WO2024080180A1 - 液体材料気化装置および液体材料気化方法 - Google Patents

液体材料気化装置および液体材料気化方法 Download PDF

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WO2024080180A1
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liquid
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liquid material
carrier gas
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PCT/JP2023/035869
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Inventor
圭亮 西脇
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株式会社堀場エステック
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02—Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04—Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers

Definitions

  • the present invention relates to a liquid material vaporization device and a liquid material vaporization method.
  • a gas-liquid mixture of liquid material and carrier gas is sprayed into a vaporization chamber using a nozzle to vaporize the liquid material.
  • the vaporization chamber is heated by a heater.
  • Patent Document 1 discloses an evaporator equipped with a cooling structure that cools the nozzle.
  • the cooling structure has a refrigerant passage through which a refrigerant flows.
  • the refrigerant used is water or a coolant.
  • the nozzle is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant passage. This reduces the evaporation of the liquid material before spraying due to heat in the evaporation chamber.
  • the cooling structure of the vaporizer in Patent Document 1 requires the use of a dedicated refrigerant to cool the nozzle, which is the object to be cooled, in addition to the carrier gas mixed with the liquid material.
  • This requires equipment to introduce the refrigerant and equipment to discard the refrigerant after the nozzle has been cooled. This may result in an increase in the size of the semiconductor processing equipment in which the vaporizer is installed. There is also a risk of increased costs due to the installation of equipment required for introducing and discarding the refrigerant.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a liquid material vaporization device and a liquid material vaporization method that can effectively use the carrier gas mixed with the liquid material as a gas for cooling the object to be cooled, thereby preventing the semiconductor processing equipment from becoming larger and the costs from increasing.
  • a liquid material vaporization device includes a gas-liquid mixing section that mixes a liquid material with a carrier gas to generate a gas-liquid mixture, a carrier gas supply path that supplies the carrier gas to the gas-liquid mixing section, a flow path section through which the gas-liquid mixture generated in the gas-liquid mixing section flows, an evaporation section that heats and vaporizes the liquid material contained in the gas-liquid mixture flowing through the flow path section, and a cooling section that cools the flow path section, and the cooling section is connected to the carrier gas supply path.
  • a liquid material vaporization method includes a gas-liquid mixture generation process for generating a gas-liquid mixture by mixing a liquid material with a carrier gas in a gas-liquid mixing section, a vaporization process for heating and vaporizing in the vaporization section the liquid material contained in the gas-liquid mixture generated in the gas-liquid mixing section and supplied to the vaporization section via a flow path section, a cooling process for cooling the flow path section by supplying the carrier gas, and a carrier gas supply process for supplying the carrier gas, after cooling the flow path section in the cooling process, to the gas-liquid mixing section via a carrier gas supply path.
  • the carrier gas mixed with the liquid material can be effectively used as a gas for cooling the object to be cooled, thereby preventing the semiconductor processing equipment in which the liquid material vaporizer is installed from becoming larger and increasing in cost.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid material vaporizing device according to an embodiment of the present invention
  • 4 is a flowchart showing a flow of steps of a liquid material vaporization method for vaporizing a liquid material using the liquid material vaporization device.
  • 4 is a cross-sectional view of a cooling unit provided in the liquid material vaporizer, taken along a cross section perpendicular to the flow direction of the gas-liquid mixture at the connection unit.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of another configuration of the liquid material vaporizing device.
  • FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of still another liquid material vaporizing device.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of still another liquid material vaporizing device.
  • Liquid material vaporizer] 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a liquid material vaporizer 1 according to the present embodiment.
  • the liquid material vaporizer 1 is installed in, for example, a semiconductor manufacturing device (not shown).
  • the liquid material vaporizer 1 includes a flow control valve 2, a vaporizer 3, a connection unit 4, and a cooling unit 5.
  • the flow control valve 2 is a mechanism for controlling the flow rate of a fluid (gas or liquid) used, and constitutes, for example, a part of a mass flow controller (a flow control device).
  • the flow control valve 2 is, for example, of a normally open type, and has a main body block 21, a support block 22, and an actuator 23.
  • the main body block 21 is formed of a metal material such as stainless steel.
  • the main body block 21 has a valve seat surface 21S.
  • the main body block 21 is formed with a liquid material supply path 21a, a carrier gas supply path 21b, and a gas-liquid mixture discharge path 21c.
  • the liquid material supply path 21a is a flow path that supplies the liquid material LQ to be vaporized in the vaporizer 3 to the gas-liquid mixing section 29 described later.
  • the carrier gas supply path 21b is a flow path that supplies a carrier gas CG to the gas-liquid mixing section 29.
  • As the carrier gas CG for example, an inert gas such as nitrogen or argon can be used.
  • the gas-liquid mixture discharge path 21c is a flow path that discharges the gas-liquid mixture MG generated in the gas-liquid mixing section 29.
  • the gas-liquid mixture MG is a mixture of the liquid material LQ and the carrier gas CG.
  • the carrier gas supply path 21b and the gas-liquid mixture discharge path 21c are connected via a communication path 21d provided on the valve seat surface 21S.
  • the support block 22 has a valve body 24.
  • the valve body 24 is a movable body that moves in a direction (e.g., up and down) toward and away from the valve seat surface 21S of the main body block 21, and has a seating surface 24S that comes into contact with the valve seat surface 21S.
  • the valve body 24 is supported by a support body 26 via a diaphragm 25 in a direction (e.g., horizontal direction) that intersects with the above-mentioned direction of approach and separation.
  • the support body 26 is fastened to the main body block 21 by, for example, a bolt.
  • the actuator 23 is a drive unit that moves the valve body 24 in the above-mentioned approaching and separating directions.
  • the actuator 23 includes, for example, a piezo stack 231.
  • the piezo stack 231 is formed by stacking multiple piezo elements that expand and deform when a voltage is applied.
  • the piezo stack 231 is housed in a housing 232, and applies a pressing force to the valve body 24 via a sphere 27 and a plunger 28.
  • the housing 232 is fixed to the support 26.
  • the flow control valve 2 further includes a gas-liquid mixing section 29.
  • the gas-liquid mixing section 29 mixes the liquid material LQ with the carrier gas CG to generate the above-mentioned gas-liquid mixture MG.
  • Such mixing of the liquid material LQ with the carrier gas CG takes place in the space between the valve seat surface 21S of the main body block 21 and the seating surface 24S of the valve body 24.
  • the above-mentioned space is referred to as the gas-liquid mixing chamber 29a. Therefore, the gas-liquid mixing section 29 includes the above-mentioned gas-liquid mixing chamber 29a.
  • the gas-liquid mixing chamber 29a is a space sandwiched between the valve seat surface 21S and the seating surface 24S, and the valve seat surface 21S and the seating surface 24S form the gas-liquid mixing chamber 29a. From this, it can be said that the gas-liquid mixing section 29 is configured to include the valve seat surface 21S and the seating surface 24S that form the gas-liquid mixing chamber 29a.
  • the valve opening (the gap between the valve seat surface 21S and the seating surface 24S) is set to a predetermined value.
  • the valve body 24 is biased in the first direction together with the plunger 28 by a biasing member (not shown).
  • the first direction is, for example, the direction in which the seating surface 24S moves away from the valve seat surface 21S (for example, upward in FIG. 1).
  • the piezo stack 231 When a voltage is applied to the piezo stack 231, the piezo stack 231 expands. Then, the piezo stack 231 presses the valve body 24 in a second direction (e.g., downward) opposite to the first direction, via the sphere 27 and plunger 28, against the biasing force of the biasing member. Finally, the seating surface 24S of the valve body 24 seats on the valve seating surface 21S.
  • the liquid material LQ is supplied to the gas-liquid mixing section 29 (gas-liquid mixing chamber 29a) via the liquid material supply path 21a, and the carrier gas CG is supplied to the gas-liquid mixing section 29 via the carrier gas supply path 21b.
  • the liquid material LQ and the carrier gas CG are mixed in the gas-liquid mixing section 29 to generate a gas-liquid mixture MG
  • the generated gas-liquid mixture MG is discharged to the connection section 4 via the gas-liquid mixture discharge path 21c and directed toward the vaporization section 3.
  • the flow rate of the liquid material LQ becomes zero.
  • the carrier gas CG flows from the carrier gas supply path 21b to the gas-liquid mixture discharge path 21c via the communication path 21d provided on the valve seating surface 21S.
  • the flow rate of the carrier gas CG it is also possible to configure the flow rate of the carrier gas CG to be zero (as with the liquid material LQ) when the seating surface 24S sits on the valve seating surface 21S (i.e., a configuration in which neither the liquid material LQ nor the carrier gas CG flows).
  • the vaporizer 3 heats and vaporizes the liquid material LQ contained in the gas-liquid mixture MG discharged from the gas-liquid mixture discharge path 21c of the flow control valve 2.
  • the vaporizer 3 has a vaporizer chamber 31 and a nozzle N.
  • the vaporizer chamber 31 is a chamber for vaporizing the liquid material LQ contained in the gas-liquid mixture MG, and is heated by a heater (not shown).
  • the nozzle N is located upstream of the vaporizer chamber 31 and communicates with the vaporizer chamber 31, and sprays the gas-liquid mixture MG into the vaporizer chamber 31.
  • connection part 4 connects the gas-liquid mixture discharge passage 21c of the flow control valve 2 and the vaporizer 3.
  • the connection part 4 is configured to have a connection pipe 41.
  • the connection pipe 41 is an annular pipe that connects the gas-liquid mixture discharge passage 21c and the nozzle N.
  • the connection part 4 is formed of a metal material such as stainless steel.
  • the gas-liquid mixture discharge path 21c of the flow control valve 2 and the above-mentioned connection part 4 constitute the flow path part FP through which the gas-liquid mixture MG generated in the gas-liquid mixing part 29 flows.
  • the flow path part FP is composed of the gas-liquid mixture discharge path 21c and the connection part 4. Therefore, it can be said that the above-mentioned vaporization part 3 heats and vaporizes the liquid material LQ contained in the gas-liquid mixture MG flowing through the flow path part FP.
  • the cooling unit 5 cools the flow path portion FP.
  • the cooling unit 5 cools the connection portion 4 included in the flow path portion FP.
  • Such a cooling unit 5 is configured to have a housing 51, an inlet 52, and an outlet 53.
  • the housing 51 covers the periphery of the connection part 4.
  • the housing 51 is located around the connection pipe 41 and is formed integrally with the connection pipe 41.
  • the housing 51 and the connection pipe 41 are configured as a double pipe with the housing 51 as the outer pipe and the connection pipe 41 as the inner pipe.
  • the inlet 52 is a port (opening) for introducing the carrier gas CG into the housing 51.
  • the carrier gas CG introduced into the housing 51 is the same gas as the carrier gas CG mixed with the liquid material LQ in the flow control valve 2.
  • the outlet 53 is a port (opening) for extracting (discharging) the carrier gas CG from the housing 51.
  • the inlet 52 is located on the vaporizer 3 side with respect to the outlet 53.
  • connection part 4 (connection pipe 41) covered by the housing 51 can be cooled.
  • the connection part 4 can be cooled by introducing carrier gas CG at the environmental temperature (e.g., room temperature) in which the liquid material vaporizer 1 is installed into the cooling unit 5. Therefore, even if the vaporizer 3 becomes hot, the heat of the vaporizer 3 is not easily transmitted to the upstream side (the gas-liquid mixing unit 29 side of the flow control valve 2) via the connection part 4. This reduces the risk of thermal decomposition and deterioration of the liquid material LQ contained in the gas-liquid mixture MG before the gas-liquid mixture MG is supplied to the vaporizer 3.
  • the configuration of this embodiment in which the connection part 4 is cooled by the cooling part 5 in order to reduce thermal decomposition of the liquid material LQ is particularly effective when a material with a low vapor pressure is used as the liquid material LQ.
  • the cooling unit 5 is connected to the carrier gas supply path 21b of the flow control valve 2.
  • the cooling unit 5 and the main body block 21 of the flow control valve 2 can be connected to each other by bolting the cooling unit 5 and the main body block 21 of the flow control valve 2 together via a flange (not shown).
  • the above-mentioned bolting connects the housing 51 of the cooling unit 5 to the carrier gas supply path 21b via the outlet 53.
  • (2. Liquid Material Vaporization Method) 2 is a flow chart showing the flow of each process of the liquid material vaporization method for vaporizing the liquid material LQ using the liquid material vaporization apparatus 1 having the above configuration.
  • the liquid material vaporization method of this embodiment will be described below with reference to FIGS.
  • carrier gas CG is introduced into the cooling unit 5 (S1). More specifically, carrier gas CG is introduced into the housing 51 through the inlet 52 of the cooling unit 5. This causes the cooling unit 5 to start cooling the flow path FP (particularly the connection unit 4) (S2; cooling process). After being introduced into the cooling unit 5 and cooling the connection unit 4, the carrier gas CG is supplied to the gas-liquid mixing unit 29 via the carrier gas supply path 21b (S3; carrier gas supply process). Meanwhile, liquid material LQ is supplied to the gas-liquid mixing unit 29 via the liquid material supply path 21a (S4; liquid material supply process).
  • the liquid material LQ and the carrier gas CG are mixed to generate a gas-liquid mixture MG (S5; gas-liquid mixture generation process).
  • the gas-liquid mixture MG generated in the gas-liquid mixing section 29 is discharged to the connection section 4 (connection pipe 41) via the gas-liquid mixture discharge path 21c (S6; discharge step).
  • the liquid material LQ contained in the gas-liquid mixture MG discharged via the gas-liquid mixture discharge path 21c and supplied to the vaporization section 3 through the connection section 4 is heated and vaporized in the vaporization section 3 (S7; vaporization step).
  • the cooling unit 5 communicates with the carrier gas supply path 21b of the flow control valve 2. Therefore, the carrier gas CG to be mixed with the liquid material LQ in the flow control valve 2 can be supplied from the cooling unit 5 to the gas-liquid mixing unit 29 via the carrier gas supply path 21b (see S2, S3). That is, the carrier gas CG to be mixed with the liquid material LQ can also be used as a gas for cooling the flow path portion FP (particularly the connection portion 4) in the cooling unit 5. This eliminates the need to prepare a dedicated refrigerant for cooling the flow path portion FP in addition to the carrier gas CG to be mixed with the liquid material LQ.
  • the carrier gas CG is preheated by the heat of the vaporizer 3. Therefore, the carrier gas CG is supplied from the cooling section 5 to the gas-liquid mixing section 29 via the carrier gas supply path 21b, and the liquid material LQ can be heated to a temperature that is easy to vaporize (within a temperature range that does not cause thermal decomposition, etc.) before the gas-liquid mixture MG after mixing with the liquid material LQ is vaporized in the vaporizer 3. This is expected to improve the vaporization performance of the liquid material LQ in the vaporizer 3.
  • the housing 51 covers the periphery of the connection part 4 of the flow path part FP, so a closed space is formed around the connection part 4. Because the carrier gas CG flows within this space, the diffusion of the carrier gas CG that occurs in an open space is reduced. This reduces the cooling loss due to the carrier gas CG and the wasteful consumption of the carrier gas CG. In addition, because the housing 51 is connected to the carrier gas supply path 21b, the carrier gas CG that has flowed within the housing 51 and cooled the connection part 4 can be reliably supplied to the gas-liquid mixing part 29 via the carrier gas supply path 21b.
  • the carrier gas supply path 21b is connected to the outlet 53 of the cooling unit 5.
  • the carrier gas CG introduced into the housing 51 from the inlet 52 of the cooling unit 5 can be supplied to the carrier gas supply path 21b via the outlet 53.
  • a configuration in which the housing 51 is in communication with the carrier gas supply path 21b can be reliably realized.
  • connection part 4 can be cooled by flowing carrier gas CG inside the housing 51 from the side closer to the vaporizer 3 (the downstream side in the flow direction of the gas-liquid mixture MG flowing through the connection part 4) to the side farther away (the upstream side in the flow direction of the gas-liquid mixture MG).
  • the inlet 52 may be located on the opposite side of the outlet 53 from the vaporizer 3. However, in this positional relationship, it is necessary to form a long flow path connecting the outlet 53 and the carrier gas supply path 21b.
  • (4. Desirable location of inlet) 3 is a cross-sectional view of the cooling unit 5 taken along a cross section perpendicular to the flow direction of the gas-liquid mixture MG in the connection unit 4 (connection pipe 41).
  • the inlet 52 of the cooling unit 5 is preferably positioned so as to overlap a tangent line T to the outer circumferential surface 51a of the housing 51 within the cross section.
  • the outer circumferential surface 51a of the housing 51 is a cylindrical surface that covers the outer circumferential surface 41a of the cylindrical connection pipe 41 of the connection unit 4 with a gap therebetween.
  • carrier gas CG is introduced into the housing 51 through the inlet 52 from the direction of tangent T to the outer peripheral surface 51a of the housing 51. This makes it easy to swirl the carrier gas CG around the connection part 4 within the housing 51. By swirling the carrier gas CG, the connection part 4 can be cooled by being circumferentially wrapped with the carrier gas CG, thereby improving the cooling efficiency of the connection part 4.
  • connection part 4 is cooled by flowing the carrier gas CG into the housing 51 from the direction of the tangent T of the outer peripheral surface 51a of the housing 51 that surrounds the connection part 4 within the above cross section, thereby obtaining the effect of improving the cooling efficiency of the connection part 4.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the liquid material vaporizer 1 of this embodiment.
  • the liquid material vaporizer 1 in Fig. 4 has the same configuration as that in Fig. 1, except that the housing 51 of the cooling unit 5 has a spiral gas flow path 51P.
  • Gas flow path 51P is a flow path formed in a spiral shape around connection part 4 (connection pipe 41) inside housing 51.
  • Housing 51 having such a gas flow path 51P can be realized, for example, by forming housing 51 into a plurality of divided housings and bonding each divided housing together by welding or bolting.
  • Each of spiral gas flow paths 51P communicates with inlet 52 and outlet 53 described above.
  • connection part 4 when carrier gas CG is introduced into the housing 51 from the inlet 52, the carrier gas CG flows spirally around the connection part 4 along the spiral gas flow path 51P within the housing 51. This allows the connection part 4 to be cooled by being circumferentially wrapped with the carrier gas CG, thereby improving the cooling efficiency of the connection part 4.
  • connection part 4 in the cooling step S2, is cooled by flowing carrier gas CG through a spiral gas flow path 51P formed around the connection part 4 within a housing 51 that covers the periphery of the connection part 4, thereby obtaining the effect of improving the cooling efficiency of the connection part 4.
  • FIG. 5 Further configuration of the liquid material vaporizer 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the liquid material vaporizer 1 of this embodiment.
  • the liquid material vaporizer 1 of Fig. 5 has the same configuration as that of Fig. 1, except that the cooling unit 5 has fins 54 inside the housing 51.
  • the fins 54 are flat heat sinks, and multiple fins are provided inside the housing 51. Each fin 54 is connected to the outer peripheral surface 41a (see FIG. 3) of the connection part 4 (connection tube 41) by, for example, welding. The fins 54 are also arranged side by side on the outer peripheral surface 41a at a predetermined interval in the direction in which the connection part 4 extends inside the housing 51. Each fin 54 may be made of the same metal material as the connection part 4, or may be made of a metal material (e.g., aluminum, copper, or an alloy of these) that has a higher thermal conductivity than the metal that makes up the connection part 4.
  • a metal material e.g., aluminum, copper, or an alloy of these
  • the surface area of the outer peripheral surface 41a of the connection part 4 is essentially equivalent to a configuration in which the surface area of the outer peripheral surface 41a of the connection part 4 is increased by the surface area of the multiple fins 54. Therefore, within the housing 51, carrier gas CG can be applied not only to the outer peripheral surface 41a of the connection part 4 but also to the fins 54 with large surface area, allowing the connection part 4 to efficiently dissipate heat. In other words, the cooling efficiency of the connection part 4 can be improved.
  • the liquid material vaporizer 1 described above is configured such that the vaporizer 3 has a nozzle N, the connection part 4 has a connection pipe 41, and the cooling part 5 cools the connection part 4 (connection pipe 41).
  • the cooling part 5 is connected to the carrier gas supply path 21b, so that the carrier gas CG mixed with the liquid material LQ can be effectively used as a gas for cooling the connection part 4, thereby suppressing the increase in size and cost of the semiconductor processing equipment in which the liquid material vaporizer 1 is installed, and the effects of the present embodiment described above can be obtained.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of still another liquid material vaporizer 1 of this embodiment.
  • the liquid material vaporizer 1 in Fig. 6 has the same configuration as that in Fig. 1, except that the nozzle N is provided at the connection part 4 which is outside the vaporizer 3, and the cooling part 5 cools the connection part 4 including the nozzle N.
  • the configuration of the cooling part 5 shown in Figs. 3 to 5 can of course be applied to the liquid material vaporizer 1 in Fig. 6.
  • connection part 4 has a connection pipe 41 and a nozzle N.
  • the nozzle N is located between the connection pipe 41 and the vaporization part 3, and sprays the gas-liquid mixture MG into the vaporization chamber 31 of the vaporization part 3.
  • the nozzle N is located outside the vaporization part 3 and upstream of the vaporization part 3.
  • the housing 51 of the cooling part 5 covers both the connection pipe 41 and the nozzle N.
  • the cooling section 5 is connected to the carrier gas supply path 21b, so that the carrier gas CG mixed with the liquid material LQ can be effectively used as a gas for cooling the connection section 4, thereby preventing the semiconductor processing apparatus in which the liquid material vaporizer 1 is installed from becoming larger and the costs from increasing, and the effects of the present embodiment described above can be obtained.
  • connection part 4 may be composed of only the nozzle N.
  • the connection part 4 may not have the connection pipe 41, and the gas-liquid mixture discharge path 21c of the flow control valve 2 and the vaporizer 3 may be connected via the nozzle N.
  • the nozzle N can be cooled by covering the periphery of the nozzle N with a housing 51 and flowing the carrier gas CG into the housing 51. Therefore, by connecting the cooling part 5 having such a housing 51 to the carrier gas supply path 21b, the same effect as in this embodiment can be obtained.
  • the flow control valve 2 of the liquid material vaporizer 1 is a normally open type, but the configuration of this embodiment that connects the carrier gas supply path 21b and the cooling section 5 can also be applied to a normally closed type flow control valve 2.
  • the gas-liquid mixing section 29 can be appropriately changed to a configuration that corresponds to the normally closed type.
  • the liquid material vaporization device 1 of this embodiment is configured to employ an internal mixing method in which the liquid material LQ and the carrier gas CG are mixed inside the flow control valve 2 to generate a gas-liquid mixture MG, and the carrier gas supply path 21b is connected to the cooling unit 5. Even in the external mixing method in which the liquid material LQ and the carrier gas CG are mixed outside the flow control valve 2, it is possible to mix the liquid material LQ with the carrier gas CG after the nozzle N has been cooled by the cooling unit 5 when spraying into the vaporization chamber 31, for example, and even in this case, the same effect as in this embodiment can be obtained.
  • the present invention can be used, for example, in vaporizers installed at the front end of semiconductor manufacturing equipment.

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Abstract

液体材料気化装置は、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と、気液混合部にキャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、気液混合部で生成された気液混合体が流れる流路部と、流路部を流れる気液混合体に含まれる液体材料を加熱して気化させる気化部と、流路部を冷却する冷却部と、を備える。冷却部は、キャリアガス供給路と連通している。

Description

液体材料気化装置および液体材料気化方法
　本発明は、液体材料気化装置および液体材料気化方法に関する。
　ＤＬＩ（Direct　Liquid　Injection  ）方式の液体材料気化装置（以下、「気化器」とも称する）では、液体材料とキャリアガスとを混合した気液混合体をノズルにより気化室内に噴霧して、液体材料を気化させる。液体材料を気化室内で完全に気化させるため、気化室はヒータによって加熱される。
　ところで、気化室が加熱により高温になると、気化室の熱が噴霧前の気液混合体に伝わりやすくなる。その結果、気液混合体に含まれる液体材料が、気化室内で気化する前に熱分解または変質することが懸念される。
　この点、例えば特許文献１では、ノズルを冷却する冷却構造を備えた気化器が開示されている。上記冷却構造は、冷媒が流れる冷媒通路を有する。上記冷媒としては、水またはクーラントが用いられる。冷媒通路を冷媒が流れることにより、ノズルが冷却される。これにより、気化室の熱によって噴霧前の液体材料が揮発することを低減している。
特開２００５－１０９３４８号公報
　ところが、特許文献１の気化器の冷却構造では、液体材料に混合するキャリアガスとは別に、冷却対象であるノズルを冷却する専用の冷媒を用いる必要がある。このため、上記冷媒を導入するための設備、およびノズルの冷却後に上記冷媒を廃棄する設備が必要となる。その結果、気化器を設置している半導体処理装置の大型化を招くおそれがある。また、冷媒の導入および廃棄に必要な設備の設置によるコストの増大を招くおそれもある。
　本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、液体材料に混合するキャリアガスを、冷却対象を冷却するためのガスとして有効利用することができ、これによって、半導体処理装置の大型化およびコストの増大を抑えることができる液体材料気化装置および液体材料気化方法を提供することにある。
　本発明の一側面に係る液体材料気化装置は、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と、前記気液混合部に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、前記気液混合部で生成された前記気液混合体が流れる流路部と、前記流路部を流れる前記気液混合体に含まれる前記液体材料を加熱して気化させる気化部と、前記流路部を冷却する冷却部と、を備え、前記冷却部は、前記キャリアガス供給路と連通している。
　本発明の他の側面に係る液体材料気化方法は、気液混合部で液体材料とキャリアガスとを混合することにより、気液混合体を生成する気液混合体生成工程と、前記気液混合部で生成され、流路部を介して気化部に供給される前記気液混合体に含まれる前記液体材料を、前記気化部で加熱して気化させる気化工程と、前記キャリアガスの供給により、前記流路部を冷却する冷却工程と、前記冷却工程で前記流路部を冷却した後の前記キャリアガスを、キャリアガス供給路を介して前記気液混合部に供給するキャリアガス供給工程と、を含む。
　本発明によれば、液体材料に混合するキャリアガスを、冷却対象を冷却するためのガスとして有効利用することができ、これによって、液体材料気化装置を設置している半導体処理装置の大型化およびコストの増大を抑えることができる。
本発明の実施の一形態に係る液体材料気化装置の概略の構成を模式的に示す断面図である。 上記液体材料気化装置を用いて液体材料を気化させる液体材料気化方法の各工程の流れを示すフローチャートである。 上記液体材料気化装置が備える冷却部を、接続部における気液混合体の流れ方向に垂直な断面で切ったときの断面図である。 上記液体材料気化装置の他の構成を模式的に示す断面図である。 上記液体材料気化装置のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。 上記液体材料気化装置のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。
　以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
　〔１．液体材料気化装置〕
　図１は、本実施形態の液体材料気化装置１の概略の構成を模式的に示す断面図である。液体材料気化装置１は、例えば半導体製造装置（図示せず）に設置される。液体材料気化装置１は、流量制御弁２と、気化部３と、接続部４と、冷却部５と、を備える。
　（１－１．流量制御弁）
　流量制御弁２は、用いる流体（気体または液体）の流量を制御する機構であり、例えばマスフローコントローラ（流量制御装置）の一部を構成する。流量制御弁２は、例えばノーマルオープンタイプで構成され、本体ブロック２１と、支持ブロック２２と、アクチュエータ２３と、を有する。
　本体ブロック２１は、ステンレス鋼などの金属素材で形成される。本体ブロック２１は、弁座面２１Ｓを有する。弁座面２１Ｓに対しては、後述する弁体２４の着座面２４Ｓが接離（接触または離間）する。
　本体ブロック２１には、液体材料供給路２１ａと、キャリアガス供給路２１ｂと、気液混合体排出路２１ｃと、が形成されている。液体材料供給路２１ａは、気化部３で気化させる対象となる液体材料ＬＱを、後述する気液混合部２９に供給する流路である。キャリアガス供給路２１ｂは、気液混合部２９にキャリアガスＣＧを供給する流路である。キャリアガスＣＧとしては、例えば窒素、アルゴンなどの不活性ガスを用いることができる。気液混合体排出路２１ｃは、気液混合部２９で生成された気液混合体ＭＧを排出する流路である。上記の気液混合体ＭＧは、液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとの混合体である。キャリアガス供給路２１ｂおよび気液混合体排出路２１ｃは、弁座面２１Ｓに設けられた連通路２１ｄを介して連通している。
　支持ブロック２２は、弁体２４を有する。弁体２４は、本体ブロック２１の弁座面２１Ｓに対して接離方向（例えば上下方向）に移動する移動体であり、弁座面２１Ｓと接触する着座面２４Ｓを有する。弁体２４は、上記接離方向と交差する方向（例えば水平方向）において、ダイヤフラム２５を介して支持体２６に支持される。支持体２６は、本体ブロック２１に対して例えばボルトによって締結される。
　アクチュエータ２３は、上記接離方向に弁体２４を移動させる駆動部である。アクチュエータ２３は、例えばピエゾスタック２３１を備える。ピエゾスタック２３１は、電圧印加によって膨張変形するピエゾ素子を複数枚積層して形成される。ピエゾスタック２３１は収容体２３２内に収容され、真球２７およびプランジャ２８を介して弁体２４に押圧力を与える。上記の収容体２３２は、支持体２６に固定される。
　また、流量制御弁２は、気液混合部２９をさらに備える。気液混合部２９は、液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとを混合して、上記の気液混合体ＭＧを生成する。このような液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとの混合は、本体ブロック２１の弁座面２１Ｓと、弁体２４の着座面２４Ｓとの間の空間で行われる。上記の空間のことを、ここでは、気液混合室２９ａと呼ぶ。したがって、気液混合部２９は、上記の気液混合室２９ａを含む。
　気液混合室２９ａは、弁座面２１Ｓと着座面２４Ｓとで挟まれる空間であり、弁座面２１Ｓおよび着座面２４Ｓが上記の気液混合室２９ａを形成する。このことから、気液混合部２９は、気液混合室２９ａを形成する弁座面２１Ｓおよび着座面２４Ｓを含んで構成されると言える。
　上記の構成において、ピエゾスタック２３１への電圧の無印加状態では、弁開度（弁座面２１Ｓと着座面２４Ｓとの間の隙間）が所定値になるように設定されている。この状態では、不図示の付勢部材により、弁体２４がプランジャ２８とともに第１方向に付勢されている。上記の第１方向は、例えば弁座面２１Ｓに対して着座面２４Ｓが離れる方向（例えば図１で上向き）である。
　ピエゾスタック２３１に電圧を印加すると、ピエゾスタック２３１が伸長する。すると、ピエゾスタック２３１が上記付勢部材の付勢力に抗して、真球２７およびプランジャ２８を介して、弁体２４を第１方向とは反対の第２方向（例えば下向き）に押圧する。そして、最終的に、弁体２４の着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座する。
　着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座する前の状態、つまり、弁座面２１Ｓと着座面２４Ｓとの間に隙間が形成されている状態では、液体材料ＬＱが液体材料供給路２１ａを介して気液混合部２９（気液混合室２９ａ）に供給され、キャリアガスＣＧがキャリアガス供給路２１ｂを介して気液混合部２９に供給される。気液混合部２９において、液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとが混合されて気液混合体ＭＧが生成されると、生成された気液混合体ＭＧは、気液混合体排出路２１ｃを介して接続部４に排出され、気化部３に向かう。
　一方、着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座すると、液体材料ＬＱの流量はゼロとなる。一方、キャリアガスＣＧは、キャリアガス供給路２１ｂから、弁座面２１Ｓに設けられた連通路２１ｄを介して気液混合体排出路２１ｃに流れる。すなわち、着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座した状態では、キャリアガスＣＧのみが気液混合体排出路２１ｃを流れて排出される。なお、着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座した状態で、（液体材料ＬＱと同様に）キャリアガスＣＧの流量もゼロとなる構成（すなわち、液体材料ＬＱおよびキャリアガスＣＧが流れない構成）とすることも可能である。
　このように、アクチュエータ２３によって弁体２４を移動させる構成により、所望の弁開度に応じた電圧をアクチュエータ２３に与えて、上記弁開度を実現することができる。これにより、気液混合部２９に供給されてキャリアガスＣＧと混合され、キャリアガスＣＧとともに排出される液体材料ＬＱの流量を適切に調整（制御）することができる。
　（１－２．気化部）
　気化部３は、流量制御弁２の気液混合体排出路２１ｃから排出される気液混合体ＭＧに含まれる液体材料ＬＱを加熱して気化させる。このような気化部３は、気化室３１と、ノズルＮと、を有する。気化室３１は、気液混合体ＭＧに含まれる液体材料ＬＱを気化させる部屋であり、不図示のヒータによって加熱される。ノズルＮは、気化室３１の上流側に位置して気化室３１と連通しており、上記の気液混合体ＭＧを気化室３１内に噴霧する。
　（１－３．接続部）
　接続部４は、流量制御弁２の気液混合体排出路２１ｃと気化部３とを接続する。図１の構成では、接続部４は、接続管４１を有して構成される。接続管４１は、気液混合体排出路２１ｃとノズルＮとを接続する環状のパイプである。接続部４は、ステンレス鋼などの金属材料で形成される。
　ここで、流量制御弁２の気液混合体排出路２１ｃと、上記の接続部４とは、気液混合部２９で生成された気液混合体ＭＧが流れる流路部ＦＰを構成している。つまり、流路部ＦＰは、気液混合体排出路２１ｃと、接続部４と、を含んで構成される。したがって、上記の気化部３は、流路部ＦＰを流れる気液混合体ＭＧに含まれる液体材料ＬＱを加熱して気化させる、とも言える。
　冷却部５は、流路部ＦＰを冷却する。特に、冷却部５は、流路部ＦＰに含まれる接続部４を冷却する。このような冷却部５は、筐体５１と、導入口５２と、導出口５３と、を有して構成される。
　筐体５１は、接続部４の周囲を覆う。本実施形態では、筐体５１は接続管４１の周囲に位置して、接続管４１と一体的に形成される。つまり、筐体５１および接続管４１は、筐体５１を外管とし、接続管４１を内管とする二重配管で構成される。
　導入口５２は、筐体５１内にキャリアガスＣＧを導入するポート（開口部）である。筐体５１内に導入するキャリアガスＣＧとしては、流量制御弁２において液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧと同じガスを用いる。導出口５３は、筐体５１からキャリアガスＣＧを導出（排出）するポート（開口部）である。導入口５２は、導出口５３に対して、気化部３側に位置する。
　冷却部５の筐体５１内で、導入口５２から導出口５３に向かってキャリアガスＣＧを流すことにより、筐体５１が覆う接続部４（接続管４１）を冷却することができる。例えば、気化部３が２００℃程度の高温になったとしても、液体材料気化装置１が設置される環境温度（例えば室温程度）のキャリアガスＣＧを冷却部５に導入することにより、接続部４を冷却することができる。したがって、気化部３が高温になっても、気化部３の熱が、接続部４を介して上流側（流量制御弁２の気液混合部２９側）に伝わりにくくなる。これにより、気液混合体ＭＧが気化部３に供給される前に、気液混合体ＭＧに含まれる液体材料ＬＱが熱分解および変質するおそれを低減することができる。
　特に、液体材料ＬＱとして、蒸気圧の低い材料（例えばストロンチウム）を用いる場合、気化部３で液体材料ＬＱを蒸発させるために、気化部３の温度をより高温にする必要がある。したがって、液体材料ＬＱの熱分解等を低減すべく、冷却部５によって接続部４を冷却する本実施形態の構成は、特に、液体材料ＬＱとして蒸気圧の低い材料を用いる場合に有効となる。
　本実施形態では、図１に示すように、冷却部５は、流量制御弁２のキャリアガス供給路２１ｂと連通している。例えば、冷却部５と、流量制御弁２の本体ブロック２１とを、不図示のフランジを介してボルト締結することにより、冷却部５とキャリアガス供給路２１ｂとを連通させることができる。特に、上記のボルト締結により、冷却部５の筐体５１が、導出口５３を介してキャリアガス供給路２１ｂと連通している。
　（２．液体材料気化方法）
　図２は、上記構成の液体材料気化装置１を用いて液体材料ＬＱを気化させる液体材料気化方法の各工程の流れを示すフローチャートである。以下、本実施形態の液体材料気化方法について、図１および図２に基づいて説明する。
　まず、冷却部５にキャリアガスＣＧを導入する（Ｓ１）。より詳しくは、冷却部５の導入口５２より、筐体５１内にキャリアガスＣＧを導入する。これにより、冷却部５による流路部ＦＰ（特に接続部４）の冷却が開始される（Ｓ２；冷却工程）。冷却部５に導入され、接続部４を冷却した後のキャリアガスＣＧは、キャリアガス供給路２１ｂを介して気液混合部２９に供給される（Ｓ３；キャリアガス供給工程）。一方、液体材料ＬＱは、液体材料供給路２１ａを介して気液混合部２９に供給される（Ｓ４；液体材料供給工程）。
　気液混合部２９では、液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとを混合することにより、気液混合体ＭＧが生成される（Ｓ５；気液混合体生成工程）。
　気液混合部２９で生成された気液混合体ＭＧは、気液混合体排出路２１ｃを介して接続部４（接続管４１）に排出される（Ｓ６；排出工程）。そして、気液混合体排出路２１ｃを介して排出され、接続部４を通って気化部３に供給される気液混合体ＭＧに含まれる液体材料ＬＱは、気化部３で加熱して気化される（Ｓ７；気化工程）。
　次に、液体材料ＬＱの気液混合部２９への供給が停止される（Ｓ８）。なお、Ｓ８は必要に応じて行われればよい。続いて、気化部３で液体材料ＬＱを気化させる処理を続ける場合には（Ｓ９でＹｅｓ）、Ｓ４に戻り、Ｓ４以降の処理を繰り返す（Ｓ３は常時行われているため）。なお、流量制御弁２において、着座面２４Ｓが弁座面２１Ｓに着座した状態でキャリアガスＣＧの流量がゼロとなる構成では、Ｓ９からＳ３に移行し、Ｓ３以降の処理を繰り返せばよい。
　一方、上記処理を続けない場合には（Ｓ９でＮｏ）、冷却部５へのキャリアガスＣＧの導入が停止され（Ｓ１０）、冷却部５による接続部４の冷却が終了し（Ｓ１１）、一連の処理が終了する。
　（３．効果）
　以上のように、本実施形態では、冷却部５は、流量制御弁２のキャリアガス供給路２１ｂと連通している。このため、流量制御弁２において液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧを、冷却部５からキャリアガス供給路２１ｂを介して気液混合部２９に供給することができる（Ｓ２、Ｓ３参照）。つまり、液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧを、冷却部５において流路部ＦＰ（特に接続部４）を冷却するためのガスとしても利用することができる。これにより、液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧとは別に、流路部ＦＰを冷却する専用の冷媒を用意する必要がなくなる。したがって、上記冷媒を導入するための設備が不要となり、さらに、冷却後において上記冷媒を廃棄する設備も不要となる。その結果、液体材料気化装置１を設置している半導体処理装置の大型化を抑えることができるとともに、上記設備の設置によるコストの増大を抑えることができる。また、冷却専用の冷媒を用いないため、上記冷媒の廃棄による無駄も生じない。
　また、流路部ＦＰの冷却にキャリアガスＣＧを用いることにより、気化部３の熱でキャリアガスＣＧが予熱される。このため、冷却部５からキャリアガス供給路２１ｂを介して気液混合部２９にキャリアガスＣＧを供給し、液体材料ＬＱと混合した後の気液混合体ＭＧを気化部３で気化させる前に、液体材料ＬＱを（熱分解等を生じさせない温度範囲内で）気化しやすい温度に昇温させることができる。これにより、気化部３における液体材料ＬＱの気化性能の向上も期待される。
　また、本実施形態では、筐体５１が流路部ＦＰの接続部４の周囲を覆うため、接続部４の周囲に閉じた空間が形成される。この空間内をキャリアガスＣＧが流れるため、開放空間では生じるキャリアガスＣＧの拡散が低減される。これにより、キャリアガスＣＧによる冷却のロス、およびキャリアガスＣＧの無駄な消費を低減することができる。また、筐体５１がキャリアガス供給路２１ｂと連通しているため、筐体５１内を流れて接続部４を冷却した後のキャリアガスＣＧを、キャリアガス供給路２１ｂを介して気液混合部２９に確実に供給することができる。
　また、図１に示すように、キャリアガス供給路２１ｂは、冷却部５の導出口５３と接続される。この構成では、冷却部５の導入口５２から筐体５１の内部に導入されたキャリアガスＣＧを、導出口５３を介してキャリアガス供給路２１ｂに供給することができる。つまり、筐体５１がキャリアガス供給路２１ｂと連通する構成を確実に実現することができる。
　特に、図１のように、導入口５２が導出口５３に対して気化部３側に位置する構成では、Ｓ２の冷却工程において、筐体５１の内部を、気化部３に近い側（接続部４を流れる気液混合体ＭＧの流れ方向の下流側）から遠い側（気液混合体ＭＧの流れ方向の上流側）に向かってキャリアガスＣＧを流すことによって接続部４を冷却することができる。
　これにより、接続部４において気化部３の熱が最も伝わりやすい下流側を、上流側よりも先に（優先して）効率よく冷却することができる。その結果、気化部３の熱を、接続部４を介して上流側に確実に伝わりにくくして、気化部３での気化前に液体材料ＬＱが熱分解および変質するおそれを確実に低減することができる。
　なお、導入口５２は、導出口５３に対して、気化部３とは反対側に位置してもよい。ただし、この位置関係では、導出口５３とキャリアガス供給路２１ｂとを連通する流路を長く形成することが必要となる。
　（４．導入口の望ましい位置について）
　図３は、冷却部５を、接続部４（接続管４１）における気液混合体ＭＧの流れ方向に垂直な断面で切ったときの断面図である。同図に示すように、冷却部５の導入口５２は、上記断面内で、筐体５１の外周面５１ａに対する接線Ｔと重なって位置することが望ましい。なお、筐体５１の外周面５１ａとは、接続部４の円筒状の接続管４１の外周面４１ａを、空隙を介して覆う円筒状の面である。
　この構成では、筐体５１の外周面５１ａの接線Ｔの方向から導入口５２を介してキャリアガスＣＧが筐体５１内に導入される。これにより、筐体５１内で、接続部４の周りにキャリアガスＣＧを旋回させて流すことが容易となる。キャリアガスＣＧの旋回により、接続部４をキャリアガスＣＧで周方向に包み込むようにして冷却することができるため、接続部４の冷却効率を向上させることができる。
　以上のことから、図３で示した冷却部５を備える構成では、Ｓ２の冷却工程において、上記断面内で、接続部４の周囲を覆う筐体５１の外周面５１ａの接線Ｔの方向からキャリアガスＣＧを筐体５１内に流すことにより、接続部４を冷却する、と言うことができ、これによって接続部４の冷却効率の向上の効果を得ることができる。
　〔２．液体材料気化装置の他の構成〕
　図４は、本実施形態の液体材料気化装置１の他の構成を模式的に示す断面図である。図４の液体材料気化装置１は、冷却部５の筐体５１が螺旋状のガス流路５１Ｐを有する点を除いて、図１と同様の構成である。
　ガス流路５１Ｐは、筐体５１内で接続部４（接続管４１）の周囲に螺旋状に形成される流路である。このようなガス流路５１Ｐを有する筐体５１は、例えば筐体５１を複数の分割筐体で構成し、個々の分割筐体を溶接またはボルト締結によって貼り合わせることによって実現することができる。螺旋状のガス流路５１Ｐは、それぞれ上記の導入口５２および導出口５３と連通する。
　図４の構成では、導入口５２から筐体５１内にキャリアガスＣＧが導入されると、キャリアガスＣＧは、筐体５１内で、接続部４の周囲を螺旋状のガス流路５１Ｐに沿って螺旋状に流れる。これにより、接続部４をキャリアガスＣＧで周方向に包み込むようにして冷却することができるため、接続部４の冷却効率を向上させることができる。
　以上のことから、図４の構成では、Ｓ２の冷却工程において、接続部４の周囲を覆う筐体５１内で、接続部４の周囲に形成される螺旋状のガス流路５１ＰにキャリアガスＣＧを流すことにより、接続部４を冷却する、と言うことができ、これによって接続部４の冷却効率の向上の効果を得ることができる。
　〔３．液体材料気化装置のさらに他の構成〕
　図５は、本実施形態の液体材料気化装置１のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。図５の液体材料気化装置１は、冷却部５が筐体５１内にフィン５４を有する点を除いて、図１と同様の構成である。
　フィン５４は、平板状の放熱板であり、筐体５１内に複数設けられる。各フィン５４は、接続部４（接続管４１）の外周面４１ａ（図３参照）と、例えば溶接により連結される。また、各フィン５４は、筐体５１内で接続部４が延びる方向に、所定の間隔で外周面４１ａ上に並んで配置される。各フィン５４は、接続部４と同じ金属材料で構成されてもよいし、接続部４を構成する金属よりも熱伝導率の高い金属材料（例えばアルミニウム、銅またはこれらの合金）で構成されてもよい。
　筐体５１内に、接続部４の外周面４１ａと連結される複数のフィン５４を設けることにより、接続部４の外周面４１ａの表面積を、複数のフィン５４の表面積分だけ増やした構成と実質的に等価になる。したがって、筐体５１内で、接続部４の外周面４１ａのみならず、表面積の大きいフィン５４にキャリアガスＣＧを当てて、接続部４を効率よく放熱させることができる。つまり、接続部４の冷却効率を向上させることができる。
　以上で説明した液体材料気化装置１は、気化部３がノズルＮを有し、接続部４が接続管４１を有し、冷却部５が接続部４（接続管４１）を冷却する構成である。この構成において、冷却部５がキャリアガス供給路２１ｂと連通していることにより、液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧを、接続部４を冷却するためのガスとして有効利用して、液体材料気化装置１を設置している半導体処理装置の大型化およびコストの増大を抑えることができるなど、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
　〔４．液体材料気化装置のさらに他の構成〕
　図６は、本実施形態の液体材料気化装置１のさらに他の構成を模式的に示す断面図である。図６の液体材料気化装置１は、ノズルＮが気化部３の外部である接続部４に設けられ、冷却部５がノズルＮも含めて接続部４を冷却する点を除いて、図１と同様の構成である。なお、図３～図５で示した冷却部５の構成は、図６の液体材料気化装置１にも勿論適用することができる。
　図６の液体材料気化装置１では、接続部４が、接続管４１と、ノズルＮと、を有する。ノズルＮは、接続管４１と気化部３とに間に位置して、気液混合体ＭＧを気化部３の気化室３１内に噴霧する。つまり、ノズルＮは気化部３の外部であって、気化部３の上流側に位置する。冷却部５の筐体５１は、接続管４１およびノズルＮの両方を覆う。
　図６の構成であっても、図１の構成と同様に、冷却部５がキャリアガス供給路２１ｂと連通していることにより、液体材料ＬＱに混合させるキャリアガスＣＧを、接続部４を冷却するためのガスとして有効利用して、液体材料気化装置１を設置している半導体処理装置の大型化およびコストの増大を抑えることができるなど、上述した本実施形態の効果を得ることができる。
　〔５．補足〕
　ノズルＮが気化部３の外部（上流側）に設けられる構成において、接続部４はノズルＮのみで構成されてもよい。つまり、接続部４は接続管４１を持たず、流量制御弁２の気液混合体排出路２１ｃと気化部３とがノズルＮを介して接続される構成であってもよい。この構成では、ノズルＮの周囲を筐体５１で覆い、筐体５１内にキャリアガスＣＧを流すことにより、ノズルＮを冷却することができる。したがって、このような筐体５１を有する冷却部５をキャリアガス供給路２１ｂと連通させることにより、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
　本実施形態では、液体材料気化装置１が備える流量制御弁２は、ノーマルオープンタイプであるが、ノーマルクローズタイプの流量制御弁２にも、キャリアガス供給路２１ｂと冷却部５とを連通させる本実施形態の構成を適用することは可能である。この場合、気液混合部２９は、ノーマルクローズタイプに応じた構成に適切に変更されればよい。
　本実施形態の液体材料気化装置１は、流量制御弁２の内部で液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとを混合して気液混合体ＭＧを生成する内部混合方式を採用した構成において、キャリアガス供給路２１ｂと冷却部５とを連通させている。流量制御弁２の外部で液体材料ＬＱとキャリアガスＣＧとを混合する外部混合方式においても、例えば、気化室３１内への噴霧時に、冷却部５でノズルＮを冷却した後のキャリアガスＣＧと、液体材料ＬＱとを混合させることは可能であり、この場合でも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で拡張または変更して実施することができる。
　本発明は、例えば半導体製造装置の前段に設けられる気化器に利用可能である。
　　　１　　　液体材料気化装置
　　　３　　　気化部
　　　４　　　接続部
　　　５　　　冷却部
　　２１ａ　　液体材料供給路
　　２１ｂ　　キャリアガス供給路
　　２１ｃ　　気液混合体排出路
　　２９　　　気液混合部
　　３１　　　気化室
　　４１　　　接続管
　　４１ａ　　外周面
　　５１　　　筐体
　　５１Ｐ　　ガス流路
　　５１ａ　　外周面
　　５２　　　導入口
　　５３　　　導出口
　　５４　　　フィン
　　ＣＧ　　　キャリアガス
　　ＦＰ　　　流路部
　　ＬＱ　　　液体材料
　　ＭＧ　　　気液混合体
　　　Ｎ　　　ノズル
　　　Ｔ　　　接線

Claims (11)

  1. 　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と、
    　前記気液混合部に前記キャリアガスを供給するキャリアガス供給路と、
    　前記気液混合部で生成された前記気液混合体が流れる流路部と、
    　前記流路部を流れる前記気液混合体に含まれる前記液体材料を加熱して気化させる気化部と、
    　前記流路部を冷却する冷却部と、を備え、
    　前記冷却部は、前記キャリアガス供給路と連通している、液体材料気化装置。
  2. 　前記流路部は、
    　前記気液混合部で生成された前記気液混合体を排出する気液混合体排出路と、
    　前記気液混合体排出路と前記気化部とを接続する接続部と、を含み、
    　前記冷却部は、前記接続部を冷却する、請求項１に記載の液体材料気化装置。
  3. 　前記冷却部は、前記接続部の周囲を覆う筐体を有し、
    　前記筐体が、前記キャリアガス供給路と連通している、請求項２に記載の液体材料気化装置。
  4. 　前記冷却部は、
    　　前記筐体内に前記キャリアガスを導入する導入口と、
    　　前記筐体から前記キャリアガスを導出する導出口と、を有し、
    　前記キャリアガス供給路は、前記導出口と接続される、請求項３に記載の液体材料気化装置。
  5. 　前記導入口は、前記導出口に対して、前記気化部側に位置する、請求項４に記載の液体材料気化装置。
  6. 　前記接続部における前記気液混合体の流れ方向に垂直な断面内で、
    　前記導入口は、前記筐体の外周面に対する接線と重なって位置する、請求項４または５に記載の液体材料気化装置。
  7. 　前記筐体は、前記接続部の周囲に螺旋状に形成されるガス流路を有する、請求項３から６のいずれかに記載の液体材料気化装置。
  8. 　前記冷却部は、前記接続部の外周面と連結されるフィンを有する、請求項２から６のいずれかに記載の液体材料気化装置。
  9. 　前記気化部は、前記気液混合体を気化室内に噴霧するノズルを有し、
    　前記接続部は、前記気液混合体排出路と前記ノズルとを接続する接続管を有する、請求項２から８のいずれかに記載の液体材料気化装置。
  10. 　前記接続部は、
    　　前記気液混合体排出路と接続される接続管と、
    　　前記接続管と前記気化部とに間に位置して、前記気液混合体を前記気化部の気化室内に噴霧するノズルと、を有する、請求項２から８のいずれかに記載の液体材料気化装置。
  11. 　気液混合部で液体材料とキャリアガスとを混合することにより、気液混合体を生成する気液混合体生成工程と、
    　前記気液混合部で生成され、流路部を介して気化部に供給される前記気液混合体に含まれる前記液体材料を、前記気化部で加熱して気化させる気化工程と、
    　前記キャリアガスの供給により、前記流路部を冷却する冷却工程と、
    　前記冷却工程で前記流路部を冷却した後の前記キャリアガスを、キャリアガス供給路を介して前記気液混合部に供給するキャリアガス供給工程と、を含む、液体材料気化方法。
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