TW202108928A - 氣化器 - Google Patents

Abstract

[課題]為了實現液體原料的高溫加熱，提供一種氣化器，其係使金屬製內加熱塊與耐熱玻璃製的內管之緊貼性提升，使來自內加熱器的導熱提升。 [解決手段]氣化器(A)是構成有：霧化器(7)、氣化器本體(Ah)、以及加熱部(Ak)。 加熱部(Ak)是構成有：內加熱塊(3)、以及內加熱器(9)。內管(2)為耐熱玻璃製，具有比中空的氣化器本體(Ah)的內徑還小的外徑。內加熱塊(3)是構成有：沿其中心軸(CL)被分割之分割體(31~3n)、以及彈性材(8)。彈性材(8)被配設在分割體(31~3n)之間，作動成把分割體(31~3n)朝離開方向按壓施力而被按壓到內管(2)的內周圍面。內加熱器(91~9n)分別被埋設在前述分割體(31~3n)。

Description

氣化器

本發明有關導熱優異之特別是半導體製造用以及光導波路形成用的玻璃製氣化器。

作為Si或SiC等的半導體材料的熱氧化手法的種類，是有濕式氧化及乾式氧化。在濕式氧化是使用水。把H₂ O作為氣體(水蒸汽)在爐中流動，把水中的氧使用在氧化膜的成長。該特徵係氧化速度快。因此，在需要厚的膜厚的情況下使用該方法。一方面，乾式氧化係在氧化膜成長使用氧氣。此乃是與濕式氧化相反，成長速度慢。最近幾年，為了更提升氧化膜的成長速度，是可以使用過氧化氫(H₂ O₂ )取代水(H₂ O)。另一方面，作為半導體以外的用途，是有光導波路的形成。(參閱專利文獻1)。該情況下，於10~25μm的厚度的二氧化矽(SiO₂ )的堆積，在H₂ O所致之氧化法下，有必要長時間的堆積時間。若利用過氧化氫(H₂ O₂ )取代H₂ O的話，可以大幅縮短時間。

為此，有必要使大量的過氧化氫水氣化並送入反應爐。作為這樣的目的的裝置，提案有專利文獻1表示般的裝置。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2001-337240號專利公報 [專利文獻2]日本專利第6203207號專利公報

[發明欲解決之課題]

專利文獻1記載之使過氧化氫水氣化並產生氧化性氣體的氣化器，係從外面用加熱器覆蓋裝入了過氧化氫水之近似燒瓶(flask)的中空球狀容器的氣化器的下半部的緣故，中空球狀容器被加熱到100~130℃。含有已氣化的過氧化氫氣體之水蒸汽氣體經過氣體供給管流入到反應爐。該裝置係單純加熱並氣化過氧化氫水的緣故，是有與在氣化器內的過氧化氫水的蒸發一起，過氧化氫的濃度會變化之缺點。更進一步，除了恆定保持過氧化氫的流量也有困難之外，流動多少的流量也不明。

在此，發明人們提案有專利文獻2記載的發明。該氣化器是以霧化液體原料並吹出的霧化器、連接霧化器的噴霧口之中空的外管、被收納在外管內之內管、設在該外管的外側之外加熱塊、被插入到內管的內側之內加熱塊、被埋設在外加熱塊之外加熱器、及被埋設在內加熱塊之內加熱器所構成。 該氣化器係除了兩加熱塊與兩加熱器以外為了防止汙染，為石英玻璃製。接著，上述兩加熱塊為傳熱性佳的鋁製。

外管內之面向霧化器的噴霧口之空間為霧化空間，連到該霧化空間的外管與內管之間的間隙為氣化用間隙，上述液體原料流動在該氣化用間隙內被加熱氣化。

該加熱作業中，內加熱塊與石英相比為熱膨脹率顯著大的鋁製的緣故，在設定成高溫度時，因為鋁製內加熱塊的熱膨脹，為了不讓石英製內管破損，與石英的內徑相比縮小內加熱塊的外徑，大幅採取不受到熱膨脹的影響的程度的餘裕。在此其間隙乃是絕熱性高的空氣層的緣故，來自內加熱塊之朝向內管的內加熱器的熱難以傳遞，氣化性能顯著受到阻礙。

為了改善該問題，在實際的產品方面，為了填埋內加熱塊與石英製內管之間的間隙，塗布有導熱糊。但是，增加應氣化的液體原料的流量的話，變得有必要更高溫度，設定成高溫度的話，導熱糊的成分也就是溶劑會蒸發，僅殘留固態成分。這樣的話，在蒸發了溶劑的間隙充滿了絕熱性高的空氣而傳熱效率顯著下降，氣化性能下降，得不到作為目標之應氣化的液體原料的流量，產生了問題。

本發明為有鑑於相關習知的問題點而為之創作，其目的在於提供一種氣化器，其係為了實現液體原料的高溫加熱，盡可能減少導熱糊的使用，使金屬製(鋁製)的內加熱塊與耐熱玻璃(石英)製的內管之緊貼性提升，使經由內加熱器加熱之來自內加熱塊的導熱提升。 [用於解決課題之手段]

請求項1記載的發明係有關導熱性優異的氣化器A， 氣化器A是構成有： 霧化液體原料L並吹出之霧化器7； 其中一端連接前述霧化器7的噴霧口73，另一端為氣化氣體G2的出口之具有出口噴嘴11之中空的氣化器本體Ah；以及 被收納在前述氣化器本體Ah內之加熱部Ak； 前述加熱部Ak是構成有： 具有比前述氣化器本體Ah的內徑還小的外徑，插入端也就是末端頭部2a被閉塞之耐熱玻璃製的內管2； 插入到前述內管2之內加熱塊3；以及 被埋設在前述內加熱塊3之內加熱器9； 前述出口噴嘴11被設置成連通到形成在氣化器本體Ah的內周圍面與內管2的外周圍面之間的氣化用間隙R； 前述內加熱塊3是構成有：沿前述內加熱塊3的中心軸CL被分割成複數個之分割體31~3n、以及彈性材8； 前述彈性材8被配設在前述分割體31~3n之間，作用成把前述分割體31~3n朝離開方向按壓施力而使前述分割體31~3n的外周圍面按壓到前述內管2的內周圍面； 前述內加熱器91~9n分別被埋設在前述分割體31~3n。

請求項2係於請求項1的氣化器A，其中，耐熱玻璃為石英玻璃。 [發明效果]

有關本發明的氣化器A具有上述構成的緣故，升溫時，分割體31~3n即便熱膨脹，其熱膨脹份係彈性材8收縮而被吸收並且該彈性材8在分割體31~3n的外周圍面按壓到內管2的內周圍面的緣故，不會使耐熱玻璃製的內管2破損，可以維持內管2與構成內加熱塊3的分割體31~3n之密著狀態。

以下，根據圖面說明本發明。氣化器A是構成有：霧化器7、氣化器本體Ah及加熱部Ak。 上述氣化器本體Ah是構成有：中空圓桶狀的外管1、被分割的外加熱塊5、外加熱器4及出口噴嘴11。更進一步，於氣化器本體Ah如後述般配合必要設置有溫度感測器12。 上述加熱部Ak是構成有：內管2、內加熱塊3、內加熱器9以及溫度感測器10。 適用氣化器A的液體原料L係只要是可以被氣化使用的(供給半導體製造之例如各種的液體原料)哪種皆可，在此為過氧化氫水。氣化器A為過氧化氫水的氣化用，而且，如半導體製造裝置有必要是含有極高純度的過氧化氫的水蒸汽氣體(氣化氣體G2)的情況下，於高溫環境下，以不被含有過氧化氫的水蒸汽氣體(氣化氣體G2)侵蝕的玻璃(例如「石英玻璃」)，來做出接觸到含有過氧化氫的水蒸汽氣體(氣化氣體G2)的部分，在此為霧化器7、外管1、內管2及出口噴嘴11。 在不是這樣的領域，也可以使用派熱克斯(Pyrex，註冊商標)玻璃般的耐熱性玻璃。

氣化器本體Ah的外加熱塊5係把金屬(在本實施例為鋁)製的圓筒狀構件沿中心軸做n分割的緣故，內建有在內部配合必要所設置的外加熱器4與溫度感測器12。外加熱器4也配合外加熱塊5被n分割，溫度感測器12也分別插入到各外加熱塊5的分割體。 在圖2及圖3中，外加熱塊5被2分割成左右兩塊，外加熱器4也配合被2分割成左右兩塊，被收納在外加熱塊5的分割體51、52。把外加熱器4的分割體用元件符號41、42來表示。 尚且，在這些外加熱塊5的分割體51、52的外周圍，涵蓋多個地方嵌有具有鎖緊力的固定帶80，把該分割體的內周圍面整個面按壓到外管1的外周圍面並接觸。 如此，安裝成外加熱塊5的內周圍面整個面接觸到耐熱性玻璃(例如，石英玻璃)製的外管1的外周圍面。 溫度感測器12也可以分別設置在外加熱塊5的分割體51、52。

外管1係如上述為圓桶狀的中空管，其中一端被閉塞，於該閉塞端1a連接後述的霧化器7的噴霧氣體管7a，噴霧口73係開口。接著，在與外管1的閉塞端1a為相反側的外周圍面連接連通到後述的氣化用間隙R之出口噴嘴11。

霧化器7是構成有：連接到外管1的端部之噴霧氣體管7a、以及相對於噴霧氣體管7a為直角或是近似直角的角度或者是未圖示但是往霧化氣體的流通方向傾斜之液體原料導入管7b；在噴霧氣體管7a穿設有通過霧化氣體G1之主供給孔7c，在液體原料導入管7b穿設有連通到主供給孔7c之副供給孔7d。主供給孔7c的內徑比副供給孔7d的內徑大，出口縮小，構成上述噴霧口73。該霧化器7的噴霧氣體管7a的出口部分連接到外管1。 尚且，液體原料導入管7b連接到後述的液體流量控制器E。

內管2係插入端側也就是末端頭部2a被閉塞，形成半球狀。在圖的實施例中，末端頭部2a的形狀為半球狀，但是，當然不限於此，也可以是旋轉橢圓體面、旋轉拋物面或者是圓錐狀。

內管2的另一端為開放，從該開口端插入內加熱塊3。 該內加熱塊3係沿其軸方向(中心軸CL)被分割成複數個。圖2為2分割的例子，圖3為3分割的例子。各分割體31~3n係均等分割，圖2的情況係剖面為半圓，圖3的情況為扇形。尚且，分割數沒有限定。2分割的情況下，把分割體以元件符號31、32來表示，在3分割的情況下以元件符號31~33來表示。n分割的情況雖未圖示，為31~3n(n為2以上的整數)。內加熱塊3的分割體31~3n的材質係在本實施例為鋁，此乃是，密度小、熱傳導率高、便宜、機械加工容易、具有某種程度耐蝕性等之優點多的緣故。當然，也可以使用鋁以外的材料。銅、黃銅、鐵、不鏽鋼等，可以使用熱傳導率高的金屬。這一點也可以適用上述外加熱塊5。

集合了分割體31~3n之內加熱塊3的外部面形狀，係與內管2的內部面形狀一致，藉由後述的彈性材8往徑方向擴開，分割體31~3n的外部面分別按壓到內管2的內部面。該情況下，若形成使加熱到恆定溫度(液體原料L的氣化溫度)時的各分割體31~3n的外周圍面的曲率一致於內管2的內部面的曲率的話，使用時到達必要的溫度(液體原料L的氣化溫度)時，構成內加熱塊3的分割體31~3n的外周圍面整個面接觸到內管2的內部面。

如上述，內加熱塊3可以複數分割，但是，在此是以做3分割的內加熱塊3為中心進行說明。於3分割的內加熱塊3的分割體31~33，分別插入有內加熱器91~93與溫度感測器101~103。 接著，在橫斷面扇形的分割體31~33的對向面31m~33m之間設有間隙C，而且，在上述對向面31m~33m，於相互對向的位置設有彈簧收納孔35。該彈簧收納孔35係設在內加熱塊3的末端部分與基端部分，於3個間隙C中每1對設置3套。

在分割體31~33的彈簧收納孔35的內部收納彈性材8。彈性材8係在分割體31~33的對向面31m~33m之間的間隙C往擴展方向按壓施力的緣故，在此使用以耐熱性優異的原材料所形成的螺旋彈簧。作為螺旋彈簧以外的彈性材8，也可以使用波型墊圈、板彈簧等。 尚且，彈性材8的彈性力係選擇不會讓內管2破損的程度的強度。接著，為了提高傳熱效率，在分割體31~33的對向面31m~33m間的間隙C，也可以填充塗布傳熱性的良好的導熱糊。

於內管2的外周圍面在相同圓周上，至少3點微小的突起6被設置在末端部分與基端部分，在前後2列環上；在把內管2插入到外管1時，該微小的突起6接觸到外管1的內周圍面，在內管2與外管1之間繞一整圈形成均一且十分狹小的氣化用間隙R。該氣化用間隙R係在外管1的基端側如前述般連繫到出口噴嘴11。該出口噴嘴11例如連接到矽基板氧化用的反應爐H。

氣化用間隙R的寬度W並沒有特別限定，但是，該寬度W乃是從氣化效率的面到形成具有高的熱傳遞率之溫度邊界層的範圍為佳。亦即，把內管2的外周圍面或是外管1的內周圍面的溫度作為壁面溫度的話，離這些壁面而流體溫度逐漸下降，成為恆定在某個溫度的溫度(均勻流溫度)。從壁面到恆定的溫度之範圍為溫度邊界層。把氣化用間隙R的寬度W決定在該範圍為佳。如此，流動氣化用間隙R的流通流體Q的溫度可以保持在接近壁面溫度的溫度。

內管2與外管1的加熱器插入口側的開口端係繞一整圈而被融著，前述氣化用間隙R的加熱器插入口側的開口側端部係繞一整圈而被閉塞。被收納在外管1的內管2的末端頭部2a朝向噴霧口73方向，在設有噴霧口73的閉塞端1a與末端頭部2a之間設有霧化空間M。接著，在該霧化空間M，氣化用間隙R繞一整圈而連通。

作為熱源使用電加熱器，在圖的實施例中，使用內加熱器9與外加熱器4。當然，只要是可以充分加熱，僅有內加熱器9也沒關係的。內加熱器9係上述般分別被插入到分割體31~33的內側。把分別被插入的內加熱器用元件符號91~93來表示。 尚且，在習知中，對於低熱膨脹率的內管2的內徑，把內加熱塊3的外徑決定為考慮到了內加熱塊3的熱膨脹之外徑的緣故，在兩者之間產生大的空隙，無可避免使用大量的接著用的導熱糊，但是，在本發明下，內加熱塊3的分割體31~33的外周圍面整個面按壓到內管2的內周圍面而接觸，原則上沒有必要使用導熱糊。但是，內加熱塊3的分割體31~33乃是金屬材料的機械加工品的緣故，其外形形狀示正確精整，但是，內管2乃是耐熱玻璃(石英玻璃)的緣故，其加工精度在於機械加工差。因此，即便因為熱而讓該導熱糊變質也無損於整體的導熱性的程度下的極少量的導熱糊的使用示允許的。

關於附上溫度感測器10，係各對內加熱器91~93分別裝備溫度感測器101~103，並個別控制內加熱器91~93的溫度。外加熱器4係可以控制成與任意一個的內加熱器91~93的溫度感測器101~103連動，或者是也可以控制成算出三個溫度感測器101~103的平均值來連動。當然，也可以對外加熱器4獨自準備溫度感測器12。在此，表示獨自設置了溫度感測器12的情況。尚且，外加熱器4係配合外加熱塊5被分割的緣故，也個別準備溫度感測器12。

接著，說明有關本發明的氣化器A的作用。圖4為使用了本發明的氣化器A之半導體製造裝置的裝置構成的其中一例，構成有霧化器7以及氣化器A；霧化器7是構成有：貯藏液體原料L(在本實施例為過氧化氫水)之經由加壓氣體G0送出液體原料L之原料槽T；連接到前述原料槽T，把所供給的液體原料L以恆定流量送出之液體流量控制器E；連接到氮氣或氧氣等的霧化氣體供給源，把這些霧化氣體G1以質量流量送出之質量流量控制器S；接收從前述液體流量控制器E送出的液體原料L之液體原料導入管7b；以及接收來自質量流量控制器S的霧化氣體G1之噴霧氣體管7a；氣化器A係在其入口部分裝備該霧化器7，例如以恆定量安定地供給氣化氣體G2(在本實施例為過氧化氫含有水蒸汽氣體)到矽基板氧化用的反應爐H。

該裝置A中，加熱器4(9)通電的話，這些加熱器發熱，在內管2內，內加熱塊3被加熱，在外管1，外加熱塊5被加熱。 在以耐熱玻璃構成的內管2內，隨著升溫，內加熱塊3的分割體31~33逐漸熱膨脹。另一方面，內管2幾乎不熱膨脹，內徑大致保持恆定。分割體31~33的外周圍面被按壓到內管2的內周圍面，已熱膨脹的分割體31~33係朝使對向面31m~33m間的間隙C縮小的方向膨脹而壓縮彈性材8。尚且，彈性材8的彈性力，係如已經記述般，被選定在不會讓內管2破損之充分弱小的範圍。 接著，已被加熱過的外加熱塊5及內加熱塊3係把外管1及內管2加熱到特定溫度的話，液體原料L(在本實施例為過氧化氫水)被供給到霧化器7的副供給孔7d，同時在主供給孔7c被壓入霧化氣體G1。藉此，從噴霧口73，液體原料L成為霧狀流體K被吹入到霧化空間M內。

該霧狀流體K係碰撞到內管2的球狀的末端頭部2a，一邊繞著內管2的周圍一邊朝向出口噴嘴11前進到氣化用間隙R內。亦即，在氣化用間隙R內產生迴旋流。經此，可以充分確保加熱時間。 在這期間，在氣化用間隙R整體為溫度邊界層的情況下，前述迴旋流被加熱到接近壁面溫度的溫度而急速氣化，成為氣化氣體G2從出口噴嘴11排出，供給到反應爐H。

上述內加熱塊3的分割體31~33的外周圍面整個面毫無間隙地接觸到內管2的內周圍面的緣故(或者是，透過極少量的導熱糊接觸的緣故)，來自分割體31~33的熱更有效率被傳遞到內管(石英玻璃管)2。該情況下，尚未使用習知般的導熱糊在該部分的緣故(假設，即便使用極少量的導熱糊，也是其劣化也不阻礙導熱性的量的緣故)，可以比習知更達高溫。其結果，液體原料L的氣化效率顯著提升，與習知相比，液體原料L的氣化可能流量飛躍性增大。(尚且，在使用了極少量的導熱糊的情況下，讓內管2的升溫升溫到導熱糊的耐熱溫度為佳。) 尚且，上述氣化器A的霧化器7，外管1及內管2是用「石英玻璃」來形成的情況下，液體原料L即便是過氧化氫水，也不備侵蝕的緣故，可以適用到矽基板的表面氧化。

A:氣化器 Ah:氣化器本體 Ak:加熱部 C:間隙 CL:中心軸 E:液體流量控制器 G0:加壓氣體 G1:霧化氣體 G2:氣化氣體 H:反應爐 K:霧狀流體 L:液體原料 M:霧化空間 Q:流通流體 R:氣化用間隙 S:質量流量控制器 T:原料槽 W:氣化用間隙的寬度 1:外管 1a:閉塞端 2:內管 2a:末端頭部 3:內加熱塊 4:外加熱器 5:外加熱塊 6:突起 7:霧化器 7a:噴霧氣體管 7b:液體原料導入管 7c:主供給孔 7d:副供給孔 8:彈性材 9(91~93):內加熱器 10(101~103):溫度感測器 11:出口噴嘴 12:溫度感測器 31~3n:分割體 31m~33m:對向面 35:彈簧收納孔 41,42:外加熱器的分割體 51,52:外加熱塊的分割體 73:噴霧口 80:固定帶 101~103:溫度感測器

[圖1]為剖面了本發明的一實施例的一部分之前視圖。 [圖2]為圖1的第1實施例的X-X剖面箭頭方向視圖。 [圖3]為圖1的第2實施例的剖面箭頭方向視圖。 [圖4]為使用本發明的氣化器之半導體製造裝置的構成圖。

1:外管

1a:閉塞端

2:內管

2a:末端頭部

3:內加熱塊

4:外加熱器

5:外加熱塊

6:突起

7:霧化器

7a:噴霧氣體管

7b:液體原料導入管

7c:主供給孔

7d:副供給孔

8:彈性材

9(91):內加熱器

9(92):內加熱器

10(101):溫度感測器

10(102):溫度感測器

11:出口噴嘴

12:溫度感測器

31,32:分割體

35:彈簧收納孔

73:噴霧口

80:固定帶

A:氣化器

Ah:氣化器本體

Ak:加熱部

C:間隙

CL:中心軸

G1:霧化氣體

G2:氣化氣體

K:霧狀流體

L:液體原料

M:霧化空間

Q:流通流體

R:氣化用間隙

W:氣化用間隙的寬度

Claims (2)

1. 一種氣化器，是構成有：霧化液體原料並吹出之霧化器；其中一端連接前述霧化器的噴霧口，另一端具有氣化氣體的出口也就是出口噴嘴之中空的氣化器本體；以及被收納在前述氣化器本體內之加熱部；其中， 前述加熱部是構成有：具有比前述氣化器本體的內徑還小的外徑，插入端也就是末端頭部被閉塞之耐熱玻璃製的內管；插入到前述內管之內加熱塊；以及被埋設在前述內加熱塊之內加熱器； 前述出口噴嘴被設置成連通到形成在氣化器本體的內周圍面與內管的外周圍面之間的氣化用間隙； 前述內加熱塊是構成有：沿前述內加熱塊的中心軸被分割成複數個之分割體、以及彈性材； 前述彈性材被配設在前述分割體之間，作用成把前述分割體朝離開方向按壓施力而使前述分割體的外周圍面按壓到前述內管的內周圍面； 前述內加熱器分別被埋設在前述分割體。
2. 如請求項1的氣化器，其中， 耐熱玻璃為石英玻璃。

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