WO2019082674A1 - 気化装置及び気化装置用分離器 - Google Patents

気化装置及び気化装置用分離器

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WO2019082674A1
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separator
gas
vaporized gas
particles
vaporized
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正訓 寺阪
惣一朗 平井
一朗 西川
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株式会社堀場エステック
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/448—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for generating reactive gas streams, e.g. by evaporation or sublimation of precursor materials

Definitions

  • the present invention relates to a vaporizer for vaporizing liquid material and a separator for the vaporizer.
  • Patent Document 1 As shown in Patent Document 1 as generating gas used for semiconductor manufacturing processes such as a film forming process, the liquid material is discharged from a nozzle and depressurized to vaporize the liquid material and generate vaporized gas. There is something to generate.
  • the vaporized gas contains particles such as residues generated by thermal decomposition of the liquid material, and mist particles remaining after the liquid material is not completely vaporized.
  • the above-described vaporization device removes such particles from the vaporized gas.
  • a filter is provided downstream of the nozzle.
  • the filter is used to collect particles, the clogging of the filter causes the pressure at the rear stage of the nozzle to rise, causing a problem that the vaporization performance is lowered.
  • the present invention has been made to solve the above problems at once, and its main object is to reduce particles contained in the vaporized gas without reducing the vaporization performance.
  • the vaporization apparatus includes a vaporization unit configured to vaporize a liquid material, and a separator configured to separate the vaporized gas and particles contained in the vaporized gas into which the vaporized gas generated by the vaporization unit is introduced. And a particle storage unit provided below the separator to store the particles separated by the separator.
  • the vaporized gas and the particles contained in the vaporized gas can be separated by the separator, and the separated particles can be stored in the particle storage unit, the particles can be collected. Filter can be eliminated, and particles contained in the vaporized gas can be reduced without reducing the vaporization performance.
  • the separator As a specific configuration of the separator, it has a cylindrical inner peripheral surface for circulating the vaporized gas, and a fluid introduction port to which the vaporized gas is introduced and particles separated from the vaporized gas are derived. It is preferable that a particle outlet port and a gas outlet port for discharging the vaporized gas after separation from which the particles are separated are formed. With such a configuration, particles can be separated from the vaporized gas by the action of centrifugation.
  • the inner circumferential surface has a tapered portion that gradually reduces in diameter toward the particle outlet.
  • the circulation speed of the vaporized gas is higher at the tapered portion where the diameter is reduced than at the upstream side.
  • the vaporized gas introduced into the separator can be prevented from condensing in the separator, and when mist particles adhere to the wall surface of the separator, the mist The particles can be vaporized.
  • an attachment / detachment mechanism interposed between the separator and the particle storage unit, for attaching and detaching the particle storage unit from the separator.
  • a gas-liquid mixing unit that mixes the liquid material and the carrier gas to generate a gas-liquid mixture is provided on the upstream side of the vaporization unit.
  • the separator for a vaporizer according to the present invention is used in a vaporizer which heats and vaporizes a liquid material, and a fluid containing the liquid material is introduced to vaporize the liquid material. It is characterized in that the gas and the particles contained in the vaporized gas are separated. If it is such a separator for vaporizers, the effect similar to the vaporizer mentioned above can be acquired.
  • particles contained in the vaporized gas can be reduced without reducing the vaporization performance.
  • the figure which shows typically the whole structure of the vaporization apparatus of this embodiment The figure which shows typically the structure of the separator in other embodiment, and a dust box. The figure which shows typically the structure of the separator in other embodiment, and a dust box. The figure which shows typically the structure of the separator in other embodiment. The figure which shows typically the structure of the separator in other embodiment. The figure which shows typically the whole structure of the vaporization apparatus in other embodiment. The figure which shows typically the structure of the dust box in other embodiment. The figure which shows typically the structure of the dust box in other embodiment. The figure which shows typically the structure of the dust box in other embodiment. The figure which shows typically the structure of the dust box in other embodiment.
  • the vaporization apparatus 100 is, for example, for supplying a gas of a predetermined flow rate to a chamber or the like incorporated in a semiconductor manufacturing line or the like and used in a semiconductor manufacturing process, and as shown in FIG.
  • a gas-liquid mixing unit 10 for mixing a carrier gas to generate a gas-liquid mixture
  • a vaporization unit 20 for introducing a gas-liquid mixture to vaporize a liquid material contained in the gas-liquid mixture .
  • the gas-liquid mixing unit 10 includes a carrier gas flow passage L1 in which a carrier gas flows, a liquid material flow passage L2 in which a liquid material flows, and a gas-liquid mixing chamber 10s in which the carrier gas flow passage L1 and the liquid material flow passage L2 merge.
  • the carrier gas flow path L1 and the liquid material flow path L2 are formed in the interior of the block 12, and the valve seat surface 13 formed on one surface (here, the upper surface) of the block 12
  • the outlet L1a and L2a of the gas flow path L1 and the liquid material flow path L2 are open.
  • the flow rate adjustment valve 11 is, for example, a normally closed type piezo valve, and is disposed such that the valve body 111 faces the valve seat surface 13 described above. Thus, a space surrounded by the valve body 111 and the valve seat surface 13 is formed as the gas-liquid mixing chamber 10s described above. Note that FIG. 1 shows a state in which the valve body 111 is seated on the valve seat surface 13, and in a state in which the fluid does not enter or leave the gas-liquid mixing chamber 10s.
  • the gas-liquid mixture channel L3 has the inlet L3a formed on the valve seat surface 13 described above, and the gas-liquid mixture generated in the gas-liquid mixing chamber 10s is introduced to vaporize the gas-liquid mixture. It leads to the part 20.
  • the valve 111 opens or closes the outlet L1a of the carrier gas channel L1, the outlet L2a of the liquid material channel L2, and the inlet L3a of the gas-liquid mixture channel L3.
  • the gas-liquid mixture can be supplied to the vaporizing unit 20 or its supply can be stopped.
  • the vaporizing unit 20 is connected to a piping member Z1 that forms a gas-liquid mixture channel L3, and the pressure-reducing channel L4 that decompresses the gas-liquid mixture led by the gas-liquid mixture channel L3;
  • the liquid material contained in the mixture passes through the pressure reducing channel L4 and has a vaporized gas channel L5 through which the vaporized gas that has been decompressed and vaporized (atomized) flows.
  • vaporization (atomization) said here is that at least one part of liquid material will change to a gaseous state by decompression or heating, and the unvaporized material may be contained in the vaporization gas after change. .
  • the pressure reduction channel L4 connects the gas-liquid mixture channel L3 and the vaporized gas channel L5, and has a nozzle shape having a diameter and a length smaller than these channels.
  • the vaporized gas flow path L5 is a substantially straight pipe having a larger diameter than the gas-liquid mixture flow path L3, and in the present embodiment, the end on the pressure reduction flow path L4 side is formed in a conical shape.
  • the vaporization unit 20 of the present embodiment includes a first heating mechanism such as a heater (not shown) for heating the liquid material contained in the gas-liquid mixture, and a control device (not shown) for controlling the first heating mechanism.
  • the apparatus is configured to heat the liquid material contained in the gas-liquid mixture led to the vaporization unit 20 to a predetermined set heating temperature (for example, about 300 ° C.) by performing, for example, PID control of the first heating mechanism. ing.
  • the first heating mechanism does not have to be provided.
  • the vaporization device 100 of the present embodiment is a separator that introduces the vaporized gas generated by the vaporization unit 20 and separates the vaporized gas and the particles X contained in the vaporized gas. 30 and a dust box DB which is a particle storage unit for storing the particles X separated by the separator 30.
  • the particles X referred to here are residues generated by thermal decomposition of the liquid material, mist particles remaining without the liquid material being completely vaporized, and the like.
  • the separator 30 separates the particles X having a predetermined size (for example, particle diameter and mass) or more from the vaporized gas, and more specifically, the vaporized gas is circulated by the cylindrical inner circumferential surface 30s to be particles It is configured to centrifuge X.
  • a predetermined size for example, particle diameter and mass
  • the separator 30 of the present embodiment has a double-pipe structure having a circular tubular outer pipe 31 and a circular tubular inner pipe 32, and from the fluid inlet P1 to which the vaporized gas is introduced, and from the vaporized gas A particle outlet port P2 for deriving separated particles X and a gas outlet port P3 for deriving separated vaporized gas from which particles X are separated are formed.
  • the outer pipe 31 and the inner pipe 32 are disposed such that one end opening of the inner pipe 32 is located inside the outer pipe 31 and the other end opening of the inner pipe 32 is located outside the outer pipe 31. Then, the tube axes of the outer tube 31 and the inner tube 32 extend in the vertical direction and overlap each other.
  • the fluid introduction port P1 is in communication with the above-described vaporized gas flow path L5, and is formed in the upper part of the peripheral wall of the outer pipe 31 here.
  • a piping member Z2 for connecting the fluid introduction port P1 and the vaporized gas flow path L5 is connected to the fluid introduction port P1.
  • the piping member Z2 is attached to the peripheral wall of the outer pipe 31 so as to guide the vaporized gas tangentially to the inner circumferential surface 30s of the outer pipe 31.
  • the particle outlet P2 is in communication with the internal space S such as the dust box DB, and is the lower end opening of the outer tube 31 here.
  • the inner circumferential surface 30s of the outer tube 31 has a tapered portion 33 whose diameter decreases gradually toward the particle outlet P2.
  • the circulation speed of the vaporized gas and the particles contained in the vaporized gas is increased, so that the particles having relatively small mass, particle diameter, density and the like exert centrifugal force to be separated from the vaporized gas.
  • the gas outlet P3 communicates with, for example, the chamber of the semiconductor manufacturing apparatus, and is the upper end opening of the inner pipe 32 here.
  • the gas outlet port P3 of the present embodiment is located above the fluid inlet port P1 and the gas-liquid mixture channel L3.
  • the lower end opening of the inner pipe 32 is located below the fluid introduction port P1 and the liquid mixture flow path L3. According to this configuration, the separated vaporized gas in which at least a part of the particles X is separated is discharged from the gas outlet P3 as an ascending air flow toward the gas outlet P3.
  • the pressure of the center part of this flow becomes low as a vaporization gas circulates along 30 s of inner peripheral surfaces as a reason for an updraft to produce. Specifically, when the vaporized gas descends while circulating and falls on the tapered portion 33, the vaporized gas rebounded upward by the tapered portion 33 is pulled up by being drawn into the low pressure portion of the central portion of the flow described above. An air flow is generated. Further, as another reason for the rising air flow, it is conceivable that the gas outlet port P3 is decompressed by the separated vaporized gas being led out from the gas outlet port P3.
  • the suction force is generated at the lower end opening of the inner pipe 32 by the pressure reduction of the gas outlet port P3, and the suction force exceeds the centrifugal force of the vaporized gas whose rotational speed is gradually reduced.
  • the lower end opening of the inner pipe 32 is sucked to generate an updraft.
  • the dust box DB is disposed below the separator 30, and specifically, the particle inlet P4 communicating with the internal space S is positioned vertically below the particle outlet P2 of the separator 30, In the embodiment, it is disposed immediately below the separator 30.
  • the dust box DB is provided integrally with the outer pipe 31 here, the dust box DB may be provided detachably to the outer pipe 31.
  • the separator 30 of this embodiment further includes a second heating mechanism 40, as shown in FIG.
  • the second heating mechanism 40 is provided in the vicinity of the outer pipe 31 of the separator 30, and is, for example, a heater or the like provided outside the outer pipe 31 here.
  • the control device described above controls the second heating mechanism 40
  • the set heating temperature of the separator 30 by the second heating mechanism 40 is the set heating temperature of the liquid material by the first heating mechanism described above. It is set to the same or more.
  • the second heating mechanism 40 here also heats the dust box DB, and is configured to vaporize mist particles introduced to the dust box DB and to prevent recondensation of the vaporized gas introduced to the dust box DB. ing.
  • the first heating mechanism and the second heating mechanism 40 may be controlled by different control devices.
  • the separator 30 separates the vaporized gas and the particles X contained in the vaporized gas, and separates the particles X into the dust box DB. Therefore, the filter for collecting the particles X can be omitted, and the particles X contained in the vaporized gas can be reduced without reducing the vaporization performance. Furthermore, by containing the separated particles X in the dust box DB, it is possible to suppress scattering of the particles X and the like and to prevent the particles X from being discharged together with the vaporized gas after separation.
  • the second heating mechanism 40 for heating the separator 30 since the second heating mechanism 40 for heating the separator 30 is provided, the vaporized gas introduced into the separator 30 can be prevented from being condensed in the separator 30.
  • the set heating temperature of the separator 30 by the second heating mechanism 40 is the same as or higher than the set heating temperature of the liquid material by the first heating mechanism, for example, mist particles form the inner circumferential surface 30s of the outer tube 31 When it adheres to these, the mist particle can be vaporized and it can be made to take out from the gas outlet P3. That is, the separator 30 of this embodiment is provided with the vaporization capability which vaporizes liquid material.
  • the inner circumferential surface 30s of the outer tube 31 has the tapered portion 33 that gradually reduces in diameter toward the particle outlet P2, the particles X separated from the vaporized gas can be smoothly transferred to the particle outlet P2. It can be led and discharged to the outside of the device.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the dust box DB and the outer pipe 31 are integrally formed in the above embodiment, as shown in FIG. 2, the dust box DB is attached to and detached from the separator 30 between the separator 30 and the dust box DB.
  • the attachment / detachment mechanism 50 may be provided.
  • a first flange portion F1 extending outward from the edge of the particle outlet P2 of the outer tube 31 is provided, and from the edge of the particle inlet P4 of the dust box DB
  • a second flange portion F2 is provided and the first flange portion F1 and the second flange portion F2 are fastened by a mounting and demounting mechanism 50 such as a screw.
  • a gasket is interposed between the first flange portion F1 and the second flange portion F2, and the first flange portion F1 and the second flange portion F2 are face seal joints or the like. It may fasten with the attachment or detachment mechanism 50 which is a pipe joint.
  • the attachment or detachment mechanism 50 which is a pipe joint.
  • the lower member and the dust box DB may be integrally provided by forming the member and the lower member.
  • the pipe member Z3 is interposed between the dust box DB and the outer pipe 31, and An on-off valve V may be provided.
  • an on-off valve V may be mentioned as the on-off valve V
  • the valve body is left behind in the piping member Z3 in the open state, the particle X adheres to the valve body, It is preferable that the valve body is not left in the piping member Z3 in the open state like a gate valve.
  • a plurality of separators 30 may be provided in parallel, and the vaporized gas flowing through the vaporized gas flow path L5 may be diverted to the plurality of separators 30.
  • a plurality of separators 30 may be provided in series. Specifically, the gas outlet P3 of the upstream separator 30a and the fluid inlet P1 of the downstream separator 30b are communicated with each other using, for example, a piping member to separate the fluid from the upstream separator 30a. The post-vaporization gas is introduced into the downstream separator 30b.
  • a piping member to separate the fluid from the upstream separator 30a.
  • the post-vaporization gas is introduced into the downstream separator 30b.
  • the inner circumferential surface 30s of the separator 30 may be provided with an inner surface coating such as a fluorine resin coating of PFA or PTFE, for example. In this way, it is possible to suppress adhesion of particles X such as residue to the inner circumferential surface 30s, and it is possible to prevent a decrease in product life, deterioration in quality, and the like.
  • the vaporization unit 20 may be provided with a mixing member such as a static mixer which is provided in the gas-liquid mixture flow path L3 and mixes the carrier gas and the atomized liquid material.
  • a mixing member such as a static mixer which is provided in the gas-liquid mixture flow path L3 and mixes the carrier gas and the atomized liquid material.
  • the vaporization performance of the liquid material can be improved by heating while mixing the carrier gas and the liquid material.
  • the vaporizing unit 20 may be provided with an ultrasonic element, and the liquid material may be vaporized or atomized by ultrasonic waves.
  • the separator 30 of the said embodiment has comprised the double pipe
  • tube 31 May be formed as the gas outlet P3.
  • the set heating temperature of the separator 30 by the second heating mechanism 40 may be lower than the set heating temperature of the liquid material by the first heating mechanism, as long as the temperature can suppress the condensation of the vaporized gas.
  • the flow control valve 11 is of the normally closed type in the above embodiment, it may be of the normally open type, or various types such as an electromagnetic on-off valve may be used.
  • the vaporization device 100 according to the present invention may not have the vaporization unit 20 of the embodiment. That is, the gas-liquid mixture is introduced into the separator 30 without being vaporized in the vaporization unit 20, and the liquid material contained in the gas-liquid mixture is heated and vaporized in the separator 30 and generated by vaporization. It may be configured to separate particles X contained in the vaporized gas.
  • the vaporization device 100 according to the present invention does not include the pressure reduction channel L4 in the above embodiment, the liquid mixture channel L3 is connected to the fluid inlet P1 of the separator 30. good.
  • the liquid material may be led to the separator 30 as it is without using a carrier gas.
  • the dust box DB for example, as shown in FIGS. 7 to 9, it is preferable to have a scattering prevention means 60 for preventing the stored particles X from scattering.
  • the scattering prevention means 60 is a plate member provided in the internal space S of the dust box DB to prevent the swirl flow, and as shown in FIG. 7 (b), the dust box The filter etc. which are provided in the internal space S of DB, and collect
  • the scattering prevention means 60 may have a plurality of plate members 61 arranged radially or in a lattice, for example.
  • the scattering prevention means 60 is provided to prevent the particles X scattered by the swirling flow from flowing back to the particle inlet P4 of the dust box DB.
  • You may further have the rod-shaped backflow prevention member 62 arrange
  • the backflow prevention member 62 may have various shapes, such as a cylindrical one shown in FIG. 9 (a) or a conical upper part shown in FIG. 9 (b).
  • the center of the particle inlet P4 may be eccentric from the center of the swirling flow (the center of the dust box DB).
  • particles contained in the vaporized gas can be reduced without decreasing the vaporization performance.

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Abstract

気化性能を低下させることなく、気化ガスに含まれる粒子を低減させるべく、液体材料を気化する気化部２０と、気化部２０により生成された気化ガスが導入されて、当該気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子とを分離する分離器３０と、分離器３０の下方に設けられて、分離器３０により分離された粒子Ｘを収容する粒子収容部ＤＢとを具備するようにした。

Description

気化装置及び気化装置用分離器
　本発明は、液体材料を気化する気化装置及び気化装置用分離器に関するものである。
　従来、例えば成膜プロセス等の半導体製造プロセスに用いられるガスを生成するものとして、特許文献１に示すように、液体材料をノズルから放出して減圧することで、液体材料を気化させて気化ガスを生成するものがある。
　この気化ガスには、液体材料が熱分解して生じる残渣や、液体材料が気化しきらずに残ったミストパーティクルなどの粒子が含まれており、上記の気化装置は、こうした粒子を気化ガスから取り除くべく、ノズルの後段にフィルタを設けている。
　しかしながら、フィルタを用いて粒子を捕集する構成であると、フィルタの目詰まりによりノズルの後段の圧力が上昇してしまい、気化性能が低下するという問題が生じる。
特開２０１２－１７７１９３号公報
　そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであって、気化性能を低下させることなく、気化ガスに含まれる粒子を低減させることをその主たる課題とするものである。
　すなわち、本発明に係る気化装置は、液体材料を気化する気化部と、前記気化部により生成された気化ガスが導入されて、当該気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子とを分離する分離器と、前記分離器の下方に設けられて、前記分離器により分離された前記粒子を収容する粒子収容部とを具備することを特徴とするものである。
　このような気化装置であれば、分離器によって気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子とを分離させるとともに、分離させた粒子を粒子収容部に収容することができるので、粒子を捕集するためのフィルタを不要にすることができ、気化性能を低減させることなく、気化ガスに含まれる粒子を低減させることができる。
　前記分離器の具体的な構成としては、前記気化ガスを周回させる筒状の内周面を有し、前記気化ガスが導入される流体導入口と、前記気化ガスから分離された粒子を導出する粒子導出口と、前記粒子が分離された分離後気化ガスを導出するガス導出口とが形成されているものが好ましい。
　このような構成であれば、遠心分離の作用によって気化ガスから粒子を分離させることができる。
　前記内周面が、前記粒子導出口に向かって徐々に縮径するテーパ部を有していることが好ましい。
　このような構成であれば、縮径しているテーパ部ではその上流側よりも気化ガスの周回速度が速くなる。これにより、テーパ部の上流側では質量等が比較的大きい粒子を遠心分離することができ、テーパ部では質量等が比較的小さい粒子を遠心分離させることができるようになり、種々の大きさ粒子を気化ガスから分離させることが可能となる。
　分離器に導入された気化ガスが、分離器内で凝縮してしまうことを防ぐためには、前記分離器を加熱する加熱機構をさらに備えていることが好ましい。
　このような構成であれば、分離器に導入された気化ガスが分離器内で凝縮してしまうことを防ぐことができるうえ、ミストパーティクルが分離器の壁面等に付着した場合には、そのミストパーティクルを気化させることができる。
　前記分離器と前記粒子収容部との間に介在して、前記粒子収容部を前記分離器から着脱させる着脱機構をさらに具備することが好ましい。
　このような構成であれば、粒子収容部を分離器から取り外すことで、粒子収容部に収容された粒子を例えば半導体製造等のプロセス外に排出することができる。
　気化部の気化効率を向上させるためには、前記液体材料とキャリアガスとを混合して気液混合体を生成する気液混合部が、前記気化部の上流側に設けられていることが好ましい。
　また、本発明に係る気化装置用分離器は、液体材料を加熱して気化する気化装置に用いられるものであって、前記液体材料を含む流体が導入されて、前記液体材料が気化された気化ガスと、当該気化ガスに含まれる粒子とを分離することを特徴とするものである。
　このような気化装置用分離器であれば、上述した気化装置と同様の作用効果を得ることができる。
　このように構成した本発明によれば、気化性能を低下させることなく、気化ガスに含まれる粒子を低減させることができる。
本実施形態の気化装置の全体構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における分離器及びダストボックスの構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における分離器及びダストボックスの構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における分離器の構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における分離器の構成を模式的に示す図。 その他の実施形態における気化装置の全体構成を模式的に示す図。 その他の実施形態におけるダストボックスの構成を模式的に示す図。 その他の実施形態におけるダストボックスの構成を模式的に示す図。 その他の実施形態におけるダストボックスの構成を模式的に示す図。
１００・・・気化装置
１０　・・・気液混合部
２０　・・・気化部
３０　・・・分離器
３０ｓ・・・内周面
Ｐ１　・・・流体導入口
Ｐ２　・・・粒子導出口
Ｐ３　・・・ガス導出口
３３　・・・テーパ部
４０　・・・第２加熱機構
Ｘ　　・・・粒子
　以下に、本発明に係る気化装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。
　本実施形態の気化装置１００は、例えば半導体製造ライン等に組み込まれて半導体製造プロセスに用いられるチャンバ等に所定流量のガスを供給するためのものであり、図１に示すように、液体材料とキャリアガスとを混合して気液混合体を生成する気液混合部１０と、気液混合体が導入されて気液混合体に含まれる液体材料を気化する気化部２０とを具備している。
　気液混合部１０は、キャリアガスが流れるキャリアガス流路Ｌ１と、液体材料が流れる液体材料流路Ｌ２と、キャリアガス流路Ｌ１と液体材料流路Ｌ２とが合流する気液混合室１０ｓと、気液混合室１０ｓで生成された気液混合体が流れる気液混合体流路Ｌ３と、気液混合体の流量を調整する流量調整弁１１とを備えている。
　本実施形態では、キャリアガス流路Ｌ１及び液体材料流路Ｌ２がブロック体１２の内部に形成されており、このブロック体１２の一面（ここでは上面）に形成された弁座面１３に、キャリアガス流路Ｌ１及び液体材料流路Ｌ２それぞれの導出口Ｌ１ａ、Ｌ２ａが開口している。
　流量調整弁１１は、例えばノーマルクローズタイプのピエゾバルブであり、弁体１１１が上述した弁座面１３に対向するように配置されている。これにより、弁体１１１と弁座面１３とで囲まれた空間が上述した気液混合室１０ｓとして形成される。なお、図１では弁体１１１が弁座面１３に着座している状態を示しており、気液混合室１０ｓに流体が出入りしない状態である。
　気液混合体流路Ｌ３は、導入口Ｌ３ａが上述した弁座面１３に形成されており、気液混合室１０ｓで生成された気液混合体が導入して、その気液混合体を気化部２０に導くものである。
　上述した構成により、弁体１１１が、キャリアガス流路Ｌ１の導出口Ｌ１ａ、液体材料流路Ｌ２の導出口Ｌ２ａ、及び気液混合体流路Ｌ３の導入口Ｌ３ａそれぞれを開放又は閉塞することで、気液混合体を気化部２０へ供給する又はその供給を停止することができる。
　気化部２０は、気液混合体流路Ｌ３を形成する配管部材Ｚ１が接続されており、気液混合体流路Ｌ３により導かれた気液混合体を減圧する減圧流路Ｌ４と、気液混合体に含まれる液体材料が減圧流路Ｌ４を通過することで減圧されて気化（霧化）した気化ガスが流れる気化ガス流路Ｌ５とを有している。
　なお、ここでいう気化（霧化）は、減圧や加熱によって液体材料の少なくとも一部が気体状態に変化することであり、変化後の気化ガスに未気化な材料が含まれていても構わない。
　減圧流路Ｌ４は、気液混合体流路Ｌ３と気化ガス流路Ｌ５とを接続しており、これらの流路に比べて直径や長さが小さいノズル状のものである。
　気化ガス流路Ｌ５は、気液混合体流路Ｌ３よりも径寸法の大きい略直管状のものであり、本実施形態では減圧流路Ｌ４側の端部が円錐形状に形成されている。
　本実施形態の気化部２０は、気液混合体に含まれる液体材料を加熱する図示しないヒータ等の第１加熱機構と、第１加熱機構を制御する図示しない制御装置とを備えており、制御装置が第１加熱機構を例えばＰＩＤ制御することで、気化部２０に導かれた気液混合体に含まれる液体材料を所定の設定加熱温度（例えば、３００℃程度）に加熱するように構成されている。なお、第１加熱機構は、必ずしも備えておく必要はない。
　然して、本実施形態の気化装置１００は、図１に示すように、気化部２０により生成された気化ガスが導入されて、当該気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子Ｘとを分離する分離器３０と、分離器３０により分離された粒子Ｘを収容する粒子収容部たるダストボックスＤＢとをさらに備えてなる。なお、ここでいう粒子Ｘとは、液体材料が熱分解して生じる残渣や、液体材料が気化しきらずに残ったミストパーティクルなどである。
　この分離器３０は、所定の大きさ（例えば粒径や質量）以上の粒子Ｘを気化ガスから分離させるものであり、具体的には筒状の内周面３０ｓで気化ガスを周回させて粒子Ｘを遠心分離させるように構成されている。
　本実施形態の分離器３０は、円管状の外管３１と円管状の内管３２とを有した二重管構造をなしており、気化ガスが導入される流体導入口Ｐ１と、気化ガスから分離された粒子Ｘを導出する粒子導出口Ｐ２と、粒子Ｘが分離された分離後気化ガスを導出するガス導出口Ｐ３とが形成されている。
　外管３１及び内管３２は、内管３２の一端開口が外管３１の内部に位置するとともに、内管３２の他端開口が外管３１の外部に位置するように配置されており、ここでは外管３１及び内管３２それぞれの管軸が、鉛直方向に延びるとともに、互いに重なり合っている。
　流体導入口Ｐ１は、上述した気化ガス流路Ｌ５に連通しており、ここでは外管３１の周壁の上部に形成されている。この流体導入口Ｐ１には、当該流体導入口Ｐ１と気化ガス流路Ｌ５とを連通するための配管部材Ｚ２が接続されている。この配管部材Ｚ２は、外管３１の内周面３０ｓに対して気化ガスを接線方向に案内するように外管３１の周壁に取り付けられている。
　粒子導出口Ｐ２は、ダストボックスＤＢなどの内部空間Ｓに連通しており、ここでは外管３１の下端開口である。本実施形態では、外管３１の内周面３０ｓが粒子導出口Ｐ２に向かって徐々に縮径するテーパ部３３を有している。かかる構成により、気化ガスと気化ガスに含まれる粒子とが内周面３０ｓに沿って周回することで、テーパ部３３より上流側（上方）では、質量や粒径や密度等が比較的大きい粒子が遠心力によって外側に押し込まれて内周面３０ｓに当たり、気化ガスから分離して自重でダストボックスＤＢに落ちる。一方、テーパ部３３では、気化ガスや気化ガスに含まれる粒子の周回速度が速くなるので、質量や粒径や密度等が比較的小さい粒子にも遠心力が働いて気化ガスから分離される。
　ガス導出口Ｐ３は、例えば半導体製造装置のチャンバ等に連通しており、ここでは内管３２の上端開口である。本実施形態のガス導出口Ｐ３は、流体導入口Ｐ１や気液混合体流路Ｌ３よりも上方に位置している。なお、内管３２の下端開口は、流体導入口Ｐ１や記載液混合体流路Ｌ３よりも下方に位置している。かかる構成により、粒子Ｘの少なくとも一部が分離した分離後気化ガスは、ガス導出口Ｐ３に向かう上昇気流となってガス導出口Ｐ３から導出される。
　なお、上昇気流が生じる理由としては、気化ガスが内周面３０ｓに沿って周回することで、この流れの中心部の圧力が低くなることが考えられる。具体的には、気化ガスが周回しながら下降してテーパ部３３に当たると、このテーパ部３３によって上方に跳ね返された気化ガスが、上述した流れの中心部の低圧部分に引き込まれることで、上昇気流が生じる。
　また、上昇気流が生じるその他の理由としては、ガス導出口Ｐ３から分離後気化ガスが導出されることで、ガス導出口Ｐ３が減圧されることが考えられる。具体的には、このガス導出口Ｐ３の減圧によって内管３２の下端開口に吸引力が生じ、徐々に周回する速度が遅くなった気化ガスの遠心力を吸引力が上回ることで、気化ガスが内管３２の下端開口に吸引されて上昇気流が生じる。
　ダストボックスＤＢは、分離器３０の下方に配置されており、具体的には内部空間Ｓに連通する粒子導入口Ｐ４が、分離器３０の粒子導出口Ｐ２よりも鉛直下方に位置しており、本実施形態では分離器３０の直下に配置されている。なお、ここではダストボックスＤＢは、外管３１と一体的に設けられているが、ダストボックスＤＢを外管３１に対して着脱可能に設けても良い。
　本実施形態の分離器３０は、図１に示すように、第２加熱機構４０をさらに備えている。この第２加熱機構４０は、分離器３０の外管３１の近傍に設けられており、ここでは外管３１の外側に設けられた例えばヒータ等である。本実施形態では、上述した制御装置が第２加熱機構４０を制御しており、第２加熱機構４０による分離器３０の設定加熱温度を、上述した第１加熱機構による液体材料の設定加熱温度と同じ又はそれ以上に設定している。ここでの第２加熱機構４０は、ダストボックスＤＢをも加熱しており、ダストボックスＤＢに導入されたミストパーティクルを気化するとともに、ダストボックスＤＢに導入された気化ガスの再凝縮を防止できるように構成されている。なお、第１加熱機構と第２加熱機構４０とを別の制御装置で制御するようにしても構わない。
　このように構成された本実施形態に係る気化装置１００によれば、分離器３０によって気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子Ｘとを分離させるとともに、分離させて粒子ＸをダストボックスＤＢに収容することができるので、粒子Ｘを捕集するためのフィルタを不要にすることができ、気化性能を低減させることなく、気化ガスに含まれる粒子Ｘを低減させることができる。
　さらに、分離した粒子ＸをダストボックスＤＢに収容させることにより、粒子Ｘの飛散等を抑えて、粒子Ｘが分離後気化ガスとともに導出されてしまうことを防ぐことができる。
　また、分離器３０を加熱する第２加熱機構４０を備えているので、分離器３０に導入された気化ガスが、分離器３０内で凝縮してしまうことを防ぐことができる。
　さらに、この第２加熱機構４０による分離器３０の設定加熱温度が、第１加熱機構による液体材料の設定加熱温度と同じ又はそれ以上であるので、例えばミストパーティクルが外管３１の内周面３０ｓに付着した場合に、そのミストパーティクルを気化させてガス導出口Ｐ３から導出させることができる。すなわち、本実施形態の分離器３０は、液体材料を気化する気化能力を備えている。
　さらに、外管３１の内周面３０ｓが、粒子導出口Ｐ２に向かって徐々に縮径するテーパ部３３を有しているので、気化ガスから分離された粒子Ｘをスムーズに粒子導出口Ｐ２に導いて装置の外部に排出させることができる。
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
　例えば、前記実施形態ではダストボックスＤＢと外管３１とが一体的に形成されていたが、図２に示すように、分離器３０とダストボックスＤＢとの間に、分離器３０からダストボックスＤＢを着脱させる着脱機構５０が設けられていても良い。
　具体的には、図２（ａ）に示すように、外管３１の粒子導出口Ｐ２のふちから外側に広がる第１フランジ部Ｆ１を設けるとともに、ダストボックスＤＢの粒子導入口Ｐ４のふちから外側に広がる第２フランジ部Ｆ２を設けて、これらの第１フランジ部Ｆ１及び第２フランジ部Ｆ２を例えばネジ等の着脱機構５０によって締結する態様が挙げられる。
　また、図２（ｂ）に示すように、第１フランジ部Ｆ１及び第２フランジ部Ｆ２の間にガスケットを介在させるとともに、これらの第１フランジ部Ｆ１及び第２フランジ部Ｆ２を面シール継手等の管継手たる着脱機構５０によって締結しても良い。
　なお、ダストボックスＤＢを外管３１に対して着脱可能に設ける態様としては、上述した図２（ａ）、（ｂ）に限らず、図示していないが、例えば外管３１を互いに着脱可能な上部材と下部材とから構成して、下部材とダストボックスＤＢとを一体的に設けても良い。
　さらに、上述したようにダストボックスＤＢを外管３１から着脱可能に設ける場合、図３に示すように、例えばダストボックスＤＢと外管３１との間に配管部材Ｚ３を介在させるとともに、この配管部材Ｚ３に開閉弁Ｖを設けても良い。これにより、ダストボックスＤＢを取り外し時に開閉弁を閉じることで、粒子Ｘが外にこぼれ落ちてしまうことを防ぐことができる。
　なお、開閉弁Ｖとしては、ゲートバルブやバタフライバルブ等を挙げることができるが、開状態において弁体が配管部材Ｚ３に取り残されてしまうと、その弁体に粒子Ｘが付着してしまうので、ゲートバルブのように開状態において弁体が配管部材Ｚ３に取り残されないものが好ましい。
　さらに、気化ガス流路Ｌ５を流れる気化ガスの流量が大きい場合、分離器３０の流体導入口Ｐ１に流入する際の圧力損失が大きくなってしまうので、図４に示すように、圧力損失を低減させるべく、複数の分離器３０を並列に設けて、これら複数の分離器３０に気化ガス流路Ｌ５を流れる気化ガスを分流させるようにしても良い。
　加えて、図５に示すように、複数の分離器３０を直列に設けても良い。具体的には、上流側分離器３０ａのガス導出口Ｐ３と、下流側分離器３０ｂの流体導入口Ｐ１とを例えば配管部材を用いて連通させることで、上流側分離器３０ａから導出された分離後気化ガスを下流側分離器３０ｂに導入させる。これにより、例えば上流側分離器３０ａと下流側分離器３０ｂとの流体導入口Ｐ１やガス導出口Ｐ３などのサイズ等を互いに異なる設計とすることで、上流側分離器３０ａで大きい粒子Ｘを分離した後、下流側分離器３０ｂでより小さい粒子Ｘを分離させることなどができる。
　ここで、分離器３０の内周面３０ｓに粒子Ｘが付着してしまうと、内周面３０ｓに沿った気化ガスの流れが乱れてしまい、粒子Ｘの捕集率が低下する。そうすると、捕集されなかった粒子Ｘが分離後気化ガスとともに分離器３０から導出されてしまい、半導体等の製品寿命の低下や品質の劣化等が生じる恐れがある。
　そこで、分離器３０の内周面３０ｓは、例えばＰＦＡやＰＴＦＥによるフッ素樹脂コーティング等の内面コーティングが施されていても良い。
　このようにすれば、内周面３０ｓに残渣等の粒子Ｘが付着することを抑制することができ、製品寿命の低下や品質の劣化等を防止することができる。
　また、気化部２０は、気液混合体流路Ｌ３に設けられて、キャリアガスと霧化された液体材料とを混ぜ合わせるスタティックミキサ等の混合部材を備えていても良い。
　このように、キャアリアガスと液体材料とを混ぜ合わせながら加熱することで、液体材料の気化性能を向上させることができる。
　さらに、気化部２０としては、超音波素子を備えたものであり、液体材料を超音波によって気化や霧化させるものであっても良い。
　また、前記実施形態の分離器３０は、外管３１に内管３２が挿入された二重管構造をなしていたが、必ずしも二重管構造にする必要はなく、例えば外管３１の上端開口がガス導出口Ｐ３として形成されていても良い。
　さらに、第２加熱機構４０による分離器３０の設定加熱温度は、気化ガスの凝縮を抑制することのできる温度であれば、第１加熱機構による液体材料の設定加熱温度より低くても良い。
　加えて、流量調整弁１１は、前記実施形態ではノーマルクローズタイプのものであったが、ノーマルオープンタイプのものであっても良いし、電磁開閉弁など種々のものを用いて良い。
　そのうえ、図６に示すように、本発明に係る気化装置１００は、前記実施形態の気化部２０を備えていない構成であっても良い。つまり、気液混合体を気化部２０で気化させることなく、分離器３０に導入して、分離器３０で気液混合体に含まれる液体材料を加熱して気化させつつ、気化して生成された気化ガスに含まれる粒子Ｘを分離させるように構成されていても良い。
　また、本発明に係る気化装置１００は、前記実施形態における減圧流路Ｌ４を備えておらず、液混合体流路Ｌ３が分離器３０の流体導入口Ｐ１に接続されている構成であっても良い。
　さらには、キャリアガスを用いることなく、液体材料をそのまま分離器３０に導いても良い。
　ところで、分離器３０の遠心分離作用によってダストボックスＤＢ内に旋回流が生じると、ダストボックスＤＢに導かれた粒子Ｘが飛散して分離器３０に逆流してしまう恐れがある。
　そこで、ダストボックスＤＢとしては、例えば図７～図９に示すように、収容した粒子Ｘが飛散してしまうことを防ぐ飛散防止手段６０を有していることが好ましい。
　具体的に飛散防止手段６０は、図７（ａ）に示すように、ダストボックスＤＢの内部空間Ｓに設けられて旋回流の妨げとなる板部材や、図７（ｂ）に示すように、ダストボックスＤＢの内部空間Ｓに設けられて旋回する粒子Ｘを捕集するフィルタなどを挙げることができる。また、図８に示すように、ダストボックスＤＢの底面に設けたフィルタを飛散防止手段６０として用いても良い。
　さらに、飛散防止手段６０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば放射状や格子状に配置された複数の板部材６１を有するものであっても良い。
　そのうえ、旋回流によって飛散した粒子ＸがダストボックスＤＢの粒子導入口Ｐ４に逆流してしまうことを防ぐべく、飛散防止手段６０は、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ダストボックスＤＢの中央部に配置した例えば棒状の逆流防止部材６２をさらに有していても良い。なお、この逆流防止部材６２は、図９（ａ）に示す円柱状のものや、図９（ｂ）に示す上部が円錐状のものなど、種々の形状にして構わない。
　加えて、図示していないが、粒子導入口Ｐ４の中心を旋回流の中心（ダストボックスＤＢの中心）から偏心させても良い。
　その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
　本発明によれば、気化性能を低下させることなく、気化ガスに含まれる粒子を低減させることができる。

Claims (7)

  1. 　液体材料を気化する気化部と、
    　前記気化部により生成された気化ガスが導入されて、当該気化ガスと当該気化ガスに含まれる粒子とを分離する分離器と、
    　前記分離器の下方に設けられて、前記分離器により分離された前記粒子を収容する粒子収容部とを具備することを特徴とする気化装置。
  2. 　前記分離器が、前記気化ガスを周回させる筒状の内周面を有し、前記気化ガスが導入される流体導入口と、前記気化ガスから分離された粒子を導出する粒子導出口と、前記粒子が分離された分離後気化ガスを導出するガス導出口とが形成されている請求項１記載の気化装置。
  3. 　前記内周面が、前記粒子導出口に向かって徐々に縮径するテーパ部を有している請求項２記載の気化装置。
  4. 　前記分離器を加熱する加熱機構をさらに備えている請求項１記載の気化装置。
  5. 　前記分離器と前記粒子収容部との間に介在して、前記分離器から前記粒子収容部を着脱させる着脱機構をさらに具備する請求項１記載の気化装置。
  6. 　前記液体材料とキャリアガスとを混合して気液混合体を生成する気液混合部が、前記気化部の上流側に設けられている請求項１記載の気化装置。
  7. 　液体材料を加熱して気化する気化装置に用いられる気化装置用分離器であって、
    　前記液体材料を含む流体が導入されて、前記液体材料が気化された気化ガスと、当該気化ガスに含まれる粒子とを分離する気化装置用分離器。
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