Устройство для регулирования низких давлений в проточном реакторе Советский патент 1985 года по МПК G05B19/43 G05D16/20 

Изобретение относится к области регулирования давления газов, в частности при оса;кдении паров в вакуумных аппаратах с помощью тлеющего разряда.

Цель изобретения - повышение надежности и качества регулирования устройства.

На фиг . 1 показана функциональная схема прёдлагае1 ого устройства; на фиг. 2 - принщ-1пиальная схема блока клапанов и ее связи с остальными элементами функциональной схемы на фиг. 3 - циклограмма последовательности и длительности включения клапалов при осуществлении одного из возможных технологических процессов.

Устройство содержит источники газов 1, 2, соединенные с соответствую 1ДИМИ стабилизатордми давления 3, 4, измерителями расхода 5, 6, клапанами 7, 8, управляющие входы которых подключены к первому и второму вькодам программного блока 9, а выходы объединены и соединены с входом реактора 10. Источник тока 11 служит для создания тлеющего ВЧ разряда Выход реактора 10 соединен через последовательно установленную (ре гулнрующую) заслонки 12,. высоковакуумпьш затвор 13, азотную ловушку . 14, диффузионный насос 15, клапан. 16 и механический насос 17 к линии сброса и нейтрализации клапан 18 позволяет соединить реактор 10 через регулирующую заслонку 12 непосредственно с входом механического насоса 17. Выход измерителя давления 19 подключён к первому входу регулятора 20, выход которого через вторичньй усилитель 21 соединен с приводом 22 регулирующей заслонки 12.

Стабилизатор давления 23, подключенньш к входам задатчиков давлеиия 24-27 обеспечивает их питание сжатым воздухом. Выходы задатчиков давления 24-27 подсоединены к первомучетвертому входам блока клапанов 28, пятый-восьмой входы которого подключены соответственно к первомучетвертому вьКодам программного блока 9. Выходы клапанов 29 и 30 объединены и соединены с первьм выходом блока клапанов 28, подключен ным к второму входу регулятора 20, а объединенные выходы клапанов 31 и 32 соединены через второй выход

Глока клапанов 28 с исполнительным механизмом 33 регулирующего органа 34, вход которого соединен с газа-носителя, а вщход через дополнительный клапан 35 - с входом В высоковакуумньш затвор 13. Управляющий вход дополнительного клапана 35 подключен к пятому выходу программатора 9.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом процесса в ручном режиме производится предварительная настройка устройства. Для этого включают механический насос 17, а затем открывают клапан 18. Регулятор 20 типа ПРЗ переводят в ре.жим ручного управления и- его ручным задатчиком (не показан) посредством вторичного усилителя 21 и привода 22 полностью открывают заслонку 12.-

По, достижениив реакторе 10 давления Па закрывают клапан 18 и открывают высоковакуумный затвор 13 и клапан 16. Клапан 35 находится в закрытом состоянии. Диффузионный насос 15 с азотной ловушкой 14 обеспечивает откачку реактора 1-0 до давления 1-2-10 Па при температуре нагревателя 200-250 С. После этого включают клапан 7, установленный на линии газа-носителя, который от источника 1 подводится к стабилизатору давления 3, обеспечивающему рабочее давление в пределах 0,01...0,1 МПа.

По измерителю 5 устанавливают требуемьй расход газа-носителя, подаваемого в реактор 10. Для установления в реакторе 10 рабочего давления в диапазоне 1,5...15-10 На включают клапан 31 в блоке клапанов 28. При подаче напряжения питания на клапан 31 мембрана подтягивается к сердечнику и открывает первый вход клапана (нижнее сопло). Второй вход (верхнее сопло) у всех клапанов 29-32 заглушен.

Сжатый воздух от задатчика давления 26 типа П23Д.4 через первьм .вход клапана 31 поступает в исполнительный механизм 33 регулирующего органа 34. С помощью давления сжатого воздуха, регулируемого задатчиком 26, закрывают регулирующий орган 34.

Затем ручным задатчиком регулятора 20 (не показан), изменяя давление на входе вторичного усилителя 21, посредством привода 22 устанавливают заслонку в среднее положение и включают дополнительньй клапан 35. Изменяя выходное давление задатчика 26, регулируют расход газа-носителя через регулирующий орган ЗА так, чтобы на шкале контрольного прибора (не показан) установилось давление, близкое или равное заданному значению в камере 10, Это достигается за счет того, что при поДаче газа-носителя через регулирующий орган 34 и дополнительный клапан 35 на вход высоковакуумного затвора 23 давление на входе диффузионного насоса 15 повышается, а следовательно, уменьшается перепад давления на заслонке 12 и скорость откачки реактора 10, давление в котором возрастает. По достижению заданного значения давления в реакторе 10 подают напряжение от источника питания 11 на электроды и зажигается плазма. После этого включают клапан 8 и газ от источника 2, соединенного последовательно со стабилизатором давления 4,. измерителем расхода 6, поступает в реактор 10. По измерителю 6 устанавливают заданный расход газа. Затем отключают клапан. 31 в блоке клапанов 28 и включают клапан 32. Выход задатчика давления 27 соединяется с входом в исполнительньй механизм 33. Изменяя давление задатчиком 27 в исполнительном механизме 33, устанавливают такой расход газа через регулирующий орган 34, чтобы давление в реактбре 10 стало близким к заданному.

При подключении к реактору 10 других технологических газов включается соответствуюпщй клапан в блоке клапанов 28 и соответствующий задатчик давления подсоединяется к исполнительному механизму 3. Настройка устройства ведётся аналогично указанной методике.

. .

В качестве клапанов .29-32 используются дискретные электропневмопреобразователи типа П1ПР5. Предварительная настройка устройства регулирования низких давлений осуществл ется таким образом, чтобы расходная характеристика заслонки 12 нй179274. 4 ходилась на линейном участке независимо от величины расхода подключаемых технологических газов к реактору 10. После настройки устройства 5 приступают к проверке качества регулирования на всех циклах технологического процесса.

Для этого в блоке клапанов 28 включают клапан 30 через первый

10 вход которого выход задатчика давления 25 подсоединяется к второму входу регулятора 20. На первый вход регулятора 20 поступает сигнал от . измерителя давления 19. Задатчиком

15 давления 25 на входе регулятора 20 устанавливают значение давления, близкое к значению давления ручного задатчика регулятора 20, и переводят последний на автоматический

20 режим управления, наблюдая по контрольному прибору за изменением давления в реакторе 10.

Одновременно включая клапан на технологической газовой линии, например 8, и соответствуюпщй ему

клапан 32 в блоке клапанов 28, проверяют максимальное отклонение давле-. ння в реакторе 10 ot заданного зна- чения и определяют время переходного процесса.

Корректировку производят задатчиком давления 27, подключенным к исполнительному механизму 33, добиваясь наименьпей амплитуды отклонения и времени переходного процесса,

Такую же проверку качества регулирования осуществляют при подключении других технологических газов. Для осуществления автоматического

0 управления всем процессом осаждения применяется программатор 9 типа время-команда. БШ1-1-1, который обеспечивает заданные последовательность срабатывания и времени работы кла-

5 панов и других механизмов и УСТ- ройств. Он допускает работу (включение) нескольких органов в одном временном интервале или одного органа в нескольких временных интервалах. На наборном поле про1 раммато.- . ра 9 задается последовательность включения органовi а назадатчике времени каналов в1ЬеМя работы каждого из них. Программатор 9 имеет

5 восемь регулируемых каналов времени, Время каждого ид них он отсчитывает с нуля до заданной для данного канала величины..

По циклограмму процесса, цредсталенной на фиг. 3/ на наборном поле программатора. 9 задают последовательность включения клапанов, а так же время их открытого и закрытого состояния. Этим завершается подготовка устройства для ведения процесса регулирования низких давлений в реакторе проточного типа в автома тическом режиме.

При автоматическом регулировании низких давлений (см. циклограмму процесса, представленную на фиг. 3) в начальное время Т включаются клапаны 29 и 35. Поскольку на выходе задатчика 24, подключенно го к второму входу регулятора 20 через первый вход клапана 29, устанавливается небольшое давление, то регулятор 20 посредством вторичного усилителя и привода 22 полност открывает заслонку.

По достижении в реакторе 10 давления (время Т,) клапан 18 отключается, включается клапан 16 и открывается высоковакуумный затво 13.

Диффузионный насос 15.откачивает реактор 10 до давления 1...210 Па После этого (во время Т) включаются клапаны 7,30,31 и 35, клапан 29 отк.шочается.

Газ-носитель от источника 1 чере стабилизатор 3, измеритель расхода клапан 7 поступает в реактор 10 и далее через заслонку 12, высоковакуумный затвор 13, азотную ловушку 14, диффузионный насос 15, клапан 16, механический насос 1 7 в сист€.-1у сброса и нейтрализации. Одновременн с этим газ-носитель (или инертный газ N2) через регулирующий орган 34 и клапан 35 поступает на вход высоковакуумного затвора 13 При включении клапана 30 блока клапанов 28 пневмосигнал от задатчика давления 25 через нижнее открытое сопло клапана 30 подается на второй вход регулятора 20, который посредством вторичного усилителя .21 и заслонки

12 устанавливает в реакторе 10 заданное давление. К реактору 10 подключается источник тока 11, и зажгается плазма. Затем (время Т) включаются клапаны 8 и 32, а клапаны 7 и 31 отключаются. Технологический газ, например , от источника 2 через стабилизатор давления 4, измеритель расхода 6, клапан 8 поступает в реактор 10. Одновременно при подключении задатчика давления 27 через первьй вход клапана 32 к исполнительному механизму 33 регулирующего органа 34 последний занимает новое положение, соответствующее минимальному отклонению давления в реакторе 10. По завершении операции (например, травления, время 14) отключаются клапана 8 и 32, а включаются клапаны 7 и 31 и осуществляется следующая технологическая операция (продувка). Для проведения операции осаждения -одного из компонентов структур во время Tg- включаются п-й клапан на линии технологического газа и клапан 28 п в блоке кла.панов 28 (клапаны п-й и 28 п не указаны).

К реактору 10 подсоединяется очередной источник газа, а к исполнителному механизму 33 через клапан 28 п подключается соответствующий этому каналу регулирования задатчик давления (не указан).

В реакторе 10 происходит разложение газообразных реагентов в плазме тлеющего разряда при заданном рабоче давлении. Образование пленок осуществляется за счет осаждения на подложки продуктов реакции с последующей бомбардировкой их заряженными частицами. По завершению операции осаждения (время Tg) клапаны 28 п и п-й отключаются. Подсоединение других газовых технологических линий к реактору 10 осуществляется включением соответствующих клапанов, а также подключением к исполнительному механизму 33 через блок клапанов 28 соответствующих задатчиков давления

И27НН

TJ

23

0J...1.0/iffa

If поз. /J

32

t

F

29

3130

28

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ НИЗКИХ ДАВЛЕНИЙ В ПРОТОЧНОМ РЕАКТОРЕ, содержащее источники газов, каждый из которых через последовательно включенные соответствующие стабилизатор давления, измеритель расхода и клапан соединен с входом в реактор, выход которого подключен к линии сброса и нейтрализации через последовательно включенные заслонку, высоковакуумньй затвор, азотную ловушку, диффузионный и механический насосы, и измеритель давления В реакторе,-причем управляющие входы клапанов соединены с первым и вторым выходами программного блока, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и качества регулирования, в нем установлены задатчики давления, регулирующий орган с исполнительным механизмом, установленный на -линии газаносителя, включенной с одной стороны между стабилизатором давления и измерителем расхода, а с другой между заслонкой и высоковакуумным затвором, регулятор, дополнительный клапан и блок клапанов, первый, втоо S рой, третий и четвертый входы которого соединены с входами соответству(Л ющих задатчиков давления, а пятый, шестой, седьмой и восьмой входы которого соединены с первым, вторым, третьим, и четвертым выходами, программного блока, пятый вмход которого подключен к управляющему входу дополнительного клапана, причем выход измерителя давления подключен к первому входу регулятора, выходом подключенного к приводу заслонки, к второму входу регулятора подключен первый выход блока клапанов,. второй выход которого подключен к исполнительному механизму регулирующего органа.

TZ Тз

Время TO

Til TS

TS 7 uej