WO2003076059A1 - Melangeur de gaz, reacteur a gaz et dispositif modificateur de surface - Google Patents

Description

明 細 書

ガ ス 混合装置 、 ガ ス 反応装置及 び表面改質装置

技術分 野

本発 明 は 、 化 学プ ラ ン ト 等 に お け る 化 学反応 工程や 、 半導体製 造工程等 で用 い る 、 ガ ス の 混合装置 、 ガ ス の 反応装置及 び半導 体 ウ エ ノ、一や ガ ラ ス 基板 な ど の 表面処理 を し た り 、 部 品 、 工 具類 の 表面処理 な ど に 用 い る 表面改質装置 に 関す る 。

背 景技術 '

反応 炉で ガ ス を 反応 さ せ る 場合 、 ガ ス を 流 量計やマ ス フ ロ ー な ど で規 定量流 し て 反応炉 内 で反応 さ せ る よ う に し て レヽ る 。

し か し な が ら 供給 さ れ る ガ ス の 多 く は 反応 炉 内 で 初 め て 加 熱 さ れ る の で反応温度 に達す る ま で の 時 間 が 長 く か か る 。 そ の た め 炉 内 の ガ ス に 温度差が 生 じ て ガ ス 全体 が 均一 の 温度 に な ら な い の で 均 一 な 反応物 が 生成 さ れ に く い。

ま た 複数 の ガ ス を 反 応 炉 内 で 反応 さ せ る 場合 、複 数 の ガ ス よ り な る 混合 ガ ス は均一 に 混合撐拌 さ れ 同 時 に ガ ス 全体が 均一 温度 に 調整 さ れ て い な い と 反応物 が均一 に 生成 さ れ に く い。

複数 の ガ ス を 反応炉 内 で 反応 さ せ る 場合 、 複数 の ガス は 各 々 独 自 な均 一温度 に 調整 さ れ な い と 、 反応炉 で の 反応 を速や か に 行 う こ と が 出 来 な い。

反応 炉 は 高温 に 耐 え ら れ る 材質で被処理体 を 入れ ら れ る 大 き さ が 必要 で あ り 、 被処理体が 大 き く な れ ばそ の た め に 反応炉 の 費 用 が 大 き く な る 。

反応 炉で 処理 ガ ス を 反応 さ せ る 場合 、 多 く は反応 室 内 の 全体 の 処理ガ ス を加 熱 し て 反応 さ せ る の で 、 反応 の た め の 消 費 エ ネ ル ギ 一 が 大 き く な る 。 ま た処理ガ ス 全体 に 温度差が 生 じ る の で被処 理 体 に 温度斑 が 生 じ 均一 な反応処理 が 出 来 に く い欠 点 が あ っ た。 被処理体 の 表 面処理 に利 用 さ れ る 表面処理 装置 な ど は 、 処理 ガ ス の 反応炉 を 設 け て 反応炉 内 の 処理 ガ ス を 熱 電離、 放電、 レ ー ザ 光 の 照射 な ど の 方法 に よ り 処理 ガ ス を 反応 さ せ 、 反応炉 内 で被処 理体 の 表面処理 し て い る 。

こ う し た 、 表面 改 質装置 に つ い て は 、 被処理体 の 表面改 質用 に 多 く 利 用 さ れ る 熱電離 、 放電 、 レ ー ザ光 に よ る 方法 な ど は 、 処理 ガ ス の 反応温度 が 高温で あ る の で 、 消 費 エ ネ ル ギ一 が 大 き く 被処 理体 も 高温 に 耐 え ら れ る 材料 に 限 ら れ る 。 発 明 の 開 示

上記課題 を解決す る た め 本発 明 は 、 周 方 向 に 連通 し た 環 状 流 路 と 、 こ の 環 状 流 路 に お け る 流 入 口 と 流 出 口 の 位置 が 周 方 向 に ず れ る よ う に 前 記 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 複 数 の 流 入 口 及 び 流 出 口 と 、 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 前 記 流 入 口 又 は 前記 流 出 口 に 連通 し た 複 数 の 連 通 流 路 と か ら な る 混 合 流 路 と 、 該混 合 流 路 に 連 通 さ れ た 流 体 の 供 給 流 路 お よ び 排 出 流 路 と を 備 え た ガ ス 混 合 装 置 と し た も の で あ る 。

複 数 並 列 状 態 で 配 置 さ れ 周 方 向 に 連 通 し た 複 数 の 環 状 流 路 と こ の 環 状 流 路 に お け る 流 入 口 と 流 出 口 の 位 置 が 周 方 向 に ず れ る よ う に 前 記 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 複 数 の 流 入 口 及 び 流 出 口 と 、 異 な る 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 前 記 流 入 口 と 前 記 流 出 口 と を 連 通 し た 複 数 の 連 通 流 路 と か ら な る 混 合 流 路 と 、 該 混 合 流 路 に 連 通 さ れ た 流 体 の 供 給 流 路 お よ び排 出 流 路 と を 備 え た ガ ス 混 合 装 置 と し て も よ い 。

周 方 向 に 連通 し た環状流 路 と 、 こ の 環 状流 路 に お け る 流入 口 と 流 出 口 の位置が 周 方 向 に ずれ る よ う に 前記環状流路 に形成 さ れ た 複数 の 流入 ロ 及 ぴ流 出 口 と 、 環状 流路 に 形成 さ れ た前記流入 口 又 は前記 流 出 口 に 連通 し た複数 の連通 流路 と か ら な る ガ ス 反応流 路 と 、 該 ガ ス 反応 流路 に連通 さ れ た 流体 の 供給流 路 お よ び排 出 流 路 と を備 え た ガ ス 反応装置 と す る と よ い。

複数並列 状態 で配置 さ れ周 方 向 に 連通 し た 複数 の 環状流 路 と 、 こ の 環状流路 に お け る 流入 口 と 流 出 口 の位置 が 周 方 向 にずれ る よ う に 前記環状流路 に形成 さ れ た 複数 の 流入 ロ 及 ぴ流 出 口 と 、 異 な る 環状 流 路 に形成 さ れた 前記流入 口 と 前記流 出 口 と を 連通 し た 複 数 の 連通 流路 と か ら な る ガ ス 反応 流路 と 、 該ガ ス 反応流路 に 連 通 さ れ た 流体 の供給流路 お よ び排 出 流路 と を 備 え た ガ ス 反応 装置 と し て も よ レヽ 。

請求 の 範 囲 の 記載 に お い て 、 流入 口 、 流 出 口 は 、 そ れ ぞれ環状 流 路 に 設 け ら れ 、 該環状流路 に ガ ス が 流入す る 口 及び該環状流 路 力 ら ガ ス が 流 出 す る 口 を 意 味す る 。 実施例 に お い て は 、 こ の 意 味 で の 流入 口 3 1 、 流 出 口 3 2 の他 に 、 連通 流 路 へ ガ ス が 流入又 は 連通 流 路 か ら ガ ス が 流 出 す る 口 で あ る 連通 流 路 の 流入 口 2 8 、 流 出 口 2 9 の 語 も 用 レヽ て レヽ る 。

ガ ス の 供給装置 を上記 ガ ス 混合装置や ガ ス 反応 装置 の 供給流 路 に接続 し た り 、 混合流路ゃ ガ ス 反応 流路 を加熱す る 加 熱手段 を 設 け た り 、 ガ ス の 供給流路ゃ排 出 流路 に タ ン ク を 設 け る と よ い。 複数 の ガ ス を 流 入 し 混合 ガ ス を 排 出 す る 真空 ェ ジ ェ ク タ の ガ ス 排 出 口 を ガ ス 混合装置 の 供給流路 に接続す る と よ い。

ガ ス 混合装置 の 排 出 流路 に ガ ス 反応 炉 を 接続 し た ガ ス 反応装 置 と し て も よ い。

ガ ス 混合装置 に 接続 さ れ た ガ ス 反応 炉 の 反応 ガ ス 排 出 口 に ボ ン プ を接続す る と よ い。

ガ ス 反応 流路 に 流す ガ ス は 、 単 一又 は複数の ガ ス で あ り 、 そ れ が 反応 流路 内 で反応す る 。

ガ ス 反応 装置 の 排 出 流 路 を集積室 に 接続 し た 表 面 改質装置 と し て も よ い。

本発 明 の ガ ス 混合装置 、 ガ ス 反 応装置 で処理 の 対 象 と な る ガ ス と は 常温で の ガ ス に 限 ら ず 、 加熱す る と ガ ス 化す る 液化 ガ ス を も 含 む も の で あ る 。

混合装置 を加 熱すれ ば、 ガ ス を均一 温度 に加 熱で き る 。

複数 の ガ ス を 一 つ の 混合装置 に 送 る 場合 に は 、 混合流 路 内 で 高 速 の ガ ス の 衝突乱流運動 に よ っ て複数 の ガ ス が 均一 に撹拌 さ れ る 更 に 混合流 路 を 通 る 際 に複数箇 所 で壁面 に衝突す る こ と に よ り 、 複数 の ガス が 更 に 細 カゝ く 均一 に 撹拌 さ れ排 出 流 路 ょ り 放 出 さ れ る 真空 ェ ジ ェ ク タ を備 え た 構成 で は 、 真 空ェ ジ ェ ク タ に 入力 さ れ た複数 の ガ ス が 混合 さ れ て 、 混合 ガ ス が 放 出 さ れ る 。

ガ ス 反応 炉 の 反応 ガ ス 排 出 口 に ポ ン プ を 接続 し た 構成 で は 、 ポ ン プ に よ り 反応 が 終 わ っ た 反応 ガ ス が 反応 炉か ら 排 出 さ れ る 。 同 種 あ る い は複数 の 処理 ガ ス を ガ ス 反応 流路 に 送 る 場合 に は 、 流路 内 で高 速 の ガ ス の衝突乱流運動 に よ っ て 、 同種 あ る い は複 数 の 処理 ガ ス 同士 が 互 い に 何度 も 衝突す る 。 ガ ス 中 で は分子や原 子 が 速 い速度 で動 き 回 り 、 互 い に何度 も 衝突 を繰 り 返 し て 不規則 に 走 り 回 っ て い る 。 そ の と き 流路 が カ P 熱 さ れ る と 処理 ガ ス も カ卩 熱 さ れ る 。

加熱温度 を 上 げ る と 処理 ガ ス は反応化す る よ う に な る 。 流路 内 に 流す処理 ガ ス の 量 を 多 し て も 、 流 路 内 の ガス の 流速 が 高 速化 さ れ 、 壁面へ の衝突 回数が増 え壁面 か ら 多 く 熱 を 与 え ら れ る の で 、 処理 ガ ス の 量 を 増 や し て も 同 じ 反応 流 路 で効 率 よ く 加 熱 反応 を す る こ と が 出 来 る 。

環状 流路 の数 を 増 やす だ け で 処理 ガ ス の 衝突乱 流運動 の 回数 を 増 やす こ と が 出 来 、 よ り 高密 度 に 処理ガ ス を 反応化す る こ と が 出 来 る 。

更 に 複数 の 処理 ガ ス の 反応 に お い て は 、 複数 の 処理 ガ ス が 均一 に 混合撹拌 さ れ る た め 、 均一状態 に 混合 さ れ た 反応 ガ ス の発生 が 可能 に な る 。

こ の 時処 理 ガ ス の 反 応 温度 ま で 流 路 を 加 熱す れ ば 、処理 ガ ス の 持つ圧力 下 の も と に 大量 の 均一温度 、 均一混合 さ れ た反 応 ガ ス を 製造す る こ と が 出 来 る

反応 温度 ま で加 熱 さ れ た 反応 ガ ス は 、 処理 ガ ス の 持つ 圧力 に よ り 排 出 流路 よ り 放 出 さ れ る 。

上 記 の よ う に 構成 さ れ た 本発 明 に よ れ ば、 混合装置 を 加 熱す る 構成 で は 、 ガ ス を 炉 内 反応 温度 に 近 い温度 ま で均 一 に加 熱 さ せ て 供給す る こ と が で き る 。

さ ら に複 数 の ガ ス を 一 つ の 混合 流路 内 に 送 る 構成 で は 、 こ れ に よ り 、 反応炉 内 に 供給す る 複数 の ガ ス を 均一 に撹拌す る こ と が で き る 。

上記 の よ う に構成 さ れ た 本発 明 に よ れ ば 、 反応 温度 ま で加 熱 さ れ た ガ ス 反応 流路 に 処理 ガ ス を 流す構成 だ け で 、 均一温度 の 反 応 ガ ス を製造す る こ と が 出来 る 。

さ ら に複 数 の 処理 ガス を 一 つ の ガ ス 反応 流路 内 に送 る 構成 で は 均 一 に混合 さ れた 均一温度 の 反応 ガ ス を製造す る こ と が 出 来 る 。 図 面 の 簡 単 な 説 明

第 1 図 は 、 本発 明 の一実施例 の ガ ス 混合装置及 びガ ス 反応装置 を 示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 2 図 は 、 本発 明 の他 の 実施例 の ガ ス 混合装置及 び ガ ス 反応 装 置 を示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 3 図 は 、 本発 明 の他 の 実施例 の ガ ス 混合装置及 びガ ス 反応 装 置 を示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 4 図 は 、 本発 明 の 他 の 実施例 の ガ ス 混合装置及 び ガ ス 反応 装 置 を示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 5 図 は 、 本発 明 の他 の 実施例 の ガ ス 混合装置及 びガ ス 反応 装 置 を 示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 6 図 は 、 本発 明 の 他 の 実施例 の ガ ス 混合装置及 びガ ス 反応 装 置 を示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 7 図 は 、 本発 明 の 実施例 に お け る 装置 で使用 す る 混合 流 路 、 反応流 路 を 配 管 で製作 し た場合 の斜視 図 で あ る 。

第 8 図 は 、 本発 明 の 実施 例 に お け る 装置 で 使用 す る 混合流 路 、 反応流路 を ブ ロ ッ ク 化 し て 製作 し た場合 の 斜視 図 で あ る 。

第 9 図 は 本発 明 の 実施例 に お け る 装置 で使用 す る 混合 流路 、 反 応 流路 を 一部 に は 管材 を利用 し 、 一部 を ブ ロ ッ ク 化 し て製作 し た 場合 の斜視 図 で あ る 。

第 1 0 図 は 、 第 7 図 記載 の 混合 流路 、 反応 流路 の 環状流路 と 連 通 流路 の 接続部分 を 分解 し た 状態 を示す斜視 図 で あ る 。

第 1 1 図 は 、 本発 明 の 1 実施例 の ガ ス 反応 装置 を 示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 1 2 図 は 、 本発 明 の他 の 実施例 の ガ ス 反応装置及 び表面改 質 装置 （薄膜形成装置） を 示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 1 3 図 は 、 本発 明 の 他 の 実施例 の ガ ス 反応装置及 び表面改 質 装置 （薄膜形成装置） を 示す シ ス テ ム 図 で あ る 。

第 1 4 図 は 、 本発 明 の 他 の 実施 例 の ガ ス 反応装置及 び表面改 質 装置 （薄膜形成装置） を 示す シス テ ム 図 で あ る 。

第 1 5 図 は 、 第 1 2 図 の フ ロ ー に 於 レ、 て 0 ₂ (酸素 ） と H ₂ 0 ( 水 ） と の 混合ガ ス を 流量計 1 3 か ら 反応装置 1 2 に 送 り 、 ヒ ー タ 制 御 部 1 5 に よ り 電気 ヒ ー タ 1 4 を 制 御す る こ と に よ り 、 反応 温度 ま で加熱 し発 生 し た過 熱蒸気 を集積室 1 7 に 送 る 場合 の 温度 特性 図 で あ る 。 各反応 温度 ま で加 熱 さ れ た 過 熱蒸気 は 、 集積室 1 7 内 で 被処理体 1 6 と し て の 半導体用 の ウ ェ ハ ー の酸化膜形成用 な ど に 利用 さ れ る 。 こ こ で発 生す る 過 熱蒸気 は反応ガ ス A に 相 当 す る 。 図 で使用 し て い る 符号 の 説 明 は 次 の通 り で あ る 。

1 反応 炉

2 混合装置

3 マ ス フ 口 一、 流量計 な ど

4 電気 ヒ ー タ ー 、 マ イ ク ロ 波力 P熱 誘導加 熱 な ど

5 電気 ヒ ー タ ー 、 マ イ ク ロ 波カ卩熱 誘導加 熱 、 バ ー ナ ー な ど 6 ¾|

7 容器

8 真空 ポ ン プ

9 真空 ェ ジ ェ ク タ

1 1 容器

1 2 ガ ス 反応装置

1 3 マ ス フ ロ ー 、 流量計 な ど

1 4 電気 ヒ ー タ 、 マ イ ク ロ 波加熱、 誘 導加熱 、 パ ー ナ 一 な ど 1 5 ヒ ー タ 制御部

1 6 被処理体

1 7 集積室

2 1 混合流路 、 反応 流路

2 2 供給流路

2 3 排 出 流路

2 4 環状流路

2 5 連通 流 路

2 6 供給側 の タ ン ク

2 7 排 出 側 の タ ン ク

2 8 連通 流路 の 流入 口

2 9 連通 流路 の 流 出 口

3 0 接続 口

3 1 環状流路 の 流入 口 3 2 環状流路 の 流 出 口 5 1 部材

5 2 部材

5 3 部材

5 4 部材

5 5 部材

5 6 部材

5 7 部材

5 8 部材

5 9 部材

6 0 部材 発 明 を 実施す る た め の最良 の形態

以下、 本発 明 の 実施 の形態 につ い て 図面 を参照 し な が ら 説明 す る 。 実施例 で は処理ガス と し て の ガス はガス 種を 問 わ な い がー例 を あ げ る と 、 空気、 N ₂ (窒素）、 0 ₂ (酸素）、 H ₂ (水素）、 Ar (ァ ル ゴ ン ）、 H e (ヘ リ ゥ ム ） な ど の一般ガス 、 II 2 0 (水）、 C O 2 (炭 酸ガ ス ）、 C O (—酸化炭素）、 NH ₃ ( ア ン モ ニ ア ）、 C F ₄ ( テ ト ラ フ ルォ ロ メ タ ン）、 S F ₆ (六 フ ッ 化硫黄）、 C H ₄ ( メ タ ン）、 S i ( 0 C ₂ H ₅ ) 4 (テ ト ラ エ ト キ シ シ ラ ン） な ど の液化 ガス 、 お よ びい ずれ か の任 意 の 混合ガ ス で も よ い。処理 目 的 に 合 っ た処理ガス が 上記以外の ガ ス カゝ ら も 自 由 に選択で き る 。

第 1 図記載 の 実施例 は、 複数の ガス を反応炉 に供給す る こ と が で き る も の で あ る 。

こ の 実施例 で は ガス A、 ガス B、 ガス C の 3 種類 を用 い る 場合 を 示 し て あ る 。 マ ス フ ロ ー 3 、 混合装置 2 、 反応炉 1 は配管 に よ り 接続 さ れて い る 。配管 は高温に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

ガス A、 ガ ス B、 ガス C は 各 々 の マ ス フ ロ ー 3 に よ り 流量調整 さ れ各 々 の ガ ス 自 身 の 持つ圧力 に よ り 各 々 の混合装置 2 に送 ら れ る 。

ガス A、 ガ ス B、 ガス C の任意の ガス を反応炉 に供給す る こ と 力 S で き る 。

混合装置 2 に は 、 後 で詳述す る 第 7 図 力ゝ ら 第 9 図 に記載 さ れ た よ う な 混合流路が設 け ら れて い る 。

各 ガ ス は 、混合装置 2 の 供給流路 2 2 よ り 供給側 の タ ン ク 2 6 に入 る 。 タ ン ク 2 6 内 で衝突 し た ガス は、タ ン ク 2 6 に接続 さ れた 複数 の 連通 流路 2 5 の流入 口 2 8 を通 っ て 該逮通流路の流 出 口 2 9 よ り 1 段 目 の環状流路 2 4 の流入 口 3 1 か ら 該環状流路 2 4 に 入 り 、環状流路 2 4 の壁面 に衝突 し、又異 な る 流入 口 3 1 か ら 入 つ た ガス 同 士 が衝突す る 。

同様 に高速 の ガス は、 1 段 目 の環状流路 2 4 の流 出 口 3 2 力ゝ ら 、 該環状流路 2 4 に接続 さ れた複数の連通流路 2 5 の流入 口 2 8 を 通 っ て該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り 2 段 目 の環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 を 通 っ て該環状流路 2 4 に 入 り 、環 状流路 2 4 の 壁面 に 衝 突す る と と も に異な る 流入 口 か ら 入 っ た ガス 同 士が衝突す る 。

こ れ を 同様 に繰 り 返 し て最終 の環状流路 2 に接続 さ れた複数 の 連通 流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通 流路 の 流 出 口 2 9 よ り タ ン ク 2 7 に入 る 。 タ ン ク 2 7 の 内 面 に衝突 した ガス は排 出 流 路 2 3 よ り 排 出 さ れ る 。 そ の と き 容器 6 内 に設置 さ れた複数 の 混 合装置 2 を電気 ヒ ー タ ー 4 な ど に よ り 加熱す る と 混合流路 2 1 内 の ガス A、 ガス B、 ガス C はガス の 衝突乱流運動 に よ り 均一 に加 熱 さ れ る 。 電気 ヒ ー タ ー の 温度調整 をす る こ と で ガ ス A、 ガ ス B、 ガス C の 温度 を反応炉 の反応温度直前 ま で加 熱す る こ と が で き る 混合装置 2 及 ぴ容器 6 は電気 ヒ ー タ ー 4 の高温に耐 え ら れ る 金属 セ ラ ミ ッ ク な どで製作 さ れ る 。

反応温度直前の温度 ま で均一 に加熱 さ れた ガス A、 ガス B、 ガ ス C は、配管 を通 っ て容器 7 内 に設置 さ れ た反応炉 1 ま で送 ら れ る 。反応炉 1 及ぴ容器 7 は高温の反応温度 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。 反応炉 1 に入 っ た ガス A、 ガス B、 ガ ス G は反応炉 内 の 電気 ヒ ー タ ー 5 な ど に よ り 更 に加熱 さ れ速やか に反応温度 ま で達す る こ と が で き る 。

電気 ヒ ー タ ー 4 や電気 ヒ ー タ ー 5 の代わ り に石油 、 天然ガス な ど のパ ーナ一 に よ る 火力 や、 マイ ク ロ 波加熱、 誘導加熱な ど を使 用 し て も よ い。

反応 が終 わ っ た後 の反応ガス は ガス 自 身の 持つ圧力 に よ り 反応 炉 1 の外へ放出 さ れ る 。

第 2 図記載の 実施例 は 、 第 1 図記載の 実施例 に お いて 、 反応炉 1 の ガ ス の排出 口 に真空 ポ ンプ 8 を接続 し た も の で あ り 、 そ れ 以 外 は第 1 図記載 の 実施例 と 同様で あ る 。

マ ス フ ロ ー 3 、 混合装置 2 、 反応炉 1 、 真空ポ ン プ 8 は配管 に よ り 接繞 さ れて い る 。配管 は高温 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

マ ス フ ロ ー 3 と 混合装置 2 と 反応炉 1 が真空 ポ ンプ 8 に よ り 寘 空 引 き さ れて い る と 複数の ガス を容易 にマ ス フ ロ ー 3 力 ら 混合装 置 2 、 反応炉 1 へ と 流す こ と が で き る 。

反応が 終 わ っ た 後 の反応ガス は真空ポ ン プ 8 に よ り 反応炉の外へ 吸 引 さ れ る 。

第 3 図 記載の 実施例 は複数の ガス を反応炉 に供給す る こ と が で き る 。 こ の実施例で は ガス A、 ガス B、 ガ ス C の 3 種類 を用 い る 場合 を 示 し て い る 。

ガス A、 ガス ： B、 ガス C は各 々 の マ ス フ ロ ー 3 に よ り 流量調整 さ れ、 各 々 の ガ ス 自 身 の持つ圧力 に よ り 混合装置 2 の手前で一 つ の配管 に集約 さ れて混合装置 2 に送 ら れ る 。

ガス A、 ガス B、 ガス C の任意の ガス を反応炉 に 供給す る こ と が で き る 。 マ ス フ ロ ー 3 、 混合装置 2 、 反応炉 1 、 真空 ポ ン プ 8 は配管 に よ り 接続 さ れて レヽ る 。配管 は高温に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

マ ス フ ロ ー 3 と 混合装置 2 と 反応炉 1 が真空ポ ン プ 8 に よ り 真 空引 き さ れて い る と 複数の ガス を容易 にマ ス フ ロ ー 3 か ら 混合装 置 2 、 反応炉 1 へ と 流す こ と 力 S で き る 。

混合装置 2 に は 、 後で詳述す る 第 7 図 か ら 第 9 図 に記載 さ れた よ う な混合流路が 設 け ら れて い る 。

複数の ガ ス A、 ガ ス B、 ガ ス C は 同 じ混合装置 2 の供給流路 2 2 よ り 供給側 の タ ン ク 2 6 に入 る 。 タ ン ク 2 6 内 で衝突 した ガ ス A、 ガス B、 ガス C よ り な る 混合ガス は、タ ン ク 2 6 に接続 さ れた 複数の連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通流路 の 流出 口 2 9 よ り 1 段 目 の 環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 力ゝ ら 該環状流路 2 4 に 入 り 、環状流路 2 4 の壁面 に衝突 し 、又異な る 流入 口 3 1 か ら 入 つ た混合ガス 同士 が衝突す る 。

同様 に高 速 の 混合 ガ ス は 、 1 段 目 の 環状 流路 2 4 の 流 出 口 3 2 か ら 、 該環状流路 2 4 に接続 さ れた複数の 連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り 2 段 目 の 環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 を 通 っ て 該環状流 路 2 4 に入 り 、環状流 路 2 4 の壁 面 に衝突す る と と も に異 な る 流入 ロ カゝ ら 入 っ た混合ガ ス 同士が 衝 突す る 。

こ れ を 同様 に繰 り 返 し て最終 の環状流路 2 4 に接続 さ れた複数 の連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り タ ン ク 2 7 に 入 る 。

タ ン ク 2 7 の 内 面 に衝突 した混合ガス は排出流路 2 3 よ り 均 一 に 撹拌混合 さ れ て排 出 さ れ る 。

容器 6 內 に設置 さ れた混合装置 2 を電気 ヒ ー タ ー 4 に よ り 加熱す る と 混合流路 2 1 内 の混合ガス は ガス の衝突乱流運動 に よ り 均 一 に加熱 さ れ る 。 電気 ヒ ー タ 一 4 の 温度調整 をす る こ と で 混合ガ ス の 温度 を反応炉 1 の反応温度直前ま で加熱す る こ と が で き る 。 混 合 装置 2 及 び容器 6 は高 温 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で 製作 さ れ る 。

均一 に混合撹拌 さ れ 同 時 に反応温度直前 の温度 ま で.均一 に加熱 さ れた 混合 ガ ス は 、配 管 を 通 っ て容器 7 内 に設置 さ れ た 反応炉 1 ま で送 ら れ る 。 反応炉 1 及び容器 7 は高温の 反応温度 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。反応炉 1 に入 っ た反応温度 直前 の 温度 ま で均一 に加熱 さ れた混合ガ ス は反応炉 内 の電気 ヒ ー タ ー 5 に よ り 更 に加熱 さ れ速やか に反応温度 ま で達す る こ と が で さ る 。

電気 ヒ ー タ ー 4 や電気 ヒ ー タ ー 5 の代わ り に石油 、 天然ガ ス な ど の パ ーナ一 の火力 や、 マ イ ク ロ 波加熱、 誘導加熱な ど を使用 し て も よ レヽ。

反応 が 終 わ っ た後 の 反応 ガ ス は真空 ポ ンプ 8 に よ り 反応炉 の外へ 吸 引 さ れ る 。

第 4 図記載 の実施例 は複数の ガス を反応炉に供給す る こ と が で き る 。 図面で はガ ス A、 ガ ス B、 ガ ス C の 3 種類 を用 い る 場合 を 示 し て レヽ る 。

マ ス フ ロ ー 3 に よ り 流量調整 さ れた ガス Aは真空ェ ジ ヱ ク タ 9 に 入 る 。 マ ス フ 口 一 3 、 真空ェ ジ ェ ク タ 9 、 混合装置 2 、 反応炉 1 は配管 に よ り 接続 さ れて い る 。配管 は高温に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

ガ ス A と 真空ェ ジ ェ ク タ 9 の真空 ラ イ ン につ な が っ て い る ガ ス B、 ガ ス C の任意 の ガス を反応炉 に供給す る こ と が で き る 。 ガ ス A が 流れ る 際 に発生す る 吸 引 力 に よ り ガ ス B、 ガス C は真空ェ ジ 工 ク タ 9 を通 っ て混合装置 2 に流れ る よ う に な る 。 こ の よ う に し て真空ポ ン プが な い場合で も 複数の ガス を 同 じ混合装置 2 に容 易 に 流す こ と が可能 に な る 。 混合装置 2 に は、 後 で詳述す る 第 7 図 か ら 第 9 図 に記載 さ れ た よ う な混合流路が設 け ら れて い る 。

各 々 の マ ス フ ロ ー 3 に よ り 流量調整 さ れた ガ ス A、 ガ ス B、 ガ ス C は真空ェ ジ ェ ク タ 9 に よ り 集約 さ れて 同 一 の混合装置 2 の 供 給流路 2 2 よ り 供給側 の タ ン ク 2 6 に入 る 。 タ ン ク 2 6 内 で衝突 し た混合ガ ス は、タ ン ク 2 6 に接続 さ れ た 複数 の 連通 流 路 2 5 の 流入 口 2 8 を 通 っ て該連通流路 の流 出 口 2 9 よ り 1 段 目 の環状 流 路 2 4 の 流入 口 3 1 か ら 該環状流路 2 4 に 入 り 、環状流 路 2 4 の 壁面 に衝突 し 、又異 な る 流入 口 3 1 か ら 入 っ た 混合ガ ス 同士 が 衝 突す る 。

同 様 に 高 速 の混合 ガ ス は、 1 段 目 の 環状 流路 2 4 の 流 出 口 3 2 か ら 、 該環状流路 2 4 に接続 さ れた複数の連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り 2 段 目 の環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 を通 っ て 該環状流 路 2 4 に入 り 、環状流路 2 4 の 壁 面 に衝突す る と と も に 異 な る 流入 ロ カゝ ら 入 っ た混合ガス 同士 が 衝 突す る 。

こ れ を 同様 に繰 り 返 し最終 の環状流路 2 4 に接続 さ れた複数の 連 通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を 通 っ て該連通流路 の流 出 口 2 9 よ り タ ン ク 2 7 に入 る 。 タ ン ク 2 7 の 内 面 に衝突 し た混合ガス は排 出 流 路 2 3 よ り 均一 に撹拌混合 さ れた状態で排 出 さ れ る 。

容器 5 内 に 設置 さ れた 混合装置 2 を電気 ヒ ー タ ー 4 に よ り 加 熱 す る と 混合流路 2 1 内 の 混合ガス は ガ ス の衝突乱流運動 に よ り 均 一 に加熱 さ れ る 。 電気 ヒ ー タ ー の温度調整 をす る こ と で混合ガ ス の温度 を反応炉の反応温度直前ま で加熱す る こ と が で き る 。 混合 装置 2 及 ぴ容器 6 は高 温 に 耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製 作 さ れ る 。 反応温度 直前 の 温度 ま で均一 に加熱 さ れ た混合 ガ ス は 、配管 を 通 っ て容器 7 内 に設置 さ れた反応炉 1 ま で送 ら れ る 。 反応炉 1 及 ぴ容器 7 は高温 の 反応温度 に 耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で 製作 さ れ る 。 反応炉 1 に入 っ た混合ガス は反応炉 内 の電気 ヒ ー タ — 5 な ど に よ り 更 に加熱 さ れ速やかに反応温度 ま で達す る こ と が で き る 。

電気 ヒ ー タ ー 4 や電気 ヒ ー タ ー 5 の代わ り に石油 、 天然 ガス な ど の バーナー の火力 や、 マ イ ク ロ 波加熱 、 誘導加熱な ど を使用 し て も よ い。

反応 が 終わ っ た後 の反応ガス はガス 自 身の 持つ圧力 に よ り 反応 炉 1 の外へ放 出 さ れ る 。 なお 、 第 2 図 記載の 実施例 の よ う に反応 炉 1 の ガス 出 口 に真空 ポ ン プ を接続 し て も よ い。

第 5 図記載 の 実施例 は複数 の ガス は 2 種類以上で あれば よ い が こ こ で は ガス A、 ガ ス B の 2 種類 を 用 レヽ る 。

ガ ス A、 ガ ス B は 各 々 の マ ス フ ロ ー 3 に よ り 流量調整 さ れ各 々 の ガス 自 身の持つ圧力 に よ り 混合装置 2 に送 ら れ る 。 マ ス フ ロ ー 3 、 混合装置 2 、 反応炉 1 は配管 に よ り 接続 さ れて い る 。 配管 は 高温 に 耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な どで製作 さ れ る 。

混合装置 2 に は 、 後 で詳述す る 第 7 図 か ら 第 9 図 に記載 さ れ た よ う な混合流路 が設 け ら れてい る 。

各ガ ス は 、混合装置 2 の供給流路 2 2 よ り 供給側 の タ ン ク 2 6 に入 る 。 タ ン ク 2 6 内 で衝突 し た ガス は 、タ ン ク 2 6 に接続 さ れた 複数の 連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り 1 段 目 の環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 か ら 該環状流路 2 4 に 入 り 、環状流路 2 4 の壁面 に衝突 し 、又異な る 流入 口 3 1 カゝ ら 入 つ た ガス 同士 が衝突す る 。 同様 に高速 の ガス は、 1 段 目 の環状流路 2 4 の 流 出 口 3 2 力ゝ ら 、 該環状流路 2 4 に接続 さ れた複数の 連通 流路 2 5 の 流入 口 2 8 を 通 っ て該連通 流路 の 流 出 口 2 9 よ り 2 段 目 の環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 を 通 っ て該環状流路 2 4 に 入 り 、環状流路 2 4 の壁面 に 衝 突す る と と も に異 な る 流入 ロ カゝ ら 入 っ た ガ ス 同 士 が衝突す る 。

こ れ を 同様 に繰 り 返 し最終の環状流路 2 4 に接続 さ れた複数 の 連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て該連通 流路 の 流出 口 2 9 よ り タ ン ク 2 7 に入 る 。 タ ン ク 2 7 の 内 面 に衝突 し た ガス は排 出流 路 2 3 よ り 排 出 さ れ る 。 容器 6 内 に設置 さ れた混合装置 2 を 電気 ヒ 一タ ー 4 な ど に よ り 加熱す る と 混合流路 2 1 内 の ガ ス A、 ガ ス B は ガス の衝突乱流運動 に よ り 均一 に加熱 さ れ る 。 ガス A、 ガ ス B の 電気 ヒ ー タ ー の温度調整 を独立にす る こ と で反応温度 が 異 な る ガ ス A、 ガ ス B の温度 を反応炉 内 で の反応 に最適 な温度直前 ま で 加熱す る こ と が で き る 。 混合装置 2 及 ぴ容器 6 は電気 ヒ ー タ 一 4 の 高温 に耐 え ら れ る 金属、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

反応炉 内 で の 反応 に最適 な温度直前 ま で独 自 に加熱 さ れた ガ ス A、 ガス B は、配管 を通 っ て容器 7 内 に設置 さ れた反応炉 1 ま で送 ら れ る 。反応炉 1 及ぴ容器 7 は高温の反応温度 に 耐 え ら れ る 金属 、 セ ラ ミ ッ ク な どで製作 さ れ る 。 反応炉 1 に入 っ た ガス A、 ガス B は反応炉 内 の 電気 ヒ ー タ ー 5 な ど に よ り 更 に加熱 さ れ速や 力 に 反 応温度 ま で逹す る こ と が で き る 。

電気 ヒ ー タ ー 4 や電気 ヒ ー タ ー 5 の代 わ り に石油 、 天然ガス な ど のパーナ一 に よ る 火力や 、 マイ ク ロ 波加熱 、 誘導加熱な ど を使 用 し て も よ レヽ 。

反応が終わ っ た後 の反応 ガス はガス 自 身の 持つ圧力 に よ り 反応 炉 1 の外へ放 出 さ れ る 。 第 6 図記載の 実施例 は 、 第 5 図記載 の 実施例 に お い て 、 反応 炉 1 の ガ ス の排出 口 に真空 ポ ンプ 8 を接続 し た も の で あ り 、 それ以 外 は第 5 図 記載 の実施例 と 同様で あ る 。

マ ス フ ロ ー 3 、 混合装置 2 、 反応炉 1 、 真空 ポ ン プ 8 は配管 に よ り 接続 さ れて レヽ る 。配管 は高温 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

マ ス フ ロ ー 3 と 混合装置 2 と 反応炉 1 が真空 ポ ン プ 8 に よ り 真 空 引 き さ れて い る と ガス A、 ガス B を容易 に マ ス フ ロ ー 3 力 ら 混 合装置 2 、 反応 炉 1 へ と 流す こ と が で き る 。

反応が 終 わ っ た 後 の反応ガス は真空 ポ ンプ 8 に よ り 反応炉 の外へ 吸 引 さ れ る 。

第 7 図 か ら 第 1 0 図 は、 以上 の各実施例 の混合装置 2 で使用 す る 混合 流路及び第 1 1 図以下の 各実施例 の ガス 反応装置 1 2 で使 用 す る 反応流路 の 具体的構成 を示す も の で あ る 。 第 1 1 図 以 下 の 各実施例 の ガス 反応装置で使用 す る 場合 に は 、 流路 で反応 が 起 こ る た め 反応流路 の語 を用 いて い る が 、 流路 の構成 は混合流路 と 同 様で あ る 。 以下 、 混合流路 の場合 に つ いて説 明 す る が 、 混合流路 を反応 流路 と 置 き 換 えれ ば反応流路 の説 明 と な る 。

第 7 図 は本発 明 の 以 上 の実施例 の装置 で使用 す る 混合流路 を 配 管で製作 し た場合 の斜視図 で あ る 。

管材 は、た と え ば金属 、 セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

本実施例 の混合装置 2 は 、 混合流路 2 1 、 こ れ に ガス を 供給す る 供給流路 2 2 、 排 出す る 排出流路 2 3 と カゝ ら な っ て い る 。 混合 流路 2 1 は環状 流路 2 4 と 連通流路 2 5 、 供給流路 2 2 か ら の ガ ス を連通流路 2 5 に導入す る た め の タ ン ク 2 6 、 連通流路 2 5 か ら の ガス を排出 流路 2 3 に導入す る た め の タ ン ク 2 7 力 ら な っ て い る 。 各環状流路 に は、 環状流路 の流入 口 3 1 、 流 出 口 3 2 が 設 け ら れ、 該流入 口 3 1 に は、 連通流路 の 流 出 口 2 9 が接続 さ れ 、 環状流路 の流 出 口 3 2 に は、 連通流路 の 流入 口 2 8 が接続 さ れ て い る 。

環状流路 は 1 以上 の任意の数で よ い。 連通 流路 は 2 以上の任意 の 数で よ い。 本発明 の実施例 に お いて は 、 第 7 図記載 の も の で は 、 環状流路 は 5 、 連通流路 は 6 の も の を使用 し て い る 。

第 8 図記載 の も の で は、 環状流路 は 2 、 連通流路 は 6 の も の を 、 第 9 図記載 の も の で は、 環状流路 は 1 、 連通流路 は 4 の も の を 使 用 し て レヽ る 。

第 8 図 は本発明 の一実施例 に お け る ガス 混合装置 、 ガ ス 反応装 置で使用 す る 混合流路 を ブ ロ ッ ク ィヒ し て製作 した も の を示す図 で あ る 。

図 で は部材 5 1 か ら 部材 5 8 へ と 順 に結合 し て混合流路 を製作 す る 。 部材 5 4 、 5 6 は 図 の よ う な 円 筒状 の部材で あ る が 、隣接す る 部材 5 5 、 5 7 の 中 央 に 凸部が 設 け ら れ てお り 、 こ れ と 他方 の 隣接す る 部材 に よ っ て環状流路 2 4 、 2 4 が形成 さ れ る よ う に な つ て レ、 る 。 ま た部材 5 3 、 5 5 、 5 7 に は 、 流入 口 2 8 、流 出 口 2 9 を有す る 連通流路 2 5 が設 け ら れて い る 。 さ ら に部材 5 7 、 5 8 で供給側 の タ ン ク 2 6 が 、 部材 5 1 、 5 2 、 5 3 で排 出側 の タ ン ク 2 7 が形成 さ れ る 。

部材 5 3 の 連通流路 2 5 の流入 口 2 8 は、 部材 5 3 、 5 4 、 5 5 で形成 さ れ る 環状流路 2 4 の 流 出 口 3 2 と な り 、 部材 5 5 の 連 通流路 2 5 の流 出 口 2 9 は 、 該環状流路 の 流入 口 3 1 と な る も の で あ る 。 ま た 、 部材 5 5 の連通流路 2 5 の 流入 口 2 8 は 、 部材 5 5 、 5 6 、 5 7 で形成 さ れ る 環状流路 2 4 の流 出 口 3 2 と な り 、 部材 5 7 の連通流路 2 5 の流 出 口 2 9 は、 該環状流路 の流入 口 3 1 と な る も の で あ る 。

なお 当 然で あ る が 、 供給側 と 排出側 を逆 に し て も よ い。

第 9 図 は本発 明 の一実施例 に お け る ガ ス 混合装置、 ガス 反応 装 置で使用 す る 混合流路 を一部 を 管、 一部 を ブ ロ ッ ク 化 して製作 し た も の を示す 図 で あ る 。

第 9 図 の も の で は部材 5 1 カゝ ら 部材 6 0 へ と 順 に結合 し て混合 流路 を 製作す る 。 部材 5 6 は 図 の よ う な 円 筒 状 の部材 で あ る が 、 隣接す る 部材 5 7 の 中 央に 凸部が設 け ら れて お り 、 こ れ と 他方 の 隣接す る 部材 5 5 に よ っ て環状流路 2 ⁴ が形成 さ れ る よ う に な つ て い る 。 ま た部材 5 3 、 5 5 、 5 7 、 5 9 に は、 連通流路 と の接 続孔 3 0 が 設 け ら れ てレ、 る 。 さ ら に部材 5 9 、 6 0 で供給側 の タ ン ク 2 6 力 S 、 部材 5 1 、 5 2 、 5 3 で排 出側 の タ ン ク 2 7 が形成 さ れ る 。 部材 5 4 と 部材 5 8 は流入 口 2 8 、 流 出 口 2 9 を有す る 連通流路 2 5 と な る 。

部材 5 5 の接続 口 3 0 は、 環状流路 2 4 の 流 出 口 3 2 と な り 、 部材 5 7 の接続 口 3 0 は、 環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 と な る も の で あ る 。

な お 当 然で あ る が 、 供給側 と 排 出側 を逆 に し て も よ い。

第 8 図 第 9 図 記載の混合流路 に お いて は 、セ ラ ミ ッ ク 、金属 な ど の材質 内 に 流路 を彫 り 込んだ り す る 方法、金属板 を絞 っ た り 、プ レ ス し だ り す る 方法、鎳型な ど を利用 し て鎳物 、ガ ラ ス な どの 流動体 を 流路 の 空 間部 だ け を 除いて冷却 し て 固 め た り す る 方法、 セ ラ ミ ッ ク な ど の 流動 体 を 流 路 の 空間 部 だ け を 除い て 、外部 か ら 押 し 固 め て乾燥 さ せ た り 、焼結 し た り し て 固ィヒす る こ と に よ っ て 流路 を 形成す る 方法 な ど が あ る 。 ま た第 9 図記載 の も の で は 、 一部 に は管材 を利用 し連通 流路 を 容易 に製造で き る よ う に し て い る 。 こ れ に よ つ て混合流路 を 大量 生産 し装置 を 低 コ ス ト 化す る こ と が可能 に な る 。 同 時に混合流 路 を小型化す る こ と で装置 を小型化す る こ と が 可能 に な る 。 ま た 全 部 を プ ロ ッ ク ィヒ し た部材 を用 い る 場合 に比 べて 、 熱交換性能 を 保 つ た ま ま 小形 で量産が容易 な も の が 作成可能で あ る 。 第 1 1 図記載 の 実施例 の 場合 の利用 例 と し て は C H ₄ ( メ タ ン） と H ₂ 0 (水蒸気） と の混合ガ ス の反応 に よ り 、 C O (—酸化炭 素） と H ₂ (水素 ） の混合 ガ ス の製造が 可能 に な り 、 C H ₄ ( メ タ ン ） の 改質が可能 に な る 。 H ₂ (水素） と C O (—酸化炭素） と の混合 ガ ス の反応 で は C H ₃ O H ( メ タ ノ ール ） の合成が可能 に な る 。

そ の 他種 々 の処理ガ ス の組み合わせ に よ り 種 々 の化学反応生成 物 を製造す る こ と が 出来 る 。

ガス 反応装置 1 2 、 マ ス フ ロ ー 1 3 は配管 に よ り 接続 さ れて レヽ る 。 ガ ス A はマ ス フ ロ ー 1 3 に よ り 流量調整 さ れガス 自 身の持つ 圧力 に よ り ガ ス 反応装置 1 2 に 送 ら れ、 電気 ヒ ー タ 1 4 に よ り カロ 熱 さ れ る 。 電気 ヒ ー タ 1 4 は ヒ ー タ 制御部 1 5 に よ っ て 温度制 御 さ れ る 。

ガス 反応装置 1 2 力ゝ ら の反応 ガス Aは配管 な ど に よ り 利用 個所 に供給 さ れ る 。配管 は高温 に耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製 作 さ れ る 。

第 1 2 図記載 の 実施例 は 、第 1 1 図 記載 の ガ ス 反応装 置で生成 さ れ た反応ガ ス を集積室 1 7 内 の被処理体 1 6 の材料表面 に供給 し 、 被処理体 7 表面に薄膜を形成 さ せ、 強度 （耐摩耗性、 硬 さ 等） ゃ耐環境性 （耐食性、 耐熱性等） を 向 上 さ せた り 、 機能 （導電性、 絶縁性、磁性等） を付与す る こ と が 出 来 る も の で あ る 。 利用 例 と し て は 、 N₂ ( 窒素 ） の 反応 ガ ス ま た は 、 N₂ ( 窒素 ） と NH₃ ( ア ン モ ユ ア ） の 混合 し た 反応 ガ ス に よ り 被処理体 の 窒化膜 の形成 が 可 能 に な り 、 部 品 、 工具類 の 耐強度性 を持 たせ る こ と が 出来 る 。 ま た 半導体 ウ ェ ハ ー の 窒化膜形成 な ど に利用 す る こ と が 出来 る 。

N 2 (窒素 ） や Ar ( ア ル ゴ ン ） な ど の 反応 ガ ス 、 ま た は 、 N ₂ (窒 素 ）、 Ar ( ア ル ゴ ン ）、 CF₄ ( テ ト ラ フ ル ォ ロ メ タ ン ）、 SF₆ ( 六 フ ツ イヒ硫黄） な ど の いずれ か の 混合 し た 反応 ガ ス に よ り 、 被処理 体 の 表面洗浄 が 可能 に な り 部 品 、 工 具類 の 表面洗浄 をす る こ と が で き る 。 ま た 、 半導体 ゥ ヱ ハ ーや ガ ラ ス 基板 な ど の 表面洗浄 な ど も 可能 と な る 。

ま た 、 Ar ( ア ル ゴ ン ） や CH ₄ ( メ タ ン ） な ど の 混合ガ ス の 反応 ガ ス を 用 い る こ と に よ り 、部 品 、工具類 の 浸炭 が可能 に な り 耐磨耗 表面硬化 が 可能 に な る 。

H₂ 0 (水 ）、 あ る い は H₂ 0 (水） と H₂ (水素 ）、 水 （ H₂ 0) と

0₂ (酸素 ） の 混合 ガ ス な ど を加熱す る こ と に よ り 発 生す る 水蒸気 力 ら は 、 酸化膜 の 生成が 可能 に な り 、 半導体用 の ウ ェ ハー な ど の 酸化膜成形 な ど に利用 さ れ る 。

Si ( C ₂ H ₅ 0) ₄ ( テ ト ラ エ キ ト シ シ ラ ン ） の 反 応 ガ ス 力 ら は 、 半導体用 の ゥ エ ーハ ー な ど に保護膜 、 絶縁膜 な ど の機能 を 持 っ た 薄膜 を 成形 さ せ る こ と が 出 来 る 。

ガ ス 反応 装置 1 2 、 マ ス フ ロ ー 1 3 は配管 に よ り 接続 さ れ て い る 。 ガ ス A は マ ス フ ロ ー 1 3 に よ り 流量調整 さ れ ガ ス 自 身 の 持 つ 圧力 に よ り ガ ス 反応装置 1 2 に 送 ら れ、 電気 ヒ ー タ 1 4 に よ り 加 熱 さ れ る 。 電気 ヒ ー タ 1 4 は ヒ ー タ 制御部 1 5 に よ っ て温度制 御 さ れ る 。 ガ ス 反応装置 1 2 で反応温度 ま で加熱 さ れ た反応 ガ ス A は 、 ガ ス 自 身 の持つ圧力 に よ り 配管 を通 っ て集積室 1 7 に 供給 さ れ 、 集 積室 1 7 に 設定 さ れ た被処理体 1 6 ま で送 ら れ る 。 配管 は 高温 に 耐 え ら れ る 金属 、 セ ラ ミ ッ ク な ど で 製作 さ れ る 。 集積室 1 7 で は 、 特 に ガ ス の 加 熱 を 必要 と し な い た め 、 そ の ま ま で 、 被処理体 1 6 の表 面改質が 可能 に な る 。 こ の た め 、 被処理体 1 6 は低温度 で の 表面改質が 可能 で あ る 。 ま た 、 集積室 1 7 は容器 1 1 の よ う な 耐 高温 の材質で な く て も 製作す る こ と が 可能 に な り 、 真空度 を 保 持 す る 必要 は必ず し も な い。反応 炉 を必要 と し な い の で 、同 時 に 反応 炉 で 消 費す る エ ネ ル ギ ー を 不用 と す る 。

こ の フ ロ ー で は 開 放系 で の 表面改 質処理 が 可能 に な り 、 被処理 体 1 6 の 大気圧 下 で の 連続処理 が 可能 に な る 。

被処理体 1 6 の 表面処理が 終 わ っ た 後 の 反応 ガ ス は ガ ス 自 身 の 持 つ圧力 に よ り 集積室 1 7 の 外へ排気 さ れ る 。

第 1 1 図 、 第 1 2 図 いず れ の 実施例 に お い て も 、 ガ ス 反応装 置

1 2 に は 、 先 に 混合流路 の構造 と し て詳述 し た 図 7 か ら 図 1 0 に 記載 さ れ た も の と 同様 の ガ ス 反応 流 路 が 設 け ら れ て い る 。

ガ ス A は 、ガ ス 反応装置 1 2 の供給流路 2 2 よ り 供給側 の タ ン ク 2 6 に入 る 。 タ ン ク 2 6 内 で衝突 し た ガ ス A は 、 タ ン ク 2 6 に 接続 さ れた複数 の 連通 流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て 該連通 流 路 の 流 出 口 2 9 よ り 一段 目 の 環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 か ら 該環 状 流路 2 4 に 入 り 、 環状流路 2 4 の壁面 に衝突 し 、 又 異 な る 流入 口

3 1 力 ら 入 っ た ガ ス A 同 士 が衝突す る 。

同 様 に 高速 の ガ ス は 、一段 目 の環状流路 2 4 の 流 出 口 3 2 力ゝ ら 、 該環状流路 2 4 に接続 さ れ た複数の 違通 流路 2 5 の 流入 口 2 8 を 通 っ て 該連通 流路 の 流 出 口 2 9 よ り 2 段 目 の 環状流路 2 4 の 流入 口 3 1 を 通 っ て 該環状流 路 2 4 に 入 り 、 環状流路 2 4 の 壁面 に 衝 突す る と と も に 異 な る 流入 口 か ら 入 っ た ガス A 同 士 が衝突す る 。 こ れ を 同様 に繰 り 返 し て 最終 の 環状流 路 2 4 に接続 さ れ た複数 の 連通 流路 2 5 の 流入 口 2 8 を通 っ て 該連通流路 の 流 出 口 2 9 よ り タ ン ク 2 7 に 入 る 。 タ ン ク 2 7 の 内 面 に衝突 し た ガ ス A は排 出 流 路 2 3 よ り 排 出 さ れ る 。

容器 1 1 内 に 設置 さ れ た ガ ス 反応装置 1 2 を 電気 ヒ ー タ 1 4 な ど に よ り 加 熱す る と 、 流 路 2 1 内 の ガ ス A は ガ ス の衝突乱流運動 に よ り 均一 に加 熱 さ れ る の で 、 均一混合 、 均一温度 の 大量 の 反応 ガ ス を 効 率 よ く 発 生 さ せ る こ と が 出 来 る 。 電気 ヒ ー タ 1 4 は ヒ ー タ 制 御部 1 5 に よ り 反応 に適正 な 温度 に 制御 さ れ る 。

ガ ス 反応装置 1 2 及 び容器 1 1 は 電気 ヒ ー タ 1 4 の 高温 に 耐 え ら れ る 金属 、セ ラ ミ ッ ク な ど で製作 さ れ る 。

環状流路 の 段数 、電気 ヒ ー タ の 温度調整 を す る こ と で ガ ス A の 反応度 を 制 御 で き る 。

電気 ヒ ー タ 1 4 の 代 わ り に石油 、 天然 ガス な ど の バ ー ナー に よ る 火力 や 、 マ イ ク ロ 波加 熱、 誘導加 熱 な ど を使用 し て も よ い 。 ま た 特 に 反応 ガ ス の 温度 の 制 御 を必要 と し な い場合 は 、 エ ン ジ ン 、 燃料電池 な ど 力ゝ ら の 各種排熱 も 利 用 で き る 。

第 1 3 図 .記載 の 実施例 は 、 第 1 2 図 記載 の 実施例 に お い て 、 集 積室 1 7 を 複数設置 し た 以外 は第 1 2 図 記載 の 実施例 と 同様で あ る 。

ガ ス 反応装置 1 2 の 特性 に よ り 大量 の 反応 ガ ス の発生 が 可能 で あ る の で 、 一 つ の ガ ス 反応装置 1 2 で集積室別 に 同種 あ る レヽ は別 種 の 被処理体 の 表面改質処理 な ど が 可能 に な る 。

第 1 4 図 記載 の 実施例 は 、 第 1 2 図 記載 の 実施例 に お い て 、 被 処理体 1 6 を利 用 し て集積室 1 7 を省 略 し て も 被処理体 1 6 の 表 面改質 を 可能 に す る シ ス テ ム で あ る 。 1 例 と し て 単数 あ る い は 複 数 の配 管 な ど の 被処理体 1 6 の 内表面 に 、 ガ ス 反応装置 1 2 力 ら の 反応 ガ ス を 直接供給 し て 管 内 の 表面改質 を 行 い 、 必要 と す る 部 分 だ け の 強度 （耐摩耗性、 硬 さ 等） ゃ耐環境性 （ 耐食性、 耐熱性 等） を 向 上 さ せ た り 、 機能 （導電性、 絶縁性、 磁性等） を 付与 す る こ と が 出 来 る 。 こ の 方法 に よ り 集積室 1 7 を 不用 と す る ば 力 り か 、 機能 を 必要 と す る 部分 だ け に 選択 的 に 表面改質 を さ せ る こ と が 可能 に な る 。

以上 の 第 1 1 図 か ら 第 1 4 図 記載 の 実施例 の ガ ス 反応装置 に は 第 7 図 力ゝ ら 第 1 0 図 に記載 し た ガ ス 反応 流路 が 設 け ら れて い る 。 ガ ス 反応流路 の 構成 に つ い て は 、 ガ ス 混合装置 に 用 い る 混合流 路 の 構成 と 同様 で あ る 。 ま た 、 そ の 内 部 を ガ ス が 流れ る 状況 は 第 1 図 か ら 第 6 図 に 記載 し た ガ ス 混合装置 の 実施例 に つ い て説 明 し た と こ ろ と 同様 で あ る 。 産 業上 の利用 可能性

以上の よ う に、 本発明 にかかる ガス混合装置、 ガス反応装置及び表 面改質装置は、 様々 な用途においてガス の混合、 反応を させ る 装置 と して、 ま た材料の表面を改質する 装置 と して有用 であ り 、 特に化学反 応 工程や半導体製造工程等 で用 い る 、 ガ ス の 混合装置、 ガ ス の 反 応装置及び半 導体 ウ ェ ハーや ガ ラ ス 基板 な ど の表面処理 を し た り 部 品 、工具類 の表面処理 な ど に 用 い る 表面改質装置 に適 し て い る 。

Claims

請求 の 範 囲

1 . 周 方 向 に 連 通 し た 環 状 流 路 と 、 こ の 環 状 流 路 に お け る 流 入 口 と 流 出 口 の 位 置 が 周 方 向 に ず れ る よ う に 前 記 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 複 数 の 流 入 口 及 び 流 出 口 と 、 環 状 流 路 に 形 成 さ れ た 前 記 流 入 口 又 は 前 記 流 出 口 に 連 通 し た 複 数 の 連 通 流 路 と か ら な る 混 合 流 路 と 、 該 混 合 流 路 に 連 通 さ れ た 流 体 の 供 給 流 路 お よ び 排 出 流 路 と を 備 え た ガ ス 混 合 装置 。

2 .複数並列状態 で配置 さ れ周 方 向 に 連通 し た複数 の 環状流路 と 、 こ の 環状流 路 に お け る 流入 口 と 流 出 口 の位置 が周 方 向 に ずれ る よ う に 前記環状 流路 に形成 さ れ た複数 の 流入 口 及 び流 出 口 と 、 異 な る 環状流路 に 形成 さ れ た 前記流入 口 と 前記流 出 口 と を連通 し た 複 数 の連通流 路 と か ら な る 混合 流路 と 、 該混合 流路 に連通 さ れた 流 体 の 供給流 路 お よ び排 出 流 路 と を備 え た ガ ス 混合装置。

3 . ガ ス の 供給装置 を 供給流 路 に接続 し た請 求 の 範 囲 1 又 は 2 記 載 の ガ ス 混合装置。

4 . 混合流 路 を加熱す る 加 熱手段 を備 え た 請 求 の 範 囲 1 、 2 又 は 3 記載 の ガ ス 混合装置。

5 . 複数 の ガ ス を 流入 し 混合 ガ ス を 排 出 す る 真空ェ ジ ェ ク タ の ガ ス 排 出 口 を 供給流路 に接続 し た請求 の 範 囲 1 、 2 、 3 又 は 4 記 載 の ガ ス 混合装置。

6 . 請求 の 範 囲 1 、 2 、 3 、 4 又 は 5 記載 の ガ ス 混合装置 の 排 出 流 路 に ガ ス 反応炉 を接続 し た ガ ス 反応装置。

7 . ガ ス 反応 炉 の反応 ガス 排 出 口 に ポ ン プ を接続 し た 請求 の 範 囲 6 記載 の ガ ス 反応装置。

8 . 周 方 向 に 連通 し た環状流路 と 、 こ の環状 流路 に お け る 流入 口 と 流 出 口 の位置が 周 方 向 にずれ る よ う に 前記環状流路 に形成 さ れ た複数 の 流入 口 及 び流 出 口 と 、 環状流路 に形成 さ れた 前記 流入 口 又 は 前記 流 出 口 に 連通 し た複数 の 連通流 路 と か ら な る ガ ス 反 応 流 路 と 、 該 ガ ス 反応 流路 に連通 さ れた 流体 の供給流路お よ び排 出 流 路 と を備 え た ガ ス 反応装置。

9 .複数並列 状態 で配置 さ れ周 方 向 に連通 し た複数 の 環状-流路 と 、 こ の 環状流 路 に お け る 流入 口 と 流 出 口 の位置 が 周 方 向 に ずれ る よ う に 前記環状流路 に形 成 さ れ た複数 の 流入 口 及び流 出 口 と 、 異 な る 環状流路 に 形成 さ れ た 前記流入 口 と 前記流 出 口 と を 連通 し た 複 数 の連通 流 路 と か ら な る ガス 反応流路 と 、 該 ガ ス 反応流路 に 連 通 さ れ た 流体 の 供給流路 お よ び排 出 流路 と を備 え た ガ ス 反応装置。

1 0 . ガ ス の 供給流路 に タ ン ク を接続 し た請求 の 範 囲 8 又 は 9 記 載 の ガ ス 反応装置。

1 1 . ガ ス の排 出 流路 に タ ン ク を接続 し た請求 の 範 囲 8 、 9 又 は 1 0 記載 の ガ ス 反応装置。

1 2 . ガ ス 反応 流路 を加熱す る 加 熱手段 を備 え た 請求 の 範 囲 8 、 9 、 1 0 又 は 1 1 記載 の ガ ス 反応装置。

1 3 . ガ ス 反応流路 に ガ ス を 供給す る 手段 を 備 え た請求 の 範 囲 8 、 9 、 1 0 、 1 1 又 は 1 2 記載 の ガ ス 反応装置。

1 4 . 請求 の 範 囲 6 、 7 、 8 、 9 、 1 0 、 1 1 、 1 2 又 は 1 3 記 載 の ガ ス 反応装置 の排 出 流路 を集積室 に接続 し た表面改質装置。