(57)【要約】  制御された送出とガスの混合が望ましくなるまで、２種のガスを別個に移送するシステムで、その装置がシールされた高温材料を用いて、２種のガスの間の分離を維持する。又、ガスの混合を許さないガス流路を含む形状になっている。本発明の設計では要素間の境界にシールを設けている。外側リングと内側スプールが一緒に組立てられて、単一要素を形成し、最初は分離されている２種のガスの流入を受入れ、次ぎに２種のガスを別個に含み、出口面に移送する。そこで、出口が２種のガスを混合させ、要素を出るときに、制御する形で反応させる。両方のガスの入口はスプールの片側に位置している。その出口は集中的な、交互の、完全に離散的なアレー又はグリッド状のパターンで、スプールの反対側に形成される。
2007513762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の加工体を通って２種のガスを別個に移送するための装置で、
流入面が付いた流入プレート及び流出面が付いた流出プレートを有する第一の要素、その流入及び流出のプレートがお互いから離すように間隔を設け、内部が少なくとも部分的に第一の要素の外部に露出した周辺部を有する内部を形成しており、第一の要素が、周辺部からアクセスでき、流入プレートと流出プレートの間に伸びている複数の一体コラムも有しており、
第一のガスを移送するために、第一組の通路がプレートのそれぞれの中に形成され、かつ、流入面と流出面の間に少なくとも一部のコラムを通って連続的に伸びており、
第二のガスを移送するために、第二組の通路がプレートのそれぞれの中に形成され、流入面と流出面の間の内部の中の少なくとも一部のコラムの周囲で連続的に伸びていて、第二組の通路が第一組の通路から完全に流体的に分離されており、
第二の要素が、第一の要素の内部をシールするために、第一の要素に固定され、かつ、第二組の通路を捕捉して、単一の要素を形成して、２種の最初は別個のガスを受入れて、その２種のガスを別個に流入面から流出面に移送して、流出面を出る時点で、制御された状態で、２種のガスが混合し、反応する、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
第一及び第二の要素の両方が、グラファイト、ＳｉＣ及び熱分解性のグラファイトをコーティングしたグラファイトから成るグループから選んだ高温材料から形成されたことを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項３】
第一組の通路がお互いに平行で直線的な軸方向の開口部から成っていることを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項４】
流入及び流出のプレートがお互いに平行であり、第一組及び第二組の通路が流入面及び流出面の両方で、同一平面になっていることを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項５】
第一の要素が内側スプールであり、第二の要素が外側リングであり、内側スプールと外側リングが共に円筒形で、内側スプールの周辺部が内側スプールの内部を、その外周付近で露出していて、単一の要素を形成するために、外側リングが内側スプールの周辺部にねじ込みによるシールを行っていることを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項６】
流入面で、第二組の通路が周辺部に隣接した円内に形成され、中央にグリッド状のアレーで形成された第一組の通路を囲み、又、流出面で、第一組及び第二組の通路が中央の、交互の、グリッド状のアレー内に完全に散在してことを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項７】
流入面で、第一組の通路と比較して、第二組の通路の寸法が大きく、数が少ないこと、及び、流出面で、第一組及び第二組の通路の大きさと数がほぼ等しいことを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項８】
第一の要素の内部の中のコラムが第二組の通路内の複数のスロット、キャビティ、チャンネル及びトラフを定義していることを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項９】
第一組及び第二組の通路が材質的シールのコーティングにより分離され、機構的シールが存在しないことを特徴とする請求項１に記載された装置。
【請求項１０】
単一の加工体を通って２種のガスを別個に移送するための装置で、
流入面が付いた流入プレート及び流出面が付いた流出プレートを有する第一の要素、その流入及び流出のプレートがお互いから離すように間隔を設け、少なくとも部分的に第一の要素の外部に露出している周辺部を有する内部を形成していて、第一の要素が、周辺部からアクセスでき、流入プレートと流出プレートの間に伸びている複数の一体コラムも有しており、
第一のガスを移送するために、第一組の通路がプレートのそれぞれの中に形成され、かつ、流入面と流出面の間にある少なくとも一部のコラムを通って連続的に伸びており、
第二のガスを移送するために、第二組の通路がプレートのそれぞれの中に形成され、流入面と流出面の間の内部の中の少なくとも一部のコラムの周囲で連続的に伸びていて、又、第二組の通路が第一組の通路から完全に流体的に分離されているので、第一組及び第二組の通路が、機構的シールが存在しなくても、材質的シールのコーティングにより分離されており、
第二の要素が、第一の要素の内部をシールするために、第一の要素に固定され、かつ、第二組の通路を捕捉して、単一の要素を形成して、２種の最初は別個のガスを受入れて、その２種のガスを別個に流入面から流出面に移送して、流出面を出る時点で、制御された状態で、２種のガスが混合し、反応し、
第一及び第二の要素の両方が、グラファイト、ＳｉＣ、熱分解性グラファイトをコーティングされたグラファイトから成るグループから選択された高温用材料から形成されることを特徴とする装置。
【請求項１１】
流入及び流出のプレートがお互いに平行で、第一組及び第二組の通路が流入面及び流出面の両方で共通平面になっていて、第一組の通路がお互いに平行で、直線的で、軸方向の開口部を含んでいることを特徴とする請求項１０に記載された装置。
【請求項１２】
第一の要素が内側スプールであり、第二の要素が外側リングであり、内側スプールと外側リングは両方とも円形であり、内側スプールの周辺部が、その外周付近で、内側スプールの内部を完全に露出する、そして、外側リングが、単一の要素を形成するために、内側スプールの周辺部にねじ込みによるシールを行うことを特徴とする請求項１０に記載された装置。
【請求項１３】
流入面で、第二組の通路が周辺部に隣接した円形内に形成され、又、中央のグリッド状アレー内に形成され、又、中央の、グリッド状のアレー内に形成された第一組の通路を囲む。又、流出面で、第一組及び第二組の通路が中央の、交互の、グリッド状のアレー内で完全に散在していることを特徴とする請求項１０に記載された装置。
【請求項１４】
流入面で、第一組の通路と比較して、第二組の通路の寸法が大きく、数が少ないこと、及び、流出面で、第一組及び第二組の通路の大きさと数がほぼ等しいことを特徴とする請求項１０に記載された装置。
【請求項１５】
第一の要素の内部の中のコラムが第二組の通路内の複数のスロット、キャビティ、チャンネル及びトラフを定義していることを特徴とする請求項１０に記載された装置。
【発明の詳細な説明】
【優先権主張】
【０００１】
本特許出願書は２００３年１２月９日受付の米国仮特許出願書Ｎｏ．  ６０／５２８，２７８（特許文献１）に基づく優先権を主張している。それは参考用として本出願書に組込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は全体としてガス（ｇａｓ）の混合制御に関する。特に、加工体を通過する間に好ましくないガス混合を生じないで高温用加工体を通過する２種類のガス送出を制御するための改良されたシステム、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
ある産業用の用途で、非常に高い温度で制御された雰囲気内で２種類のガスを混合し、反応させなければならない。しかしながら、非反応性材料で作られた要素を用いて２種類のガスの間の分離を維持することは少なくとも２種の理由で有意な障害がある。第一に、（グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）のような高温材料は多くの場合多孔質でガスのバリア（ｂａｒｒｉｅｒ）を形成するためにシール（ｓｅａｌ）又はコーティング（ｃｏａｔｉｎｇ）を必要としている。これは材料表面型シール（ｓｅａｌ）又は材質的シール（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｓｅａｌ）である。第二に、ガス混合を許さないガス流路を含む形状に高温用加工体を製造し、組立てることは以前には成功していない。最大の困難のひとつは要素間の境界でのシールである（例えば、要素対要素のシール）。従来の設計では、別個のガスが材質的シール領域と要素境界シール領域の両方を通る流路を設けていた。これらの領域のどちらのタイプでも密封技術は重要である。そして、そして、両タイプの領域を一緒にシールすることは現在まで設計と製造の両方の技術を避けていた。
【０００４】
例えば、特許文献２では、低温で水と除草剤を混合するための多経路混合装置を開示している。しかしながら、特許文献２はある程度の混合を避けられない多数の境界面とシールを形成する多くの別個の要素を用いている。特許文献３は作動領域内の境界とシールが類似している紡糸口金の混合要素を開示している。これらの装置は非常に反応性が強いガスに対する高温シールでさえ形成できていない。プロセス（ｐｒｏｃｅｓｓ）（例えば、半導体の処理特にエッチング（ｅｔｃｈｉｎｇ））を容易にするために化学反応にガス流を用いるとき、反応性薬品ガスを扱い、かつ、処理領域に移送することが多くの場合困難になる。さらに、反応自体が、ガスを移送し、処理で反応しない又は干渉しないために、カーボン（ｃａｒｂｏｎ）、ガラス又はセラミックのような高温材料を必要としている。それゆえ、加工体を通過する間に好ましくないガスの混合を生じないで高温用加工体を通過する２種類のガスの送出を制御するための改良された解決策が望ましい。
【特許文献１】米国仮特許出願書第６０／５２８，２７８号
【特許文献２】米国特許第６，１３２，０７９号明細書
【特許文献３】米国特許第２，８１５，５３２号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
移送とガス混合を制御するために、お互いに分離しあった２種類のガスを移送するためのシステム、方法及び装置の一実施例が開示されている。この設計及び製造の方法はグラ
ファイト又はシリコン・カーバイド（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｃａｒｂｉｄｅ）（ＳｉＣ）のような要素として、高温材料を用いている。本発明は、混合前に２種のガスの分離を維持することに関連した従来技術のエンジニアリング（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）、設計及び製造の問題を克服する基本的要件に適合する生産可能な製造方法を提供する。両方のガスを一要素に送る流路を製造することにより、本発明のリング（ｒｉｎｇ）とスプール（ｓｐｏｏｌ）の設計が両シール技術を結合するリスク（ｒｉｓｋ）と困難を最小限にする。
【０００６】
本発明の一実施例で、外側リングと内側スプールから成る２部品設計が提供される。２部品を組合わせて（例えば、ねじ等）、２種類のガス用の単一シャワーヘッド（ｓｈｏｗｅｒ  ｈｅａｄ）要素を形成し、２種の最初は分離していたガスの流入を受入れ、２種のガスを別個に含み、かつ、出口面に移送する。その出口により２種のガスを混合でき、その要素からの流出時点で制御された反応をする。両方のガスの入口はスプールの片側に位置している。第一のガスの入口が小さく、スプール上の中央グリッド・アレー（ｇｒｉｄ
ａｒｒａｙ）に位置している。そして、第二のガスの入口が大きく、円形アレー内でスプール周辺に位置している。出口はスプールの反対側の面に、集中して、交互に、完全離散的なアレーで、又は、グリッド状パターンで、形成される。
【０００７】
スプールの外観は間隔を置いて離れている多数の一体成形コラム（ｃｏｌｕｍｎ）により分離された２枚のプレート（ｐｌａｔｅ）である。第二のガスはスプールの下面を出る前に、プレート間のその周辺部近くとスプール外周にある楕円形スロット（ｓｌｏｔ）を通って流れる。第二のガスは材質的シール（例えば、コーティング）により、機構的シール（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｅａｌ）が存在しなくても、第一のガスから分離されている。第一のガスはコラム内の穴を通過する。そこで、第二のガスが流路内を流れ、コラムの間を通る。そこで、第一のガス流はスプールの上面から下面に直接通過する。一方、第二のガスはスプールの下面を出る前にスプールの周辺からコラムを通過して流れ、充填する。スプール付近は製造中にアクセス（ａｃｃｅｓｓ）するために開放したままにする必要があり、リングがスプールに係合して、その開放的な周辺部（及び内部）をシールし、又、スプールから第二のガスが逃げ出すのを防止している。第二のガスはスプールとリングの両方に接触するだけである。スプールとリングの間のシールは機械的であり、そこを通る漏洩は、第一のガスとの混合を生じない。
【０００８】
本発明の前述の又その他の目的と利点は、添付した請求項と添付した図面を関連させて、以下の本発明の詳細説明を見れば、当業者に明らかであろう。
【０００９】
本発明の特徴と利点及びこれから明らかになる他の事項が、上記で簡略に示した本発明についてのさらに特別な説明と、本明細書の一部を形成している添付図面内に示されたその実施例を参照することで得られる。しかしながら、図面は本発明の実施例を例示したに過ぎず、それゆえ、本発明が他の同等に有効な実施例を認めている範囲を限定するものとして見なすべきでないことを留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１−６を参照すると、加工体を通過しているときにガスを混合しないで、装置又は加工体２１を通って、２種類のガスを別個に移送する装置、システム及び方法の一実施例が開示されている。加工体２１は２要素２３、２５から成り、好ましくは、それらはそれぞれ別個に又は独立して材料の中実ブロック（ｂｌｏｃｋ）から機械加工されて２個の完全に一体化された構造を形成する。第一の要素２３は流入面３３を伴う流入プレート３１を有し（図３）、又、流出面３７を伴う流出プレート３５を有した円筒形のスプールである。流入プレート３１及び流出プレート３５はお互いに間隔を置いていて、周辺部３９を付けた内部を形成していて、その周辺部３９は第一の要素２３の外部に少なくとも部分的に露出している。
【００１１】
さらに、第一の要素２３は複数の一体ポスト（ｐｏｓｔ）又はコラム４１を有している。コラム４１は流入プレート３１及び流出プレート３５の間に伸びていて、切削加工及び他の加工の目的で、周辺部からアクセスできる。示された実施例で、長方形コラムが周辺部３９から半径方向内向きに間隔を設けている。第一の要素２３の内部にあるコラム４１が、下記のような一組の通路４５のために、複数のスロット（ｓｌｏｔｓ）、キャビティ（ｃａｖｉｔｉｅｓ）、チャンネル（ｃｈａｎｎｅｌｓ）、トラフ（ｔｒｏｕｇｈｓ）を形成している。
【００１２】
第一組の通路４３（例えば、ガス流路）がプレート３１、３５のそれぞれの中に形成される。そして、流入面３３及び流出面３７の間のコラム４１の少なくとも一部（及び、一実施例では全て）を通って連続的に伸びている。第一組の通路４３が第一のガスを移送するために設けられている。一実施例で、第一組の通路４３は直線的で軸方向の開口部から成り、その開口部がお互いに平行である。第二組の通路４５はプレート３１、３５のそれぞれに形成される。そして、流入面３３と流出面３７の間で迷路状の内部のコラム４１の少なくとも一部の廻りに連続的に伸びている。第二組の通路４５が第二のガスを移送するために設けられていて、第一組の通路４３からは流体的に分離されている。一実施例で、流入プレート３１と流出プレート３５はお互いに平行で、第一組と第二組の通路４３、４５が流入面３３と流出面３７の両方で同一面になっている。
【００１３】
流入面３３で、第二組の通路４５が周辺部３９の近くの円内に形成され、第一組の通路４３を囲む。第一組の通路４３は中央のグリッド状アレー内に形成されている。さらに、流入面３３で、第一組の通路４３と比較して、第二組の通路４５が大きな寸法で、数が少ない。流出面３７では、第一組及び第二組の通路４３、４５は、示されている集中して、交互に、グリッド状のアレーの中に完全離散されている。さらに、流出面３７では、第一組及び第二組の通路４３、４５が大きさと数がほぼ等しい、
第二の要素２５は円筒形リング（ｒｉｎｇ）で、第一要素２３の内部をシールするために第一の要素２３に固定し、又、単一の要素又は加工体２１を形成するために第二組の通路４５を捕捉する。示されている実施例で、リング２５は、スポーク（ｓｐｏｋｅｓ）２６により分離された複数のチャンバー（ｃｈａｍｂｅｒｓ）を有していて、外側のポート（ｐｏｒｔｓ）２８とエッジ・ポート（ｅｄｇｅ  ｐｏｒｔｓ）３０を伴っている。
【００１４】
組立時に、加工体２１が２種の最初は分離されていたガスを受入れる。そして、その２種のガスを分離状態で流入面３３から流出面３７に移送する。そして、流出面３７を流出する時点で、制御された形でその２種のガスが混合して、反応する。示された実施例で、第一の要素２３は内側スプールであり、第二の要素２５は外側リングである。内側スプール２３の周辺部３９がその周辺近くの内側スプール２３の内部を完全に露出している。そして、単一要素２１を形成するために、内側スプール２３の周辺部３９に外側リング２５がねじ込みによるシールを行う（図６）。
【００１５】
第一組及び第二組の通路４３、４５が、機構的シール（ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｓｅａｌ）の存在無しに材質的シールのコーティングにより分離されている。リング２５がスプール２３に係合して、その開放的環境３９（及び内部）をシールする。そして、スプール２３からの第二のガスの漏洩を防止する。第二のガスのみがスプール２３とリング２５の両方に接触する。スプール２３とリング２５の間のシールはメカニカルである。そして、そこを通過する第二のガスの漏洩では第一のガスとの混合を生じない。
【００１６】
運用面では、加工体２１は２種のガスの別個の分散のために２組４３、４５の入口と出口を有している単一アセンブリー（ａｓｓｅｍｂｌｙ）から成っていて、それらは混合と同時に反応する。加工体２１はいくつかの材料から形成されるが、特に、作動材料用とし
てシリコン（Ｓｉ）、シリコン・カーバイド（ＳｉＣ）、石英、アルミニウム、グラファイト及び鋼を必要とする（非常に高温で、非常に反応性の環境を有する半導体の用途のような）高温用途に適合している。一実施例では、本発明は、熱分解性のグラファイトをコーティングしたグラファイトから形成される。理想的には、本発明の２要素２３、２５（即ち、リングとスプール）が、それぞれグラファイト又はＳｉＣの中実の平板から機械加工をされる。
【００１７】
例えば、本発明の要素２３、２５は以下のステップに基づいて、熱分解性のコーティングをしたグラファイトを用いて加工しうる：（１）加工後に組立てられる多数の要素内に２種のガス流路を機械加工されたグラファイト、そのグラファイトの組立は、複雑な形状、特に、他の多くの製造手段では可能でない内部機能と外装を有する形状を製造する独自の加工の選択肢を提供する加工ステップである。（２）多くの用途で利点を提供する純度、（３）熱分解性のコーティングが多孔質グラファイト要素の表面でのシールを行う。要するに、機械加工したグラファイトがコア（ｃｏｒｅ）又は基板になり、熱分解性カーボン（ｃａｒｂｏｎ）の層がその用途内のガス流との機能的境界になる。（４）組立は機能に必要な２種のガス流路の物理的形状を完成させる加工ステップである。
【００１８】
代替的一実施例で、（１）本発明は上記と同じ第一のステップによりＳｉＣから加工される。そして（２）ほぼネット（ｎｅｔ）の形状になっている要素を加工する独特で経済的な方法を提供するために多孔質ＳｉＣに転換する。これには、処理中にＳｉを導入することにより、機械加工により供給されたカーボン（ｃａｒｂｏｎ）、及び（又は）、組立てられたグラファイトのＳｉＣへの化学気相転換（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）（ＣＶＣ）が含まれる。（３）ＳｉＣのアセンブリーは加工の選択肢である。（４）ＳｉＣ研削（二次的機械加工）はＣＶＣプロセスでは実現できない高精度の特徴を提供する加工ステップである。ほぼネット（ｎｅｔ）の形状の精度が不十分なときにＳｉＣの機械加工が用いられる。（５）ＳｉＣコーティングは上記（２）で作られた多孔質のＳｉＣ上に非多孔質の層のＳｉＣを用いる加工ステップである。化学気相堆積（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｏｎ）（ＣＶＤ）がＳｉＣの層を堆積する。差異又は利点はその適用が多孔質材料又は非多孔質材料を必要としているかどうかの関数である。（６）ＳｉＣ改善プロセスはステップ（２）からの多孔質ＳｉＣを改善するために用いられる。改善プロセスには多孔質のＳｉＣの穴をＳｉ又はＳｉＣで充填することが含まれる。
【００１９】
本発明はいくつかの利点を有していて、それには、ガス対ガスのシールからマテリアル・タイプのシールのみに低減する能力が含まれる。これは、両方のガスをひとつの要素（例えば、スプール）に送るための別個の流路を製造することにより実現する。この設計が要素対要素のシール領域を一種のみのガスに低減する。さらに、本発明はさらに設計の各要素の材料（例えばグラファイト）の多孔性を独自に加工して、シールする製造方法を提供している。
【００２０】
本発明はその形態の一部のみを示し、記述しているが、当業者であれば、そのように限定せず、本発明の範囲から逸脱することなく種々の変更を行なえることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に基づいて構築された装置の一実施例で、上方からの等角図法の図である。
【図２】図１の装置の下方からの等角図法の図である。
【図３】図１の装置のリング及びスプールの上方からの等角図法の分解図である。
【図４】図３のスプールの上方からの等角図法の四分の一の分解図である。
【図５】図３のスプールの十分に上方からの等角図法の四分の一の分解図である。
【図６】図１の装置を構成し、組立てられたリング及びスプールの十分下方からの等角図法の四分の一の断面図である。
【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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【国際調査報告】
2007513762.tif 000009
2007513762.tif 000010