Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Статьи по КИПиАРасходометрияТермомассовый расходомер для подачи озона в камеру при низком давлении
Озон является мощным окислителем, который используется в широком спектре применений в производстве полупроводников. Он позволяет получать множество оксидных соединений и сложных структур с высокой скоростью реакции, что делает его практичным выбором для технологических процессов в полупроводниковой промышленности. Области применения озона включают: химическое осаждение из паровой фазы (CVD), металлоорганическое химическое осаждение из паровой фазы (MOCVD), осаждение атомных слоев (ALD), атомное травление (ALE), печную оксидацию, очистку и удаление слоев с пластин.
Некоторые процессы, такие как осаждение атомных слоев (ALD), могут требовать подачи озона в камеру при очень низком давлении (5 psia). При этом озон является нестабильным соединением, которое быстро разлагается при повышенных температурах. Для таких условий требуется использование термомассового расходомера, основанного на измерении давления, например, серии GP200 от Brooks Instrument, который способен измерять и регулировать расход озона при очень низком давлении, не вызывая его термического разложения.
Озон со временем разлагается до кислорода, и этот эффект усиливается при повышении температуры. В таблице ниже показано, как нагрев ускоряет разложение озона. Кроме того, озон может разрушаться каталитически при контакте с различными оксидами (MnO₂, MgO₂, Fe₂O₃), что также ускоряет процесс разложения.
| Температура | Типичное время полураспада газообразного озона |
|---|---|
| -50°C | 3 месяца |
| -35°C | 18 дней |
| -25°C | 8 дней |
| 20°C | 3 дня |
| 120°C | 1.5 часа |
| 250°C | 1.5 секунды |
При разложении озона выделяется энергия в виде экзотермической реакции, сопровождающейся выделением тепла. Если этот процесс не контролируется должным образом, разложение озона может привести к перегреву.
Разложение озона:
O₃ = O₂ + [O]
[O] + O₃ = 2 O₂
Как правило, в термомассовых расходомерах газ проходит через нагреваемую сенсорную трубку. Разница температур между термосопротивлениями используется для определения скорости потока через сенсорную трубку. В применениях с озоном дополнительное тепло, которому он подвергается в нагреваемой трубке, ускоряет процесс разложения. Из-за этого разложения полученная разница в сенсорной трубке не будет точно отражать истинный расход газа через байпас термомассового расходомера. Со временем продолжающееся разложение озона приведёт к росту нестабильности, снижению точности и ухудшению управления, что в конечном итоге сократит срок службы термомассовых расходомеров. Термомассовые расходомеры серии GF Brooks Instrument оптимизированы для работы с газами, склонными к термическому разложению, и оснащены термодатчиком, который работает на 20–30 °C холоднее по сравнению с конкурентными сенсорами.
Для обеспечения еще более длительного срока службы рекомендуется массовый расходомер серии GP200 на основе давления (P-MFC).
Уникальный и запатентованный встроенный датчик давления (IPT), которым оснащена серия GP200, позволяет использовать элемент ламинарного потока (LFE) с низким перепадом давления, рассчитанный на работу при 1 фунте на квадратный дюйм дифференциального давления (1 psid). Это делает массовые расходомеры серии GP200 (P-MFC) оптимальным решением как для газов низкого, так и высокого давления.
В основе работы IPT лежит использование одинарной диафрагмы для измерения истинного перепада давления (∆P), и именно это точное измерение ∆P непосредственно используется для расчета массового расхода.
Основанный на давлении массовый расходомер-контроллер серии GP200 (P-MFC) совместим со всеми газами и обеспечивает более безопасную работу при низком давлении, что особенно важно для применения с озоном.
Чтобы исключить разложение озона или других газов, склонных к термическому распаду, в конструкции основанного на давлении массового расходомера-контроллера серии GP200 (P-MFC) не используются нагревательные элементы. Поскольку во время регулирования потока газ не подвергается нагреву, озон не разлагается термически внутри расходомера и не возникает неопределенности измерений из-за его деградации. При использовании основанного на давлении массового расходомера-контроллера серии GP200 (P-MFC) для управления смесями озона не происходит разложения или ухудшения характеристик, что обеспечивает более длительный срок службы расходомера и более точное регулирование потока озона.
Со временем использование основанного на давлении массового расходомера-контроллера серии GP200 (P-MFC) для смесей с озоном позволит достичь большей стабильности, точности, надежности управления и увеличенного срока службы прибора.
