給部分中，在氣化板20的上部設置有圓棒 70，噴嘴50的開口距離圓棒很近。如圖3之（b)所示，液滴 60從噴嘴50流到到圓棒70上，液滴60受表面張力的影響 被圓棒70所降低，因此，液滴60的流入和擴散得到了改 善。 圖4所示爲減少表面張力影響的另一種方法。在這種 情況下，裝置的液體供給部分中，在氣化板20的上部設置 一個細長的凹槽80，與圖3之（a)中的圓棒相似，細長凹槽 80減少了表面張力的影響，改善了液體的流入和擴散。 另外一些減少表面張力的影響並改善液體流入和擴散 的方法包括：用粘接或其他合適的方法或者透過在氣化板 的表面蝕刻，在氣化板的表面上附著一層網格。經實驗證 明透過在氣化板上設置網格後氣化效率可以提高大約20% 在圖5所示的熱動式質量流量（thermal-mass-flow)控制 200307978 器中，從液體入口處供給的液體透過氣動閥60的開啓和閉 合來控制。當氣動閥60打開時，液流通過供給導管流入氣 化容器30中。供給的液體量通過設置在供給導管端部或中 間部位的限制裝置70來進行限制。孔口（orifice)、噴嘴或 其類似物可以用於限制裝置。作爲選擇，質量流量控制器 可以用來控制通過供給導管的液流。然而，爲達到該目的 而來採用質量流量控制器，成本是昂貴的。 氣化容器30中的液體向下流到氣化板20的斜面上， 通過例如電加熱器、熱管等的加熱器80進行加熱。氣化板 20的溫度透過溫度感測器90進行偵知，溫度控制電路110 依據溫度感測器90的訊號控制加熱器80使得氣化板的溫 度保持在恆定範圍。 氣化容器30中的液面透過液面感測器40偵知，偵知 訊號傳送到比較電路170，將偵知訊號的電壓與另行的設定 電壓比較。空氣閥通斷電路180由比較電路的輸出値驅動 打開和關閉氣動閥60。 感測器120(熱感測器）是用來偵知氣化氣體流量。熱感 測器傳送的訊號透過放大電路130被放大。放大電路輸出 作爲氣化氣體流量的指標被讀取。透過比較電路140將流 量設定値與氣化氣體流量進行比較。閥驅動電路150透過 比較電路140的輸出訊號而動作，來控制通過控制閥160 的氣化氣體流量。 整個裝置的溫度受溫度感測器200所監測，溫度控制 電路210依據感測器200控制加熱器190。 200307978 爲避免液體氣化氣體再液化以及附著於氣化容器30側 壁上之液體材料急遽氣化，最好在氣化容器上設置一特殊 空間，但是如果氣化容器30的容積足夠大，就不需該空間 〇 在圖6所示的壓力式質量流量控制器中，如圖5，液面 感測器40與比較電路170連接，氣動閥60可以打開和關 閉。另外，感測器120’是一壓力感測器，根據噴嘴或管口 72輸入端氣體的壓力動作。氣壓由設置在壓力感測器120’ 的輸入端的控制閥160’控制。這樣，通過保持噴嘴或管口 72輸入端的氣體的壓力恆定來控制從噴嘴或管口 72輸出的 氣化氣體流量。壓力感測器的輸出被放大和轉換並且形成 一個與氣化氣體流量相對應的輸出，故在與（熱動式）質量流 量控制器相同的流量設定下可動作。 在另一種實施例中（未圖示），壓力感測器既可以設置在 噴嘴或管口 72的輸入端也可以設置在其輸出端，在這種情 況下，藉由輸入端與輸出端之壓差輸出來控制氣化氣體流 量。 圖6所示的壓力式質量流量控制器的其他特徵與圖5 所示的熱動式質量流量控制器相同。 根據本發明的液體材料氣化供給裝置，藉由將氣化板 保持在一定之適合液體材料氣化條件的溫度，降低了液體 材料之熱分解的影響，提高了傳熱效率。 另外，藉由設置相對水平方向呈傾斜之氣化板，即使 氣化容器中無大量的液體也可獲得足夠的氣化流量，故可 200307978 將該裝置的體積小型化，並且液體更換等維修上所需花費 的金錢和時間可以降低。 【圖式簡單說明】 (一） 圖式部分 圖1爲根據本發明液體材料氣化供給裝置的剖面示意 圖； 圖2爲從噴嘴流出的液滴由於表面張力成爲圓形時的 放大示意圖； 圖3中，（a)爲根據本發明的液體材料氣化供給裝置的 液體供給部分的示意圖；（b)爲（a)所示的液體供給部分的剖 面圖，表示從噴嘴流出的液體受表面張力的影響如何被降 低的情況； 圖4爲按照本發明的另一實施例的液體材料氣化供給 裝置的液體供給部分的示意圖； 圖5爲根據本發明實施例的液體材料氣化供給裝置的 方塊圖，其中氣化氣體流量控制機構係利用（熱動式）質量流 量控制器；及 圖6爲根據本發明實施例的液體材料氣化供給裝置的 方塊圖，其中氣化氣體流量控制機構係利用壓力式質量流 量控制器。 (二） 元件代表符號 10 液體材料氣化供給裝置 20 氣化板 30 氣化容器 200307978 40 液面感測器（液面偵知機構） 50 噴嘴(液體材料供給機構） 60 氣動閥（液體材料供給控制機構) 80 加熱器 160,1605 控制閥 170 比較電路 180 空氣閥通斷電路 »

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Claims (1)

1. 200307978 ' I · - · · t \ . t- ·. ΊΓ. ? - '· ii · -' ji·· .ΚΛ ^ '.'-i·1" s . \ C ；· ' · . . · 拾、申請專利範謂 1. 一種液體材料氣化供給裝置，其特徵在於： 氣化容器之底面具有相對水平方向呈傾斜之氣化板， 該氣化板設有加熱機構；且具有Z 從前述氣化板上端側供給液體材料之機構； 積聚於前述氣化板上之液體材料的液面偵知機構；及 利用來自前述液面偵知機構之訊號來控制前述液體材 料供給的機構。 2. 如申請專利範圍第1項之液體材料氣化供給裝置，其 中，前述液面偵知機構係利用細管之毛細管現象者。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之液體材料氣化供給 裝置，係設有利用質量流量控制器之氣化氣體的流量控制 機構。 4. 如申請專利範圍第1項或第2項之液體材料氣化供給 裝置，係設有利用壓力式質量流量控制器之氣化氣體流量 控制機構。 拾壹、圖議 如次頁