JP7631202B2 - Liquid Material Vaporizer - Google Patents
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Description
本発明は、液体材料を気化させるための液体材料気化装置に関するものである。 The present invention relates to a liquid material vaporization device for vaporizing a liquid material.
半導体製造プロセスでは、基板表面に吸着させるためのプロセスガスとして常温で液体である液体材料を気化させた材料ガスを用いることがある。例えばALD(Atomic Layer Deposition)法により基板上に原子単位の薄膜を形成する場合、液体材料としては、蒸気圧が低く粘性の高いSr(ストロンチウム)、Ba(バリウム),La(ランタン)等の元素を含む有機金属液体材料を溶質とし、ECH(エチルシクロヘキサン)やTHF(テトラヒドロフラン)等の溶媒に溶解させたものがある。また、近年常温で固体の材料を溶質とし、溶媒に溶解させた液体材料も使用され始めている。以下では液体材料とは常温における溶質の状態の違いに関わらず使用するとともに、溶質を含んでいない材料も液体材料と総称する場合がある。In the semiconductor manufacturing process, a material gas obtained by vaporizing a liquid material that is liquid at room temperature may be used as a process gas for adsorption onto the substrate surface. For example, when forming an atomic-level thin film on a substrate by the ALD (Atomic Layer Deposition) method, the liquid material may be an organometallic liquid material containing elements such as Sr (strontium), Ba (barium), and La (lanthanum), which have low vapor pressure and high viscosity, dissolved in a solvent such as ECH (ethylcyclohexane) or THF (tetrahydrofuran). In recent years, liquid materials that use a material that is solid at room temperature as a solute and are dissolved in a solvent have also begun to be used. In the following, the term "liquid material" is used regardless of the state of the solute at room temperature, and materials that do not contain a solute may also be referred to as "liquid material."
液体材料を気化させるための装置としては、液体材料が貯留されているタンク内でバブリング等により気化させるベーキング方式と、ヒータ等で高温に保たれている気化室内に液体材料を噴霧して瞬時に気化させる瞬時気化方式がある。There are two types of devices for vaporizing liquid materials: the baking method, in which the liquid material is vaporized by bubbling or other methods inside a tank in which it is stored, and the instantaneous vaporization method, in which the liquid material is sprayed into a vaporization chamber kept at a high temperature by a heater or other device, causing it to vaporize instantly.
ベーキング方式では前述したような固体材料が溶媒に溶解している液体材料を気化させると蒸気圧の低い溶質はタンク内に残留し、液体材料が濃縮されやすいという課題がある。 With the baking method, when a liquid material in which a solid material as mentioned above is dissolved in a solvent is vaporized, the solute with a low vapor pressure remains in the tank, which poses the problem that the liquid material tends to become concentrated.
一方、瞬時気化方式の液体材料気化装置には、液体材料とキャリアガスを予め混合させた後で気化室内に噴霧する内部混合方式(特許文献1参照)と、気化室内への供給時に液体材料とキャリアガスを混合する外部混合方式(特許文献2参照)がある。On the other hand, liquid material vaporization devices using the instantaneous vaporization method include an internal mixing method (see Patent Document 1), in which the liquid material and carrier gas are mixed in advance and then sprayed into the vaporization chamber, and an external mixing method (see Patent Document 2), in which the liquid material and carrier gas are mixed when supplied to the vaporization chamber.
瞬時気化方式では気化室に開口する液体材料の噴出口の近傍は高温になるため、噴出口の近傍において液体材料の溶媒のみが蒸発し、溶質が残留してしまうことがある。このため、液体材料の供給路が閉塞してしまったり、噴出口に目詰まりが発生してしまったりすることがある。 In the instantaneous vaporization method, the area near the liquid material nozzle that opens into the vaporization chamber becomes very hot, so only the solvent in the liquid material evaporates near the nozzle, and the solute may remain. This can cause the liquid material supply path to become blocked or the nozzle to become clogged.
このような問題を解決するために特許文献3では、内部混合方式と外部混合方式を組み合わせた液体材料気化装置が提案されている。この液体材料気化装置は、液体材料とキャリアガスを予め混合した気液混合体を気化室内に噴霧する材料噴射ノズルを具備する材料供給系と、材料噴射ノズルの外側面を通るように形成されたキャリアガスの流路と、材料噴射ノズルの先端開口を中心としてその周囲から気化室内にキャリアガスを噴射するリング状のキャリアガス噴出口とを具備するキャリアガス供給系と、を備えている。すなわち、キャリアガス供給系によって材料噴射ノズルの周囲に供給されるキャリアガスにより材料噴射ノズルを冷却する、あるいは、気化室から材料噴射ノズルへの伝熱をキャリアガスで防ぐことで、液体材料の溶媒のみが蒸発するのを防ぐことができると考えられている。To solve these problems,
しかしながら、上記のような構成であっても特に固体材料が溶質となっている液体材料を気化させる場合には、溶媒のみが蒸発してしまうのを十分に抑制することができないことがある。また、仮に溶媒のいわゆる先飛び現象を防げたとしても冷却又は断熱のために使用されるキャリアガスの消費量が非常に大きくなってしまう。However, even with the above configuration, it may not be possible to sufficiently prevent only the solvent from evaporating, especially when vaporizing a liquid material in which a solid material is the solute. Even if the so-called solvent skip phenomenon could be prevented, the consumption of carrier gas used for cooling or insulation would be very large.
本発明は上述したような問題に鑑みてなされたものであり、液体材料が気化室よりも上流で気化しないように十分に冷却できるとともに、冷却のために使用される媒体の消費量も低減することができる液体材料気化装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in consideration of the problems described above, and aims to provide a liquid material vaporization device that can sufficiently cool the liquid material so that it does not vaporize upstream of the vaporization chamber, and that can also reduce the consumption of the medium used for cooling.
すなわち、本発明に係る液体材料気化装置は、液体材料が加熱され、液体材料が気化した材料ガスが生成される気化室と、液体材料とキャリアガスとが混合された気液混合体が流れる材料供給路と、前記材料供給路を通過した気液混合体が前記気化室内に噴出する材料噴出口と、を具備する材料供給系と、前記材料供給路を流れる液体材料に含まれる成分が溶解する溶媒が少なくとも流れ、前記材料供給路において前記材料噴出口側が冷却されるように形成された冷却流路と、前記冷却流路を通過した冷媒が前記気化室内に噴出する溶媒噴出口と、を具備する冷却系と、を備えたことを特徴とする。That is, the liquid material vaporization device of the present invention is characterized by comprising a material supply system having a vaporization chamber in which the liquid material is heated and a material gas is produced by vaporizing the liquid material, a material supply path through which a gas-liquid mixture of the liquid material and a carrier gas flows, and a material outlet through which the gas-liquid mixture that has passed through the material supply path is ejected into the vaporization chamber, a cooling system having a cooling flow path through which at least a solvent that dissolves components contained in the liquid material flowing through the material supply path flows and which is formed so that the material outlet side of the material supply path is cooled, and a solvent outlet through which a refrigerant that has passed through the cooling flow path is ejected into the vaporization chamber.
このようなものであれば、前記冷却流路には溶媒が流れているとともに、当該冷却流路は前記材料供給路において前記材料噴出口側が冷却されるように形成されているので、最も高温となる前記材料噴出口の近傍において溶媒を気化させ、その気化潜熱により十分に冷却することができる。このため、前記気化室よりも上流側において液体材料が気化してしまうのを防ぐことができ、目詰まりや流路の閉塞といった問題が生じるのを防ぐことができる。In this way, the solvent flows through the cooling flow path, and the cooling flow path is formed so as to cool the material outlet side of the material supply path, so that the solvent can be vaporized near the material outlet, which is the hottest, and can be sufficiently cooled by the latent heat of vaporization. This makes it possible to prevent the liquid material from vaporizing upstream of the vaporization chamber, and to prevent problems such as clogging and blockage of the flow path.
また、前記冷却流路を流れる溶媒を前記材料噴出口の近傍において蒸発させ、気化潜熱によりピンポイントで冷却することが可能となるので、キャリアガスのみで冷却又は断熱している場合と比較して、冷却に必要となる媒体の消費量を大幅に低減できる。 In addition, the solvent flowing through the cooling flow path can be evaporated near the material outlet and pinpoint cooled using the latent heat of vaporization, significantly reducing the amount of medium consumed for cooling compared to cooling or insulation using carrier gas alone.
さらに、前記冷却流路において蒸発した溶媒は気化室内に供給されるので、気化室内における液体材料の分圧を低下させ、さらに気化を助けることができる。加えて、前記溶媒噴出口から噴出する溶媒に対して液体材料に含まれる成分は溶解するので、仮に前記材料噴出口の近傍に液体材料の一部の成分が残留していたとして、そのような成分が気化した溶媒に対して溶解させて除去するといった効果も期待できる。Furthermore, the solvent evaporated in the cooling flow path is supplied to the vaporization chamber, which reduces the partial pressure of the liquid material in the vaporization chamber and further aids in vaporization. In addition, the components contained in the liquid material dissolve in the solvent ejected from the solvent ejection port, so even if some components of the liquid material remain near the material ejection port, it is expected that such components will be dissolved and removed in the vaporized solvent.
前記冷却系から前記気化室に噴出する溶媒が材料ガスの供給先に対して影響を与えないようにしつつ、前記材料噴出口に残留した液体材料の溶質を除去しやすくするには、液体材料が、固体材料が溶媒に溶解したものであり、前記冷媒が前記溶媒であればよい。 To prevent the solvent sprayed from the cooling system into the vaporization chamber from affecting the destination of the material gas supply, while making it easier to remove the solute of the liquid material remaining in the material spray outlet, the liquid material should be a solid material dissolved in a solvent, and the refrigerant should be the solvent.
前記冷却流路を流れる溶媒を前記材料噴出口の近傍においてさらに蒸発させやすくして、気化潜熱による冷却効果を高められるようにするとともに、前記気化室内における前記溶媒噴出口から噴出する溶媒よる液体材料に対する気化補助効果も向上させられるようにするには、前記冷却流路には、溶媒とキャリアガスが混合された気液混合体が流れており、前記材料噴出口から噴出する気液混合体と、前記溶媒噴出口から噴出する溶媒が前記気化室内で混合されるように構成されたものであればよい。 In order to make it easier for the solvent flowing through the cooling flow passage to evaporate near the material outlet, thereby enhancing the cooling effect due to the latent heat of vaporization, and also to improve the vaporization assisting effect of the solvent ejected from the solvent outlet on the liquid material in the vaporization chamber, it is sufficient that a gas-liquid mixture of solvent and carrier gas flows through the cooling flow passage, and that the gas-liquid mixture ejected from the material outlet and the solvent ejected from the solvent outlet are mixed within the vaporization chamber.
液体材料については前記気化室内に噴出されてから蒸発が始めるようにしつつ、前記冷却流路を流れる溶媒については前記冷却流路内で気化が開始されて前記材料噴出口の近傍が気化潜熱により局所的に冷却できるようにするには、前記材料供給路が、前記材料噴出口の近傍において流路面積が縮小する第1ノズル部を具備しており、前記冷却流路が、前記溶媒噴出口から上流側に所定距離離間させて設けられ、流路面積が縮小した後に拡大する第2ノズル部を具備していればよい。In order to allow the liquid material to begin evaporating after being sprayed into the vaporization chamber, while allowing the solvent flowing through the cooling flow path to begin vaporizing within the cooling flow path and locally cool the area near the material outlet by the latent heat of vaporization, the material supply path may include a first nozzle section whose flow path area decreases near the material outlet, and the cooling flow path may include a second nozzle section that is located a predetermined distance upstream from the solvent outlet and whose flow path area decreases and then increases.
前記第2ノズルの好ましい構成例としては、前記第2ノズル部の出口において蒸発する溶媒の気化潜熱によって前記第1ノズル部が冷却されるように構成されたものが挙げられる。A preferred configuration example of the second nozzle is one in which the first nozzle section is cooled by the latent heat of vaporization of the solvent evaporating at the outlet of the second nozzle section.
前記冷却流路内において蒸発した冷媒が前記材料噴出口の近傍において滞留する時間を長くし、さらに冷却効果を高められるようにするには、前記第2ノズル部の出口側において、蒸発した溶媒が滞留する滞留室が形成されたものであればよい。In order to increase the time that the evaporated refrigerant in the cooling flow passage remains in the vicinity of the material outlet and further enhance the cooling effect, a retention chamber in which the evaporated solvent remains may be formed on the outlet side of the second nozzle section.
前記気化室内において前記材料噴出口から噴出する液体材料と前記溶媒噴出口から噴出する溶媒とが十分に混合されるようにし、液体材料をさらに気化させやすくするには、複数の前記溶媒噴出口が、前記材料噴出口を中心として円状に配置されており、複数の前記溶媒噴出口の各噴出方向が、前記材料噴出口の噴出方向を中心軸としてらせん状をなすように構成されていればよい。In order to ensure that the liquid material ejected from the material outlet and the solvent ejected from the solvent outlet are thoroughly mixed in the vaporization chamber and to facilitate further vaporization of the liquid material, the multiple solvent outlets are arranged in a circle around the material outlet, and the ejection direction of each of the multiple solvent outlets is configured to form a spiral with the ejection direction of the material outlet as the central axis.
前記気化室内において液体材料がキャリアガスと十分に混合されて前記気化室内の周辺部まで噴霧されるようにし、液体材料の気化を促進させられるようにするには、液体材料が加熱され、液体材料が気化した材料ガスが生成される気化室と、液体材料とキャリアガスとが混合された気液混合体が流れる材料供給路と、前記材料供給路を通過した前記気液混合体が前記気化室内に噴出する材料噴出口と、を具備する材料供給系と、キャリアガスが流れ、前記材料供給路において前記材料噴出口側が前記キャリアガスによって冷却されるように形成された冷却流路と、前記冷却流路を通過したキャリアガスが前記気化室内に噴出する溶媒噴出口と、を具備する冷却系と、を備え、前記溶媒噴出口の周囲を囲むように1又は複数の前記材料噴出口が形成された液体材料気化装置であればよい。In order to ensure that the liquid material is sufficiently mixed with the carrier gas in the vaporization chamber and sprayed to the periphery of the vaporization chamber, and to promote the vaporization of the liquid material, a liquid material vaporization device may be provided that includes a material supply system having a vaporization chamber in which the liquid material is heated to produce a material gas from the vaporized liquid material, a material supply path through which a gas-liquid mixture of the liquid material and the carrier gas flows, and a material outlet through which the gas-liquid mixture that has passed through the material supply path is ejected into the vaporization chamber, and a cooling system having a cooling flow path through which the carrier gas flows and which is formed so that the material outlet side of the material supply path is cooled by the carrier gas, and a solvent outlet through which the carrier gas that has passed through the cooling flow path is ejected into the vaporization chamber, and one or more of the material outlets are formed to surround the periphery of the solvent outlet.
このように本発明に係る液体材料気化装置であれば、液体状態の前記冷媒が液体材料の流れる前記材料供給路において前記材料噴出口側を冷却するように流れているので、前記材料噴出口の近傍を前記冷媒の気化潜熱によりピンポイントで冷却することができる。したがって、液体材料が前記気化室前で蒸発するのを防ぐことができ、局所的な冷却による前記冷媒の消費量の低減も実現できる。In this way, with the liquid material vaporization device according to the present invention, the refrigerant in a liquid state flows in the material supply path through which the liquid material flows so as to cool the material outlet side, so that the area near the material outlet can be pinpoint-cooled by the latent heat of vaporization of the refrigerant. This prevents the liquid material from evaporating in front of the vaporization chamber, and also reduces the consumption of the refrigerant through localized cooling.
100・・・液体材料気化装置
1 ・・・第1気液混合機構
2 ・・・第2気液混合機構
3 ・・・気化機構
4 ・・・噴霧器
5 ・・・気化器
51 ・・・ヒータ
52 ・・・気化室
6 ・・・材料供給機構
61 ・・・材料導入ポート
62 ・・・材料噴出口
63 ・・・材料供給路
64 ・・・第1ノズル部
7 ・・・冷媒供給機構
71 ・・・冷媒導入ポート
72 ・・・溶媒噴出口
73 ・・・冷却流路
74 ・・・第2ノズル部
75 ・・・滞留室
REFERENCE SIGNS LIST 100...Liquid material vaporization device 1...First gas-
本発明の第1実施形態に係る液体材料気化装置100について図1乃至図4を参照しながら説明する。この液体材料気化装置100は、液体材料を気化し、材料ガスを生成するために用いられるものである。生成された材料ガスは、例えば基板の表面に対する各種処理のために供給されるプロセスガスとして用いられる。A liquid
気化対象となる液体材料は、溶質である固体材料が溶媒(液体化原料)に溶解したものであり、固体材料の蒸気圧は溶媒の蒸気圧よりも低いものである。このため、温度や圧力によっては溶媒のみが先に蒸発し、溶質である固体材料のみが気化せず残留する場合がある。 The liquid material to be vaporized is a solute solid material dissolved in a solvent (liquefied raw material), and the vapor pressure of the solid material is lower than that of the solvent. For this reason, depending on the temperature and pressure, only the solvent may evaporate first, and only the solute solid material may remain without vaporizing.
具体的にこの液体材料気化装置100は、図1に示すように、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第1気液混合機構1と、液体材料の一部を構成する溶媒とキャリアガスとを混合して気液混合体を生成する第2気液混合機構2と、液体材料が加熱され、材料ガスが生成される気化機構3と、を備えたものである。Specifically, as shown in FIG. 1, this liquid
第1気液混合機構1は、キャリアガスに対して供給される液体材料の流量を制御する第1バルブユニット11を備えたものである。
The first gas-liquid mixing mechanism 1 is equipped with a
また、第2気液混合機構2は、第1気液混合機構1と同様の構成を有するものであり、キャリアガスに対して供給される溶媒の流量を制御する第2バルブユニット21を備えたものである。この実施形態では第1気液混合機構1に供給されるキャリアガスと第2気液混合機構2に供給されるキャリアガスは同じ種類のガスであり、例えばN2(窒素)等が用いられる。また、第2気液混合機構に供給される溶媒は後述する噴霧器4内において液体材料が蒸発するのを防ぐための冷媒として用いられるものである。加えて、この溶媒は第1気液混合機構1に供給される液体材料を構成する溶媒と同じ種類のものである。なお、液体材料の溶質である固体材料を溶解することができるものであれば、第2気液混合機構2に供給される溶媒と、第1気液混合機構1に供給される液体材料を構成する溶媒とは異なる種類のものであってもよい。
The second gas-
気化機構3は、上流側に配置された噴霧器4と、下流側に配置された加熱器5と、からなる。噴霧器4は、各気液混合機構から供給される気液混合体を加熱器5内に噴霧するものである。加熱器5は内部に形成された気化室52と、気化室52内を一定温度に保つように構成されたヒータ51とを備えている。The
以下では噴霧器4の詳細について図2乃至図4を参照しながら説明する。
The details of the
噴霧器4は、基端側から各気液混合体が供給され、気化室52内に面する先端面から気化室52内に液体材料等が噴出するように構成されたものである。この噴霧器4は、概略円筒形状をなすものであり、内部に気液混合体が流れる流路や圧力を調節するためのノズル部が形成されたものである。すなわち、噴霧器4は、液体材料を気化室52内に供給する材料供給系6と、材料供給系6に流れる液体材料の蒸発を防ぐための冷媒を供給する冷却系7と、を備えている。材料供給系6及び冷却系7にはそれぞれ気液混合体が同期させて流される。The
材料供給系6は、図2及び図3に示すように噴霧器4の基端側の端面に開口し、第1気液混合機構1から液体材料とキャリアガスからなる気液混合体が供給される1つの材料導入ポート61と、噴霧器4の先端側の端面に液体材料が含まれる気液混合体が気化室52内に噴出される材料噴出口62と、材料導入ポート61と材料噴出口62との間を接続する流路であり、気液混合体が流れる材料供給路63と、から構成される。この材料供給系6は概略円筒状の噴霧器4において中心軸に沿って形成されている。2 and 3, the
材料供給路63において材料噴出口62の近傍は流路面積が減少する第1ノズル部64が形成されている。第1ノズル部64の出口は材料噴出口62と一致させてある。したがって、第1ノズル部64を通過する気液混合体は一度絞られた後、気化室52内で膨張することになる。In the
この実施形態では冷却系7は、材料供給系6の周囲を囲むように5つ形成されており、噴霧器4において気化室52に面する先端側において材料供給系6と冷却系7が最も近接するように構成されている。具体的には、冷却系7は、図2及び図3に示すように第2気液混合機構2から溶媒とキャリアガスからなる気液混合体が供給される冷媒導入ポート71と、冷媒導入ポート71から導入された液体又はガスが気化室52内に噴出される溶媒噴出口72と、冷媒導入ポート71と溶媒噴出口72との間を接続し、冷媒として使用される気液混合体が流れる冷却流路73が形成されている。In this embodiment, five
冷却流路73は、材料供給路63において材料噴出口62側が冷媒によって冷却されるように形成されている。具体的には、冷却流路73は噴霧器4の基端側では材料供給路63と並行に設けられているが、噴霧器4の先端側では材料噴出口62側へ近づくように噴霧器4の軸方向に対して斜めに曲がっている。また、冷却流路73は、溶媒噴出口72から上流側へ所定距離離間した位置に設けられた第2ノズル部74を備えている。この第2ノズル部74は流路面積が縮小した後に拡大するように構成されているとともに、噴霧器4の軸方向に対する位置が第1ノズル部64とほぼ同じ位置に配置されているようにしている。The
このように構成されているので、気液混合体に含まれる溶媒は冷却流路73の基端側では液体状態であるが、冷媒の供給路の先端側で第2ノズル部74を通過した時点で蒸発する。したがって、第1ノズル部64及び材料噴出口62の近傍は冷却流路73を流れる溶媒の気化潜熱によりピンポイントで冷却される。
Because of this configuration, the solvent contained in the gas-liquid mixture is in a liquid state at the base end of the
次に材料噴出口62と溶媒噴出口72の配置関係について図4を参照しながら説明する。図4に示すように噴霧器4の先端面中央部はすり鉢状に凹んでおり、最奥部に材料噴出口62が開口している。また、5つの溶媒噴出口72は材料噴出口62を中心とする円周上に並んで配置されている。5つの溶媒噴出口72はすり鉢の斜面に開口しているとともに、冷媒の各噴出方向が材料噴出口62の噴出方向を中心軸としてらせん状となるように形成してある。Next, the relative positions of the
このように構成された液体材料気化装置100であれば、ヒータ51によって加熱されている気化室52内に面する噴霧器4の先端側、特に材料噴出口62の近傍については冷却流路73を流れる液体状態の溶媒を気化させ、その気化潜熱により局所的に冷却できる。
With the liquid
したがって、材料噴出口62の近傍において材料供給路63を流れる液体材料が溶媒だけ蒸発し、溶質である固体材料が残留してしまうのを防ぐことができる。Therefore, in the liquid material flowing through the
仮に液体材料を構成する溶媒にわずかながら気化が生じ、材料噴出口62の近傍において固体材料が残留してしまったとしても、溶媒噴出口72から気化した溶媒が材料噴出口62の近傍に供給されるので、残留している固体材料が再び溶解させることができる。したがって、材料ガスの供給を行いながら、並行して材料噴出口62近傍における残留物質の除去を行える。また、溶媒噴出口72から気化室52内に供給されるガス化された溶媒によって、気化室52内における固体材料の分圧を低下させることもできる。このため、気化室52内における固体材料の気化を促進することができる。
Even if a small amount of the solvent constituting the liquid material vaporizes and solid material remains near the
さらに、気化潜熱を利用したピンポイントな冷却を実現しているので、例えば冷却流路73にキャリアガスのみを流して材料噴出口62の近傍を冷却している場合と比較して冷却に必要となる冷媒の量も大幅に低減することができる。加えて、冷却流路73には溶媒とキャリアガスを混合された気液混合体の状態で流れているので、溶媒を冷却流路73の先端側においてより気化させやすくして、冷却効率を高めることができる。また、溶媒のみを冷却流路73に流す場合と比較して、必要となる供給圧も低減できる。
Furthermore, because pinpoint cooling is achieved using the latent heat of vaporization, the amount of refrigerant required for cooling can be significantly reduced compared to, for example, flowing only carrier gas through the
加えて、第1実施形態の液体材料気化装置100は、材料供給系6により気化室52内への内部混交方式の液体材料の噴霧を実現しつつ、各冷却系7により気化した溶媒又はキャリアガスを供給することで外部混合方式の噴霧も実現できる。このように内部混合方式と外部混合方式のハイブリッド型の噴霧を実現することで、液体材料に含まれる固体材料の気化に適した噴霧状態を実現できる。In addition, the liquid
次に本発明に第2実施形態に係る液体材料気化装置100について図5及び図6を参照しながら説明する。なお、第1実施形態において説明した部材と対応する部材には同じ符号を付すこととする。Next, a liquid
図5及び図6に示すように第2実施形態の液体材料気化装置100は、冷却流路73の構成が第1実施形態とは異なっている。具体的には冷却流路73における第2ノズル部74の位置がさらに上流側に配置されているとともに、第2ノズル部74の出口に気化した冷媒が一時的に滞留する滞留室75が形成されている。滞留室75は概略直方体状をなす空間であり、冷却流路73において最も流路面積が大きくなるように形成されている。また、滞留室75における流入側及び流出側の壁面に対して流出ポート及び流入ポートの面積は小さく形成されている。
As shown in Figures 5 and 6, the second embodiment of the liquid
このようなものであれば、第2ノズル部74を通過して気化した溶媒を材料噴出口62の近傍で所定時間滞留させることができるので、さらに冷却効果を高めることができる。In this way, the solvent that has passed through the
次に第3実施形態について図7を参照しながら説明する。Next, the third embodiment will be explained with reference to Figure 7.
第3実施形態は、前述した各実施形態と比較して材料供給路63と冷却流路73の位置関係が逆となっている。すなわち、噴霧器4の中心軸に沿って延びる流路が冷却流路73となり、その周囲に設けられた複数の流路が材料供給路63となっている。さらに、噴霧器4の先端面中央部に形成された溶媒噴出口72の周囲を囲むように材料噴出口62が形成されている。In the third embodiment, the positional relationship between the
また、第3実施形態では冷却流路73内には、液体は流れておらず、キャリアガスのみが冷媒として流される。一方、材料供給路63には、固体材料が溶媒に溶解した液体材料とキャリアガスが混合された気液混合体が流される。In the third embodiment, no liquid flows in the
このように構成された液体材料気化装置100であれば、内部混合と外部混合とを組み合わせたハイブリッド混合を実現しつつ、気化室52内において液体材料がキャリアガスと十分に混合された状態で気化室52内の周辺部まで噴霧できる。したがって、液体材料の気化を促進することができる。
The liquid
その他の実施形態について説明する。 Other embodiments are described below.
冷却流路は気液混合体が流されるものに限られず、例えば液体状態の冷媒のみが流されるものであっても構わない。また、冷媒については材料供給路を流れる液体材料を構成する溶媒に限られるものではなく、別の種類の液体であっても構わない。この場合には、液体材料を構成する溶質を溶解できる性質を有したものであればよい。また、第3実施形態において冷却流路にキャリアガスだけでなく、冷媒として作用する溶媒等の液体を流してもかまわない。 The cooling flow path is not limited to one through which a gas-liquid mixture flows, and may be one through which only a liquid refrigerant flows, for example. The refrigerant is not limited to the solvent that constitutes the liquid material flowing through the material supply path, and may be another type of liquid. In this case, it is sufficient if it has the property of being able to dissolve the solute that constitutes the liquid material. Also, in the third embodiment, not only a carrier gas but also a liquid such as a solvent that acts as a refrigerant may be flowed through the cooling flow path.
液体材料についても溶質が固体材料のものに限られず、液体材料は溶質が例えば有機金属液体材料等が溶媒に溶解したものであっても構わない。The solute of the liquid material is not limited to a solid material, and the liquid material may be one in which the solute is, for example, an organic metal liquid material dissolved in a solvent.
第1実施形態及び第2実施形態では、材料供給系に対して複数の冷却系が設けられている場合を示したが、1つの材料供給系に対して1つの冷却系のみが設けられていても構わない。また、複数の冷却系が存在する場合でも、最終的に溶媒噴出口が合流するようにしてもよい。この場合には、材料噴出口の周囲を囲むように溶媒噴出口がリング状に形成されていてもよい。 In the first and second embodiments, multiple cooling systems are provided for a material supply system, but only one cooling system may be provided for one material supply system. Even if multiple cooling systems exist, the solvent outlets may eventually merge. In this case, the solvent outlet may be formed in a ring shape to surround the material outlet.
材料噴出口及び溶媒噴出口の噴出方向については各実施形態に示した物に限られない。例えば材料噴出口の噴出方向と溶媒噴出口の噴出方向がそれぞれ並行となるようにしてもよい。The ejection directions of the material ejection nozzle and the solvent ejection nozzle are not limited to those shown in each embodiment. For example, the ejection direction of the material ejection nozzle and the ejection direction of the solvent ejection nozzle may be parallel to each other.
キャリアガスとキャリアガスは同じ種類のガスに限られるものではなく、それぞれ異なる種類のガスであっても構わない。The carrier gas and the carrier gas are not limited to being the same type of gas, but may be different types of gas.
その他、本発明の趣旨に反しない限りにおいて各実施形態の一部同士を組み合わせたり、一部を変形したりしてもかまわない。In addition, parts of each embodiment may be combined or modified as long as this does not go against the spirit of the present invention.
このように本発明によれば、液体材料が気化室前で蒸発するのを防ぐことができるとともに、冷媒の消費量の低減も実現できる液体材料気化装置を提供できる。 Thus, according to the present invention, a liquid material vaporization device can be provided that can prevent the liquid material from evaporating in front of the vaporization chamber and also reduce the amount of refrigerant consumed.
Claims (8)
液体材料とキャリアガスとが混合された気液混合体が流れる材料供給路と、前記材料供給路を通過した気液混合体が前記気化室内に噴出する材料噴出口と、を具備する材料供給系と、
前記気液混合体とは異なる流体が流れるものであり、前記材料供給路を流れる液体材料に含まれる成分が溶解する液体である溶媒が少なくとも流れ、前記材料供給路において前記材料噴出口側が冷却されるように形成された冷却流路と、前記冷却流路を通過した液体である溶媒が前記気化室内に噴出する溶媒噴出口と、を具備する冷却系と、を備えた液体材料気化装置。 a vaporization chamber in which a liquid material is heated and a material gas is generated by vaporizing the liquid material;
a material supply system including a material supply passage through which a gas-liquid mixture obtained by mixing a liquid material and a carrier gas flows, and a material ejection port through which the gas-liquid mixture that has passed through the material supply passage is ejected into the vaporization chamber;
a cooling system including a cooling flow path through which a fluid different from the gas-liquid mixture flows, the cooling flow path being formed so that at least a solvent, which is a liquid in which components contained in the liquid material flowing through the material supply path dissolves, flows, and the material supply path is cooled on the material outlet side; and a solvent outlet through which the solvent, which is a liquid that has passed through the cooling flow path, is ejected into the evaporation chamber.
前記冷却流路を流れる溶媒が液体材料を構成する溶媒と同じ種類のものである請求項1記載の液体材料気化装置。 the liquid material flowing through the material supply path is a solid material dissolved in a solvent,
2. The liquid material vaporizer according to claim 1, wherein the solvent flowing through the cooling flow passage is the same type as the solvent constituting the liquid material.
前記材料噴出口から噴出する気液混合体と、前記溶媒噴出口から噴出する溶媒が前記気化室内で混合されるように構成された請求項1又は2記載の液体材料気化装置。 A gas-liquid mixture of a solvent and a carrier gas flows through the cooling flow path,
3. The liquid material vaporizing apparatus according to claim 1, wherein the gas-liquid mixture ejected from the material ejection port and the solvent ejected from the solvent ejection port are mixed in the vaporizing chamber.
前記冷却流路が、前記溶媒噴出口から上流側に所定距離離間させて設けられ、流路面積が縮小した後に拡大する第2ノズル部を具備している請求項1乃至3いずれかに記載の液体材料気化装置。 The material supply path includes a first nozzle portion having a flow path area reduced in the vicinity of the material ejection port,
4. A liquid material vaporization device according to claim 1, wherein the cooling flow passage is provided at a predetermined distance upstream from the solvent outlet and includes a second nozzle portion whose flow passage area decreases and then increases.
複数の前記溶媒噴出口の各噴出方向が、前記材料噴出口の噴出方向を中心軸としてらせん状をなすように構成されている請求項1乃至6いずれかに記載の液体材料気化装置。 The solvent outlets are arranged in a circle around the material outlet,
7. The liquid material vaporizing device according to claim 1, wherein each of the solvent outlets has an outlet direction that forms a spiral shape with the outlet direction of the material outlet as a central axis.
液体材料とキャリアガスとが混合された気液混合体が流れる材料供給路と、前記材料供給路を通過した気液混合体が前記気化室内に噴出する材料噴出口と、を具備する材料供給系と、
前記気液混合体とは異なる流体が流れるものであり、キャリアガス及び液体である溶媒が流れ、前記材料供給路において前記材料噴出口側が冷却されるように形成された冷却流路と、前記冷却流路を通過したキャリアガス及び液体である溶媒が前記気化室内に噴出する溶媒噴出口と、を具備する冷却系と、を備え、
前記溶媒噴出口の周囲を囲むように1又は複数の前記材料噴出口が形成された液体材料気化装置。 a vaporization chamber in which a liquid material is heated and a material gas is generated by vaporizing the liquid material;
a material supply system including a material supply passage through which a gas-liquid mixture, which is a mixture of a liquid material and a carrier gas, flows, and a material ejection port through which the gas-liquid mixture that has passed through the material supply passage is ejected into the vaporization chamber;
a cooling system including a cooling flow path through which a fluid different from the gas-liquid mixture flows, a carrier gas and a liquid solvent flow, and a cooling system formed so as to cool the material outlet side of the material supply path, and a solvent outlet through which the carrier gas and the liquid solvent that have passed through the cooling flow path are ejected into the vaporization chamber,
A liquid material vaporizing device in which one or more of the material jets are formed so as to surround the periphery of the solvent jet.
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