(57)【要約】  ヒータを用いて好適に原料の供給を行うために、流体制御装置（１００）は、内部に流路または流体収容部が設けられた流体加熱部（１）と、流体加熱部を加熱するヒータ（１０）とを備え、ヒータが、発熱体（１０ａ）と、発熱体に熱的に接続され流体加熱部を囲むように配置された金属製の伝熱部材（１０ｂ）とを有し、伝熱部材における流体加熱部に対向する面は、放熱性を向上させるために表面処理された面（Ｓ１）を含む。
2019021948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流路または流体収容部が設けられた流体加熱部と、前記流体加熱部を加熱するヒータとを備える流体制御装置であって、
前記ヒータが、発熱体と、前記発熱体に熱的に接続され前記流体加熱部を囲むように配置された伝熱部材とを有し、
前記伝熱部材における前記流体加熱部に対向する面は、放熱性を向上させるために表面処理された面を含む、流体制御装置。
【請求項２】
前記伝熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記放熱性を向上させるために表面処理された面は、アルマイト処理された面である、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項３】
前記伝熱部材は、前記流体加熱部に対向する面である内側面と、前記内側面の反対側に位置する外側面とを有し、前記外側面は研磨面を含む、請求項１または２に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記伝熱部材は、前記流体加熱部に対向する面である内側面と、前記内側面の反対側に位置する外側面とを有し、前記外側面は鏡面加工された面を含む、請求項１または２に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記伝熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記伝熱部材の前記外側面は鏡面加工された面であり、前記伝熱部材の前記外側面以外の全ての面は、アルマイト処理された面である、請求項３または４に記載の流体制御装置。
【請求項６】
気化部と、前記気化部に供給される液体を予加熱する予加熱部と、前記気化部から送出されたガスを制御または測定する流体制御測定部とを備え、
前記流体加熱部は、前記気化部、前記予加熱部および前記流体制御測定部のうちの少なくともいずれかである、請求項１から５のいずれかに記載の流体制御装置。
【請求項７】
前記予加熱部を加熱する第１ヒータの伝熱部材と、前記気化部を加熱する第２ヒータの伝熱部材との間に隙間が設けられている、請求項６に記載の流体制御装置。
【請求項８】
前記第１ヒータの伝熱部材と前記第２ヒータの伝熱部材との間の前記隙間に設けられた断熱部材をさらに備える、請求項７に記載の流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や化学プラントで用いられる流体制御装置に関し、特に、流体を加熱するためのヒータを備えた流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成膜を行う半導体製造装置において、プロセスチャンバに原料ガスを供給するための原料気化供給装置が用いられている（例えば特許文献１）。【０００３】
原料気化供給装置には、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）等の有機金属の液体原料を貯液タンクに貯めておき、加圧した不活性ガスを貯液タンクに供給して液体原料を一定圧力で押し出して気化器に供給するものがある。供給された液体原料は、気化器の周囲に配置されたヒータによって気化され、気化したガスは流量制御装置により所定流量に制御されて半導体製造装置に供給される。【０００４】
原料に用いられる有機金属材料には沸点が１５０℃を超えるものもあり、例えば上記のＴＥＯＳの沸点は約１６９℃である。このため、原料気化供給装置は、比較的高温、例えば２００℃以上の温度まで液体原料を加熱できるように構成されている。【０００５】
また、原料気化供給装置では、気化させた原料の凝縮（再液化）を防ぐために、高温に加熱された流路を通して、プロセスチャンバまでガスを供給することが求められている。さらに、有機金属材料の気化を効率的に行うために、気化器に供給する前に液体原料を予め加熱しておく場合もある。このため、原料気化供給装置では、流路または流体収容部が設けられた流体加熱部（気化器等）を高温にまで加熱するためのヒータが、必要な箇所に配置されている。【０００６】
特許文献２には、原料液体を予加熱する予加熱部と、予加熱部で加熱された原料液体を気化させる気化器と、気化させたガスの流量を制御する高温対応型の圧力式流量制御装置とを備えた気化供給装置が開示されている。特許文献２に記載の気化供給装置では、気化器の本体や流路などを加熱するための手段として、ジャケットヒータが用いられている。ジャケットヒータは、気化器や配管等を覆うように外側から密着して取り付けられ、ジャケットヒータ内の発熱線（ニクロム線など）に電流を流すことによって流体を外側から加熱することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１１４４６３号公報
【特許文献２】国際公開第２０１６／１７４８３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ジャケットヒータは、着脱が比較的容易であるために利便性が高いという利点を有している。しかしながら、その一方で、ジャケットヒータを用いた場合、ジャケットヒータと流体加熱部との間に隙間が出来ること等によって、場所による熱伝導性のばらつきが生じやすく、内部の流体を均一に加熱しにくくなるおそれがあるという問題があった。また、ジャケットヒータでは、均熱性を向上させるために、広範囲に発熱線を均等に配置する必要があるので、作製のための手間やコストがかかるという問題もあった。【０００９】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、ヒータを用いて効率的かつ均一に原料を加熱して供給することができる流体制御装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態による流体制御装置は、内部に流路または流体収容部が設けられた流体加熱部と、前記流体加熱部を加熱するヒータとを備え、前記ヒータが、発熱体と、前記発熱体に熱的に接続され前記流体加熱部を囲むように配置された伝熱部材とを有し、前記伝熱部材における前記流体加熱部に対向する面は、放熱性を向上させるために表面処理された面を含む。【００１１】
ある実施形態において、前記伝熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記放熱性を向上させるために表面処理された面は、アルマイト処理された面である。【００１２】
ある実施形態において、前記伝熱部材は、前記流体加熱部に対向する面である内側面と、前記内側面の反対側に位置する外側面とを有し、前記外側面は研磨面を含む。【００１３】
ある実施形態において、前記伝熱部材は、前記流体加熱部に対向する面である内側面と、前記内側面の反対側に位置する外側面とを有し、前記外側面は鏡面加工された面を含む。【００１４】
ある実施形態において、前記伝熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成され、前記伝熱部材の前記外側面は鏡面加工された面であり、前記伝熱部材の前記外側面以外の全ての面は、アルマイト処理された面である。【００１５】
ある実施形態において、前記流体制御装置は、気化部と、前記気化部に供給される液体を予加熱する予加熱部と、前記気化部から送出されたガスを制御または測定する流体制御測定部とを備え、前記流体加熱部は、前記気化部、前記予加熱部および前記流体制御測定部のうちの少なくともいずれかである。【００１６】
ある実施形態において、前記予加熱部を加熱する第１ヒータの伝熱部材と、前記気化部を加熱する第２ヒータの伝熱部材との間に隙間が設けられている。【００１７】
ある実施形態において、前記流体制御装置は、前記第１ヒータの伝熱部材と前記第２ヒータの伝熱部材との間の前記隙間に設けられた断熱部材をさらに備える。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の実施形態に係る流体制御装置によれば、エネルギー利用効率が向上したヒータを用いて流体を均一に効率的に加熱することにより、省エネルギー化を図りながら加熱した原料を適切に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態による流体制御装置を示す模式図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はヒータの分解斜視図であり、それぞれ斜め上から見たとき、および、斜め下から見たときを示す。
【図３】本発明の実施形態にかかるヒータの伝熱部材の断面を示す図である。
【図４】本発明の実施形態にかかるヒータの伝熱部材の作製工程を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ別の工程を示す。
【図５】本発明の実施形態にかかる流体制御部の構成例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態による流体制御装置１００を示す。流体制御装置１００は、半導体製造装置などで使用する原料ガスＧを生成するための気化部４と、気化部４に供給する液体原料Ｌを予加熱する予加熱部２と、気化部４から送出されたガスＧを制御または測定するための流体制御測定部６とを備えている。図１において、液体原料Ｌが充填されている部分を斜線のハッチングで示し、ガスＧが流れている部分をドットのハッチングで示している。
【００２２】
予加熱部２、気化部４、流体制御測定部６は、いずれも内部の流体（液体原料ＬまたはガスＧ）が加熱される流体加熱部１として設けられたものであり、予加熱部２、気化部４、流体制御測定部６のそれぞれの内部には、流路または流体収容部が設けられている。これらは、後述するヒータ１０によってそれぞれ外側から加熱される。
【００２３】
流体制御装置１００において、気化部４は、液体充填用バルブ３を介して予加熱部２に接続されている。また、気化部４と流体制御測定部６とは、内部に流路が設けられた流路ブロック５を介して連通している。気化部４と流体制御測定部６との間の流路においては、気化させたガスＧの圧力Ｐ０を検出するための圧力検出器７が設けられている。
【００２４】
この構成において、圧力検出器７の検出した圧力値に基づいて、気化部４に所定量の液体原料Ｌを供給するように液体充填用バルブ３を制御することができる。また、気化部４内に所定量を超える液体原料Ｌが供給されたことを検知する液体検知部（図示せず）を設け、液体検知部が液体を検知した時には液体充填用バルブ３を閉じるようにすることで、気化部４への液体原料Ｌの過供給を防止することができる。液体検知部としては、特許文献２に記載されているように、気化室に配置された温度計（白金測温抵抗体、熱電対、サーミスタなど）、液面計、ロードセルなどを用いることができる。
【００２５】
流体制御測定部６は、本実施形態では、公知の高温対応型の圧力式流量制御装置であり、後述するように、オリフィス部材７１を流れるガスの流量を、コントロール弁を用いてオリフィス部材７１の上流圧力Ｐ１を調整することによって制御することができる。
【００２６】
ただし、流体制御測定部６は、圧力式流量制御装置に限らず、種々の態様の流量制御装置であってよい。また、流体制御測定部６は、流量センサ、濃度センサなどの流体測定部であってもよい。以下、圧力式流量制御装置である流体制御測定部６を流体制御部６として説明することがある。
【００２７】
本実施形態による流体制御装置１００は、上記の流体加熱部１（ここでは、予加熱部２、気化部４、流体制御部６）を加熱するヒータ１０として、予加熱部２を加熱する第１ヒータ１２と、気化部４を加熱する第２ヒータ１４と、流体制御部６を加熱する第３ヒータ１６とを備えている。
【００２８】
図２（ａ）および（ｂ）は、それぞれ別の角度から見たときのヒータ１０（第１ヒータ１２、第２ヒータ１４、および、第３ヒータ１６）の分解斜視図である。図２（ａ）および（ｂ）に示すように、ヒータ１０の各々は、発熱体１０ａと、発熱体１０ａに熱的に接続された金属製の伝熱部材１０ｂとを備えている。
【００２９】
発熱体１０ａが発した熱は伝熱部材１０ｂの全体に伝導し、発熱体１０ａによって伝熱部材１０ｂが全体的に加熱される。そして、均一に加熱された伝熱部材１０ｂは、流体加熱部１を外側から均一に加熱することができる。伝熱部材１０ｂは、その目的のために、熱伝導率が良好な金属（例えば、アルミニウム、銀、銅、金など）から形成されていることが好ましい。
【００３０】
本実施形態において、発熱体１０ａとしては、公知のカートリッジヒータが用いられている。また、伝熱部材１０ｂとしては、流体加熱部１を囲むように配置されたアルミニウムまたはアルミニウム合金製の部材が用いられている。伝熱部材１０ｂは、アルミニウム製の部品をネジ留めなどにより接続することによって構成されており、例えば、底板部と、一対の側壁部と、上面部とを組み合わせて固定することによって、内側に流体加熱部１を包囲するように設けられている。
【００３１】
半導体製造装置に用いる流体制御装置１００としては、プロセスへの汚染の懸念が少なく、また、比較的安価であることから、伝熱部材１０ｂの材料としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を選択することが好適である。ただし、他の用途においては、上述したような他の高熱伝導性の金属材料を用いてもよい。
【００３２】
ヒータ１０の発熱体１０ａは、伝熱部材１０ｂの側壁部に設けられた細穴に挿入されて固定されている。発熱体１０ａと伝熱部材１０ｂとは熱的に接続されており、発熱体１０ａからの熱が伝熱部材１０ｂに効率的に伝わるように固定されている。好適な態様において、発熱体１０ａは、伝熱部材１０ｂに設けた細穴に密着して固定されており、発熱体１０ａの外側に付与した公知の熱伝導性物質（熱伝導グリスや熱伝導シートなど）を介して伝熱部材１０ｂに固定されていてもよい。
【００３３】
図２に示す例では、第１ヒータ１２において、棒状のカートリッジヒータ１０ａが、伝熱部材１０ｂの側壁部の上端面から下に向かって垂直方向に延びる細穴に挿入されており、第２ヒータ１４および第３ヒータ１６において、Ｌ字状に屈折された発熱体１０ａが、伝熱部材１０ｂの側壁部の横端面に開口が設けられた水平方向に延びる細穴に挿入されている。ただし、発熱体１０ａとしては、公知の種々の発熱装置を用いることができ、例えば、伝熱部材１０ｂに固定された面状ヒータを用いてもよい。
【００３４】
なお、上記のＬ字状に屈折した発熱体１０ａの水平方向部分１０ｙは、伝熱部材１０ｂの細穴内に収納されるが、垂直方向部分１０ｚは、細穴に挿入されていないので、伝熱部材１０ｂ同士の接続の邪魔になる場合もある。そのような時には、垂直方向部分１０ｚを収納できる凹部１１ｚを伝熱部材１０ｂの端部に予め形成しておき、発熱体１０ａの水平方向部分１０ｙを細穴に挿入した時に、垂直方向部分１０ｚを凹部１１ｚに収納することで、伝熱部材１０ｂの接続を妨げないようにすることもできる。
【００３５】
また、図２に示す例では、第２ヒータ１４（気化部４を加熱するヒータ）に取り付けられた温度センサ１０ｃが示されており、第２ヒータ１４の伝熱部材１０ｂの温度を直接的に測定できるようになっている。
【００３６】
第１ヒータ１２の温度は例えば約１８０℃に設定され、第２ヒータ１４の温度は例えば約２００℃に設定され、第３ヒータ１６の温度は例えば約２１０℃に設定される。通常、予加熱部２を熱する第１ヒータ１２は、気化部４を熱する第２ヒータ１４よりも低い温度に設定され、流体制御部６を熱する第３ヒータ１６は、第２ヒータ１４よりも高い温度に設定される。このように、本実施形態では、図示しない制御装置を用いて各ヒータを個別に温度制御可能であるので、原料の気化、液体原料の予加熱、および、気化原料の再液化の防止をそれぞれ適切な温度で行うことができる。
【００３７】
また、伝熱部材１０ｂの上面部は、その上に取り付けられるバルブや圧力センサなどの上部取り付け部材の形状に対応する任意の形状を有していてよい。これにより、流体加熱部１への伝熱を行うことができるとともに、上部取り付け部材の支持部材としても適切に利用することができる。伝熱部材１０ｂの底板部は、図２（ｂ）に示すように、樹脂（例えばＰＥＥＫ(Poly Ether Ether Ketone)）製の断熱部材１８を介して共通支持台１９に取り付けられていてもよい。断熱部材１８は、熱を遮断できる限り任意の材料から形成されていてよく、また、温度に合わせて材料等が適宜選択されていてよい。
【００３８】
本実施形態において、第１ヒータ１２の伝熱部材１０ｂと、第２ヒータ１４の伝熱部材１０ｂとの間、および、第２ヒータ１４の伝熱部材１０ｂと第３ヒータ１６の伝熱部材１０ｂとの間にはそれぞれ隙間Ｘが設けられている。これにより、各ヒータ１２、１４、１６を用いて、予加熱部２、気化部４、流体制御部６をそれぞれ個別に加熱したときにも、ヒータ間の熱伝導性が低下しているので、所望の温度に制御しやすいという利点が得られる。
【００３９】
さらに、図１に示したように、第１ヒータ１２の伝熱部材と、第２ヒータ１４の伝熱部材との間の隙間にＰＥＥＫ製の断熱部材１３が配置されている。これにより、第２ヒータ１４および気化部４から予加熱部２への熱伝導が抑えられるので、予加熱部２が高温になりすぎて気化部に送る前に原料液体が気化してしまうことを効果的に防止することができる。なお、本実施形態では、流体制御部６の下流側（ストップバルブ５６の近傍）にも断熱部材１３’が配置され、外側への伝熱を抑えて流体制御部６が高温に維持されやすいようになっている。断熱部材１３、１３’も、熱を遮断できる限り任意の材料や形状から形成されていてよく、また、温度に合わせて材料等が適宜選択されていてよい。
【００４０】
このように構成されたヒータ１０において、図３に示すように、内部に発熱体１０ａが配置されたアルミニウム製の伝熱部材１０ｂの内側面、すなわち、流体加熱部１と対向する面には、放熱性を向上させるための表面処理としてアルマイト処理（陽極酸化処理）がなされた面Ｓ１が含まれている。また、伝熱部材の外側面には、研磨面または鏡面加工面Ｓ２が含まれている。伝熱部材１０ｂ外側の鏡面加工面は、典型的には研磨処理によって形成されるが、削り出しのみによって形成されていてもよい。
【００４１】
伝熱部材１０ｂの内側面Ｓ１がアルマイト処理（特には硬質アルマイト処理）されていることによって放熱性を向上させることができる。発熱体１０ａからの熱ｈを、接触している場合は伝熱部材１０ｂから直接流体加熱部１へ熱を伝導でき、また、伝熱部材１０ｂと流体加熱部１とに距離がある場合であっても、高い放射性（高い輻射熱）によって、液体加熱部１に均一かつ向上した効率で伝えることができる。
【００４２】
また、伝熱部材１０ｂに流体加熱部１が接触している場合において、熱ｈは接触部分から伝導するが、伝熱部材１０ｂから流体加熱部１に熱ｈが移動するとき、伝熱部材１０ｂの内側表面がアルマイト処理されていないと、輻射率の関係から、伝熱部材１０ｂの内側表面で熱が反射し、流体加熱部１に移動しない熱ｈが存在する。これに対して、本実施形態のように伝熱部材１０ｂの内側表面がアルマイト処理されていると、輻射率が高いため、流体加熱部１と接触する面で反射する熱はほとんどなく、伝熱部材１０ｂからの熱ｈのほぼ全てが流体加熱部１へと伝導される。
【００４３】
以上の理由から、本実施形態のヒータ１０によれば、エネルギー利用効率を向上させ、省エネルギー化を図ることができる。また、液体加熱部１を所望温度まで加熱するための時間を短縮することができる。
【００４４】
さらに、伝熱部材１０ｂの外側面Ｓ２が鏡面加工されているので、反射率が向上し、輻射率が低下している。このため、ヒータ１０の外側への放熱作用が抑えられるとともに、内側への放熱を効率的に行うことができ、省エネルギー化を図ることができる。また、外側への放熱量が少なく、表面温度が比較的低い温度に保たれるため、外側での高温対策を比較的簡易に行うことができる。流体制御装置１００の外側は、安全のために例えば６０℃以下の温度に維持されることが求められている。
【００４５】
具体的な設計例では、伝熱部材１０ｂの内側面Ｓ１（アルマイト処理面）の２００℃での輻射率は例えば０．９５０（反射率０．０５０）に設定され、外側面Ｓ２（研磨面または鏡面加工面）の２００℃での輻射率は例えば０．０３９（反射率０．９６１）に設定される。また、外側面の鏡面加工された表面は、例えば、算術平均粗さＲａ＝０．１ａ〜１．６ａ程度に設定される。
【００４６】
以下、図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら、ヒータ１０の伝熱部材１０ｂの作製手順を説明する。
【００４７】
まず、図４（ａ）に示すように、まず、切削加工により、所望形状のアルミニウム部材（ここではアルミニウムプレート）が用意される。アルミニウム部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されていてよい。
【００４８】
次に、図４（ｂ）に示すように、アルミニウム部材の全面に対して、アルマイト処理（陽極酸化処理）が施される。本実施形態においては、いわゆる硬質アルマイト処理がなされており、表面に形成されるアルマイト層の厚さ（ここでは、多孔質アルミナ層とベース層との合計厚さ）は、例えば２０μｍ〜７０μｍと比較的厚いものとなる。アルマイト処理は、公知の種々の方法によってなされてよいが、放熱性を向上させるために効果的なアルマイト層が得られるように、処理条件が適宜選択されていることが好ましい。
【００４９】
なお、本実施形態におけるアルマイト処理は、硬質アルマイト処理に限らず、通常のアルマイト処理であっても同様の効果が発揮される。アルマイト層の厚さも、通常のアルマイト処理で形成される厚さ（例えば１μｍ以上）であれば、同様の効果を発揮する。ただし、硬質アルマイト処理は、運用の際に傷が付きにくく、通常のアルマイト処理よりも膜がはがれる懸念を小さくできるというメリットがある。
【００５０】
次に、図４（ｃ）に示すように、全面がアルマイト処理されたアルミニウム部材の外側面、すなわち、流体加熱部１に対向する側とは反対側に配置される外側面Ｓ２のみを再加工する。再加工では、アルマイト層の除去と鏡面加工仕上げとが行われ、これにより、アルミニウム部材の外側面のみが鏡面加工面となり、その他の面は、アルマイト処理された面のまま維持される。鏡面加工面は、アルマイト層を研削により除去した後に別途の研磨処理を行うによって形成してもよいし、公知の鏡面加工研削技術を用いてアルマイト層の研削のみで形成してもよい。
【００５１】
以上のようにして得られた、外側面が鏡面加工され、内側面がアルマイト処理されたアルミニウム部材を用い、流体加熱部１の外側を覆うようにこれらを組み合せ、また、側壁部の端面に設けた細穴に発熱体１０ａを装着することよってヒータを作製することができる。
【００５２】
なお、以上の手順によって作製されたヒータでは、伝熱部材１０ｂの外側面のみが鏡面加工された面となるとともに、外側面以外の全ての面（内側面および端面を含む）は、アルマイト処理された面となる。ただし、伝熱部材１０ｂの端面に対しても研磨処理などの放熱性を低下させる処理を行ってもよい。または、内側面のみアルマイト処理を行い、ほかの全ての面を鏡面加工または、加工無垢面（通常の加工後、表面処理等を行っていない）としてもよい。
【００５３】
以下、図１等を参照しながら、本実施形態の流体制御装置１００のより具体的な構成を詳細に説明する。
【００５４】
気化部４は、ステンレス鋼製の気化ブロック４１とガス加熱ブロック４２とを連結して構成された本体４０を備えている。気化ブロック体４１は、上部に液供給口が形成され、内部に気化室４１ａが形成されている。ガス加熱ブロック４２には、気化室４１ａの上部から延びるガス流路と連通するガス加熱室４２ａが形成されるとともに、上部にガス排出口が形成されている。ガス加熱室４２ａは、円筒状の空間内に円柱状の加熱促進体が設置された構造を有し、円筒状空間と加熱促進体との隙間がガス流路となっている。気化ブロック４１とガス加熱ブロック４２の間のガス連通部には、通孔付きガスケット４３が介在され、これらの通孔付きガスケット４３の通孔をガスが通過することにより、ガスの脈動が防止される。
【００５５】
予加熱部２は、気化部４の気化ブロック４１に液体充填用バルブ３を介して接続された予加熱ブロック２１を備えている。予加熱ブロック２１の内部には液貯留室２３が形成されている。液貯留室２３は、側面に設けられた液流入ポート２２および上面に設けられた液流出口に連通している。予加熱ブロック２１は、図外の貯液タンクから所定圧で圧送されてくる液体原料Ｌを液貯留室２３に貯留しておくともに、気化室４１ａに供給する前に第１ヒータ１２を用いて予熱する。なお、液貯留室２３内においても表面積を増やすための円柱状の加熱促進体が配置されていてもよい。
【００５６】
液体充填用バルブ３は、予加熱ブロック２１と気化ブロック体４１とに連通する供給路４を弁機構を用いて開閉又は開度調整することにより、気化部４への液体原料Ｌの供給量を制御する。液体充填用バルブ３としては、例えば、エア駆動弁を用いることができる。気化ブロック４１の液供給口には、細孔が形成されたガスケット４４が介設され、ガスケット４４の細孔に液体原料を通過させることにより気化室４１ａ内への供給量が調整されている。
【００５７】
本実施形態において、流体制御部６は、高温対応型の圧力式制御装置であり、例えば、特許文献２に記載の構成を有していてよい。高温対応型の圧力式制御装置は、例えば、ガス流路が内部に設けられた本体としての弁ブロックと、ガス流路に介在された金属製ダイヤフラム弁体と、縦方向に並べられた放熱スペーサ及び圧電駆動素子と、金属ダイヤフラム弁体の下流側のガス流路に介在され微細孔が形成されたオリフィス部材（オリフィスプレートなど）と、金属ダイヤフラム弁体とオリフィス部材との間のガス流路内の圧力を検出する流量制御用圧力検出器とを備えている。放熱スペーサは、インバー材等で形成されており、ガス流路に高温のガスが流れても圧電駆動素子が耐熱温度以上になることを防ぐ。高温対応型の圧力式制御装置は、圧電駆動素子の非通電時には、金属ダイヤフラム弁体が弁座に当接しガス流路を閉じる一方で、圧電駆動素子に通電することにより圧電駆動素子が伸張し、金属ダイヤフラム弁体が自己弾性力により元の逆皿形状に復帰してガス流路が開通するように構成されている。
【００５８】
図５は、流体制御部６（圧力式流量制御装置）の構成例を模式的に示す図である。圧力式流量制御装置６では、オリフィス部材７１と、金属ダイヤフラム弁体および圧電駆動素子で構成されるコントロール弁８０と、オリフィス部材７１とコントロール弁８０との間に設けられた圧力検出器７２および温度検出器７３とを備えている。オリフィス部材７１は絞り部として設けられたものであり、これに代えて臨界ノズルまたは音速ノズルを用いることもできる。オリフィスまたはノズルの口径は、例えば１０μｍ〜５００μｍに設定される。
【００５９】
圧力検出器７２および温度検出器７３は、ＡＤコンバータを介して制御回路８２に接続されている。ＡＤコンバータは、制御回路８２に内蔵されていてもよい。制御回路８２は、コントロール弁８０にも接続されており、圧力検出器７２および温度検出器７３の出力などに基づいて制御信号を生成し、この制御信号によってコントロール弁８０の動作を制御する。
【００６０】
圧力式流量制御装置６は、従来と同様の流量制御動作を行うことができ、圧力検出器７２を用いて上流圧力Ｐ１（オリフィス部材７１上流側の圧力）に基づいて流量を制御することができる。圧力式流量制御装置６は、他の態様において、オリフィス部材７１の下流側にも圧力検出器を備えていてよく、上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２に基づいて流量を検出するように構成されていてもよい。
【００６１】
圧力式流量制御装置６では、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（ただし、Ｐ１：絞り部上流側のガス圧力（上流圧力）、Ｐ２：絞り部下流側のガス圧力（下流圧力）であり、約２は窒素ガスの場合）を満たすとき、絞り部を通過するガスの流速は音速に固定され、流量は下流圧力Ｐ２によらず上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御が行われる。臨界膨張条件を満たすとき、絞り部下流側の流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１（Ｋ1は流体の種類と流体温度に依存する定数）によって与えられ、流量Ｑは上流圧力Ｐ１に比例する。また、下流圧力センサを備える場合、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２との差が小さく、臨界膨張条件を満足しない場合であっても流量を算出することができ、各圧力センサによって測定された上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２に基づいて、所定の計算式Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）n（ここでＫ2は流体の種類と流体温度に依存する定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）から流量Ｑを算出することができる。
【００６２】
制御回路８２は、圧力検出器７２の出力（上流圧力Ｐ１）などに基づいて、上記のＱ＝Ｋ1・Ｐ１またはＱ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１−Ｐ２）nから流量を演算により求め、この流量がユーザにより入力された設定流量に近づくように、コントロール弁８０をフィードバック制御する。演算により求められた流量は、流量出力値として表示してもよい。
【００６３】
また、本実施形態の流体制御装置１００では、図１に示すように、ガス加熱ブロック４２にスペーサブロック５０が連結され、スペーサブロック５０に流体制御装置６の弁ブロックが連結されている。ガス加熱ブロック４２とスペーサブロック５０とに跨るようにして固定された流路ブロック５内のガス流路が、ガス加熱ブロック４２のガス加熱室４２ａとスペーサブロック５０のガス流路とを連通させる。スペーサブロック５０のガス流路は、流体制御装置６の弁ブロックのガス流路に連通している。また、流体制御部６の下流側のガス流路には、ストップバルブ５６が設けられており、必要に応じてガスの流れを遮断することができる。ストップバルブ５６としては、例えば公知の空気駆動弁や電磁弁を用いることができる。ストップバルブ５６の下流側は、例えば、半導体製造装置のプロセスチャンバに接続されており、ガス供給時にはプロセスチャンバの内部が真空ポンプによって減圧され、所定流量の原料ガスがプロセスチャンバに供給される。
【００６４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明の実施形態による流体制御装置は、例えば、ＭＯＣＶＤ用の半導体製造装置において高温の原料ガスをプロセスチャンバに供給するために用いることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１  流体加熱部
２  予加熱部
３  液体充填用バルブ
４  気化部
５  流路ブロック
６  流体加熱部
７  圧力検出器
１０  ヒータ
１２  第１ヒータ
１４  第２ヒータ
１６  第３ヒータ
７１  オリフィス部材
８０  コントロール弁
１００  流体制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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