(57)【要約】  粒子生産システムにおいて流体を再循環させるための方法及びシステムを提供する。反応器は、反応粒子混合気体を生成する。急冷チャンバは、調整流体を反応粒子混合気体と混合し、複数の前駆体物質粒子及び出力流体を含む冷却粒子混合気体を生成する。フィルタエレメントは、出力流体をフィルタリングし、フィルタ処理出力を生成する。温度調整モジュールは、フィルタ処理出力の温度を調整し、温度が制御されたフィルタ処理出力を生成する。含有率制御モジュールは、温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率を調整し、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成する。チャンネルエレメントは、反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための調整流体として、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を急冷チャンバの流体インレットに供給する。
2010526664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）
１．前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体を生成し、
２．調整流体を用いて、上記反応粒子混合気体を急冷し、複数の前駆体物質粒子と、上記調整流体を含む出力流体とを含む冷却粒子混合気体を生成する粒子生成コアと、
（ｂ）上記粒子生成コアに流体的に接続され、
１．上記粒子生成コアから上記冷却粒子混合気体が供給され、
２．上記冷却粒子混合気体から上記複数の前駆体物質粒子を除去し、上記出力流体を含むフィルタ処理出力を生成し、
３．独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含む上記フィルタ処理出力の該第１の流体対該第２の流体の比である含有率を調整し、含有率調整フィルタ処理出力を生成し、
４．上記反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための上記調整流体として、上記含有率調整フィルタ処理出力を粒子生成コアに流す流体再循環システムとを備える粒子生産システム。
【請求項２】
上記粒子生成コアは、
上記前駆体物質及び上記処理ガスが供給され、上記処理ガスを励起し、プラズマを形成し、該プラズマを上記前駆体物質に作用させて、上記反応粒子混合気体を生成する粒子生成反応器と、
上記粒子生成反応器に流体的に接続され、該粒子生成反応器から、上記反応粒子混合気体が供給され、上記再循環システムから、上記調整流体として上記含有率調整フィルタ処理出力が供給され、該供給された調整流体を該反応粒子混合気体と混合し、上記冷却粒子混合気体を生成する急冷チャンバとを備えることを特徴とする請求項１記載の粒子生産システム。
【請求項３】
上記流体再循環システムは、更に上記含有率の調整の前に、上記フィルタ処理出力の温度を調整することを特徴とする請求項１記載の粒子生産システム。
【請求項４】
上記流体再循環システムは、更に、
上記第１の流体と上記第２の流体の間の比を検出し、
上記検出された比に基づいて、上記含有率調整フィルタ処理出力における上記第１の流体又は上記第２の流体の量を調整することによって、上記フィルタ処理出力の含有率を調整することを特徴とする請求項１記載の粒子生産システム。
【請求項５】
前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体を生成する粒子生成反応器と、
流体インレットと、上記粒子生成反応器に流体的に接続されている反応混合物インレットと、冷却混合物アウトレットとを有し、上記流体インレットにおいて調整流体が供給され、上記反応混合物インレットにおいて、上記粒子生成反応器から反応粒子混合気体が供給され、該調整流体と該反応粒子混合気体とを混合し、複数の前駆体物質粒子と、上記調整流体を含む出力流体とを含む冷却粒子混合気体を生成する急冷チャンバと、
上記冷却混合物アウトレットに流体的に接続され、上記急冷チャンバから上記出力流体が供給され、該出力流体をフィルタリングして、フィルタ処理出力を生成するフィルタエレメントと、
上記フィルタエレメントに流体的に接続され、上記フィルタ処理出力の温度を調整して、温度が制御されたフィルタ処理出力を生成する温度調整モジュールと、
上記温度調整モジュールに流体的に接続され、独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含む上記温度が制御されたフィルタ処理出力の該第１の流体対該第２の流体の比である含有率を調整し、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成する含有率制御モジュールと、
上記含有率制御モジュールを上記急冷チャンバの流体インレットに流体的に接続し、上記反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための上記調整流体として、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を該急冷チャンバの流体インレットに供給するチャンネルエレメントとを備える粒子生産システム。
【請求項６】
上記粒子生成反応器は、上記前駆体物質及び上記処理ガスが供給され、上記処理ガスを励起し、プラズマを形成し、該プラズマを上記前駆体物質に作用させて、上記反応粒子混合気体を生成することを特徴とする請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項７】
上記急冷チャンバの冷却混合物アウトレットにおいて、該急冷チャンバから上記出力流体を引き込む吸引圧を発生する吸気発生器を更に備える請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項８】
上記フィルタエレメントは、上記出力流体から上記複数の前駆体物質粒子を除去し、上記フィルタ処理出力を生成することを特徴とする請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項９】
上記フィルタエレメントは、高性能微粒子フィルタであることを特徴とする請求項８記載の粒子生産システム。
【請求項１０】
上記フィルタエレメントと上記温度調整モジュールの間に流体的に接続され、上記フィルタ処理出力の圧力が所定の閾値を超えている場合、該フィルタ処理出力の圧力を低減する圧力逃しモジュールを更に備える請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項１１】
上記温度調整モジュールは、熱交換器を備えることを特徴とする請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項１２】
上記含有率制御モジュールは、
上記温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率を検出し、該検出された含有率を表す信号を生成するセンサと、
上記センサに通信可能に接続され、該センサから上記信号が供給され、該信号に基づいて、上記急冷チャンバの流体インレットに供給される、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力の含有率を調整するマイクロコントローラとを備えることを特徴とする請求項５記載の粒子生産システム。
【請求項１３】
上記含有率制御モジュールは、上記温度調整モジュール及び上記センサに流体的に接続され、上記温度調整モジュールから上記温度が制御されたフィルタ処理出力が供給され、該温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率が調整される前に、該温度が制御されたフィルタ処理出力を、一時的に貯蔵するバッファタンクを備えることを特徴とする請求項１２記載の粒子生産システム。
【請求項１４】
上記含有率制御モジュールは、上記バッファタンクと周囲の空気の間に流体的に接続され、該バッファタンクから該周囲の空気に上記第２の流体を排気する流体逃し弁を備えることを特徴とする請求項１３記載の粒子生産システム。
【請求項１５】
上記含有率制御モジュールは、
上記第２の流体を貯蔵する第２の流体供給タンクと、
上記マイクロコントローラに通信可能に接続され、該マイクロコントローラからの信号に応じて、上記第２の流体供給タンクからの上記第２の流体の一部を上記温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成する第２の流体供給弁とを備えることを特徴とする請求項１３記載の粒子生産システム。
【請求項１６】
上記含有率制御モジュールは、
上記第１の流体を貯蔵する第１の流体供給タンクと、
上記マイクロコントローラに通信可能に接続され、該マイクロコントローラからの信号に応じて、上記第１の流体供給タンクからの上記第１の流体の一部を上記温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成する第１の流体供給弁とを備えることを特徴とする請求項１５記載の粒子生産システム。
【請求項１７】
粒子生産システムにおいて流体を再循環させる流体再循環方法において、
粒子生成コアによって、前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体を生成するステップと、
上記粒子生成コアによって、調整流体を用いて、上記反応粒子混合気体を急冷し、複数の前駆体物質粒子と、上記調整流体を含む出力流体とを含む冷却粒子混合気体を生成するステップと、
上記粒子生成コアから流体再循環システムに上記冷却粒子混合気体を供給するステップと、
上記流体再循環システムによって、上記冷却粒子混合気体から上記複数の前駆体物質粒子を除去し、上記出力流体を含むフィルタ処理出力を生成するステップと、
上記流体再循環システムによって、独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含む上記フィルタ処理出力の該第１の流体対該第２の流体の比である含有率を調整し、含有率調整フィルタ処理出力を生成するステップと、
上記流体再循環システムによって、上記反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための上記調整流体として、上記含有率調整フィルタ処理出力を粒子生成コアに流すステップとを有する流体再循環方法。
【請求項１８】
上記粒子生成コアは、
上記前駆体物質及び上記処理ガスが供給され、上記処理ガスを励起し、プラズマを形成し、該プラズマを上記前駆体物質に作用させて、上記反応粒子混合気体を生成する粒子生成反応器と、
上記粒子生成反応器に流体的に接続され、該粒子生成反応器から、上記反応粒子混合気体が供給され、上記再循環システムから、上記調整流体として上記含有率調整フィルタ処理出力が供給され、該供給された調整流体を該反応粒子混合気体と混合し、上記冷却粒子混合気体を生成する急冷チャンバとを備えることを特徴とする請求項１７記載の流体再循環方法。
【請求項１９】
上記流体再循環システムによって、上記含有率の調整の前に、上記フィルタ処理出力の温度を調整するステップを更に有する請求項１７記載の流体再循環方法。
【請求項２０】
上記流体再循環システムによって、上記第１の流体と上記第２の流体の間の比を検出するステップと、
上記流体再循環システムによって、上記検出された比に基づいて、上記含有率調整フィルタ処理出力における上記第１の流体又は上記第２の流体の量を調整することによって、上記フィルタ処理出力の含有率を調整するステップとを更に有する請求項１７記載の流体再循環方法。
【請求項２１】
粒子生産システムにおいて流体を再循環させる流体再循環方法において、
粒子生成反応器によって、前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体を生成するステップと、
流体インレットにおいて、急冷チャンバに調整流体を供給し、反応混合物インレットにおいて、上記粒子生成反応器から該急冷チャンバに反応粒子混合気体を供給するステップと、
上記急冷チャンバによって、上記調整流体と上記反応粒子混合気体とを混合し、複数の前駆体物質粒子と、上記調整流体を含む出力流体とを含む冷却粒子混合気体を生成するステップと、
上記急冷チャンバから上記出力流体をフィルタエレメントに供給し、該フィルタエレメントによって、該出力流体をフィルタリングして、フィルタ処理出力を生成するステップと、
上記フィルタ処理出力を温度調整モジュールに供給し、該温度調整モジュールによって、該フィルタ処理出力の温度を調整して、温度が制御されたフィルタ処理出力を生成するステップと、
独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含む上記温度が制御されたフィルタ処理出力を含有率制御モジュールに供給し、該含有率制御モジュールによって、該第１の流体対該第２の流体の比である含有率を調整し、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するするステップと、
チャンネルエレメントによって、上記反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための上記調整流体として、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を上記急冷チャンバの流体インレットに供給するステップとを有する流体再循環方法。
【請求項２２】
上記反応粒子混合気体を生成するステップは、
上記粒子生成反応器によって、上記処理ガスを励起し、プラズマを形成するステップと、
上記粒子生成反応器によって、上記プラズマを上記前駆体物質に作用させて、上記反応粒子混合気体を生成するステップとを有することを特徴とする請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２３】
吸気発生器によって、上記急冷チャンバの冷却混合物アウトレットにおいて、該急冷チャンバから上記出力流体を引き込む吸引圧を発生するステップを更に有する請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２４】
上記フィルタエレメントは、上記出力流体から上記複数の前駆体物質粒子を除去し、上記フィルタ処理出力を生成することを特徴とする請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２５】
上記フィルタエレメントは、高性能微粒子フィルタであることを特徴とする請求項２４記載の流体再循環方法。
【請求項２６】
圧力逃しモジュールによって、上記フィルタ処理出力の圧力が所定の閾値を超えている場合、該フィルタ処理出力の圧力を低減するステップを更に有する請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２７】
上記温度調整モジュールは、熱交換器を備えることを特徴とする請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２８】
上記含有率制御モジュールによって、上記含有率を調整するステップは、
センサによって、上記温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率を検出するステップと、
上記センサによって、上記検出された含有率を表す信号を生成するステップと、
上記センサからマイクロコントローラに上記信号を供給するステップと、
上記マイクロコントローラによって、上記信号に基づいて、上記急冷チャンバの流体インレットに供給される、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力の含有率を調整するステップとを有することを特徴とする請求項２１記載の流体再循環方法。
【請求項２９】
上記温度調整モジュールからバッファタンクに、上記温度が制御されたフィルタ処理出力を供給するステップと、
上記バッファタンクによって、上記温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率が調整される前に、該温度が制御されたフィルタ処理出力を一時的に貯蔵するステップとを更に有する請求項２８記載の流体再循環方法。
【請求項３０】
上記含有率制御モジュールによって、上記含有率を調整するステップは、
流体逃し弁によって、上記バッファタンクから周囲の空気に上記第２の流体を排気するステップを有することを特徴とする請求項２９記載の流体再循環方法。
【請求項３１】
上記含有率制御モジュールによって上記含有率を調整するステップは、
上記第２の流体を第２の流体供給タンクに貯蔵するステップと、
第２の流体供給弁によって、上記マイクロコントローラからの信号に応じて、上記第２の流体供給タンクからの上記第２の流体の一部を上記温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するステップとを有することを特徴とする請求項２９記載の流体再循環方法。
【請求項３２】
上記含有率制御モジュールによって上記含有率を調整するステップは、
上記第１の流体を第１の流体供給タンクに貯蔵するステップと、
第１の流体供給弁によって、上記マイクロコントローラからの信号に応じて、上記第１の流体供給タンクからの上記第１の流体の一部を上記温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、上記温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するステップとを有することを特徴とする請求項３１記載の流体再循環方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００５年４月１９日に出願され、係属中の米国特許出願番号第１１／１１０，３４１号、発明の名称「HIGH THROUGHPUT DISCOVERY OF MATERIALS THROUGH VAPOR PHASE SYNTHESIS」及び２００７年５月１１日出願され、係属中の米国仮特許出願番号第６０／９２８，９４６号、発明の名称「MATERIAL PRODUCTION SYSTEM AND METHOD」の優先権を主張し、これらは何れも、引用することによって、本願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、粒子生成の分野に関する。詳しくは、本発明は、気相粒子生産システム（gas phase particle production system）内で用いられる流体を再循環させるシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの気相粒子生産システムは、粒子及び流体の混合物を生成する。これらの混合物は、通常、高温であり、したがって、反応が高い。幾つかのシステムでは、これらの混合物は、調整流体（conditioning fluid）の導入によって冷却される。調整流体は、混合物を冷却し、粒子形成を促進する作用を有し、及び粒子のためのキャリアとしての作用を有することも多い。粒子は、通常、調整流体の導入に続いて、混合物から抽出又は回収される。そして調整流体は、環境に排気され、又は他の手法によって処分される。調整流体が処分されるのは、典型的な粒子生産システムが、調整流体として高純度気体を必要とするためである。多くの場合、純度は、９９．９９９９％以上でなくてはならない。これらの手法を用いて生成される粒子の単位コストは、各製造ラン毎に新鮮な流体を使用する必要性によって膨張する。
【０００４】
そこで、システムの高純度レベルを維持しながら、気相粒子生産システムに関連するコストを削減する技術が望まれている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面においては、本発明が提供する粒子生産システムは、粒子生成コアと、粒子生成コアに流体的に接続された流体再循環システム（fluid recirculation system）とを備える。粒子生成コアは、前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体（reactive particle-gas mixture）を生成し、調整流体を用いて反応粒子混合気体を急冷し、これによって、冷却粒子混合気体（cooled particle-gas mixture）を生成するように構成されている。冷却粒子混合気体は、複数の前駆体物質粒子及び出力流体を含む。出力流体は、調整流体を含む。流体再循環システムは、粒子生成コアから冷却反応粒子混合気体が供給され、冷却反応粒子混合気体から複数の前駆体物質粒子を除去し、出力流体を含むフィルタ処理出力（filtered output）を生成するように構成されている。流体再循環システムは、更に、独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含むフィルタ処理出力の第１の流体対第２の流体の比である含有率を調整し、含有率調整フィルタ処理出力（content-controlled, filtered output）を生成するように構成されている。流体再循環システムは、更に、反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための調整流体として、含有率調整フィルタ処理出力を粒子生成コアに流すように構成されている。
【０００６】
好ましい実施の形態では、粒子生成コアは、粒子生成反応器と、粒子生成反応器に流体的に接続された急冷チャンバ（quench chamber）とを備える。粒子生成反応器は、前駆体物質及び処理ガスが供給され、処理ガスを励起して、プラズマを形成し、プラズマを前駆体物質に作用させて、反応粒子混合気体を生成するように構成されている。急冷チャンバは、粒子生成反応器から、反応粒子混合気体が供給され、再循環システムから、調整流体として含有率調整フィルタ処理出力が供給され、供給された調整流体を反応粒子混合気体と混合し、冷却粒子混合気体を生成するように構成されている。
【０００７】
幾つかの実施の形態では、流体再循環システムは、更に含有率の調整の前に、フィルタ処理出力の温度を調整するように構成されている。
【０００８】
更に、幾つかの実施の形態では、流体再循環システムは、第１の流体と第２の流体の間の比を検出し、検出された比に基づいて、含有率調整フィルタ処理出力における第１の流体又は第２の流体の量を調整することによって、フィルタ処理出力の含有率を調整するように構成されている。
【０００９】
本発明の他の側面では、粒子生産システムは、粒子生成反応器と、急冷チャンバとを備え、急冷チャンバは、流体インレットと、粒子生成反応器に流体的に接続された反応混合物インレット（reactive mixture inlet）と、冷却混合物アウトレットとを有する。粒子生産システムは、更に、冷却混合物アウトレットに流体的に接続されたフィルタエレメント（filter element）と、フィルタエレメントに流体的に接続された温度調整モジュール（temperature control module）と、温度調整モジュールに流体的に接続された含有率制御モジュールと、含有率制御モジュールを急冷チャンバの流体インレットに流体的に接続するチャンネルエレメント（channeling element）とを備える。
【００１０】
粒子生成反応器は、前駆体物質及び処理ガスから、反応粒子混合気体を生成するように構成されている。急冷チャンバは、流体インレットにおいて調整流体が供給され、反応混合物インレットにおいて、粒子生成反応器から反応粒子混合気体が供給され、調整流体と反応粒子混合気体とを混合し、冷却粒子混合気体を生成するように構成されている。冷却粒子混合気体は、複数の前駆体物質粒子と、出力流体とを含み、出力流体は、調整流体を含む。フィルタエレメントは、急冷チャンバから出力流体が供給され、出力流体をフィルタリングして、フィルタ処理出力を生成するように構成されている。温度調整モジュールは、フィルタ処理出力の温度を調整して、温度が制御されたフィルタ処理出力を生成するように構成されている。含有率制御モジュールは、独立した第１の流体及び独立した第２の流体を含む温度が制御されたフィルタ処理出力の第１の流体対第２の流体の比である含有率を調整し、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するするように構成されている。そして、チャンネルエレメントは、含有率制御モジュールを急冷チャンバの流体インレットに流体的に接続し、反応粒子混合気体を冷却する際に使用するための調整流体として、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を急冷チャンバの流体インレットに供給するように構成されている。
【００１１】
好ましい実施の形態では、粒子生成反応器は、前駆体物質及び処理ガスが供給され、処理ガスを励起し、プラズマを形成し、プラズマを前駆体物質に作用させて、反応粒子混合気体を生成するように構成されている。
【００１２】
幾つかの実施の形態では、粒子生産システムは、急冷チャンバの冷却混合物アウトレットにおいて、急冷チャンバから出力流体を引き込む吸引圧を発生するように構成された吸気発生器（suction generator）を更に備える。
【００１３】
幾つかの実施の形態では、フィルタエレメントは、出力流体から複数の前駆体物質粒子を除去し、フィルタ処理出力を生成するように構成されている。更に、フィルタエレメントは、好ましくは、高性能微粒子（high efficiency particulate air：ＨＥＰＡ）フィルタである。
【００１４】
幾つかの実施の形態では、フィルタエレメントと温度調整モジュールの間に圧力逃しモジュール（pressure relief module）が流体的に接続されている。圧力逃しモジュールは、フィルタ処理出力の圧力が所定の閾値を超えている場合、フィルタ処理出力の圧力を低減するように構成されている。
【００１５】
幾つかの実施の形態では、温度調整モジュールは、熱交換器を備える。なお、流体温度を調整するために、他の手段を用いてもよい。
【００１６】
好ましい実施の形態では、含有率制御モジュールは、センサと、センサに通信可能に接続されたマイクロコントローラとを備える。センサは、温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率を検出し、検出された含有率を表す信号を生成するように構成されている。マイクロコントローラは、センサから信号が供給され、急冷チャンバの流体インレットに供給される、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力の含有率を調整するように構成されている。この調整は、センサから受信した信号に基づいて行われる。
【００１７】
幾つかの実施の形態においては、含有率制御モジュールは、温度調整モジュール及びセンサに流体的に接続されたバッファリザーバを備える。バッファタンク（buffer reservoir）は、温度調整モジュールから温度が制御されたフィルタ処理出力が供給され、温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率が調整される前に、温度が制御されたフィルタ処理出力を一時的に貯蔵するように構成されている。含有率制御モジュールは、バッファタンクと周囲の空気の間に流体的に接続された流体逃し弁を備えていてもよい。流体逃し弁は、バッファタンクから周囲の空気に第２の流体を排気するように構成されている。
【００１８】
更に、含有率制御モジュールは、第２の流体を貯蔵し、マイクロコントローラに通信可能に接続された第２の流体供給タンクを備える。第２の流体供給タンクは、マイクロコントローラからの信号に応じて、第２の流体供給タンクからの第２の流体の一部を温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するように構成されている。
【００１９】
これに加えて、又はこれに代えて、含有率制御モジュールは、第１の流体を貯蔵し、マイクロコントローラに通信可能に接続された第１の流体供給タンクを備える。第１の流体供給タンクは、マイクロコントローラからの信号に応じて、第１の流体供給タンクからの第１の流体の一部を温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するように構成されている。第２の流体供給タンクは、マイクロコントローラからの信号に応じて、第２の流体供給タンクからの第２の流体の一部を温度が制御されたフィルタ処理出力に選択的に加えて、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成するように構成されている。
【００２０】
これらのシステムに加えて、本発明は、これらのシステムにおける流体再循環方法を提供し、流体再循環方法は、上述した動作及び後述する動作の両方を含む。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の原理に基づく粒子生産システムに組み込まれた流体再循環システムの一実施の形態の略図である。
【図２】図１の粒子生産システムと同様の粒子生産システムであって、本発明の原理に基づく含有率制御モジュールのより詳細な実施の形態を示す図である。
【図３Ａ】本発明の原理に基づく含有率制御モジュールの一実施の形態の略図である。
【図３Ｂ】本発明の原理に基づく含有率制御モジュールの他の実施の形態の略図である。
【図４】本発明の原理に基づく粒子生産システムにおいて流体を再循環させる流体再循環方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下の説明は、本発明の幾つかの実施の形態に関するものである。好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。しかしながら、本発明の範囲は、図示する実施の形態にも、説明する実施の形態にも制限されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の文言に基づいて、可能な限り広く解釈される。
【００２３】
以下の説明では、説明の目的のために、数多くの詳細及び代替を説明する。なお、本発明が、これらの具体的詳細を使用することなく、実施できることは当業者には明らかである。他の例では、不要な詳細によって本発明の説明が不明瞭になることを避けるために、周知の構造及び機器は、ブロック図の形式で示している。
【００２４】
この説明では、粒子（particles）及び粉末（powders）の両方について言及する。この２つの用語は、単一の「粉末」が粒子の集合を示すとの特別な記載がある場合を除き、同義である。本発明は、様々な粉末及び粒子に適用できる。
【００２５】
本発明は、添付の図面を参照する以下の詳細な記述によって容易に理解される。この説明を明瞭にするために、同様の要素には同様の符号を付す。
【００２６】
図１は、本発明の原理に基づく粒子生産システム１００に組み込まれた流体再循環システムの一実施の形態を示している。粒子生産システム１００は、処理ガス及び調整流体の両方、並びに粒子前駆体を含む様々な材料が供給され、粒子混合気体（particle-gas mixture）を生成する粒子生成コア（particle production core）１２０を備える。粒子生成コア１２０の２つの主な部品は、前駆体物質及び処理ガスから反応粒子混合気体（reactive particle-gas mixture）を生成するように構成された粒子生成反応器１２２、及び調整流体を用いて反応粒子混合気体を冷却するように構成された急冷チャンバ１２４である。
【００２７】
通常、粒子生成コア１２０では、粒子混合気体を生成するために、気相粒子生成手段が望ましい。最も好ましくは、本発明の実施の形態は、２００５年４月１９日に出願された米国特許出願番号第１１／１１０，３４１号、発明の名称「HIGH THROUGHPUT DISCOVERY OF MATERIALS THROUGH VAPOR PHASE SYNTHESIS」に開示されているものと同様のナノ粉末生産システム（nano-powder production system）を使用でき、この文献は、米国特許公開番号第２００５−０２３３３８０Ａ号として公開されている。このようなナノ粉末生産システムでは、ガス源から、処理ガスがプラズマ反応器に供給される。プラズマ反応器内では、処理ガスにエネルギが供給され、これによって、プラズマが生成される。このエネルギを供給するために、以下に限定されるものではないが、直流結合、容量結合、誘導結合及び共振結合を含む様々な異なる手段を用いることができる。１つ以上の材料投入装置（material dispensing device）は、少なくとも１つの材料を、好ましくは粉末の形態でプラズマ反応器に導入する。プラズマ反応器内におけるプラズマと、材料投入装置によって導入された材料との混合によって、反応性が非常に高く、粉末を蒸発できる高エネルギの混合物が形成される。この蒸発粉末（vaporized powder）の混合物は、プラズマ反応器内で処理ガスの流れ方向に移動する。混合物は、移動しながら冷却され、そこに粒子が形成される。高温ガス及び高エネルギ粒子を含む未だエネルギが高い出力混合物は、プラズマ反応器から放出される。出力混合物は、プラズマ反応器から放出に続いて、更に冷却することができる。この出力混合物は、高温ガス及び比較的一様な粒度分布の粒子を含むことができる。各粒子は、材料投入装置によって導入された材料の結合を含むことができる。なお、非気相粒子生成手段を含むこれらの又は他の粒子生成手段の一部は、本発明の範囲に含まれ、粒子生成コア１２０の一部に採用することができる。
【００２８】
好ましい実施の形態では、粒子生成反応器（以下、単に反応器ともいう）１２２は、処理ガスインレット（working gas inlet）１１１を介して、処理ガス供給源（working gas supply）１１０に流体的に接続されており、これにより、反応器１２２には、処理ガス供給源１１０から、処理ガスが供給される。処理ガスの具体例は、以下に限定されるものではないが、アルゴン及び水素を含む。反応器１２２は、前駆体物質インレット１１６を介して、前駆体供給源（precursor material supply）１１５に流体的に接続されており、これにより、反応器１２２には、前駆体供給源１１５から、前駆体物質、例えば前駆体物質粉末が供給される。反応器１２２は、処理ガスと前駆体物質を混合し、反応粒子混合気体を生成する。好ましい実施の形態では、上述したように、反応器１２２内で、エネルギが処理ガスに供給され、これによって、プラズマが生成される。そして、プラズマは、前駆体物質に作用する。前駆体物質にプラズマを作用させることによって、反応性が非常に高い高エネルギの混合物が形成され、ここで、粉末は、蒸発できる。この蒸発粉末（vaporized powder）の混合物は、反応器１２２を介して、処理ガスの流れ方向に移動する。この反応粒子混合気体は、好ましくは、反応器１２２を急冷チャンバ１２４に流体的に接続する反応混合物ポート１２３を介して急冷チャンバ１２４に流れ込む。
【００２９】
また、急冷チャンバ１２４は、反応器１２２から反応混合物が供給されるように構成されていることに加えて、再循環された調整流体が供給されるように構成されている。調整流体の１つの具体例は、アルゴンである。なお、アルゴンに加えて、又はこれに代えて、他の流体を用いてもよい。好ましい実施の形態では、急冷チャンバ１２４は、調整流体流入マニホルド（conditioning fluid input manifold）１２５内に収容され、調整流体流入マニホルド１２５には、調整流体インレット１１９を介して、再循環された調整流体が供給される。調整流体は、後述する再循環システムを介して、調整流体流入マニホルド１２５に供給される。調整流体流入マニホルド１２５は、好ましくは、１つ以上の調整流体口（conditioning fluid port）１２１を介して、急冷チャンバ１２４に流体的に接続されており、これにより、急冷チャンバ１２４に再循環された調整流体を供給する。
【００３０】
急冷チャンバ１２４は、反応器１２２からの反応粒子混合気体に調整流体を混合し、これにより、反応粒子混合気体を冷却する。この急冷（quenching）によって、反応混合物は、急速に冷却され、冷却粒子混合気体が形成される。冷却粒子混合気体は、好ましくは、急冷チャンバに流体的に接続された導管装置１２６に引き込まれる。好ましい実施の形態では、冷却混合物は、吸気発生器（suction generator）１２８、例えば、吸気発生器１２８に向かって冷却混合物を引き込むポンプ等によって供給される吸気によって、導管装置１２６に引き込まれる。粉末生成物は、急冷チャンバ１２４と吸気発生器１２８の間で、冷却混合物から抽出又は回収することができる。抽出又は回収は、様々な手法で行うことができる。
【００３１】
急冷チャンバ１２４及び粒子生成コア１２０の外部には、粒子生産システム１００の残りの部分として、流体再循環システムがあり、流体再循環システムは、導管装置１８０を介して流体的に接続された複数の要素を含む。流体再循環システムは、粒子生成コア１２０から、冷却混合物が供給され、冷却混合物をフィルタリングし、フィルタ処理出力を生成し、フィルタ処理出力の含有率を調整し、含有率調整フィルタ処理出力（content-controlled, filtered output）を生成し、反応混合物を冷却するための再循環された調整流体として使用される含有率調整フィルタ処理出力を粒子生成コア１２０に流すように構成されている。これらの動作及び他の機能を実行するための手段については、後に詳細に説明する。
【００３２】
好ましい実施の形態では、流体再循環システムは、吸気発生器１２８に流体的に接続されたフィルタエレメント（filter element）１３０と、フィルタエレメント１３０に流体的に接続された圧力逃しモジュール（pressure relief module）１４０と、圧力逃しモジュール１４０に流体的に接続された温度調整モジュール１５０と、温度調整モジュール１５０及び粒子生成コア１２０に流体的に接続されている含有率制御モジュール（content ratio control module）１６０とを備え、これにより、粒子生成コア１２０のアウトレットから粒子生成コア１２０のインレットまで、再循環パスが形成されている。なお、本発明の範囲は、これらの幾つかの部品の構成の変更及び省略も含む。例えば、圧力逃しモジュール１４０は、フィルタリング要素１３０と温度調整モジュール１５０の間ではなく、温度調整モジュール１５０と含有率制御モジュール１６０の間に配置してもよい。他の実施の形態では、流体再循環パスから圧力逃しモジュール１４０を省略してもよい。
【００３３】
吸気発生器１２８は、好ましくは、冷却粒子混合気体を、粒子生成コア１２０から、導管装置１２６を介して、フィルタエレメント１３０に移動させる。フィルタエレメント１３０は、冷却混合物から、残りの粒子、例えば、前駆体物質粒子を取り除き、これにより、フィルタ処理出力を生成するように構成されている。フィルタエレメント１３０は、好ましくは、高性能微粒子（high efficiency particulate air：ＨＥＰＡ）フィルタである。幾つかの実施の形態では、フィルタエレメント１３０は、冷却混合物から全ての粒子を完全には取り除かない。
【００３４】
冷却混合物は、フィルタエレメント１３０を通過して、フィルタ処理出力になり、導管装置１８０に流される。導管装置１８０は、フィルタエレメント１３０を圧力逃しモジュール１４０に流体的に接続し、これにより、フィルタエレメント１３０から圧力逃しモジュール１４０にフィルタ処理出力が供給される。圧力逃しモジュール１４０は、フィルタ処理出力の流体の圧力を低減するように構成されている。この減圧は、流体の圧力が所定の閾値を超えた場合に行うことができる。更に、この減圧は、以下に限定されるわけではないが、大気への排気を含む様々な手法で行うことができる。上述のように、幾つかの実施の形態では、圧力逃しモジュール１４０を設けなくてもよい。
【００３５】
フィルタ処理出力は、圧力逃しモジュール１４０を通過して、温度調整モジュール１５０に入る。温度調整モジュール１５０は、フィルタ処理出力の温度を調整するように構成されており、これにより、温度が制御されたフィルタ処理出力が生成される好ましい実施の形態では、温度調整モジュール１５０は、熱交換器を備える。更に、幾つかの実施の形態では、温度調整モジュール１５０を設けなくてもよい。
【００３６】
温度が制御されたフィルタ処理出力は、温度調整モジュール１５０を含有率制御モジュール１６０に流体的に接続する導管装置１８０の一部に再び入る。含有率制御モジュール１６０は、温度が制御されたフィルタ処理出力が供給され、温度が制御されたフィルタ処理出力の含有率を調整し、これにより、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力を生成する。好ましい実施の形態では、含有率制御モジュール１６０に供給されるフィルタ処理出力は、独立した第１の流体（distinct primary fluid）及び独立した第２の流体（distinct secondary fluid）を含む。含有制御モジュール１６０は、必要であれば、第１の流体対第２の流体の比を制御し、調整を行い、これにより、含有率が制御された出力を生成する。
【００３７】
急冷チャンバ１２４からの調整流体をなお含むこの含有率が制御された出力は、導管装置１８０の他の部分を介して、急冷に使用するために、粒子生成コア１２０の調整流体インレット１１９に流される。このようにして、調整流体を含む急冷チャンバ１２４の出力は、再循環して急冷チャンバ１２４に戻る。この再循環は、流体のフィルタリング及び含有率制御（及び、幾つかの場合、圧力逃し及び温度制御）を含み、粒子生成コア１２０内での反応混合物の急冷に再使用するための流体の十分な準備を確実にする。
【００３８】
図２は、図１の粒子生産システム１００と同様の粒子生産システム２００の一実施の形態を示しており、ここでは、本発明の原理に基づく含有率制御モジュール１６０のより詳細な実施の形態を示している。含有率制御モジュール１６０は、複数の部品から構成することができる。幾つかの部品は、導管装置１８０に流体的に接続されている。例えば、バッファタンク２６０は、好ましくは、導管装置１８０に接続され、温度調整モジュール１５０と流体連通する。
【００３９】
幾つかの実施の形態の含有率制御モジュール１６０では、温度調整モジュール１５０からバッファタンク２６０に、温度が制御されたフィルタ処理出力が供給される。バッファタンク２６０は、流体バッファとして機能し、温度が制御されたフィルタ処理出力をしばらく保持した後に解放する。温度が制御されたフィルタ処理出力がバッファタンク２６０内にある間、温度が制御されたフィルタ処理出力内の流体は、重力のため、密度によって分離し始める。出力が第１の流体及び第２の流体を含む実施の形態では、第２の流体は、好ましくは、より低密度な流体である。したがって、これらの実施の形態では、第１の流体は、バッファタンク２６０の下部で濃縮され、第２の流体は、バッファタンク２６０の上部で濃縮される。
【００４０】
また、好ましい実施の形態では、含有率制御モジュール１６０は、導管装置１８０に接続され、バッファタンク２６０と流体連通する含有率センサ２６２を備える。含有率センサ２６２は、流体混合物の一部が供給され、混合物の含有率（例えば、第１の流体対第２の流体の比）を判定し、含有率を表す１つ以上の信号を提供するように構成されている。
【００４１】
バッファタンク２６０は、粒子生産システム２００から第２の流体を排出するように構成できる。このような構成の一実施の形態においては、バッファタンク２６０は、第２の流体逃し要素２６４に流体的に接続されている。第２の流体逃し要素２６４は、粒子生産システム２００の周囲環境と流体連通し、バッファタンク２６０と周囲の空気とを選択的に流体連通させるように構成されている。
【００４２】
第２の流体供給源２６６は、導管装置１８０に流体的に接続することができ、導管装置１８０、及びこれによって含有率センサ２６２との選択的な流体連通が実現される。第２の流体供給源２６６は、ある量の第２の流体を貯蔵し、流体混合物に選択的に導入して、混合物内の第１の流体の量に対する第２の流体の量を増加させて、含有率を調整するように構成されている。
【００４３】
含有率制御モジュール１６０は、好ましくは、マイクロコントローラ２６８を備える。マイクロコントローラ２６８は、含有率センサ２６２に通信可能に接続されており、マイクロコントローラ２６８には、含有率センサ２６２から、含有率センサ２６２の近傍の導管装置１８０内の流体の含有率を表す信号が供給される。また、マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給源２６６及び第２の流体逃し要素２６４に通信可能に接続されており、これにより、マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給源２６６が導管装置１８０と流体連通し、第２の流体を加えるか、及び第２の流体逃し要素２６４が、バッファタンク２６０と周囲環境の間の流体連通を行って、第２の流体を排出するかを選択することができる。マイクロコントローラ２６８は、これらの選択の何れか又は全てを、含有率センサ２６２によって提供される信号によって表される含有率に基づいて行うことができる。
【００４４】
温度が制御されたフィルタ処理出力がバッファタンク２６０内にある間、第２の流体逃しモジュール２６４は、バッファタンク２６０内の第２の流体のレベルに対して初期調整を行うように動作できる。第２の流体逃しモジュール２６４は、好ましくは、第２の流体及び第１の流体の重力による分離を利用するために、バッファタンク２６０の上部に連結されている。マイクロコントローラ２６８は、第２の流体逃しモジュール２６４による第２の流体の排出を制御する。好ましくは、第２の流体逃しモジュール２６４は、連続した速度で流体を排出することによって動作する。この速度は、可変であってもよく、好ましくは、マイクロコントローラ２６８によって決定される。
【００４５】
第２の流体レベルの初期調整に続いて、調整された出力は、バッファタンク２６０から、バッファタンク２６０を含有率センサ２６２に流体的に接続する導管装置１８０の一部に移動する。含有率センサ２６２は、調整された出力内の第１の流体対第２の流体の比を検出し、この比を表す信号をマイクロコントローラ２６８に供給する。
【００４６】
一方、調整された出力は、含有率センサ２６２を第２の流体供給源２６６のアウトレットに流体的に接続する導管装置１８０の他の部分を介して移動する。マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給源２６６を制御して、調整された出力に第２の流体を導入する。マイクロコントローラ２６８は、調整された出力に第２の流体を導入する速度を決定する際に、含有率センサ２６２からの信号を使用する。これらの調整の結果、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力が生成される。
【００４７】
この出力は、第２の流体供給源２６６のアウトレットを粒子生成コア１２０の調整流体インレット１１９に流体的に接続する導管装置１８０の一部を介して流される。このようにして温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力は、粒子生成コア１２０に調整流体として供給される。
【００４８】
処理ガス供給源１１０からの処理ガスは、粒子生成コア１２０の出力の一部になるので、再循環された調整流体は、処理ガスを含む。幾つかの実施の形態では、まず、前駆体物質が反応器１２２に導入されない充填ステップ（charging step）において、処理ガス供給源１１０から反応器１２２に調整流体が供給される。流体再循環システムは、充填ステップの間、調整流体の特性を、所望の特性に到達するまで調整し、この時点で、反応器１２２に前駆体物質を導入する。
【００４９】
図３Ａは、本発明の原理に基づく、図２に示す含有率制御モジュール１６０と同様の含有率制御モジュール３００の一実施の形態を概略的に示している。含有率制御モジュール３００の一部は、導管装置１８０に沿って配設されている。導管装置１８０は、バッファタンク２６０、含有率センサ２６２及び第２の流体供給弁３６６の間に流体連通を提供する。
【００５０】
第２の流体供給弁３６６は、第２の流体タンク３６７に流体的に接続されている。第２の流体供給タンク３６７は、第２の流体Ｇ２を含む。第２の流体供給弁３６６は、第２の流体タンク３６７と導管装置１８０の間の選択的な流体連通を可能にし、これにより、適切な場合に、更なる第２の流体Ｇ２を導管装置１８０に導入することができる。
【００５１】
同様に第１の流体供給弁３７６は、バッファタンク２６０と、第１の流体Ｇ１を貯蔵する第１の流体タンク３７７の間に流体的に接続されており、これにより、第１の流体タンク３７７とバッファタンク２６０の間の選択的な流体連通を可能にし、適切であれば、更なる第１の流体Ｇ１を導管装置１８０に導入することができる。
【００５２】
更に、バッファタンク２６０は、周囲の空気に流体的に接続されている第２の流体逃し弁３６４に流体的に接続することができ、これにより、バッファタンク２６０と周囲の空気の間の選択的な流体連通が可能になる。例示的な実施の形態では、バッファタンク２６０は、第１の流体Ｇ１及び第２の流体Ｇ２の両方を含む。
【００５３】
含有率制御モジュール３００は、更に、マイクロコントローラ２６８を備える。マイクロコントローラ２６８は、含有率センサ２６２に通信可能に接続されており、これにより、マイクロコントローラ２６８には、含有率センサ２６２から、含有率センサ２６２の近傍の導管装置１８０内の流体の含有率を表す信号が供給される。また、マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給弁３６６、第２の流体逃し弁３６４及び第１の流体供給弁３７６に通信可能に接続されており、これにより、マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給タンク３６７が導管装置１８０と流体連通し、第２の流体を加えるか、第２の流体逃し弁３６４がバッファタンク２６０と周囲環境の間の流体連通を行って、第２の流体を排出するか、及び第１の流体供給タンク３７７が導管装置１８０と流体連通し、第１の流体を加えるかを選択することができる。マイクロコントローラ２６８は、これらの選択の何れか又は全てを、含有率センサ２６２によって提供される信号によって表される含有率に基づいて行うことができる。
【００５４】
実際の動作では、含有率制御モジュール３００は、バッファタンク２６０内に温度が制御されたフィルタ処理出力を受け入れる。バッファタンク２６０は、流体バッファとして機能し、温度が制御されたフィルタ処理出力をしばらく保持した後に解放する。
【００５５】
温度が制御されたフィルタ処理出力がバッファタンク２６０内にある間、温度が制御されたフィルタ処理出力内の流体は、重力のため、密度によって分離し始める。出力が第１の流体Ｇ１及び第２の流体Ｇ２を含む実施の形態では、第２の流体は、好ましくは、より低密度な流体である。したがって、これらの実施の形態では、第１の流体Ｇ１は、バッファタンク２６０の下部に濃縮され、第２の流体Ｇ２は、バッファタンク２６０の上部に濃縮される。
【００５６】
また、温度が制御されたフィルタ処理出力がバッファタンク２６０内にある間、第２の流体逃し弁３６４は、バッファタンク２６０内の第２の流体Ｇ２のレベルに対して初期調整を行うように動作できる。第２の流体逃し弁３６４は、好ましくは、第２の流体及び第１の流体の重力による分離を利用するために、バッファタンク２６０の上部に連結されている。マイクロコントローラ２６８は、第２の流体逃し弁３６４による第２の流体の排出を制御する。好ましくは、第２の流体逃し弁３６４は、連続した速度で第２の流体Ｇ２を排出することによって動作する。この速度は、可変であってもよく、好ましくは、マイクロコントローラ２６８によって決定される。
【００５７】
更に、温度が制御されたフィルタ処理出力がバッファタンク２６０内にある間、第１の流体供給弁３７６及び第１の流体タンク３７７は、バッファタンク２６０内の第１の流体Ｇ１のレベルに対して初期調整を行うように動作できる。図には示していないが、第１の流体供給弁３７６は、第２の流体Ｇ２と第１の流体Ｇ１の重力による分離を利用するために、バッファタンクの下部に連結できる。マイクロコントローラ２６８は、第１の流体供給弁３７６による第１の流体Ｇ１の供給を制御する。好ましくは、第１の流体供給弁３７６は、連続した速度で第１の流体Ｇ１を供給することによって動作する。この速度は、可変であってもよく、好ましくは、マイクロコントローラ２６８によって決定される。
【００５８】
第２の流体レベルの初期調整に続いて、調整された出力は、バッファタンク２６０から、バッファタンク２６０を含有率センサ２６２に流体的に接続する導管装置１８０の一部に移動する。含有率センサ２６２は、調整された出力内の第１の流体Ｇ１対第２の流体Ｇ２の比を検出し、この比を表す信号をマイクロコントローラ２６８に供給する。
【００５９】
一方、調整された出力は、含有率センサ２６２を第２の流体供給弁３６７に流体的に接続する導管装置１８０の他の部分を介して移動する。マイクロコントローラ２６８は、第２の流体供給弁３６７２を制御して、第２の流体タンク３６７から、調整された出力に第２の流体Ｇ２を選択的に導入する。マイクロコントローラ２６８は、調整された出力に第２の流体Ｇ２を導入する速度を決定する際に、含有率センサ２６２からの信号を使用する。これらの調整の結果、温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力が生成される。
【００６０】
この出力は、含有率制御モジュール３００を粒子生成コア１２０の調整流体インレット１１９に流体的に接続する導管装置１８０の一部を介して流される。このようにして温度が制御され、含有率調整フィルタ処理出力は、粒子生成コア１２０に調整流体として供給される。
【００６１】
図３Ｂは、本発明の原理に基づく含有率制御モジュール３００’の他の実施の形態を概略的に示している。含有率制御モジュール３００’は、第１の流体供給弁３７６又は第１の流体供給タンク３７７を含んでいないことを除けば、含有率制御モジュール３００と同じである。更なる他の実施の形態として、第１の流体供給弁３７６及び第１の流体供給タンク３７７を設け、第２の流体供給弁３６６又は第２の流体供給タンク３６７を省略してもよい。なお、他の幾つかの異なる構成も本発明の範囲に含まれる。
【００６２】
図４は、本発明の原理に基づく、粒子生産システム内で流体を再循環させる方法の一実施の形態を示すフローチャートである。
【００６３】
ステップ４０２において、粒子生成コアは、２つの主な機能を実行する。第１に、粒子生成コアは、処理ガス及び前駆体物質を用いて、反応粒子混合気体を生成する。好ましくは、この動作は、上述したように、粒子生成反応器において実行される。第２に、粒子生成コアは、再循環された調整流体を用いて、反応粒子混合気体を急冷し、複数の前駆体物質粒子を含む冷却粒子混合気体を生成する。好ましくは、この動作は、上述したように、冷却チャンバにおいて実行される。
【００６４】
そして、冷却粒子混合気体は、粒子生成コアから、準備のために、流体再循環システムに流れた後、急冷に使用するために粒子生成コアに再導入される。
【００６５】
ステップ４０４において、冷却粒子混合気体がフィルタに流れ、フィルタは、冷却粒子混合気体から前駆体物質粒子を除去し、フィルタ処理出力（filtered output）を生成する。なお、幾つかの実施の形態では、フィルタは、冷却粒子混合気体内の前駆体物質粒子の全てを除去し、フィルタ処理出力に前駆体物質粒子を全く残さないように構成してもよく、他の実施の形態では、フィルタは、冷却粒子混合気体内の前駆体物質粒子の全ては除去せず、フィルタ処理出力にある量の前駆体物質粒子が残ってもよい。
【００６６】
この時点でフィルタ処理出力は、含有率制御モジュールに流れる。なお、フィルタ処理出力は、含有率制御モジュールに達する前に更なる準備を施してもよい。この更なる準備が望ましい場合、ステップ４０５において、フィルタ処理出力に対し、温度モジュール及び圧力逃しモジュールに関して上述したように、温度調整及び／又は圧力逃しを施してもよい。例えば、フィルタ処理出力の一部を大気に排気し、フィルタ処理出力の圧力を低減してもよい。そして、フィルタ処理出力を熱交換器に流し、その温
度を低減してもよい。
【００６７】
ステップ４０６において、フィルタリングされ、（場合によっては、温度制御され、圧力が逃された）出力が、含有率制御モジュールに達し、そこで、含有率が調整される。好ましい実施の形態では、フィルタ処理出力は、独立した第１の流体と、独立した第２の流体とを含み、含有率は、第１の流体対第２の流体の比である。上述のように、この含有率の調整には、以下に限定されるわけではないが、ある流体の量の低減又はある流体の量の増加を含む１つ以上の動作が含まれる。これらの動作は、好ましくは、例えば、上述したマイクロコントローラ、センサ、タンク及び弁等の１つ以上の部品を用いて実行される。この含有率調整の結果、粒子生成コアに戻して、反応粒子混合気体を急冷するための調整流体として再使用できる含有率調整フィルタ処理出力が生成される。
【００６８】
ステップ４０８において、チャンネルエレメント（channeling element）が、反応混合物の急冷における調整流体としての使用のために、含有率調整フィルタ処理出力を粒子生成コアに再循環させ、ステップ４０２に戻る。この処理４００は、複数回繰り返すことができ、ここで、同じ調整流体が、何度も再循環し、再使用される。
【００６９】
本発明の実施の形態により、粒子生産システム内で調整流体の再循環及び再使用が可能になる。更に、これらの実施の形態では、粒子生産システムの使用によって好ましくない変化が生じる可能性がある調整流体の含有率を調整することができる。本発明の実施の形態を組み込んだ粒子生産システムでは、常に新鮮な調整流体を供給する必要はない。新鮮な流体が供給されると、粒子生産システムは、複数の製造ランに亘ってこれを使用することができる。新鮮な調整流体のコストは、２回以上の製造ランに亘って分散されるので、本発明を用いて生成される粒子の単位コストは、従来の手法によって生成される粒子の単位コストより安価である。
【００７０】
更に、ここに説明した幾つかの実施の形態は、特定の公差を有するフィルタを用いて、再循環を可能にし、出力から全ての粒子をフィルタリング除去しなくてもよい。これらの実施の形態により、相互汚染が大きな問題とならない専用の製造ラインにおいて、それほど高価ではないフィルタの使用を許容できる。
【００７１】
本発明の構造及び動作の原理を明瞭にするために、詳細を組み込んだ特定の実施の形態に関連して本発明を説明した。したがって、ここにおける特定の実施の形態及び詳細な説明は、特許請求の範囲を限定するものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、ここに例示した実施の形態を変更できることは当業者にとって明らかである。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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