JP3512186B2 - 化学処理及び製造のための一体構造及び方法、並びにその使用方法及び製造方法 - Google Patents

化学処理及び製造のための一体構造及び方法、並びにその使用方法及び製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する技術分野 本発明は、化学処理ユニツトを一体構造に総合する小
形化学処理装置及び製造方法に関する。さらに詳細に
は、本発明は、通過する化学薬品の処理パラメータの制
御の精度の改良、動作の安全性の向上、及び資本投資の
低減を特徴とする化学処理装置に関する。
従来技術及びその課題 効率的な化学処理及び製造を達成するために、温度、
圧力、混合条件、触媒物質への反応物の露呈、化学線へ
の反応物の露呈、並びに反応生成物の分離を達成するた
めの条件の如く多数のパラメータを正確に制御すること
が必要である。
従来の処理機器は、多数の不都合を破る。化学産業に
おいて、実験室ベンチスケールから商業生産規模への
「拡大」は困難であることが、長いこと認識されてき
た。実験室において達成された結果は、しばしば、生産
施設の生産率で複製することが困難である。「規模の経
済性」の従来の理念は、生産率（単位時間当たりの生産
単位）を資本投資に関連させる経済的考察に基づく。こ
の従来の接近方法は、化学処理の制御の最適精度を低下
させる。
従来の化学処理機器は、一般に、比較的多量の材料を
保持し、結果的に、比較的大きな容積対表面積比を有す
る。このため、そのような機器内に包含された反応物質
の種々の部分は、種々の条件履歴にさらされやすい。例
えば、従来のタンク反応器の場合に、反応器の壁におけ
る温度条件が十分に制御される時さえも、反応器の壁に
あまり近接しない反応物の部分は、特に化学反応が強く
発熱を伴うならば発生する大きな温度こう配が存在する
ならば、種々の温度履歴を経る。反応物の急速な撹拌
は、この温度履歴差を縮小するが、それを除去しない。
非均質温度履歴の結果として、反応物の種々の部分は、
別様に化学的に反応する。非所望の反応が、所望の温度
よりも高い温度の履歴にさらされる反応物の部分におい
て発生する。これは、危険で、適切に処置されなければ
ならない非所望の廃棄物を産出する。極端な状況におい
て、反応率は、非可制御レベルにまで加速され、潜在的
な爆発の如く、安全災害を引き起こす。
しかし、処理装置の容積対表面積比が実質的に縮小さ
れるならば、反応物の温度履歴の均質性の制御の精度
は、実質的に改良される。
高度の乱流は、２つ以上の反応物を急速に混合する能
力を高めることが認識された。急速混合は、高速作用化
学反応物のために重要である。高度の乱流はまた、熱伝
達を高めることが知られる。こうして、低い容積対表面
積比と高乱流度を有する構造は、化学処理の正確な制御
のために特に都合が良い。
小形化学反応器の如く個別ユニットが、DE3,926,466
における如く、溝付き金属板のスタックから作製され
た。また、熱交換器を溝付き金属ホイル又は板あるいは
ガラス板に結合した溝付きシリコンウェーハのスタック
から構成することが知られる。構造における小さな精密
内部チヤネルの作製は、今まで困難であった。しかし、
それは、ダイヤモンド先端金属加工機械工具では、作製
技術により課せられた制約により、まっすぐなチヤネル
に主に限定された。そのような構造は、一般に、溝の各
端部において多岐管を具える複数の密接な間隔の直線平
行溝を有する。しかし、そのような直線溝付き構造は、
非常に高速な化学反応に対して必要と考えられる混合流
における混合率と乱流度を達成しない。
高乱流を有する混合器組立体が、従来の金属加工技術
を使用して、金属板において所望の通路と室を加工し、
板をスタックに組み立て、スタックを締結するか、ある
いは溶接又は半田付けによる如く、スタックを永久的に
接合することにより構成された。例としては、米国特許
3,701,619がある。従来の機械工具技術は、複雑な小形
構造を経済的に形成することに十分に適合されないため
に、そのような構造は、特に小さな容積対表面積比を達
成しない。そのような器具は、個別ユニットであり、化
学処理及び製造のための一体構造ではない。
鋼及び特殊鉄合金の如く、従来の化学処理装置の構成
材料は、さらに、腐食と摩耗を受け、触媒活動に非所望
の影響を与え、又は触媒を「抑止」する。本発明の装置
は、化学方法と融和性であるように選択された材料の範
囲から作製される。装置を作製するために使用された特
殊技術の幾つかは、選択された材料に左右される。
本発明は、特定の化学反応の必要性を満たすために、
センサー及び制御要素と一つ以上のユニット動作を総合
する能力を設ける。本発明の特徴は、それが、総合化学
処理ユニットの商業容積生産版の最適動作パラメータを
決定するための基本化学反応を行うために、所与の要素
又は動作ユニットの精密サイズの範囲の構成ために実験
室において経済的に使用されることである。本発明の付
加特徴は、それが多重フェーズ材料を処理することであ
る。本発明の利点は、多数の相互連結及び接合部の除去
を含み、これにより、漏れの潜在性を縮小する。これら
と他の目的、特徴及び利点は、発明の次の説明を参照し
てより良く理解されるであろう。
課題を解決するための手段 化学薬品の収容と放出のために形成された少なくとも
一つの入口ポートと少なくとも一つの出口ポートを具
え、一体に連結された複数の層（lamina）を具備する化
学処理及び製造のための一体構造が、開示及び請求され
る。層は、処理される化学薬品を収納するために、少な
くとも一つの３次元曲がりチヤネルを形成される。望ま
しくは10〜5000マイクロメートルの断面積のチヤネル
が、入口ポートと出口ポートに連結される。層は、特定
化学方法と融和性であるように選択された材料を具備す
る。少なくとも一つのユニット動作を行う手段が、化学
薬品が処理される如く、所望の制御を行うように位置付
けられる。
塩素（Cl）と水（H2O）を生成するための塩化水素酸
（HCl）の酸化の如く、高温酸化反応のために適する材
料の例は、シリコンの如く、周期表のIII、IV及びＶ族
の物質である。CF3CH2Fを生成するためのCF3CH2Clのフ
ッ素化の如く、フッ素化反応のために適することが判明
した材料の例は、炭化ケイ素、炭化タングステン、アル
ミナ及びサファイアの如く、セラミックである。
ジクロロジメチルシラン（DCDMS）の光塩素化の如
く、光化学反応のために適する材料の例は、溶融石英、
純シリカガラス及びホウケイ酸ガラスの如く、ガラス材
料である。たん白質から他の物質へのたん白質分解酵素
変換の如く、生物化学反応のために適することが見いだ
された材料の例は、ポリスチレン、ポリエステル、ポリ
アミド、及びポリテトラフルオロエチレンポリマーの如
く、ポリマーである。高圧方法条件のために適する材料
の例は、繊維強化ポリマーとセラミックの如く、複合材
料である。要求の低い方法条件のために適する材料の例
は、金属である。
一体構造の好ましい実施態様において、層が、複数の
ユニット動作を収容するように配置される。加えて、チ
ヤネルが、隣接層の間に正確に方向付けられる。これら
のチヤネルは、該層に沿って連続又は不連続である。不
連続チヤネルは、連続経路を形成するために十分な隣接
層の間に連続的に整列される。
本発明の一体構造は、（ａ）頂部と底部を有し、所望
の経路を形成するために十分な所望の厚さを有する複数
の層を最初に処理することを具備する方法により製造さ
れる。（ｂ）層は、化学薬品の収容と放出のための少な
くとも一つの入口ポートと少なくとも一つの出口ポート
を形成するために、正確な整合において積み重ねられ、
一体に結合される。経路は、処理される化学薬品を収容
するために少なくとも一つの３次元曲がりチヤネルを形
成する。望ましくは10〜5000マイクロメートルの断面積
のこのチヤネルは、入口ポートと出口ポートに連結され
る。層は、特定化学方法と融和性であるように選択され
た材料を具備する。（ｃ）最後に、少なくとも一つのユ
ニット動作を行うための一つ以上の手段が、化学薬品が
処理される如く、所望の制御を行うように位置付けられ
る。
経路を形成するための層の処理は、（半導体材料のウ
ェーハを処理するために使用される）化学エッチング、
電解加工（ECM）、放電加工（EDM）、レーザー切断、穴
あけ及び切削、（セラミック部品を作製するために使用
される）研削及び単一ダイヤモンド点カッティングを含
む減法方法、選択メッキ法、化学蒸着法、ステレオリソ
グラフィック光形成、及び溶接の如く堆積方法を含む加
法方法、及び成型、鋳造、及びスタンピングの如く形成
方法のグループから選択された手順によって行われる。
耐摩耗被覆は、薄膜の形式において、結合前に処理済層
上に随意的に堆積される。
一体構造を製造するための方法において、隣接層の対
向表面における経路は、所望の断面積を有する層の平面
において構造を通った通路を形成する。これらの平面通
路は、相互に連結され、かつ、所望の全３次元曲がり形
状を有する通路を形成するために一つ以上の層を通過す
る層の平面に直交する通路と連結される。ここで使用さ
れた用語「３次元曲がり」は、通路が二股、分岐、交
差、又は内曲し、通過される化学薬品の所望の流れ特性
を達成するために一定又は可変断面形状及びサイズであ
る特性を含むことを意図される。
上記の装置は、化学処理及び製造のための方法におい
て使用される。方法は、（ａ）上記の構造の入口ポート
に処理される一つ以上の化学薬品を導入することと、
（ｂ）一つ以上の化学薬品を収容するように特別に適合
された少なくとも一つの曲がりチヤネルを横断するよう
に一つ以上の化学薬品を指向させることと、（ｃ）一つ
以上の化学薬品に対する次のユニット動作の少なくとも
一つを行う手段により、曲がりチヤネルを通った一つ以
上の化学薬品の横断を調整することと、Ａ−混合、Ｂ−
熱交換、Ｃ−分離、Ｄ−触媒反応、Ｅ−非触媒反応、Ｆ
−光化学反応、Ｇ−電気化学反応、（ｄ）出口ポートか
ら一つ以上の処理済化学薬品を回収することとを具備す
る。
この処理は、処理される一つ以上の化学薬品に作用さ
れるユニット動作による曲がりチヤネルの設計の調整を
特徴とする。
これらのユニット動作の各々は、個別に、あるいは同
一又は異なる装置における他のユニット動作と結合して
行われる。この発明の構造は、連続又は半連続動作のた
めに特別に適する。
本発明は、次の如く記載された添付の図面に関連した
次の詳細な説明からさらに十分に理解される。
発明の実施の形態 考えられるすべての又はほとんどすべての化学反応を
行うように容易に適合されることが、この発明の装置の
特徴である。処理される個々の化学薬品、又は反応され
る２つ以上の化学薬品の物理及び化学特性により、技術
における当業者は、曲がりチヤネルの必要なサイズ、形
状とスループット、及び多様な層の数と幾何形状を有す
る装置を設計することができる。ユニット動作手段の形
式と位置は、設計された装置に適合され、それと統合さ
れる。最後に、所望ならば、装置の配列は、順次及び／
又はタンデム動作において連結される。この発明の総合
構造の構成材料、好都合なサイズ及び適合性のために、
柔軟性の向上、始動の容易性及び資本間接投資の低減に
より、目標方法の試験工場又は商業運転をより迅速に始
めることができる。これは、ほとんど任意の化学方法を
行うための構造及び設計パラメータの特別な適合性のた
めに、すべて可能である。
本発明は、（１）混合及び熱伝達を高める高度の乱流
を生成し、（２）温度こう配を最小にし、さらに、熱伝
達を高める非常に低い容積対表面積比を有し、（３）処
理される反応物の全容積の各部分に対して、より正確な
温度制御とより一様な温度履歴を達成するために、材料
の滞留時間を制御する複雑な３次元形状の小チヤネルを
特徴とする。火炎の伝搬を許容しない十分に小さなチヤ
ネルが、容易に形成され、こうして、潜在的に爆発性の
化学反応物に安全に反応するために使用される。
本発明の構造は、多段階作製方法によって達成され
る。まず、一連の平面層又はウェーハが、各層の一方又
は両方の主表面において、あるいは層の厚さで、所望の
経路パターンを形成するために処理される。層材料の選
択は、化学方法との融和性による。ここで使用された如
く、用語「化学方法との融和性」は、化学減成への抵
抗、温度と圧力の如く動作条件、熱伝導必要条件、サイ
ズ、幾何形状及び精度等の層において生成される必要な
特徴、層材料の密封性、及び経済的考察を含む。例え
ば、単結晶シリコンウェーハの如く、半導体電子構成要
素を作製するために使用されたものに類似するウェーハ
が使用される。シリコンの如く材料に対して、半導体材
料のウェーハを処理するために使用される化学エッチン
グと、セラミック部品を作製するために使用されるレー
ザー穴あけと切削を含む技術の組み合わせが、通路を形
成するために使用される。
層が、続いて、精密な整合において積み重ねられ、
（例えば、熱融着、陽極結合、接着結合、合金結合、及
びクランピングにより）一体構造に接合される。ここで
請求された如く層の「複数」により、一体構造が適切に
接合された２つ以上の層から成ることが理解される。第
１図の例において示された如く、11個の層が、装置とし
て接合され、最初及び最終層は、外側グループを形成
し、そして残りの層は、内側グループを形成する。外側
グループは、シリコン、又は金属、セラミック、複合材
料又はガラスの如く保護材料であり、一方、内側グルー
プは、シリコンである。達成された結合の強度は層自体
の強度に近いために、内側グループがシリコンから作ら
れるならば、熱融着が、層を接合する好ましい方法であ
る。
本発明は、好ましくは、特定化学方法と融和性である
ように選択された材料を使用する。周期表のIII、IV及
びＶ族の材料、最も好ましくはIV♪＊♪Ａ族の材料、さ
らに最も好ましくはシリコンとゲルマニウムは、多数の
化学方法と融和性があることが判明した。ある化学方法
に対して、シリコンと類似の材料は、鋼と特殊金属合金
の如く従来の反応器材料よりも多数の利点を有し、腐食
と摩耗に特に耐性がある。必要ならば、酸化ケイ素、窒
化ケイ素、炭化ケイ素又は合成ダイヤモンドの如く表面
層が、層上に形成され、腐食と摩耗への耐性を強める。
シリコン及び類似の材料は、熱分布を高め、一様温度
を促進する高熱伝導率を有する。シリコンは、比較的低
い熱膨張率を有し、大きな温度こう配と急速な温度変化
を許容する。高い熱伝導率と大きな温度こう配の許容性
は、熱障壁を創設するために構造内に真空排気室を形成
し、種々の温度において総合ユニットの種々の部品を維
持することにより、利用される。こうして、入り化学反
応物は、例えば、低温において混合され、急速に加熱さ
れ、完全に反応され、その後、急速に冷却され、非所望
の化合物の形成又は所望の生成物の熱減成を防止する。
高品質材料の豊富な供給と十分に開発された処理技術
の長い歴史が、半導体電子産業内で使用されるように利
用可能である。多重層固体、耐漏モノリシック構造を形
成するためにシリコンと他のIII、IV及びＶ族材料を融
着するための特異な能力は、複数の単純ウェーハから小
形で、本質的に安全な複合化学処理装置の経済的な作製
を容易にする。
ここで使用された如く、「ユニット動作」を行う装置
は、触媒、非触媒、光化学、電気化学、及び同様の形式
の、混合器、流れ分布チヤネル、熱交換器、分離器及び
反応室を含む。
ユニット動作を制御する手段は、圧力センサー、温度
センサー、流量センサー、及び化学組成センサーの如く
方法モニター、及び処理パラメータを効果的に制御する
ために弁、ポンプ及び加熱器／冷却器の如く制御装置と
この一体構造において組み合わされる。そのような手段
は、化学薬品における所望に応じて（単独又は他の手段
と組み合わせて）特定機能を行う。そのような一例は、
一体的温度制御の分離である。単一化学処理ユニットへ
の動作のすべての総合は、先行システムよりも動作パラ
メータのより正確な制御、パス長の縮小、こうして、化
学薬品の減成のための機会の縮小、入り物質を予熱する
ための反応熱の使用、こうして、エネルギー必要条件の
縮小の如く付加的利点を設ける。加えて、ユニット動作
を行う手段は、一体構造に必ずしも固定されるわけでは
ない。そのような手段は、例えば、温度制御手段として
水浴を使用する如く、構造の外部にある。
対象の化学方法に対して触媒活動がなく相対的に不活
性の材料が選択される。それから、所望の活動度を有す
る触媒が、総合化学処理ユニットに容易に混入される。
触媒活動を総合構造に組み入れる一般手段は、チヤネ
ルのセグメントに触媒ビードを詰めるか、又はチヤネル
の表面へ触媒物質を堆積することである。そのようなユ
ニット動作を達成するために、技術における当業者には
多様な技術が利用できる。
本発明の例において記載された作製方法は、化学処理
機器のために特異的に適する材料において精密で複雑な
形状のチヤネル又は他の構造の単純な大量生産を許容す
る。作製方法は、臨界特徴の精密な複製を容易にし、そ
の結果、多量の化学薬品が、処理された化学薬品の所望
の生産率を達成するために必要な回数だけ特徴を単純に
複製することにより処理される。小形の総合構造におけ
る所与の方法のために必要な動作を据えることにより、
所与の化学薬品のさらに増大した容積の生産は、単に、
総合化学処理ユニットを複製又は概算し、複製ユニット
を並列に動作させる事になる。従来の化学処理において
現在使用される大形多リットルタンクを拡大することと
は反対に、この発明は、複製により概算することによ
り、段階的投資と小分布処理工場のための大きな柔軟性
を設ける。消費位置において需要により化学薬品を作る
ことは、出荷をなくし、危険な化学薬品の集中製造及び
分配に関連した危険を取り扱う潜在性を保持する。
安全性は、ほんの少量の材料が小形反応器要素におい
て処理される時、幾つかの方法において高められる。チ
ヤネルの小サイズは、火炎の伝搬を防止し、こうして、
爆発の潜在性を大きく縮小又は除去し、そして装置内の
化学物質の全容積は、小さく、潜在的なこぼれ又は爆発
の大きさを縮小する。これは、伝統的な処理接近方法を
使用して、以前は安全に行うことができなかった商業規
模における化学作用を安全に行う潜在性を創設する。小
さな精密反応器の使用による化学反応をより精密に制御
する能力はまた、廃棄物を生成し、化学処理ユニットの
汚れにつながる非所望の副反応の潜在性を最小にする。
本発明は、こうして、生産性を増大させ、危険を縮小す
る。
実施例 次の詳細な説明を通じて、類似の参照文字は、図面の
全図において同様の要素を参照する。１〜99の参照文字
は、発明の全特徴を参照する。層は、100、200、300、4
00、500、600、700、800、900、1000と1100と番号付け
され、そして各それぞれの層における特定の特徴は、10
1〜199、201〜299、等と番号付けされ、最後の２桁は、
発明の全特徴に対応する。接尾文字"V"は、構造を通し
てヴィアス又はインター層垂直経路を指定するために使
用される。ハイフンと番号（−１、−２、等）を具備す
る接尾辞は、分岐多岐管の個別分岐の如く、特定要素の
部分を指定するために使用される。曲線状の括弧｛｝
は、結晶材料における結晶面を指定する。
第１図を参照すると、本発明の例としての装置10が示
される。この装置10は、一体構造を形成するために、外
側グループ12と内側グループ14の２つのグループを融合
して成る複数の層から構成される。一つ以上の入口ポー
ト20と24は、装置内への反応物の流入を可能にし、そし
て一つ以上の出口ポート30と34は、装置からの合成反応
生成物の流出を可能にする。入口ポート20、24と出口ポ
ート30、34は、必ずしも、外側グループを通して位置付
けられる必要はないことが認められる。これらの要素
は、例えば、層の側部において一体構造と交差するよう
に設計することができる。外側グループ12と内側グルー
プ14の層は、同一又は異なる材料から成る。第１層100
と第11層1100から成る外側グループ12は、金属、セラミ
ック又はホウケイ酸ガラスの如くガラス材料から成る
か、又は周期表のIII、IV又はＶ族からの材料から成
る。下記の特定化学方法例に対して、ホウケイ酸ガラス
が、好ましい材料である。例示の装置の内側グループ14
は、同様にウェーハ200、300、400、500、600、700、80
0、900と1000と呼ばれる層から成る。内側グループは、
好ましくは、特定化学方法と融和性であるように選択さ
れた材料から成る。下記の特定化学方法例に対して、内
側グループの層は、好ましくは、周期表のIII、IV又は
Ｖ族から選択され、より好ましくは、IV♪＊♪Ａ族から
選択され、シリコンが最も好ましい材料である。切断線
４−４と５−５は、２つの後続の図の断面図の位置を描
く。
装置の例示の機能特徴が、次の如く、第２図と第３図
に示される。ウェーハ100の底部における対応するすき
ま経路とウェーハ200の頂部における金属化パターンに
よって形成した電気加熱器36と、ウェーハ200の底部と
ウェーハ300の頂部において経路によって形成した２つ
の入口分配多岐管40、44と、ウェーハ200の底部とウェ
ーハ300の頂部における対応する経路によって形成した
混合器／反応室の配列60と、ウェーハ300の底部とウェ
ーハ400の頂部における対応する経路によって形成した
フォーク形状出口収集多岐管50と、層400の底部と層500
の頂部における真空排気室72（第９図）によって形成し
た第１熱障壁70と、ウェーハ500の底部とウェーハ600の
頂部における経路によって形成した第１熱交換器74と、
ウェーハ600の底部とウェーハ700の頂部における経路に
よって形成した螺施分離器78と、層700の底部と層800の
頂部における真空排気室84（第12図）によって形成した
第２熱障壁82と、ウェーハ800の底部とウェーハ900の頂
部及びウェーハ900の底部とウェーハ1000の頂部におけ
る経路によって形成した第２熱交換器86と、ウェーハ10
00の底部とウェーハ1100の頂面における経路によって形
成した螺施光化学反応器室90とである。
第４図と第５図において、垂直スケールが、例示の明
確性のために誇張される。装置の層は、完全に作製され
た時一体構造に融合されるが、例示の明確性のために、
層の間の界面が、第４図と第５図において示される。
構造の内部における一般流路を示す第４図と第５図に
おいて、外側層100における入口ポート20、24と出口ポ
ート30、34とそれぞれ連結する垂直通路又はヴィアス20
V、24V、30V、34Vは、一般に、ウェーハの頂部側を研削
又は穴あけすることにより形成される。電気加熱器36
は、層100の底面における対応する鏡像すきま経路136
（第６図）と層200の頂面における金属化パターン236
（第６図）によって形成される。例示の装置におけるす
きま経路136は、エッチング技術を使用して形成され
る。層200の頂面における金属化パターン236は、タング
ステンヘキサフルオライドと水素を使用して、標準タン
グステン化学蒸着技術により形成される。
第４図において、分配多岐管40の分岐である３つの通
路40−１、40−２、40−３と、分配多岐管44の分岐であ
る３つの通路44−１、44−２、44−３が、層300の頂面
において形成される。収集多岐管50の分岐である５つの
通路50−１、50−２、50−３、50−４、50−５は、それ
ぞれ、層300の底面における対応する鏡像経路350−１、
350−２、350−３、350−４、350−５（第８図）と、層
400の頂面における経路450−１、450−２、450−３、45
0−４、450−５（第８図）によって形成される。第５図
において、５分岐収集多岐管50の中央分岐を具備する第
３水平通路50−３（第８図）の中央軸は、断面図の平面
にある。水平通路50−３は、層300の底面における経路3
50−３（第８図）と層400の頂面における経路450−３
（第８図）の対応する鏡像経路によって形成される。例
示の装置における５分岐収集多岐管50を具備する通路
は、エッチング技術を使用して形成される。
第５図において、分配多岐管40、44（第４図と第７
図）の分岐40−１、44−１、40−２、44−２と40−３、
44−３とそれぞれ組み合わせた通路260A、260B、260C、
260Dは、Ｔ字形の混合器62のグループを形成し、その動
作は、第７図と第7A図に関連して続いて記載される。層
200の底部における通路264と層300の頂部における通路3
64は、混合室64を形成するために協働する。
第５図の左側に、入口ポート20を多岐管40の共通室40
Cと連結するために層100、200を貫通し、層100、200に
おける対応して位置付けられた経路120V、220Vによって
形成された垂直通路20Vが示される。
第５図の右側に、入口ポート24を多岐管44の共通室44
Cと連結するために層100、200を貫通し、層100、200に
おける対応して位置付けられた経路124V、224Vによって
形成された垂直通路24Vが示される。分岐多岐管50の中
央水平通路50−３は、それぞれ、層300の底面と層400の
頂面における対応する鏡像経路350−３と450−３（第８
図）によって形成される。
第５図の左側に、第２熱交換器86を多岐管50と連結す
るために層400、500、600、700、800を貫通している垂
直通路50Vが示される。垂直通路50Vは、層400、500、60
0、700と800におけるそれぞれ対応して位置付けられた
経路450V、550V、650Vと750V、850Vによって形成され
る。
第６図は、電気加熱器を形成するために協働するすき
まチヤネルの一般配置と金属化パターンを示す。図示の
電気加熱器36は、層200の頂面上に堆積された金属化パ
ターン236と、層100の底面におけるすきま経路136とか
ら成る。組み立てられた時、すきま経路は、２つの層の
平面を結合される。層100の底面又は層200の頂面におけ
るエッチングされた経路において金属化パターンを形成
し、金属化パターンの頂面を層の表面と同一高さにする
如く、代替配置が使用される。第７図は、混合器室の配
列と分配多岐管を形成するために協働する経路の配置を
示す。第１分配多岐管40は、共通室40Cと分岐通路40−
１、40−２、40−３から成る。第２層200の底面におけ
る室240Cは、ウェーハ300の頂部における室340Cと組み
合わせて、室40Cを形成する。ウェーハ300の頂部におけ
る経路340−１、340−２、340−３は、分配多岐管40の
分岐40−１、分岐40−２と分岐40−３をそれぞれ形成す
る。また、入口ポート20を共通室40Cと連結する垂直経
路20Vの開口が示される。
第２分配多岐管44は、共通室44Cと分岐通路44−１、4
4−２、44−３から成る。第２層200の底面における室24
4Cは、ウェーハ300の頂部における室344Cと組み合わせ
て、室44Cを形成する。ウェーハ300の頂部における経路
344−１、344−２、344−３は、分配多岐管44の分岐44
−１、分岐44−２と分岐44−３をそれぞれ形成する。ま
た、入口ポート24を共通室44Cと連結する垂直経路24Vの
開口が示される。
一連の区分化経路264は、混合器配列60の一連の混合
要素64を形成するために、層300の対応する区分化経路3
64と協働する、第２層200の底面において形成される。
混合器配列60は、多重並列混合器64の多重グループ60
A、60B、60C、60Dを具備する。図示の特定実施例におい
て、各グループにおいて５つの混合器があり、それぞ
れ、64A−１、64A−２、64A−３、64A−４、64A−５な
いし64D−１、64D−２、64D−３、64D−４、64D−５と
指定される。第７図は、前述の室240Cと244Cを示す。
各混合器64は、第２層200の底部において形成した第
１経路264と第３層300の頂部において形成した第２経路
364の２つの経路から成る。第１及び第２経路は、各
々、連続パスを形成するために一緒に連結した互いに交
互の一連の直線セグメントから成る。第１及び第２経路
は、セグメントが交差する如く、縦方向にオフセットさ
れたセグメントとの突き合わせ表面において位置付けら
れる。全体混合器64は、蛇行パス（第５図に最良に示さ
れる）を有するとして記載される。
４つの経路260A、260B、260Cと260Dは、それぞれ、多
岐管40の分岐40−１、40−２、40−３、多岐管44の分岐
44−１、44−２、44−３、及び一連のＴ字形の混合器62
を形成するために各セグメント化経路364の第１セグメ
ントと協働する。各第１セグメント364は、こうして、
各Ｔ字形の混合器62を混合器配列60の各蛇行混合器64と
連結する。第7A図に最良に見られる如く、各経路260
は、多重セグメント264と364から成る蛇行混合器64と連
結するＴ字形の混合器62を形成するために、多岐管40、
44と各セグメント化経路364の第１セグメントと協働す
る。また、第7A図に見られる如く、多岐管40とセグメン
ト364の間と多岐管40とセグメント44の間の経路260の各
部分は、混合される各化学薬品の所望の流量率を設ける
ため異なる断面サイズである。セグメント264と364の数
と各セグメント264と364の断面サイズは、処理される化
学薬品の混合必要条件及び流量特性に応じて選択され
る。
第８図は、分岐された可変断面サイズを有する収集多
岐管50を形成するために協働する経路の配置を示す。分
配多岐管50は、共通室50Cと分岐通路50−１、50−２、5
0−３、50−４と50−５から成る。垂直経路64A−1V、64
A−2V、64A−3V、64A−4Vと64A−5Vは、通路264Aを収集
多岐管分岐50−１、50−２、50−３、50−４と50−５と
それぞれ連結する。垂直経路64B−1V、64B−2V、64B−3
V、64B−4Vと64B−5Vは、通路264Bを収集多岐管分岐50
−１、50−２、50−３、50−４と50−５とそれぞれ連結
する。垂直経路64C−1V、64C−2V、64C−3V、64C−4Vと
64C−5Vは、通路264Cを収集多岐管分岐50−１、50−
２、50−３、50−４と50−５とそれぞれ連結する。垂直
経路64D−1V、64D−2V、64D−3V、64D−4Vと64D−5V
は、通路264Dを収集多岐管分岐50−１、50−２、50−
３、50−４と50−５とそれぞれ連結する。垂直通路50V
は、収集多岐管50を、第15図に関連して記載される光化
学反応器90と連結する。
第９図は、第１熱障壁70を形成するために協働する室
72の配置を示す。ウェーハ400の底部にエッチングされ
た室472は、ウェーハ500の頂部にエッチングされた室57
2と位置合わせされ、室72を形成するために協働する。
結合方法中、ウェーハは、真空室に置かれ、その結
果、真空が室72の各々において存在する。真空は熱を容
易に伝えず、ウェーハ400の底部とウェーハ500の頂部の
間にほとんど接触領域はないために、化学処理ユニット
内の垂直の熱流を大きく縮小する熱障壁が創設される。
これは、電気加熱器36と混合器配列60の組み合わせを、
化学処理ユニットの残部から効果的に熱絶縁する。
第10図は、第１熱交換器組立体74を形成する経路の配
置を示す。熱交換器室574は、ウェーハ500の底面におい
て形成される。一連のチヤネル74Cとメサ74Mが、ウェー
ハ600の頂面において形成され、有効表面積を増大さ
せ、熱伝達を高める。入口ポート75（第１図）が、対応
する経路575と675によって形成され、そして出口ポート
76が、対応する経路576と676によって形成される。対応
する経路574Tと674Tによって形成された熱電対ウェル74
Tは、熱交換器の温度を監視することを容易にするため
に設けられる。外部流れ制御手段（不図示）は、熱交換
器の温度を制御するために使用される。動作において、
熱交換流体流が、入口ポート75に流入し、チヤネル74C
を通ってメサ74Mの回りを通過し、出口ポート76から流
出する。２つの通路77−１と77−２は、下記の垂直通路
78V−１と78V−２を、垂直通路30Vと34Vにそれぞれ連結
する。
第11図は、螺旋分離器組立体78を形成するために協働
する、ウェーハ600の底部とウェーハ700の頂部における
経路の配置を示す。
等方性エッチング技術を使用して、短い出口パス678
は、ウェーハ600の底面においてエッチングされ、そし
て長い螺旋パス778は、ウェーハ700の頂面においてエッ
チングされる。垂直通路88Vは、ウェーハ700を貫通し、
第２熱交換器の出力を螺旋分離器78の入口と連結する。
垂直通路78V−１と78V−２は、分離器の出力を通路77−
１と77−２にそれぞれ連結する（第10図）ためにウェー
ハ600を貫通する。
第12図は、第９図に関連して記載されたものに類似す
る方式で、第２熱障壁82を形成する室84の配置を示す。
ウェーハ700の底部にエッチングされた室784は、ウェー
ハ800の頂部にエッチングされた室884と位置合わせさ
れ、室84を形成するために協働する。結合方法中、ウェ
ーハは、真空室に置かれ、その結果、真空が室84の各々
において存在する。真空は熱を容易に伝えず、ウェーハ
700の底部とウェーハ800の頂部の間にほとんど接触領域
はないために、化学処理ユニット内の垂直の熱流を大き
く縮小する熱障壁が創設される。これは、第１熱交換器
74と螺旋分離器78の組み合わせを、化学処理ユニットの
残部から効果的に熱絶縁する。
第13図と第14図は、第２熱交換器組立体86（第２図と
第３図）を形成する経路の配置を示す。熱交換器86は、
混合されたがまだ反応していない反応物が流れる第13図
の通路87と、化学的に反応した物質が流れる第14図の通
路88とを具備する。この熱交換器は、光化学反応器から
流れる化学的に反応した物質と混合器配列60（第７図）
から垂直通路50Vを通って熱交換器に流入する混合され
た反応物の間で熱を伝達する。第13図に見られる如く、
（987Cによって形成した）一連のチヤネル87Cと（987M
によって形成した）メサ87Mは、ウェーハ900の頂面にお
いて特徴付けられ、有効表面積を増大させ、熱伝達を高
める。
第14図に見られる如く、一連のチヤネル88Cとメサ88M
が、ウェーハ900の底面において形成され、そして室89
は、ウェーハ1000の頂面において形成される。ウェーハ
900の底部におけるチヤネル88Cとメサ88M、及びウェー
ハ900の頂部におけるチヤネル87Cとメサ87M（第13図）
は、ウェーハ900を通った熱伝達を高めるために有効表
面積を増大させるために役立つ。動作において、反応し
た物質は、光化学反応器90から垂直通路90Vを通って通
路88に流入する。それから、この物質は、チヤネル88C
を通ってメサ88Mをわたって垂直通路88Vに流入する。
第15図は、光化学反応器90を形成する折り畳み螺旋経
路の配置を示す。動作において、混合された物質は、垂
直通路87Vを通って螺旋に流入し、反時計回り方向にウ
ェーハの中心に向かって螺旋状に流れ、方向を逆転さ
せ、時計回り方向に外側に螺旋状に流れ、垂直通路90V
を通って流出する。化学線99（第１図）の一般に紫外線
の外部源は、透明外側層1100を通過し、螺旋光化学反応
器90における物質を照射し、所望の化学作用を誘発す
る。
第16図は、光化学反応器90の代わりに使用される触媒
反応器90'の第１代替配置を示す。反応器チヤネル90−
1'、90−2'、90−3'、90−4'、90−5'、90−6'、90−7'
と90−8'は、触媒ビード（不図次）を詰め込まれるか、
又は触媒物質の一つ以上の層が、これらのチヤネルの表
面上に堆積される。動作において、混合された物質は、
垂直通路87Vを通って触媒反応器90'に侵入し、室90C1'
に流入し、反応器チヤネル90−1'ないし90−8'に分配さ
れる。反応した物質は、室90C2'に流入し、垂直通路90V
を通って流出する。
第17図は、光化学反応器90又は触媒反応器90'のいず
れかの代わりに使用される電気化学反応器90"の第２代
替配置を示す。動作において、混合された物質は、垂直
通路87Vを通って電気化学反応器に侵入し、室90"に流入
し、反応器チヤネル90−1"、90−2"、90−3"、90−4"、
90−5"、90−6"、90−7"と90−8"に分配される。図示さ
れた２つの相互に組み合う電極90E1"と90E2"の如く電極
は、端子90T1"と90T2"によって外部電源（不図示）に連
結され、電流を混合した物質を通って流れさせ、化学反
応を容易にする。反応した物質は、室90C2'に流入し、
垂直通路90Vを通って流出する。電気化学技術における
当業者には公知である如く、電気化学反応器は、代替式
に随意的に形状付けられる。
総合学処理装置の多重ユニットは、順次又はタンデム
において使用される。各多重スキームは、いろいろな利
益の中でも、スループットにおいて利点を与える。順次
使用は、例えば、一ユニットが混合を行い、そして混合
された物質が、加熱を行う次ユニットに通過される、等
の場合である。タンデム使用は、例えば、すべてのユニ
ットが配列として同じ機能を行う場合である。これらの
概念は、例えば、タンデムにおける幾つかのユニット
が、別に送られるタンデムユニットの全出力により動作
を行う場合の如く、総合される。順次又はタンデムパタ
ーンの任意の数のユニットの組み込みは、所望の化学処
理結果により、技術における当業者により行われる設計
選定である。
総合化学処理装置の動作 反応される２つの材料は、入口ポート20、24と垂直通
路20V、24Vを通って分配多岐管40、44と混合器配列60に
流入する。加熱器36は、混合器配列60を所望の温度に予
熱する。混合された材料は、収集多岐管50において収集
され、垂直通路50Vを通って第２熱交換器86に通過され
る。反応した材料と交換された熱により所望の温度に調
整された後、混合された材料は、垂直通路87Vを通って
光化学反応器90に通過する。外部源99からの化学線は、
所望の反応を誘発する。反応された材料は、光化学反応
器から垂直通路90Vを通って第２熱交換器86に通過す
る。入り混合材料と熱を交換した後、反応した材料は、
垂直通路88Vを通って螺旋分離器78に通過する。反応し
た材料に作用する遠心力は、濃密部分を螺旋の外側に移
動させ、螺旋678に侵入させ、垂直通路78V−２に進ませ
る。濃密でない部分は、垂直通路78V−１に侵入する。
第１熱交換器74は、螺旋分離器を所望の温度に維持す
る。入口ポート75に侵入し、出口ポート76から排出され
る分離熱交換流体は、螺旋分離器78の温度を制御するた
めに使用される。78V−１を通って流れる材料は、通路7
7−１を通過し、垂直通路30Vを解して出口ポート30に達
する。78V−２を通って流れる材料は、通路77−２を通
過し、垂直通路34Vを介して出口ポート34に達する。
定比弁、圧力、温度及び流量センサーの如く、付加的
なマイクロ作製方法制御要素が、本発明の構造に組み入
れられる。これらの要素は、外部制御と使用された時、
熱交換器における流量、又は総合化学処理ユニット内の
反応物の滞留時間を規制する。加水分解、硝化、重合、
及び酸化の如く他の化学方法も、本発明の総合構造を使
用して実施される。
作製方法 例示の化学方法の装置のための作製方法の大部分の段
階は、一般に、シリコンウェーハのための公知の半導体
処理技術に対応する。各ウェーハの各側面のためのパタ
ーンのフォトツールは、非常に公知の計算機援用設計技
術を使用して製造される。｛100｝結晶面と主表面にお
いて他の方位を有するすでに研磨されたシリコンウェー
ハは、商業供給源から購入される。研磨されたウェーハ
は、まず、「RCA方法」の如く非常に公知の一般清浄技
術を使用して清浄される。酸化膜は、非常に公知の標準
技術を使用して、ウェーハ上に成長される。窒化層は、
公知の化学蒸着法を使用して、酸化層上に堆積される。
窒化層は、シリコンをエッチングするために使用された
エッチャントによる分解から酸化層を保護する。フォト
レジストは、非常に公知のスピン被覆技術を使用して、
フォトレジスト製造業者の指示に従って塗布される。
所望のパターンは、ウェーハの結晶面と正確に整合さ
れた所望のパターンの像を有するフォトツールでウェー
ハを最初にマスクすることにより形成される。パターン
の直線部分は、一般に、｛110｝結晶面に沿って整合さ
れる。フォトレジストを露出し現像した後、非現像フォ
トレジストは、窒化／酸化膜層の一部を露出するために
剥離される。露出された窒化／酸化膜は、最後に、所望
のパターンの窒化／酸化膜ネガ像を形成するためにエッ
チングされる。
経路は、所望の経路の形状により等方性又は異方性エ
ッチャントを選択使用して、シリコンをエッチングする
ことによりウェーハの表面に形成される。湾曲形状は、
等方性エッチャントを使用してエッチングされる。直線
形状は、所望の断面形状経路により、いずれかのエッチ
ャントを使用する。台形断面が望まれるならば、異方性
エッチャントが使用される。
所与のウェーハが、同一エッチャントを使用して両主
表面においてエッチングされるならば、ウェーハの両側
面は、レジストでマスクされ、レジストは、各表面にお
いて所望のパターンを露出され、現像され、洗浄され、
そして窒化物／酸化物は、両表面において同時にエッチ
ングされる。それから、シリコンは、両表面において同
時にエッチングされる。種々の形式のエッチャントがウ
ェーハの各側において使用されるならば、第１エッチャ
ントのためのすべての段階は完了され、その後、段階
が、第２エッチャントに対して繰り返される。すべての
エッチング段階が完了された後、ウェーハの垂直通路又
はヴィアスが、一般に、パルス化ネオジムYAGレーザー
切断システムを使用して、ウェーハをレーザー切断する
ことにより形成される。レーザー切断の後、ウェーハ
は、切断くずを除去するために再び清浄される。ネガ像
の残余の窒化層は、非損傷酸化層を露出する、沸騰りん
酸の如く適切な溶剤を使用することにより、ウェーハか
ら除去される。残余の酸化層ネガ像は、緩衝フッ化水素
の如く、適切な溶剤を使用することにより、ウェーハか
ら随意的に除去される。ウェーハは、上記の技術を使用
して、再清浄される。
層の外側グループのウェーハ又は板は、層材料に応じ
た技術を使用して作製される。III、IV又はＶ族物質か
ら成る外側層は、内側層に類似するエッチング、研削、
穴あけ及び研磨技術を使用して処理される。ホウケイ酸
ガラス又は石英ガラスから成る外側層は、従来のガラス
切断、穴あけ、研削及び研磨技術を使用して、作製され
る。
すべてのウェーハが個別に処理された時、内側グルー
プのウェーハは、正確に整合させて注意深く積み重ねら
れ、融着される。良好な結合を達成するために、表面
は、高度に平坦であるべきであり、そして各表面におけ
る酸化層は、非損傷であるべきである。シリコンは赤外
線を幾らか透過するために、赤外線ビデオカメラを有す
る顕微鏡が使用され、各ウェーハにおいて随意的な位置
合せ標識を有し、融着される前のウェーハの正確な整合
を保証する。外側グループの層がガラスから成るなら
ば、この層は、一度に一つずつ、内側層の融解スタック
に陽極結合される。
次の例は、ジクロロ（クロロメチル）メチルシラン
（DCCMMS）へのDCDMSの気相光塩素化のための実験装置
の評価を示す。DCDMS光化学反応は、技術における当業
者には容易に認められる如く、十分に理解された化学に
基づいて実施される。DCDMS光化学反応は、液相反応に
おいて商業的に実施される。この反応の動作は、爆発性
混合物を生じた。このため、安全の考察が、この反応に
おける主な関心である。
３つのウェーハから成る装置は、10個の高速混合器
と、シリコン基板にエッチングされた（第15図のものに
類似する）螺旋光化学反応器チヤネルとを有する。250
ミクロン深、3mmの幅及び1900mmの長さの螺旋チヤネル
が、（光室チヤネルの創設のための等方性エッチング技
術により）形成された。実験装置による圧力降下は、5p
siであった。精密レーザー穴あけが、融着されるシリコ
ンウェーハ層の間にヴィアスを形成するために使用さ
れ、そしてシリコンへのホウケイ酸ガラスの陽極結合
が、光室のための「窓」を創設するために使用された。
実験装置は、装置の温度を摂氏100度に維持する加熱
板において締め付けられた。2.7グラム／分におけるDCD
MSと1:10のモル比における塩素ガスが、装置の入口ポー
トに導入された。装置は、98.6％の収量において塩素の
7.6％をDCCMMSに変換した。反応質量に露出されたシリ
コン表面の検査では、見かけの化学分解は示されなかっ
た。
これらの結果は、潜在的に危険な反応が、安全に行わ
れ、従来の方法と同様の収量性能（光化学反応器におい
て同様の変換割合とずっと少ない滞留時間）を獲得する
ことを示す。
上記の本発明の教示の利益を有する技術における当業
者は、多数の修正を行うことができる。そのような修正
は、本発明の精神又は範囲に反することなく行われるこ
とが、容易に認められる。従って、そのような修正は、
添付の請求の範囲において記載された如く、本発明の範
囲内に包含されるものと解釈される。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明の装置の斜視図である。
第２図は、構造を形成するために使用された層の上面
を示す、上から見た時の装置の分解斜視図である。
第３図は、構造を形成するために使用された層の下面
を示す、下から見た時の装置の分解斜視図である。
第４図は、第１図の切断線４−４に沿って取った拡大
第１断面図である。
第５図は、第１図の切断線５−５に沿って取った拡大
第２断面図である。
第６図は、すきまチヤネルの一般配置と電気加熱器を
形成する金属化パターンを示す、第１層の下面と第２層
の上面を示す装置の部分の分解斜視図である。
第７図は、混合要素の配列と分配多岐管を形成する経
路の配置を示す装置の第２層の底部と第３層の頂部の分
解斜視図である。
第7A図は、単一Ｔ字形の混合器と単一蛇行混合要素の
組み合わせを形成する経路の配置を示す第７図の部分の
拡大斜視図である。
第８図は、収集多岐管を形成する経路の配置を示す装
置の第３層の底部と第４層の頂部の分解斜視図である。
第９図は、第１熱障壁を形成する経路の配置を示す装
置の第４層の底部と第５層の頂部の分解斜視図である。
第10図は、第１熱交換器組立体を形成する経路の配置
を示す装置の第５層の底部と第６層の頂部の分解斜視図
である。
第11図は、螺旋分離器組立体を形成する経路の配置を
示す第６層の底部と第７層の頂部の分解斜視図である。
第12図は、第２熱障壁を形成する経路の配置を示す装
置の第７層の底部と第８層の頂部の分解斜視図である。
第13図は、第２熱交換器組立体の第１部品を形成する
経路の配置を示す装置の第８層の底部と第９層の頂部の
分解斜視図である。
第14図は、第２熱交換器組立体の第２部品を形成する
経路の配置を示す第９層の底部と第10層の頂部の分解斜
視図である。
第15図は、螺旋パス光化学反応器組立体を形成する経
路の配置を示す第10層の底部と第11層の頂部の分解斜視
図である。
第16図は、触媒反応室を形成する経路の配置を示す、
第10層の底部と第11層の頂部の第１代替配置の分解斜視
図である。
第17図は、電気化学反応室を形成する経路の配置を示
す、第10層の底部と第11層の頂部の第２代替配置の分解
斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨンソン，メルビン・ハリー アメリカ合衆国ペンシルベニア州19317 チヤツズフオード・マウンテンビユート レイル21 (72)発明者 ニキスト，ジヤツク・ケント アメリカ合衆国ペンシルベニア州19317 チヤツズフオード・チヤドウイツクレイ ン８ (72)発明者 ペロツト，ジヨセフ・アンソニイ アメリカ合衆国ペンシルベニア州19350 ランデンバーグ・パインヒルロード136 (72)発明者 リレイ，ジエイムズ・フランシス，ジユ ニア アメリカ合衆国ペンシルベニア州19026 ドレクセルヒル・オレンダーロード5220 (56)参考文献 独国特許出願公開3926466（ＤＥ，Ａ １) 米国特許3856270（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01J 10/00 - 12/02 B01J 14/00 - 19/32 B01F 9/00 - 13/10 C07B 31/00 - 61/00 C07B 61/02 - 63/04 C07C 1/00 - 409/44 C07F 7/00 - 7/30 G01N 13/10 - 13/24 G01N 35/00 - 37/00

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】化学物質を受取り且つ放出するために形成
    された少なくとも１つの入口ポート及び少なくとも１つ
    の出口ポートを備えた相互に結合された複数の層と処理
    される化学物質を収容するように形成された少なくとも
    ３次元の曲がりチャネルとを具備する化学処理及び製造
    のための一体構造において、 該チャネルの断面が、10〜5000マイクロメータであり、 該チャネルが、該入口及び該出口ポートに接続されてお
    り、該層が、化学方法と融和性であるように選択された
    材料を含み、 該チャネルが、隣接層の間に正確に方向付けられてお
    り、該チャネルが１つ以上の層に沿って連続であり、他
    の１つ以上の層に沿って不連続であり、 該不連続なチャネルが、該隣接層の間において連続的に
    整合しており、連続通路を形成し、所望の制御をして化
    学物質を処理するように位置付けられた少なくとも１つ
    のユニットの作動をする手段と協働するように形状付け
    られている。 ことを特徴とする一体構造。
  2. 【請求項２】該層は、周期表のIII、IV又はＶ族の要
    素、セラミック、ガラス、ポリマー、複合物及び金属か
    ら成るグループから選択された材料を具備する請求の範
    囲１の一体構造。
  3. 【請求項３】該層が、さらに、シリコンとゲルマニウム
    から成るグループから選択された物質を具備する請求の
    範囲２の一体構造。
  4. 【請求項４】該層が、さらに、炭化ケイ素、サファイア
    とアルミナから成るグループから選択されたセラミック
    を具備する請求の範囲２の一体構造。
  5. 【請求項５】少なくとも一つのユニット動作を行う該手
    段が、温度制御手段、圧力制御手段、化学滞留時間を制
    御するための手段、混合手段、熱絶縁手段、分離器手
    段、光化学反応器手段、電気化学反応器手段、及び触媒
    反応器手段から成るグループから選択される請求の範囲
    １に記載の一体構造。
  6. 【請求項６】該混合手段が、Ｔ字形の混合器と蛇行パス
    混合器の組み合わせである請求の範囲５に記載の一体構
    造。
  7. 【請求項７】化学処理及び製造のための方法において、 （ａ）請求の範囲１の一体構造の入口ポートに処理され
    る一つ以上の化学物質を導入することと、 （ｂ）一つ以上の化学物質を収容するように特別に適合
    された少なくとも一つの曲がりチヤネルを横断するよう
    に一つ以上の化学物質を指向させることと、 （ｃ）一つ以上の化学物質に対して次のユニット動作の
    少なくとも一つを行う手段により曲がりチヤネルを通っ
    て一つ以上の化学物質の横断を調整することと、 Ａ−混合、 Ｂ−熱交換、 Ｃ−分離、 Ｄ−触媒反応、 Ｅ−非触媒反応、 Ｆ−光化学反応、 Ｇ−電気化学反応、 （ｄ）出口ポートから一つ以上の処理済化学物質を回収
    することとを含み、 これにより、該処理は、処理される一つ以上の化学物質
    に作用されるユニット動作に関する曲がりチヤネルの設
    計の調整を特徴する方法。
  8. 【請求項８】化学物質の収容と放出のために形成された
    少なくとも一つの入口ポートと少なくとも一つの出口ポ
    ート、及び処理される化学物質を収容するために形成さ
    れた少なくとも一つの３次元曲がりチヤネルを具え、一
    体に接合された複数の層を具備する化学処理及び製造の
    ための一体構造を使用する使用方法において、 該チヤネルは、該入口及び出口ポートに連結され、該層
    は、さらに、化学方法との融和性のために選択された材
    料を具備し、 該チャネルは、隣接する層の間に正確に方向つけられ、
    該チャネルが１つ以上の層に沿って連続であり、他の１
    つ以上の層に沿って不連続であり、 該不連続なチャネルが、該隣接層の間において連続的に
    整合しており、連続通路を形成し、一連のユニットの作
    動によって化学物質を処理する手段と協働するように形
    状付けられており、 （ａ）一体構造と接触した電気加熱器と温度制御手段の
    組み合わせにより制御温度に化学物質を加熱すること
    と、 （ｂ）化学物質を複数のストリームに順次に分割し、対
    応するストリーム対をＴ字形の混合器により混合させ、
    該ストリーム対を結合ストリームに結合させ、該結合ス
    トリームの各々を蛇行パス混合器によって混合させ、該
    ストリームを単一ストリームに再結合することと、 （ｃ）該混合化学ストリームを第１熱絶縁手段に通過さ
    せることと、 （ｄ）該混合化学ストリームの温度をさらに上昇させる
    ために、該混合化学ストリームを第１熱交換器手段の第
    １側に通過させることと、 （ｅ）該混合化学ストリームを発熱反応において光化学
    反応させる化学線源を有する光化学反応器手段に該スト
    リームを通過させることと、 （ｆ）該反応ストリームの温度を低下させるために、第
    １熱交換器手段の第２側に該反応化学ストリームを通過
    させることと、 （ｇ）温度センサー、制御器及び熱交換器流体流制御手
    段を具備する制御手段により制御温度に維持された、第
    ２熱交換器と熱接触した螺旋分離器を具備する分離器手
    段に第２熱絶縁手段を通して該冷却反応ストリームを通
    過させることと、 （ｈ）反応化学ストリームを少なくとも２つのサブスト
    リームに分離することと、 （ｉ）少なくとも一つのサブストリームを少なくとも一
    つの出口ポートから放出させることとを含むことを特徴
    とする使用方法。
  9. 【請求項９】化学処理及び製造のための一体構造の製造
    のための製造方法において、 （ａ）頂部と底部を各々有し、所望のチャネルを形成す
    るために十分な所望の厚さを有する複数の層を処理する
    ことと、該チャネルは、該チャネルが１つ以上の層に沿
    って連続であり、他の１つ以上の層に沿って不連続であ
    り、 （ｂ）化学物質の収容と放出のために形成した少なくと
    も一つの入口ポートと少なくとも一つの出口ポートと精
    密な整合において該層を積み重ね、一緒に結合し、該連
    続及び不連続のチャネルは、処理される化学物質を収容
    するために少なくとも一つの連続３次元曲がりチヤネル
    を形成するように隣接層の間に正確に整合せしめられ、
    該チヤネルは、該入口ポートと該出口ポートに連結さ
    れ、該層は、化学方法と融和性であるように選択された
    材料を具備することと、 （ｃ）化学物質が処理される如く、所望の制御を行い、
    該チャネルと協働するように少なくとも一つのユニット
    動作を行うために一つ以上の手段を位置付けることと を含むことを特徴とする製造方法。
  10. 【請求項１０】該処理（ａ）が、化学エッチング、電解
    加工、放電加工、レーザー切断、穴あけと切削、研削及
    び単一ダイヤモンド点カッティング、選択メッキ法、化
    学蒸着法、ステレオリソグラフィック光形成、溶接、成
    型、鋳造、及びスタンピングから成るグループから選択
    される処理によって実行される請求の範囲９に記載の製
    造方法。
JP52121494A 1993-03-19 1994-03-16 化学処理及び製造のための一体構造及び方法、並びにその使用方法及び製造方法 Expired - Fee Related JP3512186B2 (ja)

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