JP2001058124A - 静止型流体混合器および装置ならびにこの装置を用いた流体混合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 混合度が高く、均一な温度・濃度分布をもつ
混合流体を得ること，生産性を高めることおよび製造の
簡素化を図ることを可能とする。 【解決手段】 上下流側にそれぞれ配設され流体流入口
５ａ，６ａおよび流体流出口５ｂ，６ｂを有する二つの
円管部５，６と、これら両円管部５，６間に配設され軸
線両方向に開口する偏平な流路空間３ａを有する流体混
合用管部３とを備えた静止型流体混合用の管体１であっ
て、この管体１における流体混合用管部３の流体流入口
３ｂと上流側円管部５の流体流出口５ｂ間および下流側
円管部６の流体流入口６ａと流体混合用管部３の流体流
出口３ｃ間に緩やかな流路空間７ａ，８ａを有する曲管
部７，を介在させた構成としてある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管内を流れる一種
類または複数種類の流体を混合する静止型流体混合器お
よび装置ならびにこの装置を用いた流体混合方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体素子の製造プロセスにお
いては、複数種類の原料ガスを反応管内に供給してウエ
ハ面上に膜層を形成する場合、原料ガスの均一な濃度分
布等を得ることを目的として原料ガスを混合するための
静止型流体混合器が多用されている。

【０００３】従来、この種の静止型流体混合器には、特
開昭６２−８７２３２号公報（第一従来例），特開平５
−１３１１２６号公報（第二従来例）および実開平５−
４４２２６号公報（第三従来例）に開示され、図６〜図
８に示すようなものが採用されている。これら静止型流
体混合器Ａ〜Ｃにつき、同図を用いて説明する。

【０００４】「静止型流体混合器Ａ（第一従来例）」こ
れは、図６に示すように、管３１内にそれぞれが軸線方
向に交互に配設され、内部を二分割して螺旋方向にねじ
れた羽根体３２ａ，３３ａを有する複数組のミキシング
エレメント３２，３３を備え、これら各組ミキシングエ
レメント３２，３３の羽根体３２ａ，３３ａをそれぞれ
が互いに反対方向にねじれて形成してなるものである。

【０００５】このように構成された静止型流体混合器Ａ
においては、ミキシングエレメント３２，３３内に流入
する複数種類の流体が、分割，回転および合流を繰り返
す間に混合される。

【０００６】「静止型流体混合器Ｂ（第二従来例）」こ
れは、図７に示すように、管４１内にそれぞれが周方向
に交互に配設され管壁から管軸線に向かって傾斜する複
数組の案内板４２，４３を備え、これら各組案内板４
２，４３は、各傾斜方向を互いに反対の傾斜方向とし、
かつ頂点部４２ａ，４３ａおよび底辺部４２ｂ，４３ｂ
がそれぞれ管軸線と管壁に位置付けられているものであ
る。

【０００７】このように構成された静止型流体混合器Ｂ
においては、管壁付近を流れる流体が案内板４２によっ
て管壁付近から管軸線付近に流れ方向を変え、一方管軸
線付近を流れる流体が案内板４３によって管軸線付近か
ら管壁付近に流れ方向を変えることにより、管４１内に
流入する複数種類の流体が混合される。

【０００８】「静止型流体混合器Ｃ（第三従来例）」こ
れは、図８に示すように、上下方向に開口する垂直部５
１ａおよびこの垂直部５１ａに連通して片側側方に開口
する水平部５１ｂを有するＴ字形の第一管体５１と、こ
の第一管体５１内に配設され垂直部５１ａの一方側開口
部内に位置する大口径部５２ａおよび他方側開口部と中
間部に位置する小口径部５２ｂを有する漏斗状の第二管
体５２とを備えたものである。

【０００９】このように構成された静止型流体混合器に
おいては、第二管体５２の大口径部５２ａ内に第一流体
を圧送して小口径部５２ｂから噴出させると、第一管体
５１の垂直部５１ａが負圧となり、この部分に第一管体
５１からの第二流体が吸引され、両流体が混合される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の静止型
流体混合器Ａ〜Ｃにおいては、次に示すような問題があ
る。 「第一従来例」管壁付近を流れる流体はそのまま管壁付
近を流れ、一方管軸線付近を流れる流体はそのまま管軸
線付近を流れる傾向があり、流体の管軸線部分と管壁部
分とが十分に混合されず、均一な温度・濃度分布を得る
ことができない。このことは、流体の粘度が高くなるに
つれて顕著になる。

【００１１】「第二従来例」案内板４２によって管軸線
付近へと流れ方向を変える流体は管壁付近を流れる流体
の数分の一であり、他の流体は案内板４３によって管壁
付近で分割されるが、下流側で流体が十分に混合され
ず、第一従来例と同様に均一な温度・濃度分布を得るこ
とができない。

【００１２】また、案内板４２，４３の頂点部４２ａ，
４３ａによって囲まれた領域に流路断面の急激な変化に
伴い流体の滞留が生じ、流体の円滑な流通性が得られ
ず、生産性が低下する。

【００１３】さらに、複数組の案内板４２，４３を交互
に配設し、これら各組案内板４２，４３の頂点部４２
ａ，４３ａを揃えて位置付ける構造であるため、加工精
度および組立精度が要求され、製造を煩雑にする。

【００１４】「第三従来例」流路断面の急激な変化に伴
い流体に渦流，滞留が生じ、混合度の高い混合流体を得
ることができないばかりか、第二従来例と同様に生産性
が低下する。

【００１５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、混合度が高く、均一な温度・濃度分布をもつ混
合流体を得ることができるとともに、生産性を高めるこ
とができ、かつ製造の簡素化を図ることができる静止型
流体混合器の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明の請求項１記載の静止型流体混合器は、上下
流側にそれぞれ配設され流体流入口および流体流出口を
有する二つの円管部と、これら両円管部間に配設され軸
線両方向に開口する偏平な流路空間を有する流体混合用
管部とを備えた静止型流体混合用の管体であって、この
管体における両円管部のうち上流側円管部の流体流出口
と流体混合用管部の流体流入口間および下流側円管部の
流体流入口と流体混合用管部の流体流出口間に緩やかな
流路空間を有する曲管部を介在させた構成としてある。
したがって、上流側の円管部から複数種の流体が、上流
側の曲管部を介して流体混合用管部の流路空間に流入す
ると、この流路空間において層流を維持した状態で温度
・濃度勾配を小さくするように混合され、下流側の曲管
部を介して層流を維持した状態で下流側の円管部から流
出する。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の静
止型流体混合器において、管体を軸線方向に複数個並設
した構成としてある。したがって、上流側の各円管部か
ら複数種の流体が、上流側の各曲管部を介して各流体混
合用管部の流路空間に流入すると、これら各流路空間に
おいて層流を維持した状態で温度・濃度勾配を小さくす
るように混合され、下流側の各曲管部を介して層流を維
持した状態で下流側の各円管部から流出する。

【００１８】請求項３記載の発明は、請求項２記載の静
止型流体混合器において、各流体混合用管部における流
路空間の開口寸法が同一の寸法に設定されている構成と
してある。したがって、複数種の流体が、各流体混合用
管部の流路空間に流入すると、これら各流路空間におい
て層流を維持した状態で温度・濃度勾配を小さくするよ
うに繰り返し混合される。

【００１９】請求項４記載の発明は、請求項２記載の静
止型流体混合器において、各流体混合用管部における流
路空間の開口寸法が互いに異なる寸法に設定されている
構成としてある。したがって、複数種の流体が、各流体
混合用管部の流路空間に流入すると、これら各流路空間
において層流を維持した状態で温度・濃度勾配を互いに
相異させて小さくするように混合される。

【００２０】請求項５記載の発明は、請求項２，３また
は４記載の静止型流体混合器において、管体のうち隣接
する二つの管体が、軸線回りに互いに所定の角度をもっ
てずらした位置に配置されている構成としてある。した
がって、複数種の流体が、各流体混合用管部の流路空間
に流入すると、これら各流路空間において層流を維持し
た状態で温度・濃度勾配を漸次小さくするように三次元
にわたって混合される。

【００２１】請求項６記載の発明は、請求項５記載の静
止型流体混合器において、角度が９０°である構成とし
てある。したがって、複数種の流体が、各流体混合用管
部の流路空間に流入すると、これら各流路空間において
層流を維持した状態で温度・濃度勾配を効果的に漸次小
さくするように三次元にわたって混合される。

【００２２】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のう
ちいずれか一項に記載の静止型流体混合器を含み、この
静止型流体混合器を加熱する加熱装置を含ませた構成と
してある。したがって、加熱装置による静止型流体混合
器の加熱によって管内面付近では流体温度が上昇し、管
内への流体の流入によって管内中心部付近では流体温度
の上昇が抑制される。

【００２３】請求項８記載の発明は、請求項１〜６のう
ちいずれか一記載の静止型流体混合器を含み、この静止
型流体混合器を冷却する冷却装置を含ませた構成として
ある。したがって、冷却装置による静止型流体混合器の
冷却によって管内面付近では流体温度が下降し、管内へ
の流体の流入によって管内中心部付近では流体温度が上
昇する。

【００２４】請求項９記載の発明は、請求項２〜６のう
ちいずれか一記載の静止型流体混合器を含み、この静止
型流体混合器における管体のうち一部の管体を加熱する
加熱装置および他の管体を冷却する冷却装置を含ませた
構成としてある。したがって、一部の管体において、加
熱装置による管体の加熱によって管内面付近では流体温
度が上昇し、管内への流体の流入によって管内中心部付
近では流体温度の上昇が抑制される。また、他の管体に
おいて、冷却装置による管体の冷却によって管内面付近
では流体温度が下降し、管内への流体の流入によって管
内中心部付近では流体温度が上昇する。

【００２５】請求項１０記載の発明（流体混合方法）
は、請求項７〜９のうちいずれか一項に記載の静止型流
体混合装置を用いて流体を混合する方法であって、流体
を混合するにあたり、管体を加熱する方法としてある。
したがって、管体の加熱によって管内面付近では流体温
度が上昇し、管内への流体の流入によって管内中心部付
近では流体温度の上昇が抑制される。

【００２６】請求項１１記載の発明は、請求項７〜９の
うちいずれか一項に記載の静止型流体混合装置を用いて
流体を混合する方法であって、流体を混合するにあた
り、管体を冷却する方法としてある。したがって、管体
の冷却によって管内面付近では流体温度が下降し、管内
への流体の流入によって管内中心部付近では流体温度が
上昇する。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につき、
図面を参照して説明する。図１は本発明の第一実施形態
に係る静止型流体混合器を示す斜視図である。同図にお
いて、符号Ｓで示す静止型流体混合器は、単一の静止型
流体混合用の管体１からなり、円管部２，流体混合用管
部３および曲管部４を備えている。

【００２８】円管部２は、二つの円管部５，６からな
り、それぞれが上下流側に配設されている。各円管部
５，６は、流体流入口５ａ，６ａおよび流体流出口５
ｂ，６ｂを有している。

【００２９】流体混合用管部３は、軸線両方向に開口す
る静止型流体混合器Ｓにおける狭窄部としての偏平な流
路空間３ａおよびこの流路空間３ａの両側にそれぞれ位
置する流体流入口３ｂと流体流出口３ｃを有し、両円管
部５，６間に配設されている。流路空間３ａの開口縦寸
法が円管部５，６の管内径より小さい寸法に設定され、
開口横寸法が円管部５，６の管内径より大きい寸法に設
定されている。これにより、流体混合用管部３の流路空
間３ａに流入する混合流体の温度・濃度勾配が小さくな
る。

【００３０】曲管部４は、緩やかな流路空間７ａ，８ａ
を有する曲管部７，８からなり、流体混合用管部３の流
体流入口３ｂと上流側円管部５の流体流出口５ｂ間およ
び下流側円管部６の流体流入口６ａと流体混合用管部３
の流体流出口３ｃ間に設けられている。これにより、混
合流体が流路空間７ａから層流を維持した状態で流体混
合用管部３の流路空間３ａに流入し、また流路空間８ａ
を介して層流を維持した状態で円管部６から流出する。

【００３１】このように構成された静止型流体混合器
は、例えば化学的気相成長（以下、「ＣＶＤ」と称す
る。）法によって半導体素子を製造する（ウエハ面に誘
電体膜を形成する）場合に用いられる。すなわち、常圧
ＣＶＤ装置のガス供給装置において、１ＳＬＭの１００
％酸素ガスと４００ｓｃｃｍの２％モノシランガス（Ｓ
ｉＨ₄）等の原料ガスを希釈送気ガスとして２５ＳＬＭ
の窒素ガスに合流させ、この合流体を静止型流体混合器
１内で混合させた後に反応管内に送気すると、この反応
管内におけるウエハ（加熱温度３５０℃）の面上に熱分
解によって二酸化珪素（ＳｉＯ₂）からなる誘電体膜が
形成される。

【００３２】このとき、静止型流体混合器Ｓ内では、円
管部５から複数種の流体が曲管部７の流路空間７ａを介
して流体混合用管部３の流路空間３ａに流入すると、こ
の流路空間３ａにおいて層流を維持した状態で温度・濃
度勾配の生じた部分が押し潰されるように幅方向に拡散
し、すなわち圧力損失のない状態で温度・濃度勾配を小
さくするように混合され、曲管部８の流路空間８ａを介
して層流を維持した状態で下流側の円管部６から流出す
る。

【００３３】この場合、合流体の混合比率は、各流体の
物性と温度および流速と圧力損失から流体混合用管部３
における流路空間３ａの開口寸法を算出することにより
近似的に求められる。この流体シミュレーションを行う
と、流路空間３ａの開口寸法を最適化することができ、
温度・濃度勾配の小さい所望の合流体が得られる。

【００３４】したがって、本実施形態においては、従来
のように管壁付近を流れる流体はそのまま管壁付近を流
れ、一方管軸線付近を流れる流体はそのまま管軸線付近
を流れるという傾向もないから、合流体を十分に混合さ
せることができる。また、本実施形態においては、流体
の接触面積を小さくして流路断面の急激な変化に伴う流
体の渦流・滞留が生じないから、流体の円滑な流通性を
得ることができる。さらに、本実施形態においては、混
合器全体が簡単な形状・構造であるから、加工精度およ
び組立精度を緩和させることができる。

【００３５】なお、本実施形態においては、流路空間３
ａの開口縦寸法および開口横寸法をそれぞれ１．０〜
４．０ｍｍと２０〜２００ｍｍの寸法に設定すると、従
来の静止型流体混合器において生じていた２０〜１００
％の濃度勾配が１０％以下に抑制され、ウエハ面上に寸
法差±３％以下の均一な誘電体膜が得られた。

【００３６】これにより、半導体素子の製造において、
マスクパターン精度や絶縁耐圧の均一性が高められ、ダ
イオード，トランジスタあるいは集積素子等のゲート電
圧や電流増幅率等の特性のばらつきが減少して歩留まり
が高められる。

【００３７】次に、本発明の第一実施形態に係る流体混
合方法につき、図２を用いて説明する。図２は本発明の
第一実施形態に係る静止型流体混合器を用いた静止型流
体混合装置を示す断面図で、同図において図１と同一の
部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略す
る。先ず、静止型流体混合装置につき、図２を用いて説
明する。同図において、符号１００で示す静止型流体混
合装置は、静止型流体混合器Ｓおよび加熱装置１０１を
備えている。

【００３８】加熱装置１０１は、静止型流体混合器Ｓの
流体混合用管部３に巻回するコイルヒータ１０１ａおよ
びこのコイルヒータ１０１ａを覆う断熱部材１０１ｂを
有するマントルヒータからなり、温度コントローラ（図
示せず）に接続されている。これにより、ガス混合時に
管体１を８０℃〜１５０℃に温度調節して加熱すると、
管内面付近では流体温度が上昇し、管内への合流ガスの
流入によって管内中心部付近では流体温度の上昇が抑制
される。なお、加熱装置１０１としては、マントルヒー
タの他にテープ状ヒータや恒温槽であってもよい。ま
た、コイルヒータ１０１ａによって静止型流体混合器Ｓ
の全体を巻回してもよい。

【００３９】次に、このように構成された静止型流体混
合装置を用いた流体混合方法について説明する。すなわ
ち、本実施形態の流体混合方法による流体混合は、例え
ばＭＯＶＰＥ装置のガス供給装置において、予め希釈送
気ガスとしての水素ガスが供給されたガス供給孔付きの
配管（図示せず）内にＴＭＧａやＴＭＩｎ等のＭＯガス
（原料ガス）をガス供給孔（図示せず）から導入して両
ガスを合流させた後、８０℃〜１５０℃程度に加熱され
た静止型流体混合器Ｓ内に合流ガスを送気することによ
り行われる。

【００４０】この場合、配管に対する原料ガスの送気が
偏在したまま、すなわち配管の管壁に沿って行われるた
め、原料ガスと水素ガスの合流ガスに濃度勾配が生じ、
この合流ガスが静止型流体混合器Ｓ（管体１）内に送気
される。このため、静止型流体混合器Ｓの加熱によって
管体１の管内面付近でガス温度が上昇し、また静止型流
体混合器Ｓへの合流ガスの流入による冷却効果によって
管内中心部付近でガス温度の上昇が抑制され、流体混合
用管部３の通口面内で温度勾配が生じる。

【００４１】そして、この温度勾配によって流体混合用
管部３内の合流ガスが熱拡散し、すなわち分子量の小さ
い水素ガスが高温側の管内面付近に、また分子量の大き
い原料ガスが低温側の管内中心部付近に向かって拡散
し、静止型流体混合器Ｓを加熱しない場合と比較してガ
ス混合率が一層高くなる（濃度勾配が小さくなる）。

【００４２】なお、本実施形態においては、ガス混合率
を高めるために、分子量の小さいガス（水素ガス）に分
子量の大きいガス（ＴＭＧａ等の原料ガス）を合流させ
て混合する（配管内に分子量の大きいガスが偏在する）
場合について説明したが、分子量の大きいガスに分子量
の小さいガスを合流させて混合する（配管内に分子量の
小さいガスが偏在する）場合には、図３に示す冷却装置
付きの静止型流体混合装置を用いて室温以下の温度（合
流ガスが液化しない程度の温度）に冷却された静止型流
体混合器Ｓ内に合流ガスを送気する。

【００４３】図３は本発明の第一実施形態に係る静止型
流体混合器を用いた他の静止型流体混合装置を示す断面
図で、同図において図２と同一の部材については同一の
符号を付し、詳細な説明は省略する。同図において、符
号１１０で示す静止型流体混合装置は、静止型流体混合
器Ｓおよび冷却装置１１１を備えている。

【００４４】冷却装置１１１は、静止型流体混合器Ｓの
流体混合用管部３を挟持する二つの冷却（ペルチェ）素
子１１１ａを有し、温度コントローラ（図示せず）に接
続されている。これにより、ガス混合時に管体１を室温
以下の温度（ガスが液化しない程度の温度）に温度調節
して冷却すると、管内面付近では流体温度が下降し、管
内への流体の流入によって管内中心部付近では流体温度
が上昇する。なお、冷却装置１１１としては、冷却素子
１１１ａを用いたもの以外に恒温槽であってもよい。ま
た、冷却素子１１１ａによって静止型流体混合器Ｓの全
体を覆うものでもよい。

【００４５】このような静止型流体混合装置を用いる静
止型流体混合器Ｓ内への合流ガスの送気は、配管に対し
てガスが偏在したまま、すなわち配管の管壁に沿って行
われるため、両ガスの合流ガスに濃度勾配が生じ、この
合流ガスが静止型流体混合器Ｓ（管体１）内に送気され
る。このため、静止型流体混合器Ｓの冷却によって管体
１の管内面付近でガス温度が低下し、また静止型流体混
合器Ｓへの合流ガスの流入による加熱効果によって管内
中心部付近でガス温度の低下が小さくなり、流体混合用
管部３の通口面内で温度勾配が生じる。

【００４６】そして、この温度勾配によって流体混合用
管部３内の合流ガスが熱拡散し、すなわち分子量の大き
いガスが低温側の管内面付近に、また分子量の小さいガ
スが高温側の管内中心部付近に向かって拡散し、静止型
流体混合器Ｓを冷却しない場合と比較してガス混合率が
一層高くなる（濃度勾配が小さくなる）。

【００４７】次に、本発明の第二実施形態につき、図４
を用いて説明する。図４は本発明の第二実施形態に係る
静止型流体混合器を示す斜視図で、同図において図１と
同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は
省略する。同図において、符号Ｔで示す静止型流体混合
器は、二つの静止型流体混合用の管体１，２１からな
り、それぞれが軸線方向に並設されている。

【００４８】管体２１は、円管部２２，流体混合用管部
２３および曲管部２４を備え、管体１の軸線回りに互い
に所定の角度例えば９０°をもってずらした位置に配置
されている。これにより、複数種類の流体が各流体混合
用管部３，２３の流路空間３ａ，２３ａに流入すると、
これら各流路空間３ａ，２３ａにおいて温度・濃度勾配
を効果的に漸次小さくするように三次元にわたって混合
される。

【００４９】円管部２２は、二つの円管部２５，２６か
らなり、それぞれが上下流側に配設されている。各円管
部２５，２６は、流体流入口２５ａ，２６ａおよび流体
流出口２５ｂ，２６ｂを有している。このうち円管部２
５の流体流入口２５ａは、円管部６の流体流出口６ｂに
連通している。

【００５０】流体混合用管部２３は、軸線両方向に開口
する静止型流体混合器Ｔにおける狭窄部としての偏平な
流路空間２３ａおよびこの流路空間２３ａの両側にそれ
ぞれ位置する流体流入口２３ｂと流体流出口２３ｃを有
し、両円管部２５，２６間に配設されている。流路空間
２３ａの開口寸法は、流体空間３ａの開口寸法と同一の
寸法に設定されている。これにより、複数種類の流体が
各流体混合用管部３，２３の流路空間３ａ，２３ａに流
入すると、これら各流路空間３ａ，２３ａにおいて温度
・濃度勾配を小さくするように繰り返し混合される。

【００５１】曲管部２４は、緩やかな流路空間２７ａ，
２８ａを有する曲管部２７，２８からなり、流体混合用
管部２３の流体流入口２３ｂと上流側円管部２５の流体
流出口２５ｂ間および下流側円管部２６の流体流入口２
６ａと流体混合用管部２３の流体流出口２３ｃ間に設け
られている。これにより、合流体が流路空間２７ａから
層流を維持した状態で流体混合用管部２３の流路空間２
３ａに流入し、また流路空間２８ａを介して層流を維持
した状態で円管部２６から流出する。

【００５２】このように構成された静止型流体混合器
は、例えば気相エピタキシャル成長（以下、「ＭＯＶＰ
Ｅ」と称する。）法によって光通信・光情報処理用光源
としての半導体素子（半導体レーザダイオードＬＤ）を
製造する（ウエハ面上に半導体層の成長を行う）場合に
用いられる。

【００５３】すなわち、ＭＯＶＰＥ装置のガス供給装置
において、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ），トリメチ
ルアルミニュウム（ＴＭＡｌ），トリエチルガリウム
（ＴＭＧａ）およびトリメチルインジュウム（ＴＭＩ
ｎ）等のＭＯガスをIII族の原料ガスとして、またアル
シン（ＡＳＨ₃）およびフォスフィン（ＰＨ₃）等の特殊
ガスをＶ族の原料ガスとして成長組成に応じて選択し、
これら原料ガスを希釈送気ガスとしての水素ガスに合流
させ、この合流体を静止型流体混合器Ｔ内で混合させた
後に反応管内に送気すると、この反応管内のＧａＡｓあ
るいはＩｎＰ化合物半導体基板（加熱温度６００〜８０
０℃）上に熱分解によってＡｌＧａＩｎＰあるいはＩｎ
ＧａＡｓＰ等の四元化化合物半導体層の成長が行われ
る。

【００５４】このとき、静止型流体混合器Ｔ内では、円
管部２５から複数種類の流体が各流体混合用管部３，２
３の流路空間３ａ，２３ａに流入すると、これら各流路
空間３ａ，２３ａにおいて層流を維持した状態で温度・
濃度勾配の生じた部分が押し潰されるように幅方向に拡
散し、すなわち圧力損失のない状態で温度・濃度勾配を
効果的に漸次小さくするように水平，垂直および流れ方
向の三次元にわたって混合される。

【００５５】この場合、トリエチルガリウム（ＴＥＧ
ａ）の管内濃度均一性および圧力損失と、流路空間３
ａ，２３ａにおける開口縦寸法および開口横寸法との関
係は、例えば流路空間３ａ，２３ａの開口縦寸法および
開口横寸法をそれぞれ１．５ｍｍと２２ｍｍとすると、
均一性および圧力損失がぞれぞれ１０％以下と１Ｔｏｒ
ｒ（１．３３３２２×１０⁻³Ｐａ）となる（入口流速
４ｍ／ｓ）。

【００５６】したがって、本実施形態においては、第一
実施形態と同様に、合流体を十分に混合させることがで
きるとともに、流体の円滑な流通性を得ることができ、
かつ加工精度および組立精度を緩和させることができ
る。

【００５７】なお、本実施形態においては、管体１と管
体２１間寸法を３〜３０ｍｍに設定するとともに、流路
空間３ａ，２３ａの開口縦寸法および開口横寸法をそれ
ぞれ０．３〜１．０ｍｍと２〜８ｍｍの寸法に設定する
と、従来の静止型流体混合器において生じていた２０〜
１００％の濃度勾配が数％以下に抑制され、ウエハ面内
で寸法差±３％以下（波長組成±０．６％以下，ＰＬ波
長±０．３％以下，ＰＬ強度±１０％以下）の均一な成
長層が得られた。

【００５８】これにより、半導体素子の製造において、
ＬＤ用ウエハ面内での波長組成の均一性が改善され、Ｌ
Ｄにおける発振閾値や発振波長等の特性のばらつきが減
少して歩留まりが高められる。

【００５９】次に、本発明の第二実施形態に係る流体混
合方法につき、図５を用いて説明する。図５は本発明の
第二実施形態に係る静止型流体混合器を用いた流体混合
方法を説明するために示す斜視図である。本実施形態の
流体混合方法による流体混合は、第一実施形態と同様に
して行われる。すなわち、本流体混合は、例えばＭＯＶ
ＰＥ装置のガス供給装置において、予め希釈送気ガスと
しての水素ガスが供給されたガス供給孔付きの配管（図
示せず）内に原料ガスをガス供給孔（図示せず）から導
入して両ガスを合流させた後、同図に斜線で示す恒温槽
等の加熱空間Ｈに配置して８０℃〜１５０℃程度に加熱
された静止型流体混合器Ｔ内に合流ガスを送気すること
により行われる。

【００６０】この場合、配管に対する原料の送気が偏在
したまま、すなわち配管の管壁に沿って行われるため、
原料ガスと水素ガスの合流ガスに濃度勾配が生じ、この
合流ガスが静止型流体混合器Ｔ（管体１，２１）内に送
気される。このため、静止型流体混合器Ｔの加熱によっ
て管体１，２１の管内面付近で温度上昇し、また静止型
流体混合器Ｔへの合流ガスの流入による冷却効果によっ
て管内中心部付近で温度上昇が抑制され、流体混合用管
部３，２３の通口面内で温度勾配が生じる。

【００６１】そして、この温度勾配によって流体混合用
管部３，２３内の合流ガスが熱拡散し、すなわち分子量
の小さい水素ガスが高温側の管内面付近に、また分子量
の大きい原料ガスが低温側の管内中心部付近に向かって
拡散し、静止型流体混合器Ｔを加熱しない場合と比較し
てガス混合率が一層高くなる（濃度勾配が小さくな
る）。このように、本実施形態の流体混合方法によって
混合したガスを反応管（図示せず）内に送気すると、反
応管内の化合物半導体基板上に熱分解によって四元化化
合物半導体層が成長するが、層厚均一性±１．５％以下
の均一な成長層が得られた。

【００６２】なお、本実施形態においては、ガス混合率
を高めるために、分子量の小さいガス（水素ガス）に分
子量の大きいガス（原料ガス）を合流させて混合する
（配管内に分子量の大きいガスが偏在する）場合につい
て説明したが、分子量の大きいガスに分子量の小さいガ
スを合流させて混合する（配管内に分子量の小さいガス
が偏在する）場合には、合流ガスを恒温槽等の冷却空間
に配置して室温以下の温度（合流ガスが液化しない程度
の温度）に冷却された静止型流体混合器Ｔ内に送気す
る。

【００６３】また、本実施形態においては、水素ガスと
単一の原料ガスを合流させる場合について説明したが、
各分子量が互いに異なる複数種の原料ガスを合流させる
場合には、ガス混合時に管体１を例えば図２に示す加熱
装置１０１で加熱し、管体２１を例えば図３に示す冷却
装置１１１で冷却することにより、効果的なガス混合率
を得ることができる。

【００６４】なお、各実施形態においては、半導体素子
の製造プロセスに適用する場合について説明したが、本
発明はこれに限定されず、他の製造プロセスにも各実施
形態と同様に適用可能である。また、本発明において
は、軸線方向に並設する二つの管体をそれぞれ互いにず
らさない位置に配置する構造としても、合流体を効果的
に混合させることができ、さらに各管体の流路空間の開
口寸法を互いに相異させると、一層合流体を効果的に混
合させることができる。

【００６５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、静
止型流体混合用の管体であって、この管体における上流
側円管部の流体流出口と流体混合用管部の流体流入口間
および下流側円管部の流体流入口と流体混合用管部の流
体流出口間に緩やかな流路空間を有する曲管部を介在さ
せたので、上流側の円管部から複数種類の流体が、上流
側の曲管部を介して流体混合用管部の流路空間に流入す
ると、この流路空間において層流を維持した状態で温度
・濃度勾配を小さくするように混合され、下流側の曲管
部を介して層流を維持した状態で下流側の円管部から流
出する。

【００６６】したがって、各流体を十分に混合させるこ
とができるから、混合度が高く、均一な温度・濃度分布
をもつ混合流体を得ることができる。また、従来のよう
に流路断面の急激な変化に伴う流体の渦流・滞留が生じ
ないから、流体の円滑な流通性を得ることができ、生産
性を高めることもできる。さらに、混合器全体が簡単な
形状・構造であるから、加工精度および組立精度を緩和
させることができ、製造の簡素化を図ることができると
いった利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態に係る静止型流体混合器
を示す斜視図である。

【図２】本発明の第一実施形態に係る静止型流体混合器
を用いた静止型流体混合装置を示す断面図である。

【図３】本発明の第一実施形態に係る静止型流体混合器
を用いた他の静止型流体混合装置を示す断面図である。

【図４】本発明の第二実施形態に係る静止型流体混合器
を示す斜視図である。

【図５】本発明の第二実施形態に係る静止型流体混合器
を用いた流体混合方法を説明するために示す斜視図であ
る。

【図６】従来の静止型流体混合器（１）を示す断面図で
ある。

【図７】従来の静止型流体混合器（２）の内部構造を示
す斜視図である。

【図８】従来の静止型流体混合器（３）を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 管体 ２ 円管部 ３ 流体混合用管部 ３ａ 流路空間 ３ａ 流体流入口 ３ｂ 流体流出口 ４ 曲管部 ５，６ 円管部 ５ａ，６ａ 流体流入口 ５ｂ，６ｂ 流体流出口 ７，８ 曲管部 ７ａ，８ａ 流路空間 Ｓ 静止型流体混合器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 正野 篤士 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 堀田 等 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気株 式会社内 Ｆターム(参考） 4G035 AB02 AC12 AE15 4G037 CA11 CA18 CA20 EA01 5F045 AA04 AB18 AB32 AC01 AC08 AC11 AD07 EE05 EJ01 EK05

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下流側にそれぞれが配設され、流体流
   入口および流体流出口を有する二つの円管部と、 これら両円管部間に配設され、軸線両方向に開口する偏
   平な流路空間を有する流体混合用管部とを備えた静止型
   流体混合用の管体であって、 この管体における両円管部のうち上流側円管部の流体流
   出口と流体混合用管部の流体流入口間および下流側円管
   部の流体流入口と前記流体混合用管部の流体流出口間に
   緩やかな流路空間を有する曲管部を介在させたことを特
   徴とする静止型流体混合器。
2. 【請求項２】 前記管体を軸線方向に複数個並設したこ
   とを特徴とする請求項１記載の静止型流体混合器。
3. 【請求項３】 前記各流体混合用管部における流路空間
   の開口寸法が同一の寸法に設定されていることを特徴と
   する請求項２記載の静止型流体混合器。
4. 【請求項４】 前記各流体混合用管部における流路空間
   の開口寸法が互いに異なる寸法に設定されていることを
   特徴とする請求項２記載の静止型流体混合器。
5. 【請求項５】 前記管体のうち隣接する二つの管体が、
   軸線回りに互いに所定の角度をもってずらした位置に配
   置されていることを特徴とする請求項２，３または４記
   載の静止型流体混合器。
6. 【請求項６】 前記角度が９０°であることを特徴とす
   る請求項５記載の静止型流体混合器。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載
   の静止型流体混合器を含み、 この静止型流体混合器を加熱する加熱装置を含ませたこ
   とを特徴とする静止型流体混合装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のうちいずれか一項に記載
   の静止型流体混合器を含み、 この静止型流体混合器を冷却する冷却装置を含ませたこ
   とを特徴とする静止型流体混合装置。
9. 【請求項９】 請求項２〜６のうちいずれか一項に記載
   の静止型流体混合器を含み、 この静止型流体混合器における管体のうち一部の管体を
   加熱する加熱装置および他の管体を冷却する冷却装置を
   含ませたことを特徴とする静止型流体混合装置。
10. 【請求項１０】 請求項７〜９のうちいずれか一項に記
    載の静止型流体混合装置を用いて流体を混合する方法で
    あって、 流体を混合するにあたり、前記管体を加熱することを特
    徴とする流体混合方法。
11. 【請求項１１】 請求項７〜９のうちいずれか一項に記
    載の静止型流体混合装置を用いて流体を混合する方法で
    あって、 流体を混合するにあたり、前記管体を冷却することを特
    徴とする流体混合方法。