專利名稱：有可調(diào)噴射器的等離子噴管和使用該噴管的氣體分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種等離子噴管，它用于激勵(lì)氣種，以便對該氣體進(jìn)行分析。
本發(fā)明還涉及到一種使用上述等離子噴管的氣體分析儀。
目前，氣體分析技術(shù)是諸如過濾、水解或噴灑之類的間接技術(shù)，在這種技術(shù)中，于進(jìn)行分析之前從氣體中抽出濃度要加以確定的雜質(zhì)。
因此，例如，過濾分析技術(shù)使用了一種對要加以分析的氣體進(jìn)行過濾的薄膜，以便擋住前述氣體包含的雜質(zhì)。然后，將這些雜質(zhì)溶解在酸溶液中再例如用光譜測量法加以分析，以便確定所述雜質(zhì)的特性和濃度。
這些通常的分析技術(shù)具有多種缺陷。
首先，由于這些技術(shù)的特征，特別是由于存在有抽取要加以分析的顆粒的這樣一個(gè)步驟，故這些技術(shù)不能連續(xù)地適用于一定質(zhì)量的要加以分析的氣體。
而且，這些技術(shù)會給出相對不精確的結(jié)果，因?yàn)?，這些技術(shù)只能獲得與樣本總量相對應(yīng)的平均濃度值。所以，這些技術(shù)不能檢測到瞬時(shí)濃度變化。
此外，某些雜質(zhì)顆粒可能呈揮發(fā)性化合物的形式，用前述技術(shù)無法從所述氣體中抽取出這些揮發(fā)性化合物。因此，可能會對所獲得的結(jié)果估計(jì)不足。
最后，上述技術(shù)具有污染所述氣體這樣并非是不顯著的危險(xiǎn)并且需要有較復(fù)雜的設(shè)備。
業(yè)已試圖用直接氣體分析技術(shù)來克服這些缺陷。
依照這種技術(shù)，將要加以分析的氣體樣本輸入進(jìn)諸如等離子之類的能將存在于所述樣本中的化學(xué)物質(zhì)分解成自由原子然后激勵(lì)并有選擇地使所獲得的原子離子化的熱源。然后，通過測定受激原子所發(fā)射出的各種波長來檢測所述原子，或者，若受激原子被離子化，則通過測定它們的質(zhì)量來檢測所述原子。
盡管這種技術(shù)能連續(xù)地對氣體進(jìn)行分析，但這種技術(shù)仍具有多種缺陷，這特別是由于用來生成所述等離子的感應(yīng)器附近的洛侖茲力作用所導(dǎo)致的氣體循環(huán)運(yùn)動(dòng)。
所述循環(huán)運(yùn)動(dòng)會使氣體到達(dá)等離子的邊緣并使得分解產(chǎn)物沉積在噴管上從而使該噴管受到不希望有的污染，這就會阻礙光學(xué)檢測并且會改變電感線圈與等離子之間的能量傳遞。
而且，在上述邊緣區(qū)域流動(dòng)的氣體會受到較少的激勵(lì)，從而會降低測定的精確性。
本申請人對這一主題進(jìn)行的研究業(yè)已證明，隨要加以分析的氣體性質(zhì)的不同(例如，根據(jù)所分析的氣體是或不是雙原子氣體)，在將要加以分析的氣體輸入進(jìn)等離子時(shí)，存在有將所述等離子吹跑的主要危險(xiǎn)。
本發(fā)明的目的是克服上述缺陷。
所以，本發(fā)明的內(nèi)容具體是一種等離子噴管，它用于激勵(lì)氣體以便對該氣體進(jìn)行分析，所述噴管包括一噴射器，它具有呈總管形式的結(jié)構(gòu)，以便與一氣源相連，該氣源用于提供要加以分析的氣體；以及，一外部柱形套管，它具有雙層壁面、與所述噴射器相共軸并且在該套管的連續(xù)內(nèi)部與外部壁面之間限定了一柱形環(huán)狀通道，該通道用于提供等離子氣體，所述套管用于與相應(yīng)的供給源相連，以便在所述套管的出口處生成等離子；所述噴管的特征在于前述噴射器的直徑是可變的。
本發(fā)明的等離子噴管還包括一個(gè)或多個(gè)下述特征-所述噴射器的直徑是可變的，該直徑通過采用下列結(jié)構(gòu)而具有至少兩個(gè)值，所述結(jié)構(gòu)是噴射器由至少兩個(gè)共軸的導(dǎo)管即一個(gè)是內(nèi)部導(dǎo)管另一個(gè)是外部導(dǎo)管構(gòu)成，內(nèi)部導(dǎo)管能在外部導(dǎo)管內(nèi)垂直滑動(dòng)；-依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述噴射器的直徑在0.8至3mm的范圍內(nèi)；-依照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述噴射器的直徑在1.3至2mm的范圍內(nèi)；-所述噴射器包括一輔助外側(cè)導(dǎo)管，它與上述總管相共軸并限定了兩個(gè)共軸的通道即內(nèi)部和外部共軸通道，這兩個(gè)通道中的一個(gè)用于將要加以分析的氣體提供給噴管，另一個(gè)用于將用來在等離子中引導(dǎo)要加以分析的氣體的氣體提供給所述噴管。
-所述等離子氣體和/或所述引導(dǎo)氣體包括氬或氦或者能形成等離子的任何其它氣體或這些氣體的混合體；-所述套管的外部壁面構(gòu)成了上述噴管的外部壁面；-所述噴管包括一線圈，它放置在該噴管的外部壁面的端面附近并與一高頻電源相連，以便在等離子氣體的路徑內(nèi)形成一電磁場并在所述氣體內(nèi)形成所說的等離子；-所述噴管還包括一中間柱形導(dǎo)管，它與上述套管相共軸并且在該套管的內(nèi)部壁面與外部壁面之間位于該套管的內(nèi)側(cè)，所述中間柱形導(dǎo)管與所述套管的外部壁面限定了一通道，它用于提供氣體，該氣體用于將噴管的內(nèi)部壁面的內(nèi)表面與固體沉積物隔離開；-所述用于提供隔離氣體的通道構(gòu)成了這樣一種通道，它用于提供包含化合物的氣體，所述化合物適于與易于形成在噴管的外部壁面上的固體沉積物相反應(yīng)，以便形成揮發(fā)性化合物。
本發(fā)明的內(nèi)容還是一種氣體分析儀，其特征在于，該氣體分析儀包括一如前所述的等離子噴管，它與用來提供要加以分析的氣體的氣源相連并與用來提供等離子氣體的氣源相連且最好還與用來在等離子中引導(dǎo)要加以分析的氣體的氣體源相連，所述等離子則在前述等離子氣體內(nèi)生成在所述噴管的出口處；以及，光學(xué)檢測裝置，它們能測定等離子中存在的雜質(zhì)所發(fā)射的光強(qiáng)并與一處理器相連，該處理器包括這樣的裝置，它用于根據(jù)所述光強(qiáng)的測定值和至少一個(gè)預(yù)定的參照值來計(jì)算出雜質(zhì)的濃度，所述預(yù)定參照值存儲在與上述處理器相聯(lián)的存儲器內(nèi)并且可通過預(yù)先校準(zhǔn)而獲得。
依照一個(gè)具體的特征，所述分析儀包括一用于生成標(biāo)準(zhǔn)樣本的裝置，該裝置包括-由一種或多種元素的溶解鹽溶液構(gòu)成的溶液源；-一噴霧裝置；-一溶劑分離裝置；所述生成裝置的一個(gè)出口與用來將要加以分析的氣體提供給所述噴管的通道相連。
從以下以舉例方式給出的說明中并參照附圖可以看出其它特征和優(yōu)點(diǎn)，在附圖中-

圖1示出了先有技術(shù)的等離子噴管的概略軸向剖面圖；-圖2示出了具有一定直徑的噴射器的局部軸向剖面圖，依照本發(fā)明，所述直徑因使用了兩個(gè)共軸導(dǎo)管而是可變的，所述共軸導(dǎo)管中的內(nèi)部導(dǎo)管可在該共軸導(dǎo)管中的外部導(dǎo)管內(nèi)垂直滑動(dòng)；-圖3示出了本發(fā)明等離子噴管的軸向剖面圖，該噴管的噴射器允許使用在等離子中引導(dǎo)要加以分析的氣體的氣體；-圖4是本發(fā)明的氣體分析儀的概略圖；-圖5示出了說明所述顆粒的光強(qiáng)隨顆粒濃度變化的變化曲線；-圖6示出了本發(fā)明等離子噴管的概略軸向剖面圖，該噴管將允許使用分隔氣體的中間導(dǎo)管包括在所述套管之內(nèi)；圖1示出了一種等離子噴管，它用于分解由包含有雜質(zhì)的氣體所構(gòu)成的化合物，以便生成自由原子并激勵(lì)這樣獲得的原子，從而確定雜質(zhì)的濃度。
例如，要加以分析的氣體由諸如石鹽或氟化氣體之類的在半導(dǎo)體生產(chǎn)領(lǐng)域中使用的氣體構(gòu)成，所述雜質(zhì)則由諸如鎳、鐵、鎂等金屬元素構(gòu)成。
圖1表明，由通用標(biāo)號10所示的等離子噴管包括一中心噴射器12，它具有呈管狀的結(jié)構(gòu)；一外部柱形套管14，它具有雙層壁面(28/30)；以及，一線圈16，它與高頻電源18相連。
所述噴射器的壁面20在內(nèi)部限定了一通道26，它與用來將要加以分析的氣體提供給噴管10的氣源相連接(圖中未示出所說的氣源)。
所以，從圖1中可以看出，套管14具有一內(nèi)部壁面28和外部壁面30，外部壁面30延伸超過內(nèi)部壁面28的自由端。所述壁面由適于預(yù)定用途即能抗高溫的材料例如石英玻璃構(gòu)成。
套管14的內(nèi)部與外部壁面之間限定1一柱形環(huán)狀通道32，它在操作中與用來提供等離子氣體例如氬的氣源相連，以便在所述套管的出口處生成等離子。
套管的連續(xù)外部壁面30構(gòu)成了噴管10的外部壁面并且在端面附近配備有線圈16。如前所述，線圈16與通常的高頻電源相連，該電源能向所述線圈提供頻率在5MHz至100MHz的電流。
由于電源18的作用，所述線圈會與通常一樣生成一電磁場，該電磁場在徑向上朝向噴管10的軸x-x＇遞減。
將按例如20升/分的流速經(jīng)由環(huán)形通道提供的等離子發(fā)送至這樣的區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，所述電磁場約為最大值。所述電磁場會通過使帶電顆粒加速而在所述等離子氣體中形成等離子。
如前所述并如圖1中箭頭F1所示，所述等離子因作用于帶電顆粒的洛侖茲力的作用而有循環(huán)運(yùn)動(dòng)。由于所述洛侖茲力的作用，所述氣體的速度在前述軸向區(qū)域內(nèi)是負(fù)的，也就是說，所述顆粒相對氣體流動(dòng)方向沿朝向噴管上游的方向移動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)與要加以分析的氣體的輸入方向相反。
而且，在相對軸x-x＇在徑向上有所位移的區(qū)域內(nèi)，所說的力會將要加以分析的氣體發(fā)送至前述邊緣區(qū)域。
正如從圖1中所看到的那樣，在所述軸向區(qū)域內(nèi)按通常約為每分鐘數(shù)毫升至每分鐘數(shù)百毫開的流速將要加以分析的氣體沿箭頭F2所示方向輸入進(jìn)內(nèi)部供氣通道26。
最后，從圖1中可以看出，一光電檢測器34與處理器36相連，所述處理器則如以下將詳細(xì)所述那樣根據(jù)受激雜質(zhì)顆粒所發(fā)出的幅射的波長值來計(jì)算出所述氣體中雜質(zhì)的濃度。
圖2示出了本發(fā)明可變直徑的噴射器的一個(gè)實(shí)施例。
這里，噴射器12由兩個(gè)共軸的導(dǎo)管即外部導(dǎo)管(20)和內(nèi)部導(dǎo)管(90)構(gòu)成，內(nèi)部導(dǎo)管90可在所述外部導(dǎo)管內(nèi)垂直滑動(dòng)。
就這里所示的實(shí)施例而言，用作用于微型缸92的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)91來獲得所說的滑動(dòng)效果。
還應(yīng)注意，在本圖中，存在有一連接件93，它連接于所述微型缸的活塞桿并且連接于內(nèi)部導(dǎo)管90。
所以，上述按所述機(jī)制受驅(qū)于微型缸的內(nèi)部導(dǎo)管可在外部導(dǎo)管20內(nèi)作垂直滑動(dòng)。
因此，可以想象得出來，依照這一實(shí)施例，所述噴射器可以有兩種結(jié)構(gòu)-內(nèi)部導(dǎo)管90的高位置，該內(nèi)部導(dǎo)管的上端被迫向后與所述外部導(dǎo)管的上端相平齊。噴出要加以分析的氣體并使該氣體經(jīng)由所述噴射器的內(nèi)部導(dǎo)管的“小”直徑進(jìn)入所說的等離子。
-內(nèi)部導(dǎo)管90的低位置(圖2示出了這種低位置的一個(gè)實(shí)例)，該內(nèi)部導(dǎo)管的上端位于所述外部導(dǎo)管的上端的下方。噴出要加以分析的氣體并使該氣體經(jīng)由所述噴射器的外部導(dǎo)管的“大”直徑進(jìn)入所說的等離子。
內(nèi)部導(dǎo)管的上端低于外部導(dǎo)管的上端的數(shù)量約為1至2cm。
正如本技術(shù)的專家所清楚地認(rèn)識到的那樣，這里所示的噴射器是這樣的噴射器，它由兩個(gè)共軸的導(dǎo)管20和90構(gòu)成，從而使得噴射點(diǎn)的直徑可在兩個(gè)數(shù)值之間變化，但是，可以想像，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，所述噴射器可具有由若干共軸導(dǎo)管(2個(gè)以上)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，從能根據(jù)這些導(dǎo)管在最外側(cè)導(dǎo)管內(nèi)的滑動(dòng)容隙而使得噴射點(diǎn)的直徑在幾個(gè)可能值范圍內(nèi)變化。
圖3示出了本發(fā)明等離子噴管的另一個(gè)實(shí)施例。
應(yīng)該注意，就圖3所示的實(shí)施例而言，所述噴管包括一略微特殊的中心噴射器12，依照本發(fā)明的上述最佳實(shí)施例之一，所述噴射器包括一輔助外側(cè)導(dǎo)管22，它與總管20相共軸，從而限定了兩個(gè)共軸通道即一內(nèi)部和一外部共軸通道，這兩個(gè)通道中的一個(gè)用于將要加以分析的氣體提供給所述噴管，另一個(gè)用于將用來在所述等離子中引導(dǎo)前述要加以分析的氣體的氣體提供給所述噴管。
本申請人所進(jìn)行的研究事實(shí)上已經(jīng)證明，這種結(jié)構(gòu)是有優(yōu)點(diǎn)的，從而能將要加以分析的氣體輸送到壁面20內(nèi)部的導(dǎo)管內(nèi)，同時(shí)將“引導(dǎo)”氣體輸送進(jìn)噴射器的輔助壁面22與總管20之間的中間環(huán)形空間。
按例如約每分鐘數(shù)百毫升的流速輸送所說的引導(dǎo)氣體，所以，該引導(dǎo)氣體在等離子P中引導(dǎo)將要加以分析的氣體。這種引導(dǎo)活動(dòng)會抵消作用在要加以分析的氣體上的洛侖茲力的作用，從而有助于阻止要加以分析的氣體轉(zhuǎn)向(也就是說，確保整個(gè)樣本到達(dá)所說的等離子)。
此外，如箭頭F3所示，由于組成成份完全受控的引導(dǎo)氣體會被迫到達(dá)噴管的邊緣而不是到達(dá)要加以分析的氣體，故通過適當(dāng)?shù)剡x擇所述引導(dǎo)氣體可以阻止構(gòu)成要加以分析的氣體的組成成份的一部分的顆粒沉積到外部壁面30上。最佳的是，所述引導(dǎo)氣體包括氦或氬或者這些氣體的混合體。
應(yīng)該認(rèn)識到，就本發(fā)明而言，將引導(dǎo)氣體注入進(jìn)所述噴射器是可選的。最佳的是，可將氬氣流住入進(jìn)所述噴管的套管28/30與噴射器之間的間隙，以使得等離子P的基端移離所述套管的端面。
正如本技術(shù)的專家所清楚地認(rèn)識到的那樣，所述附圖示出了一雙壁面的管狀噴射器，以便能噴射要加以分析的氣體和用來在所述等離子內(nèi)引導(dǎo)上述要加以分析的氣體的氣體。
但是，為了正如人們所看到那樣的較為雜亂的附圖的清晰性，這里未示出本發(fā)明能改變要加以分析的氣體的噴射直徑的裝置。
因此，在例如未示出有與外部導(dǎo)管20相共軸并能在外部導(dǎo)管20內(nèi)滑動(dòng)的內(nèi)部導(dǎo)管90的情況下，示出了用于要加以分析的氣體的單個(gè)噴射導(dǎo)管20(圖2中的實(shí)施例)，因?yàn)?，可以想象，這種圖示會使圖3過于復(fù)雜。
以下參照圖4說明氣體分析儀。
圖4表明，概略示出的分析儀包括本發(fā)明的等離子噴管54，它例如是與圖1和圖2中所述的噴管相類似的噴管，該噴管與一高頻電流發(fā)生器56相連；以及，一光檢測器58，它本身與一處理器60相連。
圖4表明，將氬氣(Ar)提供給噴管54的外部柱形套管，以便最好在大氣壓力下或在略有降低的壓力下形成等離子。
而且，由于噴射器62必須使要加以分析的氣體進(jìn)入所說的等離子，故該噴射器與一第一混合器64相連，所述混合器包括一第一入口66，將諸如氬之類的惰性氣體提供給該入口，并且，所述入口能增加要加以分析的氣體的傳輸速率；以及，一第二入口68，它與一第二混合器70的出口相連。
所述第二混合器具有一第一入口72，將要加以分析的氣體G提供給該入口；以及，一第二入口74，它與用來產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)樣本的裝置75的出口相連，所述裝置包括-由一種或多種元素的溶解鹽溶液構(gòu)成的溶液源80；-一噴霧裝置78；-一溶劑分離裝置76；所述裝置75的一個(gè)出口與用來將要加以分析的氣體提供給所述噴管的通道相連。
裝置75具有一入口，它可使來自裝置78的懸浮顆粒進(jìn)入。
而且，裝置78具有一氣體入口86，它可使諸如氬之類的惰性氣體進(jìn)入。
為了校準(zhǔn)所說的分析儀，將要加以分析的元素輸入進(jìn)氣體G的樣本中，所述要加以分析的元素有周知濃度且處于給定的(液體、固體或氣體)形式，該形式最接近于要加以確定的元素的形式。因此，在氣體中，所述污染元素呈固體或氣體的形式并且很少呈液體的形式。但是，周知的是，通常存在于化學(xué)氣體中的固體顆粒具有小于一微米的尺寸。就這種尺寸而言，這些顆粒會快速揮發(fā)并在氬等離子中產(chǎn)生一定的光強(qiáng)，該光強(qiáng)等于氣體化合物所產(chǎn)生的光強(qiáng)。
因此，就說明而言，為了根據(jù)給定的金屬元素校準(zhǔn)所說的分析儀，借助噴霧裝置78用所述金屬雜質(zhì)的鹽溶液80來生成一種懸浮顆粒，這種懸浮顆粒一般包括水蒸氣、溶劑和所述顆粒。
氣體86(例如氬氣)的內(nèi)流會將這種懸浮顆粒傳遞給前述溶劑分離裝置。
然后，在裝置76中進(jìn)行溶劑分離操作，這種操作是加熱所說的懸浮顆粒氣體，以便蒸發(fā)掉和冷凝掉水份以及可能的溶劑(可通過出口82將它們從裝置76中除去)，從而能回收到這樣的氣體，該氣體可傳送在開始時(shí)輸入的并且目前已干燥或基本上干燥的顆粒，受控的內(nèi)含物具體取決于樣本80中的顆粒濃度。
至于有關(guān)用噴霧法/溶劑分離法來生成金屬顆粒樣本的更詳細(xì)內(nèi)容，讀者可參考以下文獻(xiàn)C.Héou,“Analyse de trace d’élément dansles gaz parspectroscopie d’émission utilisant un plasma HF(用HF等離子借助分光術(shù)分析氣體中的微量元素)”，博士論文，Claude Bernard大學(xué)，Lyons，法國，1981年，或者參照發(fā)表于High Temperature ChemicalProcesses雜志第二卷，第439-447頁(1993)署名為C.Trassy等人的文章。
通過與氣體G相似但沒有任何雜質(zhì)的氣體或者通過氬氣而使得按上述方式形成的標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)入等離子P。
用光檢測器58(單色儀和/或多色儀)來檢測上述雜質(zhì)發(fā)出的光強(qiáng)，然后將其存儲在分析裝置60的存儲器84內(nèi)。
在校準(zhǔn)了所述分析儀之后，將氣體G送進(jìn)混合器70并噴射進(jìn)等離子P。
然后，將氣體G中的雜質(zhì)所發(fā)射的光強(qiáng)送進(jìn)分析裝置60。
所述分析裝置具有通常的計(jì)算裝置，它用于將檢測到的要加以分析的雜質(zhì)的光強(qiáng)與事先獲得并存儲在存儲器84中的參照值作比較。
例如，通過識別所述樣本能獲得氣體G中所獲得的顆粒的精確濃度，所述樣本的相應(yīng)信號具有與從氣體G中測出的值相等的波長和強(qiáng)度。
正如本技術(shù)的專家所周知的那樣(所謂的“計(jì)量添加劑”法)，作為一種變化形式，還可以根據(jù)將等離子中顆粒光強(qiáng)I與等離子中顆粒濃度C聯(lián)系起來的函數(shù)(圖5)的計(jì)算結(jié)果來確定氣體G中的顆粒濃度C。
事實(shí)上，眾所周知，就無給定類型顆粒的即顆粒濃度為零的氣體而言，相應(yīng)波長的光強(qiáng)為零。因此，可以根據(jù)與濃度為C1的樣本相混合的純氣體所發(fā)出的光強(qiáng)I1的單次測定結(jié)果來確定將光強(qiáng)I與濃度C聯(lián)系起來的曲線A的斜率。
而且，眾所周知，就相同的等離子狀態(tài)而言，具體地說，就同樣的等離子溫度而言，從氣體中獲得的將光強(qiáng)I與雜質(zhì)濃度C聯(lián)系起來的曲線B的斜率等于在純凈狀態(tài)下從同樣氣體中獲得的曲線A的斜率。
因此，為了對要加以分析的具有未知顆粒濃度Cp的氣體G進(jìn)行分析，所需的全部工作就是按從樣本80中得出的已知濃度將顆粒增加進(jìn)這種氣體并測出相應(yīng)的光強(qiáng)I2。因此，利用分析裝置60的計(jì)算裝置通過外推曲線B可獲得濃度值Cp。
在分析是諸如氬、或氦或者氮之類的惰性氣體的要加以分析的氣體中的金屬雜質(zhì)的情況下以及在分析三原子氣體或包含有三個(gè)以上原子的氣體中金屬雜質(zhì)的情況下，本申請人用圖4所述的分析儀進(jìn)行的研究可以證實(shí)，就要加以分析的是單原子或雙原子的氣體而言，最好使用直徑在0.8至2mm范圍內(nèi)最佳地是直徑在1.3至1.7mm范圍內(nèi)的噴射管，而就要加以分析的是三原子或者包含有三個(gè)以上原子(諸如硅烷或氨)的氣體而言，最好使用直徑在1至3mm范圍內(nèi)最佳地是在1.8至2.3mm范圍內(nèi)的噴射管。
應(yīng)該認(rèn)識到，上述直徑范圍是以示意性的方式給出的，考慮到系統(tǒng)的整個(gè)幾何形狀以及用于所述試驗(yàn)的操作頻率，若這些參數(shù)是可以改變的，則應(yīng)該對上述范圍加以修改。
最后，圖6以不太詳細(xì)的方式示出了本發(fā)明等離子噴管的概略軸向剖面圖，該圖包括位于所述套管內(nèi)的中間導(dǎo)管。
事實(shí)上，圖6所示的噴管具有一中間導(dǎo)管40，它與套管42相共軸并位于該套管的外部壁面與內(nèi)部壁面(42A與42B)之間，中間導(dǎo)管40與套管的外部壁面42A限定了一通道45，它用于提供將噴管的外部壁面(42A)與固體沉積物隔離開的氣體。
此外，圖6所示的噴管配備有一線圈46以及一光檢測器50，所述線圈由一高頻電源48供電并設(shè)置在所述噴管的端面附近，所述光檢測器則與處理器52相連。
為清楚起見，故意放大了連續(xù)的間隙42A/40/42B，導(dǎo)管40實(shí)際上非?？拷鼑姽艿耐獠勘诿?2A(數(shù)量為1mm，甚至為0.1mm)。
所以，供給通道45與一用來提供隔離氣體的氣源(未示出)相連，所述隔離氣體可與易于沉積在噴管的外部壁面42A的內(nèi)表面上的物質(zhì)相反應(yīng)，從而形成揮發(fā)性的化合物。
因此，舉例來說，如果要加以分析的氣體包括硅烷(SiH4)，即該氣體用在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，則所述隔離氣體包括有選擇地與氬相混合的氯氣，這種氯氣可與硅相反應(yīng)，從而形成SiCL4(SiC)。由于后一種化合物是揮發(fā)性的物質(zhì)，故可以避免有以硅為基體的沉積物。
應(yīng)該注意，就圖6所示的實(shí)施例而言，所述噴管包括一具有雙壁面(38A、38B)的中心噴射器，它一方面用于噴射要加以分析的氣體，另一方面用于噴射“引導(dǎo)”氣體。
這里未說明將引導(dǎo)氣體注入所述噴射器的結(jié)構(gòu)。
再有，最佳的是，可將氬氣流噴射進(jìn)圖6所示噴管的套管與噴射器之間的間隙，以便使等離子P的基端移離所述套管的端面。
權(quán)利要求
1一種等離子噴管，它用于激勵(lì)氣體以便對該氣體進(jìn)行分析，所述噴管包括一噴射器(12)，它具有呈總管形式的結(jié)構(gòu)，以便與一氣源相連，該氣源用于提供要加以分析的氣體；以及，一外部柱形套管(14、42)，它具有雙層壁面(28/30、42A/42B)、與所述噴射器(12)相共軸并且在該套管的連續(xù)內(nèi)部與外部壁面〔SiC〕之間限定了一柱形環(huán)狀通道(32)，該通道用于提供等離子氣體，所述套管用于與相應(yīng)的供給源相連，以便在所述套管(14、42)的出口處生成等離子(P)；所述噴管的特征在于前述噴射器的直徑是可變的。
2如權(quán)利要求1的等離子噴管，其特征在于，所述噴射器的直徑是可變的，該直徑通過采用下列結(jié)構(gòu)而具有至少兩個(gè)值，所述結(jié)構(gòu)是噴射器由至少兩個(gè)共軸的導(dǎo)管即一個(gè)是外部導(dǎo)管(20)且至少另一個(gè)是內(nèi)部導(dǎo)管(90)構(gòu)成，所述至少一個(gè)內(nèi)部導(dǎo)管能在外部導(dǎo)管內(nèi)垂直滑動(dòng)(91/92/93)。
3如權(quán)利要求2的等離子噴管，其特征在于，該等離子噴管包括作用于微型缸(92)的氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(91)，所述微型缸的活塞桿與一連接件(93)相連，而連接件本身則連接于內(nèi)部導(dǎo)管(90)，從而能使得所說的至少〔lacuna〕內(nèi)部導(dǎo)管在所述外部導(dǎo)管內(nèi)滑動(dòng)。
4如前述權(quán)利要求之一的等離子噴管，其特征在于，所述噴射器的直徑在1至3mm的范圍內(nèi)，最好在1.8至2.3mm的范圍內(nèi)。
5如權(quán)利要求1至3中的一個(gè)的等離子噴管，其特征在于，所述噴射器的直徑在0.8至2mm的范圍內(nèi)，最好在1.3至1.7mm的范圍內(nèi)。
6如前述權(quán)利要求之一的等離子噴管，其特征在于，所述噴射器包括一輔助外側(cè)導(dǎo)管(22)，它與上述總管相共軸并限定了兩個(gè)共軸的通道即內(nèi)部和外部共軸通道，這兩個(gè)通道中的一個(gè)用于將要加以分析的氣體提供給噴管，另一個(gè)用于將用來在等離子中引導(dǎo)要加以分析的氣體的氣體提供給所述噴管。
7如前述權(quán)利要求之一的等離子噴管，其特征在于，所述套管(14)的外部壁面(30)構(gòu)成了上述噴管(10)的外部壁面。
8如前述權(quán)利要求之一的等離子噴管，其特征在于，所述等離子氣體和/或所述引導(dǎo)氣體包括氬和/或氦。
9如前述權(quán)利要求之一的等離子噴管，其特征在于，所述噴管還包括一中間導(dǎo)管(40)，它與上述套管(42)相共軸，并且位于該套管的外部壁面(42A)與內(nèi)部壁面(42B)之間，所述中間導(dǎo)管(40)與所述套管的外部壁面(42A)限定了一通道(45)，它用于提供氣體，該氣體用于將所述套管的外部壁面(42A)的內(nèi)表面與固體沉積物隔離開。
10如權(quán)利要求9的等離子噴管，其特征在于，所述用于提供隔離氣體的通道(45)構(gòu)成了這樣一種通道，它用于提供包含化合物的氣體，所述化合物適于與易于沉積在所述套管外部壁面(42A)上的固體沉積物相反應(yīng)，以便形成揮發(fā)性化合物。
11一種氣體分析儀，其特征在于，該氣體分析儀包括如權(quán)利要求1至10中任何一個(gè)的等離子噴管(54)，它與用來提供要加以分析的氣體(G)的氣源相連，并與用來提供等離子氣體的氣源相連而且如果需要的話還與用來在等離子(P)中引導(dǎo)要加以分析的氣體(G)的氣體源相連，所述等離子則在前述等離子氣體內(nèi)生成在所述噴管(54)的出口處；以及，光學(xué)檢測裝置(58)，它們能測定等離子(P)中存在的雜質(zhì)所發(fā)射的光強(qiáng)(I)并與一處理器(60)相連，該處理器包括這樣的裝置，它用于根據(jù)所述光強(qiáng)(I)的測定值和至少一個(gè)預(yù)定的參照值來計(jì)算出雜質(zhì)的濃度，所述預(yù)定參照值存儲在與上述處理器(60)相聯(lián)的存儲器(84)中，并且可通過預(yù)先校準(zhǔn)而獲得。
12如權(quán)利要求11的分析儀，其特征在于，所述分析儀包括一用于生成標(biāo)準(zhǔn)樣本的裝置(75)，該裝置包括-由一種或多種元素的溶解鹽溶液構(gòu)成的溶液源(80)；-一噴霧裝置(78)；-一溶劑分離裝置(76)；所述生成裝置(75)的一個(gè)出口與用來將要加以分析的氣體提供給所述噴管的通道相連。
全文摘要
一種等離子噴管,它用于激勵(lì)氣體以便對該氣體進(jìn)行分析,所述噴管包括:一管狀噴射器,它具有呈總管形式的結(jié)構(gòu),以便與一氣源相連,該氣源用于提供要加以分析的氣體;以及,一外部柱形套管,它與所述噴射器相共軸并限定了一柱形環(huán)狀通道,該通道用于提供等離子氣體,所述套管用于與相應(yīng)的供給源相連,以便生成等離子。所述噴射器的直徑是可變的。
文檔編號H05H1/30GK1235274SQ9812622
公開日1999年11月17日 申請日期1998年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月29日
發(fā)明者馬蒂那·卡雷, 艾里克·科夫雷, 克里斯蒂安·特拉斯 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司