(57)【要約】【課題】伝熱効率が良く、比較的小量の液体材料で大きな気化ガス流量が得られる液体材料気化供給装置の提供。【解決手段】液体材料気化供給装置１０の気化容器３０の底面に、気化プレート２０が水平方向に対して傾斜して設けられ、気化プレート２０は、加熱手段で一定温度に保たれている。ノズル５０が気化プレート２０の上端近くに設けられており、液体がノズル５０から放出されると、気化プレート２０の傾斜に沿って流れ、同時に気化される。気化プレート２０上に溜まった液体が一定量に達するとレベルセンサ４０がそれを感知し、ノズル５０からの液体流入は停止させられる。気化が進むと液面が下がるため、再びレベルセンサ４０が感知し液体流入が開始される。この動作を繰返すことで液体の気化制御が行なわれる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気化容器の底面に、水平方向に対して傾斜し、加熱手段が設けられた気化プレートが具えられ、
前記気化プレートの上端側から液体材料を供給する手段と、
前記気化プレート上に溜まった液体材料の液面の検知手段と、
前記液面検知手段からの信号によって前記液体材料の供給を制御する手段とを有することを特徴とする、
液体材料気化供給装置。
【請求項２】
前記液面の検知手段が細管の毛細管現象を利用したものである、請求項１の液体材料気化供給装置。
【請求項３】
マスフローコントローラによる気化ガスの流量制御手段を設けた、請求項１又は２の液体材料供給装置。
【請求項４】
圧力式マスフローコントローラによる気化ガスの流量制御手段を設けた、請求項１又は２の液体材料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造ライン等に液体から気化された特殊ガスを供給するための液体材料気化供給装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液体気化供給装置としては、制御バルブに気化器部を組込んだ気化器を液体用フローメータ又は気体用フローメータと組合わせた装置や、気化容器に液体量検知、液体温度制御、気体流量制御装置、出入口配管、開閉バルブを組合せ、全体を恒温槽に入れた装置等がある。
特に、液体容器内で気化させる気化供給装置は、容器外部からの加熱と液体のプール部分を持つため、液体材料の熱分解、容存気体の発泡による影響を受けにくいという特徴がある。
しかし、その反面、熱伝導の悪いステンレススチール等の容器壁が加熱手段と液体との間に介在するため気化の効率が悪い。
【０００３】
特開平２００１−１５６０５５号公報には、制御バルブに気化器部を組込んだ気化装置が開示されている。この装置は、液体材料とキャリアガスの混合部形状を工夫して、気化効率を向上させている。
【０００４】
また、特開平６−２５６０３６号公報には、半導体製造ではないが、ガラスの液体原料を気化し供給する装置が開示されている。
この液体材料気化供給装置は、気化容器内部に凹凸をつけ、伝熱面積を増すことで気化効率を向上させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開２００１−１５６０５５号公報の制御バルブに気化機能を持たせた気化器は、小型ではあるが、部分加熱等により液体材料が分解しやすいので、コンタミネーション、パーティクル等が発生してしまう。また、容存気体の液体内部での発泡により、気化状態の悪化や制御不良になるという問題を有する。
【０００６】
また、特開平６−２５６０３６号公報等の従来の気化容器を有する気化方式は、気化の安定性は高いものの、装置そのものが大きく、タンク内の液体量も多くなる。そのため、設置面積が大きく、半導体製造装置に組込むのに不利になり、且つ、液量が多いので、メンテナンス時に高価な液体材料の費用が嵩み、液抜きのための時間を多く要するという問題を有する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、気化容器の底面に、水平方向に対して傾斜し、加熱手段が設けられた気化プレートが具えられ、
前記気化プレートの上端側から液体材料を供給する手段と、
前記気化プレート上に溜まった液体材料の液面の検知手段と、
前記液面検知手段からの信号によって、前記液体材料の供給を制御する手段とを有する液体材料気化供給装置によって前記の課題を解決した。
【０００８】
【作用】
本発明では、気化プレートを液体材料の気化条件にあった温度に一定に保つことにより、液体材料の熱分解の影響が軽減し、小さな蒸発面積で比較的多量の気化流量が得られる。
また、気化プレートを水平方向に対し一定の角度をつけて設けることにより、気化容器に大量の液体を入れなくても十分な気化流量が得られるので、装置の小型化ができ、且つ、液体交換等を伴うメンテナンスにかかる時間及び費用が少なくなる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の液体材料気化供給装置１０の概略の構成の断面図である。
この液体材料気化供給装置１０は、気化プレート２０、気化容器３０、液面センサ４０、ノズル（液体材料供給手段）５０からなる。
気化プレート２０は、水平方向に対し一定の角度で傾斜させられて、気化容器３０の底面に設けられ、図示しない加熱手段により、一定温度に保たれている。傾斜角度は、２〜５°の範囲にあるとよく、好適には３°である。温度は、気化する液体の物理的、化学的性質及び気化条件に合わせて設定される。
ノズル５０は、気化面積が大きくなるように、気化プレート２０の上端近くに１個、又は複数設けられる。
【００１０】
運転が始まると、液体がノズル５０から放出され、気化プレート２０の傾斜に沿って流れ、同時に気化される。液体材料の供給量は、気化される量よりも多く設定されるから、運転開始直後、液面は徐々に上昇する。
気化容器３０内の液体が一定量に達すると、液面センサ４０が感知し、所定の信号が送られて、ノズル５０からの液体流入が停止する。
気化が進むと液面が下がるため、再び、液面センサ４０が感知し液体流入が開始する。この動作を繰返すことで液体の気化制御が行なわれる。
【００１１】
ここで、液面センサ４０は、細管４２と、細管４２に取付けられた熱センサ４４からなり、細管４２の下端部が液面に触れると、毛細管現象により、液体が細管４２内を上昇する現象を利用したものである。このような液面センサ４０を用いると、従来のフロート式液面センサに比べて、装置を小型化できるとともに、感度よく液面を検知することができる特徴がある。
【００１２】
図２は、ノズル５０から放出された液体６０が、表面張力により丸くなった状態を示している。気化プレート２０の表面が鏡面であると、同図に示すように、ノズル５０から出た液体６０が表面張力により丸くなってしまい、流れの広がりが悪くなる。そこで、気化プレート２０の表面を梨面にする等の、液体の表面張力の影響を弱める処理をすることが望ましい。
【００１３】
図３（ａ）は、本発明の液体材料気化供給装置における液体材料供給部の実施形態の斜視図である。
この液体材料供給部は、液体の表面張力の影響を弱める為、気化プレート２０の上部に丸棒７０を設け、丸棒７０とノズル５０の距離を短くしたものである。図３（ｂ）は、ノズル５０から液体６０が丸棒７０に移動した状態を示し、この実施形態では、丸棒７０を設けたことより、液体６０の表面張力の影響力を弱めているので、液体６０の流れと広がりを良くすることができる。
【００１４】
図４は、本発明の液体材料気化供給装置における液体材料供給部のさらなる実施形態の斜視図である。
この場合の液体材料供給部では、液体の表面張力の影響を弱める為、気化プレート２０の上部に溝８０を設けている。
この実施形態では、溝８０を設けることで、液体の表面張力の影響を弱め、液体の流れと広がりを良くしている。
【００１５】
なお、液体の表面張力の影響を弱めて液体の流れと広がりを良くするためのその他の手段として、プレート表面にメッシュを貼りつけたり、プレート表面にエッチング等を行なったりしてもよい。
実験によれば、メッシュの貼付により、貼りつけない場合に比べ、約２０％気化効率が向上することが確認された。
【００１６】
図５は、本発明の液体材料気化供給装置１０の流量制御手段に（サーマル式）マスフローコントローラを利用した態様を示すブロック図である。
ソース入口からの液体の供給は、エアーバルブ（液体材料供給制御手段）６０の開閉により制御される。
エアーバルブ６０を開くと、液体が供給配管を通り気化容器３０に流れ入る。供給液量は、供給配管の先端又は途中で制限手段７０を設けることにより制限される。この制限手段７０にはオリフィス又はノズル等を用いるとよい。
また、高価にはなるが、流体用マスフローコントローラを用いてもよい。気化容器３０に流入した液体は、ヒータ（電熱ヒータ、ヒートパイプ等の加熱手段）８０によって加熱された気化プレート２０の斜面を気化しながら流れる。この気化プレート２０は、温度センサ９０によって温度が検知されており、常に一定温度になるように、温調回路１１０がヒータ８０を制御している。
【００１７】
気化容器３０の液面は液面センサ４０で検知され、この検知信号を比較回路（液体材料供給制御手段）１７０に連結し、その出力信号によってエアーバルブ開閉回路（液体材料供給制御手段）１８０を駆動させ、エアーバルブ６０の開閉を行なわせる。
（サーマル）センサ１２０は気化ガスの流量を検知するもので、増幅回路１３０で増幅され、一方で流量出力され、もう一方で比較回路１４０で流量設定値と比較され、その信号によってバルブ駆動回路１５０を動作させて、制御バルブ１６０を通る気化ガス流量を制御している。
また、この装置全体の温度は温度センサ２００によって監視され、温調回路２１０がヒータ１９０を制御することにより温度管理がなされる。
【００１８】
気化容器３０内の液体は、加熱された気化プレート２０によって気化されるが、気化した液体の再液化、気化容器側壁に付着した液体材料の急激な気化等を妨げる空間が、気化容器内に設けられている。その空間は、気化容器３０と別室が望ましいが、気化容器３０の容積が大きければ、同一でもよい。
【００１９】
図６は、本発明の液体材料気化供給装置の流量制御手段に圧力式マスフローコントローラを利用した態様を示すブロック図である。
ここでは、図５の場合と同様に液面センサ４０を比較回路１７０に接続しエアーバルブ６０の開閉を行なわせる一方、センサ１２０’は圧力センサで、ノズル又はオリフィス７２の前段圧力を圧力センサ１２０’の前段に設けた制御バルブ１６０’によって制御することで、気化ガスがノズル又はオリフィス７２を流出する流量を制御している。圧力センサ出力は増幅、変換されて流量出力となるため、（サーマル式）マスフローコントローラと同様の流量設定で動作が可能である。
また、ノズル又はオリフィス７２の後段にもう一つの圧力センサを設け（図示せず。）、前段の圧力センサとで差圧出力を得ることで気化ガスの流量制御を行なうこともできる。
その他の構成は、図５と同様であるから説明は省略する。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の液体材料気化供給装置によれば、気化プレートを液体材料の気化条件にあった温度に一定に保つことにより、液体材料の熱分解の影響が軽減し、伝熱効率が向上するという効果を奏する。
また、気化プレートを水平方向に対し一定の角度をつけて設けることにより、気化容器に大量の液体を入れなくても十分な気化流量が得られるので、装置を小型化することができ、且つ、液体交換等のメンテナンスにかかる時間及び費用を少なくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の液体材料気化供給装置の概略の構成を示す断面図。
【図２】ノズルから放出された液体が表面張力により丸くなった状態を示す説明図。
【図３】本発明の液体材料気化供給装置における液体供給部の説明図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）はノズルから放出された液体の表面張力の影響が丸棒により減じている状態を示す説明図。
【図４】本発明の液体材料気化供給装置における液体供給部のさらなる実施形態の斜視図。
【図５】本発明の液体材料気化供給装置の気化ガス流量制御手段に（サーマル式）マスフローコントローラを利用した態様を示すブロック図。
【図６】本発明の液体材料気化供給装置の気化ガス流量制御手段に圧力式マスフローコントローラを利用した態様を示すブロック図。
【符号の説明】
１０：液体材料気化供給装置
２０：気化プレート
３０：気化容器
４０：液面センサ（液面検知手段）
５０：ノズル（液体材料供給手段）
６０：エアーバルブ（液体材料供給制御手段）
８０：ヒータ（加熱手段）
１６０，１６０’：制御バルブ（気化ガスの流量制御手段）
１７０：比較回路（液体材料供給制御手段）
１８０：エアーバルブ開閉回路（液体材料供給制御手段）
【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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【図６】
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