JPH03213132A

JPH03213132A - ガスミキサ

Info

Publication number: JPH03213132A
Application number: JP2009114A
Authority: JP
Inventors: Toru Miyabori; 透宮堀
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1990-01-18
Filing date: 1990-01-18
Publication date: 1991-09-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、２種以上又は２成分以上の原料ガス、反応性
ガスによる混合ガスを扱う必要のある薄膜形成装置、ド
ライエツチング用プラズマ装置等の混合ガス処理装置に
対して入力用となるガスミキサに関する。

従来の技術従来、この種の混合ガス処理装置としては、例えば２種
以上又は２成分以上のガスを混合し、装置内部で高周波
放電、直流放電等によりプラズマを発生させ、そのエネ
ルギーを用いて気相化学反応を行なわせるプラズマ装置
がある。また、紫外域から赤外域にわたる光中から適当
な波長の光を選定し、導入ガスの光化学分解及び光エネ
ルギーを利用して気相化学反応を行なわせる光ＣＶＤ装
置がある。

何れにしても、この種の２種以上のガスを扱う気相反応
装置では、一般に、装置内にガスを導入する際には均一
な混合ガスとなっていることを要する。

二のため、従来、第１の方式として、第３図に示すよう
に気相反応装置ｌ内にｎ種の導入ガスＧａ、〜、Ｇｎを
各々の異なる経路のガス導入管２ａ〜２ｎから導入する
際に、１つのジャンクション３で統合するようにしたジ
ャンクション型ガスミキサがある。これは、最も普通に
みられる形式％式％また、第２の方式として、特開昭５９−１０８１２４号
公報中に示されるようなものもある（特開平１−１８３
８１０号公報では、従来技術として扱われている）。こ
れは、第４図に概略的に示すように、気相反応装置４内
にｎ種の導入ガスＧａ、〜、Ｇｎを各々のガス導入管５
ａ〜５ｎからそのまま導入し、ガス導入管５内と気相反
応装置４内との圧力差及び流速変化を用いて乱流を発生
させ、気相反応装置４内で均一な混合ガスが得られるよ
うにしたものである。

さらに、第３の方式として第５図に示すようなものもあ
る。これは、ジャンクション型を発展改良した形式であ
り、ジャンクション３と気相反応装置ｌとの間に例えば
通過経路を複雑にする多数の通過孔６が形成された中空
体７を内蔵したいわゆるバッファ室８を設けたものであ
る。即ち、バッファ室８内でガスが複雑な経路を通り抜
ける間に乱流を発生させ、均一に混合させようとしたも
のである。

発明が解決しようとする課題ところが、第１の方式によると、ジャンクション３内で
異なるガス同士が衝突するため、混合されるとしても均
一な混合状態を作り出すことは困難である。

第２の方式では、気相反応装置５内及び導入ガス圧力の
僅かな変動により、所望の乱流が得られず、均一な混合
状態が得られない。

第３の方式では、上記２例よりも混合状態の均一化の程
度が高いものの、複雑な経路によるため、バッファ室８
内でのコンダクタンスの悪化を招き、気相反応装置ｌに
対するガス導出に困難を生ずる場合がある。

つまり、これらの従来方式によると、均一なガス混合状
態が得にくい、気相反応装置内への混合ガスの導出が困
難、ガスミキサのコンダクタンスの悪化、といった欠点
がある。特に、従来方式によると、導入ガスの圧力と気
相反応装置内の圧力との差圧を用いてガスを混合し導出
させるため、ガス自体は動的な乱流状態を示すが、ガス
ミキサ自体は静的な容器として用いられることになる。

このため、ガスの混合条件の制御は圧力差だけを一意に
扱うことになり、ミキサ自体の物理的大きさ、配管の太
さ等を調整することにより均一なる混合状態を経験的に
作り出すことになる。換言すれば、気相反応装置毎に異
なるガスミキサを使用することになり、気相反応装置に
対して固有性を持つものでもある。

課題を解決するための手段内周面にねじ溝を有するミキサハウジング内に、前記ね
じ溝と同ピッチのねじ溝を有して両ねじ溝間にガス流路
を形成するロータリアクセルを設け、ミキサハウジング
に対して真空接続部により回転自在に保持されたモータ
軸をロータリアクセルに接続して駆動モータに回転させ
るようにする一方、前記ミキサハウジング外周には２種
又は２成分以上のガスを各々導入する複数のガス導入口
を形成し、ミキサハウジングのロータリアクセル回転軸
上位置には混合ガスを混合ガス処理装置に導く１つの混
合ガス導出口を形成した。

作用ガス導入口からミキサハウジング内に導入されたガスは
ガス流路を経て混合ガス導出口から混合ガス処理装置に
導出される。このとき、駆動モータによりロータリアク
セルを回転させると、両ねじ溝により形成されたガス流
路が動的となり、ここを通る混合ガスに送出圧力が付与
され流速を持つことになる。よって、導入ガスの圧力と
混合ガス処理装置内の圧力との圧力差に、このようなミ
キサ自体の動的な構造による送出圧力も加わるため、混
合ガス処理装置に容易に導出させることができる。また
、導入ガス自体は乱流となって両ねじ溝による複雑なガ
ス流路を通るため、混合状態は均一となる二二二に、こ
のような混合条件、導出圧力等ば、駆動モータによるロ
ータリアクセルの回転を適宜制御することにより対応で
き、接続される混合ガス処理装置に対して固有性を持た
ない動的なものとなる。

実施例本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づいて説明す
る。まず、中空円筒状のミキサハウジング１１が設けら
れている。このミキサハウジング１１の一部は肉厚が厚
くされ、その内周面にはステータを構成するねじ溝１２
が形成されている。

ミキサハウジングｌｌ内部にはロータリアクセル１３が
設けられている。このロータリアクセル１３はミキサハ
ウジング１１の肉厚が厚い部分の径よりも小径のもので
、外周にはねじ溝１４が形成されている。このねじ溝１
４は前記ねじ溝１２と同ピッチ（詳細は、後述する）と
されている。よって、ミキサハウジングｌｌ内部におい
て両ねじ溝１２．１４間にはガス流路１５なる空間が形
成される。また、前記ロータリアクセル１３はモータ軸
１６にねじ１７により固定されており、ミキサハウジン
グ１１外に設けた駆動モータ１８により回転可能な状態
に片持ち保持されている。ここに、前記モータ軸１６は
ミキサハウジング１１の一部を貫通するが、この部分は
真空接続部１９により保持されている。真空接続部１９
は無潤滑ベアリング２０、ウィルソンシール２１及びキ
ャップ２２からなる。ここに、これらのミキサハウジン
グ１１、ロータリアクセル１３、モータ軸１６、無潤滑
ベアリング２０にはすべて５ＵＳ３１６が使用され、耐
蝕性が考慮されている。

また、前記ミキサハウジング１１に対してはロータリア
クセル１３の両側に位置させてガス導入口２４とガス導
出口２５とが形成されている。まず、ガス導入口２４は
モータ軸１６対応位置付近に位置させてミキサハウジン
グ１１の外周に、導入ガスの種類分だけ複数個形成され
ている。また、ガス導出口２５はミキサハウジング１１
の一端であってロータリアクセル１３の回転軸上に位置
させて形成され、気相反応装置（図示せず）に連結され
ている。なお、前記ねじ溝１２．＝１４の送り方向はこ
のガス導出口２５側とされている。

ここに、前記駆動モータ１８は第２図に示すようにＣＰ
Ｕ２６制御のモータコントローラ２７により駆動制御さ
れる。また、ガス導入口２４から導入するガスの圧力等
は導入ガス圧カマスフローコントローラ２８により制御
される。

このような構成において、混合すべき導入ガスは導入ガ
ス圧カマスフローコントローラ２８により制御された状
態で各々のガス導入口２４からミキサハウジングｌｌ内
に導入される。ここでは、例えば１次側の圧力が１．０
ｋｇ／ｃｏ？、ガス流量１５ＣＣＭ　、　３０ＣＣＭ　
、　　５０ｃｃＭの３種類について実施した。ミキサハ
ウジングｌｌ内に導入された各々のガスは、ねじ溝１２
，１４間のガス流路１５を通ってガス導出口２５から気
相反応装置内に均一混合ガスとして導出される。

この時、ロータリアクセル１３は駆動モータ１８により
回転されるため、導入されたガスはねじ溝１２．１４間
の動的となったガス流路１５で乱流となり混合される。

かつ、ねじ溝１４の送り方向がガス導出口２５側となる
ように溝が切られているため、乱流となった混合ガスは
流速を持ってガス導出口２５側へ確実に送られる。実験
によれば、ねじ溝１２．１４のピッチ（同一ピッチ）を
５ｍｍ、１０■、１２順の３種類としたところ、ピッチ
をｌ’ｏｍｍとした場合が最も安定した流速となったも
のである。なお、ねじ溝１２．１４の山開土間距離（ガ
ス流路１５の間隙）としては、２印。

３胴、５■の３種類で実験したところ、３柵の場合が最
も流速が安定したものである。ちなみに、ねじ溝１２の
溝深さは５ｎｖｎ、ねじ溝１４の溝深さは３Ｍとした。

ところで、駆動モータ１８の回転数制御は第２図に示す
ブロック図構成のＣＰＵ２６によりセルフコントロール
で行なわれる。即ち、導入ガス圧カマスフローコントロ
ーラ２８から得られる所定のマスフロー出力（流入量）
と、気相反応装置の真空計２９から得られる真空度出力
とをＣＰＵ２６に取り込み、演算を行ない、演算結果に
応じてモータコントローラ２７を制御し、駆動モータ１
８の回転数（回転速度）を制御することになる。

例えば、導入ガスとしてアルゴン、酸素を各々１１００
ＣＣの流入量でミキサハウジング１１に導入し、気相反
応装置内の真空度が１０−’Ｐａとなるようにしたとこ
ろ、駆動モータ１８の回転数は３８０〜５３０　ｒｐｍ
の範囲内に制御されたものである。これは、気相反応装
置の主ポンプ（本例では、大阪真空株式会社製のＴＧ１
８００ターボ分子ポンプ使用）の排気速度と、スロット
ルバルブの開度により気相反応装置内の真空度をＣＰＵ
２６により同時に制御しているために出る差である（こ
のため、ＣＰＵ２６にはスロットルバルブコントローラ
３０も接続されている）。この時、導入ガス圧カマスフ
ローコントローラ２８出力によれば、ガス流入量はＩ　
００ｃｃｙ±２　ＣＣＭとなり多少のふらつきをみせる
が、ガスミキサにおけるステータ、ロータの諸寸法をよ
り正確に求めて設計すれば解決できる。

本実施例のようなガスミキサを用いてアルミニウム薄膜
のプラズマ酸化を行なったところ、得られた酸化アルミ
ニウム膜の膜厚の面内バラツキが２±０．１５％となり
、従来方式のガス供給により同一の気相反応装置で同一
プラズマ条件で得られた酸化アルミニウム膜の場合の面
内バラツキ７％に比して格段に向上したものであり、混
合ガスが均一に供給されたことが裏付けされたものであ
る。

発明の効果本発明は、上述したように内周面にねじ溝を有するミキ
サハウジングと、このねじ溝と同ピッチのねじ溝を有し
て両ねじ溝間にガス流路を形成すして駆動モータにより
回転されるロータリアクセルとにより、複雑なガス流路
を持つ動的な構造としたので、複数の導入ガスについて
均一なる混合状態を作って、ガス導出口から混合ガス処
理装置内へ容易に導出させることができ、かつ、駆動モ
ータによるロータリアクセルの回転数を適宜制御するこ
とにより各種混合ガス処理装置に対応でき、特定の混合
ガス処理装置に対して固有性も持たない動的なものとす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す断面構造図、第２図は
制御系を示すブロック図、第３図ないし第５図は各々異
なる従来例を示す概略断面図である。１１・・・ミキサハウジング、１２・・・ねじ溝、１３
・・・ロータリアクセル、１４・・・ねじ溝、１５・・
・ガス流路、１６・・・モータ軸、１８・・・駆動モー
タ、１９・・・真空接続部、２４・・・ガス導入口、２
５・・・ガス導出口１、．３図

Claims

【特許請求の範囲】

内周面にねじ溝を有するミキサハウジングと、このミキ
サハウジング外周に形成されて２種又は２成分以上のガ
スを各々導入する複数のガス導入口と、前記ねじ溝と同
ピッチのねじ溝を有して両ねじ溝間にガス流路を形成す
るロータリアクセルと、モータ軸により連結されてこの
ロータリアクセルを回転させる駆動モータと、前記ミキ
サハウジングに対して前記モータ軸を回転自在に保持す
る真空接続部と、前記ミキサハウジングの前記ロータリ
アクセル回転軸上位置に形成されて混合ガスを混合ガス
処理装置に導く１つの混合ガス導出口とよりなることを
特徴とするガスミキサ。