Устройство для измерения концентрации тетрахлорида кремния

 

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

СО103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5д G 01 N 27/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3404806/18-25 (22) 10.03.82 (46) 07.11.83. Бюл. М 41 (72) B.Ä. Афанасьев и В.Н. Ильин (53) 543.274(088.8) (56) 1. ТхоРжевский В.П. нАвтоматический анализ химического состава газов. M., "Химия", 1969, с. 54-60. .2. Абдурахманов Б.M. и др. Контроль концентрации кремнийсодержащего компонента в технологическом процесl се эпитаксиального осаждения.

Инф. сообщение N 128 АН УЗССР, фАН", 1975> с. 8-1! (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ ТЕТРАХЛОРИДА КРЕИНИЯ 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, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности изме. рений, 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 остальных резистога 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.

1 105

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 I! 3.

Недостатками данного детектора являются зависимость показаний от скорости газового потока, омывающего терморезисторы, понижение чувствительности с ростом скорости газового потока, омывающего терморегулятор потоков, а также относительно высокий уровень шумов, возрастающий.с уве. личением скорости газового потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 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 $ 2 ).

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 кон" центрации тетрахлорида кремния по теплопроводности парогазовой смеси, содержащее расположенные в корпусе ячейки теплопроводности с терморе2976

10

55 эисторами, 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 термореэисторами и отрицательным выводом источника питания, два других вывода потенциометра подключены к смежным по отношению к термореэисторам 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 4 соединены через трубопроводы 5, выполненные из материала с теплопроводностью более низкой, чем корпус детектора, например из фторопласта, с проточными каналами 6, 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. 8 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 14 питания, Устройство снабжено потенциометром 15, средний вывод которого соединен с терморе3 10529 зисторами 1О и 11 и с отрицательным выводом источника 14 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 14 питания. К общей точке резисторов 18 и 19 сравнительной мостовой схемы через подстроечный резистор 22 подсоединен блок 23 компенсации.

Устройство работает следующим образом.

До начала процесса измерения осуществляется настройка устройства.

Для этого в верхний делитель газового потока под избыточным давлением вводится водород (сравнительный газ).

Сужающий элемент 5 обеспечивает перепад давления, за счет которого осуществляется 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 потока протекает аналогично описанному выше. Затем, пос ле заполнения ячеек 7 и 8 теплопроводности водородом, его поток перекрывается с помощью вентиля (не по35 казан) и измеряется сигнал на выходе измерительной схемы 1. После измерения сигнала вентиль открыеается и устанавливается поток водорода, со40 ответствующий 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 термореэисторов 10 и 11, при котором дрейф выходного сигнала детектора, вызываемый изменением температуры его корпуса, мини мален. После этого на выходе детектора устанавливается нулевой уровень сигнала с помощью подстроечного резистора 22 блока 23 компенсации.

В процессе работы устройства в режиме измерения поток водорода, вы. шедший иэ верхнего делителя, прохо76 4 дит через испаритель с тетрахлоридом кремния в жидкой фазе (не показан) и уже насыщенный па рами тетрахлорида кремния поступает в нижний делитель.

В результате того, что теплопроводность смеси уменьшается, снижается мощность, рассеиваемая измерительным термореэистором 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 водорода и парогазовой смеси 6000 л/ч.

При прохождении потока через обеячейки теплопроводности и стабильности температуры корпуса детектора ! 1 С дрейф выходного сигнала за 3 ч работы не превышает 0,54 величины сиг нала, соответствующего концентрации паров 1 мол.3. Изменение температуры корпуса детектора на 5 С сопровождао ется дрейфом выходного сигнала до 13 от значения сигнала, соответствующего концентрации паров 1 мол.3.

Одновременное изменение расхода газа через оба делителя газового потока от +30 до -50 от номинального значения вызывает изменение выходного сигнала не более + 0,34 от сигнала, соответствующего концентрации паров в водороде 1 мол.3.

Введение делителей газового потока позволяет снизить влияние флуктуации температуры газового потока на показания детектора, а измерительная схема обеспечивает работу терморезис. торов s режиме постоянного сопротивления, что в 5-7 раз снижает постоян. ную 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 полупроводниковых материалов и интегральных схем.

1052976

АЬАрод (сра/миглей ежй гав)

Смесь

ЮоРо,ырра

С ларами

8 4 fy

ВНИИПИ Заказ 8862/41 1ираж 873 Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4