KR101975134B1 - 적외선 및 자외선 모니터링을 위한 작은 부피, 긴 경로길이의 다중-통과 기체 셀 - Google Patents
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Abstract
유체를 모니터링하기 위한 다중통과 셀 조립체 뿐만 아니라, 그러한 조립체를 이용한 유체 프로세싱 시스템, 그리고 유체 모니터링을 위한 그러한 다중통과 셀 조립체의 연관된 이용 방법이 설명된다. 다중통과 셀 조립체는 증착 프로세스 반응물, 예를 들어 텅스텐 카르보닐 전구체로부터의 텅스텐의 증착 메탈라이제이션을 위해서 이용된 반응물의 모니터링과 같은 유체 프로세싱 동작에서 유용하게 이용된다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본원은 "적외선 및 자외선 모니터링을 위한 작은 부피, 긴 경로길이의 다중-통과 기체 셀"에 대한 Thomas H. Baum 등의 명의의, 2015년 1월 19일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/105,178호의 35 U.S.C. §119의 규정 하에서 우선권의 이익 향유를 주장한다. 그러한 미국 가특허출원 제62/105,178호의 개시 내용은 모든 목적을 위해서 그 전체가 참조로서 본원에 포함된다.
본 개시 내용은, 반도체 제품, 평판 디스플레이, 및 태양 패널의 제조와 같은 적용예에서 유체의 작은-부피, 긴 경로 길이의 광전자 모니터링을 가능하게 하는 유체 모니터링 기구 및 방법에 관한 것이다. 제한된 부피 내의 액체 및 기체와 같은 유체 물질에 대한 증가된 측정 감도를 제공하기 위한 광학적 셀이 설명된다. 그러한 광학적 셀은 광학적 공동의 벽으로부터의 다중 반사를 이용하고, 넓은 범위의 적용예에서, 예를 들어, 산업, 환경, 공공 안전, 국토 방위, 소비자, 및 의료 적용예에서, 낮은 농도의 기체 또는 증기를 측정 및 검출하기 위해서 특히 유용하게 이용된다.
예를 들어, 유체 스트림 내의 관심 성분을 정량화 또는 특성화하기 위해서 유체를 모니터링하기 위한 광전자 검출기의 이용에서, 적외선 모니터링 장치가 개발되었다. 이러한 장치는 매우 다양한 유형일 수 있다.
그러한 장치의 하나의 카테고리에서, 셀을 통한 유체 스트림 유동과 상호 작용하도록, 적외선 복사선이 샘플 셀을 통과하게 된다. 그러한 장치 내에서 이용되는 적외선 복사선 공급원은 전형적으로, 시준된 빔을 생성하도록 구성된 광대역 적외선 광원이다. 빔은, 전형적으로 기체이나, 액체 또는 기체/액체 혼합물을 포함할 수 있는 유체 스트림과 접촉된다. 그러한 접촉에서, 입사 복사선의 빔이 스트림의 성분과 상호 작용하고, 통과되거나 반사되는 신호가 샘플 셀의 외부로 전달되고, 적외선 검출기 상에 충돌된다.
적외선 검출기는 다양하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 적외선 검출기는 복수의 독립적인 필터 채널을 포함할 수 있고, 각각의 필터 채널은, 특별한 스펙트럼 특성의 적외선 복사선을 통과시키는 특정 필터 요소를 구비한다. 그에 따라, 독립적인 필터 요소를 이용하여, IR 광원으로부터의 적외선 광과 상호 작용하고 그러한 적외선 광의 구분되는 변경, 감쇠, 또는 변조를 생성하는, 관심 대상이 되는 특정 성분 또는 화학적 종을 식별할 수 있고, 그에 따라 샘플 셀로부터 출력되는 적외선 광이 그러한 성분 또는 화학적 종과 연관되는 것으로 식별될 수 있다.
적외선 검출기는, 예를 들어, 적외선 열 에너지를 전기 에너지로 예를 들어 DC 출력 신호로 변환하는, 수용 열전퇴성(receiving thermopile)(초전성(pyroelectric), 등) 요소와 함께 배열되는 IR 필터를 포함할 수 있다. 그에 따라, 연관된 필터에 의해서 결정되는 특정 파장의 IR 복사선 또는 다른 스펙트럼 특성이 열전퇴성 요소에 충격될 때, 특정 필터와 연관된 열전퇴성 요소가 출력 전기 신호를 응답적으로 생성하도록 "조율(tuned)"될 수 있다.
전술한 적외선 유체 모니터링 장치는 많은 물질 및 적용예에 적용될 수 있다. 넓게, 본 개시 내용의 유체 모니터링 장치는 임의의 여러 가지 구성 및 형태로 구현될 수 있고, 예를 들어 매우 다양한 유형의 초전성 검출기를 포함할 수 있다.
특정 예로서, 열전퇴성 적외선(TPIR) 모니터링 시스템이 반도체 제조 설비에서 이용될 수 있고, 그러한 설비에서 메탈라이제이션, 예를 들어 텅스텐 메탈라이제이션이 상응하는 금속 전구체를 이용하는 증착 프로세스에 의해서 실시되며, TPIR 모니터링 시스템은 프로세스에서 생성되는 전구체의 유출물 농도 및 그 증기 분해 생성물을 검출하기 위해서 증착 프로세스로부터의 유출물 스트림을 모니터링하도록 구성된다. 그러한 TPIR 모니터링 시스템에서 이용되는 검출기는, 기준선 기준 또는 교정 목적을 위해서 이용되는 기준 채널을 포함할 수 있다.
전술한 광전자적 모니터링 시스템은 사용시에 경쟁적인 설계 고려 사항을 다루어야 한다. 일반적으로, 검출 동작에서 높은 레벨의 정확도(및 해상도)를 달성하기 위해서, 샘플 셀 내의 유체 스트림을 통과하는 적외선 빔의 경로는 바람직하게 입사 IR 빔과 유체 스트림의 상응하는 상호 작용을 가능하게 하는 상당한 길이를 갖는다. 그에 따라, 긴 경로 길이는 낮은 검출 한계(low detection limit)가 실현될 수 있게 한다. 동시에, 특히 공간이 고비용적이고 바람직하게 최소화되는 반도체 산업과 같은 적용예에서, 작은 부피 및 작은 형상 인자 또는 밑넓이를 상응하게 가지도록, 소형 특성을 가지는 모니터링 시스템을 제공하는 것이 바람직하다.
다중 성분 유체 스트림의 성분의 검출 및 분석을 위한 적외선 광원 광전자적 모니터링 시스템에 더하여, 가시광 광원, 자외선(UV) 광원, 등을 포함하는 다른 유형의 광원을 이용하는 광전자적 모니터링 시스템이 당업계에서 이용된다.
전술한 유형의 유체 모니터링 시스템은 특정 전자기 복사선, 예를 들어 광과 모니터링되는 물질의 상호 작용을 위한 적절한 크기의 광학적 경로 길이를 필요로 하고, 그리고 전술한 바와 같이, 경로 길이는 특정 모니터링 장치에 의해서 달성될 수 있는 측정의 감도 및 낮은 검출 한계를 결정한다. 람베르트 법칙에 따라서, 또는 보다 일반적으로 비어-람베르트-부게(Beer-Lambert-Bouguer) 법칙에 의해서, 전자기적 복사선의 흡수는 경로 길이에 비례한다. 경로 길이 고려사항은, 기체 또는 증기의 낮은 농도를 측정할 필요가 있는 많은 적용예에서의 모니터링 기구의 실제적인 이용을 제한할 수 있다. 낮은 백만분의 1로부터 10억분의 1 이하까지의 농도 범위의 물질 측정을 위해서 1 미터 이상의 경로 길이가 요구되는 것이 일반적이다.
샘플 셀 내에서 긴 경로-길이를 달성하는 한편 동시에 작은 크기, 작은 부피의 구성을 달성하기 위해서, 다중-통과 모니터링 시스템이 제시되었고 개발되었다. 그러한 작은-부피의 긴 경로 길이 유체 샘플 셀은, 비교적 작은 형상 인자의 긴 경로-길이를 달성하기 위해서 입사 복사선 빔의 다중 통과 또는 반사를 이용한다. 작은 부피는 시간 지연을 감소시킬 수 있는 한편, 긴 경로 길이는 낮은 검출 한계를 가능하게 한다.
따라서, 유용한 광전자적 유체 모니터링 셀의 성취에서의 일차적인 고려사항은 모니터링 동작을 위한 작은 샘플 부피 요건, 개선된 샘플 측정 감도를 실현하기 위한 광학적 모니터링을 위한 연장된 경로 길이, 광학적 신호 이용을 최대화하기 위한 효과적인 구성요소들의 광학적 결합, 및 유체 모니터링 셀 및 연관된 부품 및 조립체의 저비용 제조 가능성의 달성이다.
당업계는, 다중 성분 유체 스트림의 성분을 검출 및 분석하기 위해서 그리고 실시간 유체 스트림 모니터링을 위해서 광전자적 모니터링 시스템을 계속적으로 개선하고 있다.
본 개시 내용은 유체 모니터링 기구 및 방법에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 개시 내용은 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체에 관한 것이고, 그러한 조립체는:
다중통과 광학적 반사 챔버를 형성하는 궁형 외접 부재로서, 충돌 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하는, 궁형 연장부를 따른 내향 대면 반사 표면을 포함하는, 궁형 외접 부재;
광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 궁형 외접 부재의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 궁형 외접 부재의 반사 표면으로부터 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하게 구성된 유체 유입구; 및
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 이후에 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출시키도록 구성된 유체 배출구를 포함한다.
다른 양태에서, 개시 내용은 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체에 관한 것이고, 그러한 조립체는:
다중통과 광학적 반사 챔버에 외접하여 이를 형성하는 원통형 벽 부재로서, 외주방향으로 이격된 개구부들을 내부에 포함하는, 원통형 벽 부재;
외주방향으로 이격된 개구부 내의 거울로서, 내향 대면되고 다중통과 광학적 반사 챔버 내에서 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성되는, 거울;
광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 하나 이상의 거울의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
원통형 벽 부재와 협력적으로 결합되어 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸는 바닥 부재 및 커버 부재;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록, 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하도록 구성된 유체 유입구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 유입구 포트를 포함하는, 유체 유입구;
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 후에, 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출하도록 구성된 유체 배출구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 배출구 포트를 포함하는, 유체 배출구;
커버 부재 상에 장착되고 광 입력 구조물에 광학적으로 결합되는 광원; 및
커버 부재 상에 장착되고 광 출력 구조물에 광학적으로 결합되는 광 검출기를 포함한다.
추가적인 양태에서, 개시 내용은 유체 프로세싱 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은:
유체 스트림을 이용하거나 생성하는 프로세스 도구; 및
다중통과 광학적 반사 챔버 내의 다중통과 광과의 상호 작용을 위한, 다중통과 광학적 반사 챔버를 통한 유체 유입구로부터 유체 배출구로의 유체 스트림의 유동을 위해서 구성된, 본원에서 다양하게 설명된 바와 같은, 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체를 포함한다.
개시 내용의 추가적인 양태는 유체 스트림의 모니터링 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은, 다중통과된 광 출력을 생성하기 위해서, 본원에서 다양하게 설명된 바와 같은, 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 통해서 유체 스트림을 유동시키는 단계, 및 유체 스트림을 특성화 또는 분석하기 위해서 다중통과된 광 출력을 프로세스하는 단계를 포함한다.
개시 내용의 다른 양태, 특징 및 실시예가 이하의 설명 및 첨부된 청구항으로부터 보다 완전하게 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시 내용의, 일 실시예에서의, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 2는 본 개시 내용의, 다른 실시예에 따른, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 3은 본 개시 내용의, 또 다른 실시예에 따른, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 4는 본 개시 내용의 또 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 5는 본 개시 내용의 추가적인 실시예에 따른, 면체형(faceted) 반사 표면을 이용하는 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 6은 본 개시 내용의 또 다른 추가적인 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 분해 사시도이다.
도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 사시도이다.
도 8은 도 7의 하위조립체를 포함하는 다중통과 셀 조립체의 개략적 사시도이다.
도 9는 도 7의 다중통과 셀 하위조립체의 저면 사시도이다.
도 10은 도 9의 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 입면도이다.
도 11은 내부의 기체 유입구 구조물의 상세 부분을 보여주는, 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다.
도 12는, 셀 조립체 커버-장착형 IR 공급원 및 IR 검출기를 특징으로 하는, 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다.
도 13은 도 12의 다중통과 셀 조립체의 입면도이다.
도 14는, 다중통과 셀에 결합된 기체 유입구 라인 및 기체 배출구 라인을 포함하는 기체 유동 회로망을 더 포함하는, 도 12 및 도 13에 도시된 유형의 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 15는 다중통과 셀 조립체의 치수적 크기 특성을 나타내기 위한, 질량 유동 제어기와 함께 도시된, 도 14의 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 16은 증착 동작에서 반도체 기재 상의 텅스텐 박막을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 아르곤 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 17은, 다중통과 셀 조립체 감지에 응답하여 시스템 동작을 변조하기 위한 제어 시스템과 관련된, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 이용하는, 반도체 제조 프로세스 시스템의 개략도이다.
도 18은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 19 및 도 20은, 금-코팅된 거울을 이용하고 조립 후에 광학적 정렬을 필요로 하지 않도록 구성된, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 3-D 프린팅된 알루미늄 복합체 구성요소의 사시도이다.
도 21은 도 18 내지 도 20의 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 적외선 공급원의 입면도이다.
도 22는 도 18 내지 도 20의 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 4 채널 검출기의 입면도이다.
도 23은, 모니터링 동작을 위한 셀 내로 기체를 전달하기 위해서 그리고 모니터링된 기체를 셀로부터 방출하기 위해서 이용되는 것과 같은, 유닛에 대한 기체 연결을 도시하는, 다중통과 셀 조립체의 저면 평면도이다.
도 24는 기체 유동 라인이 부착된 그러한 기체 연결의 사시도이다.
도 25는 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 선형 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 26은 도 25의 그래프 내의 데이터를 생성하기 위해서 이용된 동작 조건에 상응하는 동작 조건 하에서, 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 27은 500 sccm의 기체 유량의 아르곤을 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는 1 m 선형 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다.
도 28은 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다.
도 29는 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(22개의 펄스)의 그래프이다.
도 30은 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 농도 계단 측정(concentration staircase measurement) 형태의, 시간의 함수로서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기에 대한 출력 데이터의 그래프이다.
도 2는 본 개시 내용의, 다른 실시예에 따른, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 3은 본 개시 내용의, 또 다른 실시예에 따른, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 4는 본 개시 내용의 또 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 5는 본 개시 내용의 추가적인 실시예에 따른, 면체형(faceted) 반사 표면을 이용하는 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도 6은 본 개시 내용의 또 다른 추가적인 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 분해 사시도이다.
도 7은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 사시도이다.
도 8은 도 7의 하위조립체를 포함하는 다중통과 셀 조립체의 개략적 사시도이다.
도 9는 도 7의 다중통과 셀 하위조립체의 저면 사시도이다.
도 10은 도 9의 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 입면도이다.
도 11은 내부의 기체 유입구 구조물의 상세 부분을 보여주는, 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다.
도 12는, 셀 조립체 커버-장착형 IR 공급원 및 IR 검출기를 특징으로 하는, 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다.
도 13은 도 12의 다중통과 셀 조립체의 입면도이다.
도 14는, 다중통과 셀에 결합된 기체 유입구 라인 및 기체 배출구 라인을 포함하는 기체 유동 회로망을 더 포함하는, 도 12 및 도 13에 도시된 유형의 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 15는 다중통과 셀 조립체의 치수적 크기 특성을 나타내기 위한, 질량 유동 제어기와 함께 도시된, 도 14의 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 16은 증착 동작에서 반도체 기재 상의 텅스텐 박막을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 아르곤 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 17은, 다중통과 셀 조립체 감지에 응답하여 시스템 동작을 변조하기 위한 제어 시스템과 관련된, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 이용하는, 반도체 제조 프로세스 시스템의 개략도이다.
도 18은 본 개시 내용의 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 사시도이다.
도 19 및 도 20은, 금-코팅된 거울을 이용하고 조립 후에 광학적 정렬을 필요로 하지 않도록 구성된, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 3-D 프린팅된 알루미늄 복합체 구성요소의 사시도이다.
도 21은 도 18 내지 도 20의 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 적외선 공급원의 입면도이다.
도 22는 도 18 내지 도 20의 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 4 채널 검출기의 입면도이다.
도 23은, 모니터링 동작을 위한 셀 내로 기체를 전달하기 위해서 그리고 모니터링된 기체를 셀로부터 방출하기 위해서 이용되는 것과 같은, 유닛에 대한 기체 연결을 도시하는, 다중통과 셀 조립체의 저면 평면도이다.
도 24는 기체 유동 라인이 부착된 그러한 기체 연결의 사시도이다.
도 25는 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 선형 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 26은 도 25의 그래프 내의 데이터를 생성하기 위해서 이용된 동작 조건에 상응하는 동작 조건 하에서, 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
도 27은 500 sccm의 기체 유량의 아르곤을 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는 1 m 선형 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다.
도 28은 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다.
도 29는 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(22개의 펄스)의 그래프이다.
도 30은 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 농도 계단 측정(concentration staircase measurement) 형태의, 시간의 함수로서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기에 대한 출력 데이터의 그래프이다.
본 개시 내용은, 고효율 및 소형 구성의 다중통과 셀 조립체를 이용하여 연장된 경로의 유체의 광학적 모니터링을 달성하는, 모니터링 기구 및 방법에 관한 것이다.
하나의 양태에서, 개시 내용은 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체에 관한 것이고, 그러한 조립체는:
다중통과 광학적 반사 챔버를 형성하는 궁형 외접 부재로서, 충돌 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하는, 궁형 연장부를 따른 내향 대면 반사 표면을 포함하는, 궁형 외접 부재;
광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 궁형 외접 부재의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 궁형 외접 부재의 반사 표면으로부터 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하게 구성된 유체 유입구; 및
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 이후에 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출시키도록 구성된 유체 배출구를 포함한다.
그러한 다중통과 셀 조립체의 특정 배열체에서, 반사 표면은 궁형 외접 부재의 궁형 연장부를 따라서 복수의 거울을 포함할 수 있다. 이러한 배열체에서, 궁형 외접 부재는, 복수의 거울의 각각의 거울이 내부에 장착되는, 수용 개구부를 내부에 포함하는 궁형 외접 지지부를 포함할 수 있다. 거울은 포물선형 거울을 포함할 수 있거나, 다른 형상 또는 형태일 수 있다.
특정 실시예에서 궁형 외접 부재는 원통형 벽 부재를 포함할 수 있고, 예를 들어, 원통형 벽 부재는 내향 대면 반사 표면을 포함하는 반사 내부 벽 표면을 포함한다. 대안적으로, 궁형 외접 부재는 내향 대면 반사 표면을 포함하는 면체형 또는 단편화된 내부 표면을 포함할 수 있다.
여러 실시예에서, 다중통과 셀 조립체는, 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸기 위해서 궁형 외접 부재와 협력적으로 결합되는 커버 부재 및 바닥 부재를 더 포함할 수 있다.
이러한 커버 부재 및 바닥 부재가 내부 광-반사 표면을 포함할 수 있고, 그에 따라 셀 자체가 광학적 반사 효율을 최대화하기 위한 광 도파관의 방식으로 기능한다.
특정 배열체에서, 다중통과 셀 조립체의 유체 유입구가 바닥 부재 내에서 적어도 하나의 유체 유입구 포트를 포함할 수 있고, 특정 실시예에서, 셀 조립체는, 하위조립체를 통해서 유동되는 유체 스트림의 균일성을 달성하기 위해서, 둘 이상의 그러한 유체 유입구 포트를 포함할 수 있다.
유사한 방식으로, 유체 배출구가 바닥 부재 내에서 적어도 하나의 유체 배출구 포트를 포함할 수 있고, 바닥 부재가 유체 유입구 포트를 포함할 때, 셀 조립체 내의 유체 단락 또는 다른 불균일한 또는 비정상적인 거동을 방지하기 위해서, 유체 배출구 포트가 유체 유입구로부터 횡방향으로 이격될 수 있다.
다중통과 셀 조립체 내의 광 입력 구조물은, 입사 광을 셀 조립체의 다중통과 광학적 반사 챔버 내로 도입하기 위해서, 광원의 내부 배치를 허용하도록 구성되거나 대안적으로 광원에 광학적으로 결합되도록 구성된 광 유입구 포트를 포함할 수 있다.
유사한 방식으로, 다중통과 셀 조립체 내의 광 출력 구조물은 출력 광 검출기의 내부 배치를 수용하도록 구성되거나 대안적으로 출력 광 검출기에 광학적으로 결합되도록 구성되는 광 배출구 포트를 포함할 수 있다.
다중통과 셀 조립체에서, 광학적 반사 챔버로 도입되는 광의 특정의 다중통과의 정도를 달성하기 위해서, 그에 따라 광학적 반사 챔버의 광 입력 및 광 출력이 다중통과 셀 조립체가 이용되는 특정 적용예를 위한 필요 경로 길이를 달성하기 위해서, 광 입력 포트와 광 출력 포트의 서로에 대한 상대적인 위치들이 바람직하게 배열된다. 각각의 광 입력 포트 및 광 출력 포트의 서로에 대한 상대적인 위치들은 본 개시 내용의 넓은 실시에서 광범위하게 변경될 수 있다.
일부 실시예에서, 30° 내지 90° 범위의 협각을 사이에 형성하도록, 광 입력 포트 및 광 출력 포트를 서로에 대해서 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 일부 실시예에서, 35° 내지 75° 범위의 협각을 사이에 형성하도록, 광 입력 포트 및 광 출력 포트를 서로에 대해서 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 다중통과 셀 조립체의 특정 구현예를 위한 적합한 배열을 제공하기 위해서, 본원의 개시 내용을 기초로, 입력 포트 및 출력 포트의 최적의 배치가 당업계의 기술로서 용이하게 결정될 수 있을 것임을 이해할 수 있을 것이다.
다중통과 셀 조립체는 임의의 적합한 구성의 물질로 제조될 수 있고, 다중통과 셀 조립체의 광학적 반사 챔버를 통해서 유동되는 유체 스트림의 특정 특성 및 조성에 따라서, 예를 들어, 금속, 세라믹, 합금, 중합체, 또는 복합 물질을 포함할 수 있는데, 이는 다중통과 셀 조립체의 구성 물질이 유체 스트림과 비-반응적인 것이 바람직하기 때문이다. 일부 적용예에서, 셀 조립체의 동작의 등온성을 촉진하기 위해서, 큰 열 용량을 가지는 물질로 다중통과 셀 조립체 또는 그 하위조립체를 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 다중통과 셀 조립체의 희망 성능 거동을 달성하기 위해서, 특정 구성 물질의 선택이 물질의 열적, 물리적, 화학적 및/또는 광학적 특성을 기초로 할 수 있다. 여러 실시예에서, 사용시에 셀 조립체의 등온적 동작을 돕기 위해서, 궁형 외접 부재가 알루미늄 복합 물질로 제조된다.
특정 실시예에서, 셀 조립체의 경제적인 제조를 돕기 위해서, 다중통과 셀 조립체의 궁형 외접 부재가 몰딩된 또는 미세-가공된 부재 또는 3-D 프린팅된 부재를 포함할 수 있다. 더 일반적으로, 임의의 적합한 제조 방법이 이용될 수 있다.
본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 반사 표면 구성요소인 거울은 특정 기체 모니터링 적용예에서의 그러한 조립체의 기능 및 동작에 적합한 임의의 적절한 유형일 수 있다. 일부 실시예에서, 다중통과 셀 조립체의 반사 표면은 궁형 외접 부재의 궁형 연장부를 따라서 복수의 거울을 포함하고, 각각의 거울은 금 코팅 반사 표면이 예를 들어 증착 기술에 의해서 피착되는 석영 거울 기재를 포함한다.
다중통과 셀 조립체의 광 입력 구조물은 조립체의 궁형 외접 부재 내의 광 입력 포트를 포함하고, 광원은 그러한 광 입력 포트 내에 배치되거나 그에 광학적으로 결합될 수 있다. 광원은 임의의 적합한 특성을 가질 수 있고, 특정 구현예에서 적외선 광원, UV 광원, 가시광 광원, 또는 특정 희망 스펙트럼 특성의 다른 광원을 포함할 수 있다. 광원은 바람직하게 시준된 광을 광학적 반사 챔버에 제공한다.
유사하게, 광 출력 구조물은 광 출력 포트 및 궁형 외접 부재를 포함할 수 있고, 광 검출기가 광 출력 포트 내에 배치되거나 그에 광학적으로 결합될 수 있다.
여러 특정 실시예에서, 다중통과 하위조립체는, 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸기 위해서 궁형 외접 부재와 협력적으로 결합되는 커버 부재 및 바닥 부재를 더 포함할 수 있다. 바닥 부재는 궁형 외접 부재와 일체로 형성될 수 있거나, 대안적으로 바닥 부재는, 예를 들어, 상승가공(raising), 용접, 접착 접합, 기계적 체결, 또는 다른 적합한 기술에 의해서, 궁형 외접 부재에 고정되는 별개의 부재로 초기에 형성될 수 있다. 유사하게, 커버 부재는 임의의 적합한 방식으로 궁형 외접 부재와 협력적으로 결합될 수 있고, 궁형 외접 부재에 기계적으로 체결되는 탈착 가능한 커버의 형태를 취할 수 있다.
특별한 배열체에서, 커버 부재 및 바닥 부재를 포함하는 셀 조립체는 커버 부재 상에 장착되고 광 입력 구조물에 광학적으로 결합되는 광원, 및 커버 부재 상에 장착되고 광 출력 구조물에 광학적으로 결합되는 광 검출기를 더 포함할 수 있다. 그러한 배열체는 서비스, 교체 등을 위해서 광원 및 광 검출기 하위조립체에 용이하게 접근할 수 있게 한다.
특정 구현예에서 광원이 적외선 광원을 포함할 수 있고, 상응하는 광 검출기는 적외선 광 검출기, 예를 들어, 다중-채널 적외선 광 검출기를 포함할 수 있다. (공급원은 광대역 또는 특정 에너지 밴드일 수 있다). 그러한 적외선 광 검출기는, 셀 조립체를 통한 유체 스트림의 통과와 관련하여, 유체 스트림 또는 그 성분의 특성화 또는 분석을 위한 적절한 신호 또는 신호들을 출력하기 위해서, 적절한 필터 그리고 감지 및 신호 프로세싱 구성요소를 포함할 수 있다.
여러 구현예에서, 다중통과 셀 조립체는, 특정 희망 치수 범위의 광 경로 길이, 예를 들어, 0.5 내지 10 미터 범위의 광 경로 길이, 또는 0.5 내지 5 미터 범위의 광 경로 길이, 또는 다른 치수적 특성의 광 경로 길이를 제공하도록 구성된 다중통과 광학적 반사 챔버를 포함할 수 있다.
다중통과 광학적 반사 챔버에서, 입력된 광이 지향적으로 도입될 수 있고, 다중통과된 광이 광학적 반사 챔버의 외부로 지향적으로 전달될 수 있으며, 그에 따라 챔버 내의 광의 반사된 통과는 특정의 수치적 특성을 갖는다. 광이 전체적인 연속적 반사의 적합한 수를 위한 연속적인 통과로 궁형 외접 부재의 반사 표면과 충돌하도록 광 경로 단편이 현 모양의 특성(chordal character)을 가지는 광학적 반사 챔버에 횡방향인 다중통과를 달성하기 위해서, 광 통과는 유리하게 비-직경적이고(non-diametral), 즉 원형-형상의 광학적 반사 챔버 내에서 광학적 반사 챔버의 광 입력 포트로부터 광 출력 포트까지 직선 직경적 방식의 직접적인 선형이 아니다.
따라서, 여러 실시예에서, 궁형 외접 부재는 원통형 부재를 포함할 수 있고, 광 입력 구조물 및 광 출력 구조물은 광학적 반사 챔버 내에서 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성될 수 있으며, 광의 다중통과 광학적 반사는 광학적 반사 챔버 내에서 10 내지 50번의 비-직경적 현 모양의 광 반사를 포함한다.
다른 실시예에서, 광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 15 내지 40번의 비-직경적 현 모양 광 반사를 포함하도록, 다중통과 셀 조립체가 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 18 내지 30번의 비-직경적 현 모양 광 반사를 포함하도록, 다중통과 셀 조립체가 구성될 수 있다. 임의의 다른 반사의 수가 다중통과 셀 조립체의 적절한 구성에 의해서 이용될 수 있다.
다른 양태에서, 개시 내용은 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체에 관한 것이고, 그러한 조립체는:
다중통과 광학적 반사 챔버에 외접하여 이를 형성하는 원통형 벽 부재로서, 외주방향으로 이격된 개구부들을 내부에 포함하는, 원통형 벽 부재;
외주방향으로 이격된 개구부 내의 거울로서, 내향 대면되고 다중통과 광학적 반사 챔버 내에서 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성되는, 거울;
광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 하나 이상의 거울의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
원통형 벽 부재와 협력적으로 결합되어 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸는 바닥 부재 및 커버 부재;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록, 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하게 구성된 유체 유입구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 유입구 포트를 포함하는, 유체 유입구;
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 후에, 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출하도록 구성된 유체 배출구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 배출구 포트를 포함하는, 유체 배출구;
커버 부재 상에 장착되고 광 입력 구조물에 광학적으로 결합되는 광원; 및
커버 부재 상에 장착되고 광 출력 구조물에 광학적으로 결합되는 광 검출기를 포함한다.
광학적 반사 챔버 내에서 입력된 복사선과 관심 대상의 유체의 연장된 경로 길이의 상호 작용을 위한 효율적인 다중통과 광학적 반사를 달성하기 위해서, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 구조 및 동작이 광범위하게 변경될 수 있다는 것을 전술한 내용으로부터 이해할 수 있을 것이다.
추가적인 양태에서, 개시 내용은 유체 프로세싱 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은:
유체 스트림을 이용하거나 생성하는 프로세스 도구; 및
다중통과 광학적 반사 챔버 내의 다중통과 광과의 상호 작용을 위한, 다중통과 광학적 반사 챔버를 통한 유체 유입구로부터 유체 배출구로의 유체 스트림의 유동을 위해서 구성된, 본원에서 다양하게 설명된 바와 같은, 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체를 포함한다.
그러한 유체 프로세싱 시스템에서의 프로세스 도구는, 다중통과 셀 조립체에 의해서 모니터링되는 유체 스트림을 이용 또는 생성하기 위해서 이용되는 것과 같은, 임의의 적합한 유형일 수 있다.
하나의 특정 구현예에서, 프로세스 도구는 금속, 예를 들어 텅스텐을 상응하는 금속 전구체, 예를 들어 텅스텐 전구체로부터 반도체 기재 상에 피착하도록, 그리고 미반응 전구체, 예를 들어 미반응 텅스텐 전구체, 또는 미반응 텅스텐 전구체 및 증착 동작으로부터 초래된 텅스텐 전구체의 증착 부산물을 포함하는 유체 스트림을 생성하도록 구성된 반도체 제조 도구, 예를 들어, 증착 도구를 포함한다. 그러한 목적을 위한 금속 전구체가 임의의 적합한 유형일 수 있고, 여러 특정 실시예에서, 금속 카르보닐 전구체 화합물, 예를 들어, 텅스텐 카르보닐 전구체 화합물을 포함할 수 있다.
개시 내용의 추가적인 양태는 유체 스트림의 모니터링 방법에 관한 것으로서, 그러한 방법은, 다중통과된 광 출력을 생성하기 위해서, 본원에서 다양하게 설명된 바와 같은, 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 통해서 유체 스트림을 유동시키는 단계, 및 유체 스트림을 특성화 또는 분석하기 위해서 다중통과된 광 출력을 프로세스하는 단계를 포함한다.
그러한 방법에서 이용되는 광이 임의의 적합한 유형일 수 있고, 특정 실시예에서, 전술한 광 스펙트럼의 조합을 포함하여, 자외선 광, 가시광, 적외선 광, 또는 희망 스펙트럼 특성의 다른 광을 포함할 수 있다. 유체 스트림을 특성화 또는 분석하기 위해서 다중통과 광 출력을 프로세스하는 단계는 그러한 목적에 효과적인 임의의 적합한 동작을 포함할 수 있다.
예를 들어, 프로세스하는 단계는, 유체 스트림의 화학적 조성을 분석하기 위해서, 광을 필터링 하는 것 그리고 결과적인 필터링된 광을 열전퇴성 검출 요소 상에 충돌시키는 것을 포함할 수 있다. 유체 스트림은 반도체 제조 동작 내로, 예를 들어, 텅스텐 카르보닐 전구체의 전구체 증기로부터 텅스텐 금속 및 텅스텐 질화물 중 적어도 하나를 피착시키기 위한 반도체 기재 상에서의 박막 피착을 포함하는 증착 내로 도입되는 반응물, 또는 반도체 제조 동작으로부터의 유출물을 포함할 수 있다. 방법은 예를 들어, 반도체 제조 동작의 하나 이상의 프로세스 조건을 제어하기 위해서 및/또는 반도체 제조 동작의 종료에 대한 종료점을 결정하기 위해서, 증착 챔버로 전달되는 전구체의, 또는 그로부터 방출되는 프로세스 유출물의 화학적 농도 및/또는 조성을 분석하는 것으로 실시될 수 있다.
전술한 내용으로부터, 상응하는 매우 다양한 유체 스트림의 모니터링을 달성하기 위해서, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체가 넓은 범위의 다양한 방식으로 구성되고 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 유체가 기체를 포함할 수 있고, 기체라는 용어는 증기를 포함하는 것으로 넓게 해석된다. 대안적으로, 유체가 액체, 또는 기체/액체, 또는 증기/액체의 다중 상 유체를 포함할 수 있다. 또한, 유체는, 상류 유체 프로세싱 동작에서의 유체의 화학적 반응 또는 분해로부터 초래되는 바와 같은, 현탁된 또는 혼입된 고체, 예를 들어 입자 오염물질 또는 성분을 유체 스트림 내에 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 17을 참조하여 개시 내용의 장점 및 특징을 더 설명한다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은, 본 개시 내용의, 일 실시예에서의, 다중통과 셀 조립체(100)의 단순화된 개략적 상면 평면도이다.
도시된 바와 같이, 다중통과 셀 조립체(100)는 주 본체(317), 및 궁형 외접 부재(200)를 포함하고, 그러한 궁형 외접 부재(200)는 주 본체와 일체로 형성될 수 있거나, 대안적으로 별개로 형성되고 주 본체에 고정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 궁형 외접 부재는, 궁형 외접 부재(200)에 의해서 외접되는 다중통과 광학적 반사 챔버(318)를 형성하는, 원통형 형태의 지지 벽 부재(210)를 포함하는, 원통형 형태이다. 이러한 실시예에서, 궁형 외접 부재는 원통형 특성을 가지나, 다른 실시예에서, 광학적 반사 챔버 주위로 완전한 외주방향 연장에 못미치게 연장되는 궁형 외접 부재가 이용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
도시된 바와 같은 궁형 외접 부재는, 외접 부재(200)의 궁형 연장부를 따라서 내향 대면 반사 표면(319)을 제공하기 위해서, 지지 벽 부재(210) 상에서 거울 층(300)을 갖는다. 광학적 반사 챔버는, 다중통과 셀 조립체에 의해서 실시되는 특정 광전자 모니터링 동작에 적절한 임의의 적합한 치수적 특성을 가질 수 있는 직경(314)을 갖는다.
도 1의 다중통과 셀 조립체는, 입력 광 각도(315)로 도입되는 입력 광 빔의 광학적 반사 챔버로의 입력을 위해서 구성될 수 있는 광 입력 포트(220)를 포함하는 광 입력 구조물(214)을 포함한다. 도시된 바와 같이, 입력 광 빔(332)은 광 입력 포트(220)로부터 내향 대면 반사 표면(319)로 전달되고, 그 후에 연속적으로 반사되어 다중-통과(반사된) 광 빔(336)을 제공한다. 그러한 방식으로, 다중통과된 광은 광 출력 포트(222)를 포함하는 광 출력 구조물(216)을 통해서 출력 광 빔(330)으로서 출력된다. 광 출력 구조물의 구성에 의해서 결정되는 출력 광 각도(316)로 광학적 반사 챔버의 외부로 광의 출력이 전달되도록, 출력 광 구조물이 구성될 수 있다.
그에 따라, 궁형 외접 부재(200)는 다중통과 광학적 반사 챔버(318)를 형성하고, 궁형 외접 부재는 충돌 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하는, 궁형 연장부를 따른 내향 대면 반사 표면(319)을 포함한다.
광원(도 1에 미도시)으로부터의 광을 궁형 외접 부재의 반사 표면으로 지향시키도록, 그에 따라 광의 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버(318) 내에서 생성되도록, 광 입력 구조물(214)이 구성된다. 예를 들어, 광검출기 또는 다른 광학적 프로세싱 구성요소(도 1에 미도시)로의 통과에 의한 검출 및 프로세싱을 위해서 다중통과 광을 궁형 외접 부재(200)의 반사 표면으로부터 광학적 반사 챔버(318)의 외부로 지향시키도록 광 출력 구조물이 구성된다.
도 1의 다중통과 셀 조립체(100)는, 각각, 유체가 다중통과 광학적 반사 챔버 내의 다중통과 광과 상호 작용하도록 유체를 다중통과 광학적 반사 챔버에 도입하기 위한 그리고 내부의 다중통과 광과의 상호 작용 후에 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출하기 위한 역할을 하는 적합한 유체 유입구 및 유체 배출구 구조물(명료함을 위해서 도 1에 미도시)을 부가적으로 구비한다. 그러한 유체 유입구 구조물 및 배출구 구조물은 임의의 적합한 유형일 수 있고, 광학적 반사 챔버의 커버 내에, 광학적 반사 챔버의 바닥 내에, 궁형 외접 부재 내의 포트를 통해서 존재할 수 있거나, 광학적 반사 챔버 내의 유체와 광의 상호 작용을 위해서, 유체 진입 및 진출이 이루어질 수 있도록 달리 제공될 수 있다.
다중통과 셀 조립체의 광학적 반사 챔버 내의 다중 반사의 합계 효과는 증가된 측정 감도를 달성하기 위해서 샘플 경로 길이를 연장시키는 것이다. 광학적 반사 챔버의 직경(314)을 상응하게 증가 또는 감소시키는 것에 의해서, 및/또는 진입 각도(315) 및 셀 조립체로부터의 출력 각도(316)에 의해서 결정되는 바와 같은, 내부 반사의 수를 증가 또는 감소시키는 것에 의해서, 경로 길이가 증가 또는 감소될 수 있다.
그에 따라, 셀 조립체는 기체 모니터링 셀을 위한 소형의 그리고 비용-효과적인 설계를 제공한다. 특정 실시예에서 그러한 설계에 의해서 제공되는 내부 경로 길이가 0.5 m 내지 10 m 범위일 수 있다. 그러한 범위를 벗어난 경로 길이가 이용될 수 있으나, 특정 구현예에서 크기 및 공간 요건에 의해서 제한될 수 있고, 관심 대상의 특정 스펙트럼 영역에 따라서, 짧은 경로 길이가 너무 짧아져서 특정 유형의 공급원 및 검출기를 수용하지 못할 수 있다. 긴 경로 길이는, 특별한 적용예에서 희망하는 것 보다 물리적으로 더 큰 셀 치수 및 부피를 필요로 할 수 있다. 특정 적용예에 적합한 범위 내의 경로 길이는, 본원의 개시 내용을 기초로, 모델링 또는 실험적 테스팅에 의해서 용이하게 결정될 수 있다. 여러 실시예에서, 소형 크기 및 내부 샘플 부피로 적절한 감도를 달성하기 위해서, 0.5 m 내지 5 m의 경로 길이가 이용될 수 있다. 여러 실시예에서 샘플 부피(즉, 광학적 반사 챔버의 부피)가 10 mL 내지 200 mL의 범위일 수 있으나, 그러한 범위 보다 더 크거나 작은 샘플 부피가 다른 실시예에서 유용하게 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 셀 조립체가 주 본체(317)를 구성하는 적합한 물질의 블록으로부터 구성될 수 있고, 광학적 반사 챔버(318)를 형성하기 위해서 공동이 원형 횡단면 섹션으로 절삭될 수 있다. 블록은 금속, 세라믹, 중합체, 물질의 화합물 등과 같은 임의의 적합한 구성 물질로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 그러한 원형 횡단면 섹션 광학적 반사 챔버를 경계 짓는 벽의 표면을 폴리싱하여, 내향 대면 반사 표면(319)을 제공하기 위한 거울 품질로 마감할 수 있다. 표시된 바와 같이 일체로 형성된 벽 부재(210)의 층일 수 있는, 거울 층(300)을 가지는 궁형 외접 부재(200)에 의해서 그리고 상단부 판 및 하단부 판에 의해서 경계 지어지는 원형 횡단면 섹션 공동을 제공하기 위해서, 상단부 판 및 하단부 판이 부가될 수 있다. 상단부 판 및 하단부 판이 또한 거울 폴리싱되어, 광 도관으로서 거동할 뿐만 아니라 연장된 광학적 경로 길이를 생성하는데 필요한 다중 반사를 생성하는 공동을 제공할 수 있다.
광 입력 구조물 및 광 출력 구조물의 배치 및 위치결정과 관련하여, 다중통과 셀 조립체의 여러 구성이 가능하다.
도 2는 본 개시 내용의, 다른 실시예에 따른, 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이다. 도 2의 다중통과 셀 조립체의 상응하는 부품 및 요소의 참조 번호에는 도 1의 동일한 부품 및 요소와 상응하게 번호를 부여하였다. 도 1의 다중통과 셀 조립체는, 예를 들어, 60 내지 75°의 각도 만큼 서로로부터 외주방향으로 이격된 입력 광 구조물(214) 및 출력 광 구조물(216)을 각각 포함한다. 대조적으로, 도 2의 다중통과 광 조립체 내의 입력 광 구조물(214) 및 출력 광 구조물(216)은 서로 밀접하게 근접하여 배치되고, 약 30 내지 45°일 수 있는 각도 만큼 외주방향으로 이격된다.
도 3은 또 다른 추가적인 실시예에 따른 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 단순화된 개략적 상면 평면도이며, 여기에서 부품 및 요소에 대해서는 도 1의 부품 및 요소의 번호와 상응하게 번호를 부여하였다. 도 3의 다중통과 셀 조립체에서, 광 입력 구조물 및 출력 구조물은 유사하게 근접하고, 광 입력 구조물(214)은 광 출력 구조물(216)의 광 출력 통로와 교차되는 연관된 광 입력 통로를 갖는다.
도 4는 개시 내용의 또 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이며, 여기에서 부품 및 요소에 대해서는 도 1의 부품 및 요소에 상응하게 번호를 부여하였다. 도 4의 다중통과 셀 조립체에서, 광원 요소(340)가 광 입력 구조물(214)의 광 입력 포트(220) 내에 배치되고, 광 검출기 요소(342)는 광 출력 구조물(216)의 광 출력 포트(222) 내에 배치된다. 이러한 실시예의 특정 구현예에서, 20번의 다중통과 반사가 생성되어 1 m의 경로 길이를 제공할 수 있다.
도 5는 개시 내용의 추가적인 실시예에 따른, 면체형 반사 표면을 이용하는 다중통과 셀 배열체의 단순화된 개략적 상면 평면도이며, 여기에서 상응하는 부품 및 요소에 대해서는 도 1의 부품 및 요소에 상응하게 번호를 부여하였다. 이러한 실시예에서, 광학적 반사 챔버(318)를 경계 짓는 내향 대면 반사 표면(319)은 면체형 벽 표면에 의해서 구성되고, 광원(340) 및 광 검출기(342)가 이용된다. 예시적인 예로서, 특정 실시예의 그러한 시스템은 광학적 반사 챔버 내에서 21 번의 반사를 제공하여 1.03 m의 상응하는 경로 길이를 생성하도록 구성될 수 있다.
도 1 내지 도 5의 전술한 실시예에서, 광학적 반사 챔버의 벽 표면으로부터의 반사의 수는 공급원 복사선을 입력하기 위해서 이용되는 각도에 의해서 제어된다. 셀의 전체 경로 길이는 반사 횟수 곱하기 내부 공동의 직경에 의해서 지배되고, 내부 공동의 높이는 공급원 복사선의 치수 및 셀로부터의 탈출 지점에서의 복사선의 빔의 기하형태와 양립 가능하도록 설정된다. 특정 실시예에서, 포커싱 렌즈를 포함하는, 보조 광학기기의 제공에 의해서 특정 유형의 기기와 인터페이싱(interfacing)하도록, 빔 기하형태가 구성될 수 있다.
다중통과 셀 조립체의 전체 크기가 광범위하게 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 셀을 미세-가공하여 축소화된 또는 작은-축척의 기체 샘플링 시스템을 제공할 수 있다. 그러한 경우에, 미크론 또는 미크론 이하의 크기의 매우 시준된(highly collimated), 미세-횡단면 빔을 생성하는 광원 구성요소가 이용될 것이다. 여러 구현예에서 다중통과 셀 조립체는 집적 회로 칩 상의 스펙트럼 기체 측정 시스템을 위해서 이용될 수 있거나, 또는 작은-축척의 또는 나노-규모의 구현예를 위해서 달리 이용될 수 있다.
도 6은 본 개시 내용의 또 다른 추가적인 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 분해 사시도이다. 도 6의 다중통과 셀 조립체에서, 도 1 내지 도 5에서 예시적으로 설명된 부품 및 요소에 대한 상응하는 부품 및 요소에는 상응하게 번호를 부여하였다.
도 6의 조립체는 광학적 반사 챔버와 외접하는 도금된 거울 표면(319)을 특징으로 하는 공동 본체(317)를 포함한다. 챔버에는 또한 O-링 밀봉 요소(721)가 외접되어, 광학적 반사 공동과 상단부 커버(402)의 누출-방지 밀봉을 달성한다. 유사한 O-링 밀봉 요소(도 6에 미도시)가 챔버의 하단부 부분에 제공되어, 광학적 반사 공동과 하단부 커버(404)를 누출-방지 밀봉한다.
공동 본체(317)는 상단부 커버(402)를 제 위치에서 고정하는 쇼울더 볼트(410, 412, 414), 및 하단부 커버(404)를 제 위치에서 고정하는 쇼울더 볼트(416 및 418)를 수용하기 위한 길이방향으로 연장되는 기계적 체결부 개구부를 구비한다. 블록은 광원(도 6에 미도시)으로부터의 광 입력을 수용하는 입력 포트(220)를 구비하고, 블록은 또한 광 검출기(도 6에 미도시)로의 광 출력을 수용하기 위한 광 출력 포트(222)를 포함한다.
도 6의 다중통과 셀 조립체의 상단부 커버(402)는 폴리싱된 도금 표면(720)을 구비하고, 유사하게 하단부 커버(404)는 폴리싱된 도금 표면(728)을 구비하며, 그에 따라 상단부 커버 및 하단부 커버 그리고 광학적 반사 공동의 도금된 거울 표면(319)에 의해서 경계 지어진 광학적 반사 공동의 광학적 반사 특성을 향상시킨다.
도 6의 조립체에서, 유입구(406) 내에서, 내부의 광과의 상호 작용을 위해서 광학적 반사 챔버로 유체의 도입을, 그리고 광학적 반사 챔버 내의 다중통과 광과 유체의 상호 작용 이후에, 배출구(408)에서, 유체의 방출을 제공하기 위해서, 유체 유입구(406) 및 유체 배출구(408)가 상단부 커버 내에 제공된다.
기체 및 증기의, 그리고 액체 및 액체/기체 그리고 액체/증기 물질, 및 고체/증기 물질을 포함하는 다른 유체의 측정 및/또는 특성화를 위해서, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체가 이용될 수 있다. 유체와 상호 작용하는 광의 스펙트럼 영역이 전자기적 복사선 스펙트럼 내의 임의의 적합한 파장 범위 또는 특정 파장일 수 있다. 특정 적용예에서, 유체의 측정 및/또는 특성화를 위해서 이용되는 광은, 특정 물질, 예를 들어, 유체들 또는 유체 성분들의 검출 또는 특성화를 위한 상이한 유형들의 복사선의 혼합을 포함하여, 자외선 광, 가시광, 근적외선 광, 적외선, 중적외선, 또는 다른 특정 스펙트럼 체제 또는 파장 범위일 수 있다.
본 개시 내용의 다중통과 하위조립체에 대해서 고려되는 적용예는 광범위한 다양한 유형을 갖는다. 예를 들어, 그러한 유형의 조립체는, 물 샘플 내의 유기 물질의 낮은 농도의 검출 및 모니터링을 포함하는, UV 및 가시광 스펙트럼 영역 내의 낮은 레벨의 발색단(chromophore)의 측정을 위해서 이용될 수 있다. 예를 들어 약 5 cm 내지 20 cm 또는 그 초과일 수 있는 경로 길이를 이용하는, 짧은 파동의 근적외선 측정에 의해서 액체 조성물이 모니터링될 수 있다.
조립체의 광학적 반사 챔버는, 셀의 축을 따른 길이방향 여기(excitation)로, 낮은 레벨의 형광, 인광 또는 화학적 발광을 측정하기 위해서 이용될 수 있다. 액체 적용예에서, 광학적 반사 챔버는, 예를 들어, 관심 대상 유체가 금속 물질을 손상, 오염 또는 공격하지 않는 적용예를 위해서 이용되는 폴리싱된 금속 벽 공동으로서 구성될 수 있다. 금속 구성 물질과 상호 작용할 수 있는 가능성을 가지는 유체를 이용하는 적용예에서, 광학적 반사 챔버가 중합체, 유리, 또는 석영 물질로 형성될 수 있거나, 적절한 반사도를 제공하면서 동시에 하부 금속을 공격으로부터 보호하기 위해서, 셀의 외부 벽 상에서 반사 표면 물질로 코팅될 수 있다.
광학적 반사 챔버가 원통형 챔버로서, 또는 관형 챔버로서 구성될 수 있거나, 특정 유체의 모니터링을 위한 연장된 경로 길이를 달성하기 위한 챔버의 다중통과 동작을 수용하는, 특정 적용예에 적합한 다른 방식으로 구성될 수 있다.
그에 따라, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체는, 흡수를 포함하는, 유체와 광의 상호 작용을 위해서 뿐만 아니라, 다른 형태의 광학적 분광법을 위해서 이용될 수 있다. 셀 조립체는, 폴리싱되고 대체로 수직으로 연장되는 표면으로 그리고 전반사 공동을 형성하기 위해서 편평한 폴리싱된 표면에 의해서 밀봉된 그 상단부 및 하단부로 형성된 공동을 이용할 수 있다. 광이 수직 연장 표면 내의 원형 횡단면 개구를 통해서 공동 내로 도입될 수 있고, 그에 따라 광이 공동을 가로질러 대향 표면으로 지향되며, 공동의 둘러싸는 수직 반사 표면으로부터 다중 반사의 연속적인 경로를 시작하기 위해서, 광이 유입 광 빔의 각도와 상이한 각도로 벽으로부터 반사되도록 입사 각이 결정되고, 광은 최종적으로 수직 연장 표면 내의 제2 개구의 공동을 빠져 나간다. 광/복사선은 공동 내의 다중 반사 중에 유체 샘플과 상호 작용하고, 효과적인 경로 길이는 공동 내의 전체 벽-대-벽 반사의 수 및 연속적인 반사들 사이에서 이동되는 거리에 의해서 결정되며, 그러한 이동 거리는 다시 공동 내의 대향 표면들 사이의 거리 그리고 각각의 광/복사선 입력 및 출력 개구의 입력 및 탈출 각도에 의해서 지배된다.
공동은, 광/복사선이 반사되는 원통형 외접 표면에 의해서 형성되는 내부 반사 면적을 구성하는 원형 횡단면 챔버의 형태로 제공될 수 있다. 전술한 바와 같이, 공동은 셀 공동의 각각의 상단부 및 하단부 극단에서 판과 같은 연속적이고, 평면형인 반사 표면에 의해서 둘러싸일 수 있다.
각각의 광원 장치 및 검출기 장치를 수용하기 위한 각각의 원형 횡단면 섹션 개구부를 제공하기 위해서, 광원 및 광 검출기 구성요소를 위한 각각의 개구가 셀의 벽 내로 가공되거나 드릴 가공될 수 있거나, 대안적으로, 광 유입구 개구 및 배출구 개구를 각각의 공급원 장치 및 검출기 장치와 광학적으로 결합시키는 거울, 광섬유 어레이, 또는 다른 구성요소가 이용될 수 있다. 개구는, 광학적 반사 공동으로 입력되는 광 빔 또는 광학적 반사 공동으로부터 출력되는 광 빔의 초기 직경을 형성하기 위한 적절한 치수적 특성을 가질 수 있다. 광 입력 빔 및 광 출력 빔의 직경들은, 셀 내의 빔의 발산 또는 수렴의 정도에 따라서, 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
셀의 공칭 또는 평균 경로 길이는 셀의 기저부에 대한, 수평 평면 내의, 셀의 벽 내의 입력 개구와 출력 개구 사이의 상대적인 각도, 및 셀의 원통형 횡단면 섹션에 걸친 직경에 의해서 결정된다. 공동 내의 대향 벽 표면들의 평행관계(parallelism)를 이용하여 셀 내의 최적의 반사 기하형태를 보장한다. 셀의 상단부 및 하단부 포위 부재의 반사적인 내부 표면은 광 빔의 수직 편차를 보정하는데 있어서 그리고 셀 내에서 광 도파관-유사 구조물을 형성하는데 있어서 도움을 준다.
셀은 셀 내에서 모니터링되는 물질(예를 들어, 기체, 증기, 액체, 등)의 입력 및 출력을 위한 둘 이상의 포트를 구비할 수 있다. 포트는, 셀의 그러한 구조적 구성요소 내에 가공될 수 있는 개구부로서, 상단부 판 및/또는 하단부 판 내에(또는 측벽 내에) 위치될 수 있다. 적합한 탄성중합체 조성물로 이루어진 O-링에 의해서 제공되는 것과 같은 연속적인 밀봉 또는 다른 형태의 기계적 밀봉을 이용하여 광학적 반사 공동의 유밀-특성을 달성할 수 있다. 예를 들어, 그러한 상단부 판 및 하단부 판에 의해서 경계 지어지는 공동의 밀봉을 위해서, 그러한 유형의 O-링을 수용하기 위한, 홈 또는 함몰부가 셀의 주 본체 부분 내에 절삭될 수 있다. 셀 내의 유체의 진공, 대기압, 또는 대기압 이하의 압력을 지원하기 위해서, 적절한 특성의 밀봉이 이용될 수 있다.
광학적 반사 공동의 외접 벽이 공동의 원형 횡단면을 형성하는 가공된 또는 몰딩된 연속적인 표면을 포함할 수 있다. 대안적으로, 공동 내의 다중통과 광 전달을 위한 적절한 반사(/포커싱) 표면을 제공하기 위해서, 반사적 벽 표면이 면체형이 되거나, 단편형이 되거나, 달리 성형될 수 있다. 반사된 빔의 적절한 발산 또는 수렴의 정도를 제공하도록, 표면이 가공되거나 달리 구성될 수 있다. 빔이 출력 구조물의 탈출 개구를 통해서 면 표면으로부터의 반사로서 탈출할 때까지, 유입 광이 외접 벽의 대향 면체형 면적의 중심을 타격하도록, 그에 따라 빔이 다중면체형 벽의 면으로부터 면까지 복수로 내부적으로 반사되도록, 광 입력 구조물이 구성될 수 있다.
광 입력 구조물은 복사선의 시준된 빔을 광학적 반사 공동에 제공하도록 구성될 수 있고, 내부 반사 벽 표면의 기하형태에 따라서, 탈출 빔은 시준된 특성 또는 거의 시준된 특성을 갖는다. 셀은 임의의 적합한 검출/분석 기기, 예를 들어, 광도계, 분광 광도계, 분광계, 및 다른 광학적 분석기와 함께 이용될 수 있다. 광학적 반사 공동을 탈출하는 다중통과된 빔은, 필요한 경우에 또는 희망하는 경우에, 기기의 검출기 시스템, 또는 그 광계측 등가물 또는 분광 등가물로의 전송을 위해서 적절한 영상화 광학기기로 프로세스될 수 있다.
완전히 통합된 유체 모니터링 시스템을 구성하기 위해서, 어떠한 외부 포커싱 광학기기도 필요로 하지 않고, 적절한 공급원 장치 및 검출기 장치가 다중통과 셀에 밀접하게 결합될 수 있다. 공급원 장치가 광/복사선 입력 개구에 인접하여 또는 그 내부에 제공될 수 있다. 유사한 방식으로, 광/복사선 검출기가 광/복사선 출력 개구에 인접하여 또는 그 내부에 제공될 수 있다. 각각의 광/복사선 입력 개구 및 출력 개구가 윈도우를 구비하여, 적절한 밀봉을 광학적 반사 공동에 제공할 수 있다. 그러한 목적을 위한 윈도우는, 모니터링되는 샘플 및 주변 동작 환경에 대해서 불활성이고 강성이며, 관심 대상의 스펙트럼 영역 내에서 투명한 적합한 물질로 구성될 수 있다. 화학적 불활성을 향상시키기 위해서 및/또는 광학적 표면에서의 반사 손실을 감소시키기 위해서, 코팅이 윈도우의 어느 한 면 또는 양 면 상에서 이용될 수 있다. 윈도우는 기계적 밀봉 요소, 예를 들어 O-링 또는 등가물에 의해서, 밀봉제, 접착식 접합 매체, 납땜, 또는 다른 접합 또는 고정 기술 및 물질에 의해서 제 위치에서 유지될 수 있다.
셀은, 모니터링 적용예의 물리적 및 화학적 요건, 유체 매체의 화학적 반응성, 규정 요건, 동작 환경, 비용적 고려 사항 등에 따라서, 임의의 적합한 구성 물질로 제조될 수 있다. 셀은, 적용 가능한 화학적 불활성 표준을 충족시키기 위해서 요구되는 바에 따라, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 강과 같은 금속, 또는 특별한 합금으로 제조될 수 있다. 내부 공동의 광학적 표면은, 다이아몬드 선삭과 같은, 적합한 폴리싱 및/또는 절삭 과정에 의해서 제공될 수 있다. 금, 니켈, 유전체 물질, 등과 같은 반사 물질의 피착에 의해서, 절삭/폴리싱된 표면의 반사도가 향상될 수 있다.
셀은 또한, 광학적 표면의 폴리싱이 후속되는, 주조 또는 몰딩 기술에 의해서, 금속 또는 다른 적합한 구성 물질로 형성될 수 있다. 세라믹, 공학용 중합체, 또는 다른 중합체 또는 수지(열가소성, 열경화성, 또는 촉매적 경화성)와 같은 구성 물질이 고려되며, 선택적으로 반사 금속 또는 유전체 물질의 피착에 의해서 광학적 표면의 반사도를 향상시킨다. 셀 공동 벽은, 셀의 사용시의 적합한 반사적 특성을 위해서 면체형이 되거나 달리 성형 또는 윤곽화될 수 있는, 복합 벽 구조물의 후속 조립을 위해서 몰딩, 주조, 또는 다른 기술에 의해서 단편으로 형성될 수 있다. 그러한 복합 벽 구조물의 벽 단편이 적합한 접착제 또는 밀봉제 물질에 의한 접합으로 조립될 수 있다.
셀 내의 광/복사선과 유체의 상호 작용이 특정 온도에서 실시되도록, 셀이 열 전도성 물질로 제조될 수 있고 열 전달 구성요소 또는 능력을 포함할 수 있다. 이러한 목적을 위해서, 등온적 동작이 보장되도록 셀이 제조될 수 있고, 광학적 반사 챔버 내의 모든 지점에서의 공동의 온도가 거의 균일하다. 그러한 목적을 위해서, 가열기 요소 또는 열 전달 통로가 공동 벽 및/또는 커버 부재 내에 제공될 수 있다.
도 7은 개시 내용의 다른 실시예에 따른 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 사시도이다. 이러한 셀 하위조립체는 바닥 장착 플랜지(420)를 포함하고, 그러한 바닥 장착 플랜지(420)로부터 궁형 외접 부재(200)가, 도시된 바와 같이, 내부의 광 입력 포트(220)로 구성된 원통형 벽의 형태로, 상향 연장된다.
원통형 벽은 그 상부 극단부와 하부 극단부 중간에서, 벽의 외주방향 연장부를 따라서 일련의 수용 개구부(422)를 내부에 포함하고, 수용 개구부는 광 입력 포트 개구부 및 광 출력 포트 개구부를 포함한다. 수용 개구부 내에서, 광 입력 포트 및 광 출력 포트를 위한 개구부 이외에, 충돌되는 복사서의 반사적 전달을 생성하기 위한 거울(424)이 배치된다. 원통형 벽의 상부 단부에는, 광학적 반사 챔버의 밀봉을 위한 O-링의 내부 삽입을 수용하는, O-링 수용 홈(426)이 제공된다.
도 8은 도 7의 하위조립체를 포함하는 다중통과 셀 조립체의 개략적 사시도이다. 다중통과 셀 조립체(100)는 광 입력 구조물(214) 및 연관된 광원(106), 그리고 광 검출기(108)를 포함한다. 셀 조립체는 하우징(102) 및 커버 부재(104)를 포함한다.
도 9는 바닥 장착 플랜지(420), 수용 개구부(422), 및 거울(424)을 보여주는, 도 7의 다중통과 셀 하위조립체의 저면 사시도이다.
도 10은 도 9의 다중통과 셀 하위조립체의 개략적 입면도이다. 도시된 바와 같이, 광원(106)이 광 입력 구조물과 관련하여 배열되어, 입력 광 빔을 광학적 반사 챔버 내로 도입한다. 광학적 반사 챔버로부터 출력 광 빔을 수용하고 그러한 빔을 조립체의 검출기로 지향시키는, 광 출력 구조물(216)과 함께, 셀 하위조립체의 수용 개구부(422)가 도시되어 있다.
도 11은 내부의 유체 유입구 구조물의 상세 부분을 보여주는, 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다. 도시된 바와 같이, 궁형 외접 부재(200)가 셀 조립체 하우징(102) 내에서 광학적 반사 챔버(318)와 외접되고, 통과 유동을 위해서 유체를 광학적 반사 챔버 내로 도입하기 위해서 유체 유입구(/배출구) 포트(110)가 제공된다.
도 12는, 커버-장착형 IR 공급원 및 IR 검출기를 포함하는 셀 조립체를 특징으로 하는, 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 상면 사시도이다.
도 12에 도시된 셀 조립체 커버 부재(104)에는, 모니터링 동작을 실시하고 모니터링 출력 신호를 생성하기 위해서, 전자 모듈(112)을 사이에 두고, 광원(106) 및 광 검출기(108)가 상부에 장착된다.
도 13은 도 12의 다중통과 셀 조립체의 입면도이다. 도시된 바와 같이, 셀 조립체 하우징(102)은 셀 조립체 커버 부재(104)와 결합되고, 커버 부재(104) 상에는 광원(106), 광 검출기(108), 및 연관된 전자 모듈(112)이 장착된다.
도 14는, 다중통과 셀에 결합된 기체 유입구 라인 및 배출구 라인을 포함하는 기체 유동 회로망을 더 포함하는, 도 12 및 도 13에 도시된 유형의 다중통과 셀 조립체의 사시도이다. 기체 유동 회로망은, 챔버의 바닥 내의 이격된 유체 유입구 포트들을 통해서, 셀 조립체 하우징(102) 내의 광학적 반사 챔버의 바닥을 통한 유체의 도입을 위한 매니폴드형으로서, 기체 유입구 라인(114)을 포함한다. 내부의 다중통과 광과 유체의 상호 작용 이후에, 광학적 반사 챔버로부터의 유체의 방출을 위해서 기체 배출구 라인(116)이 제공된다.
도 15는 다중통과 셀 조립체의 상대적인 치수적 크기 특성을 나타내기 위한, 질량 유동 제어기(120)와 함께 도시된, 도 14의 다중통과 셀 조립체(100)의 사시도이다.
도 16은 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
500 sccm 유량의 아르곤 운반체 기체 및 50 sccm 유량의 질소 운반체 기체의, 조합된 아르곤/질소 운반체 기체 스트림에서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기의 전달을 위해서, 도 16의 데이터를 생성하기 위해서 이용된 증발기가 55 ℃ 및 40 torr의 압력에서 펄스형 유동 형식으로 동작되었다. 운반체 기체 및 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 포함하는 통합된 증기가, 다중통과 셀 조립체가 4-채널 적외선 검출기를 포함하는, 본 개시 내용에 따른 다중통과 셀 조립체로 유동되었다. 셀 조립체의 광학적 반사 챔버로 입력된 복사선은 적외선 복사선이었다.
4-채널 검출기의 제1 채널은 청색선(
)에 의해서 표시된 일산화탄소(CO)를 모니터링하였고, 제2 채널은 심홍색선(
)에 의해서 표시된 이산화탄소(CO2)를 모니터링하였으며, 제3 채널은 녹색선(
)에 의해서 표시된 텅스텐 카르보닐 전구체를 모니터링하였고, 제4 채널은 적색선(
)에 의해서 표시된 기준 채널이었다.
도 16의 그래프의 데이터는, CO, CO2, 및 텅스텐 카르보닐 화합물에 대한 기체 스트림의 조성을 특성화하는데 있어서 그리고 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 제공하는 증발기의 성능 품질을 보여주는데 있어서 다중통과 셀 조립체가 매우 효과적이었다는 것을 나타낸다.
도 17은, 다중통과 셀 조립체 감지에 응답하여 시스템 동작을 변조하기 위한 제어 시스템과 관련된, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 이용하는, 반도체 제조 프로세스 시스템의 개략도이다.
다중통과 셀 조립체(100)는 증착 도구(124)의 하류에 위치되고 (또는 대안적으로 상류에 위치될 수 있고), 그러한 증착 도구는 예를 들어 반도체 제조 설비 내에 제공된 화학적 증착 프로세스 챔버를 포함할 수 있다.
이러한 프로세스 시스템에서 증착 도구(124)는 전구체 공급원 용기(126)로부터의 전구체 증기 및 운반체 기체 공급원 용기(128)으로부터의 운반체 기체를 수용하도록 배열된다. 각각의 전구체 및 운반체 기체 스트림이 조합되어, 전구체 기체 혼합물 공급 라인(130) 내에서 증착 도구로 유동되는 전구체 기체 혼합물을 형성한다. 증착 도구(124) 내에서 실시되는 증착 프로세스는, 유출물 방출 라인(134) 내에서 도구로부터 방출되고 다중통과 셀 조립체(100)에 전달되는 유출물을 생성한다. 유출물 기체가 다중통과 셀 조립체 내에서 모니터링되고 분출 라인(136) 내에서 최종 유출물로서 그러한 조립체로부터 방출된다.
다중통과 셀 조립체(100)는 유출물 기체를 모니터링하고 출력 신호 전송 라인(138) 내에서 중앙 프로세서 유닛(CPU)(132)에 전달되는 상응하는 출력을 생성한다. CPU(132)는 출력 신호 전송 라인(138)으로부터의 출력 신호를 프로세스하도록, 제어 신호 전송 라인(140) 및 제어 신호 전송 라인(142) 내에서 출력되는 상호 관련 제어 신호를 응답적으로 생성하도록 프로그래밍적으로 배열될 수 있다. 그러한 배열체에서, 라인(140) 내의 제어 신호를 이용하여 증착 도구(124)의 동작을 변조하고, 라인(142) 내의 제어 신호를 이용하여 전구체 및 운반체 기체 용기(126 및 128) 각각으로부터의 전구체 및 운반체 기체의 공급을 변조한다.
이러한 배열체에 의해서, 증착 도구(124) 내의 또는 그와 연관된 프로세스 조건이 제어 가능하게 조정되어 도구 내에서 메탈라이제이션되는 기재 상의 텅스텐의 피착을 최대화할 수 있는 한편, 바람직하지 못한 레벨의 고체 입자 또는 다른 오염물질을 생성할 수 있는 전구체 증기의 원치 않는 부반응을 동시에 방치할 수 있다. 신호 전송 라인(142) 내의 제어 신호를 상응하게 이용하여, 예를 들어 용기(126 및 128)와 연관된 유동 제어 밸브를 변조하는 것에 의해서, 라인(130) 내에서 도구로 유동되는 전구체 기체 혼합물 내의 전구체의 농도를 조정할 수 있고, 그에 의해서 전구체 기체 혼합물 내의 전구체의 희망 농도를 달성할 수 있다.
프로세스 제어 목적을 위한 다중통과 셀 조립체의 이용에 더하여, 다중통과 셀 조립체는 또한 프로세스 동작의 종료점, 또는 전구체 및 운반체 기체를 포함하는 공급 용기가 고갈에 접근하는 조건을 검출할 수 있고, 그리고 그에 상응하여 프로세스의 동작을 종료시킬 수 있다. 그러한 목적을 위한 CPU(132)는 임의의 적합한 프로세서 구성요소 및 구성을 포함할 수 있고, 예를 들어, 다중통과 셀 조립체를 이용한 프로세스 시스템의 모니터링 및 제어를 위해서 프로그래밍된 특별한 목적의 컴퓨터를 포함할 수 있다. 대안적으로, CPU는 마이크로프로세서, 프로그래밍이 가능한 로직 제어기, 또는 다른 제어기 구성요소(들)를 포함할 수 있다.
전술한 내용으로부터, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체가 매우 다양한 유체 모니터링 동작 및 적용예에서 유용하게 이용될 수 있고, 그에 따라 유체 및 유체-함유 물질의 연장된 경로 길이 복사선-기반의 모니터링을 달성할 수 있다는 것, 그리고 프로세스 구성요소의 밑넓이 및 부피가 바람직하게 소형화되는, 반도체 제조와 같은 적용예에서 바람직한 바와 같이, 본원에서 설명된 구조적 배열체의 결과로서의 다중통과 셀 조립체가 아주 소형인 형태로 배치될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 설명으로부터, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체가 비교적 단순한 형태이고, 비용-효과적인 제조, 조립, 설치 및 동작에 적합하다는 것을 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체는, 프로세스 시스템 내의 기체-이용 장비에 공급되는 프로세스 스트림의 선택된 기체 성분을 모니터링하기 위해서 다양한 실시예로 유리하게 이용될 수 있다. 예를 들면, 텅스텐을 기재 상에 피착하기 위한 제조 프로세스 시스템 내에서 증착 도구에 프로세스 기체 스트림으로 공급되는 텅스텐 헥사카르보닐, 즉 W(CO)6을 모니터링하기 위해서 그러한 다중통과 셀 조립체를 이용한다. 그러한 적용예에서의 증착 도구는 예를 들어 화학증착(CVD) 프로세스 도구 또는 원자층 피착(ALD) 프로세스 도구를 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체를 포함하는 제조 프로세스 시스템은 반도체 제품, 평판 디스플레이, 태양 패널, 또는 다른 제품의 생산을 위해서 이용될 수 있다.
그러한 적용예에서, 다중통과 광학적 반사 챔버를 형성하는 궁형 외접 부재를 포함하는 다중통과 셀 조립체를 이용하여, 비록 원형 기하형태가 선형 셀 조립체에 비해서 증가된 광학적 표면을 제공하지만 전체적인 신호 세기의 상당한 감손이 없이, 상응하는 선형 모니터링 셀 조립체와 관련하여, 모니터링 신호의 신호-대-잡음 특성을 개선할 수 있다.
다른 실시예에서, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체는, 전력 케이블에 의해서 전기 에너지의 적합한 공급원에 결합된, 도 18에 도시된 바와 같은 하우징 내에서 구성될 수 있고, USB 케이블은 모니터링 신호 데이터를 연관된 프로세서에 전송하기 위해서 셀에 부착되며, 그러한 프로세서는, 예를 들어 모니터링되는 기체를 공급하기 위해서 이용되는 기체 공급 장비의 모니터링 및 제어 목적을 위해서 이용되는 바와 같이, 모니터링 신호 데이터를 프로세스하도록 그리고, 상응하는 출력을 제공하도록 구성된 바와 같은, 마이크로프로세서, 프로그래밍 가능 로직 장치, 특별한 목적의 프로그래밍 가능 컴퓨터, 또는 기타를 포함할 수 있다. 기체 공급 장비는 예를 들어, 고체 전구체가 증발되어 하류의 프로세스 도구에 전달하기 위한 상응하는 전구체 증기를 형성하도록 고체 전구체를 포함하는 상응하는 증발기 용기의 가열에 의해서 생성되는 전구체 증기를 포함할 수 있다. 그러한 상황에서, 모니터링 동작이 효과적인 방식으로 실행되도록, 전구체 증기 또는 그 성분의 응축 또는 응고를 방지하기 위해서, 다중통과 셀 조립체가 가열기 자켓을 구비할 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같은 유형의 다중통과 셀 조립체는, 적절한 주파수로 펄스화되고 동작시에 적절한 신호-대-잡음비를 제공하도록 달리 구성된 적외선 공급원과 같은 적합한 빔 공급원으로 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 펄스화 주파수는 10 Hz이다. 다중통과 셀 조립체는 열적 변동(thermal drift)을 감소시키고 외부 잡음을 최소화하도록 그리고 작은 열적 변동, 작은 밑넓이, 및 모듈형 설계를 가지고, 적절한 신속 응답 시간을 제공하도록 구성되고 배열된다.
도 19 및 도 20은, 금-코팅된 거울을 이용하고 조립 후에 광학적 정렬을 필요로 하지 않도록 구성된, 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 다중통과 셀 조립체의 3-D 프린팅된 알루미늄 복합체 구성요소의 사시도이다.
도 21은 도 18 내지 도 20과 관련하여 설명된 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 적외선 공급원의 입면도이다. 지적한 바와 같이, 적외선 공급원은 적절한 주파수, 예를 들어 10 Hz로 펄스화될 수 있고, 소형 설계를 가질 수 있으며, 적은 전력 소비를 나타낼 수 있다.
도 22는 도 18 내지 도 20과 관련하여 설명된 다중통과 셀 조립체 내에서 이용될 수 있는 4 채널 검출기의 입면도이다. 검출기는, 적합한 낮은 온도 민감도 및 잡음 민감도 특성을 나타내도록 구성된, 도시된 바와 같은, 소형의 "4채널의(quad)"의 기판 구성으로 제공될 수 있다.
도 23은, 모니터링 동작을 위한 셀 내로 기체를 전달하기 위해서 그리고 모니터링된 기체를 셀로부터 방출하기 위해서 이용될 때와 같은, 유닛에 대한 기체 연결을 도시하는, 전술한 다중통과 셀 조립체의 저면 평면도이다. 도 24는 기체 유동 라인이 부착된 그러한 기체 연결의 사시도이다.
도 25는 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는 선형 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
500 sccm 유량의 아르곤 운반체 기체 및 50 sccm 유량의 질소 운반체 기체의, 조합된 아르곤/질소 운반체 기체 스트림 내의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 포함하는, 55 ℃의 온도 및 40 torr의 압력의 기체 스트림에 대해서 도 25의 모니터링 데이터가 생성되었다. 운반체 기체 및 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 포함하는 통합된 증기가 선형 셀 조립체로 유동되었고, 그러한 조립체는 4-채널 적외선 검출기를 포함하였다. 선형 셀 조립체로 입력된 복사선은 적외선 복사선이었다.
4-채널 검출기의 제1 채널은 청색선(
)에 의해서 표시된 일산화탄소(CO)를 모니터링하였고, 제2 채널은 심홍색선(
)에 의해서 표시된 이산화탄소(CO2)를 모니터링하였으며, 제3 채널은 녹색선(
)에 의해서 표시된 텅스텐 카르보닐 전구체를 모니터링하였고, 제4 채널은 적색선(
)에 의해서 표시된 기준 채널이었다.
도 26은 도 25의 그래프 내의 데이터를 생성하기 위해서 이용된 동작 조건에 상응하는 동작 조건 하에서, 증착 동작에서 반도체 기재의 텅스텐 메탈라이제이션을 위해서 사용되는 증기 스트림의 대표로서, 텅스텐 카르보닐 전구체를 공급하는 기화기로부터의 증기 및 질소 운반체 기체를 포함하는 증기 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 시간 함수로서의 출력 데이터의 그래프이다.
그에 따라, 500 sccm 유량의 아르곤 운반체 기체 및 50 sccm 유량의 질소 운반체 기체의, 조합된 아르곤/질소 운반체 기체 스트림 내의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 포함하는, 55 ℃의 온도 및 40 torr의 압력의 기체 스트림에 대해서 도 26의 모니터링 데이터가 또한 생성되었다. 운반체 기체 및 텅스텐 카르보닐 전구체 증기를 포함하는 통합된 증기가 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체로 유동되었고, 그러한 조립체는 4-채널 적외선 검출기를 포함하였다. 다중통과 셀 조립체로 입력된 복사선은 적외선 복사선이었다.
다중통과 셀 조립체와 연관된 4-채널 검출기의 제1 채널은 청색선(
)에 의해서 표시된 일산화탄소(CO)를 모니터링하였고, 제2 채널은 심홍색선(
)에 의해서 표시된 이산화탄소(CO2)를 모니터링하였으며, 제3 채널은 녹색선(
)에 의해서 표시된 텅스텐 카르보닐 전구체를 모니터링하였고, 제4 채널은 적색선(
)에 의해서 표시된 기준 채널이었다.
도 25의 그래프 내의 선형 셀 조립체에 대한 데이터와 도 26의 그래프 내의 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체의 데이터의 비교는, CO, CO2, 및 텅스텐 카르보닐 화합물에 대한 기체 스트림의 조성의 모니터링에 있어서 다중통과 셀 조립체가 매우 효과적이었다는 것을 나타낸다. 다중통과 셀 조립체에서는 부피 유지(volume hold up) 및 응축이 나타나지 않았다.
도 27은 55 ℃의 온도, 및 500 sccm의 기체 유량의 아르곤을 포함하는 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는 1 m 선형 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다. 모니터링 시스템은 4-채널 적외선 검출기를 포함하는 선형 셀 조립체를 포함하였다. 선형 셀 조립체로 입력된 복사선은 적외선 복사선이었다. 펄스화된 동작은 1 m 선형 셀에 대해서 5초의 지속시간의 "온" 및 10초의 "오프" 지속시간을 포함하였고, 데이터 수집은 4 Hz의 비율로 이루어졌다.
도 28은 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(2개의 펄스)의 그래프이다. 모니터링 시스템은 4-채널 적외선 검출기를 포함하는 다중통과 셀 조립체를 포함하였다. 다중통과 셀 조립체로 입력된 복사선은 적외선 복사선이었다. 펄스화된 동작은 다중통과 셀에 대해서 5초의 지속시간의 "온" 및 10초의 "오프" 지속시간을 포함하였고, 데이터 수집은 10 Hz의 비율로 이루어졌다. 도 27과 도 28의 비교로부터, 선형 모니터링 셀 조립체에 비해서, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체가 더 신속한 전체적인 응답을 제공하였고, 보다 많은 정보 및 펄스 형상을 볼 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 29는 500 sccm의 유량의 아르곤 운반체 기체를 포함하는, 55 ℃의 온도, 및 40 torr의 압력에서 기체 스트림을 모니터링하는, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 시간의 함수로서의 상응하는 출력 데이터(22개의 펄스)의 그래프이다. 다중통과 셀 조립체에 대한 펄스화된 동작은 5초의 지속시간의 "온" 및 10초의 "오프" 지속시간을 포함하였고, 데이터 수집은 10 Hz의 비율로 이루어졌다.
도 30은 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체에 대한 농도 계단 측정 형태의, 시간의 함수로서의 텅스텐 카르보닐 전구체 증기에 대한 출력 데이터의 그래프이다. 텅스텐 카르보닐 전구체 스트림은 55 ℃의 온도 및 40 torr의 압력이었고, 질소 운반체 기체 유량은 50 sccm이었다. 다중통과 셀 조립체의 성능은 6번의 반복 동안 시간에 걸쳐 동일하였다.
전체적으로, 본 개시 내용의 다중통과 셀 조립체는 선형 셀 조립체와 일치되는 일반적인 성능 경향을 나타냈고, 온도 요동에 관한 개선된 거동, 전자적 잡음에 대한 개선된 거동, 및 더 신속한 신호 응답 시간과 관련하여 선형 셀 조립체 보다 우수한 성질을 나타냈으며, 유지(hold-up)가 관찰되지 않았다.
구체적인 양태, 특징 및 예시적인 실시예를 참조하여 본원에서 개시 내용을 개진하였지만, 개시 내용의 용도가 그에 제한되지 않고, 본원의 설명을 기초로, 본 개시 내용의 당업자에게 자체적으로 제시되는 바와 같은, 수 많은 다른 변경예, 수정예 및 대안적인 실시예까지 확장되고 그들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 결과적으로, 이하에서 청구되는 바와 같은 본 개시 내용은, 그 사상 및 범위 내에서, 그러한 변경예, 수정예 및 대안적인 실시예 모두를 포함하는 것으로, 넓게 이해되고 해석되어야 할 것이다.
Claims (50)
- 유체를 모니터링하기 위한 다중통과 셀 조립체이며:
다중통과 광학적 반사 챔버를 형성하는 궁형 외접 부재로서, 궁형 연장부를 따른 이격된 개구부들을 포함하는, 궁형 외접 부재;
외주방향으로 이격된 개구부 내의 거울로서, 충돌 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성되는 내향 대면 반사 표면을 포함하는 거울;
광의 상기 다중통과 광학적 반사가 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 상기 거울의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 상기 거울의 반사 표면으로부터 상기 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록 상기 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하게 구성된 유체 유입구; 및
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 이후에 상기 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출시키도록 구성된 유체 배출구를 포함하는, 다중통과 셀 조립체. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 궁형 외접 부재와 협력적으로 결합되어 상기 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸는 커버 부재 및 바닥 부재를 더 포함하는, 다중통과 셀 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 광 입력 구조물이 광 입력 포트를 포함하고, 상기 광 출력 구조물은 광 출력 포트를 포함하고,
상기 광 입력 포트 및 상기 광 출력 포트가 30°내지 90°범위의 협각을 그 사이에 형성하는, 다중통과 셀 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸기 위해서 상기 궁형 외접 부재와 협력적으로 결합되는 커버 부재 및 바닥 부재를 더 포함하고, 상기 커버 부재 상에 장착되고 상기 광 입력 구조물에 광학적으로 결합된 광원을 더 포함하며, 상기 커버 부재 상에 장착되고 상기 광 출력 구조물에 광학적으로 결합된 광 검출기를 더 포함하는, 다중통과 셀 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 다중통과 광학적 반사 챔버는 0.5 내지 10 미터 범위의 광 경로 길이를 제공하도록 구성되는, 다중통과 셀 조립체. - 제1항에 있어서,
상기 궁형 외접 부재는 원통형 부재를 포함하고, 상기 광 입력 구조물 및 상기 광 출력 구조물은 상기 광학적 반사 챔버 내에서 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성되며, 광의 다중통과 광학적 반사는 상기 광학적 반사 챔버 내에서 10 내지 50개의 비-직경적 현 모양의 광 반사를 포함하는, 다중통과 셀 조립체. - 유체를 모니터링하기 위한 다중통과 셀 조립체이며:
다중통과 광학적 반사 챔버에 외접하여 이를 형성하는 원통형 벽 부재로서, 외주방향으로 이격된 개구부들을 내부에 포함하는, 원통형 벽 부재;
외주방향으로 이격된 개구부 내의 거울로서, 내향 대면되고 상기 다중통과 광학적 반사 챔버 내에서 광의 다중통과 광학적 반사를 생성하도록 구성되는, 거울;
광의 다중통과 광학적 반사가 상기 광학적 반사 챔버 내에서 생성되도록, 광원으로부터의 광을 하나 이상의 거울의 반사 표면 상으로 지향시키도록 구성된 광 입력 구조물;
검출 및 프로세싱을 위해서, 다중통과된 광을 상기 광학적 반사 챔버의 외부로 지향시키도록 구성된 광 출력 구조물;
원통형 벽 부재와 협력적으로 결합되어 상기 다중통과 광학적 반사 챔버를 둘러싸는 바닥 부재 및 커버 부재;
내부의 다중통과 광과 상호 작용하도록, 다중통과 광학적 반사 챔버로 유체를 도입하도록 구성된 유체 유입구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 유입구 포트를 포함하는, 유체 유입구;
내부의 다중통과 광과의 상호 작용 후에, 다중통과 광학적 반사 챔버로부터 유체를 방출하도록 구성된 유체 배출구로서, 바닥 부재 내의 적어도 하나의 유체 배출구 포트를 포함하는, 유체 배출구;
커버 부재 상에 장착되고 광 입력 구조물에 광학적으로 결합되는 광원; 및
커버 부재 상에 장착되고 광 출력 구조물에 광학적으로 결합되는 광 검출기를 포함하는, 다중통과 셀 조립체. - 유체 프로세싱 시스템이며
유체 스트림을 이용하거나 생성하는 프로세스 도구; 및
다중통과 광학적 반사 챔버 내의 다중통과 광과의 상호 작용을 위한, 다중통과 광학적 반사 챔버를 통한 유체 유입구로부터 유체 배출구로의 유체 스트림의 유동을 위해서 구성된, 제1항 또는 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은, 유체의 모니터링을 위한 다중통과 셀 조립체를 포함하는, 유체 프로세싱 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 프로세스 도구가 증착 도구를 포함하고,
상기 증착 도구는 텅스텐 전구체로부터 텅스텐을 반도체 기재 상에 피착하도록, 그리고 미반응 텅스텐 전구체를 포함하는 유체 스트림을 생성하도록 구성되는, 유체 프로세싱 시스템. - 유체 스트림의 모니터링 방법이며, 다중통과된 광 출력을 생성하기 위해서, 제1항 또는 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 다중통과 셀 조립체를 통해서 유체 스트림을 유동시키는 단계, 및 유체 스트림을 특성화 또는 분석하기 위해서 다중통과된 광 출력을 검출 및 프로세스하는 단계를 포함하는, 방법.
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