(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体材料とキャリアガスとを、液体流量制御機能を備えた制御バルブ内の気液混合室において流量制御しながら混合し、このときの気液混合体が気液混合室の近傍かつ下流側に形成されたノズル部を通過することによりガス導出路に放出され気液混合体に含まれる液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記ノズル部の上流側において本体ブロック全体を加熱するヒータで前記キャリアガスを加熱・昇温させるよう構成されており、前記気液混合室に対してキャリアガスを供給する流路の前記気液混合室の近傍に液体材料のキャリアガス供給路側への逆流防止用のノズル部を形成するとともに、前記気液混合室は本体ブロックの上面に形成されており、前記上面には凹部が形成され、この凹部に液体材料導入路が開口しており、さらに、前記凹部の中心には凹部よりもやや高いバルブシートが形成され、このバルブシートに前記逆流防止用の前記ノズル部と前記気液混合室の近傍かつ下流側に形成された前記ノズル部が開口した細長い混合溝が形成されており、さらに、これら両ノズル部が互いに同一サイズであることを特徴とする液体材料気化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば半導体製造において用いられる各種の液体材料を気化する液体材料気化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液体材料気化装置として、液体材料の気化供給の応答性をよくするために、気液混合室、流量制御部およびノズル部を一つのブロック体に形成し、このブロック体をヒータによって加熱するようにしたものがある。図５は、このような液体材料気化装置の要部の構成を示すもので、この図において、５１は例えば直方体形状の本体ブロックで、その内部には３つの流路５２，５３，５４が形成されており、その上面に気液混合室５５が形成されている。
【０００３】
前記流路５２は、液体材料ＬＭ（図示していない）を気液混合室５５に導入するもので、この液体材料導入路５２は、紙面に垂直な方向に設けられており、その一端が本体ブロック５１の前面側に開口し、他端が本体ブロック５１の上面に開口するよう、逆Ｌ字型を呈している。そして、前記流路５３は、キャリアガスＣＧを気液混合室５５に導入するもので、このキャリアガス導入路５３は、その一端が本体ブロック５１の左側面に開口し、他端が本体ブロック５１の上面の凹部５１ａに開口するよう、Ｌ字型を呈している。また、前記流路５４は、ガス導出路として機能するもので、その一端が本体ブロック５１の右側面に開口し、他端が本体ブロック５１の適宜位置までほぼ一直線に形成され、その上端側はノズル部５６を介して気液混合部５５に連なっている。
【０００４】
そして、前記気液混合室５５は、本体ブロック５１の上面に形成された凹部５１ａが弁部材としてのダイヤフラム５７によって覆われるようにして形成されるものである。このダイヤフラム５７は本体ブロック５１の上面に設けられる弁ブロック５８内に収容され、この弁ブロック５８の上部に立設されたピエゾアクチュエータ５９によって下方に押圧駆動される。なお、６０はダイヤフラム５７を上方に常時付勢するばねである。また、６１は本体ブロック５１を加熱するヒータである。
【０００５】
また、前記ノズル部５６は、例えば直径および長さが１．０ｍｍ以下の小さなもので、気液混合室５５に近接してその下流側のガス導出路５４の最上流部に設けられており、気液混合室５５において生じた気液混合体がこのノズル部５６を通過することによりガス導出路５４に放出され、これにより、気液混合体に含まれる液体材料が減圧されることにより気化され、このガスはキャリアガスＣＧと混合して混合ガスＫＧとなり、ガス導出路５４を下流側に流れる。
【０００６】
上記構成の液体材料気化装置においては、液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧとを、適宜の温度に加熱された本体ブロック５１に設けた気液混合室５５において、液体材料ＬＭの流量制御を行いながら混合し、この気液混合体を、本体ブロック５１内の気液混合室５５に近接して形成されたノズル部５６を通過させることにより、前記気液混合体に含まれる液体材料ＬＭが減圧により瞬間的に気化され、液体材料ＬＭを効率よくしかも安定した状態で気化することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の液体材料気化装置においては、気液混合室５５に供給されるキャリアガスＣＧの流量が少なかったり、あるいは、気液混合室５５に供給される液体材料ＬＭの流量が多い場合、液体材料ＬＭがキャリアガス導入路５３側に流れ混む所謂液体材料ＬＭの逆流が生ずることがあり、液体材料ＬＭをスムーズかつ高速に気化できないことがあった。
【０００８】
この発明は、上述の事柄に留意してなされたもので、その目的は、液体材料のキャリアガス供給路側への逆流が生じないようにして、液体材料をスムーズかつ高速に気化することのできる液体材料気化装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、液体材料とキャリアガスとを、液体流量制御機能を備えた制御バルブ内の気液混合室において流量制御しながら混合し、このときの気液混合体が気液混合室の近傍かつ下流側に形成されたノズル部を通過することによりガス導出路に放出され気液混合体に含まれる液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記ノズル部の上流側において本体ブロック全体を加熱するヒータで前記キャリアガスを加熱・昇温させるよう構成されており、前記気液混合室に対してキャリアガスを供給する流路の前記気液混合室の近傍に液体材料のキャリアガス供給路側への逆流防止用のノズル部を形成するとともに、前記気液混合室は本体ブロックの上面に形成されており、前記上面には凹部が形成され、この凹部に液体材料導入路が開口しており、さらに、前記凹部の中心には凹部よりもやや高いバルブシートが形成され、このバルブシートに前記逆流防止用の前記ノズル部と前記気液混合室の近傍かつ下流側に形成された前記ノズル部が開口した細長い混合溝が形成されており、さらに、これら両ノズル部が互いに同一サイズであることを特徴としている（請求項１）。
【００１０】
上記構成よりなる液体材料気化装置によれば、液体材料のキャリアガス供給路側への逆流が防止されるとともに、気液混合の直前にキャリアガスの流速を高めることができるので、気液混合をより効率的に行うことができ、液体材料をスムーズかつ高速に気化することができ、したがって、供給された液体材料をリアルタイムで効率よく気化することができる。
【００１１】
そして、前記液体材料気化装置において、気液混合室の下流側のノズル部とキャリアガス供給路のノズル部が互いに同一サイズである場合、気液混合室を中心としてキャリアガス供給路とガス導出路とがそれらの構成において互いに同一となり、互いに対称的な構造となる。したがって、キャリアガス供給路をガス導出路として用い、ガス導出路をキャリアガス供給路として用いることができ、液体材料気化装置の設置現場の配管接続状況に容易に対応することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の詳細を、図を参照しながら説明する。図１〜図４は、この発明の一つの実施の形態を示す。まず、図１は、この発明の液体材料気化装置の全体構成を概略的に示すもので、この図において、１は液体流量制御機能を備えた制御バルブである。この制御バルブ１の構成を、図２〜図４を参照しながら説明すると、これらの図において、２は例えば直方体形状の本体ブロックで、ステンレス鋼などのように耐熱性および耐腐食性に富む素材よりなり、その内部には、３つの流路３，４，５が形成されており、上面２ａに気液混合室６（この構成は後で説明する）が形成されている。
【００１３】
前記流路３は、液体材料ＬＭを気液混合室６に導入するもので、この液体材料導入路３は、その一端が本体ブロック２の前側面２ｂに開口し、他端が本体ブロック２の上面２ａの気液混合室６に開口するよう、Ｌ字型を呈している。
【００１４】
前記流路４は、キャリアガスＣＧを気液混合室６に導入するもので、このキャリアガス導入路４は、その一端が本体ブロック２の左側面２ｃに開口し、他端が気液混合室６に開口するよう、逆Ｌ字型を呈している。そして、このキャリアガス導入路４の最下流側の気液混合室６との連通部分には、ノズル部７が形成されている。このノズル部７は、気液混合室６に供給された液体材料ＬＭがキャリアガス導入路４へ逆流するのを防止するものである。
【００１５】
前記流路５は、ガス導出路として機能するもので、その一端が本体ブロック２の右側面２ｄに開口し、他端が気液混合室６に開口するよう、Ｌ字型を呈している。そして、このガス導出路５の最上流側の気液混合室６との連通部分には、ノズル部８が形成されている。このノズル部８には、気液混合室６において生じた気液混合体が流れるが、これに含まれる液体材料ＬＭを減圧によって気化するものである。
【００１６】
前記逆流防止用ノズル部７と噴出用ノズル部８は、互いに同一形状で、その直径がキャリアガス導入路４やガス導出路５の内径に比べてかなり小さく、また、長さもかなり小さく、例えば直径が１．０ｍｍ以下、長さが１．０ｍｍ程度である。
【００１７】
そして、９は本体ブロック２全体を適宜の温度に加熱するヒータで、例えばカートリッジヒータよりなる。
【００１８】
また、図１において、１０は液体材料導入路３に導入端に設けられる継手部材、１１はキャリアガス導入路４の導入端に設けられる継手部材、１２はガス導出路５の導出端に設けられる継手部材である。１３は制御バルブ１の外部カバーである。
【００１９】
次に、上記本体ブロック２の上面２ａにおける構成を、図２〜図４を参照しながら説明すると、１４は弁ブロックで、前記上面２ａに適宜のシール部材（図示していない）を介して載置され、例えばステンレス鋼などのように熱伝導性および耐腐食性の良好な素材からなる。この弁ブロック１４と前記上面２ａとの間に、液体流量制御機能を有するバルブ本体１５が形成される。すなわち、弁ブロック１４の内部空間１４ａに、ダイヤフラム１６と前記上面２ａとによって気液混合室６が形成されている。
【００２０】
すなわち、前記気液混合室６は、例えば以下のように構成されている。すなわち、前記上面２ａには凹部１７が形成され、この凹部１７に液体材料導入路３の垂直部５ａが開口しており、さらに、前記凹部１７の中心には凹部１７よりもやや高いバルブシート１８が形成され、このバルブシート１８にキャリアガス導入路４のノズル部７とガス導出路５のノズル部７が開口した混合溝（実質的な気液混合室）１９が形成されている。
【００２１】
そして、前記ダイヤフラム１６は、耐熱性および耐腐食性が良好かつ適当な弾性を有する素材よりなり、軸部１６ａの下方にバルブシート１８の上面と当接または離間する弁部１６ｂが形成されるとともに、この周囲に薄肉部１６ｃを備え、さらに、この薄肉部１６ｃの周囲に厚肉部１６ｄを備えてなるもので、ばね２０によって上方に常時付勢されることにより、弁部１６ｂがバルブシート１８からは離間しているが、軸部１６ａに下方向への押圧力が作用すると、弁部１６ｂがバルブシート１８と当接する方向に変位するように構成されている。
【００２２】
２１はダイヤフラム１６を下方に押圧してこれを変位させるためのアクチュエータで、この実施の形態においては、弁ブロック１４の上部に立設されたハウジング２２内に複数の圧電素子を積層してなるピエゾスタック２３を設け、このピエゾスタック２３の下方の押圧部２３ａを真球２４を介してダイヤフラム１６の軸部１６ａの上端に当接させたピエゾアクチュエータに構成されている。
【００２３】
上記構成の気液混合室６においては、液体材料導入路４を経た液体材料ＬＭがピエゾアクチュエータ２１によって駆動されるダイヤフラム１６によって混合溝１９への流入流量が制御されて導入される一方、キャリアガス導入路４を経たキャリアガスＣＧが混合溝１９に導入される。この場合、キャリアガス導入路４には、その最下流端にノズル部７が形成されているので、キャリアガスＣＧは所定の流速をもって勢いよく混合溝１９に導入される。そして、混合溝１９は細長い溝であり、液体材料ＬＭに前記キャリアガスＣＧが勢いよく合流するので、液体材料ＬＭとキャリアガスＣＧは、混合溝１７内で勢いよく混合して両者ＬＭ，ＣＧが十分に混ざり合った気液混合体となる。そして、気液混合室６に供給されるキャリアガスＣＧの流量が少なかったり、あるいは、気液混合室６に供給される液体材料ＬＭの流量が多くても、キャリアガス導入路４の最下流端に逆流防止用ノズル部７が形成されているので、前記液体材料ＬＭがキャリアガス導入路４側に流れ混むことはない。そして、この場合、液体材料ＬＭの気液混合室６への流入に悪影響が及ぼされることがない。
【００２４】
そして、前記気液混合体は、気液混合室６の直ぐ下流側の噴出用ノズル部８からガス導出路５に向けて放出される。このとき、気液混合体のなかの液体材料ＬＭが瞬間的に減圧されてガスとなる。このガスは、気液混合体Ｍ中のキャリアガスＣＧと混合し、混合ガスＫＧとなってガス導出路５を下流側に流れていく。このとき、ガス導出路５は、ヒータ９によって加熱されているので、結露が生ずることはない。
【００２５】
また、前記キャリアガスＣＧは、前記ノズル部８の上流側において、圧力が高い状態となり、ヒータ９によって効率良く加熱・昇温されることになる。また、このように、キャリアガスＣＧ自体の加熱効率が上昇するだけでなく、液体材料ＬＭは、ノズル部８において強制的にキャリアガスＣＧと混合されることから、キャリアガスＣＧから液体材料ＬＭへの熱伝達が効率良く行われることになる。これらのことから、ヒータ９から液体材料ＬＭへの熱の伝達効率が上昇するため、液体材料ＬＭの気化効率が上昇するとともに、気化した液体材料ＬＭの流量を大きくし、液体材料ＬＭを気化させるために必要な温度の低温化、ひいてはエネルギーコストの削減を図ることが可能となる。
【００２６】
さらに、前記気液混合体が気液混合室６からガス導出路５の下流側に向かう過程において、ノズル部８から放出され、気化した液体材料ＬＭのガス濃度は、キャリアガスＣＧの存在によって低下することになり、これに伴って、気化した液体材料ＬＭがガス導出路５内において液化・結露することを防止するために必要な温度も下がることから、ひいては、ガス導出路５を加熱するためのエネルギーコストを削減することが可能となる。そして、液体材料ＬＭは、ノズル部８からガス導出路５へ放出されて気化するときに、断熱膨張することによって熱を失うため、通常は気化効率が低下するが、この実施の形態においては、液体材料ＬＭが失った熱を、液体材料ＬＭと混合するキャリアガスＣＧによって補うことができ、これにより、液体材料ＬＭの気化効率の向上が達成できる。
【００２７】
そして、上記液体材料気化装置においては、気液混合室６の下流側のノズル部８とキャリアガス供給路４の下流側のノズル部７が互いに同一サイズとなるように構成されているので、気液混合室６を中心としてキャリアガス供給路４とガス導出路５とがそれらの構成において互いに同一となり、互いに対称的な構造となるので、キャリアガス供給路４をガス導出路として用い、ガス導出路５をキャリアガス供給路として用いることができ、液体材料気化装置の設置現場の配管接続状況に容易に対応することができるが、前記ノズル部７，８を必ずしも同一サイズにする必要はなく、一方のノズル部７が液体材料ＬＭの逆流を防止できるようにしてあり、他方のノズル部８が気液混合体中の液体材料ＬＭを確実に気化させることができるようにしてあればよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、液体材料とキャリアガスとを、液体流量制御機能を備えた制御バルブ内の気液混合室において流量制御しながら混合し、このときの気液混合体が気液混合室の近傍かつ下流側に形成されたノズル部を通過することによりガス導出路に放出され気液混合体に含まれる液体材料を減圧気化させるようにした液体材料気化装置において、前記ノズル部の上流側において本体ブロック全体を加熱するヒータで前記キャリアガスを加熱・昇温させるよう構成されており、前記気液混合室に対してキャリアガスを供給する流路の前記気液混合室の近傍に液体材料のキャリアガス供給路側への逆流防止用のノズル部を形成するとともに、前記気液混合室は本体ブロックの上面に形成されており、前記上面には凹部が形成され、この凹部に液体材料導入路が開口しており、さらに、前記凹部の中心には凹部よりもやや高いバルブシートが形成され、このバルブシートに前記逆流防止用の前記ノズル部と前記気液混合室の近傍かつ下流側に形成された前記ノズル部が開口した細長い混合溝が形成されており、さらに、これら両ノズル部が互いに同一サイズであるので、液体材料のキャリアガス供給路側への逆流が防止され、したがって、液体材料をスムーズかつ高速に気化することができ、供給された液体材料をリアルタイムで効率よく気化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の液体材料気化装置の一例の全体構成を概略的に示す図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は正面図である。
【図２】  前記液体材料気化装置の要部の構成を示す拡大縦断面図である。
【図３】  前記液体材料気化装置の気液混合室の拡大縦断面図である。
【図４】  前記気液混合室の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】  従来技術を説明するための図である。
【符号の説明】
１…制御バルブ、２…本体ブロック、２ａ…上面、３…液体材料導入路、４…キャリアガス供給路、５…ガス導出路、６…気液混合室、７…逆流防止用ノズル部、８…噴出用ノズル部、９…ヒータ、１７…凹部、１８…バルブシート、１９…混合溝、ＬＭ…液体材料、ＣＧ…キャリアガス。
【図１】
0003881569.tif 000002
【図２】
0003881569.tif 000003
【図３】
0003881569.tif 000004
【図４】
0003881569.tif 000005
【図５】
0003881569.tif 000006