(57)【要約】【課題】混合ガスの完全気化を実現する気化装置を提供する。【解決手段】気体及び液体を混合した混合ガスを流通する発熱管２１と、発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる短絡部材２２と、発熱管及び短絡部材を包囲するように配置し、高周波電力に応じて発熱管に対して電磁誘導電力を発生させる加熱コイル２３とを有し、発熱管は、電磁誘導電力に応じた短絡部材の短絡電流に応じて、同管内を流通する混合ガスを完全気化して目標温度に温度調整する気化器１６のシステムであって、混合ガスの液相温度及び気化温度に基づき、管内を流通する混合ガスを気化するように発熱管を温度調整する第１制御要素と、混合ガスの気相温度及び目標温度に基づき、流出口を流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように、発熱管を温度調整する第２制御要素とに基づき、気化器を駆動制御するＰＬＣユニット１８を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも気体及び液体を混合した混合流体を流入口から管内に流通させる導電性材料の発熱管と、この発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる短絡部材と、前記発熱管及び前記短絡部材を包囲するように配置し、駆動信号に応じて、前記発熱管に電磁誘導電力を発生させる加熱コイルと、前記駆動信号を出力するドライバとを有し、前記短絡部材は、前記発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて前記発熱管を温度調整すると共に、前記発熱管は、前記短絡電流の温度調整作用に応じて、同管内を流通する混合流体を温度調整し、その流出口を流通する混合流体の気相温度が目標温度になるように、同管内を流通する混合流体を気化する気化装置であって、
前記混合流体に含まれる前記液体の種別毎に、同液体が気化する気化温度を予め記憶した気化温度記憶手段と、
前記混合流体の内、前記発熱管の管内を流通する前記液体の液相温度を測定する液相温度測定手段と、
前記発熱管の管内の前記流出口付近を流通する前記混合流体の気相温度を測定する気相温度測定手段と、
前記液相温度測定手段にて測定した前記液体の液相温度及び、前記気化温度記憶手段に記憶中の同液体に対応する気化温度に基づき、前記発熱管の管内を流通する前記液体が気化するように、前記発熱管を温度調整する第１制御要素と、前記気相温度測定手段にて測定した前記混合流体の気相温度及び前記目標温度に基づき、前記流出口を流通する前記混合流体の気相温度が前記目標温度になるように、前記発熱管を温度調整する第２制御要素とに基づき、前記ドライバを駆動制御する制御手段とを有することを特徴とする気化装置。
【請求項２】
前記発熱管は、
前記流入口及び前記流出口間の略中央部を螺旋状で捩回して構成することを特徴とする請求項１記載の気化装置。
【請求項３】
前記発熱管と前記加熱コイルとを磁気的に結合する強磁性部材を備え、前記強磁性部材は、前記発熱管で構成する挿通孔に内挿配置し、前記駆動信号に応じて発生する前記発熱管の磁束及び漏れ磁束を収束することを特徴とする請求項２記載の気化装置。
【請求項４】
前記液相温度測定手段は、
前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位での同液体の液相温度を測定することを特徴とする請求項１，２又は３記載の気化装置。
【請求項５】
前記液相温度測定手段は、
前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位の管温度を、前記液体の液相温度として測定することを特徴とする請求項４記載の気化装置。
【請求項６】
前記混合流体の内、前記液体の気化温度に応じて、前記液相温度測定手段にて測定する部位を変更することを特徴とする請求項４又は５記載の気化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体基板や液晶基板等の製造工程で使用される、例えば成膜用金属錯体等の液体及び、キャリアガス等の気体を混合した混合流体を、例えば成膜用混合ガスとして完全気化する気化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような気化装置としては、ハウジング内部に形成した気化室と、同気化室を加熱するヒータとを備え、同気化室内に成膜用金属錯体の液体及びキャリアガス等の気体を噴霧し、これら液体及び気体を混合した混合ガスの内、液体の液滴を気化室内のヒータによる輻射熱で気化し、混合ガスを完全気化する技術が広く知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１の気化装置によれば、ヒータの加熱作用に応じて気化室を加熱し、気化対象の液体を気化室内に噴霧し、この液体の液滴を気化室内部のヒータ輻射熱で気化することで、混合ガスを完全気化することができる。
【０００４】
また、他の気化装置としては、成膜用金属錯体の液体及びキャリアガス等の気体を混合した混合ガスを流通する螺旋状の配管と、この配管を加熱するヒータとを有し、ヒータの加熱作用に応じて配管を加熱し、同配管内のヒータ輻射熱で同管内を流通する混合ガスの内、液体を気化し、混合ガスを完全気化する技術も広く知られている（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
この特許文献２の気化装置によれば、ヒータの加熱作用に応じて配管を加熱し、同配管内を流通する気化対象の液体をヒータ輻射熱で気化し、混合ガスを完全気化することができる。
【特許文献１】特開２００５−２６５９９号公報（要約書及び図１参照）
【特許文献２】特開２００２−９００７７号公報（要約書及び図１参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の気化装置によれば、ハウジング内に形成した気化室をヒータで加熱し、同気化室内に混合ガスを噴霧することで、混合ガスの内、液体の液滴を同気化室内のヒータ輻射熱で気化し、混合ガスを完全気化するようにしたが、あくまでも混合ガスを気化するヒータ輻射熱はヒータの直接加熱ではなく、間接加熱に過ぎないことから、温度調整に要する応答性に難があるため、混合ガスを完全気化することができず、その結果、例えば気化室内部に未気化残渣が生じて混合ガスの流通を閉塞し、気化装置の寿命を短くしてしまう虞がある。
【０００７】
また、上記特許文献１の気化装置によれば、気化対象の混合ガスの種別や重量比に応じても同混合ガスの液体の気化温度は大きく異なるため、混合ガスの種別や重量比毎に専用の気化室を設けるケースも多々ある。
【０００８】
また、上記特許文献２の気化装置によれば、配管をヒータで加熱し、同配管内を流通する混合ガスの内、同管内のヒータ輻射熱で液体を気化し、混合ガスを完全気化するようにしたが、上記特許文献１と同様に気化対象の混合ガスを気化するヒータ輻射熱はヒータの直接加熱ではなく、間接加熱に過ぎないことから、温度調整に要する応答性に難があるため、混合ガスを完全気化することができず、その結果、例えば配管内部に未気化残渣が生じて混合ガスの流通を閉塞し、気化装置の寿命を短くしてしまう虞がある。
【０００９】
また、上記特許文献２の気化装置によれば、上記特許文献１と同様に気化対象の混合ガスの種別や重量比に応じても同混合ガスの液体の気化温度が大きく異なることは勿論のこと、図８に示すように、配管内部の壁面に液体が衝突することで配管内部の内部温度が変動し、この配管内部温度の変動に応じて出口温度及び出口ガス圧力も変動し、安定した混合ガスを得ることができない虞がある。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体及び気体を混合した混合流体（混合ガス）、すなわち気化対象の気化温度が大きく異なる混合流体であったとしても、多種の気化室を要することなく、完全気化を実現しながら、安定した温度調整を確保することができる気化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の気化装置は、少なくとも気体及び液体を混合した混合流体を流入口から管内に流通させる導電性材料の発熱管と、この発熱管の両端部同士を電気的に短絡させる短絡部材と、前記発熱管及び前記短絡部材を包囲するように配置し、駆動信号に応じて、前記発熱管に電磁誘導電力を発生させる加熱コイルと、前記駆動信号を出力するドライバとを有し、前記短絡部材は、前記発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて前記発熱管を温度調整すると共に、前記発熱管は、前記短絡電流の温度調整作用に応じて、同管内を流通する混合流体を温度調整し、その流出口を流通する混合流体の気相温度が目標温度になるように、同管内を流通する混合流体を気化する気化装置であって、前記混合流体に含まれる前記液体の種別毎に、同液体が気化する気化温度を予め記憶した気化温度記憶手段と、前記混合流体の内、前記発熱管の管内を流通する前記液体の液相温度を測定する液相温度測定手段と、前記発熱管の管内の前記流出口付近を流通する前記混合流体の気相温度を測定する気相温度測定手段と、前記液相温度測定手段にて測定した前記液体の液相温度及び、前記気化温度記憶手段に記憶中の同液体に対応する気化温度に基づき、前記発熱管の管内を流通する前記液体が気化するように、前記発熱管を温度調整する第１制御要素と、前記気相温度測定手段にて測定した前記混合流体の気相温度及び前記目標温度に基づき、前記流出口を流通する前記混合流体の気相温度が前記目標温度になるように、前記発熱管を温度調整する第２制御要素とに基づき、前記ドライバを駆動制御する制御手段とを有するようにした。
【００１２】
従って、本発明の気化装置によれば、前記短絡部材が、前記発熱管の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて前記発熱管を温度調整すると共に、前記発熱管は、前記短絡電流の温度調整作用に応じて、同管内を流通する混合流体を温度調整し、その流出口を流通する混合流体の気相温度が目標温度になるように、同管内を流通する混合流体を気化するようにしたので、気化対象の混合流体を流通する発熱管を直接加熱することになるため、温度調整に要する応答性に優れ、さらに、前記液相温度測定手段にて測定した前記液体の液相温度及び、前記気化温度記憶手段に記憶中の同液体に対応する気化温度に基づき、前記発熱管の管内を流通する前記液体が気化するように、前記発熱管を温度調整する第１制御要素と、前記気相温度測定手段にて測定した前記混合流体の気相温度及び前記目標温度に基づき、前記流出口を流通する前記混合流体の気相温度が前記目標温度になるように、前記発熱管を温度調整する第２制御要素とに基づき、前記ドライバを駆動制御するようにしたので、液体及び気体を混合した混合流体、すなわち気化対象の気化温度が大きく異なる混合流体であったとしても、多種の気化室を要することなく、第１制御要素で混合流体の完全気化を実現し、その結果、未気化残渣の発生がなくなることから、気化装置の寿命も延び、さらに、第２制御要素で目標温度の混合流体を安定提供することができる。
【００１３】
また、本発明の気化装置は、前記発熱管が、前記流入口及び前記流出口間の略中央部を螺旋状で捩回して構成するようにした。
【００１４】
従って、本発明の気化装置によれば、前記流入口及び前記流出口間の略中央部を螺旋状で捩回して、前記発熱管を構成するようにしたので、略中央部が螺旋状であるため、螺旋状の管内を流通する混合流体の乱流効果に応じて混合流体の圧力損失も低く、しかも、気化残渣の残留要素を最小限に抑制することができる。
【００１５】
また、本発明の気化装置は、前記発熱管と前記加熱コイルとを磁気的に結合する強磁性部材を備え、前記強磁性部材は、前記発熱管で構成する挿通孔に内挿配置し、前記駆動信号に応じて発生する前記発熱管の磁束及び漏れ磁束を収束するようにした。
【００１６】
従って、本発明の気化装置によれば、前記発熱管と前記加熱コイルとを磁気的に結合する強磁性部材を備え、前記強磁性部材は、前記発熱管で構成する挿通孔に内挿配置し、前記駆動信号に応じて発生する前記発熱管の磁束及び漏れ磁束を収束するようにしたので、発熱管の自己インダクタンスが増加し、電磁誘導電力の発生量が増え、その結果、ローレンツ力も大きくなることで、発熱管内を流通する混合流体の内、凝集した液体の液滴を微細化する効果を有し、さらには、発熱管の流通経路が均等に加熱されることになるため、発熱管の混合流体流通経路、すなわち混合流体の液体を気化加熱する液相加熱経路及び、混合流体の気体を加熱する気相加熱経路の内、例えば気相加熱経路が局部的に異常加熱されるような事態を確実に防止し、安定した温度調整を確保することができる。
【００１７】
また、本発明の気化装置は、前記液相温度測定手段が、前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位での同液体の液相温度を測定するようにした。
【００１８】
従って、本発明の気化装置によれば、前記液相温度測定手段が、前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位、例えば混合流体が環状流状態での同液体の液相温度を測定するようにしたので、前記液体の気化に要する安定した温度調整を確保することができる。
【００１９】
また、本発明の気化装置は、前記液相温度測定手段が、前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位の管温度を、前記液体の液相温度として測定するようにした。
【００２０】
従って、本発明の気化装置によれば、前記液相温度測定手段が、前記混合流体の内、前記発熱管の流入口から同管内壁面に沿って前記液体が安定供給できる部位、例えば混合流体が環状流状態での管温度を、前記液体の液相温度として測定するようにしたので、同部位の管内を流通する液体の液相温度を直接測定することなく、同部位の管温度を液体の液相温度として間接測定することで測定作業が容易である。
【００２１】
また、本発明の気化装置は、前記混合流体の内、前記液体の気化温度に応じて、前記液相温度測定手段にて測定する部位を変更するようにした。
【００２２】
従って、本発明の気化装置によれば、前記混合流体の内、前記液体の気化温度に応じて、前記液相温度測定手段にて測定する部位を変更するようにしたので、混合流体の液体種別や重量比に即した測定部位を設定することで、前記液体の気化に要する安定した温度調整を確保することができる。
【発明の効果】
【００２３】
上記のように構成された本発明の気化装置によれば、気化対象の混合流体を流通する発熱管を直接加熱することになるため、温度調整に要する応答性に優れ、さらに、液体及び気体を混合した混合流体、すなわち気化対象の気化温度が大きく異なる混合流体であったとしても、多種の気化室を要することなく、第１制御要素で混合流体の完全気化を実現し、その結果、未気化残渣の発生がなくなることから、気化装置自体の寿命も延び、さらには、第２制御要素で目標温度の混合流体を安定提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に基づいて本発明の気化装置に関わる実施の形態を示す混合ガス供給システムについて説明する。図１は本実施の形態を示す混合ガス供給システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【００２５】
図１に示す混合ガス供給システム１は、例えばＣＶＤチャンバ２内に配置した半導体ウエハ表面上にＬｏｗ−Ｋ膜やＨｉｇｈ−Ｋ膜等を成膜形成することを目的とし、成膜用金属錯体の液体及びキャリアガスの気体を混合した混合ガスを完全気化し、この完全気化した混合ガスを目標温度でＣＶＤチャンバ２に安定供給するシステムである。尚、金属錯体は、金属原子を中心にして周囲に配位子が結合した構造を有する化合物の化学結合状態であって、成膜系液ガスの気化を前提するところから、中心金属と酸化数と配位子の電荷が打ち消しあっていないイオン性の錯体、すなわち錯イオンも含まれるものである。
【００２６】
混合ガス供給システム１は、成膜用金属錯体の液体を供給する液体供給部１１と、液体供給部１１の液体供給量を定量制御する液体用マスフローコントローラ部（以下、単に液体用ＭＦＣと称する）１２と、例えばＮ２、Ｈ２やＡｒ等のキャリアガスを供給するキャリアガス供給部１３と、キャリアガス供給部１３のガス供給量を定量制御するガス用マスフローコントローラ部（以下、単にガス用ＭＦＣと称する）１４と、液体用ＭＦＣ１２を通じて供給された定量の液体及びガス用ＭＦＣ１４を通じて供給された定量のキャリアガスを混合し、これら液体及びキャリアガスを混合した混合ガスをミスト状にするミスト発生部１５と、このミスト状の混合ガスを完全気化すると共に、この完全気化した混合ガスを目標温度でＣＶＤチャンバ２に供給する気化器１６と、混合ガスの目標温度を設定する温度調節ユニット１７と、気化器１６内部で検出した後述する液相温度及び気相温度、温度調節ユニット１７にて設定した目標温度に基づき、加熱量に相当する電圧パルスを出力するＰＬＣユニット１８と、このＰＬＣユニット１８の電圧パルスに基づいて、加熱量に相当する高周波電力を出力するドライバユニット１９とを有している。
【００２７】
図２は気化器１６内部の略断面構造を示す説明図である。
【００２８】
図２に示す気化器１６は、ミスト発生部１５にてミスト状にした、液体及びキャリアガスを混合した混合ガスを管内に流通させる導電性材料の発熱管２１と、この発熱管２１の流入口（端部）２１Ａ及び流出口（端部）２１Ｂ近傍同士を電気的に短絡させる非磁性材料の短絡部材２２と、発熱管２１及び短絡部材２２を包囲するように配置し、高周波電力に応じて発熱管２１に対して電磁誘導電力を発生する加熱コイル２３と、加熱コイル２３を収容する磁気遮蔽カバー２４と、発熱管２１と加熱コイル２３とを磁気的に結合する強磁性部材２５と、混合ガスの内、発熱管２１の管内を流通する液体の液相温度を測定する液相温度センサ２６と、発熱管２１の管内の流出口２１Ｂ付近を流通する混合ガスの気相温度を測定する気相温度センサ２７と、発熱管の流入口２１Ａ付近を接地したアース部２８とを有し、加熱コイル２３は、高周波電力に応じて一次側磁束を発生し、この一次側磁束で発熱管２１に二次側磁束を発生し、これら一次側磁束及び二次側磁束に応じて発熱管２１に電磁誘導電力を発生し、短絡部材２２は、発熱管２１の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管２１を温度調整し、発熱管２１は、短絡電流の温度調整作用に応じて、同管内を流通する混合ガスの気相温度を目標温度になるように、この混合ガスを完全気化するものである。
【００２９】
また、発熱管２１は、螺旋状に捩回した流通路である螺旋状部２１Ｃで構成し、その一端を流入口２１Ａとしてミスト発生部１５に連結し、その他端を流出口２１ＢとしてＣＶＤチャンバ２に連結して構成するものである。
【００３０】
また、発熱管２１は、例えばハステロイ、ステンレス、インコネル、チタン等の導電性材料で構成するものである。
【００３１】
また、加熱コイル２３は、表皮効果抑制のためリッツ線板状電線等のコイルで構成するものである。さらに、磁気遮蔽カバー２４は、フェライトやアルミニウム等の磁気遮蔽材料で構成するものである。
【００３２】
強磁性部材２５は、例えばフェライトコア等の強磁性材料で構成し、発熱管２１の螺旋状部２１Ｃで構成する挿通孔２１Ｄに内挿配置し、ドライバユニット１９からの高周波電力に応じて発生する発熱管２１の二次側磁束及び二次側漏れ磁束を収束すると共に、高周波電力に応じて発生する加熱コイル２３の一次側磁束及び発熱管２１の二次側磁束を収束し、発熱管２１の自己インダクタンスを増大させるものである。尚、発熱管２１内に磁束を集中し、加熱コイル２３及び発熱管２１の電磁気的結合度を上げるために配置したフェライトコア等の強磁性部材２５は、発熱管２１のインダクタンスを増加させると共に、ローレンツ力の増加、発熱管２１の熱を吸熱して均衡化させる作用を有している。その結果、発熱管２１の気相部分の熱容量が液相部分の熱容量と比較して大幅に小さくなるため、フェライトコアの強磁性部材２５を配置することで熱伝導性が良好になって気相部分及び液相部分の熱バランスが図られるため気相部分の温度上昇が抑制され、その結果、気化器としての異常温度加熱の発生を防止することができる。例えば液体として水を想定し、フェライトコア等の強磁性部材２５を配置しなかった場合、水蒸気温度２００℃を超える温度で大きく変動するのに対し、強磁性部材２５を配置した場合、水蒸気温度が１２０℃〜
１４０℃程度に加熱制御することができることが判明している。
【００３３】
また、アース部２８は、発熱管２１の流入口２１Ａ付近を接地することになるため、発熱管２１の管内を流通する混合ガスに含まれる成分の流動帯電電荷を放電し、成分の微細化に大きく寄与するものである。
【００３４】
また、液相温度センサ２６は、発熱管２１の流入口２１Ａから同管内壁面に沿ってミスト発生部１５にて発生したミスト状の混合ガスの内、液体が安定供給できる部位の発熱管２１の管温度を混合ガスの液相温度として測定するものである。
【００３５】
また、気相温度センサ２７は、発熱管２１の流出口２１Ｂ付近部位の発熱管２１の管温度を混合ガスの気相温度として測定するものである。
【００３６】
図３はミスト発生部１５から気化器１６内部までの混合ガスの変化状態を端的に示す説明図である。
【００３７】
まず、ミスト発生部１５は、液体用ＭＦＣ１２からの定量の液体及びガス用ＭＦＣ１４からの定量のキャリアガスを混合した混合ガスをミスト状にし、このミスト状の混合ガスを気化器１６に供給するが、この際、ミスト発生部１５の出口付近を流通する混合ガスは、図３（ａ）に示すよう液滴の状態である。
【００３８】
次にミスト状の混合ガスを気化器１６の発熱管２１の流入口２１Ａに流入した際の混合ガスの状態は、図３（ｂ）に示すように重力作用及び液滴相互作用で凝集が生じた状態である。尚、液滴に比較して重量の軽いキャリアガスは管周囲の重力の影響で下部に溜まらないものである。
【００３９】
さらに、発熱管２１の流入口２１Ａからある程度の距離まで混合ガスが流入すると、同混合ガスの状態は、重力作用及び凝集作用、さらに管内中央をキャリアガスが高速に流れることで管内壁面に沿って液滴が流れることになるため、混合ガスの状態は、図３（ｃ）に示すように環状流状態となる（図６参照）。尚、液相温度センサ２６は、図３（ｃ）に示す環状流状態の混合ガスの液相温度を測定する部位に配置することが望ましい。
【００４０】
さらに発熱管２１を流通した混合ガスは徐々に加熱され、その結果、混合ガス内の液滴が気化し、混合ガスの状態は、図３（ｄ）に示すよう環状噴霧流状態となる（図６参照）。
【００４１】
つまり、混合ガスは、図３（ａ）→図３（ｂ）→図３（ｃ）の環状流状態→図３（ｄ）の環状噴霧流状態を経て、完全気化することになる。
【００４２】
また、ＰＬＣユニット１８は、混合ガスに含まれる液体の種別（名称及び化学式）毎に、同液体が気化する気化温度を予め記憶した気化温度管理テーブル（図４参照）１８Ａと、ＰＬＣユニット１８全体を制御する制御部１８Ｂとを有している。
【００４３】
制御部１８Ｂは、液相温度センサ２６にて測定した混合ガスの液相温度（混合ガス内の液体の液相温度）及び、気化温度管理テーブル１８Ａに記憶中の同混合ガスの液体に対応する気化温度に基づき、発熱管２１の管内を流通する混合ガスの液滴を気化するように、発熱管２１を温度調整する第１制御要素と、気相温度センサ２７にて測定した混合ガスの気相温度及び温度調節ユニット１７の目標温度に基づき、発熱管２１の流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように、発熱管２１を温度調整する第２制御要素とに基づき、発熱管２１の管内を流通する混合ガスを完全気化し、さらに流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度とする発熱管２１の温度調整に必要な加熱量に相当する電圧パルスを生成し、同電圧パルスをドライバユニット１９に供給し、ドライバユニット１９が気化器１６の加熱量に相当する高周波電力を出力するものである。尚、液相温度センサ２６を通じて測定した液相温度を第１制御要素として制御部１８Ｂに取り込んだ理由は、例えば１８℃の水の比熱を１とした場合、１００％水蒸気の比熱は０．３３となり、気体の熱容量と液体の熱容量とが大きく異なるため、第１制御点として液相側で制御することが制御の安定性を確保するためにも重要であり、仮に第１制御点として気相側で制御した場合、液相側の変動に応じて気相側が大きく変動してしまう虞があるためである。
【００４４】
図５は気化器１６内部の発熱管２１の流入口２１Ａから流出口２１Ｂまでの流通距離と同管内を流通する混合ガスの制御温度との関係を端的に示す説明図である。
【００４５】
気化器１６は、発熱管２１の流入口２１Ａから混合ガスを流入すると、流入口２１Ａ付近の短絡部材２２の短絡部分から同混合ガスの温度を徐々に気化温度に到達するまで上昇し、混合ガスの温度が気化温度を超えると、若干急速に、混合ガスの温度が上昇し、流出口２１Ｂ付近では目標温度を維持するよう制御するものである。
【００４６】
尚、請求項記載の気化装置は混合ガス供給システム１、発熱管は発熱管２１、流入口は流入口２１Ａ、流出口は流出口２１Ｂ、短絡部材は短絡部材２２、加熱コイルは加熱コイル２３、ドライバはドライバユニット１９、混合流体は混合ガス、気化温度記憶手段は気化温度管理テーブル１８Ａ、液相温度測定手段は液相温度センサ２６、気相温度測定手段は気相温度センサ２７、制御手段が制御部１８Ｂ、強磁性部材は強磁性部材２５、挿通孔は挿通孔２１Ｄに相当するものである。
【００４７】
次に本実施の形態を示す混合ガス供給システム１の動作について説明する。図６は気化器１６内の発熱管２１の管内を流通する混合ガスを完全気化するまでの動作を端的に示す説明図である。
【００４８】
ミスト発生部１５は、液体用ＭＦＣ１２からの定量の液体及びガス用ＭＦＣ１４からの定量のキャリアガスを混合し、この混合した混合ガスをミスト状にし、このミスト状の混合ガスを気化器１６内部の発熱管２１の流入口２１Ａに供給する。
【００４９】
気化器１６内部の液相温度センサ２６は、発熱管２１の管内を混合ガスの液滴が環状流状態となる付近で管温度を液相温度として測定し、この液相温度をＰＬＣユニット１８内部の制御部１８Ｂに通知する。
【００５０】
また、気化器１６内部の気相温度センサ２７は、発熱管２１の流出口２１Ｂの管温度を気相温度として測定し、この気相温度をＰＬＣユニット１８内部の制御部１８Ｂに通知する。
【００５１】
制御部１８Ｂは、混合ガスの液体種別（名称及び化学式等）に対応する気化温度を気化温度管理テーブル１８Ａから読み出し、この液体種別の気化温度と、液相温度センサ２６にて測定した液相温度とに基づき、液相温度が気化温度に到達して混合ガスの液滴を完全気化すべく、発熱管２１を温度調整する第１制御要素と、気相温度センサ２７にて測定した流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度及び温度調節ユニット１７にて設定した目標温度に基づき、流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように調整すべく、発熱管２１を温度調整する第２制御要素とに基づき、発熱管２１の管内を流通する混合ガスを完全気化し、さらに流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度とする発熱管２１の温度調整に必要な加熱量に相当する電圧パルスを生成し、この電圧パルスをドライバユニット１９に供給する。
【００５２】
ドライバユニット１９は、電圧パルスに応じた高周波電力を気化器１６内部の加熱コイル２３に供給する。
【００５３】
加熱コイル２３は、高周波電力に応じて発熱管２１に電磁誘導電力を発生し、短絡部材２２は、発熱管２１の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管２１を加熱する。
【００５４】
さらに、発熱管２１は、短絡電流の加熱作用に応じて、同管内を流通する混合ガスを加熱調整する。
【００５５】
尚、発熱管２１は、図６に示すように、ミスト発生部１５からミスト状の混合ガスを流入し、混合ガスが発熱管２１及び短絡部材２２間の短絡付近（流入口２１Ａ付近）に到達すると、ミスト状の混合ガスが図３（ｂ）に示すように凝縮状態となるが、さらに、ミスト状の混合ガスの内、キャリアガスが管内中央を流通することで混合ガスの液滴が管内壁面に沿って流れ始め、図３（ｃ）に示す環状流状態とし、前述した第１制御要素及び第２制御要素に基づく温度調整に応じて、管内を流通する環状流状態の混合ガスの内、管内壁面に沿って流れた液滴が管内壁面の加熱に応じて気化を開始し、図３（ｄ）に示すように環状噴霧流状態となる。
【００５６】
そして、発熱管２１は、混合ガスの液滴を気化して混合ガスが完全気化状態となり、さらに、この完全気化した混合ガスの気相温度を目標温度に調整維持し、同目標温度の混合ガスを、流出口２１Ｂを経てＣＶＤチャンバ２に供給する。
【００５７】
その結果、ＣＶＤチャンバ２側は、気化器１６から安定した成膜条件である目標温度の混合ガスの供給を受け、混合ガスの変改質が生じることなく、配置した半導体ウエハ表面上に成膜を形成することができる。
【００５８】
本実施の形態によれば、短絡部材２２が、発熱管２１の電磁誘導電力に応じて短絡電流を発生し、この短絡電流に応じて発熱管２１を温度調整すると共に、発熱管２１は、短絡電流の温度調整作用に応じて、同管内を流通する混合ガスを加熱調整し、その流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように、同管内を流通する混合ガスを気化するようにしたので、気化対象の混合ガスを流通する発熱管２１を直接加熱することになるため、温度調整に要する応答性に優れ、さらに、液相温度センサ２６にて測定した液体の液相温度及び、気化温度管理テーブル１８Ａに記憶中の同液体に対応する気化温度に基づき、発熱管２１の管内を流通する混合ガスの液滴が完全気化するように、発熱管２１を温度調整する第１制御要素と、気相温度センサ２７にて測定した混合ガスの気相温度及び目標温度に基づき、流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように、発熱管２１を温度調整する第２制御要素とに基づき、発熱管２１の管内を流通する混合ガスを完全気化し、さらに流出口２１Ｂを流通する混合ガスの気相温度が目標温度とすべく、発熱管２１を温度調整するドライバユニット１９を駆動制御するようにしたので、液体及び気体を混合した混合ガス、すなわち気化温度が大きく異なる混合ガスであったとしても、多種の気化室を要することなく、第１制御要素で混合ガスの完全気化を実現し、その結果、未気化残渣の発生がなくなることから、気化器１６の寿命も延び、さらには、第２制御要素で、図７に示すような安定した目標温度の混合ガスを流出口２１Ｂで確保することで、成膜に適した目標温度の混合ガスを安定提供することができる。
【００５９】
また、本実施の形態によれば、流入口２１Ａ及び流出口２１Ｂ間の略中央部を螺旋状で捩回して螺旋状部２１Ｃを構成するようにしたので、螺旋状部２１Ｃの管内を流通する混合ガスの乱流効果に応じて混合ガスの圧力損失を低くし、しかも、気化残渣の残留要素を最小限に抑制することができる。
【００６０】
さらに、本実施の形態によれば、発熱管２１と加熱コイル２３とを磁気的に結合する強磁性部材２５を備え、強磁性部材２５は、発熱管２１で構成する挿通孔２１Ｄに内挿配置し、高周波電力に応じて発生する発熱管２１の磁束及び漏れ磁束を収束するようにしたので、発熱管２１の自己インダクタンスが増加し、電磁誘導電力の発生量が増え、その結果、ローレンツ力も大きくなることで、発熱管２１内を流通する混合ガスの内、凝集した液体の液滴を微細化する効果を有し、さらには、発熱管２１の流通経路が均等に加熱されることになるため、発熱管２１の流通経路、すなわち混合ガスの液体を気化加熱する液相加熱経路及び、混合ガスの気体を加熱する気相加熱経路の内、例えば気相加熱経路が局部的に異常加熱されるような事態を確実に防止することができ、安定した温度調整を確保することができる。
【００６１】
また、本実施の形態によれば、液相温度センサ２６が、混合ガスの内、発熱管２１の流入口２１Ａから同管内壁面に沿って液滴が安定供給できる部位、例えば混合ガスが環状流状態での同液体の液相温度を測定するようにしたので、液体の気化に要する安定した温度調整を確保することができる。
【００６２】
また、本実施の形態によれば、液相温度センサ２６が、混合ガスの内、発熱管２１の流入口２１Ａから同管内壁面に沿って液体が安定供給できる部位、例えば混合ガスが環状流状態での管温度を、液体の液相温度として測定するようにしたので、同部位の管内を流通する液体の液相温度を直接測定することなく、同部位の管温度を液体の液相温度として間接測定することで測定作業が容易である。
【００６３】
尚、本実施の形態においては、気化器１６内部の液相温度センサ２６を発熱管２１の管内壁面に沿って液滴が安定供給できる発熱管２１の部位に固定配置するようにしたが、混合ガスの液体種別に対応する気化温度に応じて配置する箇所を変更するようにしても良く、混合ガスの液体種別や重量比に即した測定部位を設定することで、液体の気化に要する安定した温度調整を確保することができる。
【００６４】
また、上記実施の形態においては、気化器１６内部の発熱管２１の流出口２１Ｂ付近を流通する混合ガスの気相温度が目標温度になるように発熱管２１を温度調整するようにしたが、例えば流出口２１Ｂ付近に同流出口２１Ｂを流通する混合ガスの圧力センサを配置し、同混合ガスのガス圧力が目標ガス圧力になるように発熱管２１を温度調整すべく、ＰＬＣユニット１８内の制御部１８Ｂに第３制御要素としてフィードバック入力するようにしても良く、この場合、液滴の完全気化、気相温度が目標温度の混合ガスは勿論のこと、目標ガス圧力の混合ガスをも得ることができる。
【００６５】
また、上記実施の形態においては、気化器１６及びＣＶＤチャンバ２間を連結する導管の距離が短い場合を想定したが、連結する導管の距離が長い場合も考えられる。この場合、発熱管２１の流出口２１Ｂ付近に配置した気相温度センサ２７をＣＶＤチャンバ２の流入口付近に配置し、同流入口付近を流通する混合ガスの気相温度を測定し、この気相温度をＰＬＣユニット１８内の制御部１８Ｂにフィードバック入力し、同気相温度を第２制御要素として使用するようにしても良く、この場合、気化器１６及びＣＶＤチャンバ２間を連通する導管の距離が長くても、気相温度が目標温度の混合ガスをＣＶＤチャンバ２に安定供給することができる。
【００６６】
また、上記実施の形態においては、混合ガスに混合する液体に応じて液相温度センサ２６を配置するようにしたが、例えば混合ガスに混合する液体が複数種ある場合、液体毎に液相温度センサ２６を配置し、各液相温度センサ２６にて検出した液相温度と液体種別の気化温度とに基づく液体毎の加熱量を第１制御要素としても良く、きめ細かい温度調整を確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の気化装置によれば、気化対象の混合流体を流通する発熱管を直接加熱することになるため、温度調整に要する応答性に優れ、しかも、液体及び気体を混合した混合流体、すなわち気化対象の気化温度が大きく異なる混合流体であったとしても、多種の気化室を要することなく、第１制御要素で混合流体の完全気化を実現し、その結果、未気化残渣の発生がなくなることから、気化装置の寿命も延び、さらには、第２制御要素で目標温度の混合流体を安定提供できるため、例えば半導体ウエハ表面上に成膜を形成する際に使用する混合ガスを気化する混合ガス供給システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の気化装置に関わる実施の形態を示す混合ガス供給システム内部の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施の形態に関わる気化器内部の略断面構造を端的に示す説明図である。
【図３】本実施の形態に関わる混合ガスの変化状態を端的に示す説明図である。
【図４】本実施の形態に関わるＰＬＣユニット内部の気化温度管理テーブルのテーブル内容を端的に示す説明図である。
【図５】本実施の形態に関わる気化器内部の発熱管の流入口から流出口までの流通距離及び同管内を流通する混合ガスの制御温度の関係を端的に示す説明図である。
【図６】本実施の形態に関わる気化器内部の発熱管の管内を流通する混合ガスを完全気化するまでの動作を端的に示す説明図である。
【図７】本実施の形態に関わる気化器の混合ガスの液相温度、気相温度、出口温度及び出口ガス圧力の関係を端的に示す説明図である。
【図８】従来技術に関わる気化器の混合ガスに関わる内部温度、出口温度及び出口ガス圧力の関係を端的に示す説明図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  混合ガス供給システム（気化装置）
１８Ａ  気化温度管理テーブル（気化温度記憶手段）
１８Ｂ  制御部（制御手段）
１９  ドライバユニット（ドライバ）
２１  発熱管
２１Ａ  流入口
２１Ｂ  流出口
２１Ｃ  螺旋状部
２１Ｄ  挿通孔
２２  短絡部材
２３  加熱コイル
２５  強磁性部材
２６  液相温度センサ（液相温度測定手段）
２７  気相温度センサ（気相温度測定手段）
【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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【図７】
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【図８】
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