Устройство для измерения концентрации тетрахлорида кремния Советский патент 1983 года по МПК G01N27/18 

Изобретение относится к газовому анализу и может быть использовано в производстве .полупроводниковых материалов и интегральных схем по эпитаксиальной технологии.

Известен детектор, предназначенный для управления и контроля концентрацией по теплопроводности парогазовой смеси, содержащий два проточных канала со сравнительным и из.мерительным терморезисторами С 1 X

Недостатками данного детектора являются зависимость показаний от скорости газового потока, омывающего терморезисторы, понижение чувствительности с ростом скорости газового по.тока, омывающего терморегулятор потоков, а также относительно высокий уровень шумов, возрастающийс увличением скорости газового потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения концентраци тетрахлорида кремния по теплопроводности парогазовой смеси, содержащее расположенные в корпусе ячейки теплопроводности с терморезисторами, являющимися плечевыми элементами подключенных через усилители со стабилизаторами тока к источнику питания измерительной и сравнительной мостовых схем, остальные плечи которых выполнены в виде постоянных резисторов соединенные с ячейками и трубЬпроводами подвода анализируемой и сравнительной среды проточные каналы, выполненные в корпусе С 2 J,

Указанный прибор позволяет снизить влияние скорости газового потока на сигнал детектора благодаря диффузионному заходу газа в ячейку ,теплопроводности (в определенном диапазоне расхода газа), Недостатками прибора являются резкое увеличение постоянной времени и, как следствие, увеличение динамической погрешности при измерениях.

Общим недостатком известных устройств является значительный дрейф сигнала даже при небольших изменениях температуры корпуса детектора.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения концентрации тетрахлорида кремния по теплопроводности парогазовой смеси, содержащее расположенные в корпусе ячейки теплопроводности с терморезисторами, являющимися плечевыми элементами подключенных через усилители со стабилизаторами тока к источнику питания измерительной и сравнительной мостовых схем, остальные плечи которых выполнены в виде постоянных резисторов, соединенные с ячейками и трубопроводами подвода анализируемой и сравнительной среды проточные каналы, выполненные в корпусе, снабжено потенциометром, средний вывод которого соединен с терморезисторами и отрицательным выводом источника питания, два других вывода потенциометра подключены к смежным по отношению к терморезисторам постоянным резисторам, а два остальных резистора каждой мостовой схемы через их общую.точку соединены через усилители с положительным выводом источника питания, причем к общей точке резисторов сравнительной схемы через подстроечный резистор подсоединен блок компенсации.

На фиг. 1 показана структурная схе ма устройства; на фиг. 2 - схема соединения деталей с ячейками теплопроводности; на фиг. 3 - измерительная схема устройства.

Устройство для измерения концентрации тетрахлорида кремния по теплопроводности парогазовой смеси содержит измерительную схему 1, корпус 2 детектора, верхний и нижний делители газового потока, установленные на трубопроводах 3 подвода соответственно сравнительной и анализируемой газовой среды. Трубопроводы 3 с установленными на них сужащими элементами k соединены через трубопроводы 5, выполненные из материала с теплопроводностью более низкой, чем корпус детектора, например из фторопласта, с проточными каналами б, выполненными в теле корпуса детектора.

Проточные каналы соединены также с расположенными в корпусе дектора ячейками 7 и 8 теплопроводности, имеющими форму байпасов и снабженные юстировочными винтами 9- В ячейках 7 и 8 установлены терморезисторы 10 и 11, являющиеся плечевыми элементами соответственно сравнительной и измерительной мостовых схем,подключенных через усилители 12 постоянного тока со стабилизаторами 13 тока к источнику И питания. Устройство снабжено потенциометром 15, средний вывод которого соединен с терморезисторами 10 и 11 и с отрицательным выводом источника k питания. Два других вывода потенциометра подключены к смежным по отношению к терморезисторам постоянным резисторам 16 и 17. Два остальных резистора 18 и 19, 20 и 21 каждой мостовой схемы через их общую точку соединены через усилители 12 с положительным выводом источника 1t питания. К общей точке резисторов 18 и 19 сравнительной мос товой схемы через подстроечный резис тор 22 подсоединен блок 23 компенсации. Устройство работает следующим образом. До начала процесса измерения осуществляется настройка устройства. Для этого в верхний делитель газовог потока под избыточным давлением вводится водород (сравнительный газ). Сужающий элемент 5 обеспечивает перепад давления, за счет которого осу ществляется заход газа в проточный канал 6. Перепад давления на участке проточного канала 6 между входом и выходом ячейки 7 теплопроводности обеспечивает необходимый через нее поток газа. Вышедший из верхнего делителя газ подводится к входу нижнего делителя, в котором процесс прохождения газового потсжа протекает аналогично описанному выше.Затем, по ле заполнения ячеек 7 и 8 теплопроводности водородом, его поток перекрывается с помощью вентиля (не показан) и измеряется сигнал на выходе измерительной схемы 1. После измерения сигнала вентиль открывается и устанавливается поток водорода, соответствующий его наибольшему значению в ходе технологического процесса, а с помощью юстировочных винтов 9 на выходе измерительной схемы 1 устанавливается сигнал таким, каким он был при перекрытом потоке водорода. Потенциометром 15 устанавливается режим, работы терморезисторов 10 и 11, при котором дрейф выходного сигнала детектора, вызываемый изменением температуры его корпуса, мини мален. После этого на выходе детекто ра устанавливается нулевой уровень сигнала с помощью подстроечного резистора22 блока 23 компенсации. В процессе работы устройства в режиме измерения поток водорода, вышедший из верхнего делителя, проходит через испаритель с тетрахлоридом кремния в жидкой фазе (не показан) и уже насыщенный парами теТрахлорида кремния поступает в нижний делитель. В результате того, что теплопроводность смеси уменьшается, снижается мощность, рассеиваемая измерительным терморезистором 11, и на выходе измерительной схемы 1 появляется сигнал, однозначно связанный с составом контролируемой смеси. Устройство испытано на действующей технологической установке с номинальными значениями расходов водо рода и парогазовой смеси 6000 л/ч. При прохождении потока через обе- ячейки теплопроводности и стабильности температуры корпуса детектора iTC дрейф выходного сигнала за 3 ч работы не превышает 0,5 величины сиг нала, соответствующего концентрации паров 1 мол.. Изменение температуры корпуса детектора на 5°С сопровождается дрейфом выходного сигнала до % от значения сигнала, соответствующего концентрации паров 1 мол.. Одновременное изменение расхода газа через оба делителя газового потока от +30 до -50% от номинального значения вызывает изменение выходного сигнала не более 0,3 от сигнала, соответствующего концентрации паров в водороде 1 мол.%. Введение делителей газового потока позволяет снизить влияние флуктуации температуры газового потока на показания детектора, а измерительная схема обеспечивает работу терморезисторов в режиме постоянного сопротивления, что в 5-7 раз снижает постоянную времени терморезисторов. Кроме того, повышается точность измерения за счет юстировочных элементов, расположенных в ячейках теплопроводности, которые могут изменять расход газа через ячейки и, тем самым, сигналы, появляющиеся на терморезисторах в результате движения газа, могут быть скомпенсированы. Снабжение измерительной схемы потенциометром, устанавливающим режим работы терморезисторов, позволяет снизить влияние температуры корпуса на выходной сигнал измерительной схемы. Предлагаемое устройство позволит улучшить работу технологических установок по производству полупроводни- . ковых материалов и интегральных схем.

Водород

( (cpaffnumeflbHtfiu газ)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ТЕТРАХЛОРИДА КРЕМНИЯ по теплопроводности парогазовой смеси, содержащее расположенные в корпусе ячейки теплопроводности с терморезисторами, являющимися плечевь1ми элементами подключенных через усилители со стабилизаторами тока к . 1 точнику питания измерительной и сравнительной мостовых схем, остальные плечи которых выполнены в виде постоянных резисторов; соединенные с ячейками и трубопроводами подвода анализируемой и сравнительной среды проточные каналы, выполненные в корпусе, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено потенциометром, средний вывод которого соединен с терморезисторами и отрицательным выводом источника питания, два других вывода потенциометра подключены к смежным по отношению к терморезисторам постоянным резисторам, а два s остальных резистора каждой мостовой (Л схемы через их общую точку соединены через усилители с положительным выводом источника питания, причем к общей точке резисторов сравнительной схемы через подстроечный резистор подсоединен блок компенсации. СЛ Ito О5

//

фиг. 2