CN111556966A - 用于自由基气体和短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和使用方法 - Google Patents

用于自由基气体和短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和使用方法 Download PDF

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Abstract

本申请案是针对用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取样检测系统和方法且包含与至少一个气体源连通的至少一个自由基气体生成器。所述自由基气体生成器可经配置以生成可在处理腔室内使用的至少一个自由基气体流。因此，所述处理腔室与所述自由基气体生成器成流体连通。与所述自由基气体生成器成流体连通的至少一个分析电路可用于所述检测和测量系统中。分析可经配置以接收经界定体积和/或流速的所述自由基气体流。在一个实施例中，所述分析电路可经配置以使至少一个试剂与所述经界定体积的所述自由基气体流内的自由基进行反应，从而形成至少一个化合物流内的至少一个化学物质。所述分析电路内的至少一个传感器模块可经配置以测量所述化合物流内的所述化学物质的浓度。一或多个流量测量模块可与所述传感器模块成流体连通。在使用期间，所述流量测量模块可经配置以测量所述化合物流和自由基气体流中的至少一个的体积。

Description

用于自由基气体和短时间存活分子的多传感器气体取样检测 系统和使用方法
相关申请的交叉引用
本申请案要求2017年12月1日提交的标题为“用于自由基气体和短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和使用方法(Multi-Sensor Gas Sampling DetectionSystem for Radical Gases and Short-Lived Molecules and Method of Use)”的第62/593,721号美国专利申请案以及2018年3月22日提交的标题为“用于自由基气体和短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和使用方法”的第62/646,867号美国专利申请案的优先权，以上两个申请案的内容的全文特此以引用的方式并入本文。
背景技术
越来越多数量的装置、系统和应用中正在加入电子装置和系统。因此，对具有增加的复杂性和缩小的尺度的低成本集成电路的市场需求持续增长。已经开发例如基于自由基的半导体晶片工艺等各种微型制造工艺来解决尺度缩放的挑战。为了成本有效地设计和制造高性能集成电路，需要谨慎地控制基于自由基的半导体晶片制造工艺的参数。
当前，使用若干基于自由基的半导体晶片处理方法。工艺中使用的自由基气体包含原子、受激分子以及气体中正常并不存在的许多短时间存活分子，例如H、O、N、F、Cl、Br、NH、NH2、NF、CH、CH2、COF等。虽然已经证明当前可用的基于自由基的半导体晶片工艺在某种程度上是有用的，但在过去已经发现若干缺点。举例来说，在晶片处理期间生成的自由基物质是短时间存活的，从而使得准确测量和分析具有挑战性。因此，并非依赖于定量分析，当前可用的基于自由基的半导体晶片制造方法涉及精确调配和虚拟计量法来实现所需晶片架构。调配和/或控制过程中的任何变化都可能极大地影响生产产量。另外，在晶片处理期间生成的高反应性自由基物质往往使分析装置和传感器、光学窗口和组件以及定位在自由基流或处理腔室内的其它系统或装置快速降级。
因此，鉴于前述内容，一直需要一种对基于自由基的半导体晶片处理有用的多传感器气体取样检测系统。
发明内容
本申请案是针对用于检测和测量自由基气体流或相似气体流中的原子自由基、分子自由基和/或短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和方法。所述检测和测量系统可包含与至少一个气体源连通的至少一个自由基气体生成器。所述自由基气体生成器可经配置以生成可在处理腔室内使用的至少一个自由基气体流。因此，所述处理腔室与所述自由基气体生成器成流体连通。至少一个分析电路可与自由基气体自由基气体生成器成流体连通，可用于检测和测量系统中。分析电路可经配置以接收经界定体积和/或流速的所述自由基气体流。在一个实施例中，分析电路可经配置以使至少一个试剂与经界定体积的自由基气体流内的自由基气体进行反应。所述反应从自由基气体和所述至少一个试剂产生至少一个化合物流(或反应产物)，其可呈化学物质、带电粒子、光子发射或热能释放的形式，这可由分析电路内的至少一个传感器模块测量。一或多个流量测量模块可与所述传感器模块成流体连通。在使用期间，流量测量模块可经配置以测量化合物流和自由基气体流中的至少一个的体积和/或流速。基于测得的反应产物的量以及化合物流和自由基气体流的体积和/或流速，可获得自由基气体流中的自由基气体的浓度或量。
本申请案还公开一种测量自由基气体流中的自由基气体的方法。更具体地，用于测量气体流中的自由基的方法包含提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流。可通过将经界定体积和/或流速的自由基气体流引导到至少一个取样模块来产生取样气体流。至少一个试剂可与取样气体流内的自由基组合以形成其中具有至少一个化学物质的至少一个化合物流。随后，可使用至少一个传感器模块测量化合物流内的化学物质的浓度。此外，可将自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理腔室中。可使用与传感器模块成流体连通的至少一个流量测量模块测量自由基气体流和/或化合物气体流的流速。最终，可通过比较形成取样气体流的自由基气体流的每经界定体积与自由基气体流的剩余体积的在化合物流内的化学物质的浓度的比率来计算处理腔室内的自由基的浓度。
在另一实施例中，本申请案公开一种测量自由基气体流中的自由基的方法。所述方法包含提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流。可通过将经界定体积的自由基气体流引导到至少一个上游取样模块，同时将自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理腔室中，来形成至少一个上游气体流。可通过将经界定体积的自由基气体流从处理腔室引导到至少一个腔室取样模块，同时从其排出处理腔室内的自由基气体流的剩余体积从而形成至少一个排气流，来形成至少一个腔室取样气体流。可通过将经界定体积和/或流速的排气流引导到至少一个排气取样模块而形成至少一个排气取样气体流。随后，可使至少一个试剂与上游取样模块、腔室取样模块和排气取样模块中的至少一个内的自由基气体流中的自由基进行反应，以形成上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个，其中至少一个在其中具有至少一个化学物质。可测量上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流化合物流中的至少一个内的化学物质的量，且可通过比较形成上游取样气体流、腔室取样气体流和排气取样气体流的自由基气体流的每经界定体积与自由基气体流的剩余体积的在上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个内的化学物质的浓度的比率来计算处理腔室内的自由基的浓度。
另外，本申请案公开一种用于晶片处理系统中的多传感器气体检测系统。所述晶片处理系统包含与从自由基气体源的至少一个源发出的自由基气体流成流体连通的上游取样模块。所述上游取样模块可经配置以从自由基气体源接收受控体积和/或流速的自由基气体流。至少一个试剂与受控体积和/或流速的自由基气体流进行反应以产生上游化合物流。此外，至少一个腔室取样模块可与至少一个处理腔室内存在的至少一个自由基气体流成流体连通。腔室取样模块可经配置以接收受控体积和/或流速的自由基气体流，且使受控体积和/或流速的自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生腔室化合物流。另外，至少一个排气取样模块可与从处理腔室排出的自由基气体流成流体连通。排气取样模块可经配置以接收受控体积和/或流速的自由基气体流，且使受控体积的自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生排气化合物流。至少一个传感器模块可与上游取样模块、腔室取样模块和排气取样模块中的至少一个连通。传感器模块可经配置以测量上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个的浓度。至少一个流量模块可与上游取样模块、腔室取样模块、排气取样模块和传感器模块中的至少一个连通。所述流量模块可经配置以控制上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个的流速。
本申请案还公开一种用于反应性气体处理系统中的取样反应模块。所述取样反应模块可包含具有分析器具主体的至少一个分析器具。分析器具主体在其中界定至少一个流体通道。分析器具主体中可形成至少一个流体入口端口和流体出口端口。所述入口端口和出口端口可与形成于分析器具主体中的流体通道成流体连通。至少一个耦合主体从分析器具主体延伸。在一个实施例中，所述耦合主体包含形成于其中的至少一个耦合通路。横穿分析器具主体的至少一个取样管可定位在耦合主体的耦合通路内。此外，经配置以在其上接收至少一个分析器具主体的其中界定至少一个真空通路的至少一个模块主体可包含于取样反应模块中。所述模块主体可具有形成于其中的至少一个取样管接收器，以使得取样管接收器可与所述真空通路成流体连通。
最后，本申请案还公开一种量热法系统。更具体地，所述量热法系统包含其中界定至少一个气体通路的至少一个反应性气体导管。在使用期间，所述气体通路经配置以使至少一个反应性气体流过其中。此外，至少第一传感器主体可定位在反应性气体导管的气体通路内。在一个实施例中，所述传感器主体经配置以测量流过气体通路的反应性气体的温度。另外，至少一个传感器装置可与传感器主体连通。在使用期间，传感器装置可经配置以从传感器主体接收与反应性气体流量相关的温度数据。至少一个处理器可与第一传感器装置连通且可经配置以计算流过反应性气体导管的反应性气体的样本功率。
如本文中所描述的用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取样检测系统和方法的其它特征和优点通过考虑以下详细描述将变得更显而易见。
附图说明
如本文所公开的用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取样检测系统和方法的新颖方面通过审阅附图将更显而易见，其中：
图1示出多传感器气体取样检测系统的实施例的示意图；
图2示出多传感器气体取样检测系统的另一实施例的示意图，其中从处理腔室上游的自由基气体流以及从处理腔室内取得气体样本；
图3示出多传感器气体取样检测系统的另一实施例的示意图，其中从处理腔室上游的自由基气体流、从处理腔室内以及处理腔室的下游取得气体样本；
图4示出多传感器气体取样检测系统的替代实施例的示意图；
图5示出具有与其耦合的试剂源的多传感器气体取样检测系统的替代实施例的示意图；
图6示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图；
图7示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图；
图8示出用于多传感器气体取样检测系统中的取样反应模块的实施例的立面透视图；
图9示出用于图1中示出的多传感器气体取样检测系统中的取样反应模块的实施例的替代立面透视图；
图10示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面前端透视图；
图11示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面前端分解视图；
图12示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面后端透视图；
图13示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面后端分解视图；
图14示出取样反应模块主体的实施例的立面透视图；
图15示出沿着线15-15观看的图14中示出的取样反应模块主体的实施例的立面横截面透视图；
图16示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图；
图17示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图；
图18示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的替代方法的流程图；
图19示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的另一方法的流程图；
图20以图形方式示出使用图19中描述的多传感器气体取样检测系统来确立上界限度和下界限度的方法；
图21示出描述校准图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图；
图22以图形方式示出在校准图21中描述的多传感器气体取样检测系统时计算的经外推功率测量值；
图23以图形方式示出使用具有在本申请案中描述的多传感器气体取样检测系统的基于光学的测量系统测得的氧自由基的测得浓度；
图24示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的基于光学的方法的流程图；
图25示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的基于半导体的方法的流程图；
图26以图形方式示出当使用图25中示出的基于电阻的取样架构时在激活和去活自由基输出流时的电阻改变的结果，
图27示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图；
图28示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个传感器主体；
图29示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的另一实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个传感器主体；
图30示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的另一实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个传感器主体；
图31示出描述使用图27、29和30中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图；
图32示出描述使用图27、29和30中描述的多传感器气体取样检测系统的另一方法的流程图；
图33以图形方式示出定位在图27-30中描述的多传感器气体取样检测系统的反应性气体导管内的传感器主体的温度差量；
图34A以图形方式示出在图27和30中描述的传感器气体取样检测系统的实施例中使用的第一自由基气体生成器的性能；以及
图34B以图形方式示出在图27和30中描述的传感器气体取样检测系统的实施例中使用的第二自由基气体生成器的性能。
具体实施方式
本申请案是针对用于原子自由基、分子自由基和短时间存活分子(下文称为自由基)的多传感器气体取样检测系统和使用方法。更具体地，本申请案公开了一种气体取样检测系统，其经配置以准许用户容易地且准确地测量气体流中的自由基的浓度。在一个实施例中，本文公开的气体取样检测系统可以经配置以测量气体流内的自由基的浓度，然后才将气体流引入到处理腔室或相似器皿中。在另一实施例中，本文公开的气体取样检测系统可以经配置以测量处理腔室或器皿内的气体流内的自由基的浓度。任选地，本文公开的气体取样检测系统可以用于测量排气流内的自由基的浓度，所述排气流是从处理腔室或器皿抽空。更具体地，本文公开的方法允许通过使气体样本内的自由基与选定元素和化合物反应以产生可使用多种测量技术容易且准确地检测和测量的化学物质，来测量迄今为止难以测量的自由基的浓度。在一些实施例中，测量过程可在现场进行。任选地，测量过程可在远程位置进行。
图1示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的实施例。如图所示，气体取样检测系统10包含至少一个等离子体生成器和/或自由基气体生成器12，其经由至少一个气体通路14与至少一个处理腔室16成流体连通。在一个实施例中，自由基气体生成器12可包含或可与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通。在使用期间，自由基气体生成器12可经配置以赋能和解离样本气体且生成至少一个反应性气体流。在一个具体实施例中，自由基气体生成器12包括RF环面等离子体源，但本领域的技术人员将了解，任何多种等离子体源或自由基气体源可与本发明系统一起使用。在一个实施例中，自由基气体生成器12使用氢气(H2)等离子体来产生原子氢。在另一实施例中，自由基气体生成器12利用氧气(O2)等离子体来产生原子氧。任选地，自由基气体生成器12可利用三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(Cl2)或任何多种其它材料来产生气体流内的含有一或多个自由基的反应性等离子体。替代地，可通过其它气体激发方法生成自由基气体，包含电子束激发、激光激发或热长丝激发。此外，以上描述公开了基于RF的等离子体生成系统的各种实施例；但本领域的技术人员将了解任何多种替代的自由基气体生成系统可与本发明系统一起使用。示范性替代自由基气体生成系统包含(但不限于)辉光放电等离子体系统、电容耦合式等离子体系统、级联技术等离子体系统、电感耦合等离子体系统、波加热等离子体系统、电弧放电等离子体系统、冠状面放电等离子体系统、介质阻挡放电系统、电容性放电系统、压电式直接放电等离子体系统，及类似物。
再次参看图1，至少一个处理腔室16可经由至少一个反应性气体导管14与自由基气体生成器12成流体连通。在一些应用中，反应性气体导管14由化学惰性材料或具有低化学反应性的材料制成。示范性材料包含(但不限于)石英、蓝宝石、不锈钢、加强钢、铝、陶瓷材料、玻璃、黄铜、镍、Y2O3、YAlOx、各种合金，和例如阳极化铝等涂层金属。在一个实施例中，单个反应性气体导管14与单个自由基气体生成器12成流体连通。在另一实施例中，多个反应性气体导管14与单个反应性气体生成器12成流体连通。在又一实施例中，单个反应性气体导管14与多个自由基气体生成器12连通。因此，任何数目的反应性气体导管14可与任何数目的自由基气体生成器12连通。任选地，反应性气体导管14可包含与其耦合或与其连通的一个或多个阀装置或系统、传感器或相似装置22。举例来说，一或多个阀装置22可耦合到反应性气体导管14，进而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管14的至少一个反应性气体流的流量。
如图1所示，处理腔室16可经由反应性气体导管14耦合到自由基气体生成器12或与其连通。在一个实施例中，处理腔室16包括一或多个真空腔室或器皿，其经配置以具有定位于其中的一或多个衬底、半导体晶片或相似材料。举例来说，处理腔室16可用于半导体衬底或晶片的原子层处理。任选地，处理腔室16可用于使用任何多种处理方法和/或系统处理任何多种衬底或材料。示范性处理方法包含(但不限于)物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)，及类似方法。本领域的技术人员将了解，处理腔室16由任何多种材料制成，包含但不限于不锈钢、铝、软钢、黄铜、高密度陶瓷、玻璃、丙烯酸酯，及类似物。举例来说，处理腔室16的至少一个内表面可包含至少一个涂层、阳极化材料、牺牲材料、物理特征或元件及类似物，其既定选择性地改变处理腔室16的内表面的反应性、耐久性和/或填充所述内表面上的微孔隙。至少一个排气导管18可耦合到处理腔室16且经配置以从处理腔室16抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置24可耦合到或接近排气导管18定位，进而准许用户从处理腔室16选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图1，至少一个腔室处理器模块20可耦合到或另外与处理腔室16和/或处理系统的各种组件连通。腔室处理模块20可经配置以提供对形成处理系统10的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块20经由导管与处理腔室16连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块20可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统10的组件中的任一个连通。
如图1所示，至少一个取样模块32可经由至少一个取样导管30与自由基气体生成器12成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管30可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，在一些实施例中，取样导管30可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性原子自由基、分子自由基和短时间存活分子进行化学反应。在又一实施例中，取样导管30可由催化材料组成以促进原子气体物质重组为其分子气体物质，以使得原子气体的重组能量得到释放和测量。在其它实施例中，取样导管30可经配置为化学惰性的。任选地，取样导管30可在其上包含任何多种传感器、阀、加热元件、冷却元件及类似物。在一个实施例中，取样导管30直接耦合到自由基气体生成器12且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管30经由反应性气体导管14与自由基气体生成器12成流体连通。任选地，取样导管30可与定位于反应性气体导管14上的取样控制阀22成流体连通。举例来说，取样控制阀22可经配置以经由取样导管30选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管14到取样模块32。在另一实施例中，取样控制阀22可经配置以经由取样导管30选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管14到取样模块32。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管30定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置50可沿着取样导管30定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、光学传感器、UV、光学或红外谱仪、电荷粒子检测器、真空量规、质谱仪，及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置50包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置50包括至少一个量热法系统或装置。详细论述且在本申请案的图8-15中示出新型量热法系统的实施例。任选地，传感器装置50可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置50可包括任何数目的现场测量装置是系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图1，在所说明的实施例中，取样模块32耦合到至少一个分子化合物流导管34。类似于取样导管30，分子化合物流导管34可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料及类似物。在一个实施例中，取样导管30和/或分子化合物流导管34中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，取样导管30和/或分子化合物流导管34的至少一部分的一个实施例可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基气体流内的自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图1所示，至少一个传感器模块36经由分子化合物流导管34与取样模块32成流体连通。在一个实施例中，传感器模块36可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块36内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块36包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块36经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块36可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块36包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块36还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，在一个实施例中，感测模块36可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块36可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图1，至少一个传感器模块输出导管38与传感器模块36和流量测量和/或流量控制模块40成流体连通。在一些实施例中，流量测量模块40经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。举例来说，可使用质量流量检验器(MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统10内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量。本领域的技术人员将了解，任何多种流量测量装置或系统它们与本文公开的气体取样检测系统10一起使用。如图1所示，至少一个排气导管42可耦合到流量测量模块40或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统10排出自由基气体流。任选地，排气导管42可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
如图1所示，处理系统10可包含至少一个任选的处理器模块52，其可与处理系统10的至少一个组件连通。举例来说，在所说明的实施例中，任选的处理器模块52经由至少一个处理器导管54与自由基气体生成器12连通。此外，任选的处理器系统52可经由处理器导管54和至少一个任选的传感器导管56与任选的传感器50中的至少一个连通，经由处理器导管54和至少一个取样导管58与取样模块32连通，经由至少一个传感器模块导管60与传感器模块36连通，且经由至少一个流量测量导管62与流量测量模块40连通。在一个实施例中，任选的处理器模块52可经配置以从自由基气体生成器12、任选的传感器50、取样模块32、传感器模块36和流量测量模块40中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块52可经配置以测量处理系统10内的流量条件且选择性地改变处理系统10的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块52可经配置以测量气体流内的自由基的浓度且改变自由基气体生成器12的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块52可经由至少一个任选的处理导管64与任选的阀装置22、传感器24和腔室处理器模块20中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选地，任选的处理器模块52可无线地与处理系统10的各种组件连通。此外，任选的处理器模块52可经配置以存储性能数据、处理配方和时间、批号，及类似物。另外，任选的处理器模块52可经配置以经由至少一个计算机网络与一或多个外部处理器通信。
任选地，如图1所示，至少一个分析系统或电路66可形成于处理系统10内。如图所示，分析系统66可包含取样模块32、传感器模块36、流量测量模块49、任选的传感器50、任选的处理器模块52及类似物中的至少一个。此外，分析系统66还可包含阀装置22或处理系统10内的其它装置和组件。
图2示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的另一实施例。图2中示出的处理系统110的各种组件与图1中示出的类似命名的组件可比较地执行。类似于前一实施例，气体取样检测系统110可包含经配置以提供其中具有自由基的反应性气体流的至少一个自由基气体生成器和/或反应性气体生成器112。自由基气体生成器112可经由至少一个气体通路114与至少一个处理腔室116成流体连通。类似于前一实施例，自由基气体生成器112与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且响应于此而生成至少一个反应性气体流。
再次参看图2，任选地，反应性气体导管114可包含与其耦合或与其连通的一或多个阀装置或系统、传感器或相似装置122。举例来说，一或多个阀装置122可耦合到或另外与反应性气体导管114连通，从而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管114的至少一个反应性气体流的流量。在一个实施例中，阀装置122可经由至少一个处理器导管154与至少一个任选的处理模块152连通。任选地，处理模块152可经配置以无线地与处理系统110的各种组件连通。在使用期间，处理器模块152可经配置以选择性地打开和/或关闭阀装置122，从而准许或限制由自由基气体生成器112生成的自由基气体流流入取样模块132。
如图2中所示出，至少一个处理腔室116可经由反应性气体导管114耦合到自由基气体生成器112或与其连通。至少一个排气导管118可耦合到处理腔室116且经配置以从处理腔室116抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置124可耦合到排气导管118或接近其定位，从而准许用户从处理腔室116选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图2，类似于前一实施例，至少一个腔室处理器模块120可耦合到处理腔室118和/或处理系统的各种组件或另外与其连通。腔室处理模块120可经配置以提供对形成处理系统110的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块120经由导管与处理腔室116连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块120可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统110的组件中的任一个连通。
如图2中所示出，至少一个取样模块132可经由至少一个取样导管130与自由基气体生成器112成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管130可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，取样导管130可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性自由基进行化学反应。在另一实施例中，取样导管130可经配置为化学惰性的。在一个实施例中，取样导管130直接耦合到自由基气体生成器112且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管130经由反应性气体导管114与自由基气体生成器112成流体连通。任选地，取样导管130可与定位于反应性气体导管114上的取样控制阀122成流体连通。举例来说，取样控制阀122可经配置以经由取样导管130选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管114到取样模块132。任选地，取样控制阀122可经配置以经由取样导管130选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管114到取样模块132。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管130定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置150可沿着取样导管130定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、真空量规及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置150包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置150包括至少一个量热法系统或装置。任选地，传感器装置150可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置150可包括任何数目的现场测量装置或系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图2，取样模块132也可经由至少一个腔室样本气体导管144与处理腔室116成流体连通。因此，取样模块132可经配置以分析处理腔室116的上游和处理腔室116内的自由基气体流。此类分析可循序地或同时发生。类似于取样导管130，腔室样本气体导管144可在其上包含一或多个阀、传感器及类似物。因此，可选择性地改变从处理腔室116到取样模块132的样本气体的流量。
参考图2，取样模块132可耦合到至少一个分子化合物流导管134。类似于取样导管130，分子化合物流导管134可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料，及类似物。在一个实施例中，取样导管130和/或分子化合物流导管134中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，在一个实施例中，取样导管130和/或分子化合物流导管134的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基气体流内含有的自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图2中所示出，类似于前一实施例，至少一个传感器模块136可经由分子化合物流导管134与取样模块132成流体连通。任选地，传感器模块136可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块136内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块136包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块136经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块136可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块136包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块136还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，感测模块136可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块136可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图2，至少一个传感器模块输出导管138与流量测量和/或流量控制模块140中的传感器模块136成流体连通，所述流量测量和/或流量控制模块可经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。类似于前一实施例，可使用质量流量检验器(MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统110内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量或流率。本领域的技术人员了解，任何多种流量测量装置或系统可与本文公开的气体取样检测系统110一起使用。如图2中所示出，至少一个排气导管142可耦合到流量测量模块140或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统110排出自由基气体流。任选地，排气导管142可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
如上所陈述，处理系统110可包含与处理系统110的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块152。举例来说，任选的处理器模块152可经由至少一个处理器导管154与自由基气体生成器112连通。此外，任选的处理器系统152可经由处理器导管154和至少一个任选的传感器导管156与任选的传感器150连通，经由处理器导管154和至少一个取样导管158与取样模块132连通，经由至少一个传感器模块导管160与传感器模块136连通，且经由至少一个流量测量导管162与流量测量模块140连通。在一个实施例中，任选的处理器模块152可经配置以从自由基气体生成器112、任选的传感器150、取样模块132、传感器模块136和流量测量模块140中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块152可经配置以测量处理系统110内的流量条件且选择性地改变处理系统110的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块152可经配置以测量气体流内的自由基的浓度且改变自由基气体生成器112的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块152可经由至少一个任选的处理导管164与任选的阀装置122、传感器124和腔室处理器模块120中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选地，处理器模块152可与外部网络连通。
任选地，如图2中所示出，类似于前一实施例，至少一个分析系统或电路166可形成于处理系统110内。如图所示，分析系统166可包含取样模块132、传感器模块136、流量测量模块149、任选的传感器150、任选的处理器模块152及类似物中的至少一个。此外，分析系统166还可包含阀装置122或处理系统110内的其它装置和组件。
图3示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的再另一实施例。类似于图2，图3展示的处理系统210的各种组件与图1和2中示出的类似命名的组件可比较地执行。类似于前一实施例，气体取样检测系统210可包含经配置以提供其中具有自由基的反应性气体流的至少一个自由基气体生成器和/或反应性气体生成器212。自由基气体生成器212可经由至少一个气体通路214与至少一个处理腔室216成流体连通。类似于前一实施例，自由基气体生成器212与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且响应于此而生成至少一个反应性气体流。
再次参看图3，任选地，反应性气体导管214可包含与其耦合或与其连通的一或多个阀装置或系统、传感器或相似装置222。举例来说，一或多个阀装置222可定位在反应性气体导管214内或耦合到所述反应性气体导管，从而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管214的至少一个反应性气体流的流量。
如图3中所示，至少一个处理腔室216可经由反应性气体导管214耦合到自由基气体生成器212或与其连通。至少一个排气导管218可耦合到处理腔室216且经配置以从处理腔室216抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置224可耦合到排气导管218或接近其定位，从而准许用户从处理腔室216选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图3，类似于前一实施例，至少一个腔室处理器模块220可耦合到处理腔室218和/或处理系统的各种组件或另外与其连通。腔室处理模块220可经配置以提供对形成处理系统210的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块220经由导管与处理腔室216连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块220可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统210的组件中的任一个连通。
如图3中所示出，至少一个取样模块232可经由至少一个取样导管230与自由基气体生成器212成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管230可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，取样导管230可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性自由基进行化学反应。在另一实施例中，取样导管230可经配置为化学惰性的。在一个实施例中，取样导管230直接耦合到自由基气体生成器212且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管230经由反应性气体导管214与自由基气体生成器212成流体连通。任选地，取样导管230可与定位于反应性气体导管214上的取样控制阀222成流体连通。举例来说，取样控制阀222可经配置以经由取样导管230选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管214到取样模块232。任选地，取样控制阀222可经配置以经由取样导管230选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管214到取样模块232。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管230定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置250可沿着取样导管230定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、真空量规及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置250包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置250包括至少一个量热法系统或装置。任选地，传感器装置250可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置250可包括任何数目的现场测量装置或系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图3，取样模块232也可经由所述至少一个腔室样本气体导管244和/或样本排气导管246中的至少一个与处理腔室216和排气导管218成流体连通。因此，取样模块232可经配置以分析处理腔室216上游的自由基气体流、处理腔室216内的自由基气体流，和经由排气导管218从处理腔室发出的自由基气体流。此类分析可循序地或同时发生。类似于取样导管230，腔室样本气体导管244和/或排气导管218可在其上包含一或多个阀、传感器及类似物。因此，可选择性地改变从处理腔室216到取样模块232的样本气体的流量和/或从排气导管218到取样模块232的样本气体的流量或这两者。
参考图3，取样模块232可耦合到至少一个分子化合物流导管234。类似于取样导管230，分子化合物流导管234可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料，及类似物。在一个实施例中，取样导管230和/或分子化合物流导管234中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，在一个实施例中，取样导管230中/或分子化合物流导管234的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基气体流内的自由基容器相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图3中所示，类似于前一实施例，至少一个传感器模块236经由分子化合物流导管234与取样模块232成流体连通。任选地，传感器模块236可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块236内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块236包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块236经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块236可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块236包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，传感器模块236还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，在一个实施例中，传感器模块236可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块236可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图3，至少一个传感器模块输出导管238与传感器模块236和流量测量和/或流量控制模块240成流体连通，所述流量测量和/或流量控制模块可经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。类似于前一实施例，可使用质量流量检验器(MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统210内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量。本领域的技术人员了解，任何多种流量测量装置或系统可与本文公开的气体取样检测系统210一起使用。如图3中所示出，至少一个排气导管242可耦合到流量测量模块240或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统210排出自由基气体流。任选地，排气导管242可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
如上所陈述，处理系统210可包含与处理系统210的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块252。举例来说，任选的处理器模块252可经由至少一个处理器导管254与自由基气体生成器212连通。此外，任选的处理器系统252可经由处理器导管254和至少一个任选的传感器导管256与任选的传感器250中的至少一个连通，经由处理器导管254和至少一个取样导管258与取样模块232连通，经由至少一个传感器模块导管260与传感器模块236连通，以及经由至少一个流量测量导管262与流量测量模块240连通。在一个实施例中，任选的处理器模块252可经配置以从自由基气体生成器212、任选的传感器250、取样模块232、传感器模块236和流量测量模块240中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块252可经配置以测量处理系统210内的流量条件且选择性地改变处理系统210的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块252可经配置以测量气体流内的自由基的浓度，改变自由基气体生成器212的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块252可经由至少一个任选的处理导管264与任选的阀装置222、传感器224和腔室处理器模块220中的至少一个连通且从其提供/接收数据。此外，处理器模块252可与外部网络连通。
任选地，如图3中所示，类似于前一实施例，至少一个分析系统或电路266可形成于处理系统210内。如图所示，分析系统266可包含取样模块232、传感器模块236、流量测量模块249、任选的传感器250、任选的处理器模块252及类似物中的至少一个。此外，分析系统266还可包含阀装置222或处理系统210内的其它装置和组件。
图4示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的另一实施例。不同于先前实施例，本发明的实施例包含向一或多个传感器模块提供数据的多个取样模块。类似于先前实施例，图4中示出的处理系统310的各种组件与图1-3中示出的类似命名的组件可比较地执行。类似于先前实施例，气体取样检测系统310可包含经配置以提供其中具有自由基的反应性气体流的至少一个自由基气体生成器和/或反应性气体生成器312。自由基气体生成器312可经由至少一个气体通路314与至少一个处理腔室316成流体连通。任选地，反应性气体导管314可包含与其耦合或与其连通的一或多个阀装置或系统、传感器或相似装置322。举例来说，一或多个阀装置322可定位在反应性气体导管314内或耦合到所述反应性气体导管，从而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管314的至少一个反应性气体流的流量。
如图4中所示出，至少一个处理腔室316可经由反应性气体导管314耦合到自由基气体生成器312或与其连通。至少一个排气导管318可耦合到处理腔室316且经配置以从处理腔室316抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置324可耦合到排气导管318或接近其定位，从而准许用户从处理腔室316选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图4，类似于先前实施例，至少一个腔室处理器模块320可耦合到处理腔室318和/或处理系统的各种组件或另外与其连通。腔室处理模块320可经配置以提供对形成处理系统310的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块320经由导管与处理腔室316连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块320可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统310的组件中的任一个连通。
如图4中所示出，至少一个上游取样模块332可经由至少一个取样导管330与自由基气体生成器312成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管330可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，取样导管330可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性自由基进行化学反应。在另一实施例中，取样导管330可经配置为化学惰性的。在一个实施例中，取样导管330直接耦合到自由基气体生成器312且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管330经由反应性气体导管314与自由基气体生成器312成流体连通。任选地，取样导管330可与定位于反应性气体导管314上的取样控制阀322成流体连通。举例来说，取样控制阀322可经配置以经由取样导管330选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管314到上游取样模块332。任选地，取样控制阀322可经配置以经由取样导管230选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管314到上游取样模块332。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管330定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置380可沿着取样导管330定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、真空量规及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置380包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置380包括至少一个量热法系统或装置。任选地，传感器装置380可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置380可包括任何数目的现场测量装置或系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图4，至少一个腔室取样模块342可经由至少一个腔室样本气体导管340与处理腔室316成流体连通。因此，腔室取样模块342可经配置以分析处理腔室316内的自由基气体流。类似于上游取样导管330，腔室样本气体导管340可在其上包含一或多个阀、传感器及类似物。因此，可选择性地改变从处理腔室316到取样模块342的样本气体的流量。
如图4中所示，任选地，至少一个排气取样模块352可经由至少一个排气样本气体导管350与处理腔室316成流体连通。因此，腔室取样模块352可经配置以分析经由排气导管318从处理腔室316发出的自由基气体流。任选地，排气样本气体导管350可在其上包含一或多个阀、传感器及类似物。因此，可选择性地改变经由排气导管318从处理腔室316发出的样本气体的流量。
参考图4，上游取样模块332、腔室取样模块342和排气取样模块352中的至少一个可耦合到至少一个分子化合物流导管334。类似于取样导管330，分子化合物流导管334可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃聚合物、塑料，及类似物。在一个实施例中，上游取样导管330、腔室取样模块340、排气取样模块350和/或分子化合物流导管334中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，在一个实施例中，取样导管330和/或分子化合物流导管334的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基气体流内含有的自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图4中所示，类似于前一实施例，至少一个传感器模块336经由分子化合物流导管334与上游取样模块332、腔室取样模块342和排气取样模块352中的至少一个成流体连通。传感器模块336可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块336内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块336包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块336经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块336可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块336包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块336还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，感测模块336可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块336可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图4，至少一个传感器模块输出导管362与传感器模块336和流量测量和/或流量控制模块370成流体连通，所述流量测量和/或流量控制模块可经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。类似于前一实施例，可使用质量流量检验器(下文为MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(下文为MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统310内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量。本领域的技术人员了解，任何多种流量测量装置或系统可与本文公开的气体取样检测系统310一起使用。如图4中所示出，至少一个排气导管372可耦合到流量测量模块370或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统310排出自由基气体流。任选地，排气导管372可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
处理系统310可包含与处理系统310的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块382。举例来说，任选的处理器模块382可经由至少一个处理器导管384与自由基气体生成器312连通。此外，任选的处理器系统382可经由处理器导管384和至少一个任选的传感器导管356与任选的传感器380和上游取样模块332中的至少一个连通，经由至少一个传感器模块导管386与传感器模块336连通，或这两者。因此，任选的处理器模块382可经配置以测量处理系统310内的流量条件且选择性地改变处理系统310的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块382可经配置以测量和/或计算气体流内的自由基的浓度且改变自由基气体生成器312的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块382可经由至少一个任选的处理导管364与任选的阀装置322、传感器324和腔室处理器模块320中的至少一个连通且从其提供/接收数据。
图5示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的实施例。如图所示，气体取样检测系统410包含经由至少一个气体通路414与至少一个处理腔室416成流体连通的至少一个等离子体生成器和/或自由基气体生成器412。在一个实施例中，自由基气体生成器412与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且生成至少一个反应性气体流。在一个具体实施例中，自由基气体生成器412包括RF环面等离子体源，但本领域的技术人员将了解，任何多种等离子体源或自由基气体源可与本发明系统一起使用。在一个实施例中，自由基气体生成器412使用氢气(H2)等离子体来产生原子氢。在另一实施例中，自由基气体生成器412利用氧气(O2)等离子体来产生原子氧。任选地，自由基气体生成器412可利用三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(Cl2)或任何多种其它材料来产生气体流内的含有一或多个自由基的反应性等离子体。替代地，可通过其它气体激发方法生成自由基气体，包含电子束激发、激光激发或热长丝激发。此外，以上描述公开了基于RF的等离子体生成系统的各种实施例；但本领域的技术人员将了解任何多种替代的自由基气体生成系统可与本发明系统一起使用。示范性替代自由基气体生成系统包含(但不限于)辉光放电等离子体系统、电容耦合式等离子体系统、级联技术等离子体系统、电感耦合等离子体系统、波加热等离子体系统、电弧放电等离子体系统、冠状面放电等离子体系统、介质阻挡放电系统、电容性放电系统、压电式直接放电等离子体系统，及类似物。
再次参看图5，至少一个处理腔室416可经由至少一个反应性气体导管414与自由基气体生成器412成流体连通。在一些应用中，反应性气体导管414由化学惰性材料或具有低化学反应性的材料制成。示范性材料包含(但不限于)石英、蓝宝石、不锈钢、加强钢、铝、陶瓷材料、玻璃、黄铜、镍、Y2O3、YAlOx、各种合金，和例如阳极化铝等涂层金属。在一个实施例中，单个反应性气体导管414与单个自由基气体生成器412成流体连通。在另一实施例中，多个反应性气体导管414与单个反应性气体生成器412成流体连通。在又一实施例中，单个反应性气体导管414与多个自由基气体生成器412连通。因此，任何数目的反应性气体导管414可与任何数目的自由基气体生成器412连通。任选地，反应性气体导管414可包含与其耦合或与其连通的一个或多个阀装置或系统、传感器或相似装置422。举例来说，一或多个阀装置422可耦合到反应性气体导管414，进而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管414的至少一个反应性气体流的流量。
处理腔室416可经由反应性气体导管414耦合到自由基气体生成器412或与其连通。在一个实施例中，处理腔室416包括一或多个真空腔室或器皿，其被配置成具有定位于其中的一或多个衬底、半导体晶片或相似材料。任选地，处理腔室416可用于半导体衬底或晶片的原子层处理。任选地，处理腔室416可用于使用任何多种处理方法是系统处理任何多种衬底或材料。示范性处理方法包含(但不限于)物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)，及类似方法。本领域的技术人员将了解，处理腔室416由任何多种材料制成，包含但不限于不锈钢、铝、软钢、黄铜、高密度陶瓷、玻璃、丙烯酸酯，及类似物。在一个实施例中，处理腔室416的至少一个内表面可包含至少一个涂层、阳极化材料、牺牲材料、物理特征或元件及类似物，其既定选择性地改变处理腔室416的内表面的反应性、耐久性和/或填充所述内表面上的微孔隙。至少一个排气导管418可耦合到处理腔室416且经配置以从处理腔室416抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置424可耦合到或接近排气导管418定位，进而准许用户从处理腔室416选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图5，至少一个腔室处理器模块420可耦合到或另外与处理腔室418和/或处理系统的各种组件连通。腔室处理模块420可经配置以提供对形成处理系统10的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块420经由导管与处理腔室416连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块420可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统410的组件中的任一个连通。
如图5中所示出，至少一个取样模块432可经由至少一个取样导管430与自由基气体生成器412成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管430可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，在一些实施例中，取样导管430可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性自由基进行化学反应。在又一实施例中，取样导管430可由催化材料组成以促进原子气体物质重组为其分子气体物质，以使得原子气体的重组能量得到释放和测量。在其它实施例中，取样导管430可经配置为化学惰性的。
再次参看图5，至少一个反应气体馈送或源472可经配置以对取样模块432提供至少一个反应机制或流474。替代地，反应源472可通过至少一个流导管475与自由基气体生成器412连通。经配置以提供任何多种的任何多种反应源472可用于本发明系统中。举例来说，在一个实施例中，反应源472包括反应性气体的至少一个源且经配置以与取样模块432内的原子自由基、分子自由基和短时间存活分子进行反应。示范性反应气体包含(不限于)例如氮气、氧气、氢气等气体、例如NH3、NO2等化合物，或以单独等离子体源生成的任何多种原子自由基。在另一实施例中，反应源472包括经配置以对取样模块432内的原子自由基、分子自由基和短时间存活分子提供激发能的至少一个激发源。举例来说，在一个实施例中，反应源472包括经配置以对取样模块432提供激发能的至少一个光辐射源。
如图5所示，取样导管430可在其上包含任何多种传感器、阀、加热元件、冷却元件及类似物。在一个实施例中，取样导管430直接耦合到自由基气体生成器412且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管430经由反应性气体导管414与自由基气体生成器412成流体连通。任选地，取样导管430可与定位于反应性气体导管414上的取样控制阀422成流体连通。举例来说，取样控制阀422可经配置以经由取样导管430选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管414到取样模块432。在另一实施例中，取样控制阀422可经配置以经由取样导管430选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管414到取样模块432。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管430定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置450可沿着取样导管430定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、光学传感器、UV、光学或红外谱仪、电荷粒子检测器、真空量规、质谱仪，及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置450包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置450包括至少一个量热法系统或装置。在另一实施例中，详细论述且在本申请案的图8-15中示出新型量热法系统。任选地，传感器装置450可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置450可包括任何数目的现场测量装置是系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图5，在所说明的实施例中，取样模块432耦合到至少一个分子化合物流导管434。类似于取样导管430，分子化合物流导管434可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料及类似物。在一个实施例中，取样导管430和/或分子化合物流导管434中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，在一个实施例中，取样导管430和/或分子化合物流导管434的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图5所示，至少一个传感器模块436经由至少一个分子化合物流导管434与取样模块432成流体连通。在一个实施例中，传感器模块436可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块436内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块436包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块436经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块436可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块436还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，感测模块436可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块436可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图5，至少一个传感器模块输出导管438与传感器模块436和流量测量和/或流量控制模块440成流体连通。在一些实施例中，流量测量模块440经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。举例来说，可使用质量流量检验器(MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统410内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量。本领域的技术人员了解，任何多种流量测量装置或系统可与本文公开的气体取样检测系统410一起使用。如图5中所示出，至少一个排气导管442可耦合到流量测量模块440或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统410排出自由基气体流。任选地，排气导管442可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
如图5所示，处理系统410可包含与处理系统410的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块452。举例来说，在所说明的实施例中，任选的处理器模块452经由至少一个处理器导管454与自由基气体生成器412连通。此外，任选的处理器系统452可经由处理器导管454和至少一个任选的传感器导管456与任选的传感器450中的至少一个连通，经由处理器导管454和至少一个取样导管458与取样模块432连通，经由至少一个传感器模块导管460与传感器模块436连通，以及经由至少一个流量测量导管462与流量测量模块440连通。此外，反应源472可经由处理器导管454与任选的处理器系统452连通。在一个实施例中，任选的处理器模块452可经配置以从自由基气体生成器412、任选的传感器450、取样模块432、传感器模块436和流量测量模块440中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块452可经配置以测量处理系统410内的流量条件且选择性地改变处理系统410的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块452可经配置以测量气体流内的自由基的浓度，改变自由基气体生成器412的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块452可经由至少一个任选的处理导管464与任选的阀装置422、传感器424和腔室处理器模块420中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选地，处理器452可无线地与处理系统410的各种组件连通。此外，处理器452可经配置以存储性能数据、处理配方和时间、批号及类似物。另外，处理器452可经配置以经由至少一个计算机网络与一或多个外部处理器通信。
任选地，如图5所示，至少一个分析系统或电路466可形成于处理系统410内。如图所示，分析系统466可包含取样模块432、传感器模块436、流量测量模块449、任选的传感器450、任选的处理器模块452及类似物中的至少一个。此外，分析系统466还可包含阀装置422或处理系统410内的其它装置和组件。
图6示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的实施例。如图所示，气体取样检测系统510包含经由至少一个气体通路514与至少一个处理腔室516成流体连通的至少一个等离子体生成器和/或自由基气体生成器512。在一个实施例中，自由基气体生成器512与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且生成至少一个反应性气体流。在一个具体实施例中，自由基气体生成器512包括RF环面等离子体源，但本领域的技术人员将了解，任何多种等离子体源或自由基气体源可与本发明系统一起使用。在一个实施例中，自由基气体生成器512使用氢气(H2)等离子体来产生原子氢。在另一实施例中，自由基气体生成器512利用氧气(O2)等离子体来产生原子氧。任选地，自由基气体生成器512可利用三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(Cl2)或任何多种其它材料来产生气体流内的含有一或多个自由基的反应性等离子体。替代地，可通过其它气体激发方法生成自由基气体，包含电子束激发、激光激发或热长丝激发。此外，以上描述公开了基于RF的等离子体生成系统的各种实施例；但本领域的技术人员将了解任何多种替代的自由基气体生成系统可与本发明系统一起使用。示范性替代自由基气体生成系统包含(但不限于)辉光放电等离子体系统、电容耦合式等离子体系统、级联技术等离子体系统、电感耦合等离子体系统、波加热等离子体系统、电弧放电等离子体系统、冠状面放电等离子体系统、介质阻挡放电系统、电容性放电系统、压电式直接放电等离子体系统，及类似物。
再次参看图6，至少一个处理腔室516可经由至少一个反应性气体导管514与自由基气体生成器512成流体连通。在一些应用中，反应性气体导管514由化学惰性材料或具有低化学反应性的材料制成。示范性材料包含(但不限于)石英、蓝宝石、不锈钢、加强钢、铝、陶瓷材料、玻璃、黄铜、镍、Y2O3、YAlOx、各种合金，和例如阳极化铝等涂层金属。在一个实施例中，单个反应性气体导管514与单个自由基气体生成器512成流体连通。在另一实施例中，多个反应性气体导管514与单个反应性气体生成器512成流体连通。在又一实施例中，单个反应性气体导管514与多个自由基气体生成器512连通。因此，任何数目的反应性气体导管514可与任何数目的自由基气体生成器512连通。任选地，反应性气体导管514可包含与其耦合或与其连通的一个或多个阀装置或系统、传感器或相似装置522。举例来说，一或多个阀装置522可耦合到反应性气体导管514，进而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管514的至少一个反应性气体流的流量。
如图6所示，处理腔室516可经由反应性气体导管514耦合到自由基气体生成器512或与其连通。在一个实施例中，处理腔室516包括一或多个真空腔室或器皿，其被配置成具有定位于其中的一或多个衬底、半导体晶片或相似材料。举例来说，处理腔室516可用于半导体衬底或晶片的原子层处理。任选地，处理腔室516可用于使用任何多种处理方法是系统处理任何多种衬底或材料。示范性处理方法包含(但不限于)物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)，及类似方法。本领域的技术人员将了解，处理腔室516可由任何多种材料制成，包含但不限于不锈钢、铝、软钢、黄铜、高密度陶瓷、玻璃、丙烯酸酯，及类似物。举例来说，处理腔室516的至少一个内表面可包含至少一个涂层、阳极化材料、牺牲材料、物理特征或元件及类似物，其既定选择性地改变处理腔室16的内表面的反应性、耐久性和/或填充所述内表面上的微孔隙。至少一个排气导管518可耦合到处理腔室516且经配置以从处理腔室516抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置524可耦合到或接近排气导管518定位，进而准许用户从处理腔室516选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图6，至少一个腔室处理器模块520可耦合到或另外与处理腔室518和/或处理系统的各种组件连通。腔室处理模块520可经配置以提供对形成处理系统510的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块520经由导管与处理腔室516连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块520可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统510的组件中的任一个连通。
如图6中所示出，至少一个取样模块532可经由至少一个取样导管530与自由基气体生成器512成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管530可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，在一些实施例中，取样导管530可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性原子自由基、分子自由基和短时间存活分子进行化学反应。在又一实施例中，取样导管530可由催化材料组成以促进原子气体物质重组为其分子气体物质，以使得原子气体的重组能量得到释放和测量。在其它实施例中，取样导管530可经配置为化学惰性的。在又一实施例中，取样导管530可由催化剂材料组成，其经配置以促进自由基物质重组为其分子气体物质。任选地，取样导管530可在其上包含任何多种传感器、阀、加热元件、冷却元件及类似物。在一个实施例中，取样导管530直接耦合到自由基气体生成器512且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管530经由反应性气体导管514与自由基气体生成器512成流体连通。任选地，取样导管530可与定位于反应性气体导管514上的取样控制阀522成流体连通。举例来说，取样控制阀522可经配置以经由取样导管530选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管514到取样模块532。在另一实施例中，取样控制阀522可经配置以经由取样导管530选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管514到取样模块532。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管530定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置550可沿着取样导管530定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、光学传感器、UV、光学或红外谱仪、电荷粒子检测器、真空量规、质谱仪，及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置550包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置550包括至少一个量热法系统或装置。详细论述且在本申请案的图8-15中示出新型量热法系统的实施例。任选地，传感器装置550可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置550可包括任何数目的现场测量装置是系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图6，在所说明的实施例中，取样模块532耦合到至少一个分子化合物流导管534。类似于取样导管530，分子化合物流导管534可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料及类似物。一个实施例，取样导管530和/或分子化合物流导管534中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，一个实施例，取样导管530和/或分子化合物流导管534的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图6所示，至少一个传感器模块536经由至少一个分子化合物流导管534与取样模块532成流体连通。在一个实施例中，传感器模块536可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块536内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块536包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块536经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块536可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块536还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，感测模块536可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块536可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。至少一个传感器模块返回导管535可与传感器模块536和处理腔室520成流体连通。在使用期间，从感测模块535输出的自由基气体或相似材料可选择性地被引导到处理腔室520。
如图6中所示，处理系统510可包含与处理系统510的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块552。举例来说，在所说明的实施例中，任选的处理器模块552经由至少一个处理器导管554与自由基气体生成器512连通。此外，任选的处理器系统552可经由处理器导管554和至少一个任选的传感器导管556与任选的传感器550中的至少一个连通，经由处理器导管554和至少一个取样导管558与取样模块532连通，以及经由至少一个传感器模块导管560与传感器模块536连通。在一个实施例中，任选的处理器模块552可经配置以从自由基气体生成器512、任选的传感器550、取样模块532和传感器模块536中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块552可经配置以测量处理系统510内的流动条件且选择性地改变处理系统510的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块552可经配置以测量自由基流内的自由基和/或短时间存活分子的浓度且改变自由基生成器52的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块552可经由至少一个任选的处理导管564与任选的阀装置522、传感器524和腔室处理器模块520中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选地，处理器552可无线地与处理系统510的各种组件连通。此外，处理器552可经配置以存储性能数据、处理配方和时间、批号及类似物。另外，处理器552可经配置以经由至少一个计算机网络与一或多个外部处理器通信。
任选地，如图6中所示，至少一个分析系统或电路566可形成于处理系统510内。如图所示，分析系统566可包含取样模块532、传感器模块536、任选的传感器550、任选的处理器模块552及类似物中的至少一个。此外，分析系统566还可包含阀装置522或处理系统510内的其它装置和组件。
类似于先前实施例，图7示意性地展示可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的实施例。如图所示，气体取样检测系统610包含与至少一个气体通路614成流体连通的至少一个等离子体生成器和/或自由基气体生成器612。在一个实施例中，自由基气体生成器612与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且生成至少一个反应性气体流。在一个具体实施例中，自由基气体生成器612包括RF环面等离子体源，但本领域的技术人员将了解，任何多种等离子体源或自由基气体源可与本发明系统一起使用。在一个实施例中，自由基气体生成器612使用氢气(H2)等离子体来产生原子氢。在另一实施例中，自由基气体生成器612利用氧气(O2)等离子体来产生原子氧。任选地，自由基气体生成器612可利用三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(Cl2)或任何多种其它材料来产生气体流内的含有一或多个自由基的反应性等离子体。替代地，可通过其它气体激发方法生成自由基气体，包含电子束激发、激光激发或热长丝激发。此外，以上描述公开了基于RF的等离子体生成系统的各种实施例；但本领域的技术人员将了解任何多种替代的自由基气体生成系统可与本发明系统一起使用。示范性替代自由基气体生成系统包含(但不限于)辉光放电等离子体系统、电容耦合式等离子体系统、级联技术等离子体系统、电感耦合等离子体系统、波加热等离子体系统、电弧放电等离子体系统、冠状面放电等离子体系统、介质阻挡放电系统、电容性放电系统、压电式直接放电等离子体系统，及类似物。
再次参看图7，至少一个反应性气体导管614可与自由基气体生成器612成流体连通。在一些应用中，反应性气体导管614由化学惰性材料或具有低化学反应性的材料制成。示范性材料包含(但不限于)石英、蓝宝石、不锈钢、加强钢、铝、陶瓷材料、玻璃、黄铜、镍、Y2O3、YAlOx、各种合金，和例如阳极化铝等涂层金属。在一个实施例中，单个反应性气体导管614与单个自由基气体生成器12成流体连通。类似于前一实施例，任何数目的反应性气体导管614可与任何数目的自由基气体生成器612连通。此外，任选地，反应性气体导管614可包含与其耦合或与其连通的一或多个阀装置或系统、传感器或相似装置622。举例来说，一或多个阀装置622可耦合到反应性气体导管614，从而准许用户选择性地准许和/或限制通过反应性气体导管614的至少一个反应性气体流的流量。反应性气体导管614可耦合到或另外与任何多种测试系统、器皿、容器、处理器具和/或系统及类似物连通。
如图7中所示出，至少一个取样模块632可经由至少一个取样导管630与自由基气体生成器612成流体连通。本领域的技术人员将了解，取样导管630可由任何多种材料制成，包含(不限于)不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料、碳纤维基于碳的材料、石墨、硅、二氧化硅、碳化硅，及类似物。因此，在一些实施例中，取样导管630可经配置以与在其中流动的自由基气体流内含有的高反应性原子自由基、分子自由基和短时间存活分子进行化学反应。在又一实施例中，取样导管630可由催化材料组成以促进原子气体物质重组为其分子气体物质，以使得原子气体的重组能量得到释放和测量。在其它实施例中，取样导管630可经配置为化学惰性的。在又一实施例中，取样导管630可由催化剂材料组成，其经配置以促进自由基物质重组为其分子气体物质。任选地，取样导管30可在其上包含任何多种传感器、阀、加热元件、冷却元件及类似物。在一个实施例中，取样导管630直接耦合到自由基气体生成器612且与其成流体连通。在所说明的实施例中，取样导管630经由反应性气体导管614与自由基气体生成器612成流体连通。任选地，取样导管630可与定位于反应性气体导管614上的取样控制阀622成流体连通。举例来说，取样控制阀622可经配置以经由取样导管630选择性地引导规定体积的反应性气体横穿过反应性气体导管614到取样模块632。在另一实施例中，取样控制阀622可经配置以经由取样导管630选择性地引导规定流速的反应性气体横穿过反应性气体导管614到取样模块632。此外，任何数目的额外组件、阀、传感器及类似物可沿着取样导管630定位于任何地方。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个传感器和/或控制装置650可沿着取样导管630定位。示范性传感器装置包含(不限于)热电偶、温度传感器、光学传感器、UV、光学或红外谱仪、电荷粒子检测器、真空量规、质谱仪，及类似物。举例来说，在一个实施例中，传感器装置650包括至少一个热敏电阻。在另一实施例中，传感器装置650包括至少一个量热法系统或装置。详细论述且在本申请案的图8-15中示出新型量热法系统的实施例。任选地，传感器装置650可包括一或多个滴定系统或装置。所属领域的技术人员将了解，传感器装置650可包括任何数目的现场测量装置是系统、流量阀、流量计、流量检验器，及类似物。
再次参看图7，在所说明的实施例中，取样模块632耦合到至少一个分子化合物流导管634。类似于取样导管630，分子化合物流导管634可由任何多种材料制成，包含但不限于石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料、不锈钢、合金、铝、黄铜、陶瓷材料、玻璃、聚合物、塑料及类似物。一个实施例，取样导管630和/或分子化合物流导管634中的至少一个的至少一部分可经配置以与在其中流动的自由基气体流反应。举例来说，一个实施例，取样导管630和/或分子化合物流导管634的至少一部分可经配置以与气体流内的自由基反应以形成与自由基相比更稳定且能够准确测量的化学物质。
如图7所示，至少一个传感器模块636经由分子化合物流导管634与取样模块632成流体连通。在一个实施例中，传感器模块636可经配置以检测和测量至少一个气体流中的自由基的浓度。任何多种装置或系统可用于传感器模块636内或用于形成所述传感器模块。举例来说，在一个实施例中，传感器模块636包括经配置以测量自由基气体流内的自由基通量的至少一个检测器。在另一实施例中，传感器模块636经配置以测量气体流内的至少一种化学物质的浓度。举例来说，传感器模块636可经配置以测量一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和相似化合物的浓度。在一个具体实施例中，传感器模块包含至少一个光学气体成像相机或装置，例如傅里叶变换红外光谱法系统(下文为FTIR系统)、可调谐滤波器光谱法系统(下文为TFS系统)、质谱法、光学吸收谱法及类似物。任选地，感测模块636还可包含至少一个滴定系统或装置。在一个实施例中，感测模块636可经配置以减少或消除气体流内的自由基重组为其分子物质。在另一实施例中，传感器模块636可经配置以准许气体流内的自由基重组为其分子物质。
再次参看图7，至少一个传感器模块输出导管638与传感器模块636和流量测量和/或流量控制模块640成流体连通。在一些实施例中，流量测量模块640经配置以准确地测量流过其中的气体流的一部分。举例来说，可使用质量流量检验器(MFV)测量气体流的流量。在另一实施例中，可使用质量流量计(MFM)测量气体流的流量。任选地，可通过测量多传感器气体取样检测系统610内具有已知大小的孔口与流体传导之间的压力差来确定流量。本领域的技术人员了解，任何多种流量测量装置或系统可与本文公开的气体取样检测系统610一起使用。如图7中所示出，至少一个排气导管642可耦合到流量测量模块640或与其连通，且经配置以从气体取样检测系统610排出自由基气体流。任选地，排气导管642可与至少一个真空源(未图示)成流体连通。
如图7所示，处理系统610可包含至少一个任选的处理器模块652，其可与处理系统610的至少一个组件连通。举例来说，在所说明的实施例中，任选的处理器模块652经由至少一个处理器导管654与自由基气体生成器612连通。此外，任选的处理器系统652可经由处理器导管654和至少一个任选的传感器导管656与任选的传感器650中的至少一个连通，经由处理器导管654和至少一个取样导管658与取样模块632连通，经由至少一个传感器模块导管660与传感器模块636连通，以及经由至少一个流量测量导管662与流量测量模块640连通。在一个实施例中，任选的处理器模块652可经配置以从自由基气体生成器612、任选的传感器650、取样模块632、传感器模块636和流量测量模块640中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块652可经配置以测量处理系统610内的流量条件且选择性地改变处理系统610的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块652可经配置以测量气体流内的自由基的浓度，改变自由基气体生成器612的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。此外，任选的处理器模块652可与任选的阀装置622和传感器624中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选地，处理器652可无线地与处理系统610的各种组件连通。此外，处理器652可经配置以存储性能数据、处理配方和时间、批号及类似物。另外，处理器652可经配置以经由至少一个计算机网络与一或多个外部处理器通信。
任选地，如图7中所示，至少一个分析系统或电路666可形成于处理系统610内。如图所示，分析系统666可包含取样模块632、传感器模块636、流量测量模块649、任选的传感器650、任选的处理器模块652及类似物中的至少一个。此外，分析系统666还可包含阀装置622或处理系统610内的其它装置和组件。
如上所陈述，图1-7中所公开的处理系统的各种实施例包含至少一个取样模块和至少一个传感器模块。任选地，如图1-7中所示，取样模块和传感器模块的部分可在单个单元或装置中组合。举例来说，如图1所示，取样模块32和传感器模块36可在至少一个取样反应模块700中组合。图1-7示出其中具有至少一个取样反应模块700的处理系统的各种实施例。在示出的实施例中，取样模块和传感器模块包含于取样反应模块700内。任选地，取样模块的部分和传感器模块的部分可包含于取样反应模块700内。图8和9示出经配置用于与本文公开的处理系统一起使用的取样反应模块700的实施例的各种视图，而图10-15示出形成取样反应模块700的组件的各种视图。此外，本领域的技术人员将了解，取样反应模块700可用于任何多种系统中。任选地，可操作本文公开的处理系统而无需包含取样反应模块700。
如图8和9中所示，取样反应模块700包含至少一个模块主体702，具有从其延伸的至少一个耦合主体704。至少一个耦合主体凸缘706可位于耦合主体704上。模块主体702还包含至少一个耦合表面708，具有形成于其上的至少一个耦合凸缘710。至少一个真空通路712可在耦合表面708中接近耦合凸缘710形成。一或多个耦合装置714可定位于模块主体702上的任何地方。在一个实施例中，模块主体702由不锈钢制成。在另一实施例中，模块主体702由黄铜制成。再另一个实施例，模块主体702由铜制成。任选地，模块主体702可由任何多种材料制成，包含(不限于)铝合金、铜合金、钨合金、钨、金属合金、陶瓷和相似材料。
再次参看图8和9，至少一个分析器具720可位于模块主体702上或另外耦合到所述模块主体。界定至少一个耦合通路742的至少一个耦合主体740可从模块主体702延伸。在所说明的实施例中，至少一个流体入口端口760和至少一个流体出口端口762可位于分析器具720上或另外与其连通。一或多个热控制模块750、752可接近分析器具720中的模块主体702中的至少一个而定位。在下文段落中将更详细地描述模块主体702和分析器具720的各种特征和组件。
图10-13示出形成分析器具720的元件的各种视图。如图所示，分析器具720包含至少一个分析器具主体722，具有位于其上的至少一个分析器具盖板724。在所说明的实施例中，分析器具盖板724可选择性地从分析器具主体722拆卸；但本领域的技术人员将了解，分析器具盖板724并不需要可与分析器具主体722分离。其中包含至少一个耦合通路742的耦合主体740还可包含从至少一个通路座架安装板746延伸的至少一个耦合通路支撑件744。一或多个紧固件748可横穿所述通路安装板746，且经配置以将分析器具720的至少一部分耦合到模块主体702(见图5-6)。
如图10-13中所示，一或多个热控制模块750、752可接近分析器具720定位。在一个实施例中，热控制模块750、752包括经配置以调节分析器具720内的取样管780的温度的热电模块。在另一实施例中，热控制模块750、752可包括至少一个热敏电阻或相似装置。因此，热控制模块750、752可包含多种加热和冷却装置。任选地，任何多种温度调节装置、器具、组件或装置可与分析器具720一起使用。在所说明的实施例中，热控制模块750、752用以调节分析器具720的各种组件的温度，这又可调节处于分析中的自由基气体流的温度。在一个实施例中，热控制模块750、752可与处理系统中使用的至少一个任选的处理器模块连通(分别见图1-7，参考标号52、152、252、382、452、552和652)。
再次参看图10-13，至少一个连接器浮凸754可形成于分析器具主体722和分析器具盖板724中的至少一个中。如图所示，至少一个取样管780可定位在耦合主体740内。此外，取样管780可接近热控制模块750、752定位。在一个实施例中，取样管780由至少一种化学反应性材料制成。举例来说，在一个实施例中，取样管780的至少一部分由碳、石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料及类似物制成。因此，取样管780的至少一部分可经配置以与流过形成于取样管780内的取样管通路782的自由基气体流内含有的自由基反应，从而形成化学物质，例如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅和可更容易检测且其浓度可容易测得的相似化合物。任选地，取样管780可由任何多种化学惰性材料制成，例如不锈钢、陶瓷、铝、各种合金及类似物。类似地，耦合主体740可由任何多种材料制成。在所说明的实施例中，耦合主体740由例如不锈钢的大体上化学惰性材料制成，而取样管780由例如碳化硅的化学反应性材料制成。因此，耦合主体740可由化学惰性或化学反应性材料制成。
在一个实施例中，取样管780热隔离于周围环境。举例来说，取样管780可定位在耦合主体740内。可在连接管740与取样管780之间的空隙内维持真空，从而使取样管780热隔离于环境。任选地，取样管780可以任何多种直径、长度和/或横向尺寸来制造。
如图10-13中所示，一或多个密封装置或部件可定位于取样通路780上或接近其定位。在所说明的实施例中，至少一个密封装置784定位于取样管780上且经配置以将取样管780隔离于耦合主体740。在一个实施例中，密封装置784经配置以最小化连接主体740与取样管780之间的热传导。此外，至少一个密封部件786接近至少一个板部件790定位于取样管780上或附近。在一个实施例中，密封部件786包括至少一个压紧密封件，但本领域的技术人员将了解，可使用任何多种密封部件。
再次参看图10-13，流体入口端口760和流体出口端口762可与形成于分析器具主体722中的一或多个流体端口接收器764连通。一或多个流体通道772可经由流体端口接收器764与流体入口端口760和流体出口端口762成流体连通。在使用期间，一或多个流体可经引导通过流体入口端口760、流体通道772和流体出口端口762。因此，各种流体可经引导通过分析器具主体722以选择性地控制接近其流动的自由基气体流中的分析器具720的温度。此外，任选地，至少一个密封部件770可接近流体通道772定位。
如图10-13中所示，板部件790可接近热控制模块750、752定位。在一个实施例中，板部件790经配置以接近取样管780和分析器具主体722定位热控制模块750、752。在一个实施例中，至少一个密封主体800和/或至少一个界面密封主体802可定位于板部件790上或接近其定位。如图所示，板部件790可包含经配置以使取样管780的至少一部分横穿其中的至少一个取样管孔口804。
图14和15示出用于与其取样反应模块700一起使用的模块主体702的各种视图。如图所示，模块主体702包含至少一个模块主体面718。任选地，至少一个紧固件接收器可形成于至少一个模块主体面718上。在一个实施例中，模块主体面718可经配置以接收在其上或形成于其中的至少一个冷却元件、主体和/或特征(未图示)。举例来说，在一个实施例中，经配置以增加模块主体702的表面积的冷却元件或鳍片可形成于至少一个模块主体面718的面上。此外，模块主体面718可包含经配置以在其中接收取样管780的至少一部分的至少一个取样管接收器716(见图10-13)。如图12中所示，取样管接收器716的至少一部分与形成于模块主体712中的真空通路712的至少一部分成流体连通。在使用期间，真空通路712耦合到真空源(未图示)或另外与真空源成流体连通。因此，取样管接收器716与形成于真空通路712内的真空成流体连通。
本申请案还公开测量自由基气体流中的自由基的浓度的各种方法。图16示出当与图1中示出的处理系统10一起使用时的测量过程的一般流程图，但本领域的技术人员将了解，本文公开的过程可容易适合于与图2-7中示出的处理系统的各种实施例一起使用。如图所示，产生自由基气体流，在图16中以参考标号2000表示。通常，自由基气体流由图1中示出的自由基气体生成器12生成。随后，将已知体积和/或流速的自由基气体流引导到在图16中以参考标号2006表示的至少一个分析电路66，同时将自由基气体流的剩余部分引导到以参考标号2002表示的处理腔室16，且用以处理至少一个衬底或另外在以参考标号2004表示的处理腔室内使用。分析电路66内的所述已知体积和/或流速的自由基气体以图16中的参考标号2008表示与试剂进行反应以产生新的更容易检测/测量的化学物质或分子，或在替代方案中重组回到其分子物质。示范性试剂在下文所示且包含(但不限于)：Ni、Al、W、Cu、Co、Zn、C、石英、氧化铝、含有机碳水化合物的材料和各种相关联氧化物、氮化物及类似物。
任选地，一或多个反应源472可用以提供一或多种试剂、反应性材料和/或激发能到样本模块432以使自由基气体流反应而产生新的更容易检测/测量的化学物质或分子(见图5)。通常，试剂与接近取样模块32的自由基气体流进行反应以产生化合物流。随后，可将化合物流引导到传感器模块36中，所述传感器模块测量化合物流内的新化学物质或分子的浓度，在图16中以参考标号2010表示。随后，通过比较形成取样气体流的自由基气体流的每经界定体积与所述至少一个自由基气体流的剩余体积的在化合物流内的化学物质的浓度的比率，可计算处理腔室内的自由基的浓度，在图16中以参考标号2012表示。任选地，任选的处理器模块52可经配置以接收数据传感器模块36且选择性地调整自由基气体生成器以优化自由基气体流内的自由基的浓度，在图16中以参考标号2014表示。任选地，如图6中所示，来自传感器模块536的自由基气体流535可经引导到处理腔室520。在另一实施例中，本领域的技术人员将了解，本文公开的测量系统和方法可在任何多种应用中用于测量原子自由基、分子自由基和其它短时间存活分子的浓度。因此，本文所描述的测量系统无需包含或耦合到处理腔室16(见图1)。举例来说，图7示出其中已消除处理腔室的测量系统610的实施例。因此，本文所描述的测量系统可在其中期望原子自由基、分子自由基和/或其它短时间存活分子的现场测量的任何多种应用中使用。
如上所陈述，图1-15中示出的取样反应模块700可用于确定原子自由基、分子自由基、短时间存活分子和其它在现场难以测量的分子或化合物的浓度。在一个实施例中，本文公开的多传感器气体取样检测系统可经配置以使用量热法来确定气体流内的分子或其它化合物的浓度，其中使用取样反应模块700测量重组反应。图17示出利用图1和8-15中示出的取样反应模块700的一个基于量热法的方法的流程图。在此实施例中，在多传感器气体取样检测系统10内确立自由基气体流的流量作为经界定流速(X sccm)，如参考标号2016表示。随后，将界定流速(Y sccm)或体积的自由基气体流引导到取样反应模块700(见图17中的参考标号2018)。通过取样反应模块700的自由基气体流的流量导致取样管780的温度相对于板部件790的温度(下文为dT)增加(或在一些情况下减小)，对此进行记录(见参考标号2020)。此外，标注取样管780与板部件790之间的温度变化率(dTm/dt)(见参考标号2022)。随后，如图17中的参考标号2024表示，所计算的样本功率可计算如下：
取样功率＝Cp*m*dTm/dt+P损失(dT)
其中：Cp＝比热容
m＝取样管的质量
P损失＝功率损失
如图17中参考标号2026所示，总功率可计算如下：
总功率＝取样功率*Y sccm/X sccm
在另一实施例中，本文公开的多传感器气体取样检测系统可经配置以使用替代量热法来确定气体流内的分子或其它化合物的浓度。图18示出利用预校准曲线确定图1和8-15中示出的取样反应模块700的组件的函数P损失的替代基于量热法的方法的流程图。类似于先前实施例，确立自由基气体流流量，如参考标号2028表示。将经界定体积、流速或部分的自由基气体流引导到至少一个感测单元或装置(见参考标号2030)。激活热控制模块750，且观察取样管780达到稳定温度的时间(见参考标号2032)。因此，在固定取样管温度(U)度数下测量重组反应。另外，为了计算取样功率，取样管780的质量不再由取样管的整个质量确定，而是仅由取样管780的质量的分数确定，表示为有效质量meff。因此，由于较小的热质量，取样反应模块700的响应时间现在较快。可基于样本功率计算总功率。
在使用期间，将取样管780加热到较高温度(U)(参考标号2032)，并且接着让其冷却到其稳态温度(见参考标号2034)。随后，可基于观察到的取样反应模块700的热特性确立预校准曲线。一旦已确立预校准曲线，就确立自由基气体的经界定流速(X sccm)。将经界定流速(Y sccm)或体积的自由基气体引导到取样反应模块700中。将取样反应模块700的热控制模块750设定成规定的温度。随后，去活热控制模块750，且记录向稳定温度(dT)的温度改变以及取样管780与板部件790之间的温度改变率(dtm)(参考标号2034)。
随后，可如下计算所计算的样本功率(参考标号2036)：
取样功率＝Cp*meff*dTm/dt+P损失(dT)
其中：Cp＝比热容
meff＝取样管的有效质量
P损失＝功率损失
可如下计算总功率(参考标号2038)：
总功率＝取样功率*Y sccm/X sccm
图19示出利用图1和8-15中示出的取样反应模块700的另一方法的流程图，其中在固定取样管温度下测量重组反应。在此实施例中，在多传感器气体取样检测系统10内确立流量自由基气体流(参考标号2040)作为经界定流速(X sccm)。随后，将经界定流速(Ysccm)或体积的自由基气体流引导到取样反应模块700(参考标号2042)。随后，使用取样反应模块700的热控制模块750选择性地增加取样管480的温度(参考标号2044)。一旦取样管780达到规定的高温(dTH)，就去活热控制模块750，从而准许取样管780返回到平衡温度(参考标号2046)。随后，使用取样反应模块700的热控制模块750选择性地减小取样管480的温度(参考标号2048)。一旦取样管780达到规定的低温(dTL)，就去活热控制模块750，从而准许取样管780返回到平衡温度(参考标号2050)。
随后，可如下计算所计算的样本最高限度功率和最低限度功率(参考标号2052)：
取样功率最高限度＝P损失(dTH)
取样功率最低限度＝P损失(dTL)
其中：P损失＝功率损失
可计算如下反应的上界和下界(参考标号2054)：
总功率上界＝取样功率最高限度*Y sccm/X sccm
总功率下界＝取样功率最低限度*Y sccm/X sccm
上界和下界决定了实际反应的误差限度。
图20以图形方式示出以上图19中描述的过程流程的实例。如图所示，在图20中称为TEC的热控制模块750被激活以获得过程的上界且被去活以获得过程的下界。
在一些实例中，取样功率的确定可能需要进一步校准，因为在从自由基重组生成的热量与来自等离子体源的热气体的热量之间进行区别是困难的。因此，图21示出经配置以在从自由基重组生成的热量与来自等离子体源的热气体的热量之间进行区别的校准过程。如图所示，确立自由基气体的经界定流速(X sccm)(参考标号2056)。随后，将经界定流速(Y sccm)或体积的自由基气体流引导到取样反应模块700(参考标号2058)。自由基气体流流过取样反应模块700导致取样管780的温度相对于板部件790的温度(下文为dT)增加(或在一些情况下减小)。记录取样管780和板部件790的温度的改变(参考标号2060)。此外，标注取样管780与板部件790之间的温度变化率(dTm/dt)(参考标号2062)。随后，可如下计算所计算的样本功率(参考标号2064)：
取样功率＝Cp*m*dTm/dt+P损失(dT)
其中：Cp＝比热容
m＝取样管的质量
P损失＝功率损失
可如下计算总功率(参考标号2066)：
总功率＝取样功率*Y sccm/X sccm
随后，可选择性地调整被引导到取样反应模块700的自由基气体流的流速(Y'sccm)或体积(参考标号2068)。举例来说，可调整至少一个阀装置22(见图1)以改变进入取样反应模块700的自由基气体的流量。如图22中所示，在若干不同取样流量下收集取样功率之后，可标绘结果且用以外推在0流量(阀关闭)下的读数。经外推线的斜率则是测量对经取样流量的灵敏度，这将具有对自由基重组的较大相依性，和对来自热气体的热量的较少相依性。
任选地，多传感器气体检测取样系统700可包含至少一个光学反应性材料和例如FTIR或TFS等至少一个检测器，从而使用经取样功率的基于光的确定。因此，并非在暴露于自由基元素材料的现场执行诊断，用户可希望首先将自由基物质重组为分子气体物质，随后将分子气体物质传输到光学感测装置，所述光学感测装置现在可更远地定位。举例来说，在一个特定实例中，在多传感器气体检测取样系统700内可使用碳材料。在使用期间，例如氧等原子物质与碳反应且产生CO或CO2。CO或CO2气体可随后经分流到远程光学传感器以检测存在的CO或CO2量。随后，如图23中所示，可以光学方式确定CO、CO2的浓度，从而提供气体流内的O自由基的浓度。可选择试剂材料以使得其仅与原子物质反应且不与其分子物质反应。示范性试剂材料包含：
Figure BDA0002518277010000381
图24示出示范性基于光的测量过程的流程图。如图所示，将取样反应模块700的热控制模块750设定成稳定所需温度(U)(参考标号2070)。随后，确立自由基气体的经界定流速(X sccm)(参考标号2072)。此外，将经界定流速(Y sccm)或体积的自由基气体流引导到取样反应模块700(参考标号2074)。可记录来自热控制模块750内的光学传感器或检测器(FTIP/TFS)的谱(参考标号2076)。随后，可如下计算自由基输出(参考标号2078)：
自由基输出＝f(谱峰)*X sccm/Y sccm
可选择性地调整被引导到取样反应模块700的自由基气体流的流速(Y'sccm)或体积(参考标号2080)。举例来说，可调整至少一个阀装置22(见图1)以改变进入取样反应模块700的自由基气体的流量。因此，测得的结果指示给定自由基流的相对振幅，其可用于过程监视。并且，取样管780可设定在固定温度以改进反应的选择性。举例来说，可选择温度以使得反应材料将优先与原子自由基物质反应而不是分子气体物质。
在另一实施例中，取样反应模块700可包含基于半导体的取样架构，其中至少一个半导体材料定位在取样反应模块700内。更具体地，如图25中所示，将取样反应模块700的热控制模块750设定成稳定的所需温度(U)(参考标号2082)。随后，确立自由基气体的经界定流速(X sccm)(参考标号2084)。此外，将经界定流速(Y sccm)或体积的自由基气体流引导到取样反应模块700(参考标号2086)。可记录来自定位在取样反应模块700内的至少一个半导体传感器的电阻(参考标号2088)。随后，可如下计算自由基输出(参考标号2090)：
自由基输出＝电阻改变的％
图26以图形方式示出当使用上文描述且在图25中示出的基于电阻的取样架构时在自由基输出流被激活和去活时的电阻改变的结果。
上文描述的图6示意性地示出可用于检测气体流内的自由基的浓度的气体取样检测系统的实施例。与图6中描述的系统相比，图27示出气体取样检测系统910的实施例，其包含定位于自由基气体生成器或远程等离子体源的下游的新型量热法架构。如图27所示，气体取样检测系统910包含经由至少一个反应性气体导管914与至少一个处理腔室916成流体连通的至少一个等离子体生成器和/或自由基气体生成器912。在一个实施例中，自由基气体生成器912与至少一个样本气体源和至少一个等离子体源连通，其经配置以赋能和解离样本气体且生成至少一个反应性气体流。在一个具体实施例中，自由基气体生成器912包括RF环面等离子体源，但本领域的技术人员将了解，任何多种等离子体源或自由基气体源可与本发明系统一起使用。在一个实施例中，自由基气体生成器912使用氢气(H2)等离子体来产生原子氢。在另一实施例中，自由基气体生成器912利用氧气(O2)等离子体来产生原子氧。任选地，自由基气体生成器912可利用三氟化氮(NF3)、氟气(F2)、氯气(Cl2)、氨气(NH3)或任何多种其它材料来产生气体流内的含有一或多个自由基的反应性等离子体。替代地，可通过其它气体激发方法生成自由基气体，包含电子束激发、激光激发或热长丝激发。此外，以上描述公开了基于RF的等离子体生成系统的各种实施例；但本领域的技术人员将了解任何多种替代的自由基气体生成系统可与本发明系统一起使用。示范性替代自由基气体生成系统包含(但不限于)辉光放电等离子体系统、电容耦合式等离子体系统、级联电弧等离子体系统、电感耦合等离子体系统、波加热等离子体系统、电弧放电等离子体系统、冠状面放电等离子体系统、介质阻挡放电系统、电容性放电系统、压电式直接放电等离子体系统，及类似物。
再次参看图27，至少一个处理腔室916可经由至少一个反应性气体导管914与自由基气体生成器912成流体连通。在一些应用中，反应性气体导管914由化学惰性材料或具有低化学反应性的材料制成。示范性材料包含(但不限于)石英、蓝宝石、不锈钢、加强钢、铝、陶瓷材料、玻璃、黄铜、镍、Y2O3、YAlOx、各种合金，和例如阳极化铝等涂层金属。在一个实施例中，单个反应性气体导管914与单个自由基气体生成器912成流体连通。在另一实施例中，多个反应性气体导管914与单个自由基气体生成器912成流体连通。在又一实施例中，单个反应性气体导管914与多个自由基气体生成器912连通。任选地，反应性气体导管914可包括与上文描述且在图11-13中示出的取样管780执行相似功能的取样导管或管。因此，任何数目的反应性气体导管914可与任何数目的自由基气体生成器912连通。此外，在反应性气体导管914上在自由基气体生成器912与处理腔室916之间可包含至少一个阀装置或传感器装置922。举例来说，在一个实施例中，阀装置922可经配置以选择性地准许或限制通过反应性气体导管914的至少一个流体的流量以产生自由基气体生成器912与处理腔室916之间的所需压力差。在一个实施例中，阀装置922可包括可变阀或在替代方案中可包括固定大小的孔口。在一个实施例中，阀装置922可定位于传感器装置950的下游，如图27所示。替代地，阀装置922可定位于传感器装置950的上游。
如图27所示，处理腔室916可经由反应性气体导管914耦合到自由基气体生成器912或与其连通。在一个实施例中，处理腔室916包括一或多个真空腔室或器皿，其经配置以具有定位于其中的一或多个衬底、半导体晶片或相似材料。举例来说，处理腔室916可用于半导体衬底或晶片的原子层处理。任选地，处理腔室916可用于使用任何多种处理方法或系统处理任何多种衬底或材料。示范性处理方法包含(但不限于)物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、快速热化学气相沉积(RTCVD)、原子层沉积(ALD)、原子层蚀刻(ALE)，及类似方法。本领域的技术人员将了解，处理腔室916由任何多种材料制成，包含但不限于不锈钢、铝、软钢、黄铜、高密度陶瓷、玻璃、丙烯酸酯及类似物。举例来说，处理腔室916的至少一个内表面可包含至少一个涂层、阳极化材料、牺牲材料、物理特征或元件及类似物，其既定选择性地改变处理腔室916的内表面的反应性、耐久性和/或填充所述内表面的微孔隙。至少一个排气导管918可耦合到处理腔室916且经配置以从处理腔室916抽空一或多种气体或材料。任选地，一或多个控制传感器、阀、擦洗器或相似装置924可耦合到排气导管918或接近其定位，从而准许用户从处理腔室916选择性地抽空一或多种气体或其它材料。
再次参看图27，至少一个腔室处理器模块920可耦合到或另外与处理腔室916和/或处理系统的各种组件连通。腔室处理模块920可经配置以提供对形成处理系统910的各种组件的局部化控制。在所说明的实施例中，腔室处理模块920经由至少一个导管与处理腔室916连通，但所属领域的技术人员将了解，腔室处理模块920可经由导管、无线地或以这两种方式与形成处理系统910的组件中的任一个连通。
如图27中所示，反应性气体导管914可包含与其耦合或与其连通的一或多个传感器系统和/或相似装置950。举例来说，在所说明的实施例中，至少一个量热法传感器装置950可定位在反应性气体导管914内和/或与其耦合，但本领域的技术人员将了解，本发明系统中可使用任何多种传感器装置或系统。不同于图6中示出且上文描述的实施例，图27中示出的气体取样检测系统910的实施例无需包含图6中示出的气体取样检测系统510中包含的样本反应模块700的实施例。
如图27中所示，处理系统910可包含与处理系统910的至少一个组件连通的至少一个任选的处理器模块952。举例来说，在所说明的实施例中，任选的处理器模块952经由至少一个处理器导管954与自由基气体生成器912和电源926连通。此外，任选的处理器系统952可经由处理器导管954和传感器导管958与传感器950连通。在一个实施例中，任选的处理器模块952可经配置以从自由基气体生成器912、电源926和传感器装置950中的至少一个提供和接收数据。因此，任选的处理器模块952可经配置以经由传感器装置950测量处理系统910内的流量条件，且选择性地改变处理系统910或电源926的操作条件以优化系统性能。更具体地，任选的处理器模块952可经配置以测量自由基气体流内的自由基和/或短时间存活分子的浓度且改变自由基气体生成器912的操作特性以增加或减小自由基气体流内的自由基的浓度。如上所陈述，传感器装置950可包括量热法传感器装置950。此外，任选的处理器模块952可与任选的阀装置922(经由导管958)和腔室处理器模块920(经由导管964)中的至少一个连通且从其提供/接收数据。任选的处理器模块952还可经配置以对电源926提供和接收等离子体功率或输入功率。任选地，处理器952可无线地与处理系统910的各种组件连通。此外，处理器952可经配置以存储性能数据、处理配方和时间、批号及类似物。另外，处理器952可经配置以经由至少一个计算机网络与一或多个外部处理器通信。
图28和29示出可用于形成传感器装置950的传感器架构或装置的各种实施例。如图28中所示，在一个实施例中，传感器装置950可经由至少一个导管974耦合到反应性气体导管914或另外与其连通。此外，至少一个传感器主体970可定位在形成于反应性气体导管914内的至少一个气体通路915内且经由导管974与传感器装置950连通。在所说明的实施例中，单个传感器主体970定位在反应性气体导管914内，但所属领域的技术人员将了解，任何数目的传感器主体可定位在反应性气体导管914内且耦合到传感器装置950。此外，在一个实施例中，传感器主体970使用至少一个隔离装置972热隔离于反应性气体导管914。在替代方案中，本领域的技术人员将了解，传感器主体970无需热隔离于反应性气体导管914。传感器主体970可由任何多种材料制成，包含(不限于)碳、石墨、二氧化硅、碳纤维、二氧化硅、二氧化硅和碳化物、基于碳的材料、基于二氧化硅的材料，及类似物。因此，传感器主体970的至少一部分可经配置以与流过反应性气体导管914的自由基气体流内含有的自由基反应，从而形成化学物质，例如一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、碳-氢分子(次甲基自由基)、亚甲基(CH2)、甲基-基团化合物(CH3)、甲烷(CH4)、四氟化硅，和可更容易检测的相似化合物。任选地，传感器主体970可由任何多种化学惰性材料制成，例如不锈钢、陶瓷、镍、钨、铝、各种合金及类似物。任选地，传感器主体970也可由例如铂、钯、镍等催化材料制成，所述催化材料可与自由基气体流中的一或多个元素或化学化合物反应，从而提供自由基气体中的特定气体的化学组成和/或浓度。
在使用期间，通过反应性气体导管914引导由等离子体生成器生成的反应性气体913。定位在形成于反应性气体导管914中的气体通路915内的传感器主体970位于自由基气体流913内。热隔离的传感器主体970的温度由传感器装置950测得。随后，传感器装置950将由传感器主体970测得的量热数据提供到任选的处理器模块952和/或等离子体生成器912中的至少一个。因此，可基于由传感器装置950执行的量热测量来调整自由基气体生成器912的操作参数。
图29示出具有与其连通的传感器装置950的反应性气体导管914的另一实施例。更具体地，传感器装置950包含定位于至少一个热主体980上或另外与其耦合的第一传感器主体976和第二传感器主体978。如所说明的实施例中所示，第一传感器主体976可定位在形成于反应性气体导管914中的至少一个气体通路915内(和自由基气体流913内)，而第二传感器主体978远离反应性气体导管914定位。在替代实施例中，第一传感器主体976和第二传感器主体978均接近反应性气体导管914定位。此外，热主体980可包含至少一个流体入口982和至少一个流体出口984。在一个实施例中，热主体980可经配置以将反应性气体导管914的至少一部分维持在所需温度。类似于前一实施例，第一传感器主体976和/或第二传感器主体978中的至少一个经由至少一个导管978与传感器装置950连通。在使用期间，当反应性气体913流过反应性气体导管914时，定位在形成于自由基气体流内的气体通路915内的第一传感器主体976的温度由传感器装置950测得。另外，第二传感器主体978的温度类似地由传感器装置950测得。随后，可由传感器装置950和任选的处理器模块952中的至少一个计算第一传感器主体976与第二传感器主体978之间的温度梯度。随后，可调整自由基气体生成器912的性能特性以优化性能。任选地，可将经由流体入口982流入热主体980的流体的温度与经由流体出口984和流体出口984流出热主体980的流体的温度进行比较，从而准许用户计算热主体980内的热传递。在一个实施例中，反应性气体导管914可经配置以准许在反应性气体导管914内流动的气体流内的自由基重组。因此，本领域的技术人员将了解，可由任选的处理器模块952中的传感器主体950中的至少一个计算气体流的重组功率(输出量热法)。
图30示出自由基气体导管1014的替代实施例，其中反应性气体导管1014的至少一个表面形成热传感器装置。更具体地，反应性气体导管1014包含具有至少一个内表面1018和至少一个外表面1019的导管主体1016。因此，反应性气体导管1014的内表面1016界定至少一个气体通路1015。此外，至少一个热主体1020可耦合到反应性气体导管1014的至少一部分或另外与其连通。如图所示，热主体1020可包含至少一个入口1022和至少一个出口1024。入口1022和出口1024可与横穿或接近热主体1020定位的至少一个导管1026连通。在一个实施例中，至少一个流体可经由入口1022、出口1024和导管1026流过热主体1020。在所说明的实施例中，热主体1020接近反应性气体导管1014的一段定位。任选地，热主体1020可沿着反应性气体导管1014的整个长度定位。
再次参看图30，至少一个传感器装置1028可定位在反应性气体导管1014的导管主体1016内。举例来说，在所说明的实施例中，传感器装置1028定位于导管主体1016的内表面1015上或接近其定位。在一个实施例中，传感器装置1028在其中包含至少一个传感器。在所说明的实施例中，传感器装置1028包含第一传感器区1030和至少第二传感器区或装置1032。在所说明的实施例中，第一传感器1030可位于导管主体1016的内表面1018内或接近其定位。任选地，整个内表面1018可经配置以形成第一传感器区1030。因此，第一传感器区1030可经配置以测量反应性气体导管1014内的自由基流的重组温度/能量。第二传感器区1032可定位于导管主体1016的外部。举例来说，在一个实施例中，第二传感器区1032可接近导管主体1016的外表面1019定位。在一个实施例中，第二传感器区1032经配置以测量导管主体1016外部的温度。在使用期间，用户可计算定位于导管主体1016内的内表面1018上或接近其定位的第一传感器区1030与接近导管主体1016外部的外表面1019定位的第二传感器区1032之间的温度梯度。任选地，额外传感器区1029可定位于气体导管1014上。举例来说，在所说明的实施例中，额外传感器1029接近热主体1020定位。第一传感器区1030和第二传感器区1032可通过与热主体1020连通的至少一个热区1034分离。任选地，热区1034可包含经配置以使一或多个流体流过其中的一或多个导管(未图示)。因此，热区1034可与形成于热主体1020上的入口1022和出口1024连通。在另一实施例中，导管主体1016的内表面1018可经配置以充当传感器。类似于前一实施例，传感器装置1028可经由至少一个传感器导管1042与至少一个传感器控制器1040连通。
在使用期间，流过反应性气体导管1014的反应性气体流的重组热量的温度由用于传感器区1030的传感器装置1028和用于传感器区1032的额外传感器区1029测得，这两者与传感器装置1040连通。随后，可调整自由基气体生成器912的性能特性以优化性能(见图27)。任选地，可将经由流体入口1022流入热主体1020的流体的温度与经由流体出口1024流出热主体1020的流体的温度进行比较，从而准许用户计算热主体1020内的热传递。在一个实施例中，反应性气体导管1014可经配置以准许在反应性气体导管1014内流动的气体流内的自由基重组。因此，本领域的技术人员将了解，可由任选的处理器模块952(见图27)中的传感器主体1040中的至少一个计算气体流的重组功率(总输出量热法)。
图31示出利用图27、29和30中示出的取样反应模块910的另一方法的流程图。在此实施例中，在多传感器气体取样检测系统910内确立流量自由基气体流作为经界定流速(Xsccm)(参考标号2092)。随后，记录第一传感器主体982和第二传感器主体984的温度的改变(参考标号2094)。此外，还记录反应性气体导管914的温度改变率(dTm/dt)(参考标号2096)。随后，可如下计算样本功率(参考标号2098)：
取样功率＝Cp*mrgc*dTm/dt+P损失(dT)
其中：Cp＝比热容
meff＝取样管的有效质量
P损失＝功率损失
图32示出利用图27、29和30中示出的取样反应模块910的替代方法的另一流程图。在此实施例中，在多传感器气体取样检测系统910内确立流量自由基气体流作为经界定流速(X sccm)(参考标号2100)。随后，可记录递送到反应性气体流的功率2102。另外，可在定位或接近反应性气体导管914的至少两个传感器之间测得温度上升(dT)和温度上升率(dTm/dT)(见图27、29和30，图31参考标号2104)。任选地，可在图31中示出的传感器装置1028中形成的至少两个传感器位置之间测得(参考标号2106)温度上升(dT)和温度上升率(dTm/dT)。随后，可如下计算样本功率(参考标号2108)：
取样功率＝Cp*m*dTm/dt+P损失(dT)
其中：Cp＝比热容
m＝取样管的质量
P损失＝功率损失
随后，可将样本功率与反应性气体的气体流率和功率进行比较(参考标号2110)，从而允许准确地计算反应性气体生成器的效率。此外，任选的处理器模块952、电源926或这两者可评估(参考标号2112)和选择性地调整(参考标号2114)自由基气体生成器912的输出。
图33以图形方式示出当自由基气体生成器912在接通和断开之间重复循环时到自由基气体生成器912下游的反应性气体导管914的流体的温度改变(dT)。如图所示，当初始激活自由基气体生成器912时，流体的温度上升且随后在断开周期期间下降到更低值。如图33中所示，在每一周期期间温度改变(dT)远未达到稳定状态的情况下，温度上升的斜率与反应性气体导管914从由自由基气体生成器912生成的自由基气体流吸收的功率成比例。
图34A和34B以图形方式示出两个不同的自由基气体生成器可具有不同的自由基输出。更具体地，图34A中示出的自由基气体生成器单元#1的数据与图34B中示出的自由基生成器单元#2相比具有较低的温度上升斜率(dT/dt)。另一方面，到自由基生成器单元#1的功率输入高于到自由基气体生成器#2的功率。
如图34A中所示，在300个操作循环期间，到自由基气体生成器单元#1的输入功率从约7.5kW增加到约10kW。在同一时间期间，自由基气体输出中的功率减小。当在工艺化学方法中通过等离子体-表面交互而改变自由基气体生成器的表面时，在初始几个循环期间存在快速下降。随后，在输入等离子体功率增加时，自由基气体输出流中存在缓慢功率下降。此表现相当不同于图34B中示出的自由基气体生成器单元#2的表现。不仅输出自由基气体流中的功率高出多达30-40％，而且到自由基气体生成器#2的输入功率在整个测试期间较低。其示出自由基气体生成器单元#2比单元#1更高效。较高输入功率和输出自由基气体流中的较低功率示出自由基气体生成器#1中的自由基气体存在较高损失，其与两个自由基气体生成器的表面组成的差异相关。因此，图32的方法不仅可用以控制或调整自由基气体生成器的操作，而且还可用于确定和表征自由基气体生成器的性能状态。将不良或劣化的自由基气体生成器与正常的自由基气体生成器分离的能力在工业制造环境中对于确保产品的一致性是特别有用的。
本文公开的实施例说明本发明的原理。可以采用处于本发明的范围内的其它修改。因此，本申请案中所公开的装置并不精确限于如在本文中示出和描述的装置。

Claims (45)

1.一种用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其包括：
至少一个自由基气体生成器，其与至少一个气体源连通，所述自由基气体生成器经配置以生成至少一个自由基气体流；
至少一个处理腔室，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述至少一个处理腔室经配置以接收所述至少一个自由基气体流的至少一部分；
至少一个分析电路，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述分析电路经配置以使至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个自由基气体流内的至少一个自由基气体进行反应，从而形成至少一个化合物流内的至少一个化学物质，所述至少一个化合物流位于所述至少一个分析电路内；
至少一个传感器模块，其在所述分析电路内，所述传感器模块经配置以测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度；以及
至少一个流量测量模块，其与所述传感器模块成流体连通，所述至少一个流量测量模块经配置以测量所述至少一个自由基气体流和至少一个化合物流中的所述至少一个的体积。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个分析电路包括至少一个取样模块，所述至少一个取样模块经配置以使所述至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个自由基气体流内的所述至少一个自由基进行反应，从而形成至少一个化合物流内的至少一个化学物质。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个试剂包括基于碳的材料。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个试剂包括基于硅的材料。
5.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个试剂包括选自由石墨、硅石、碳纤维、二氧化硅和碳化硅组成的群组的至少一个材料。
6.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个取样模块包含至少一个量热法测量系统。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个取样模块包含至少一个滴定法系统。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述至少一个取样模块包含至少一个化性吸附系统。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器模块包括至少一个傅里叶变换红外光谱法系统。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个传感器模块包括至少一个可调谐滤波器光谱法系统。
11.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个流量测量模块包含至少一个质量流量计。
12.根据权利要求1所述的系统，其中至少一个流量测量模块包含至少一个质量流量检验器。
13.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括与所述至少一个自由基气体生成器、至少一个分析电路、至少一个取样模块、至少一个传感器模块和至少一个流量测量模块中的至少一个连通的至少一个处理器，所述至少一个处理器经配置以基于从所述至少一个分析电路、至少一个取样模块、至少一个传感器模块和至少一个流量测量模块中的至少一个接收的数据对从所述至少一个自由基气体生成器发出的至少一个自由基气体流的生成进行可控地调整。
14.一种用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其包括：
至少一个自由基气体生成器，其与至少一个气体源连通，所述自由基气体生成器经配置以生成至少一个自由基气体流；
至少一个分析电路，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述分析电路经配置以使至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个自由基气体流内的至少一个自由基气体进行反应，从而形成至少一个反应产物，其中所述至少一个反应产物指示所述至少一个分析电路内的所述至少一个自由基气体流内的所述自由基气体的浓度；
至少一个传感器模块，其在所述分析电路内，所述传感器模块经配置以测量所述至少反应产物；以及
至少一个流量测量模块，其与所述传感器模块成流体连通，所述至少一个流量测量模块经配置以测量所述至少一个自由基气体流和至少一个化合物流中的所述至少一个的体积。
15.根据权利要求14所述的用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其中来自至少一个试剂与至少一个自由基气体的反应的所述至少一个反应产物是化合物。
16.根据权利要求14所述的用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其中来自至少一个试剂与至少一个自由基气体的反应的所述至少一个反应产物是发出的光子。
17.根据权利要求14所述的用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其中来自至少一个试剂与至少一个自由基气体的反应的所述至少一个反应产物是释放的热能。
18.根据权利要求14所述的用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其中来自至少一个试剂与至少一个自由基气体的反应的所述至少一个反应产物是离子。
19.一种测量自由基气体流中的自由基的方法，其包括：
提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流；
通过将经界定体积的所述至少一个自由基气体流引导到至少一个取样模块而形成至少一个取样气体流；
在所述至少一个取样模块内组合至少一个试剂与所述至少一个取样气体流中的所述自由基以形成其中具有至少一个化学物质的至少一个化合物流；
使用至少一个传感器模块测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度；
将所述至少一个自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理腔室中；
使用与所述至少一个传感器模块成流体连通的至少一个流量测量模块测量所述至少一个自由基气体流和至少一个化合物气体流中的所述至少一个的流速；以及
通过比较形成所述取样气体流的所述自由基气体流的每经界定体积与所述至少一个自由基气体流的所述剩余体积的在所述至少一个化合物流内的化学物质的浓度的比率，来计算所述至少一个处理腔室内的自由基的浓度。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使用定位在所述至少一个取样模块和至少一个传感器模块中的至少一个内的至少一个量热法系统测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度。
21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使用定位在所述至少一个取样模块和至少一个传感器模块中的至少一个内的至少一个滴定法系统测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度。
22.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使用定位在所述至少一个取样模块和至少一个传感器模块中的至少一个内的至少一个化性吸附系统测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度。
23.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使用所述至少一个传感器模块内的傅里叶变换红外光谱法测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度。
24.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括使用所述至少一个传感器模块内的可调谐滤波器光谱法测量所述至少一个化合物流内的所述至少一个化学物质的浓度。
25.根据权利要求19所述的方法，使用所述流量测量模块内的至少一个质量流量计测量所述至少一个自由基气体流和至少一个化合物气体流中的所述至少一个的流速。
26.根据权利要求19所述的方法，使用所述流量测量模块内的至少一个质量流量检验器测量所述至少一个自由基气体流和至少一个化合物气体流中的所述至少一个的流速。
27.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：
通过将经界定体积的所述至少一个自由基气体流从所述至少一个处理腔室引导到所述至少一个取样模块而形成至少一个腔室取样气体流；
在所述至少一个取样模块内组合至少一个试剂与所述至少一个腔室取样气体流中的所述自由基以形成其中具有至少一个化学物质的至少一个腔室化合物流；
测量所述至少一个腔室化合物流内的化学物质的浓度；以及
通过比较形成所述腔室取样气体流的所述自由基气体流的每经界定体积与所述至少一个自由基气体流的所述剩余体积的在所述至少一个腔室化合物流内的化学物质的浓度的比率，来计算所述至少一个处理腔室内的自由基的浓度。
28.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括：
通过将从所述至少一个处理腔室排出的经界定体积的所述至少一个自由基气体流引导到所述至少一个取样模块而形成至少一个排气取样气体流；
在所述至少一个取样模块内组合至少一个试剂与所述至少一个排气取样气体流中的所述自由基以形成其中具有至少一个化学物质的至少一个排气化合物流；
测量所述至少一个排气化合物流内的化学物质的浓度；以及
通过比较形成所述排气取样气体流的所述自由基气体流的每经界定体积与所述至少一个自由基气体流的所述剩余体积的在所述至少一个排气化合物流内的化学物质的浓度的比率，来计算所述至少一个处理腔室内的自由基的浓度。
29.一种测量自由基气体流中的自由基的方法，其包括：
提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流；
通过将经界定体积的所述至少一个自由基气体流引导到至少一个上游取样模块而形成至少一个上游取样气体流；
将所述至少一个自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理腔室中；
通过将经界定体积的所述至少一个自由基气体流从所述至少一个处理腔室引导到至少一个腔室取样模块而形成至少一个腔室取样气体流；
从所述至少一个处理腔室排出所述至少一个自由基气体流的剩余体积，从而形成至少一个排气流；
通过将经界定体积的所述至少一个排气流引导到至少一个排气取样模块而形成至少一个排气取样气体流；
在所述上游取样模块、腔室取样模块和排气取样模块中的所述至少一个内组合至少一个试剂与所述至少一个上游取样模块、至少一个腔室取样模块和至少一个排气取样模块中的至少一个中的所述自由基，以形成其中具有至少一个化学物质的至少一个上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流；
测量所述至少一个上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的所述至少一个内的化学物质的量；以及
通过比较形成所述上游取样气体流、腔室取样气体流和排气取样气体流的所述自由基气体流的每经界定体积与所述至少一个自由基气体流的所述剩余体积的在所述至少一个上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的所述至少一个内的化学物质的浓度的比率，来计算所述至少一个处理腔室内的自由基的浓度。
30.一种用于晶片处理系统中的多传感器气体检测系统，其包括：
上游取样模块，其与从自由基气体源的至少一个源发出的自由基气体流成流体连通，所述上游取样模块经配置以从所述自由基气体源接收受控体积的所述至少一个自由基气体流，且使所述受控体积的所述至少一个自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生上游化合物流；
至少一个腔室取样模块，其与至少一个处理腔室内存在的所述至少一个自由基气体流成流体连通，所述腔室取样模块经配置以接收受控体积的所述至少一个自由基气体流，且使所述受控体积的所述至少一个自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生腔室化合物流；
至少一个排气取样模块，其与从所述至少一个处理腔室排出存在的所述至少一个自由基气体流成流体连通，所述排气取样模块经配置以接收受控体积的所述至少一个自由基气体流，且使所述受控体积的所述至少一个自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生排气化合物流；
至少一个传感器模块，其与所述上游取样模块、腔室取样模块和排气取样模块中的至少一个连通，所述至少一个传感器模块经配置以测量所述上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个的浓度；以及
至少一个流量模块，其与所述上游取样模块、腔室取样模块、排气取样模块和传感器模块中的至少一个连通，所述至少一个流量模块经配置以控制所述上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个的流速。
31.一种用于反应性气体处理系统中的取样反应模块，其包括：
至少一个分析器具，其具有分析器具主体，所述分析器具主体在其中界定至少一个流体通道；
形成于所述分析器具主体中的至少一个流体入口端口和流体出口端口，所述至少一个流体入口端口和出口端口与形成于所述分析器具主体中的所述流体通道成流体连通；
至少一个耦合主体，其从所述分析器具主体延伸，所述至少一个耦合主体具有形成于其中的至少一个耦合通路；
至少一个取样管，其横穿所述分析器具主体，所述至少一个取样管定位在所述至少一个耦合主体的所述至少一个耦合通路内；以及
至少一个模块主体，其中界定至少一个真空通路，所述至少一个模块主体经配置以具有附接到其的至少一个分析器具且具有形成于其中的至少一个取样管接收器，所述取样管接收器与所述至少一个真空通路成流体连通。
32.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个取样管热隔离于所述至少一个耦合主体。
33.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个取样管由基于碳的材料制成。
34.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个取样管由基于硅的材料制成。
35.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个取样管由选自由石墨、硅石、碳纤维、二氧化硅和碳化硅组成的群组的至少一个材料制成。
36.根据权利要求31所述的取样反应模块，其进一步包括可定位于所述至少一个分析器具主体内的至少一个热控制模块，所述至少一个热控制模块接近所述至少一个取样管定位。
37.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个热控制模块包括热电冷却器。
38.根据权利要求31所述的取样反应模块，其中所述至少一个热控制模块包括热敏电阻。
39.一种用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其包括：
至少一个自由基气体生成器，其与至少一个气体源连通，所述自由基气体生成器经配置以生成至少一个自由基气体流；以及
至少一个分析电路，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述分析电路经配置以使至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个自由基气体流内的至少一个自由基气体进行反应，从而形成至少一个化合物流内的至少一个化学物质，所述至少一个化合物流位于所述至少一个分析电路内。
40.一种用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其包括：
至少一个自由基气体生成器，其与至少一个气体源连通，所述自由基气体生成器经配置以生成至少一个自由基气体流；以及
监视系统，其用于测量对所述自由基气体生成器的输入电功率或输入气体流速中的至少一个；以及
至少一个分析电路，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述分析电路经配置以使至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个输出自由基气体流内的至少一个自由基进行反应，从而生成指示至少一个化合物流内的至少一个化学物质的浓度的信号，所述至少一个化合物流位于所述至少一个分析电路内。
41.一种用于测量气体流中的自由基的浓度的系统，其包括：
至少一个自由基气体生成器，其与至少一个气体源连通，所述自由基气体生成器经配置以生成至少一个自由基气体流；
至少一个气体通路，其与所述至少一个自由基气体生成器连通，所述气体通路具有
至少一个分析电路，其与所述至少一个自由基气体生成器成流体连通，所述分析电路经配置以使至少一个试剂与经界定体积的所述至少一个自由基气体流内的至少一个自由基气体进行反应，从而形成至少一个化合物流内的至少一个化学物质，所述至少一个化合物流位于所述至少一个分析电路内。
42.一种量热法系统，其包括：
至少一个反应性气体导管，其中界定至少一个气体通路，所述至少一个气体通路经配置以使至少一个反应性气体流过其中；
至少第一传感器主体，其定位在所述至少一个反应性气体导管的所述至少一个气体通路内，所述至少第一传感器主体经配置以测量流过所述至少一个气体通路的所述至少一个反应性气体的温度；
至少一个传感器装置，其与所述至少第一传感器主体连通，所述至少一个传感器装置经配置以从所述至少第一传感器主体接收温度数据；以及
至少一个处理器，其与所述至少第一传感器装置连通，所述至少一个处理器经配置以计算流过所述至少一个反应性气体导管的所述至少一个反应性气体的样本功率。
43.根据权利要求42所述的量热法系统，其进一步包括至少一个热隔离装置，所述至少一个热隔离装置定位于所述至少第一反应性气体导管上且经配置以将所述至少第一传感器主体热隔离于环境温度。
44.根据权利要求42所述的量热法系统，其进一步包括定位于所述至少一个反应性气体导管外部的至少一个热主体，所述至少一个热主体具有位于其中的至少第二传感器主体，其中所述至少一个传感器装置和至少一个处理器中的至少一个经配置以基于所述至少第一传感器主体与至少第二传感器主体之间的至少一个温度梯度来计算流过所述至少一个反应性气体导管的至少一个反应性气体的样本功率。
45.根据权利要求42所述的量热法系统，其进一步包括至少一个入口和至少一个出口，所述至少一个入口和至少一个出口形成于所述至少一个热主体上且经配置以使至少一个流体流过所述至少一个热主体。
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