详情

原文传递气体分压的在线测量装置及其在线测量方法

专利名称：	气体分压的在线测量装置及其在线测量方法
摘要：	本发明涉及气体分压的在线测量装置及其在线测量方法，在线测量装置包括待测气源腔室，校准气源腔室，减压腔室，恒压腔室，真空计和质谱分析模块，其中第一进气阀门和减压腔室之间设有高压待测气体进样通道和中压待测气体进样通道，第一进气阀门和恒压腔室之间设有低压待测气体进样通道，第六进气阀门与减压腔室之间设有校准气体进样通道，减压腔室和恒压腔室之间设有气体流通通道，真空计用于测量上述四个腔室的真空度，质谱分析模块用于在线测量恒压腔室的气体；测量方法包括确定标样气体，洁净度检查，获取质谱计灵敏度，抽真空去除残余气体和气体分压的在线测量步骤。本发明的在线测量装置和方法，主要针对粗、低真空气体分析，根据待测气体压力而选择最优的进样通道，分压测量更加准确。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国科学院微电子研究所
发明人：	罗艳;吴晓斌;朱精果;王魁波;张罗莎;谢婉露
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-25T00:00:00+0800
申请号：	CN201910507546.9
公开号：	CN110376272A
代理机构：	北京辰权知识产权代理有限公司
代理人：	佟林松
分类号：	G01N27/62(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	100029 北京市朝阳区北土城西路3号
主权项：	1.气体分压的在线测量装置，其特征在于，包括待测气源腔室(101)、校准气源腔室(102)、对进样气体分流的减压腔室、用于使进样气体的压力保持恒定的恒压腔室、真空计和质谱分析模块；其中，所述待测气源腔室(101)通过第一进气阀门(301)控制出气，所述校准气源腔室(102)通过第六进气阀门(306)控制出气，所述第一进气阀门(301)和所述减压腔室之间设有高压待测气体进样通道和中压待测气体进样通道，所述第一进气阀门(301)和所述恒压腔室之间设有低压待测气体进样通道，所述第六进气阀门(306)与所述减压腔室之间设有校准气体进样通道，所述高压待测气体进样通道、所述中压待测气体进样通道、所述低压待测气体进样通道和所述校准气体进样通道均各自设有一级进气阀门(302,304,305,307)，所述减压腔室和所述恒压腔室之间设有气体流通通道，所述气体流通通道内部设有二级进气阀门(303)；所述高压待测气体进样通道、所述中压待测气体进样通道和所述低压待测气体进样通道的各自内部的一级进气阀门与第一进气阀门(301)之间的区间共同连接第一抽气泵组(401)，所述第一抽气泵组(401)通过第一隔断阀门(501)控制接通，所述校准气体进样通道的第六进气阀门(306)和其内部的一级进气阀门之间的区间连接第三抽气泵组(403)，所述第三抽气泵组(403)通过第二隔断阀(502)控制接通；其中，所述真空计用于测量所述待测气源腔室(101)、所述校准气源腔室(102)、所述减压腔室和恒压腔室的真空度，且经过精确校准；所述质谱分析模块用于对所述恒压腔室内的进样气体进行在线测量。 2.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述恒压腔室包括腔体(104)和对所述腔体(104)进行抽气的第二抽气泵组(402)，所述第二抽气泵组(402)与所述腔体(104)通过第一调节阀门(601)连通，所述减压腔室包括另一腔体(103)和对所述另一腔体(103)进行抽气的第四抽气泵组(404)，所述第四抽气泵组(404)与所述另一腔体(103)通过第二调节阀门(602)控制连通。 3.如权利要求2所述的在线测量装置，其特征在于，所述在线测量装置还包括数据采集控制模块，所述数据采集控制模块用于按需求控制开启所有所述抽气泵组、所述第一进气阀门、所述第六进气阀门、所有所述一级进气阀门(302,304,305,307)、所述二级进气阀门(303)、所述第一隔断阀门(501)、所述第二隔断阀门(502)、所述第一调节阀门(601)、所述第二调节阀门(602)、所述真空计和所述质谱分析模块，并对真空度数据和质谱图数据进行采集和显示，以及根据待测气源腔室的真空度数据，自动选择开启对应的阀门，选择匹配的气体进样通道，实现气体的在线监测。 4.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述低压待测气体进样通道的一级进气阀门与所述恒压腔室之间以及所述气体流通通道的二级进气阀门与所述恒压腔室之间，均设有限流孔，所述限流孔的直径＜2mm。 5.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述质谱分析模块包括四极质谱计(800)和第十进气阀门(310)，所述第十进气阀门(310)的一端与所述恒压腔室连接，另一端内部通过金属细管与所述四极质谱计(800)的封闭式离子源连接。 6.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，校准气体进样通道与高压待测气体进样通道为关于所述减压腔室和恒压腔室之间连线相对称的镜像通道。 7.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述在线测量装置还包括充氮气道，所述充氮气道通过第八进气阀门(308)接通待测气体进样通道，所述充氮气道通过第九进气阀门(309)接通校准气体进样通道。 8.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，待测气源腔室(101)的个数为一或多个，每个待测气源腔室(101)均相应地设有进气阀门控制与待测气体进样通道的连通。 9.如权利要求1所述的在线测量装置，其特征在于，所述高压待测气体进样通道和所述校准气体进样通道均包括一段相同的毛细管道。 10.气体分压的在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：确定标样气体：将关心气体i中的浓度为Ci的标样气体减压为1个大气压通入校准气源室； S2：洁净度检查：分别对校准气体进样通道和高、中、低待测气体进样通道抽真空，采用四极质谱计对三种待测气体进样通道和校准气体进样通道进行洁净度检查，保证无关心气体i的谱峰，且没有被待测气源污染； S3：获取质谱计灵敏度：采用校准气体进样通道通入标样气体，调节减压腔室和恒压腔室的调节阀门，使恒压腔室的真空度数据接近5.0×10-4Pa，实测值记为P0，采用质谱分析模块记录此时质谱图，则四极质谱计的灵敏度Si(A/Pa)计算公式为公式1：其中Ii为通入校准气体后质谱图中显示的气体i的离子流，单位为A； S4：抽真空去除残余气体：对校准气体进样通道和恒压腔室抽真空，保证无校准气体残余； S5：气体分压的在线测量：采用真空计记录待测气源室的总压为P，根据待测气源室总压选择匹配的高、中或低压待测气体进样通道，调节两个调节阀门，使恒压腔室中压力仍为P0，采用四极质谱计记录此时的质谱图，则待测气源室中气体i的分压Pi计算公式为公式2：其中Ii’为通入待测气体后质谱图中显示的气体i的离子流。待测气源室中的气体i以外的气体分压仍然可用公式2进行计算，计算结果为相对于气体i的当量分压。 11.如权利要求10所述的在线测量方法，其特征在于，步骤S3和步骤S5中，若使用的是校准气体进样通道和高、中压待测气体进样通道，需将减压腔室的压力调节至小于10Pa。
所属类别：	发明专利