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QUERVERWEISE ZU VERWANDTEN ANWENDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht das Prioritätsrecht der provisorischen US-Patentanmeldungen Nummern 62/035,988 (eingereicht am 11. August 2014) und 62/100,285 (eingereicht am 6. Januar 2015), deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit übernommen wird.
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BEREICH DER OFFENLEGUNG
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Die vorliegende Offenlegung richtet sich im Allgemeinen auf akustische Sensoren und insbesondere auf akustische Sensoren zur Erfassung von Bestandteil-Konzentrationsniveaus in einem Prozessmedium.
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HINTERGRUND DER OFFENLEGUNG
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Akustische Sensoren können in chemischen Gasphasenabscheidungssystemen (CVD-Systemen) verwendet werden, um die Konzentrationen der gewählten Bestandteile zu bestimmen. Das grundlegende Funktionsprinzip dieser Instrumente besteht darin, die Konzentration der ausgewählten Bestandteile aus Unterschieden in der Flugzeit eines akustischen Signals im Vergleich zu einem reinen Träger abzuleiten. Beispielsweise finden in metallorganischen CVD-Systemen (MOCVD-Systemen) akustische Sensoren bei der Bestimmung von Bis-Cyclopentadienylmagnesium(Cp2Mg)-Konzentrationen Anwendung. Die Verwendung von akustischen Sensoren in CVD-Anwendungen ist im Allgemeinen z. B. in
US-Patentnummern 6,116,080 ,
6,192,739 ,
6,199,423 und
6,279,379 , und in US-Patentanmeldungsnummer 13/705,650 beschrieben, deren Offenlegungen hierin durch Bezugnahme eingeschlossen werden, mit Ausnahme der darin enthaltenen ausdrücklichen Definitionen. Probleme können entstehen, wenn die genaue Erfassung niedriger Konzentrationen des Bestandteils erwünscht ist. Ein System, das maßgeschneidert ist, um die Herausforderungen der Erfassung niedriger Konzentrationen in akustischen Erfassungssystemen zu lösen, wäre zu begrüßen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENLEGUNG
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In verschiedenen Ausführungsformen der Offenlegung erhöht sich die akustische Weglänge innerhalb der akustischen Sensoren, wodurch die Flugzeit durch das Prüfmedium erhöht wird und die Standardabweichung der Zeitverzögerungsmessung zu einem kleineren Prozentsatz der Differenz in der Flugzeit zwischen einem reinen Träger und einer Nennmischung aus Quelle/Träger (z. B. einem Cp2Mg- und N2-Trägergasgemisch) macht. In einer Ausführungsform wird die akustische Weglänge über die in herkömmlichen akustischen Sensoren gefundene Weglänge um das dreifache erhöht. In bestimmten Ausführungsformen werden Maßnahmen ergriffen, um einen parasitären Verlust von Bestandteildämpfen zu vermeiden, die ansonsten aus dem Teststrom kondensieren. In anderen Ausführungsformen wird die Standardabweichung der Zeitverzögerungsmessung durch Erhöhen der Anzahl von Zyklen in dem übertragenen Signal verringert, wodurch die Gesamtsignalenergie erhöht wird.
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In einem verwandten Aspekt ist das Messsystem neben der Erhöhung der akustischen Weglänge und der Verringerung von parasitären Kondensationsverlusten in einem beheizten Gehäuse eingeschlossen. Das beheizte Gehäuse kann eine wesentlich erhöhte Temperatur aufweisen, sodass die Leitungen, die den Schlupfstrom in den akustischen Sensor leiten, oberhalb des Kondensationspunktes des Bestandteil/Trägergasgemisches bleiben. Auf diese Weise wird keiner der Bestandteile aus dem Gemisch kondensiert, sodass die gesamte von der Gasquelle verfügbare Konzentration dem akustischen Sensor zur Verfügung gestellt wird.
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Frühere Versuche zur Verhinderung der Kondensation des Bestandteilgases beinhalteten typischerweise die Verwendung einer Heizspur, die mit dem Rohrleitungssystem verbunden ist, das den ankommenden Schlupfstrom zu dem akustischen Sensor leitet. Der Heizspur-Ansatz stellte mindestens zwei Probleme dar: (1) aufgrund der ungleichmäßigen Umwicklung der Spur (z. B. an den Ellbogen oder um Trägerstrukturen) oder wenn der Kontakt zwischen der Spur und der Rohrleitung nicht ideal ist, können sich „Kältebrücken“ an der Rohrleitung entwickeln; und (2) die von dem Gas abgegebene Energie kann bewirken, dass die Temperatur, die aus dem Rohrleitungssystem austritt und in den akustischen Sensor eintritt, größer oder kleiner als der akustische Sensor ist, wodurch thermische Gradienten innerhalb des akustischen Sensor verursacht werden. In verschiedenen Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, ist das Rohrleitungssystem zwischen dem Zulauf und dem akustischen Sensor innerhalb des erwärmten Gehäuses so bemessen, dass sich die Temperatur des einströmenden Gases zum Zeitpunkt an dem das Gas den akustischen Sensor erreicht, effektiv im thermischen Gleichgewicht mit der Temperatur der Komponenten innerhalb des beheizten Gehäuses befindet. Somit können die Unterschiede zwischen dem ankommenden Gemisch und dem akustischen Sensor – und der damit verbundenen Einführung von Temperaturgradienten im System – verringert oder eliminiert werden. Ferner kann das erwärmte Gehäuse Kältebrücken eliminieren, die in Heizspursystemen vorhanden sind, wodurch die Kondensationsbildung verringert oder eliminiert wird.
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Ein Problem, das auftreten kann, wenn die Pfadlänge erhöht wird, durch die das akustische Signal übertragen wird, ist eine erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Verzerrungen, die durch thermische Gradienten verursacht werden. Thermische Gradienten innerhalb des akustischen Sensors können eine ansonsten parallele Beziehung zwischen den akustischen Transformatoren (d. h. den Wandlern) des Senders verursachen und dazu führen, dass sich der Empfänger leicht verzieht oder dazu führt, dass die Transformatoren etwas uneben werden. Eine Erhöhung der Pfadlänge des akustischen Sensors erhöht auch den Effekt, den diese Verzerrungen auf die Qualität des empfangenen Signals haben. Dementsprechend sind, um den größeren Nutzen aus der Erhöhung der Weglänge des akustischen Sensors zu ziehen, bestimmte offenbarte Ausführungsformen darauf abgestimmt, die thermischen Gradienten in dem System zu reduzieren.
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Eine thermische Gradientenquelle ist die „thermische Schichtung“. Die thermische Schichtung ist ein natürliches Phänomen, das natürlicherweise innerhalb eines erwärmten Gehäuses auftritt. Wärmere Gase neigen dazu, im erwärmten Gehäuse aufzusteigen, sodass die Gastemperatur oben im Gehäuse wärmer ist als die Gastemperatur am Boden des Gehäuses. Eine solche Schichtung kann thermische Gradienten entlang der vertikalen Länge des akustischen Sensors einführen. Herkömmlicherweise ist die Antwort auf die thermische Schichtung, die Luft mit einem Gebläse zu vermischen. Solche Gebläse sind in der Technik als „Entschichtungsgebläse“ bekannt. Jedoch kann die Verwendung eines Gebläses in CVD-Umgebungen aufgrund des Vorhandenseins explosiver oder entflammbarer Mittel ausgeschlossen werden. Der Motor, der das Gebläse antreibt, stellt eine Zündquelle dar, die eine Gefahr darstellen kann.
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Dementsprechend sind bestimmte Ausführungsformen der Offenlegung so konfiguriert, dass sie das Mischen der Gase innerhalb des erwärmten Gehäuses ohne die Verwendung eines Gebläses einführen. In einer Ausführungsform wird das Mischen dadurch erreicht, dass zumindest ein Abschnitt eines vertikalen Trägers des erwärmten Gehäuses ungeheizt bleibt, was hierein als „ungeheizter Abschnitt“ oder als „ungeheizte Oberfläche“ bezeichnet wird. Der ungeheizte Abschnitt neigt dazu, besser gekühlt zu sein als die erwärmten Abschnitte des erwärmten Gehäuses, sodass mit diesem in Berührung kommendes Gas ebenfalls gegenüber der mittleren Temperatur des Gases innerhalb des Gehäuses abgekühlt wird. Das kühlere, dichtere Gas kaskadiert nach unten über die ungeheizte Oberfläche und in den zentralen Abschnitt des Gehäuses. Dort wird das Gas wieder erwärmt und steigt nach oben zu dem Gehäuse, fort von dem ungeheizten Abschnitt. Durch diesen Mechanismus wird eine natürliche Konvektion innerhalb des Gehäuses hergestellt, das die Gase vermischt und eine Entschichtung liefert. Der Gradient, der durch die natürliche Konvektionsschleife eingeführt wird, kann wesentlich niedriger sein als der Gradient, der sonst durch thermische Schichtung eingeführt wird, was zu einer thermisch einheitlicheren Gastemperatur innerhalb des Gehäuses führt.
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Strukturell ist eine Vorrichtung zur akustischen Bestimmung einer Eigenschaft eines Testmediums in einer Ausführungsform offenbart, wobei die Vorrichtung ein Gehäuse mit einer Basis und einer Abdeckung aufweist, wobei die Basis und die Abdeckung zusammenwirken, um eine Kammer zu definieren. Bei dieser Ausführungsform ist ein akustischer Sensor an der Basis angebracht, wobei der akustische Sensor einen ersten akustischen Transformator enthält, der eine erste freiliegende Fläche und einen zweiten akustischen Transformator definiert, der eine zweite freiliegende Fläche definiert. Die erste freiliegende Fläche und die zweite freiliegende Fläche sind im Wesentlichen parallel und für den Kontakt mit dem Testmedium geeignet und definieren einen Abstand zwischen diesen. Mindestens ein Heizelement ist operativ mit dem Gehäuse verbunden. In dieser Ausführungsform ist ein erster Abschnitt des Gehäuses direkt mit zumindest einem Heizelement gekoppelt, wobei der erste Abschnitt vertikal ausgerichtet ist. Mindestens dieses eine Heizelement kann den akustischen Sensor im Wesentlichen umgeben. Ein zweiter Abschnitt des Gehäuses ist nicht direkt mit mindestens diesem einen Heizelement verbunden, wobei der zweite Abschnitt vertikal orientiert ist und dem ersten Abschnitt des Gehäuses gegenüberliegt. In einer Ausführungsform ist der „erste Abschnitt“ des Gehäuses die Basis.
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In einer Ausführungsform kann der zweite Abschnitt des Gehäuses operativ mit einer Kühlvorrichtung (z. B. einer Vielzahl von Kühlrippen) gekoppelt sein; in anderen Ausführungsformen wird der zweite Teil des Gehäuses durch natürliche Konvektion auf die Umgebungsumgebung gekühlt.
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In verschiedenen Ausführungsformen definiert das Gehäuse im Wesentlichen einen rechteckigen Kasten, wobei die Abdeckung einen oberen Abschnitt, einen unteren Abschnitt, einen ersten Seitenabschnitt, einen zweiten Seitenabschnitt und einen dritten Seitenabschnitt definiert, wobei der zweite Seitenabschnitt neben und zwischen dem ersten Seitenabschnitt und dem dritten Seitenabschnitt angeordnet ist. In einer Ausführungsform ist der zweite Abschnitt des Gehäuses der zweite Seitenabschnitt. Der akustische Sensor kann so orientiert sein, dass die erste freiliegende Fläche des ersten akustischen Transformators und die zweite freiliegende Fläche des zweiten akustischen Transformators horizontal ausgerichtet sind.
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In einigen Ausführungsformen ist der Abstand größer als 12 mm und kleiner als 50 mm. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand etwa 15 mm; in einer anderen Ausführungsform beträgt der Abstand etwa 30 mm. In verschiedenen Ausführungsformen der Offenlegung wird ein Verfahren zur Aufrechterhaltung eines akustischen Sensors bei einer im Wesentlichen gleichförmigen Temperatur offenbart, bestehend aus:
- • der Bereitstellung eines innerhalb des Gehäuses montierten akustischen Sensors. Der akustische Sensor umfasst einen ersten und eine zweiten akustischen Transformator, die sich im Wesentlichen parallel zueinander befinden und für den Kontakt mit einem Testmedium geeignet sind; wobei der erste und zweite akustische Transformer einen Abstand zwischen sich definieren;
- • der Bereitstellung eines Heizsystems, das geeignet ist, um Abschnitte des Gehäuses zu erwärmen; wobei die Abschnitte im Wesentlichen den akustischen Sensor umgeben; und
- • die Bereitstellung einer Reihe von Anweisungen auf einem materiellen Datenträger; wobei die Anweisungen bestehen aus:
- • Erwärmung von Abschnitten des Gehäuses, die im Wesentlichen den akustischen Sensor umgeben;
- • Kühlung eines wesentlichen vertikalen Abschnitts des Gehäuses, um eine Rückführung des Gases innerhalb des Gehäuses einzuleiten; wobei die Rückführung eine Entschichtung des Gases innerhalb des Gehäuses veranlasst.
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In einer Ausführungsform umfasst der Schritt der Kühlung eines im Wesentlichen vertikalen Abschnitts des Gehäuses die freie Konvektion zwischen dem im Wesentlichen vertikalen Abschnitts des Gehäuses und der Umgebung. Der Schritt der Erwärmung von Abschnitten des Gehäuses umfasst das Steuern der Temperatur der Abschnitte auf einen Sollwert, der mindestens 20 °C über der Umgebungstemperatur liegt, die das Gehäuse umgibt.
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In bestimmten Ausführungsformen bewirkt die Entschichtung des Gases, dass eine räumliche Temperaturänderung des Gases innerhalb des Gehäuses innerhalb eines vorbestimmten Wertes liegt. In einer Ausführungsform beträgt der vorbestimmte Wert der räumlichen Änderung des Gases innerhalb des Gehäuses weniger als 0,5 °C.
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In einem verwandten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur akustischen Bestimmung einer Eigenschaft eines Testmediums vorgesehen, bei der ein erster akustischer Wandler elektrisch mit einer Senderschaltung gekoppelt ist, die so konstruiert ist, dass sie den ersten akustischen Wandler durch ein erstes erzeugtes Signal mit einer Frequenz zwischen 2 und 3 MHz und einer Dauer zwischen 15 und 50 Zyklen betätigt, um ein erstes akustisches Signal zu erzeugen, das dazu bestimmt ist, durch den Abstand zwischen den Wandlern zu verlaufen. In einer besonderen Ausführungsform wird eine Dauer von 30 Zyklen verwendet. Der zweite akustische Wandler ist elektrisch mit einer Empfängerschaltung gekoppelt, die so konstruiert ist, dass sie ein erstes Empfangssignal von dem ersten akustischen Signal erzeugt. Die Empfängerschaltung ist elektrisch mit einer Digitalisierungsschaltung gekoppelt, die konfiguriert ist, um das erste Empfangssignal mit einer Abtastrate zwischen 20 und 100 Abtastungen pro Zyklus abzutasten, um ein erstes digitales Empfangssignal zu erzeugen. In einer besonderen Ausführungsform werden 32 Abtastungen pro Zyklus genommen.
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Die Digitalisierungsschaltung ist elektrisch mit einer Steuerschaltung gekoppelt, die einen Prozessor und ein dauerhaftes Datenspeichermedium enthält, das Befehle enthält, die bei Ausführung den Prozessor veranlassen, eine Maximum-Likelihood-Funktion auf das erste empfangene Digitalsignal und auf ein digitales Referenzsignal anzuwenden, und um eine Zeitverzögerung zwischen einem Merkmal des ersten empfangenen Digitalsignals und eines Referenzsignals zu bestimmen. Die Merkmale des digitalen Empfangssignals und des verglichenen digitalen Referenzsignals können ein Höhepunkt der jeweiligen Maximum-Likelihood-Funktion dieser Digitalsignale sein. Die Zeitverzögerung zeigt die Eigenschaft des zu analysierenden Testmediums an. Diese Eigenschaft kann eine Materialkonzentration, ein Druck oder eine andere messbare Eigenschaft sein.
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Bei einer Art von Messanordnung wird das digitale Referenzsignal aus dem ersten erzeugten Signal erzeugt. Bei einer weiteren Messanordnung wird das digitale Referenzsignal durch Digitalisierung eines früheren Teils des ersten akustischen Signals erzeugt, wobei das erste empfangene Digitalsignal tatsächlich von einem später empfangenen Teil des ersten akustischen Signals, das ein Echo des früheren Teils ist, erzeugt wird.
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Eine beispielhafte Anwendung für eine akustische Sensoranordnung gemäß einem verwandten Aspekt der Erfindung ist auf eine Stoffübertragungsraten-Steueranordnung gerichtet. Die Anordnung umfasst eine Trägergasquelle und einen Trägergasmassenstromregler, der angeordnet ist, um die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases von der Trägergasquelle zu regulieren. Ebenfalls umfasst ist eine Prozessvorläuferquelle, die einen Vorläuferbehälter mit einem Einlass in Fluidverbindung mit der Trägergasquelle über den Trägergasmassenstromregler und einen Auslass umfasst, der angeordnet ist, um eine Mischung aus dem Prozessvorläufer und dem Trägergas zu fördern. Ein akustischer Sensor steht in Fluidverbindung mit dem Auslass und umfasst eine Kammer, die angeordnet ist, um einen Strom der Mischung durch sie hindurch zu transportieren. Der akustische Sensor umfasst ferner einen elektrischen Signalgenerator, der so aufgebaut ist, dass er ein elektrisches Signal erzeugt, das eine Menge des Prozessvorläufers darstellt, die in dem durch die Kammer fließenden Gemisch vorhanden ist.
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Die Anordnung umfasst ferner eine Verdünnungsgasquelle und einen Verdünnungsgasmassenstromregler, der angeordnet ist, um eine Strömungsrate des Verdünnungsgases von der Verdünnungsgasquelle zu regulieren. Die Verdünnungsgasquelle steht mit dem Auslass des Vorläufergefäßes über den Verdünnungsgasmassenstromregler in Fluidverbindung, und die Fluidverbindung der Verdünnungsgasquelle und des Auslasses des Vorläufergefäßes umfasst einen Verdünnungspunkt, an dem eine verdünnte Mischung aus dem Vorläufergefäß und dem Verdünnungsgasgemisch abgegeben wird Verdünnungsgas und dem Prozessvorläufer-Trägergasgemisch erreicht wird.
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Ein Regler ist mit dem Trägergasmassenstromregler, dem Verdünnungsgasmassenstromregler und dem akustischen Sensor elektrisch gekoppelt. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie mindestens einen der Trägergasmassenstromregler und den Verdünnungsgasmassenstromregler in Reaktion auf das elektrische Signal von dem akustischen Sensor so einstellt, dass die verdünnte Mischung an dem Verdünnungspunkt eine vorgeschriebene Stoffübergang aufweist.
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In einem verwandten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Stoffübergangs in einem Prozessgasgemisch das Bereitstellen eines Trägergases, das Bereitstellen eines Prozessvorläufergases und das Erzeugen eines Prozessvorläufergemisches, das das Trägergas und ein Prozessvorläufergas enthält. Weiterhin umfasst das Verfahren eine akustische Erfassung einer Menge des Prozessvorläufers, der in dem Prozessvorläufergemisch vorhanden ist, um ein Sensorausgangssignal zu erzeugen. Ein Verdünnungsgas steht zur Verfügung. Gemäß dieses Verfahrens werden die Prozessvorläufermischung und das Verdünnungsgas getrennt zu einem Verdünnungspunkt befördert, bei dem eine verdünnte Mischung des Verdünnungsgases und der Prozessvorläufermischung erreicht wird. Eine relative Strömungsgeschwindigkeit des Trägergas und des Verdünnungsgases wird automatisch in Abhängigkeit von der Sensorausgabe gesteuert, sodass die verdünnte Mischung am Verdünnungspunkt eine vorgeschriebene Stoffübergangsrate des Vorläufergases aufweist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Erfindung kann vollständiger unter Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen:
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ein Schema eines beheizten Gehäuses und Entschichtungssystems in einer Ausführungsform der Offenlegung ist;
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eine teilweise Explosionsansicht des beheizten Gehäuses von in einer Ausführungsform der Offenlegung ist; und
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eine Vorhersage der Temperatur der verschiedenen Komponenten innerhalb des beheizten Gehäuses von in einer Ausführungsform der Offenlegung ist.
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ist ein Diagramm, das eine Signalausbreitung quer durch die Kammer als Funktion von Zeit und Position gemäß einer Messanordnung darstellt, in der eine Zeitverzögerung zwischen einem gesendeten und empfangenen Signal gemäß einer Ausführungsform bestimmt wird.
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ist ein Diagramm, das eine Signalausbreitung quer durch die Kammer als Funktion von Zeit und Position gemäß einer anderen Messanordnung darstellt, in der eine Zeitverzögerung zwischen einem ersten empfangenen Signal und einem zweiten empfangenen Signal (das ein Echo des ersten empfangenen Signals ist) gemäß einer Ausführungsform bestimmt wird.
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ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Systems, das konstruiert ist, um die oben beschriebenen Messanordnungen zu implementieren, mit Bezug auf und , gemäß einer Ausführungsform.
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ist ein schematisches Diagramm, das ein System veranschaulicht, um einen vorgeschriebenen Stoffübergang eines Niedrigkonzentrationsbestandteils zu einer Prozesskammer gemäß einer Ausführungsform zu liefern.
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Während die Erfindung verschiedenen Modifikationen und alternativen Formen zugänglich ist, sind ihre Einzelheiten beispielhaft in den Zeichnungen gezeigt und werden im Detail beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt werden soll. Im Gegenteil, es ist beabsichtigt, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Sinn und Geltungsbereich der Erfindung fallen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf ist ein Entschichtungssystem 10 in einer Ausführungsform der Offenbarung dargestellt. Das Entschichtungssystem 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen akustischen Sensor 14 innerhalb einer Vielzahl von Heizelementen 16 enthält, die mit dem Gehäuse operativ verbunden sind. Das bzw. die Heizelement(e) können durch ein Steuerungssystem 18 gesteuert werden. In einer Ausführungsform umfasst das Steuerungssystem 18 eine Eingabe-Ausgabe(E/A)-Schnittstelle 22, die von einem Mikroprozessor-basierten Regler 24, z. B. einem Computer, gesteuert wird. Die E/A-Schnittstelle 22 kann einen oder mehrere Temperaturregler (nicht abgebildet) zur Steuerung der Temperatur(en) der Heizelemente 16 enthalten und kann auch Temperatursensor-Signalkonditionierer (nicht abgebildet) zum Erfassen von Temperaturmessungen zur Überwachung und/oder Protokollierung durch Steuerung 18 umfassen.
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Unter Bezugnahme auf ist das Gehäuse 12 in einer offengelegten Ausführungsform dargestellt. Das Gehäuse 12 kann eine Basis 26 und eine Abdeckung 28 umfassen, wobei die Basis 26 als Montageplatte für den akustischen Wandler 14 und für verschiedene Zubehörteile dient, die bei der Steuerung und Konditionierung von Gasen 30 verwendet werden, die durch den akustischen Wandler 14 strömen. In der dargestellten Ausführungsform kann die Abdeckung 28 auch dadurch gekennzeichnet sein, dass sie Umfangsabschnitte 32 aufweist, die der Basis und einem oder mehreren gegenüberliegenden Abschnitten 34 gegenüberliegen, die der Basis 26 gegenüberliegen.
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Die Vielzahl der Heizelemente 16 ist operativ mit dem Gehäuse 12 verbunden. In einer Ausführungsform umfassen die Heizelemente 16 ein Basisheizelement 42 und eine Abdeckungs-Heizelementbaugruppe 44. Die Abdeckungs-Heizelementbaugruppe 44 kann ein einzelnes Heizelement umfassen, das im Wesentlichen die Form der Umfangsabschnitte der Abdeckung aufweist (nicht abgebildet) oder kann eine Vielzahl von Heizelementen (z. B. 44a bis 33e) umfassen, die im Wesentlichen zusammengefügt sind, um die Umfangsabschnitte der Abdeckung zu überdecken.
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Mindestens ein Teil von mindestens einem vertikalen Abschnitt des Gehäuses, der hierin als „ungeheizter Abschnitt“ oder „ungeheizte Abschnitte“ bezeichnet wird, ist nicht direkt mit der Wärmequelle verbunden. In der Darstellung von ist der ungeheizte Abschnitt der gegenüberliegende Abschnitt 34 der Abdeckung 28. In einer Ausführungsform ist der ungeheizte Abschnitt, bzw. die ungeheizten Abschnitte, (z. B. der gegenüberliegende Abschnitt 34) auch nicht thermisch isoliert, wodurch die Abkühlung des/der ungeheizten Abschnitts/Abschnitte durch die Gase, die das Gehäuse 12 umgeben, gefördert wird.
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In der Ausführungsform von , ist die Abdeckungs-Heizelementbaugruppe 44 so dargestellt, dass sie innerhalb der Abdeckung 28 eingesetzt wird, d. h. sie ist operativ mit den Innenflächen der Abdeckung 28 verbunden. Umgekehrt ist das Basisheizelement 42 als an der Außenfläche der Basis 26 befestigt dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass diese Konfiguration beispielhaft und nicht beschränkend ist. Das heißt, es ist vorgesehen, dass eines oder mehrere der Heizelemente 44 auf einer Außenseite oder Außenseiten der Abdeckung angeordnet sein können, während das Basisheizelement 42 auf der inneren Oberfläche der Basis 26 angeordnet sein kann.
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Ferner ist vorgesehen, dass jeder Gehäuseabschnitt mit einer Vielzahl von Heizelementen (oder alternativ mit einer Vielzahl von Heizelementzonen) beheizbar ist, wie dies in als 42a, 42b und 42c für das Basisheizelement 42 dargestellt ist. Dieselbe Mehrelementanordnung, obwohl nicht dargestellt, kann bei der Erwärmung des Umfangsabschnitts 32 (z. B. unter Verwendung einer Vielzahl von Heizelementen, die vertikal zum Erwärmen des Umfangsabschnitts 32 gestapelt sind) implementiert werden. Jedes der Heizelemente und/oder jede der Heizzonen kann durch das Steuerungssystem 16 auf eine Solltemperatur gesteuert werden.
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In einer Ausführungsform wird die Temperatur der Umgebung innerhalb des Gehäuses 28 auf einen Sollwert gesteuert. Alternativ werden das Basisheizelement 42 und die Heizelementanordnung 44 selbst auf vorbestimmte Temperaturen gesteuert. In anderen Ausführungsformen können Steuervorrichtungen mit mehreren Eingängen verwendet werden, die Eingaben von zwei oder mehr der internen Gastemperatur, inneren Komponententemperaturen und Umgebungstemperatur umfassen.
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In der Darstellung von , umfassen „verschiedene Zubehörteile“ den Massenstromregler 52, einen Rückstaudruckregler 54, Rohrinstallation 56, einen Gasmischer 58, ein Rückschlagventil 62, verschiedene Steuerventile 64 und manuelle Absperrventile 66.
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Während des Betriebs werden das Basisheizelement 42 und die Heizelementbaugruppe 44 unter der Steuerung des Reglers 24 erregt, so dass die Temperatur in der Kammer relativ zu der Umgebungsumgebung erhöht wird. Die direkt beheizten Abschnitte des Gehäuses 12 (z. B. der Umfangsabschnitt 32 und die Basis 26 für die in und gezeigte Ausführungsform) arbeiten bei einer höheren Temperatur als die nicht erwärmten Abschnitte des Gehäuses 12 (d. h. die Abschnitte des Gehäuses 12, die nicht direkt erwärmt werden, dargestellt durch den gegenüberliegenden Abschnitt 34 der und ). Während der Energiezufuhr zur Heizeinrichtung neigt das Gas innerhalb des Gehäuses, das mit den direkt beheizten Oberflächen in Kontakt kommt, dazu, auf eine Temperatur erhitzt zu werden, die größer ist als die durchschnittliche Gastemperatur innerhalb des Gehäuses. Während der Energiezufuhr zur Heizeinrichtung neigt das Gas innerhalb des Gehäuses, das mit den direkt beheizten Oberflächen in Kontakt kommt, dazu, auf eine Temperatur erhitzt zu werden, die größer ist als die durchschnittliche Gastemperatur innerhalb des Gehäuses. Das erhitzte Gas steigt an, während das gekühlte Gas nach unten kaskadiert, wodurch eine natürliche Konvektionsschleife 72 ( ) aufgebaut wird.
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Funktionell arbeitet die natürliche Konvektionsschleife 72, um das Gas in dem Gehäuse 12 zu entschichten. Ohne diese Entschichtung kann das Gas oben im Gehäuse 12 mit einer wesentlich höheren Temperatur als das Gas am Boden des Gehäuses 12 laufen, wodurch bewirkt wird, dass sich die Temperatur innerhalb des Gehäuses 12 wesentlich verändert. Die Veränderung der Temperatur kann innerhalb des akustischen Sensors 14 erhebliche thermische Gradienten induzieren. Die Entschichtungsfunktion dient dazu, das Gas so zu mischen, dass die Temperatur weitgehend gleichförmig ist (z. B. innerhalb von ±0,5 ºC). Das gemischte, entschichtete Gas liefert eine gleichförmige Temperaturumgebung, die eine weitgehend gleichförmige Temperatur für den akustischen Sensor 14 fördert.
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Es versteht sich, dass eine „direkt erwärmte“ Oberfläche die Oberfläche eines Heizelements (z. B. Heizelementen 44a bis 44e der und ) oder die gegenüberliegende Oberfläche eines erwärmten Trägers sein kann, an dem ein Heizer an der gegenüberliegenden Fläche angebracht ist (z. B. die innere Oberfläche der Basis 26, an der das Basisheizelement 42 direkt an der äußeren (gegenüberliegenden) Fläche angebracht ist.) Eine „ungeheizte Oberfläche“ ist die Oberfläche eines Trägers, der nicht in direktem Kontakt mit einem Heizelement an einer der gegenüberliegenden Flächen steht. Es wird angemerkt, dass eine „ungeheizte Oberfläche“ dazu neigt, durch andere Wärmeübertragungsmechanismen erhitzt zu werden, beispielsweise durch Konvektion mit den inneren Gasen des Gehäuses und durch eine periphere Übertragung von den beheizten Trägern des Gehäuses.
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In einer Ausführungsform hat die Basis eine geschätzte Höhe H1 von ca. 65 cm (25V* Zoll) und einen Breite W1 von ca. 15 cm (6 Zoll). Bei dieser Ausführungsform hat die Abdeckung eine geschätzte Höhe H2 von ca. 44 cm (173/g Zoll) und eine Breite W2 von ca. 14 cm (53A Zoll) und eine Tiefe D von ca. 16 cm (6 1/4 Zoll). Unter der Annahme, dass die Abdeckung mit einem (nicht dargestellten) wärmeisolierenden Material mit einer Dicke von etwa 3 mm (1/8 Zoll) und einer Wärmeleitfähigkeit von ungefähr 0,05 W/m2K umwickelt ist, wird angenommen, dass die stabile Leistung, die benötigt wird, um einen 30 °-Unterschied zwischen dem Innenraum des Gehäuses und der Umgebungsumgebung beizubehalten, in der Größenordnung von 50 Watt liegt, unter der Annahme einer natürlichen Konvektionskupplung von etwa 60 Watt zwischen dem Gehäuse und der umgebenden Umgebung. Ein Gehäuse dieser Abmessungen und Konfiguration kann eine Spitzenheizleistung von 100 Watt verwenden und dennoch eine vernünftige Anstiegsgeschwindigkeit der Erwärmung von einem Kaltstart erreichen. Die Wattdichte der entsprechenden Heizer beträgt etwa 400 W/m2. Die Quellenleistung für den Heizer kann von 24 Volt Gleichstrom bis 240 Volt Wechselstrom reichen, ja nach der Umgebung und der vorhandenen Infrastruktur.
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Unter Bezugnahme auf ist eine Temperaturverteilung 80 verschiedener Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 des Entschichtungssystem 10 in einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt Die Temperaturverteilung 80 wurde aus einer numerischen Simulation des Entschichtungssystems 10 erhalten, wobei ein stationärer Betrieb mit einer etablierten Konvektionsschleife 72 angenommen wurde. Die Temperaturverteilung 80 zeigt Komponententemperaturen mit einer mittleren Temperatur von etwa 50 °C an, die in einen Bereich von ±2 °C fallen. Man beachte, dass die Temperatur des akustischen Sensors gleichförmig zu sein scheint und dass die Rohrinstallation 56 in der Nähe des akustischen Sensors 14 annähernd gleich ist. Somit zeigt die numerische Simulation, dass Temperaturgradienten innerhalb des akustischen Sensors 14 marginal sind und dass die Temperatur des Gases, das von der Rohrinstallation 56 in den akustischen Sensor 14 eintritt, im Wesentlichen im Gleichgewicht mit dem akustischen Sensor 14 ist.
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Verwandte Aspekte des akustischen Systems zur Messung der Materialkonzentration mit erhöhter Flugzeit sind sowohl auf das akustische Signal selbst als auch auf den Empfang des Signals gerichtet. ist ein Diagramm, das die Signalausbreitung über die Kammer als Funktion von Zeit und Position darstellt. Die obere und untere Seite des Diagramms repräsentieren die Empfänger- und Senderseiten der Kammer.
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Das Signal weist eine steigende Flanke und eine fallende Flanke auf und besteht aus einer Anzahl von Zyklen innerhalb eines definierten Bandes. In einer Ausführungsform ist die Signalwellenform ein Einfrequenzsinusoid. In einer anderen Ausführungsform umfasst die Signalwellenform einen Chirp-Bereich, in dem die Frequenz mit einer definierten Abtastrate nach oben oder nach unten abgetastet wird. In einer beispielhaften Ausführungsform hat das Signal von der steigenden Flanke während des größten Teils ihrer Dauer eine kontinuierliche Frequenzwellenform, gefolgt von einem aufwärts abgetasteten Chirp-Abschnitt. In einer besonderen Ausführungsform liegt die Frequenz des Signals zwischen 2 und 3 MHz.
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Das empfangene Signal besteht aus dem empfangenen direkten Wegsignal, das sich durch die Kammer ausbreitet. Wie auch in dargestellt, beträgt der Abstand in der Kammer in diesem Beispiel 30 mm. Die Zeit zwischen dem Senden und Empfangen des Signals ist größtenteils eine Funktion des Mediums in der Kammer (deren Eigenschaften die Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle festlegen). Es gibt elektronische Verzögerungen, die mit der Messschaltung verbunden sind, was in einem geringeren Ausmaß zu der Gesamtverzögerungsmessung beiträgt. Jede Variabilität dieser elektronischen Verzögerungen kann zum Messfehler beitragen. Die akustische Wellenausbreitung durch die Kammerwände ist im Vergleich zu den anderen Faktoren nominal und ist im Allgemeinen nicht über die Zeit variabel. Wie in veranschaulicht, vergleicht die Messanordnung die Zeit der Signalübertragung mit der Zeit des Signalempfangs. Es ist eine beispielhafte Zeitverzögerung von 86 ps für ein gegebenes Medium dargestellt. Diese Anordnung ist anfällig für jegliche elektronische Verzögerungen zwischen den Sender- und Empfängerschaltungen, die die Messung beeinträchtigen.
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veranschaulicht eine ähnliche Messanordnung, die sich in erster Linie in zweierlei Hinsicht unterscheidet. Die Kammer ist mit 15 mm kleiner (d. h. der Abstand von einem Ende zum anderen, den die akustische Welle durchqueren muss). Der andere Unterschied besteht darin, dass die Verzögerungsmessung nur zwischen empfangenen Signalen erfolgt. Wie dargestellt, ist das erste empfangene Signal das direkte Wegsignal, das sich von dem Sender durch die Kammer ausbreitet. Das zweite empfangene Signal besteht aus der gleichen übertragenen Welle, die von der empfängerseitigen Kammerwand reflektiert wurde, und der senderseitigen Kammerwand. Daher repräsentiert das zweite empfangene Signal eine zweimalige durchgehende akustische Welle durch die Kammer. Dementsprechend wird die gleiche Näherungszeitverzögerung von 86 ps beispielhaft zwischen den verglichenen Signalen veranschaulicht. Diese Messanordnung vermeidet den elektronischen Verzögerungseffekt zwischen der Sender- und der Empfängerschaltung, da der Sender ausgewertet wird. Die Zeitverzögerung des Empfängers ist sowohl für das erste als auch für das zweite empfangene Signal konstant. Ein Kompromiss dieser Anordnung gegenüber der in dargestellten, ist die zusätzliche Dämpfung des Signals, wenn sich die Welle ausbreitet, um das zweite empfangene Signal über einen größeren Abstand zu erzeugen.
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ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Systems, das konstruiert ist, um die oben beschriebenen Messanordnungen zu implementieren, mit Bezug auf und , gemäß einer Ausführungsform. Sender 102 enthält einen Ultraschallwandler und eine Treiberschaltung. Der Sender 102 erzeugt ein akustisches Signal 104, das dazu bestimmt ist, sich durch die Kammer 105 zum Empfänger 106 auszubreiten. Der Empfänger 106 enthält einen Wandler, der das akustische Signal 104 erfasst und in ein elektrisches Signal umwandelt, das elektrische Signal verstärkt und das Signal nach Bedarf filtert.
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Das empfangene Signal wird an den Analog-Digital-Wandler (ADC) 112 ausgegeben, um abgetastet, quantisiert und zur Verwendung durch den Regler 114 codiert zu werden. Der Regler 114 enthält ein prozessorbasiertes Computersystem, das einen Mikroprozessor, einen digitalen Signalprozessor (DSP), Speichervorrichtungen, eine Eingabe/Ausgabe-Hardware sowie Programmbefehle zum Steuern des Signalgenerators 108 umfassen kann und das empfangene Signal analysiert, um die Ausbreitungszeit zu bestimmen.
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Das akustische Signal wird von dem Sender 102 aus einem elektrischen Signal erzeugt, das von dem Signalgenerator 108 erzeugt wird. In der dargestellten Ausführungsform wird dem ADC 112 und letztlich dem Regler 114 ein Referenzsignal 110 zugeführt, um als Zeitreferenz verwendet zu werden, mit dem das empfangene Signal für die Messanordnung von verglichen werden kann. In der Messanordnung von wird das Referenzsignal aus dem ersten empfangenen Signal erhalten.
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In verschiedenen Ausführungsformen ist der Signalgenerator 108 konfiguriert, um eine bestimmte Wellenform, wie z. B. ein sinusförmiges Signal oder eine andere geeignete Wellenform, z. B. quadratisch, trapezförmig usw. mit einer spezifischen Frequenz und für eine bestimmte Dauer zu erzeugen. In einer verwandten Ausführungsform ist das Signal ein Spreizspektrumsignal, wie ein linearer Chirp, bei dem die Frequenz des gesendeten Signals um z. B. 5 bis 30 % linear erhöht (oder verringert) wird. In einer beispielhaften Ausführungsform liegt die Signalfrequenz zwischen 2 und 3 MHz, und die Signaldauer wird eingestellt, um zwischen 15 und 50 Zyklen zu erzeugen. Eine besondere Ausführungsform verwendet eine Signaldauer, um 30 Zyklen des generierten Signals zu erzeugen. In einer verwandten Ausführungsform ist das erzeugte Signal ein Chirp-Signal, in dem die Frequenz moduliert wird. Beispielsweise kann die Frequenz für mindestens einen Teil des Signals, beispielsweise über die letzten Zyklen, nach oben oder nach unten abgetastet werden.
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In einer verwandten Ausführungsform ist ADC 112 für ein substantielles Oversampling des empfangenen Signals konfiguriert Beispielsweise wird eine Abtastrate von 32 Abtastungen pro Zyklus (was in diesem Fall ein 16-faches Oversampling der Nyquist-Rate darstellt) verwendet. In verschiedenen anderen Ausführungsformen wird in Erwägung gezogen, dass eine Abtastung mit Geschwindigkeiten von 20 bis 200 oder mehr Abtastungen pro Zyklus gemäß der Verarbeitungsfähigkeit des Reglers 114 verwendet werden kann. Bei einer Art der Ausführungsform ist der Regler 114 so programmiert, dass er einen Maximum-Likelihood-Algorithmus (ML-Algorithmus) implementiert, um die Zeitverzögerung zu bestimmen, die mit der Signalausbreitung durch die Kammer verbunden ist. Die Maximale-Wahrscheinlichkeits-Schätzung ist gut bekannt und in Fisher, R. A,. On an Absolute Criterion for Fitting Frequency Curves [Über ein absolutes Kriterium für die Anpassung von Frequenzkurven], Mess. of Math, 41, S. 155–160, 1912, und Van Trees, Harry L,. Detection, Estimation and Modulation Theory, Part I [Erkennungs-, Schätzungs- und Modulationstherorie, Teil i], John Wiley & Sons, Inc., New York, 1968 beschrieben, wobei beide Literaturstellen durch Bezugnahme hierin aufgenommen werden.
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Für die Messanordnung von wird die ML-Funktion der gesendeten und empfangenen Signale berechnet und die gemessene Konzentration ist eine Funktion der Anzahl von Abtastwerten (und ggf. Fraktionsabtastungen) zwischen den Spitzen oder einem anderen Merkmal in den ML-Funktionen der gesendeten und empfangenen Signale. Für die Messanordnung von wird die ML-Funktion des ersten empfangenen und des zweiten empfangenen Signals berechnet und die gemessene Konzentration ist eine Funktion der Anzahl von Abtastungen (und ggf. Fraktionsabtastungen) zwischen den Spitzen in den ML-Funktionen des ersten empfangenen Signals und des zweiten empfangenen Signals.
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Ein weiteres System, das in das Gehäuse 12 eingebaut werden kann, ist ein Gasversorgungssystem mit niedriger Konzentration. Für einige Verfahrensschritte in MOCVD- und Atomlagenabscheidungs-(ALD)-Systemen ist es nicht nur wünschenswert, niedrige Konzentrationen eines Bestandteils, wie Cp2Mg (d. h. Biscyclopentadienylmagnesium mit der Molekularformel (C5H5)2Mg) genau zu erfassen, sondern es ist auch wichtig, um eine vorgeschriebene Stoffübergangsrate (z. B. Moleküle pro Sekunde), die manchmal konstant, aber oft während des Abscheidungsschritts variiert wird, mit einem MOCVD- oder ALD-Reaktor niedriger Konzentration zu liefern, um sicherzustellen, dass die geeignete Menge an Dotierung oder Schichtformung vorhanden ist, wenn eine Halbleitervorrichtung im MOCVD- oder ALD-Reaktor gezüchtet wird.
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Ein System zur Lieferung einer vorgeschriebenen Stoffübergangsrate eines Niedrigkonzentrationsbestandteils zu einer Prozesskammer, wie einem MOCVD- oder ALD-Reaktor gemäß einer Ausführungsform ist in
dargestellt. Wie dargestellt, weist das Niedrigkonzentrations-Bestandteil-Zufuhrsystem
200 ein Absorptionsgefäß
202 auf, das eine Vorläuferprozessquelle enthält. Beispiele für geeignete Absorptionsgefäße schließen jene ein, die in der veröffentlichten US-Patentanmeldung 20070221127, dem
US-Patent 5603169 und dem
US-Patent 6561498 gezeigt sind, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird. Im Allgemeinen enthält das Absorptionsgefäß
202 einen Vorläuferbehälter, der einen Einlass für das Trägergas und einen Auslass aufweist, der ein Vorläufergas-Trägergasgemisch trägt.
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Die Vorläuferprozessquelle kann beispielsweise Cp2Mg, Trialkylaluminium (z. B. Trimethylaluminium), Trialkylgallium (z. B. Triethylgallium, Trimethylgallium), Trialkylantimon, Dimethylhydrazin, Trialkylindium (z. B. Trimethylindium), TDMAT (Tetrakis Dimethylamido-Titan), PDMAT (Pentakis Dimethylamido-Tantal) und andere metallorganische Verbindungen, die typischerweise in MOCVD- und ALD-Verfahren verwendet werden, sein.
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Ein inertes Trägergas für die Vorläuferprozessquelle, z. B. Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon und dergleichen aus der inerten Trägergasquelle 250 wird in das Absorptionsgefäß 202 gegeben, dessen Strömung durch den Massenstromregler 204 überwacht wird.
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Das Absorptionsgefäß 202, das eine Heizquelle (nicht gezeigt) aufweisen kann, erleichtert das Mischen von Dämpfen der Vorläuferprozessquelle und des inerten Trägergases. Die inerte Trägergas enthaltende Vorläuferprozessquelle strömt dann aus dem Absorptionsgefäß 202 aus und gelangt in einen akustischen Sensor 206 (ähnlich dem akustischen Sensor 14, der oben diskutiert wurde). Der akustische Sensor 206, der Massenstromregler 208 und der Verdünnungspunkt A (der ein T-Gelenk oder ein statischer Mischer sein kann) sind innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet, dessen Vorteile oben diskutiert werden.
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Für Vorläuferprozessquellen mit niedrigen Dampfdruck, wie etwa Cp2Mg, ist es manchmal vorteilhaft, die Temperatur des Absorptionsgefäßes 202 auf über Umgebungstemperatur (z. B. bis auf oder etwa 50 ºC) zu erhöhen, um die Vorläuferkonzentration zu erhöhen, wenn sie aus dem Absorptionsgefäß 202 austritt. Eine erhöhte Vorläuferkonzentration kann eine wiederholbarere und genauere Konzentrationsmessung durch den akustischen Sensor 206 bereitstellen. Wie nachstehend erörtert, wird dann ein Verdünnungsgas mit dem Gasgemisch, das aus dem akustischen Sensor 206 austritt, und vor dem Austritt aus dem erwärmten Gehäuse 12 am Verdünnungspunkt A gemischt, um zu ermöglichen, dass das Ausgangsgemisch dem Reaktor oder dem Entlüftungsrohr 210 bei Umgebungstemperatur (z. B. ca. 25 ºC) zugeführt wird. Auf diese Weise kann eine Kondensation der Vorläuferprozessquelle in den Gasleitungen, die anschließend dem Reaktor zugeführt werden, vermieden werden, wodurch sichergestellt wird, dass dem Reaktor die geeignete Stoffübergangsrate der Vorläuferprozessquelle zugeführt wird und jede mögliche Beschädigung der Gasleitungen aufgrund von Kondensation kann vermieden oder zumindest auf ein vernachlässigbares Maß reduziert werden.
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Ein Verdünnungsgas, beispielsweise Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon und dergleichen, strömt von der Verdünnungsgasquelle 260 in den Massenstromregler 208.
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Die aus dem akustischen Sensor 206 strömende inerte Trägergas enthaltende Vorläuferprozessquelle und das Verdünnungsgas, das aus dem Massenstromregler 208 strömt, treffen sich an dem Verdünnungspunkt A und bilden ein Gasgemisch, wobei ein geeignetes Netzwerk von Rohrleitungen und Ventilen (Details zur Deutlichkeit weggelassen) das Gasgemisch zum Reaktor/Entlüftungsverteiler 210 leitet.
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Wenn die interte Trägergas enthaltende Vorläuferprozessquelle durch den akustischen Sensor 206 strömt, misst der akustische Sensor 206 die Vorläuferprozessquellenkonzentration, wie oben mit Bezug auf erörtert.
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Die durch den akustischen Sensor 206 ermittelte Vorläuferprozessquellenkonzentration wird dann dem Regler 240 zugeführt. Der Regler 240 umfasst Aktuatoren und wahlweise zusätzliche Sensoren, die jeweils mit einem prozessorbasierten Steuerungssystem verbunden sind, das einen Mikroprozessor oder digitalen Signalprozessor (DSP), Speichervorrichtungen, Eingabe/Ausgabe-Hardware sowie Programmbefehle enthält, die auf den Speichervorrichtungen gespeichert sind und auf dem Mikroprozessor oder DSP ausführbar sind, um die für den Reaktor/Entlüftungsverteiler 210 benötigte Stoffübergangsrate des Vorläufers, zusammen mit Programmbefehlen für die Betätigung der Massenstromregler 204 und 208, zu bestimmen.
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Wenn die Programmbefehle zum Bestimmen der Stoffübergangsrate des Vorläufers aktiviert sind, kann die Vorläuferstoffübergangsrate, die den Reaktor/Entlüftungsverteiler 210 erreicht, eingestellt werden, indem ein geeignetes Signal von dem Regler 240 über die Verbindung 246 an den Massenstromregler 204 und/oder indem ein geeignetes Signal von dem Regler 240 über die Verbindung 244 an den Massenstromregler 208 gesendet wird, da die Konzentration und Flussrate der inerten Trägergas enthaltenden Vorläuferprozessquelle bekannt ist. Die von dem Regler 240 an den Massenstromregler 204 und/oder den Massenstromregler 208 gesendeten Signale steuern die Menge des Trägergases, das dem Massenstromregler 204 zugeführt wird und/oder das Verdünnungsgas, das dem Massenstromregler 208 zugeführt wird.
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Die Programmbefehle in dem Regler 240 berücksichtigen die Entfernung von dem akustischen Sensor 206 zu dem Verdünnungspunkt A und von dem Verdünnungspunkt A zu dem Reaktor/Entlüftungsverteiler 210, sodass die Vorläuferstoffübergangsrate gegenüber der Zeit unabhängig von der Vorläuferkonzentration, die aus dem Absorptionsgefäß austritt, beibehalten wird. In einer verwandten Ausführungsform wird die Durchflussrate, die für den Reaktor während eines Abscheidungsschrittes erforderlich ist (z. B. wenn ein abgestuftes Dotierungsprofil von Cp2Mg bereitgestellt wird, wenn eine p-GaN-Schicht bei der Herstellung einer lichtemittierenden Diode wächst), durch das Absorptionsgefäß 202 erhöht oder verringert, abhängig davon, ob es eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Vorläuferstoffübergangsrate gibt.
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Das Gasgemisch, das zum Reaktor/Entlüftungsverteiler 210 strömt, kann in Konfigurationen, in denen das Element 210 ein Reaktor ist, optional mit einem Schubgas (zum Beispiel Stickstoff, Wasserstoff, Helium, Argon und dergleichen) gemischt werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen, mit der das Gasgemisch in den Reaktor 210 gelangt.
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Wenn der Reaktor/Entlüftungsverteiler 210 auf einen Entlüftungszustand eingestellt ist, kann die Kalibrierung des akustischen Sensors 206 mit einem geeigneten Verfahren durchgeführt werden (wobei der Massenstromregler 208 verhindert, dass die Verdünnung, die durch die Verdünnungsgasquelle 260 zugeführt wird, in den Verdünnungspunkt A eintritt).
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Alle in dieser Beschreibung offenbarten Merkmale (einschließlich aller begleitenden Ansprüche, Zusammenfassungen und Zeichnungen) und/oder alle Schritte eines hierin offenbarten beliebigen Verfahrens oder Prozesses, können in jeder Kombination kombiniert werden, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich zumindest einige dieser Merkmale bzw. Schritte gegenseitig ausschließen.
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Jedes Merkmal, das in dieser Beschreibung (einschließlich der begleitenden Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen) offenbart ist, kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die demselben, äquivalenten oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Somit ist jedes offenbarte Merkmal, wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, nur ein Beispiel einer generischen Reihe von äquivalenten oder ähnlichen Merkmalen.
