KR20200092375A - 라디칼 가스 및 단기 분자를 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 사용 방법 - Google Patents
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- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N2021/3595—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using FTIR
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Abstract
본 출원은 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 검출 및 측정하기 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 방법에 관한 것이며, 적어도 하나의 가스 소스와 연통하는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기를 포함한다. 라디칼 가스 발생기는 처리 챔버 내에 사용될 수 있는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 처리 챔버는 라디칼 가스 발생기와 유체 연통된다. 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로가 검출 및 측정 시스템에 사용될 수 있다. 분석회로는 정의된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 분석 회로는 정의된 체적의 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼과 적어도 하나의 시약을 반응시켜, 적어도 하나의 화합물 스트림 내에 적어도 하나의 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다. 분석 회로 내의 적어도 하나의 센서 모듈은 화합물 스트림 내의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 유량 측정 모듈이 센서 모듈과 유체 연통할 수 있다. 사용 동안, 유량 측정 모듈은 화합물 스트림 및 라디칼 가스 스트림 중 적어도 하나의 체적을 측정하도록 구성될 수 있다.
Description
(관련 출원에 대한 상호 참조)
본 출원은 2017년 12월 1일 "라디칼 가스 및 단기 분자를 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 사용 방법"이라는 제하로 출원된 미국 특허출원 번호 제62/593,721, 및 2018년 3월 22일 "라디칼 가스 및 단기 분자를 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 사용 방법"이라는 제하로 출원된 미국 특허출원 제62/646,867호의 우선권을 주장하며, 그 모두의 내용들은 그 전체가 본문에 참조에 의해 통합되어있다.
본 발명은 라디칼 가스 및 단기 분자를 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 사용 방법에 관한 것이다.
전자 장치 및 시스템은 점점 더 많은 장치, 시스템 및 애플리케이션에 통합되고 있다. 결과적으로, 복잡성이 증가하고 규모가 축소된 저비용 집적 회로에 대한 시장 수요가 계속 증가하고 있다. 스케일링 문제를 해결하기 위해 라디칼 기반 반도체 웨이퍼 프로세스와 같은 다양한 미세 가공 프로세스가 개발되었다. 고성능 집적 회로를 비용 효과적으로 설계 및 제조하기 위해서, 라디칼 기반 반도체 웨이퍼 제조 프로세스의 파라미터를 신중하게 제어해야 한다.
현재, 다수의 라디칼 기반 반도체 웨이퍼 처리 방법이 사용되고 있다. 공정에 사용되는 라디칼 가스는 원자, 여기 분자 및 가스에 일반적으로 존재하지 않는 다수의 단기(short-lived) 분자, 예를 들어 H, O, N, F, Cl, Br, NH, NH2, NF, CH, CH2, COF 등을 포함한다. 현재 이용 가능한 라디칼-기반 반도체 웨이퍼 프로세스는 과거에 다소 유용한 것으로 입증되었지만, 많은 단점이 확인되었다. 예를 들어, 웨이퍼 처리 동안 생성된 라디칼 종은 수명이 짧으므로 정확한 측정 및 분석이 어려워진다. 결과적으로, 정량 분석에 의존하기보다는, 현재 이용 가능한 라디칼-기반 반도체 웨이퍼 제조 방법론은 원하는 웨이퍼 아키텍처를 달성하기 위해 정확한 제제(formulation) 및 가상 계측을 포함한다. 제제 및/또는 제어 공정의 임의의 변형은 생산 수율에 크게 영향을 미칠 수 있다. 또한, 웨이퍼 처리 동안 생성된 고 반응 라디칼 종은 분석 장치 및 센서, 광학 창 및 구성 요소, 및 라디칼 스트림 또는 처리 챔버 내에 위치된 다른 시스템 또는 장치를 빠르게 열화시키는 경향이 있다.
따라서, 상술한 내용에 따라, 라디칼 기반 반도체 웨이퍼 처리에 유용한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템이 계속 요구되고 있다.
본 출원은 라디칼 가스 스트림 또는 유사한 가스 스트림에서 원자 라디칼, 분자 라디칼 및/또는 단기(short-lived) 분자를 검출 및 측정하기 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 방법에 관한 것이다. 검출 및 측정 시스템은 적어도 하나의 가스 소스와 연통하는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기를 포함할 수 있다. 라디칼 가스 발생기는 처리 챔버 내에 사용될 수 있는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 처리 챔버는 라디칼 가스 발생기와 유체 연통된다. 적어도 하나의 분석 회로는 검출 및 측정 시스템에 사용될 수 있는 라디칼 가스 발생기와 유체 연통할 수 있다. 분석 회로는 정의된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 분석 회로는 정의된 체적의 라디칼 가스 스트림 내에서 적어도 하나의 시약(reagent)을 라디칼 가스와 반응시키도록 구성될 수 있다. 반응은 라디칼 가스 및 적어도 하나의 시약으로부터 적어도 하나의 화합물 스트림(또는 반응 생성물)을 생성하며, 이는 화학 종, 하전 입자, 광자 방출 또는 열 에너지 방출의 형태일 수 있으며, 이는 분석 회로 내의 적어도 하나의 센서 모듈에 의해 측정된다. 적어도 하나의 유량 측정 모듈이 센서 모듈과 유체연통할 수 있다. 사용 동안, 유량 측정 모듈은 화합물 스트림 및 라디칼 가스 스트림 중 적어도 하나의 체적 및/또는 유량 속도를 측정하도록 구성될 수 있다. 측정된 반응 생성물의 양 및 화합물 스트림 및 라디칼 가스 스트림의 체적 및/또는 유량에 기초하여, 라디칼 가스 스트림 중의 라디칼 가스의 농도 또는 양이 획득될 수 있다.
본 출원은 라디칼 가스 스트림에서 라디칼 가스를 측정하는 방법을 추가로 개시한다. 보다 구체적으로, 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법은 내부에 라디칼을 갖는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 샘플링 가스 스트림은 정의된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 샘플링 모듈로 향하게 함으로써 생성될 수 있다. 적어도 하나의 시약은 샘플링 가스 스트림 내의 라디칼과 조합되어 그 안에 적어도 하나의 화학 종을 갖는 적어도 하나의 화합물 스트림을 형성할 수 있다. 그 후, 화합물 스트림 내 화학 종의 농도는 적어도 하나의 센서 모듈을 사용하여 측정될 수 있다. 또한, 나머지 체적의 라디칼 가스 스트림은 적어도 하나의 처리 챔버로 향할 수 있다. 라디칼 가스 스트림 및/또는 화합물 가스 스트림의 유량은 센서 모듈과 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 측정 모듈을 사용하여 측정될 수 있다. 마지막으로, 처리 챔버 내의 라디칼의 농도는 나머지 체적의 라디칼 가스 스트림에 대한 샘플링 가스 스트림을 형성하는 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 화합물 스트림 내의 화학 종 농도의 비율을 비교함으로써 계산될 수 있다.
다른 실시 예에서, 본 출원은 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법을 개시한다. 상기 방법은 내부에 라디칼을 갖는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 제공하는 단계를 포함한다. 적어도 하나의 업스트림 가스 스트림은 정의된 체적의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 업스트림 샘플링 모듈로 지향시켜 나머지 체적의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 처리 챔버로 지향시킴으로써 형성될 수 있다. 적어도 하나의 챔버 샘플링 가스 스트림은 처리 챔버로부터 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈로 정의된 체적의 라디컬 가스 스트림을 지향시키면서, 상기 처리 챔버 내의 나머지 체적의 상기 라디칼 가스 스트림이 그로부터 배출되어 적어도 하나의 배기 가스 스트림을 형성함으로써 형성된다. 적어도 하나의 배기 샘플링 가스 스트림은 정의된 체적 및/또는 유량의 상기 배기 가스 스트림을 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈로 지향시킴으로써 형성될 수 있다. 그 후, 적어도 하나의 시약은 업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈 및 배기 샘플링 모듈 중 적어도 하나 내의 라디칼 가스 스트림에서 라디칼과 반응하여 그 중 적어도 하나가 내부에 적어도 하나의 화학 종을 갖는 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림, 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나를 형성한다. 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 화합물 스트림 중 적어도 하나 내의 화학 종의 양이 측정될 수 있고, 처리 챔버 내의 라디칼의 농도는 나머지 체적의 라디칼 가스 스트림에 대한 업스트림 샘플링 가스 스트림, 챔버 샘플링 가스 스트림, 및 배기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나의 내에서의 화학 종의 농도의 비율을 비교함으로써 계산될 수 있다.
또한, 본 출원은 웨이퍼 처리 시스템에 사용하기 위한 다중 센서 가스 검출 시스템을 개시한다. 웨이퍼 처리 시스템은 적어도 하나의 라디칼 가스 소스로부터 방출된 라디칼 가스 스트림과 유체 연통되는 업스트림 샘플링 모듈을 포함한다. 업스트림 샘플링 모듈은 라디칼 가스 소스로부터 제어된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 수용하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 시약은 제어된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림과 반응하여 업스트림 화합물 스트림을 생성한다. 또한, 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈은 적어도 하나의 처리 챔버 내에 존재하는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림과 유체 연통할 수 있다. 상기 챔버 샘플링 모듈은 제어된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 수용하고 적어도 하나의 시약으로 제어된 체적 및/또는 유량의 상기 라디칼 가스 스트림과 반응하여 챔버 화합물 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈은 처리 챔버로부터 배기된 라디칼 가스 스트림과 유체 연통할 수 있다. 배기 샘플링 모듈은 제어된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림을 수용하고 적어도 하나의 시약으로 제어된 체적의 상기 라디칼 가스 스트림과 반응하여 배기 화합물 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 센서 모듈은 업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈 및 배기 샘플링 모듈 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 센서 모듈은 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나의 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 흐름 모듈은 업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈, 배기 샘플링 모듈 및 센서 모듈 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 상기 흐름 모듈은 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나의 유량을 제어하도록 구성될 수 있다.
본 출원은 또한 반응 가스 처리 시스템에 사용하기 위한 샘플링 반응 모듈을 개시한다. 샘플링 반응 모듈은 분석 고정구(fixture) 바디를 갖는 적어도 하나의 분석 고정구를 포함할 수 있다. 분석 고정구 바디는 그 안에 적어도 하나의 유체 채널을 정의한다. 분석 고정구 바디에는 적어도 하나의 유체 유입 포트 및 유체 배출 포트가 형성될 수 있다. 유입 포트 및 배출 포트는 분석 고정구 바디에 형성된 유체 채널과 유체 연통될 수 있다. 적어도 하나의 커플링 바디는 분석 고정구 바디로부터 연장된다. 일 실시 예에서, 커플링 바디는 그 안에 형성된 적어도 하나의 커플링 통로를 포함한다. 분석 고정구 바디를 통과하는 적어도 하나의 샘플링 튜브는 커플링 바디의 결합 통로 내에 위치될 수 있다. 또한, 내부에 적어도 하나의 분석 고정구 바디를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 진공 통로를 형성하는 적어도 하나의 모듈 바디가 샘플링 반응 모듈에 포함될 수 있다. 모듈 바디는 샘플링 튜브 리시버가 진공 통로와 유체 연통될 수 있도록 적어도 하나의 샘플링 튜브 리시버가 내부에 형성될 수 있다.
마지막으로, 본 출원은 열량 측정 시스템을 추가로 개시한다. 보다 구체적으로, 열량 측정 시스템은 그 안에 적어도 하나의 가스 통로를 형성하는 적어도 하나의 반응 가스 도관을 포함한다. 사용 동안, 가스 통로는 적어도 하나의 반응 가스가 관통하도록 구성된다. 또한, 적어도 제1 센서 바디는 반응 가스 도관의 가스 통로 내에 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 센서 바디는 가스 통로를 통해 흐르는 반응 가스의 온도를 측정하도록 구성된다. 또한, 적어도 하나의 센서 장치는 센서 바디와 통신할 수 있다. 사용하는 동안, 센서 장치는 센서 바디로부터 반응 가스 흐름과 관련된 온도 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서는 제1 센서 장치와 통신할 수 있고 반응 가스 도관을 통해 흐르는 반응 가스의 샘플 파워를 계산하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에 기술된 바와 같이 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 검출 및 측정하기 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 방법의 다른 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명을 고려하여 보다 명백해질 것이다.
본원에 개시된 바와 같은 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 검출 및 측정하기 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 방법의 신규한 양태는 다음 도면을 검토함으로써 더 명백해질 것이다:
도 1은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 2는 가스 샘플이 처리 챔버로부터의 라디칼 가스 스트림 업스트림로부터 그리고 처리 챔버 내에서 취해지는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 3은 가스 샘플이 처리 챔버로부터의 라디칼 가스 스트림 업스트림로부터, 처리 챔버 내로부터 및 처리 챔버의 다운스트림로부터 취해지는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 4는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 5는 시약 소스가 결합된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 6은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 7은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 8은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템에 사용하기 위한 샘플링 반응 모듈의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 9는 도 1에 도시된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템에 사용하기 위한 샘플링 반응 모듈의 실시 예의 대안적인 상부 사시도를 도시한다.
도 10은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용된 분석 고정구의 일 실시 예의 상부 정면 사시도를 도시한다.
도 11은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용된 분석 고정구의 실시 예의 상부 정면 분해도를 도시한다.
도 12는 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용되는 분석 고정구의 일 실시 예의 상부 후면(posterior) 사시도를 도시한다.
도 13은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용되는 분석 고정구의 실시 예의 상부 후면 분해도를 도시한다.
도 14는 샘플링 반응 모듈 바디의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 15는 라인 15-15를 따라서 본 도 14에 도시된 샘플링 반응 모듈 바디의 실시 예의 상부 단면 사시도를 도시한다.
도 16은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 17은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 18은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 대안적인 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 19는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 다른 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 20은 도 19에 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하여 상한 및 하한을 설정하는 방법을 그래프로 도시한다.
도 21은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 교정하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 22는 도 21에 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 교정하는 동안 계산된 외삽 파워 측정 값을 그래프로 도시한다.
도 23은 본 출원에서 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 갖는 광학 기반 측정 시스템을 사용하여 측정된 산소 라디칼의 측정된 농도를 그래픽으로 도시한다.
도 24는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 광학 기반 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 25는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 반도체 기반 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 26은 도 25에 도시된 저항 기반 샘플링 아키텍처를 사용할 때 라디칼 출력 스트림이 활성화 및 비활성화될 때 저항 변화의 결과를 그래프로 도시한다.
도 27은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 28은 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 29는 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 다른 실시 예의 다른 상부 사시도를 도시한다.
도 30은 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 다른 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 31은 도 27, 29 및 30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 32는 도 27, 29 및 30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 다른 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 33은 도 27-30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 반응 가스 도관 내에 위치된 센서 바디의 온도 델타를 그래픽으로 도시한다.
도 34a는 도 27 및 30에 기술된 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용되는 제1 라디칼 가스 발생기의 성능을 그래픽으로 도시한다.
도 34b는 도 27 및 30에 기술된 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용된 제2 라디칼 가스 발생기의 성능을 그래프로 도시한다.
도 1은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 2는 가스 샘플이 처리 챔버로부터의 라디칼 가스 스트림 업스트림로부터 그리고 처리 챔버 내에서 취해지는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 3은 가스 샘플이 처리 챔버로부터의 라디칼 가스 스트림 업스트림로부터, 처리 챔버 내로부터 및 처리 챔버의 다운스트림로부터 취해지는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 4는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 5는 시약 소스가 결합된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 6은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 7은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 8은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템에 사용하기 위한 샘플링 반응 모듈의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 9는 도 1에 도시된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템에 사용하기 위한 샘플링 반응 모듈의 실시 예의 대안적인 상부 사시도를 도시한다.
도 10은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용된 분석 고정구의 일 실시 예의 상부 정면 사시도를 도시한다.
도 11은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용된 분석 고정구의 실시 예의 상부 정면 분해도를 도시한다.
도 12는 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용되는 분석 고정구의 일 실시 예의 상부 후면(posterior) 사시도를 도시한다.
도 13은 도 1에 도시된 샘플링 반응 모듈과 함께 사용되는 분석 고정구의 실시 예의 상부 후면 분해도를 도시한다.
도 14는 샘플링 반응 모듈 바디의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 15는 라인 15-15를 따라서 본 도 14에 도시된 샘플링 반응 모듈 바디의 실시 예의 상부 단면 사시도를 도시한다.
도 16은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 17은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 18은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 대안적인 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 19는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 다른 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 20은 도 19에 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하여 상한 및 하한을 설정하는 방법을 그래프로 도시한다.
도 21은 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 교정하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 22는 도 21에 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 교정하는 동안 계산된 외삽 파워 측정 값을 그래프로 도시한다.
도 23은 본 출원에서 설명된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 갖는 광학 기반 측정 시스템을 사용하여 측정된 산소 라디칼의 측정된 농도를 그래픽으로 도시한다.
도 24는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 광학 기반 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 25는 도 1-7에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 반도체 기반 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 26은 도 25에 도시된 저항 기반 샘플링 아키텍처를 사용할 때 라디칼 출력 스트림이 활성화 및 비활성화될 때 저항 변화의 결과를 그래프로 도시한다.
도 27은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 대안적인 실시 예의 개략도를 도시한다.
도 28은 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 29는 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 다른 실시 예의 다른 상부 사시도를 도시한다.
도 30은 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용하기 위해 반응 가스 도관 내에 위치된 적어도 하나의 센서 바디를 갖는 반응 가스 도관의 다른 실시 예의 상부 사시도를 도시한다.
도 31은 도 27, 29 및 30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 32는 도 27, 29 및 30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템을 사용하는 다른 방법을 설명하는 흐름도를 도시한다.
도 33은 도 27-30에 기술된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 반응 가스 도관 내에 위치된 센서 바디의 온도 델타를 그래픽으로 도시한다.
도 34a는 도 27 및 30에 기술된 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용되는 제1 라디칼 가스 발생기의 성능을 그래픽으로 도시한다.
도 34b는 도 27 및 30에 기술된 센서 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예에서 사용된 제2 라디칼 가스 발생기의 성능을 그래프로 도시한다.
본 출원은 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자(이하 라디칼)를 위한 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템 및 사용 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 출원은 사용자가 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 쉽고 정확하게 측정할 수 있도록 구성된 가스 샘플링 검출 시스템을 개시한다. 일 실시 예에서, 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템은 가스 스트림을 처리 챔버 또는 유사한 용기 내로 도입하기 전에 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 본원에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템은 처리 챔버 또는 용기 내의 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 본원에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템은 배기 스트림 내 라디칼의 농도를 측정하는데 사용될 수 있으며, 배기 스트림은 처리 챔버 또는 용기로부터 배출된다. 보다 구체적으로, 본원에 개시된 방법은 가스 샘플 내의 라디칼을 선택된 원소 및 화합물과 반응시켜 다양한 측정법을 사용하여 쉽고 정확하게 검출 및 측정할 수 있는 화학 종을 생성함으로써 지금까지 측정하기 어려운 라디칼의 농도를 측정할 수 있게 한다. 일부 실시 예에서, 측정 프로세스는 현장에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 측정 프로세스는 원격 위치에서 수행될 수 있다.
도 1은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(10)은 적어도 하나의 가스 통로(14)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(16)와 유체 연통하는 적어도 하나의 플라즈마 발생기 및/또는 라디칼 가스 발생기(12)를 포함한다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(12)는 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스를 포함하거나 이와 통신할 수 있다. 사용 동안, 라디칼 가스 발생기(12)는 샘플 가스에 에너지를 공급하고 해리하고 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성될 수 있다. 하나의 특정 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(12)는 RF 토로이달 플라즈마 소스를 포함하지만, 당업자는 임의의 다양한 플라즈마 소스 또는 라디칼 가스 소스가 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(12)는 수소(H2) 플라즈마를 사용하여 수소 원자를 생성한다. 다른 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(12)는 산소(02) 플라즈마를 이용하여 산소 원자를 생성한다. 선택적으로, 라디칼 가스 발생기(12)는 가스 스트림 내에 적어도 하나의 라디칼을 함유하는 반응 플라즈마를 생성하기 위해 삼불화 질소(NF3), 불소(F2), 염소(Cl2) 또는 임의의 다양한 다른 재료를 이용할 수 있다. 대안적으로, 라디칼 가스는 전자 빔 여기, 레이저 여기 또는 고온 필라멘트 여기를 포함하는 다른 가스 여기 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한, 상기 설명은 RF 기반 플라즈마 생성 시스템의 다양한 실시 예를 개시하지만; 당업자는 임의의 다양한 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템은 글로 방전 플라즈마 시스템, 용량 결합 플라즈마 시스템, 캐스케이드 아트 플라즈마 시스템, 유도 결합 플라즈마 시스템, 웨이브 가열 플라즈마 시스템, 아크 방전 플라즈마 시스템, 코로날 방전 플라즈마 시스템, 유전체 장벽 방전 시스템, 용량성 방전 시스템, 압전 직접 방전 플라즈마 시스템 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
다시 도 1을 참조하면, 적어도 하나의 처리 챔버(16)는 적어도 하나의 반응 가스 도관(14)을 통해 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 반응 가스 도관(14)은 화학적으로 불활성 재료, 또는 화학 반응성이 낮은 재료로 제조된다. 예시적인 재료는 석영, 사파이어, 스테인레스 스틸, 강화 스틸, 알루미늄, 세라믹 재료, 유리, 황동, 니켈, Y2O3, YAIOx, 다양한 합금, 및 양극 처리된 알루미늄과 같은 코팅된 금속을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(14)은 단일 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통된다. 다른 실시 예에서, 다수의 반응 가스 도관(14)은 단일 반응 가스 발생기(12)와 유체 연통된다. 다른 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(14)은 다수의 라디칼 가스 발생기(12)와 통신한다. 이와 같이, 임의의 수의 반응 가스 도관(14)은 임의의 수의 라디칼 가스 발생기(12)와 연통할 수 있다. 선택적으로, 반응 가스 도관(14)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서 또는 그에 결합되거나, 그와 통신하는 유사한 장치(22)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(22)는 반응 가스 도관(14)에 결합되어 사용자가 반응 가스 도관(14)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있게 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(16)는 반응 가스 도관(14)을 통해 라디칼 가스 발생기(12)와 결합되거나 이와 연결될 수 있다. 일 실시 예에서, 처리 챔버(16)는 적어도 하나의 기판, 반도체 웨이퍼, 또는 유사한 재료가 그 안에 위치하도록 구성된 적어도 하나의 진공 챔버 또는 용기를 포함한다. 예를 들어, 처리 챔버(16)는 반도체 기판 또는 웨이퍼의 원자 층 처리에 사용될 수 있다. 선택적으로, 처리 챔버(16)는 임의의 다양한 처리 방법 및/또는 시스템을 사용하여 임의의 다양한 기판 또는 재료를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 처리 방법은 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 급속 열 화학 기상 증착(RTCVD), 원자 층 증착(ALD), 원자 층 에칭(ALE) 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 당업자는 처리 챔버(16)가 스테인레스 스틸, 알루미늄, 연강, 황동, 고밀도 세라믹, 유리, 아크릴 등을 포함하는(그러나 이에 한정되지는 않음) 임의의 다양한 재료로 제조됨을 이해할 것이다. 예를 들어, 처리 챔버(16)의 적어도 하나의 내부 표면은 반응성, 내구성을 선택적으로 변경하고 및/또는 처리 챔버(16)의 내부 표면 상의 미세 기공을 채우도록 의도된 적어도 하나의 코팅, 양극 처리된(anodized) 재료, 희생 재료, 물리적 피처 또는 엘리먼트 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(18)은 처리 챔버(16)에 결합될 수 있고 처리 챔버(16)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배기시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 스크러버 또는 유사한 장치(24)는 배기 도관(18)에 결합되거나 그 근처에 위치될 수 있으며, 이에 의해 사용자는 처리 챔버(16)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기시킬 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(20)은 처리 챔버(16) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 결합되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(20)은 처리 시스템(10)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(20)은 도관을 통해 처리 챔버(16)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(20)이 도관을 통해, 무선으로, 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(10)을 형성하는 임의의 구성 요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(32)은 적어도 하나의 샘플링 도관(30)을 통해 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(30)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않는) 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 같이, 일부 실시 예에서, 샘플링 도관(30)은 내부에 유동하는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자와 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(30)은 원자 가스 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 촉진하여 원자 가스의 재결합 에너지가 방출 및 측정되도록 촉매 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(30)은 화학적으로 불활성이 되도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 도관(30)은 그 위에 임의의 다양한 센서, 밸브, 가열소자, 냉각소자 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(30)은 라디칼 가스 발생기(12)에 직접 결합되고 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통된다. 도시된 실시 예에서, 샘플링 도관(30)은 반응 가스 도관(14)을 통해 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통된다. 선택적으로, 샘플링 도관(30)은 반응 가스 도관(14) 상에 위치된 샘플링 제어 밸브(22)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(22)는 샘플링 도관(30)을 통해 샘플링 모듈(32)로 반응 가스 도관(14)을 통과하여 지나는 소정 체적의 반응 가스를 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 제어 밸브(22)는 반응 가스 도관(14)을 통해 지나는 소정의 반응 가스의 유량이 샘플링 도관(30)을 통해 샘플링 모듈(32)로 선택적으로 향하도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 개수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(30)을 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시 예에서, 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(50)는 샘플링 도관(30)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 열전대, 온도 센서, 광학 센서, UV, 광학 또는 적외선 분광계, 하전 입자 검출기, 진공 게이지, 질량 분석기 등을 포함한다(그러나 이에 한정되지 않음). 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 장치(50)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(50)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 신규한 열량 측정 시스템의 실시 예가 상세하게 논의되고 본 출원의 도 8 내지 도 15에 도시되어있다. 선택적으로, 센서 장치(50)는 적어도 하나의 적정(titration) 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(50)가 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등의 다수의 현장 측정 장치를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1을 다시 참조하면, 도시된 실시 예에서 샘플링 모듈(32)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(34)에 결합된다. 샘플링 도관(30)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(34)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등(그러나 이에 한정되지 않음)을 포함하는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(30) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(34) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 샘플링 도관(30) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(34)의 적어도 일부는 가스 흐름 내의 라디칼과 반응하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼과 비교하여 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(36)은 분자 화합물 스트림 도관(34)을 통해 샘플링 모듈(32)과 유체 연통한다. 일 실시 예에서, 센서 모듈(36)은 적어도 하나의 가스 흐름에서의 라디칼의 농도를 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(36) 내에서 또는 센서 모듈(36)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 모듈(36)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(36)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(36)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸리딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 하나의 특정 실시 예에서, 센서 모듈(36)은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광학 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(36)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(36)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재결합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(36)은 가스 스트림 내의 라디칼을 그의 분자 종으로 재결합하도록 구성될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(38)은 센서 모듈(36) 및 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(40)과 유체 연통한다. 일부 실시 예에서, 유량 측정 모듈(40)은 그를 통해 흐르는 가스 스트림의 일부를 정확하게 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량은 유체 전도도를 갖는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(10) 내에서 알려진 크기의 오리피스 사이의 압력차를 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 본원에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(10)과 함께 사용되는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템을 이해할 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(42)은 유량 측정 모듈(40)에 연결되거나 유량 측정 모듈(40)과 통신할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(10)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(42)은 적어도 하나의 진공 소스(미도시)와 유체 연통될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(10)은 처리 시스템(10)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신할 수 있는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(52)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(52)은 적어도 하나의 프로세서 도관(54)을 통해 라디칼 가스 발생기와 통신한다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(52)은 프로세서 도관(54) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관을 통해 선택적 센서(50), 프로세서 도관(54) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(58)을 통해 샘플링 모듈(32), 적어도 하나의 센서 모듈 도관(60)을 통해 센서 모듈(36), 및 적어도 하나의 유량 측정 도관(621)을 통해 유량 측정 모듈(40) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(52)은 라디칼 가스 발생기(12), 선택적 센서(50), 샘플링 모듈(32), 센서 모듈(36), 및 유량 측정 모듈(40) 중 적어도 하나로부터 데이터를 수신하고 제공하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 선택적 프로세서 모듈(52)은 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(10) 내의 흐름 조건을 측정하고 처리 시스템(10)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(52)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하고 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(12)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(52)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(64)을 통해 선택적 밸브 장치(22), 센서(24) 및 챔버 프로세서 모듈(20) 중 적어도 하나와 통신하고 그로부터의 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적으로, 선택적인 프로세서 모듈(52)은 처리 시스템(10)의 다양한 구성 요소와 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(52)은 성능 데이터, 처리 공식 및 시간, 로트 번호 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(52)은 적어도 하나의 컴퓨터 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(66)는 처리 시스템(10) 내에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석 시스템(66)은 샘플링 모듈(32), 센서 모듈(36), 유량 측정 모듈(49), 선택적 센서(50), 선택적 프로세서 모듈(52) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(66)은 밸브 장치(22) 또는 처리 시스템(10) 내에 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
도 2는 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도 2에 도시된 처리 시스템(110)의 다양한 구성 요소는 도 1에 도시된 유사하게 명명된 구성 요소와 비교하여 수행된다. 이전 실시 예와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(110)은 내부에 라디칼을 갖는 반응 가스 스트림을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기 및/또는 반응 가스 발생기(112)를 포함할 수 있다. 라디칼 가스 발생기(112)는 적어도 하나의 가스 통로(114)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(116)와 유체 연통할 수 있다. 이전 실시 예와 같이, 라디칼 가스 발생기(112)는 샘플 가스를 활성화 및 해리하고 이에 응답하여 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 통신한다.
도 2를 다시 참조하면, 선택적으로, 반응 가스 도관(114)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서, 또는 이에 연결된 또는 이와 통신하는 유사한 장치(122)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(122)는 반응 가스 도관(114)에 연결되거나 그에 연결될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 반응 가스 도관(1)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있다. 일 실시 예에서, 밸브 장치(122)는 적어도 하나의 프로세서 도관(154)을 통해 적어도 하나의 선택적 처리 모듈(152)과 통신할 수 있다. 선택적으로, 처리 모듈(152)은 처리 시스템(110)의 다양한 구성 요소와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다. 사용 동안, 프로세서 모듈(152)은 밸브 장치(122)를 선택적으로 개방 및/또는 폐쇄함으로써 라디칼 가스 발생기(112)에 의해 생성된 샘플링 모듈(132)로의 라디칼 가스 스트림의 흐름을 허용하거나 제한하도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 처리 챔버(116)는 반응 가스 도관(114)을 통해 라디칼 가스 발생기(112)와 연결되거나 이와 연통될 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(118)은 차리 챔버(116)에 결합되고, 처리 챔버(116)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배출하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 스크러버 또는 이와 유사한 장치(124)는 배기 도관(118)에 결합되거나 그 근처에 위치될 수 있고, 이에 의해, 사용자는 처리 챔버(116)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기시킬 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 이전 실시 예와 같이, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(120)은 처리 챔버(118) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 연결되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(120)은 처리 시스템(110)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(120)은 도관을 통해 처리 챔버(116)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(120)이 처리 시스템(110)을 형성하는 임의의 구성 요소와 도관을 통해, 무선으로 또는 둘 다와 통신할 수 있음을 이해할 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(132)은 적어도 하나의 샘플링 도관(130)을 통해 라디칼 가스 발생기(112)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(130)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이와 같이, 샘플링 도관(130)은 내부에 유동하는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 라디칼과 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(130)은 화학적으로 불활성이 되도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(130)은 라디칼 가스 발생기(112)에 직접 결합되고 라디칼 가스 발생기(112)와 유체 연통된다. 도시된 실시 예에서, 샘플링 도관(130)은 반응 가스 도관(114)을 통해 라디칼 가스 발생기(112)와 유체 연통한다. 선택적으로, 샘플링 도관(130)은 반응 가스 도관(114)에 위치한 샘플링 제어 밸브(122)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(122)는 샘플링 도관(130)을 통해 샘플링 모듈(132)을 향해 반응 가스 도관(114)을 통과해 횡단하는 미리 정해진 체적의 반응 가스를 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 제어 밸브(122)는 반응 가스 도관(114)을 통해 횡단하는 소정의 반응 가스 유량이 샘플링 도관(130)을 통해 샘플링 모듈(132)로 선택적으로 향하도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(130)을 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시 예에서, 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(150)는 샘플링 도관(130)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 열전대, 온도 센서, 진공 게이지 등을 포함한다(그러나 이에 한정되지 않음). 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 장치(150)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(150)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 센서 장치(150)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(150)가 임의의 수의 현장 측정 장치 또는 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 2를 다시 참조하면, 샘플링 모듈(132)은 또한 적어도 하나의 챔버 샘플 가스 도관(144)을 통해 처리 챔버(116)와 유체 연통할 수 있다. 이와 같이, 샘플링 모듈(132)은 처리 챔버116)의 및 처리 챔버(116) 내의 라디칼 가스 스트림 업스트림을 분석하도록 구성될 수 있다. 이러한 분석은 순차적으로 또는 동시에 일어날 수 있다. 샘플링 도관(130)과 같이, 챔버 샘플 가스 도관(144)은 그 위에 적어도 하나의 밸브, 센서 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 처리 챔버(116)로부터 샘플링 모듈(132)로의 샘플 가스의 흐름은 선택적으로 변화될 수 있다.
도 2를 참조하면, 샘플링 모듈(132)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(134)에 결합될 수 있다. 샘플링 도관(130)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(134)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등을 (제한없이) 포함하는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(130) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(134) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 샘플링 도관(130) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(134)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼 가스 스트임 내에 함유된 라디칼에 비해 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(136)은 분자 화합물 스트림 도관(134)을 통해 샘플링 모듈(132)과 유체 연통할 수 있다. 선택적으로, 센서 모듈(136)은 적어도 하나의 가스 흐름에서 라디칼의 농도를 검출 및 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(136) 내에서 사용되거나 또는 센서 모듈(136)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 모듈(136)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(136)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(136)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 특정 실시 예에서, 센서 모듈(136)은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광법 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(136)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(136)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재결합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(136)은 가스 스트림 내의 라디칼을 그의 분자 종으로 재결합하도록 구성될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(138)은 그를 통과하여 흐르는 가스 스트림의 일부를 정확하게 측정하도록 구성될 수 있는 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(140)에서의 센서 모듈(136)과 유체 연통한다. 이전 실시 예와 같이, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량 또는 유체의 체적은 유체 전도도를 갖는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(110) 내에서 공지된 크기의 오리피스 사이의 압력 차분을 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템이 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(110)과 함께 사용될 수 있음을 이해한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(142)은 유량 측정 모듈(140)에 결합되거나 유량 측정 모듈(140)과 통신할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(110)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(142)은 적어도 하나의 진공 소스(도시되지 않음)와 유체 연통된다.
상술한 바와 같이, 처리 시스템(110)은 처리 시스템(110)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(152)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적 프로세서 모듈(152)은 적어도 하나의 프로세서 도관(154)을 통해 라디칼 가스 발생기(112)와 통신할 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(152)은 프로세서 도관(154) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(156)을 통해 선택적 센서(150)와 통신할 수 있으며, 프로세서 도관(154) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(158)을 통해 샘플링 모듈(132)과 통신할 수 있고, 적어도 하나의 센서 모듈 도관(160)을 통해 센서 모듈(136)과 통신할 수 있고, 적어도 하나의 유량 측정 도관(162)을 통해 유량 측정 모듈(140)과 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(152)은 라디칼 가스 발생기(112), 선택적 센서(150), 샘플링 모듈(132), 센서 모듈(136) 및 유량 측정 모듈 중 적어도 하나로부터 데이터를 제공하고 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 선택적 프로세서 모듈(152)은 처리 시스템(110) 내의 흐름 조건을 측정하고 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(110)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(152)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(112)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(152)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(164)을 통해 선택적 밸브 장치(122), 센서(124) 및 챔버 프로세서 모듈(120) 중 적어도 하나와 통신하고 그로부터 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적으로, 프로세서 모듈(152)은 외부 네트워크와 통신할 수 있다.
선택적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예와 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(166)가 처리 시스템(110) 내에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석 시스템(166)은 샘플링 모듈(132), 센서 모듈(136), 유량 측정 모듈(149), 선택적 센서(150), 선택적 프로세서 모듈(152) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(166)은 밸브 장치(122) 또는 처리 시스템(110) 내의 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
도 3은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 또 다른 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도 2와 같이, 도 3에 도시된 처리 시스템(210)의 다양한 구성 요소는 도 1 및 2에 도시된 유사하게 명명된 구성 요소와 비교하여 수행된다. 이전의 실시 예와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(210)은 내부에 라디칼을 갖는 반응 가스 스트림을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기 및/또는 반응 가스 발생기(212)를 포함할 수 있다. 라디칼 가스 발생기(212)는 적어도 하나의 가스 통로(214)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(216)와 유체 연통할 수 있다. 이전 실시 예와 같이, 라디칼 가스 발생기(212)는 샘플 가스를 활성화 및 분리하고 이에 응답하여 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통된다.
도 3을 다시 참조하면, 선택적으로, 반응 가스 도관(214)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서, 또는 이와 결합된 또는 이와 통신하는 유사한 장치(222)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(222)는 반응 가스 도관(214) 내에 위치되거나 이에 결합되어 사용자가 반응 가스 도관(214)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있게한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 처리 챔버(216)는 반응 가스 도관(214)을 통해 라디칼 가스 발생기(212)에 결합되거나 이와 통신할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(218)은 처리 챔버(216)에 결합될 수 있고 적어도 하나의 가스 또는 재료를 처리 챔버(216)로부터 배출하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 스크러버 또는 유사한 장치(224)는 배기 도관(218)에 결합되거나 그에 근접하여 위치될 수 있어, 사용자가 처리 챔버(216)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기시키도록 허용할 수 있다.
도 3을 다시 참조하면, 이전의 실시 예와 같이, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(220)는 처리 챔버(218) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 결합되거나 또는 그와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(220)은 처리 시스템(210)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소화된 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(220)은 도관을 통해 처리 챔버와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(220)이 도관, 무선, 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(210)을 형성하는 임의의 구성 요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(232)은 적어도 하나의 샘플링 도관(230)을 통해 라디칼 가스 발생기(212)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(230)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있음을 인식한다. 이와 같이, 샘플링 도관(230)은 그 내부에 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 라디칼과 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(230)은 화학적으로 불활성이 되도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(230)은 라디칼 가스 발생기(212)에 직접 결합되고 라디칼 가스 발생기(212)와 유체 연통된다. 예시된 실시 예에서, 샘플링 도관(230)은 반응 가스 도관(214)을 통해 라디칼 가스 발생기(212)와 유체 연통된다. 선택적으로, 샘플링 도관(230)은 반응 가스 도관(214) 상에 위치된 샘플링 제어 밸브(222)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(222)는 반응 가스 도관(214)을 통과해 횡단하는 소정 체적의 반응 가스를 샘플링 도관(230)을 통해 샘플링 모듈(232)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 제어 밸브(222)는 반응 가스 도관(214)을 통해 횡단하는 소정의 유량의 반응 가스를 샘플링 도관(230)을 통해 샘플링 모듈(232)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(230)을 따라서 있는 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(250)는 샘플링 도관(230)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 열전대, 온도 센서, 진공 게이지 등(그러나 이에 한정되는 것은 아님)을 포함한다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 센서 장치(250)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(250)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 센서 장치(250)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(250)가 임의의 수의 현장 측정 장치 또는 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등을 포함할 수 있다는 것을 이해한다.
다시 도 3을 참조하면, 샘플링 모듈(232)은 또한 적어도 하나의 챔버 샘플 가스 도관(244) 및/또는 샘플 배기 도관(246) 중 적어도 하나를 통해 처리 챔버(216) 및 배기 도관(218)과 유체 연통할 수 있다. 이와 같이, 샘플링 모듈(232)은 처리 챔버(216)의 라디칼 가스 스트림 업스트림, 처리 챔버(216) 내의 라디칼 가스 스트림 및 배기 도관(218)을 통해 처리 챔버로부터 방출되는 라디칼 가스 스트림을 분석하도록 구성될 수 있다. 이러한 분석은 순차적으로 또는 동시에 발생할 수 있다. 샘플링 도관(230)과 같이, 챔버 샘플 가스 도관(244) 및/또는 배기 도관(218)은 그 위에 적어도 하나의 밸브, 센서 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 처리 챔버(216)로부터 샘플링 모듈(232)로의 샘플 가스의 흐름, 및/또는 배기 도관(218)으로부터 샘플링 모듈(232)로의 샘플 가스의 흐름, 또는 둘다는 선택적으로 변화될 수 있다.
도 3을 참조하면, 샘플링 모듈(232)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(234)에 결합될 수 있다. 샘플링 도관(230)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(234)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등(그러나 이에 한정되는 것은 아님)을 포함하는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(230) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(234) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 샘플링 도관(230) 중/또는 분자 화합물 스트림 도관(234)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 컨테이너와 비교하여 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예들과 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(236)은 분자 화합물 스트림 도관(234)을 통해 샘플링 모듈(232)과 유체 연통한다. 선택적으로, 센서 모듈(236)은 적어도 하나의 가스 흐름에서 라디칼의 농도를 검출 및 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(236) 내에 또는 센서 모듈(236)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 센서 모듈(236)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(236)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(236)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸리딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물의 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 특정 실시 예에서, 센서 모듈(236)은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광법 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 센서 모듈(236)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 센서 모듈(236)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재조합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(236)은 가스 스트림 내의 라디칼을 그의 분자 종으로 재결합하도록 구성될 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(238)은 그를 통과하여 흐르는 가스 스트림의 일부를 정확하게 측정하도록 구성될 수 있는 센서 모듈(236) 및 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(240)과 유체 연통한다. 이전 실시 예와 같이, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량은 유체 컨덕턴스를 갖는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(210) 내에서 공지된 크기의 오리피스 사이의 압력 차를 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템이 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(210)과 함께 사용될 수 있음을 이해한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(242)은 유량 측정 모듈(240)에 결합되거나 유량 측정 모듈(240)과 통신할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(210)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(242)은 적어도 하나의 진공 소스(미도시)와 유체 연통된다.
상술한 바와 같이, 처리 시스템(210)은 처리 시스템(210)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(252)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적 프로세서 모듈(252)은 적어도 하나의 프로세서 도관(254)을 통해 라디칼 가스 발생기와 통신할 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(252)은 프로세서 도관(254) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(256)을 통해 선택적 센서(250), 프로세 도관(254) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(258)을 통해 샘플링 모듈(232), 적어도 하나의 센서 모듈 도관(260)을 통해 센서 모듈(236), 및 적어도 하나의 유량 측정 도관(262)을 통해 유량 측정 모듈(240) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(252)은 라디칼 가스 발생기(212), 선택적 센서(250), 샘플링 모듈(232), 센서 모듈(236) 및 유량 측정 모듈(240) 중 적어도 하나로부터 데이터를 제공 및 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 선택적 프로세서 모듈(252)은 처리 시스템(210) 내의 흐름 조건을 측정하고 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(210)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적 프로세서 모듈(252)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(212)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(252)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(264)을 통해 선택적 밸브 장치(222), 센서(224) 및 챔버 프로세서 모듈(220) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다. 또한, 프로세서 모듈(252)은 외부 네트워크와 통신할 수 있다.
선택적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예들과 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(266)가 처리 시스템(210) 내에 형성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 분석 시스템(266)은 샘플링 모듈(232), 센서 모듈(236), 유량 측정 모듈(249), 선택적 센서(250), 선택적 프로세서 모듈(252) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(266)은 밸브 장치(222) 또는 처리 시스템(210) 내의 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
도 4는 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 다른 실시 예를 개략적으로 도시한다. 이전 실시 예들과 달리, 본 실시 예는 적어도 하나의 센서 모듈에 데이터를 제공하는 다수의 샘플링 모듈을 포함한다. 이전 실시 예와 같이, 도 4에 도시된 처리 시스템(310)의 다양한 구성 요소는 도 1 내지 도 3에 도시된 유사하게 명명된 구성 요소와 비교하여 수행된다. 이전 실시 예들과 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(310)은 내부에 라디칼을 갖는 반응 가스 스트림을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기 및/또는 반응 가스 발생기(312)를 포함할 수 있다. 라디칼 가스 발생기(312)는 적어도 하나의 가스 통로(314)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(316)와 유체 연통할 수 있다. 선택적으로, 반응 가스 도관(314)은 이에 결합되거나 그와 통신하는 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서, 또는 유사한 장치(322)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(322)가 반응 가스 도관(314)에 위치되거나 결합될 수 있어, 사용자로 하여금 반응 가스 도관(314)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한하도록 할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 처리 챔버(316)는 반응 가스 도관(314)을 통해 라디칼 가스 발생기(312)에 결합되거나 이와 통신할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(318)은 처리 챔버(316)에 결합될 수 있고 처리 챔버(316)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 스크러버 또는 유사한 장치(324)는 배기 도관(318)에 결합되거나 그에 근접하여 위치될 수 있어, 사용자로 하여금 처리 챔버(316)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기시킬 수 있도록 허용할 수 있게 한다.
도 4를 다시 참조하면, 이전 실시 예들과 같이, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(320)은 처리 챔버(318) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소들과 연결되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(320)은 처리 시스템(310)을 형성하는 다양한 구성 요소들에 대한 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시 예의 챔버 처리 모듈(320)은 도관을 통해 처리 챔버(316)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(320)은 도관을 통해, 무선으로 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(310)을 형성하는 임의의 구성 요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 업스트림 샘플링 모듈(332)은 적어도 하나의 샘플링 도관(330)을 통해 라디칼 가스 발생기(312)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(330)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 샘플링 도관(330)은 내부에 유동하는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 라디칼과 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(330)은 화학적으로 불활성으로 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(330)은 라디칼 가스 발생기(312)에 직접 결합되고 라디칼 가스 발생기(312)와 유체 연통한다. 예시된 실시 예에서, 샘플링 도관(330)은 반응 가스 도관(314)을 통해 라디칼 가스 발생기(312)와 유체 연통된다. 선택적으로, 샘플링 도관(330)은 반응 가스 도관(314) 상에 위치한 샘플링 제어 밸브(322)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(322)는 반응 가스 도관(314)을 통과하는 소정 체적의 반응 가스를 샘플링 도관(330)을 통해 업스트림 샘플링 모듈(332)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 제어 밸브(322)는 반응 가스 도관(314)을 통해 통과하는 소정의 반응 가스 유량을 샘플링 도관(230)을 통해 업스트림 샘플링 모듈(332)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(330)을 따라서 있는 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(380)는 샘플링 도관(330)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 (제한없이) 열전대, 온도 센서, 진공 게이지 등을 포함한다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 장치(380)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(380)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 센서 장치(380)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(380)가 임의의 수의 현장 측정 장치 또는 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
다시 도 4를 참조하면, 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈(342)은 적어도 하나의 챔버 샘플 가스 도관(340)을 통해 처리 챔버(316)와 유체 연통할 수 있다. 이와 같이, 챔버 샘플링 모듈(342)은 처리 챔버(316) 내의 라디칼 가스 스트림을 분석하도록 구성될 수 있다. 업스트림 샘플링 도관(330)과 같이, 챔버 샘플 가스 도관(340)은 그 위에 적어도 하나의 밸브, 센서 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 처리 챔버(316)로부터 챔버 샘플링 모듈(342)로의 샘플 가스의 흐름은 선택적으로 변화될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 선택적으로, 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈(352)은 적어도 하나의 배기 샘플 가스 도관(350)을 통해 처리 챔버(316)와 유체 연통할 수 있다. 이와 같이, 챔버 샘플링 모듈(352)은 배기 도관(318)을 통해 처리 챔버(316)로부터 배출된 라디칼 가스 스트림을 분석하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 샘플 가스 도관(350)은 그 위에 적어도 하나의 밸브, 센서 등을 포함할 수 있다. 이와 같이, 배기 도관(318)을 통해 처리 챔버(316)로부터 방출된 샘플 가스의 흐름은 선택적으로 변화될 수 있다.
도 4를 참조하면, 업스트림 샘플링 모듈(332), 챔버 샘플링 모듈(342) 및 배기 샘플링 모듈(352) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(334)에 결합될 수 있다. 샘플링 도관(330)과 같이 분자 화합물 스트림 도관(334)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시 예에서, 업스트림 샘플링 도관(330), 챔버 샘플링 모듈(340), 배기 샘플링 모듈(350) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(334) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 샘플링 도관(330) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(334)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 라디칼에 비해 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 이전 실시 예와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(336)은 분자 화합물 스트림 도관(334)을 통해 업스트림 샘플링 모듈(332), 챔버 샘플링 모듈(342) 및 배기 샘플링 모듈(352) 중 적어도 하나와 유체 연통한다. 센서 모듈(336)은 적어도 하나의 가스 흐름에서 라디칼의 농도를 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(336) 내에 또는 센서 모듈(336)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 모듈(336)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(336)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(336)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 특정 실시 예에서, 센서 모듈(336)은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광법 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(336)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(336)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재조합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(336)은 가스 스트림 내 라디칼의 분자 종으로의 재조합을 허용하도록 구성될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(362)은 그를 통해 흐르는 가스 스트림의 일부를 정확하게 측정하도록 구성될 수 있는 센서 모듈(336) 및 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(370)과 유체 연통한다. 이전 실시 예와 같이, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(이하 MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(이하 MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량은 유체 컨덕턴스를 갖는 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(310) 내에서 공지된 크기의 오리피스 사이의 압력차를 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템이 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(310)과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(372)은 유량 측정 모듈(370)에 결합되거나 유량 측정 모듈(370)과 통신할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(310)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(372)은 적어도 하나의 진공 소스(미도시)와 유체 연통된다.
처리 시스템(310)은 처리 시스템(310)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(382)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 선택적 프로세서 모듈(382)은 적어도 하나의 프로세서 도관(384)을 통해 라디칼 가스 발생기(312)와 통신할 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(382)은 프로세서 도관(384) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(356)을 통해 선택적 센서(380) 및 업스트림 샘플링 모듈(332) 중 적어도 하나와, 적어도 하나의 센서 모듈 도관(386)을 통해 센서 모듈(336)과, 또는 둘 다와 통신할 수 있다. 이와 같이, 선택적 프로세서 모듈(382)은 처리 시스템(310) 내의 흐름 조건을 측정하고 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(310)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(382)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정 및/또는 계산하고 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(312)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(382)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(362)을 통해 선택적 밸브 장치(322), 센서(324) 및 챔버 프로세서 모듈(320) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다.
도 5는 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(410)은 적어도 하나의 가스 통로(414)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(416)와 유체 연통하는 적어도 하나의 플라즈마 발생기 및/또는 라디칼 가스 발생기(412)를 포함한다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(412)는 샘플 가스를 활성화 및 분리하고 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 통신한다. 일 특정 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(412)는 RF 토로이달 플라즈마 소스를 포함하지만, 당업자라면 임의의 다양한 플라즈마 소스 또는 라디칼 가스 소스가 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(412)는 수소(H2) 플라즈마를 사용하여 원자 수소를 생성한다. 다른 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(412)는 산소(02) 플라즈마를 이용하여 원자 산소를 생성한다. 선택적으로, 라디칼 가스 발생기(412)는 가스 스트림 내에 적어도 하나의 라디칼을 함유하는 반응 플라즈마를 생성하기 위해 삼불화 질소(NF3), 불소(F2), 염소(Cl2) 또는 임의의 다양한 다른 재료를 이용할 수 있다. 대안적으로, 라디칼 가스는 전자빔 여기(excitation), 레이저 여기 또는 고온 필라멘트 여기를 포함하는 다른 가스 여기 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한, 상기 설명은 RF 기반 플라즈마 생성 시스템의 다양한 실시 예를 개시하지만, 당업자는 임의의 다양한 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 대안의 라디칼 가스 발생 시스템은 글로(glow) 방전 플라즈마 시스템, 용량 결합 플라즈마 시스템, 캐스케이드 아트 플라즈마 시스템, 유도 결합 플라즈마 시스템, 웨이브 가열 플라즈마 시스템, 아크 방전 플라즈마 시스템, 코로날 방전 플라즈마 시스템, 유전체 장벽 방전 시스템, 용량성 방전 시스템, 압전 직접 방전 플라즈마 시스템 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
다시 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 처리 챔버(416)는 적어도 하나의 반응 가스 도관(414)을 통해 라디칼 가스 발생기(412)와 유체 연통할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 반응 가스 도관(414)은 화학적으로 불활성 재료 또는 화학 반응성이 낮은 재료로 제조된다. 예시적인 재료는 석영, 사파이어, 스테인레스 스틸, 강화 스틸, 알루미늄, 세라믹 재료, 유리, 황동, 니켈, Y203, YAIOx, 다양한 합금, 및 양극 처리된 알루미늄과 같은 코팅된 금속을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(414)은 단일 라디칼 가스 발생기(412)와 유체연통 된다. 다른 실시 예에서, 다수의 반응 가스 도관(414)은 단일 반응 가스 발생기(412)와 유체연통 된다. 또 다른 실시 예에서 단일 반응 가스 도관(414)은 다수의 라디칼 가스 발생기(412)와 연통된다. 이와 같이, 임의의 수의 반응 가스 도관(414)은 임의의 수의 라디칼 가스 발생기(412)와 연통할 수 있다. 선택적으로, 반응 가스 도관(414)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서, 또는 이와 결합된 또는 이와 통신하는 유사한 장치(422)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(422)가 반응 가스 도관(414)에 결합되어 사용자가 반응 가스 도관(414)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있게 한다.
처리 챔버(416)는 반응 가스 도관(414)을 통해 라디칼 가스 발생기(412)에 결합되거나 이와 연통될 수 있다. 일 실시 예에서, 처리 챔버(416)는 적어도 하나의 기판, 반도체 웨이퍼, 또는 그 안에 위치된 유사한 재료를 갖도록 구성된 적어도 하나의 진공 챔버 또는 용기를 포함한다. 선택적으로, 처리 챔버(416)는 반도체 기판 또는 웨이퍼의 원자 층 처리에 사용될 수 있다. 선택적으로, 처리 챔버(416)는 시스템인 임의의 다양한 처리 방법을 사용하여 임의의 다양한 기판 또는 재료를 처리하는데 사용될 수 있다. 예시적인 처리 방법은 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 급속 열 화학 기상 증착(RTCVD), 원자 층 증착(ALD), 원자 층 에칭(ALE) 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 당업자는 처리 챔버(416)가 스테인레스 스틸, 알루미늄, 연강, 황동, 고밀도 세라믹, 유리, 아크릴 등을 포함하는(그러나 그에 제한되지 않음) 임의의 다양한 재료로 제조됨을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 처리 챔버(416)의 적어도 하나의 내부 표면은 반응성, 내구성을 선택적으로 변화시키고 및/또는 처리 챔버(416)의 내부 표면의 미세 공극을 채우도록 의도된 적어도 하나의 코팅, 양극 처리 재료, 희생 재료, 물리적 피처 또는 엘리먼트 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(418)은 처리 챔버(416)에 결합될 수 있고 처리 챔버(416)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배기시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 스크러버, 또는 유사한 장치(424)는 배기 도관(418)에 연결되거나 그 근방에 위치될 수 있으며, 이에 의해 사용자는 처리 챔버(416)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기시킬 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(420)은 처리 챔버(418) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 연결되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(420)은 처리 시스템(10)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(420)은 도관을 통해 처리 챔버(416)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(420)이 도관을 통해, 무선으로 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(410)을 형성하는 임의의 구성 요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(432)은 적어도 하나의 샘플링 도관(430)을 통해 라디칼 가스 발생기(412)와 유체연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(430)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 일부 실시 예들에서, 샘플링 도관(430)은 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 라디칼과 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(430)은 원자 가스 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 촉진하여 원자 가스의 재결합 에너지가 방출 및 측정되도록 촉매 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(430)은 화학적으로 불활성이 되도록 구성될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 반응 가스 공급처 또는 소스(472)는 적어도 하나의 반응 메커니즘 또는 스트림(474)을 샘플링 모듈(432)에 제공하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 반응 소스(472)는 적어도 하나의 스트림 도관(475)을 통해 라디칼 가스 발생기와 연통될 수 있다. 임의의 다양한 것을 제공하도록 구성된 임의의 다양한 반응 소스(472)가 본 시스템에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 반응 소스(472)는 반응 가스의 적어도 하나의 소스를 포함하고 샘플링 모듈(432) 내의 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자와 반응하도록 구성된다. 예시적인 반응 가스는 질소, 산소, 수소와 같은 가스, NH3NO2와 같은 화합물, 또는 별도의 플라즈마 소스로 생성된 임의의 다양한 원자 라디칼을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예에서, 반응 소스(472)는 샘플링 모듈(432) 내의 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자에 여기 에너지를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 여기 소스를 포함한다. 예를 들어, 하나의 실시 예에서, 반응 소스(472)는 여기 에너지를 샘플링 모듈(432)에 제공하도록 구성된 적어도 하나의 광학 방사선 소스를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 샘플링 도관(430)은 그 위에 임의의 다양한 센서, 밸브, 가열 소자, 냉각 소자 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(430)은 라디칼 가스 발생기(412)에 직접 연결되고 라디칼 가스 발생기(412)와 유체 연통한다. 예시된 실시 예에서 샘플링 도관(430)은 반응 가스 도관(414)을 통해 라디칼 가스 발생기(412)와 유체연통 된다. 선택적으로, 샘플링 도관(430)은 반응 가스 도관(414) 상에 위치된 샘플링 제어 밸브(422)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(422)는 반응 가스 도관(414)을 통과하는 소정 체적의 반응 가스를 샘플링 도관(430)을 통해 샘플링 모듈(432)로 선택적으로 지향하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 제어 밸브(422)는 반응 가스 도관(414)을 통해 통과하는 소정의 반응 가스 유량이 샘플링 도관(430)을 통해 샘플링 모듈(432)로 선택적으로 향하도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 개수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(430)을 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(450)는 샘플링 도관(430)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 제한 없이 열전대, 온도 센서, 광학 센서, UV, 광학 또는 적외선 분광계, 전하 입자 검출기, 진공 게이지, 질량 분석기 등을 포함한다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 장치(450)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(450)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 다른 실시 예에서, 신규 열량 측정 시스템이 본 명세서의 도 8 내지 도 15에 상세히 설명되고 도시되어있다. 선택적으로, 센서 장치(450)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(450)가 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등의 다수의 현장 측정 장치를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 5를 다시 참조하면, 도시된 실시 예에서 샘플링 모듈(432)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(434)에 결합된다. 샘플링 도관(430)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(434)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등을 포함하는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(430) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(434) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 샘플링 도관(430) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(434)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼에 비해 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(436)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(434)을 통해 샘플링 모듈(432)과 유체 연통한다. 일 실시 예에서, 센서 모듈(436)은 적어도 하나의 가스 흐름 내의 라디칼의 농도를 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(436) 내에 또는 센서 모듈(436)을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 센서 모듈(436)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(436)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(436)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 특정 실시 예에서, 센서 모듈은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광법 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(436)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(436)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재결합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(436)은 가스 스트림 내의 라디칼을 그의 분자 종으로 재결합하도록 구성될 수 있다.
다시 도 5를 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(438)은 센서 모듈(436) 및 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(440)과 유체연통 한다. 일부 실시 예에서, 유량 측정 모듈(440)은 그를 통해 흐르는 가스 스트림의 일부를 정확하게 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량은 유체 컨덕턴스로 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(410) 내에서 공지된 크기의 오리피스 사이의 압력차를 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템이 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(410)과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(442)은 유량 측정 모듈(440)에 연결되거나 유량 측정 모듈(440)과 통신할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(410)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(442)은 적어도 하나의 진공 소스(미도시)와 유체 연통된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(410)은 처리 시스템(410)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(452)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(452)은 적어도 하나의 프로세서 도관(454)을 통해 라디칼 가스 발생기(412)와 통신한다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(452)은 프로세서 도관(454) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(456)을 통해 선택적 센서(450), 프로세서 도관(454) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(458)을 통해 샘플링 모듈(432), 적어도 하나의 센서 모듈 도관(460)을 통해 센서 모듈(436), 및 적어도 하나의 유량 측정 도관(462)을 통해 유량 측정 모듈(440) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 또한, 반응 소스(472)는 프로세서 도관(454)을 통해 선택적 프로세서 시스템(452)과 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(452)은 라디칼 가스 발생기(412), 선택적 센서(450), 샘플링 모듈(432), 센서 모듈(436) 및 유량 측정 모듈(440) 중 적어도 하나로 데이터를 제공하고 그로부터 데이터를 수신하도록 구성된다. 따라서, 선택적 프로세서 모듈(452)은 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(410) 내의 흐름 조건들을 측정하고 처리 시스템(410)의 동작 조건들을 선택적으로 변화시키도록 구성된다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(452)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(412)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(452)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(464)을 통해 선택적 밸브 장치(422), 센서(424) 및 챔버 프로세서 모듈(420) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적으로 프로세서(452)는 처리 시스템(410)의 다양한 구성 요소와 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(452)는 성능 데이터, 처리 공식 및 시간, 로트 번호 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(452)는 적어도 하나의 컴퓨터 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(466)는 처리 시스템(410) 내에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석 시스템(466)은 샘플링 모듈(432), 센서 모듈(436), 유량 측정 모듈(449), 선택적 센서(450), 선택적 프로세서 모듈(452) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(466)은 밸브 장치(422) 또는 처리 시스템(410) 내의 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
도 6은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(510)은 적어도 하나의 가스 통로(514)를 통해 적어도 하나의 처리 챔버(516)와 유체 연통하는 적어도 하나의 플라즈마 발생기 및/또는 라디칼 가스 발생기(512)를 포함한다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(512)는 샘플 가스를 활성화 및 분리하고 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통한다. 일 특정 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(512)는 RF 토로이달 플라즈마 소스를 포함하지만, 당업자라면 임의의 다양한 플라즈마 소스 또는 라디칼 가스 소스가 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(512)는 수소(H2) 플라즈마를 사용하여 원자 수소를 생성한다. 다른 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(512)는 산소(02) 플라즈마를 이용하여 원자 산소를 생성한다. 선택적으로, 라디칼 가스 발생기(512)는 가스 스트림 내에 적어도 하나의 라디칼을 함유하는 반응 플라즈마를 생성하기 위해 삼불화 질소(NF3), 불소(F2), 염소(Cl2) 또는 임의의 다양한 다른 재료를 이용할 수 있다. 대안적으로, 라디칼 가스는 전자빔 여기, 레이저 여기 또는 고온 필라멘트 여기를 포함하는 다른 가스 여기 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한, 상기 설명은 RF 기반 플라즈마 생성 시스템의 다양한 실시 예를 개시하지만, 당업자는 임의의 다양한 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 대안의 라디칼 가스 발생 시스템은 글로 방전 플라즈마 시스템, 용량 결합 플라즈마 시스템, 캐스케이드 아트 플라즈마 시스템, 유도 결합 플라즈마 시스템, 웨이브 가열 플라즈마 시스템, 아크 방전 플라즈마 시스템, 코로날 방전 플라즈마 시스템, 유전체 장벽 방전 시스템, 용량성 방전 시스템, 압전 직접 방전 플라즈마 시스템 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
다시 도 6을 참조하면, 적어도 하나의 처리 챔버(516)는 적어도 하나의 반응 가스 도관(514)을 통해 라디칼 가스 발생기(512)와 유체 연통할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 반응 가스 도관(514)은 화학적으로 불활성인 재료, 또는 화학 반응성이 낮은 재료로 제조된다. 예시적인 재료는 석영, 사파이어, 스테인레스 스틸, 강화 스틸, 알루미늄, 세라믹 재료, 유리, 황동, 니켈, Y203, YAIOx, 다양한 합금, 및 양극 처리된 알루미늄과 같은 코팅된 금속을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(514)은 단일 라디칼 가스 발생기(512)와 유체연통 된다. 다른 실시 예에서, 다수의 반응 가스 도관(514)은 단일 반응 가스 발생기(512)와 유체연통 된다. 또 다른 실시 예에서 단일 반응 가스 도관(514)은 다수의 라디칼 가스 발생기(512)와 연통된다. 이와 같이, 임의의 수의 반응 가스 도관(514)은 임의의 수의 라디칼 가스 발생기(512)와 연통할 수 있다. 선택적으로, 반응 가스 도관(514)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서, 또는 이와 연결되거나 이와 통신하는 유사한 장치(522)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(522)가 반응 가스 도관(514)에 결합되어 사용자가 반응 가스 도관(514)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있게 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(516)는 반응 가스 도관(514)을 통해 라디칼 가스 발생기(512)에 연결되거나 이와 연통될 수 있다. 일 실시 예에서, 처리 챔버(516)는 적어도 하나의 기판, 반도체 웨이퍼 또는 그 안에 위치된 유사한 재료를 갖도록 구성된 적어도 하나의 진공 챔버 또는 용기를 포함한다. 예를 들어, 처리 챔버(516)는 반도체 기판 또는 웨이퍼의 원자 층 처리에 사용될 수 있다. 선택적으로, 처리 챔버(516)는 시스템인 임의의 다양한 처리 방법을 사용하여 임의의 다양한 기판 또는 재료를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 처리 방법은 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 급속 열 화학 기상 증착(RTCVD), 원자 층 증착(ALD), 원자 층 에칭(ALE) 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 당업자는 처리 챔버(516)가 스테인레스 스틸, 알루미늄, 연강, 황동, 고밀도 세라믹, 유리, 아크릴 등을 포함하는(그러나 이에 제한되지는 않음) 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 처리 챔버(516)의 적어도 하나의 내부 표면은 반응성, 내구성을 선택적으로 변화시키고 및/또는 처리 챔버(516)의 내부 표면의 미세 기공을 채우도록 의도된 적어도 하나의 코팅, 양극 처리된 재료, 희생 재료, 물리적 피처 또는 엘리먼트 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(518)은 처리 챔버(516)에 결합될 수 있고 처리 챔버(516)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배기시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 세정기 또는 유사한 장치(524)는 배기 도관(518)에 연결되거나 그 근처에 위치될 수 있고, 이에 의해 사용자는 처리 챔버(516)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기할 수 있다.
다시 도 6을 참조하면, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(520)은 처리 챔버(518) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 연결되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(520)은 처리 시스템(510)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(520)은 도관을 통해 처리 챔버(516)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(520)이 도관을 통해, 무선으로 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(510)을 형성하는 임의의 구성 요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(532)은 적어도 하나의 샘플링 도관(530)을 통해 라디칼 가스 발생기(512)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(530)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 일부 실시 예들에서, 샘플링 도관(530)은 내부에 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자와 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(530)은 원자 가스 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 촉진하여 원자 가스의 재결합 에너지가 방출 및 측정되도록 촉매 재료로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(530)은 화학적으로 불활성으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(530)은 라디칼 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 용이하게 하도록 구성된 촉매 재료로 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 도관(530)은 임의의 다양한 센서, 밸브, 가열소자, 냉각소자 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(530)은 라디칼 가스 발생기(512)에 직접 연결되고 라디칼 가스 발생기(512)와 유체 연통한다. 예시된 실시 예에서, 샘플링 도관(530)은 반응 가스 도관(514)을 통해 라디칼 가스 발생기(512)와 유체 연통된다. 선택적으로, 샘플링 도관(530)은 반응 가스 도관(514) 상에 위치된 샘플링 제어 밸브(522)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(522)는 반응 가스 도관(514)을 통과하는 소정 체적의 반응 가스를 샘플링 도관(530)을 통해 샘플링 모듈(532)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 제어 밸브(522)는 반응 가스 도관(514)을 통해 통과하는 소정의 반응 가스 유량을 샘플링 도관(530)을 통해 샘플링 모듈(532)로 선택적으로 지향하도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 개수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(530)을 따라서 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(550)는 샘플링 도관(530)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 열전대, 온도 센서, 광학 센서, UV, 광학 또는 적외선 분광계, 전하 입자 검출기, 진공 게이지, 질량 분석기 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 장치(550)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(550)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 신규한 열량 측정 시스템의 실시 예가 상세하게 논의되고 본 출원의 도 8 내지 도 15에 도시되어있다. 선택적으로, 센서 장치(550)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(550)가 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등인 임의의 수의 현장 측정 장치를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 6을 다시 참조하면, 예시된 실시 예에서 샘플링 모듈(532)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(534)에 결합된다. 샘플링 도관(530)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(534)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등(그러나 이에 한정되는 것은 아님)을 포함하는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(530) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(534) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 샘플링 도관(530) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(534)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼에 비해 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(536)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(534)을 통해 샘플링 모듈(532)과 유체연통한다. 일 실시 예에서, 센서 모듈(536)은 적어도 하나의 가스 흐름에서 라디칼의 농도를 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(536) 내에 또는 센서 모듈(536)을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 모듈(536)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(536)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(536)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 일 특정 실시 예에서, 센서 모듈은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광법 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(536)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(536)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재결합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(536)은 가스 스트림 내의 라디칼을 그의 분자 종으로 재결합하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 센서 모듈 리턴 도관(535)은 센서 모듈(536) 및 처리 챔버(520)와 유체 연통할 수 있다. 사용 동안, 감지 모듈(535)로부터 출력된 라디칼 가스 또는 유사한 재료는 처리 챔버(520)로 선택적으로 지향될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(510)은 처리 시스템(510)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(552)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(552)은 적어도 하나의 프로세서 도관(554)을 통해 라디칼 가스 발생기(512)와 연통한다. 또한, 선택적 프로세서 시스템(552)은 프로세서 도관(554) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(556)을 통해 선택적 센서(550), 프로세서 도관(554) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(558)을 통해서 샘플링 모듈(532), 및 적어도 하나의 센서 모듈 도관(560)을 통해서 센서 모듈(536) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(552)은 라디칼 가스 발생기(512), 선택적 센서(550), 샘플링 모듈(532) 및 센서 모듈(536) 중 적어도 하나로 데이터를 제공하고 그로부터 데이터를 수신하도록 구성될 수 있다. 그에 따라, 선택적 프로세서 모듈(552)은 처리 시스템(510) 내의 흐름 조건을 측정하고 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(510)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(552)은 라디칼 스트림 내의 라디칼 및/또는 단기 분자의 농도를 측정하고 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 발생기(52)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(552)은 적어도 하나의 선택적 처리 도관(562)을 통해 선택적 밸브 장치(522), 센서(524) 및 챔버 프로세서 모듈(520) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(552)는 처리 시스템(510)의 다양한 구성요소들과 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(552)는 성능 데이터, 처리 공식 및 시간, 로트 번호 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(552)는 적어도 하나의 컴퓨터 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(566)는 처리 시스템(510) 내에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석 시스템(566)은 샘플링 모듈(532), 센서 모듈(536), 선택적 센서(550), 선택적 프로세서 모듈(552) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(566)은 밸브 장치(522) 또는 처리 시스템(510) 내의 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
이전 실시 예들과 같이, 도 7은 가스 스트림 내 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(610)은 적어도 하나의 가스 통로(614)와 유체 연통하는 적어도 하나의 플라즈마 발생기 및/또는 라디칼 가스 발생기(612)를 포함한다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(612)는 샘플 가스를 활성화 및 분리하고 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 연통된다. 일 특정 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(612)는 RF 토로이달 플라즈마 소스를 포함하지만, 당업자라면 임의의 다양한 플라즈마 소스 또는 라디칼 가스 소스가 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(612)는 수소(H2) 플라즈마를 사용하여 원자 수소를 생성한다. 다른 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(612)는 산소(02) 플라즈마를 이용하여 원자 산소를 생성한다. 선택적으로, 라디칼 가스 발생기(612)는 가스 스트림 내에 적어도 하나의 라디칼을 함유하는 반응 플라즈마를 생성하기 위해 삼불화 질소(NF3), 불소(F2), 염소(Cl2) 또는 임의의 다양한 다른 재료를 이용할 수 있다. 대안적으로, 라디칼 가스는 전자빔 여기, 레이저 여기 또는 고온 필라멘트 여기를 포함하는 다른 가스 여기 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한, 상기 설명은 RF 기반 플라즈마 생성 시스템의 다양한 실시 예를 개시하지만, 당업자는 임의의 다양한 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 대안의 라디칼 가스 발생 시스템은 글로 방전 플라즈마 시스템, 용량 결합 플라즈마 시스템, 캐스케이드 아트 플라즈마 시스템, 유도 결합 플라즈마 시스템, 웨이브 가열 플라즈마 시스템, 아크 방전 플라즈마 시스템, 코로날 방전 플라즈마 시스템, 유전체 장벽 방전 시스템, 용량성 방전 시스템, 압전 직접 방전 플라즈마 시스템 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
다시 도 7을 참조하면, 적어도 하나의 반응 가스 도관(614)은 라디칼 가스 발생기(612)와 유체 연통할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 반응 가스 도관(614)은 화학적으로 불활성인 물질 또는 낮은 화학적 반응성을 갖는 물질로 제조된다. 예시적인 재료는 석영, 사파이어, 스테인레스 스틸, 강화 스틸, 알루미늄, 세라믹 재료, 유리, 황동, 니켈, Y2O3, YAIOx, 다양한 합금, 및 양극 처리된 알루미늄과 같은 코팅된 금속을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(614)은 단일 라디칼 가스 발생기(12)와 유체 연통된다. 이전 실시 예와 같이, 임의의 수의 반응 가스 도관(614)은 임의의 수의 라디칼 가스 발생기(612)와 연통할 수 있다. 또한 선택적으로, 반응 가스 도관(614)은 적어도 하나의 밸브 장치 또는 시스템, 센서 또는 이와 연결된 또는 이와 통신하는 유사한 장치(622)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(622)는 반응 가스 도관(614)에 결합되어 사용자가 반응 가스 도관(614)을 통한 적어도 하나의 반응 가스 스트림의 흐름을 선택적으로 허용 및/또는 제한할 수 있게 한다. 반응 가스 도관(614)은 임의의 다양한 테스트 시스템, 용기, 컨테이너, 처리 설비 및/또는 시스템 등에 연결되거나 이와 연통될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 모듈(632)은 적어도 하나의 샘플링 도관(630)을 통해 라디칼 가스 발생기(612)와 유체 연통할 수 있다. 당업자는 샘플링 도관(630)이 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱, 탄소 섬유 탄소계 재료, 흑연, 실리콘, 이산화규소, 탄화규소 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로부터 제조될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 일부 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 내부에 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 고 반응 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 단기 분자와 화학적으로 반응하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 원자 가스 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 촉진하여 원자 가스의 재결합 에너지가 방출 및 측정되도록 촉매 물질로 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 화학적으로 불활성이 되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 라디칼 종의 분자 가스 종으로의 재결합을 용이하게 하도록 구성된 촉매 물질로 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 도관(30)은 그 위에 임의의 다양한 센서, 밸브, 가열소자, 냉각소자 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 라디칼 가스 발생기(612)에 직접 연결되고 라디칼 가스 발생기(612)와 유체 연통된다. 예시된 실시 예에서, 샘플링 도관(630)은 반응 가스 도관(614)을 통해 라디칼 가스 발생기(612)와 유체 연통된다. 선택적으로, 샘플링 도관(630)은 반응 가스 도관(614) 상에 위치된 샘플링 제어 밸브(622)와 유체 연통할 수 있다. 예를 들어, 샘플링 제어 밸브(622)는 반응 가스 도관(614)을 통과하는 소정 체적의 반응 가스를 샘플링 도관(630)을 통해 샘플링 모듈(632)로 선택적으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 샘플링 제어 밸브(622)는 반응 가스 도관(614)을 통해 통과하는 소정의 반응 가스의 유량이 샘플링 도관(630)을 통해 샘플링 모듈(632)로 선택적으로 지향하도록 구성될 수 있다. 또한, 임의의 수의 추가 구성 요소, 밸브, 센서 등이 샘플링 도관(620)을 따라 임의의 위치에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 적어도 하나의 센서 및/또는 제어 장치(650)는 샘플링 도관(630)을 따라 위치될 수 있다. 예시적인 센서 장치는 열전대, 온도 센서, 광학 센서, UV, 광학 또는 적외선 분광계, 전하 입자 검출기, 진공 게이지, 질량 분석계 등을 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 센서 장치(650)는 적어도 하나의 서미스터를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 장치(650)는 적어도 하나의 열량 측정 시스템 또는 장치를 포함한다. 신규한 열량 측정 시스템의 실시 예가 상세하게 논의되고 본 출원의 도 8 내지 도 15에 도시되어있다. 선택적으로, 센서 장치(650)는 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 포함할 수 있다. 당업자는 센서 장치(650)가 시스템, 유량 밸브, 유량계, 유량 검증기 등의 다수의 현장 측정 장치를 포함할 수 있음을 이해할 것이다.
도 7을 다시 참조하면, 예시된 실시 예에서 샘플링 모듈(632)은 적어도 하나의 분자 화합물 스트림 도관(634)에 결합된다. 샘플링 도관(630)과 같이, 분자 화합물 스트림 도관(634)은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료, 스테인레스 스틸, 합금, 알루미늄, 황동, 세라믹 재료, 유리, 중합체, 플라스틱 등을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않음) 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 하나의 실시 예에서 샘플링 도관(630) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(634) 중 적어도 하나의 적어도 일부는 그 안에 흐르는 라디칼 가스 스트림과 반응하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 샘플링 도관(630) 및/또는 분자 화합물 스트림 도관(634)의 적어도 일부는 가스 흐름 내에서 라디칼과 반응하여 라디칼에 비해 보다 안정적이고 정확한 측정이 가능한 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서 모듈(636)은 분자 화합물 스트림 도관(634)을 통해 샘플링 모듈(632)과 유체연통 된다. 일 실시 예에서, 센서 모듈(636)은 적어도 하나의 가스 흐름에서 라디칼의 농도를 검출하고 측정하도록 구성될 수 있다. 임의의 다양한 장치 또는 시스템이 센서 모듈(636) 내에 또는 센서 모듈(636)을 형성하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서 센서 모듈(636)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 플럭스를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 검출기를 포함한다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(636)은 가스 흐름 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 모듈(636)은 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 유사한 화합물에 대한 농도를 측정하도록 구성될 수 있다. 하나의 특정 실시 예에서, 센서 모듈은 푸리에 변환 적외선 분광 시스템(이하 FTIR 시스템), 가변 필터 분광 시스템(이하 TFS 시스템), 질량 분석, 광 흡수 분광학 등과 같은 적어도 하나의 광학 가스 이미징 카메라 또는 장치를 포함한다. 선택적으로, 감지 모듈(636)은 적어도 하나의 적정 시스템 또는 장치를 더 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 감지 모듈(636)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재결합을 감소시키거나 제거하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에서, 센서 모듈(636)은 가스 스트림 내의 라디칼의 분자 종으로의 재조합을 허용하도록 구성될 수 있다.
다시 도 7을 참조하면, 적어도 하나의 센서 모듈 출력 도관(638)은 센서 모듈(636) 및 유량 측정 및/또는 유량 제어 모듈(640)과 유체연통 한다. 일부 실시 예에서, 유량 측정 모듈(640)은 그를 통해 흐르는 가스 유량의 일부를 정확하게 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 가스 스트림의 유량은 질량 유량 검증기(MFV)를 사용하여 측정될 수 있다. 다른 실시 예에서, 가스 스트림의 유량은 질량 유량계(MFM)를 사용하여 측정될 수 있다. 선택적으로, 유량은 유체 컨덕턴스를 가진 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(610) 내에서 공지된 크기의 오리피스 사이의 압력차를 측정함으로써 판정될 수 있다. 당업자는 임의의 다양한 유량 측정 장치 또는 시스템이 본 명세서에 개시된 가스 샘플링 검출 시스템(610)과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 배기 도관(642)은 유량 측정 모듈(640)에 연결되거나 유량 측정 모듈(640)과 연통할 수 있고 가스 샘플링 검출 시스템(610)으로부터 라디칼 가스 스트림을 배기하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 배기 도관(642)은 적어도 하나의 진공 소스(미도시)와 유체연통 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(610)은 처리 시스템(610)의 적어도 하나의 구성 요소와 연통할 수 있는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(652)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(652)은 적어도 하나의 프로세서 도관(654)을 통해 라디칼 가스 발생기(612)와 연통한다. 또한, 선택적인 프로세서 시스템(652)은 프로세서 도관(654) 및 적어도 하나의 선택적 센서 도관(656)을 통해 선택적 센서(650), 프로세서 도관(654) 및 적어도 하나의 샘플링 도관(658)을 통한 샘플링 모듈(632), 적어도 하나의 센서 모듈 도관(660)을 통한 센서 모듈(636), 및 적어도 하나의 유량 측정 도관(662)을 통한 유량 측정 모듈(640) 중 적어도 하나와 통신할 수 있다. 하나의 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(652)은 라디칼 가스 발생기(612), 선택적 센서(650), 샘플링 모듈(632), 센서 모듈(636), 및 유량 측정 모듈(640) 중 적어도 하나로부터 데이터를 제공하고 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 선택적 프로세서 모듈(652)은 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(610) 내의 흐름 조건을 측정하고 처리 시스템(610)의 동작 조건을 선택적으로 변화시키도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택적인 프로세서 모듈(652)은 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 측정하여 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가 또는 감소시키기 위해 라디칼 가스 발생기(612)의 작동 특성을 변화시키도록 구성될 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(652)은 선택적 밸브 장치(622) 및 센서(624) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적으로, 프로세서(652)는 처리 시스템(610)의 다양한 구성 요소와 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(652)는 성능 데이터, 처리 공식 및 시간, 로트 번호 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(652)는 적어도 하나의 컴퓨터 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.
선택적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 분석 시스템 또는 회로(666)가 처리 시스템(610) 내에 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 분석 시스템(666)은 샘플링 모듈(632), 센서 모듈(636), 유량 측정 모듈(649), 선택적 센서(650), 선택적 프로세서 모듈(652) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 분석 시스템(666)은 밸브 장치(622) 또는 처리 시스템(610) 내의 다른 장치 및 구성 요소를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 내지 도 7에 개시된 처리 시스템의 다양한 실시 예는 적어도 하나의 샘플링 모듈 및 적어도 하나의 센서 모듈을 포함한다. 선택적으로, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 샘플링 모듈 및 센서 모듈의 일부는 단일 유닛 또는 장치로 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플링 모듈(32) 및 센서 모듈(36)은 적어도 하나의 샘플링 반응 모듈(700)에 결합될 수 있다. 도 1 내지 도 7은 내부에 적어도 하나의 샘플링 반응 모듈(700)을 갖는 처리 시스템의 다양한 실시 예를 도시한다. 예시된 실시 예에서, 샘플링 모듈 및 센서 모듈은 샘플링 반응 모듈(700) 내에 포함된다. 선택적으로, 샘플링 모듈의 일부 및 센서 모듈의 일부는 샘플링 반응 모듈(700) 내에 포함될 수 있다. 도 8 및 9는 본원에 개시된 처리 시스템과 함께 사용하도록 구성된 샘플링 반응 모듈의 실시 예의 다양한 뷰를 도시하는 반면, 도 10 내지 도 15는 샘플링 반응 모듈(700)을 형성하는 구성 요소의 다양한 도면을 도시한다. 또한, 당업자는 샘플링 반응 모듈(700)이 임의의 다양한 시스템에서 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 선택적으로, 본 명세서에 개시된 처리 시스템은 샘플링 반응 모듈(700)을 포함하지 않고 작동될 수 있다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 샘플링 반응 모듈(700)은 그로부터 연장되는 적어도 하나의 커플링 바디(704)를 갖는 적어도 하나의 모듈 바디(702)를 포함한다. 적어도 하나의 플랜지된 커플링 바디(706)가 커플링 바디(704) 상에 위치될 수 있다. 모듈 바디(702)는 적어도 하나의 플렌지된 커플링(710)이 그 위에 형성된 적어도 하나의 커플링 표면(708)을 더 포함한다. 플랜지된 커플링(710)에 근접한 커플링 표면(708)에 적어도 하나의 진공 통로(712)가 형성될 수 있다. 적어도 하나의 커플링 장치(714)는 모듈 바디(702)의 어느 곳에나 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 모듈 바디(702)는 스테인레스 스틸로 제조된다. 다른 실시 예에서, 모듈 바디(702)는 황동으로 제조된다. 또 다른 실시 예에서 모듈 바디(702)는 구리로 제조된다. 선택적으로, 모듈 바디(702)는 알루미늄 합금, 구리 합금, 텅스텐 합금, 텅스텐, 금속 합금, 세라믹 및 유사한 재료를 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다.
도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 적어도 하나의 분석 고정구(720)가 모듈 바디(702) 상에 위치되거나 그와 결합될 수 있다. 적어도 하나의 커플링 통로(742)를 정의하는 적어도 하나의 커플링 바디(740)는 모듈 바디(702)로부터 연장될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 적어도 하나의 유체 유입 포트(760) 및 적어도 하나의 유체 배출 포트(762)는 분석 고정구(720) 상에 위치되거나 또는 그와 연통할 수 있다. 적어도 하나의 열 제어 모듈(750, 752)은 분석 고정구(720)내의 모듈 바디(702) 중 적어도 하나의 근처에 위치될 수 있다. 모듈 바디(702) 및 분석 고정구(720)의 다양한 피처 및 구성 요소는 다음 단락에서 보다 상세히 설명될 것이다.
도 10 내지 13은 분석 고정구(720)를 형성하는 엘리먼트의 다양한 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 분석 고정구(720)는 그 위에 위치된 적어도 하나의 분석 고정구 커버 플레이트(724) 위치를 갖는 적어도 하나의 분석 고정구 바디(722)를 포함한다. 예시된 실시 예에서, 분석 고정구 커버 플레이트(724)는 분석 고정구 바디(722)로부터 선택적으로 착탈이 가능하지만, 당업자는 분석 고정구 커버 플레이트(724)가 분석 고정구 바디(722)로부터 분리될 필요가 없음을 이해할 것이다. 그 안에 포함된 적어도 하나의 결합 통로(742)를 갖는 커플링 바디(740)는 적어도 하나의 통로 마운트 장착 플레이트(746)로부터 연장하는 적어도 하나의 결합 통로 지지대(744)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 파스너(748)는 통로 장착 플레이트(746)를 가로 질러 통과할 수 있고 분석 고정구(720)의 적어도 일부를 모듈 바디(702)에 결합 시키도록 구성될 수 있다(도 5-6 참조).
도 10-13에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 열 제어 모듈(750, 752)은 분석 고정구(720)에 근접하여 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 열 제어 모듈(750, 752)은 분석 고정구(720) 내의 샘플링 튜브(780)의 온도를 조절하도록 구성된 열전 모듈을 포함한다. 다른 실시 예에서, 열 제어 모듈(750, 752)은 적어도 하나의 서미스터 또는 유사한 장치를 포함할 수 있다. 이와 같이, 열 제어 모듈(750, 752)은 다양한 가열 및 냉각 장치를 포함할 수 있다. 선택적으로, 임의의 다양한 온도 조절 장치, 고정구, 구성 요소 또는 장치가 분석 고정구(720)와 함께 사용될 수 있다. 예시된 실시 예에서 열 제어 모듈(750, 752)은 결과적으로 분석중인 라디칼 가스 스트림의 온도를 조절할 수 있는 분석 고정구(720)의 다양한 구성 요소의 온도를 조절하는데 사용된다. 일 실시 예에서, 열 제어 모듈(750, 752)은 처리 시스템에서 사용되는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈과 통신할 수 있다(각각 도 1-7의 참조 번호 52, 152, 252, 382, 452, 552 및 652 참조).
도 10-13을 다시 참조하면, 분석 고정구 바디(722) 및 분석 고정구 커버 플레이트(724) 중 적어도 하나에 적어도 하나의 커넥터 릴리프(754)가 형성될 수 있다. 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 샘플링 튜브(780)가 커플링 바디(740) 내에 위치될 수 있다. 또한, 샘플링 튜브(780)는 열 제어 모듈(750, 752)에 근접하여 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 샘플링 튜브(780)는 적어도 하나의 화학적 반응성 재료로 제조된다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 샘플링 튜브(780)의 적어도 일부는 탄소, 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소, 실리카 및 탄화물, 탄소계 재료, 실리카계 재료 등으로 제조된다. 이와 같이, 샘플링 튜브(780)의 적어도 일부는 샘플링 튜브(780) 내에 형성된 샘플링 튜브 통로(782)를 통해 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 라디칼과 반응하여, 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 보다 쉽게 검출될 수 있고 그 농도가 쉽게 측정될 수 있는 유사한 화합물과 같은 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 샘플링 튜브(780)는 스테인레스 스틸, 세라믹, 알루미늄, 다양한 합금 등과 같은 임의의 다양한 화학적 불활성 재료로 제조될 수 있다. 유사하게, 커플링 바디(740)는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 커플링 바디(740)는 스테인레스 스틸과 같은 실질적으로 화학적으로 불활성인 재료로 제조되는 반면, 샘플링 튜브(780)는 실리콘 카바이드와 같은 화학적으로 반응성인 재료로 제조된다. 이와 같이, 커플링 바디(740)는 화학적으로 불활성이거나 화학적으로 반응성인 재료로 제조될 수 있다.
일 실시 예에서, 샘플링 튜브(780)는 주변 환경으로부터 열적으로 절연된다. 예를 들어, 샘플링 튜브(780)는 커플링 바디(740) 내에 위치될 수 있다. 연결 튜브(740)와 샘플링 튜브(780) 사이의 공극 내에 진공이 유지되어 샘플링 튜브(780)를 환경으로부터 열적으로 절연시킬 수 있다. 선택적으로, 샘플링 튜브(780)는 임의의 다양한 직경, 길이 및/또는 횡 치수로 제조될 수 있다.
도 10-13에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 시일 장치 또는 부재는 샘플링 통로(780) 상에 위치되거나 그에 근접할 수 있다. 예시된 실시 예에서, 적어도 하나의 시일 장치(784)는 샘플링 튜브(780) 상에 위치되고 샘플링 튜브(780)를 커플링 바디(740)로부터 절연시키도록 구성된다. 일 실시 예에서, 시일 장치(784)는 커플링 바디(740)와 샘플링 튜브(780) 사이의 열 전도를 최소화하도록 구성된다. 또한, 적어도 하나의 시일 부재(786)는 샘플링 튜브(780) 상에 위치하거나, 또는 적어도 하나의 플레이트 부재(790)에 인접한 샘플링 튜브(780) 근방에 위치된다. 일 실시 예에서, 시일 부재(786)는 적어도 하나의 크러쉬 시일을 포함하지만 당업자는 임의의 다양한 시일 부재가 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
도 10-13을 다시 참조하면, 유체 유입 포트(760) 및 유체 배출 포트(762)는 분석 고정구 바디(722)에 형성된 적어도 하나의 유체 포트 리시버(764)와 연통할 수 있다. 적어도 하나의 유체 채널(772)은 유체 포트 리시버(764)를 통해 유체 유입 포트(760) 및 유체 배출 포트(762)와 유체 연통한다. 사용 중에, 적어도 하나의 유체가 유체 유입 포트(760), 유체 채널(772) 및 유체 배출 포트(762)를 통해 안내될 수 있다. 이와 같이, 다양한 유체가 분석 고정구 바디(722)를 통해 지향되어 그에 근접하여 흐르는 라디칼 가스 스트림에서 분석 고정구(720)의 온도를 선택적으로 제어할 수 있다. 또한, 선택적으로, 적어도 하나의 시일 부재(770)는 유체 채널(772)에 근접하여 위치될 수 있다.
도 10-13에 도시된 바와 같이, 플레이트 부재(790)는 열 제어 모듈(750, 752)에 근접하여 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 플레이트 부재(790)는 열 제어 모듈(750, 752)을 샘플링 튜브(780) 및 분석 고정구 바디(722)에 근접하여 위치하도록 구성된다. 일 실시 예에서, 적어도 하나의 시일 바디(800) 및/또는 적어도 하나의 인터페이스 시일 바디(802)는 플레이트 부재(790) 상에 위치되거나 또는 플레이트 부재(790)에 근접하여 위치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 플레이트 부재(790)는 샘플링 튜브(780)의 적어도 일부가 그를 통해 통과하도록 구성된 적어도 하나의 샘플링 튜브 오리피스(804)를 포함한다.
도 14 및 도 15는 샘플링 반응 모듈(700)과 함께 사용하기 위한 모듈 바디(702)의 다양한 도면을 도시한다. 도시된 바와 같이, 모듈 바디(702)는 적어도 하나의 모듈 바디면(718)을 포함한다. 선택적으로, 적어도 하나의 파스너 리시버가 적어도 하나의 모듈 바디면(718) 상에 형성될 수 있다. 일 실시 예에서, 모듈 바디면(718)은 그 위에 또는 그 내부에 형성된 적어도 하나의 냉각소자, 바디 및/또는 피처(도시되지 않음)를 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 모듈 바디(702)의 표면적을 증가시키도록 구성된 냉각소자 또는 핀은 적어도 하나의 모듈 바디면(718)의 면에 형성될 수 있다. 또한, 모듈 바디면(718)은 내부에 샘플링 튜브(780)의 적어도 일부를 수용하도록 구성된 적어도 하나의 샘플링 튜브 리시버(716)를 포함할 수 있다(도 10-13 참조). 도 12에 도시된 바와 같이, 샘플링 튜브 리시버(716)의 적어도 일부는 모듈 바디(712)에 형성된 진공 통로(712)의 적어도 일부와 유체 연통한다. 사용 중에, 진공 통로(712)는 진공 소스(미도시)에 결합되거나, 유체연통 한다. 이와 같이, 샘플링 튜브 리시버(716)는 진공 통로(712) 내에 형성된 진공과 유체 연통된다.
본원은 또한 라디칼 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하는 다양한 방법을 개시한다. 도 16은 도 1에 도시된 처리 시스템(10)과 함께 사용될 때 측정 프로세스의 일반적인 흐름도를 도시하지만, 당업자는 본원에 개시된 프로세스가 도 2-7에 도시된 처리 시스템의 다양한 실시 예와 함께 사용하기에 쉽게 적응될 수 있음을 이해할 것이다. 도시된 바와 같이, 라디칼 가스 스트림이 도 16에서 생성 및 표시된다(참조 번호 2000). 전형적으로, 라디칼 가스 스트림은 도 1에 도시된 라디칼 가스 발생기(12)에 의해 생성된다. 그런 다음, 공지된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스 스트림이 적어도 하나의 분석 회로(66)로 보내지는 반면(도 16에서 참조 번호 2006으로 표시), 라디칼 가스 스트림의 나머지 부분은 처리 챔버(16)로 보내지고(참조 번호 2002로 표시), 적어도 하나의 기판을 처리하기 위해 사용되거나 또는 처리 챔버 내에서 사용된다(참조 번호 2004로 표시). 새롭고, 화학 종 또는 분자를 검출/측정하기 보다 쉬운 시약 또는 대안으로, 그의 분자 종으로 다시 재결합하기 위한 시약을 갖는 분석 회로(66) 내의 공지된 체적 및/또는 유량의 라디칼 가스가 반응된다(도 16의 참조 번호 2008로 표시). 예시적인 시약은 하기에 제시되며, Ni, Al, W, Cu, Co, Zn, C, 석영, 알루미나, 유기 탄수화물 함유 물질 및 다양한 관련 산화물, 질화물 등을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
선택적으로, 적어도 하나의 반응 소스(472)는 적어도 하나의 시약, 반응 물질 및/또는 여기 에너지를 샘플 모듈(432)에 제공하여 라디칼 가스 스트림을 반응시켜 새롭고 보다 쉽게 검출/측정하는 화학종 또는 분자를 생성하는데 사용될 수 있다.(도 5 참조). 전형적으로, 시약은 샘플링 모듈(32)에 근접한 내에 라디칼 가스 스트림과 반응하여 화합물 스트림을 생성한다. 그런 다음, 화합물 스트림은 화합물 스트림 내의 새로운 화학 종 또는 분자의 농도를 측정하는 센서 모듈(36)로 보내질 수 있다(도 16에서 참조 번호 2010로 표시). 그런 다음, 처리 챔버 내의 라디칼의 농도는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 잔류 체적에 대한 샘플링 가스 스트림을 형성하는 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 화합물 스트림 내 화학 종의 농도의 비를 비교함으로써 연산될 수 있다(도 16에서 참조 번호 2012로 표시). 선택적으로, 선택적 프로세서 모듈(52)은 데이터 센서 모듈(36)을 수용하고 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 농도를 최적화하도록 라디칼 가스 발생기를 선택적으로 조정하도록 구성될 수 있다(도 16에서 참조 번호 2014로 표시). 선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 센서 모듈(536)로부터의 라디칼 가스 스트림(535)은 처리 챔버(520)로 향할 수 있다. 다른 실시 예에서, 당업자는 본원에 개시된 측정 시스템 및 방법이 다양한 애플리케이션에서 원자 라디칼, 분자 라디칼 및 기타 단기 분자의 농도를 측정하는데 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 이와 같이, 본 명세서에 기술된 측정 시스템은 처리 챔버(16)를 포함하거나 이에 결합될 필요는 없다(도 1 참조). 예를 들어, 도 7은 처리 챔버가 제거된 측정 시스템(610)의 실시 예를 도시한다. 이와 같이, 본원에 기술된 측정 시스템은 원자 라디칼, 분자 라디칼 및/또는 다른 단기 분자의 현장 측정이 요구되는 임의의 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1 내지 도 15에 도시된 샘플링 반응 모듈(700)은 원자 라디칼, 분자 라디칼, 단기 분자 및 현장에서 다른 측정하기 어려운 분자 또는 화합물의 농도를 판정하는데 사용될 수 있다. 일 실시 예에서, 본 명세서에 개시된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템은 열량 측정법을 사용하여 가스 스트림 내의 분자 또는 다른 화합물의 농도를 판정하도록 구성될 수 있으며, 여기서 재결합 반응은 샘플링 반응 모듈(700)을 사용하여 측정된다. 도 17은 도 1 및 8-15에 도시된 샘플링 반응 모듈(700)을 이용하는 하나의 열량 측정법 기반 방법의 흐름도를 도시한다. 이 실시 예에서, 라디칼 가스 스트림의 유량은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(10) 내에서 정의된 유량(Xsccm)으로서 확립된다(참조 번호(2016)로 표시). 그런 다음, 정의된 유량(Ysccm) 또는 체적의 라디칼 가스 스트림은 샘플링 반응 모듈(700)로 향한다(도 17의 참조 번호(2018) 참조). 샘플링 반응 모듈(700)을 통한 라디칼 가스 스트림의 유량은 샘플링 튜브(780)의 온도가 플레이트 부재(790)의 온도(이하, dT)의 온도와 관련하여 증가(또는 일부 상황에서 감소)하게 하고, 이는 기록된다(참조 번호 2020 참조). 또한, 샘플링 튜브(780)와 플레이트 부재(790) 사이의 온도 변화율(dTm/dt)이 주목된다(참조 번호 2022 참조). 그런 다음, 도 17에서 참조 번호(2024)로 표시된 바와 같이, 계산된 샘플 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다:
샘플링된 파워 = Cp * m * dTm/dt + Ploss(dT)
여기서: Cp = 비열 용량
m = 샘플링 튜브의 질량
Ploss = 파워 손실.
도 17에 참조 번호(2026)로 도시된 바와 같이, 총 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다:
총 파워 = 샘플링 파워 * Ysccm/Xsccm.
다른 실시 예에서, 본원에 개시된 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템은 가스 스트림 내의 분자 또는 다른 화합물의 농도를 판정하기 위해 대안적인 열량 측정법을 사용하도록 구성될 수 있다. 도 18은 도 1 및 8-15에 도시된 샘플링 반응 모듈(700)의 구성요소들의 함수 Ploss를 판정하는 사전 교정된 곡선을 이용하는 대안적인 열량계 기반 방법의 흐름도를 도시한다. 이전 실시 예들과 같이, 라디칼 가스 스트림 유량이 설정된다(참조 번호 2028로 표시). 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적, 유량 또는 일부는 적어도 하나의 감지 유닛 또는 장치로 향한다(참조 번호 2030 참조). 열 제어 모듈(750)이 활성화되고 샘플링 튜브(780)가 안정적인 온도에 도달하는 시간이 관찰된다(참조 번호 2032 참조). 이와 같이, 재결합 반응은 고정된 샘플링 튜브 온도(U) 도에서 측정된다. 또한, 샘플링된 파워를 계산하기 위해, 샘플링 튜브(780)의 질량은 더이상 샘플링 튜브의 전체 질량에 의해 판정되는 것이 아니라, 유효 질량 meff로 표시된 샘플링 튜브(780)의 질량의 일부에 의해서만 판정된다. 결과적으로, 샘플링 반응 모듈(700)의 응답 시간은 더 작은 열 질량으로 인해 더 빨라진다. 총 파워는 샘플 파워에 기초하여 계산될 수 있다.
사용하는 동안, 샘플링 튜브(780)는 더 높은 온도(U)로 가열되고(참조 번호 2032) 그 후 정상 상태 온도로 냉각되도록 한다(참조 번호 2034 참조). 그 후, 샘플링 반응 모듈(700)의 관찰된 열적 특성에 기초하여 사전 교정 곡선이 설정될 수 있다. 일단 사전 교정 곡선이 설정되면 정의된 유량(Xsccm)의 라디칼 가스가 설정된다. 정의된 유량(Ysccm) 또는 체적의 라디칼 가스는 샘플링 반응 모듈(700)로 보내진다. 샘플링 반응 모듈(700)의 열 제어 모듈(750)은 소정의 온도로 설정된다. 그 후, 열 제어 모듈(750)이 비활성화되고 온도가 안정된 온도(dT)로 변화하고 샘플링 튜브(780)와 플레이트 부재(790) 사이의 온도 변화율(dtm)이 기록된다(참조 번호 2034).
그 후, 계산된 샘플 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2036):
샘플링된 전력 = Cp * meff * dTm/dt + Ploss(dT)
여기서: Cp= 비열 용량
meff = 샘플링 튜브의 유효 질량
Ploss = 파워 손실
총 파워(참조 번호 2038)는 다음과 같이 계산될 수 있다:
총 파워 = 샘플링 파워 * Ysccm/Xsccm
도 19는 도 1 및 8-15에 도시된 샘플링 반응 모듈(700)을 이용하는 다른 방법의 흐름도를 도시하며, 여기서 재조합 반응은 고정된 샘플링 튜브 온도에서 측정된다. 이 실시 예에서, 유량 라디칼 가스 스트림은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(10) 내에 정의된 유량(Xsccm)으로서 확립된다(참조 번호 2040). 그 후, 정의된 유량(Ysccm) 또는 체적의 라디칼 가스 스트림은 샘플링 반응 모듈(700)로 보내진다(참조 번호 2042). 그런 다음, 샘플링 튜브(480)의 온도는 샘플링 반응 모듈(700)의 열 제어 모듈(750)을 사용하여 선택적으로 증가된다(참조 번호 2044). 샘플링 튜브(780)가 정의된 고온(dTH)에 도달하면 열 제어 모듈(750)이 비활성화되어, 샘플링 튜브(780)가 평형 온도로 리턴할 수 있게 한다(참조 번호 2046). 그런 다음, 샘플링 튜브(480)의 온도는 샘플링 반응 모듈(700)의 열 제어 모듈(750)을 사용하여 선택적으로 감소된다(참조 번호 2048). 샘플링 튜브(780)가 소정의 저온(dTL)에 도달하면, 열 제어 모듈(750)이 비활성화되어, 샘플링 튜브(780)가 평형 온도로 리턴한다(참조 번호 2050).
그 후, 계산된 샘플 상한 파워 및 하한 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2052):
샘플링된 파워 상한 = Ploss(dTH)
샘플링된 파워 하한 = Ploss(dTL)
여기서: Ploss = 파워 손실
반응의 상한 및 하한은 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2054) :
총 파워 상한 = 샘플링된 파워 상한 * Ysccm/Xsccm
총 파워 하한 = 샘플링된 파워 하한 * Ysccm/Xsccm
상한 및 하한은 실제 반응의 오차한계를 판정한다.
도 20은 상기 도 19에서 설명된 프로세스 흐름의 예를 그래픽으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 도 20에서 TEC로 지칭되는 열 제어 모듈(750)은 프로세스의 상한을 얻기 위해 활성화되고 프로세스의 하한을 얻기 위해 비활성화된다.
일부 예에서, 샘플링된 파워의 판정은 플라즈마 소스의 고온 가스와 반대로 라디칼 재결합으로부터 발생된 열을 구별하는 것이 어렵기 때문에 추가 교정을 요구할 수 있다. 이와 같이, 도 21은 플라즈마 소스의 고온 가스와는 대조적으로 라디칼 재조합으로부터 발생된 열을 구별하도록 구성된 교정 프로세스를 도시한다. 도시된 바와 같이, 정의된 유량(Xsccm)의 라디칼 가스가 확립된다(참조 번호 2056). 그 후, 정의된 유량(Ysccm) 또는 체적의 라디칼 가스 스트림은 샘플링 반응 모듈(700)로 보내진다(참조 번호 2058). 샘플링 반응 모듈(700)을 통한 라디칼 가스 스트림의 유량은 플레이트 부재(790)의 온도(이하 dT)와 관련하여 샘플링 튜브(780)의 온도 증가(또는 일부 상황에서 감소)를 가져온다. 샘플링 튜브(780) 및 플레이트 부재(790)의 온도 변화가 기록된다(참조 번호 2060). 또한, 샘플링 튜브(780)와 플레이트 부재(790) 사이의 온도 변화율(dTm/dt)이 주목된다(참조 번호 2062). 그 후, 계산된 샘플 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2064):
샘플링된 파워 = Cp * m * dTm/dt + Ploss(dT)
여기서 : Cp = 비열 용량
m = 샘플링 튜브의 질량
Ploss = 파워 손실
총 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2066):
총 파워 = 샘플링된 파워 * Ysccm/Xsccm.
그 후, 샘플링 반응 모듈(700)로 향하는 라디칼 가스 스트림의 유량(Y'sccm) 또는 체적이 선택적으로 조절될 수 있다(참조 번호 2068). 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(22)(도 1 참조)는 샘플링 반응 모듈(700) 내로의 라디칼 가스의 흐름을 변화시키도록 조정될 수 있다. 도 22에 도시된 바와 같이, 여러 다른 샘플링 흐름에서 샘플링된 파워를 수집한 후, 결과를 플로팅하여 0 유량(밸브 닫힘)에서 판독 값을 추정하는데 사용할 수 있다. 외삽된 선의 기울기는 샘플링된 유량에 대한 측정의 민감도이며, 이는 라디칼 재결합에 대한 의존도가 높고 뜨거운 가스의 열에 대한 의존도가 적다.
선택적으로, 다중 센서 가스 검출 샘플링 시스템(700)은 적어도 하나의 광학 반응 재료 및 FTIR 또는 TFS와 같은 적어도 하나의 검출기를 포함할 수 있으며, 이에 의해 샘플링된 파워의 광학 기반 판정을 사용한다. 이와 같이, 라디칼 원소 재료에 노출된 현장에서 진단을 수행하는 대신에, 사용자는 라디칼 종을 먼저 분자 가스 종으로 재결합한 다음, 분자 가스 종을 지금 더 멀리 떨어져 있는 광 감지 장치로 운반하고자 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 특정 예에서, 탄소 재료가 다중 센서 가스 검출 샘플링 시스템(700) 내에 사용될 수 있다. 사용 동안, 산소와 같은 원자 종은 탄소와 반응하여 CO 또는 CO2를 생성한다. CO 또는 CO2 가스는 존재하는 CO 또는 CO2의 양을 검출하기 위해 원격 광학 센서로 전환될 수 있다. 그 후, 도 23에 도시된 바와 같이, CO, CO2의 농도가 광학적으로 판정될 수 있어, 가스 스트림 내에서 O- 라디칼의 농도를 제공한다. 시약 재료는 분자 종이 아닌 원자 종과 만 반응하도록 선택될 수 있다. 예시적인 시약 재료는 다음을 포함한다:
도 24는 예시적인 광학 기반 측정 프로세스의 흐름도를 도시한다. 도시된 바와 같이, 샘플링 반응 모듈(700)의 열 제어 모듈(750)은 안정한 원하는 온도(U)로 설정된다(참조 번호 2070). 그 후, 정의된 유량(Xsccm)의 라디칼 가스가 확립된다(참조 번호 2072). 또한, 정의된 유량(Ysccm) 또는 체적의 라디칼 가스 스트림은 샘플링 반응 모듈(700)(참조 번호 2074)로 보내진다. 열 제어 모듈(750) 내의 광학 센서 또는 검출기(FTIP/TFS)로부터의 스펙트럼이 기록될 수 있다(참조 번호 2076). 그 후, 라디칼 출력은 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2078):
라디칼 출력 = f(스펙트럼 피크) * Xsccm/Ysccm.
샘플링 반응 모듈(700)로 향하는 라디칼 가스 스트림의 유량(Y'sccm) 또는 체적은 선택적으로 조절될 수 있다(참조 번호 2080). 예를 들어, 적어도 하나의 밸브 장치(22)(도 1 참조)는 샘플링 반응 모듈(700) 내로의 라디칼 가스의 유량을 변화시키도록 조정될 수 있다. 결과적으로, 측정된 결과는 주어진 라디칼 스트림의 상대적인 진폭을 나타내며, 이는 프로세스 모니터링에 사용될 수 있다. 또한, 샘플링 튜브(780)는 반응의 선택성을 향상시키기 위해 고정 온도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 온도는 반응 물질이 분자 가스 종이 아닌 원자 라디칼 종과 우선적으로 반응하도록 선택될 수 있다.
다른 실시 예에서, 샘플링 반응 모듈(700)은 적어도 하나의 반도체 재료가 샘플링 반응 모듈(700) 내에 위치되는 반도체 기반 샘플링 아키텍처를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 25에 도시된 바와 같이, 샘플링 반응 모듈(700)의 열 제어 모듈(750)은 안정한 원하는 온도(U)로 설정된다(참조 번호 2082). 그 후, 라디칼 가스의 정의된 유량(Xsccm)이 확립된다(참조 번호 2084). 또한, 정의된 유량(Ysccm) 또는 라디칼 가스 스트림의 체적은 샘플링 반응 모듈(700)(참조 번호 2086)로 보내진다. 샘플링 반응 모듈(700) 내에 위치된 적어도 하나의 반도체 센서로부터의 저항이 기록될 수 있다(참조 번호 2088). 그 후, 라디칼 출력은 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2090):
라디칼 출력 = 저항 변화의 %.
도 26은 상술되고 도 25에 도시된 저항 기반 샘플링 아키텍처를 사용할 때 라디칼 출력 스트림이 활성화 및 비활성화될 때의 저항 변화의 결과를 그래프로 도시한다.
상술한 도 6은 가스 스트림 내 라디칼의 농도를 검출하는데 유용한 가스 샘플링 검출 시스템의 실시 예를 개략적으로 도시한다. 도 6에 설명된 시스템과 대조적으로, 도 27은 라디칼 가스 발생기 또는 원격 플라즈마 소스의 다운스트림에 위치된 신규 열량 측정 아키텍처를 포함하는 가스 샘플링 검출 시스템(910)의 실시 예를 도시한다. 도 27에 도시된 바와 같이, 가스 샘플링 검출 시스템(910)은 적어도 하나의 반응 가스 도관(914)을 통해 적어도 하나의 처리 챔버(916)와 유체 연통하는 적어도 하나의 플라즈마 발생기 및/또는 라디칼 가스 발생기(912)를 포함한다. 하나의 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(912)는 샘플 가스를 활성화 및 분리하고 적어도 하나의 반응 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 샘플 가스 소스 및 적어도 하나의 플라즈마 소스와 통신한다. 일 특정 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(912)는 RF 토로이달 플라즈마 소스를 포함하지만, 당업자라면 임의의 다양한 플라즈마 소스 또는 라디칼 가스 소스가 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 일 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(912)는 수소(H2) 플라즈마를 사용하여 원자 수소를 생성한다. 다른 실시 예에서, 라디칼 가스 발생기(912)는 산소(02) 플라즈마를 이용하여 원자 산소를 생성한다. 선택적으로, 라디칼 가스 발생기(912)는 가스 스트림 내에 적어도 하나의 라디칼을 함유하는 반응 플라즈마를 생성하기 위해 삼불화 질소(NF3), 불소(F2), 염소(Cl2), 암모니아(NH3) 또는 임의의 다양한 다른 재료를 이용할 수 있다. 대안적으로, 라디칼 가스는 전자빔 여기, 레이저 여기 또는 고온 필라멘트 여기를 포함하는 다른 가스 여기 방법에 의해 생성될 수 있다. 또한, 상기 설명은 RF 기반 플라즈마 생성 시스템의 다양한 실시 예를 개시하지만, 당업자는 임의의 다양한 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템이 본 시스템과 함께 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 예시적인 대안적인 라디칼 가스 발생 시스템은 글로 방전 플라즈마 시스템, 용량 결합 플라즈마 시스템, 캐스케이드 아크 플라즈마 시스템, 유도 결합 플라즈마 시스템, 웨이브 가열 플라즈마 시스템, 아크 방전 플라즈마 시스템, 코로날 방전 플라즈마 시스템, 유전체 장벽 방전 시스템, 용량성 방전 시스템, 압전 직접 방전 플라즈마 시스템 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다.
다시 도 27을 참조하면, 적어도 하나의 처리 챔버(916)는 적어도 하나의 반응 가스 도관(914)을 통해 라디칼 가스 발생기(912)와 유체 연통할 수 있다. 일부 애플리케이션에서, 반응 가스 도관(914)은 화학적으로 불활성 재료 또는 화학 반응성이 낮은 재료로 제조된다. 예시적인 재료는 석영, 사파이어, 스테인레스 스틸, 강화 스틸, 알루미늄, 세라믹 재료, 유리, 황동, 니켈, Y2O3, YAIOx, 다양한 합금, 및 양극 처리된 알루미늄과 같은 코팅된 금속을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(914)은 단일 라디칼 가스 발생기(912)와 유체 연통된다. 다른 실시 예에서, 다수의 반응 가스 도관(914)은 단일 라디칼 가스 발생기(912)와 유체 연통된다. 또 다른 실시 예에서, 단일 반응 가스 도관(914)은 다수의 라디칼 가스 발생기(912)와 연통된다. 선택적으로, 반응 가스 도관(914)은 샘플링 도관 또는 위에서 설명되고 도 11 내지 13에 도시된 샘플링 튜브(780)와 유사한 기능을 수행하는 튜브를 포함할 수 있다. 이와 같이, 임의의 수의 반응 가스 도관(914)은 임의의 수의 라디칼 가스 발생기(912)와 연통할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 밸브 장치 또는 센서 장치(922)는 라디칼 가스 발생기(912)와 처리 챔버(916) 사이의 반응 가스 도관(914) 상에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 밸브 장치(922)는 반응 가스 도관(914)을 통한 적어도 하나의 유체의 흐름을 선택적으로 허용 또는 제한하여 라디칼 가스 발생기(912)와 처리 챔버(916) 사이의 원하는 압력차를 생성하도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서, 밸브 장치(922)는 가변 밸브 또는 대안적으로 고정 크기 오리피스를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 밸브 장치(922)는 도 27에 도시된 바와 같이 센서 장치(950)의 다운스트림에 위치될 수 있다. 대안적으로, 밸브 장치(922)는 센서 장치(950)의 업스트림에 위치될 수 있다.
도 27에 도시된 바와 같이, 처리 챔버(916)는 반응 가스 도관(914)을 통해 라디칼 가스 발생기(912)에 연결되거나 라디칼 가스 발생기(912)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 처리 챔버(916)는 적어도 하나의 기판, 반도체 웨이퍼 또는 그 안에 위치된 유사한 재료를 갖도록 구성된 적어도 하나의 진공 챔버 또는 용기를 포함한다. 예를 들어, 처리 챔버(916)는 반도체 기판 또는 웨이퍼의 원자 층 처리에 사용될 수 있다. 선택적으로, 처리 챔버(916)는 임의의 다양한 처리 방법 또는 시스템을 사용하여 임의의 다양한 기판 또는 재료를 처리하기 위해 사용될 수 있다. 예시적인 처리 방법은 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 급속 열 화학 기상 증착(RTCVD), 원자 층 증착(ALD), 원자 층 에칭(ALE) 등을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 당업자는 처리 챔버(916)가 스테인레스 스틸, 알루미늄, 연강, 황동, 고밀도 세라믹, 유리, 아크릴 등을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않는) 임의의 다양한 재료로 제조됨을 이해할 것이다. 예를 들어, 처리 챔버(916)의 적어도 하나의 내부 표면은 반응성, 내구성을 선택적으로 변화시키고 및/또는 처리 챔버(916)의 내부 표면의 미세 기공을 채우도록 의도된 적어도 하나의 코팅, 양극 처리된 재료, 희생 재료, 물리적 피처 또는 엘리먼트 등을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 배기 도관(918)은 처리 챔버(916)에 결합될 수 있고 처리 챔버(916)로부터 적어도 하나의 가스 또는 재료를 배기시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 제어 센서, 밸브, 세정기 또는 유사한 장치(924)는 배기 도관(918)에 연결되거나 그 근처에 위치될 수 있으며, 이에 의해 사용자는 처리 챔버(916)로부터 적어도 하나의 가스 또는 다른 재료를 선택적으로 배기할 수 있다.
다시 도 27을 참조하면, 적어도 하나의 챔버 프로세서 모듈(920)은 처리 챔버(916) 및/또는 처리 시스템의 다양한 구성 요소에 연결되거나 이와 통신할 수 있다. 챔버 처리 모듈(920)은 처리 시스템(910)을 형성하는 다양한 구성 요소의 국소 제어를 제공하도록 구성될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 챔버 처리 모듈(920)은 적어도 하나의 도관을 통해 처리 챔버(916)와 통신하지만, 당업자는 챔버 처리 모듈(920)이 도관을 통해, 무선으로, 또는 둘 다를 통해 처리 시스템(910)을 형성하는 임의의 구성요소와 통신할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 27에 도시된 바와 같이, 반응 가스 도관(914)은 적어도 하나의 센서 시스템 및/또는 이와 연결된 또는 이와 통신하는 유사한 장치(950)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 적어도 하나의 열량 측정 센서 장치(950)는 반응 가스 도관(914) 내에 위치 및/또는 결합될 수 있지만, 당업자라면 임의의 다양한 센서 장치 또는 시스템이 본 시스템에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 도 6에 도시되고 상술된 실시 예와 달리, 도 27에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템(910)의 실시 예는 도 6에 도시된 가스 샘플링 검출 시스템(510)에 포함된 샘플 반응 모듈(700)의 실시 예를 포함할 필요는 없다.
도 27에 도시된 바와 같이, 처리 시스템(910)은 처리 시스템(910)의 적어도 하나의 구성 요소와 통신하는 적어도 하나의 선택적 프로세서 모듈(952)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(952)은 적어도 하나의 프로세서 도관(954)을 통해 라디칼 가스 발생기(912) 및 전원(926)과 통신한다. 또한, 선택적인 프로세서 시스템(952)은 프로세서 도관(954) 및 센서 도관(958)을 통해 센서(950)와 통신할 수 있다. 일 실시 예에서, 선택적 프로세서 모듈(952)은 라디칼 가스 발생기(912), 전원(926) 및 센서 장치(950) 중 적어도 하나로부터 데이터를 제공하고 수신하도록 구성될 수 있다. 따라서, 선택적 프로세서 모듈(952)은 센서 장치(950)를 통해 처리 시스템(910) 내부의 흐름 조건을 측정하고, 시스템 성능을 최적화하기 위해 처리 시스템(910) 또는 전원(926)의 동작 조건을 선택적으로 변화시킨다. 보다 구체적으로, 선택적 프로세서 모듈(952)은 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼 및/또는 단기 분자의 농도를 측정하고 라디칼 가스 발생기(912)의 작동 특성을 변화시켜서 라디칼 가스 스트림 내의 라디칼의 농도를 증가시키거나 감소시키도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 센서 장치(950)는 열량 측정 센서 장치(950)를 포함할 수 있다. 또한, 선택적 프로세서 모듈(952)은 선택적 밸브 장치(922)(도관(958)을 통해) 및 챔버 프로세서 모듈(920)(도관(964)을 통해) 중 적어도 하나와 통신하고 데이터를 제공/수신할 수 있다. 선택적 프로세서 모듈(952)은 또한 전원(926)에 플라즈마 파워 또는 입력 파워를 제공 및 수신하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 프로세서(952)는 처리 시스템(910)의 다양한 구성 요소와 무선으로 통신할 수 있다. 또한, 프로세서(952)는 성능 데이터, 처리 공식 및 시간, 로트 번호 등을 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 프로세서(952)는 적어도 하나의 컴퓨터 네트워크를 통해 적어도 하나의 외부 프로세서와 통신하도록 구성될 수 있다.
도 28 및 29는 센서 장치(950)를 형성하는데 사용될 수 있는 센서 아키텍처 또는 장치의 다양한 실시 예를 도시한다. 도 28에 도시된 바와 같이, 일 실시 예에서, 센서 장치(950)는 적어도 하나의 도관(974)을 통해 반응 가스 도관(914)에 결합되거나, 그와 통신할 수 있다. 또한, 적어도 하나의 센서 바디(970)는 반응 가스 도관(914) 내에 형성되고 도관(974)을 통해 센서 장치(950)와 통신하는 적어도 하나의 가스 통로(915) 내에 위치될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 단일 센서 바디(970)가 반응 가스 도관(914) 내에 위치되지만, 당업자는 임의의 수의 센서 바디가 반응 가스 도관(914) 내에 위치되고 센서 장치(950)에 결합될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 일 실시 예에서, 센서 바디(970)는 적어도 하나의 절연 장치(970)를 이용하여 반응 가스 도관(972)으로부터 열적으로 분리된다. 대안적으로, 당업자는 센서 바디(970)가 반응 가스 도관(914)으로부터 열적으로 분리될 필요가 없음을 이해할 것이다. 센서 바디(970)는 탄소, 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화 규소, 실리카 및 카바이드, 탄소계 재료, 실리카계 재료 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 다양한 재료로 제조될 수 있다. 이와 같이, 센서 바디(970)의 적어도 일부는 반응 가스 도관(914)을 통해 흐르는 라디칼 가스 스트림 내에 함유된 라디칼과 반응하여 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 탄소-수소 분자(메틸이딘 라디칼), 메틸렌(CH2), 메틸기 화합물(CH3), 메탄(CH4), 사불화 규소 및 보다 쉽게 검출될 수 있는 유사한 화합물과 같은 화학 종을 형성하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 센서 바디(970)는 스테인레스 스틸, 세라믹, 니켈, 텅스텐, 알루미늄, 다양한 합금 등과 같은 임의의 다양한 화학적 불활성 재료로 제조될 수 있다. 선택적으로, 센서 바디(970)는 또한 라디칼 가스 스트림에서 적어도 하나의 원소 또는 화학 화합물과 반응할 수 있는 백금, 팔라듐, 니켈과 같은 촉매 물질로 제조될 수 있으며, 라디칼 가스 내의 화학 성분 및/또는 특정 가스의 농도를 제공한다.
사용하는 동안, 플라즈마 발생기에 의해 생성된 반응 가스(913)는 반응 가스 도관(914)을 통해 지향된다. 반응 가스 도관(914)에 형성된 가스 통로(915) 내에 위치된 센서 바디(970)는 라디칼 가스(913)의 스트림 내에 위치된다. 열적으로 절연된 센서 바디(970)의 온도는 센서 장치(950)에 의해 측정된다. 그 후, 센서 장치(950)는 센서 바디(970)에 의해 측정된 열량 데이터를 선택적 프로세서 모듈(952) 및/또는 플라즈마 발생기(912) 중 적어도 하나에 제공한다. 이와 같이, 라디칼 가스 발생기(912)의 작동 파라미터는 센서 장치(950)에 의해 수행된 열량 측정에 기초하여 조정될 수 있다.
도 29는 센서 장치(950)와 통신하는 반응 가스 도관(914)의 다른 실시 예를 도시한다. 보다 구체적으로, 센서 장치(950)는 제1 센서 바디(976) 및 적어도 하나의 열 바디(980) 상에 위치되거나 그에 결합된 제2 센서 바디(978)를 포함한다. 도시된 실시 예에 도시된 바와 같이, 제1 센서 바디(976)는 반응 가스 도관(914) 내에(그리고, 라디칼 가스 스트림 내(913)) 형성된 적어도 하나의 가스 통로(915) 내부에 위치되는 반면, 제2 센서 바디(971)는 반응 가스 도관(914)으로부터 원 위에 위치될 수 있다. 대안적인 실시 예에서, 제1 센서 바디(976) 및 제2 센서 바디(978)는 둘 다 반응 가스 도관(914)에 근접하여 위치된다. 또한, 열 바디(980)는 적어도 하나의 유체 유입구(982) 및 적어도 하나의 유체 배출구(984)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서, 열 바디(980)는 원하는 온도에서 반응 가스 도관(914)의 적어도 일부를 유지하도록 구성될 수 있다. 이전 실시 예와 같이, 제1 센서 바디(976) 및/또는 제2 센서 바디(9797) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 도관(978)을 통해 센서 장치(950)와 통신한다. 사용 중에, 라디칼 가스 스트림내에 형성된 가스 통로(915) 내에 위치된 제1 센서 바디(976)의 온도는 반응 가스(913)가 반응 가스 도관(914)을 통해 흐를 때 센서 장치(950)에 의해 측정된다. 또한, 제2 센서 바디(978)의 온도는 센서 장치(950)에 의해 유사하게 측정된다. 그 후, 센서 장치(950) 및 선택적인 프로세서 모듈(952) 중 적어도 하나에 의해 제1 센서 바디(976)와 제2 센서 바디(9797) 사이의 온도 그래디언트가 계산될 수 있다. 그 후, 라디칼 가스 발생기(912)의 성능 특성이 성능을 최적화하기 위해 조정될 수 있다. 선택적으로, 유체 유입구(982)를 통해 열체(980) 내로 유동하는 유체의 온도는 유체 배출구(984) 및 유체 배출구(984)를 통해 열체(980) 밖으로 유동하는 유체의 온도와 비교될 수 있어, 사용자가 열체(980) 내의 열 전달을 계산할 수 있게 한다. 일 실시 예에서, 반응 가스 도관(914)은 반응 가스 도관(914) 내에서 유동하는 가스 스트림 내의 라디칼이 재결합하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 당업자는 가스 스트림(출력 열량 측정)의 재결합 파워가 선택적인 프로세서 모듈(952)에서 센서 바디(950) 중 적어도 하나에 의해 계산될 수 있음을 이해할 것이다.
도 30은 반응 가스 도관(1014)의 적어도 하나의 표면이 열 센서 장치를 형성하는 라디칼 가스 도관(1014)의 대안적인 실시 예를 도시한다. 보다 구체적으로, 반응 가스 도관(1014)은 적어도 하나의 내부 표면(1018) 및 적어도 하나의 외부 표면(1019)을 갖는 도관 바디(1016)를 포함한다. 이와 같이, 반응 가스 도관(1014)의 내부 표면(1016)은 적어도 하나의 가스 통로(1015)를 형성한다. 또한, 적어도 하나의 열체(1020)는 반응 가스 도관(1014)의 적어도 일부에 결합되거나 그에 연통될 수 있다. 도시된 바와 같이, 열체(1020)는 적어도 하나의 유입구(1022) 및 적어도 하나의 배출구(1024)를 포함할 수 있다. 유입구(1022) 및 배출구(1024)는 열체(1020)를 통해 통과하거나 또는 그에 근접하여 위치된 적어도 하나의 도관(1026)과 연통할 수 있다. 일 실시 예에서, 적어도 하나의 유체는 유입구(1022), 배출구(1024), 도관(1026)을 통해 열체(1020)를 통과해 유동될 수 있다. 예시된 실시 예에서, 열체(1020)는 반응 가스 도관(1014)의 섹션에 근접하여 위치된다. 선택적으로, 열체(1020)는 반응 가스 도관(1014)의 전체 길이를 따라 위치될 수 있다.
다시 도 30을 참조하면, 적어도 하나의 센서 장치(1028)는 반응 가스 도관(1014)의 도관 바디(1016) 내에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 센서 장치(1028)는 도관 바디(1016)의 내부 표면(1015) 상에 또는 그에 근접하여 위치된다. 일 실시 예에서, 센서 장치(1028)는 그 안에 적어도 하나의 센서를 포함한다. 예시된 실시 예에서, 센서 장치(1028)는 제1 센서 영역(1030) 및 적어도 제2 센서 영역 또는 장치(1032)를 포함한다. 예시된 실시 예에서, 제1 센서(1030)는 도관 바디(1016)의 내부 표면(1018) 내에 또는 그 근방에 위치될 수 있다. 선택적으로, 전체 내부 표면(1018)은 제1 센서 영역(1030)을 형성하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 센서 영역(1030)은 반응 가스 도관(1014) 내의 라디칼 흐름의 재결합 온도/에너지를 측정하도록 구성될 수 있다. 제2 센서 영역(1032)은 도관 바디(1016)의 외부에 위치될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 예에서, 제2 센서 영역(1032)은 도관 바디(1016)의 외부 표면(1019)에 근접하여 위치될 수 있다. 일 실시 예에서, 제2 센서 영역(1032)은 도관 바디(1016) 외부의 온도를 측정하도록 구성된다. 사용하는 동안, 사용자는 도관 바디(1016) 내의 내부 표면(1018) 상에 위치하거나 그에 근접하여 위치된 제1 센서 영역(1030)과 도관 바디(1016)의 외부의 외부 표면(1019)에 근접하여 위치된 제2 센서 영역(1032) 사이의 온도 그래디언트를 계산할 수 있다. 선택적으로, 추가 센서 영역(1029)은 가스 도관(1014) 상에 위치될 수 있다. 예를 들어, 예시된 실시 예에서, 추가 센서(1029)는 열체(1020)에 근접하여 위치된다. 제1 및 제2 센서 영역(1030, 1032)은 열체(1020)와 연통하는 적어도 하나의 열 영역(1034)에 의해 분리될 수 있다. 선택적으로, 열 영역(1034)은 적어도 하나의 유체가 관통하여 흐르도록 구성된 적어도 하나의 도관(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 열 영역(1034)은 열체(1020) 상에 형성된 유입구(1022) 및 배출구(1024)와 연통할 수 있다. 다른 실시 예에서, 도관 바디(1016)의 내부 표면(1018)은 센서로서 작용하도록 구성될 수 있다. 이전 실시 예와 같이, 센서 장치(1028)는 적어도 하나의 센서 도관(1042)을 통해 적어도 하나의 센서 제어기(1040)와 통신할 수 있다.
사용하는 동안, 반응 가스 도관(1014)을 통해 흐르는 반응 가스 흐름의 재조합 열의 온도는 센서 영역(1030)에 대해서는 센서 장치(1028), 및 센서 영역(1032)에 대해서는 추가 센서 영역(1029)에 의해 측정되며, 둘 다 센서 장치(1040)와 연통한다. 그 후, 라디칼 가스 발생기(912)의 성능 특성은 성능을 최적화하도록 조정될 수 있다(도 27 참조). 선택적으로, 유체 유입구(1022)를 통해 열체(1020) 내로 유동하는 유체의 온도는 유체 배출구(1024)를 통해 열체(1020) 밖으로 유동하는 유체의 온도와 비교될 수 있으며, 이에 따라 사용자는 열체(1020) 내의 열 전달을 계산할 수 있다. 일 실시 예에서, 반응 가스 도관(1014)은 반응 가스 도관(1014) 내에서 유동하는 가스 스트림 내의 라디칼이 재결합하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 당업자는 가스 스트림의 재결합 파워(총 출력 열량 측정)가 선택적인 프로세서 모듈(952)(도 27 참조)에서 센서 바디(1040) 중 적어도 하나에 의해 계산될 수 있음을 이해할 것이다.
도 31은 도 27, 29 및 30에 도시된 샘플링 반응 모듈(910)을 이용하는 다른 방법의 흐름도를 도시한다. 이 실시 예에서, 흐름 라디칼 가스 스트림은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(910) 내에 정의된 유량(Xsccm)으로서 확립된다(참조 번호 2092). 그 후, 제1 센서 바디(982) 및 제2 센서 바디(984)의 온도 변화가 기록된다(참조 번호 2094). 또한, 반응 가스 도관(914)의 온도 변화율(dTm/dt)도 기록된다(참조 번호 2096). 그 후, 샘플 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2098):
샘플링 파워 = Cp * mrgc * dTm/dt + Ploss(dT)
여기서: Cp = 비열 용량
melf = 샘플링 튜브의 유효 질량
Ploss = 파워 손실
도 32는 도 27, 29 및 30에 도시된 샘플링 반응 모듈(910)을 이용하는 대안적인 방법의 다른 흐름도를 도시한다. 이 실시 예에서, 흐름 라디칼 가스 스트림은 다중 센서 가스 샘플링 검출 시스템(910) 내에 정의된 유량(Xsccm)으로서 확립된다(참조 번호 2100). 그 후, 반응 가스 흐름으로 전달된 파워가 기록될 수 있다(2102). 또한, 온도 상승(dT) 및 온도 상승 속도(dTm/dT)는 반응 가스 도관(914)에 위치되거나 또는 그에 근접하여 위치한 적어도 2개의 센서 사이에서 측정될 수 있다(도 27, 29 및 30 참조, 도 31의 참조 번호 2104). 선택적으로, 온도 상승(dT) 및 온도 상승 속도(dTm/dT)는 도 31에 도시된 센서 장치(1028)에 형성된 적어도 2개의 센서 위치 사이에서 측정될 수 있다(참조 번호 2106). 그 후, 샘플 파워는 다음과 같이 계산될 수 있다(참조 번호 2108):
샘플링된 파워 = Cp * m * dTm/dt + Ploss(dT)
여기서: Cp = 비열 용량
m = 샘플링 튜브의 질량
Ploss = 파워 손실
그 후, 샘플 전력을 가스 유량 및 반응 가스의 파워와 비교하여(참조 번호 2110), 반응 가스 발생기의 효율을 정확하게 계산할 수 있다. 또한, 라디칼 가스 발생기(912)의 출력은 선택적인 프로세서 모듈(952), 전원(926), 또는 둘 다에 의해 평가(참조 번호 2112)되고 선택적으로 조정될 수 있다(참조 번호 2114).
도 33은 라디칼 가스 발생기(912)가 온과 오프 사이에서 반복적으로 순환될 때 라디칼 가스 발생기(912)의 다운스트림에서 반응 가스 도관(914)으로의 유체의 온도 변화(dT)를 그래프로 도시한다. 도시된 바와 같이, 라디칼 가스 발생기(912)가 초기에 활성화될 때, 유체의 온도는 상승하고 이어서 오프 사이클 동안 더 낮은 값으로 떨어진다. 도 33에 도시된 바와 같이, 각각의 사이클 동안 온도 변화(dT)가 정상 상태에 도달하지 못함에 따라, 온도 상승의 기울기는 라디칼 가스 발생기(912)에 의해 생성된 라디칼 가스 스트림으로부터 반응 가스 도관(914)에 의해 흡수된 파워에 비례한다.
도 34a 및 34b는 2개의 상이한 라디칼 가스 발생기가 상이한 라디칼 출력을 가질 수 있음을 그래프로 도시한다. 보다 구체적으로, 도 34a에 도시된 라디칼 가스 발생기 유닛 #1의 데이터는 도 34b에 도시된 라디칼 발생기 유닛 #2에 비해 온도 상승(dT/dt)의 기울기가 더 낮다. 한편, 라디칼 발생기 유닛 #1에 입력되는 파워는 라디칼 가스 발생기 유닛 #2에 대한 파워보다 높다.
도 34a에 도시된 바와 같이, 라디칼 가스 발생기 유닛 #1로의 입력 파워는 300회의 작동 사이클 동안 약 7.5kW에서 약 10kW로 증가한다. 동시에, 라디칼 가스 출력의 파워가 감소한다. 공정 내 화학반응에서 플라즈마-표면 상호 작용에 의해 라디칼 가스 발생기의 표면이 변할 때 초기 몇 사이클 동안 급격한 감소가 있다. 결과적으로, 입력 플라즈마 파워가 증가하는 동안 라디칼 가스 출력 스트림에서 파워의 느린 강하가 있다. 이 동작은 도 34b에 도시된 라디칼 가스 발생기 유닛 #2의 동작과는 상당히 다르다. 출력 라디칼 가스 스트림의 파워는 30-40 %만큼 높을 뿐만 아니라, 라디칼 가스 발생기 #2에 대한 입력 파워는 전체 테스트 동안 더 낮다. 이것은 라디칼 가스 발생기 유닛 #2가 유닛 #1보다 더 효율적이라는 것을 보여준다. 출력 라디칼 가스 스트림에서 더 높은 입력 파워 및 더 낮은 파워는 라디칼 가스 발생기 #1에서 라디칼 가스의 손실이 더 큰 것을 나타내며, 이는 2개의 라디칼 가스 발생기의 표면 조성의 차이와 관련이 있다. 따라서, 도 32의 방법은 라디칼 가스 발생기의 작동을 제어 또는 조정하는데 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 라디칼 가스 발생기의 성능 상태를 판정하고 특성화하는데 사용될 수도 있다. 불량 또는 열화된 라디칼 가스 발생기를 일반 가스 발생기와 분리하는 능력은 특히 산업 제조 환경에서 제품의 일관성을 보장하는 데 유용하다.
본원에 개시된 실시 예는 본 발명의 원리를 설명하는 것이다. 본 발명의 범주 내에 있는 다른 변형이 이용될 수 있다. 따라서, 본 출원에 개시된 장치는 본 명세서에 도시되고 설명된 바와 같은 것으로 제한되지 않는다.
Claims (45)
- 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템으로서:
적어도 하나의 가스 소스와 연통하는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기로서, 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 발생시키도록 구성되는 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기;
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 처리 챔버로서, 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 적어도 일부를 수용하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 처리 챔버;
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로로서, 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적 내에서 적어도 하나의 라디칼 가스와 반응시켜 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 적어도 하나의 화학 종을 형성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 화합물 스트림은 상기 적어도 하나의 분석 회로 내에 위치하는 상기 적어도 하나의 분석 회로;
상기 적어도 하나의 분석 회로 내에 있고, 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내의 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하도록 구성되는 적어도 하나의 센서 모듈; 및
상기 센서 모듈과 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 측정 모듈로서, 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 및 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 중 적어도 하나의 체적을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 유량 측정 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템. - 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분석 회로는 상기 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적 내에서 상기 적어도 하나의 라디칼과 반응시켜, 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 적어도 하나의 화학 종을 형성하도록 구성되는 적어도 하나의 샘플링 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시약은 탄소계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시약은 실리콘계 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 시약은 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소 및 탄화규소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈은 적어도 하나의 열량 측정 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈은 적어도 하나의 적정법(titrymetry) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제2 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈은 적어도 하나의 화학 흡착(chemisorption) 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 모듈은 적어도 하나의 푸리에 변환 적외선 분광법을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 모듈은 적어도 하나의 조정 가능 필터 분광 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제1 항에 있어서, 적어도 하나의 유량 측정 모듈은 적어도 하나의 질량 유량계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제1 항에 있어서, 적어도 하나의 유량 측정 모듈은 적어도 하나의 질량 유량 검증기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기, 적어도 하나의 분석 회로, 적어도 하나의 샘플링 모듈, 적어도 하나의 센서 모듈 및 적어도 하나의 유량 측정 모듈 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 프로세서를 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 프로세서는 상기 적어도 하나의 분석 회로, 적어도 하나의 샘플링 모듈, 적어도 하나의 센서 모듈, 및 적어도 하나의 유량 측정 모듈 중 적어도 하나로부터 수신된 데이터에 기초하여 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기로부터 방출된 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 발생을 제어가능하게 조정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템으로서:
적어도 하나의 가스 소스와 연통하는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기로서, 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 발생시키도록 구성되는 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기;
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로로서, 적어도 하나의 시약을 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적 내에서 적어도 하나의 라디칼 가스와 반응시켜, 적어도 하나의 반응 생성물을 형성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 상기 적어도 하나의 분석 회로 내의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 내의 상기 라디칼 가스의 농도를 나타내는 상기 적어도 하나의 분석 회로;
상기 분석 회로 내에 있고, 상기 적어도 반응 생성물을 측정하도록 구성된 적어도 하나의 센서 모듈; 및
상기 센서 모듈과 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 측정 모듈로서, 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 및 적어도 하나의 화합물 스트림 중 적어도 하나의 체적을 측정하도록 구성된 상기 적어도 하나의 유량 측정 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템. - 제14 항에 있어서, 적어도 하나의 시약과 적어도 하나의 라디칼 가스의 반응으로부터의 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 화학 화합물인 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제14 항에 있어서, 적어도 하나의 시약과 적어도 하나의 라디칼 가스의 반응으로부터의 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 방출된 광자인 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제14 항에 있어서, 적어도 하나의 시약과 적어도 하나의 라디칼 가스의 반응으로부터의 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 방출된 열 에너지인 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 제14 항에 있어서, 적어도 하나의 시약과 적어도 하나의 라디칼 가스의 반응으로부터의 상기 적어도 하나의 반응 생성물은 이온인 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템.
- 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법으로서:
내부에 라디칼을 갖는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 제공하는 단계;
정의된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 샘플링 모듈로 지향시킴으로써 적어도 하나의 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
적어도 하나의 샘플링 모듈 내에서 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 샘플링 가스 스트림 내의 상기 라디칼과 조합하여 그 안에 적어도 하나의 화학 종을 갖는 적어도 하나의 화합물 스트림을 형성하는 단계;
적어도 하나의 센서 모듈을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하는 단계;
남아있는 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 처리 챔버로 보내는 단계;
상기 적어도 하나의 센서 모듈과 유체 연통하는 적어도 하나의 유량 측정 모듈을 사용하여 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 및 적어도 하나의 화합물 가스 스트림 중 상기 적어도 하나의 유량을 측정하는 단계; 및
상기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 상기 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 나머지 체적에 대한 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내의 화학 종의 상기 농도의 비를 비교함으로써 상기 적어도 하나의 처리 챔버 내의 라디칼 농도를 계산하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법. - 제19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈 및 적어도 하나의 센서 모듈 중 적어도 하나 내에 위치된 적어도 하나의 열량 측정 시스템을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 상기 적어도 하나의 화학 종의 상기 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈 및 적어도 하나의 센서 모듈 중 적어도 하나 내에 위치된 적어도 하나의 적정법 시스템을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈 및 적어도 하나의 센서 모듈 중 적어도 하나 내에 위치된 적어도 하나의 화학 흡착 시스템을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 모듈 내에서 푸리에 변환 적외선 분광법을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내의 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 모듈 내에서 조정 가능한 필터 분광법을 사용하여 상기 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 상기 적어도 하나의 화학 종의 농도를 측정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 유량 측정 모듈 내의 적어도 하나의 질량 유량계를 사용하여 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 및 적어도 하나의 화합물 가스 스트림 중 적어도 하나의 유량을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서, 상기 유량 측정 모듈 내에서 적어도 하나의 질량 유량 검증기를 사용하여 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 및 적어도 하나의 화합물 가스 스트림 중 적어도 하나의 유량을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법.
- 제19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 처리 챔버로부터 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈로 정의된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 지향시킴으로써 적어도 하나의 챔버 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 샘플링 모듈 내에서 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 챔버 샘플링 가스 스트림의 라디칼과 조합하여 그 안에 적어도 하나의 화학 종을 갖는 적어도 하나의 챔버 화합물 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 챔버 화합물 스트림 내에서 화학 종의 농도를 측정하는 단계; 및
상기 챔버 샘플링 가스 스트림을 형성하는 상기 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 상기 나머지 체적에 대한 상기 적어도 하나의 챔버 화합물 스트림 내의 화학 종의 농도의 비율을 비교함으로써 상기 적어도 하나의 처리 챔버 내의 라디칼의 농도를 계산하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법. - 제19 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 처리 챔버로부터 배출된 정의된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 상기 적어도 하나의 샘플링 모듈로 지향시킴으로써 적어도 하나의 배기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 샘플링 모듈 내에서 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 배기 샘플링 가스 스트림 내의 라디칼과 조합하여 그 안에 적어도 하나의 화학 종을 갖는 적어도 하나의 배기 화합물 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 배기 화합물 스트림 내에서 화학 종의 농도를 측정하는 단계; 및
상기 배기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 상기 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적당 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 상기 나머지 체적에 대한 상기 적어도 하나의 배기 화합물 스트림 내의 화학 종의 농도의 비율을 비교함으로써 상기 적어도 하나의 처리 챔버 내의 라디칼 농도를 계산하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법. - 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법으로서:
내부에 라디칼을 갖는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 제공하는 단계;
정의된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 업스트림 샘플링 모듈로 지향시킴으로써 적어도 하나의 업스트림 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
나머지 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 적어도 하나의 처리 챔버로 지향시키는 단계;
상기 적어도 하나의 처리 챔버로부터 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈로 정의된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 지향시킴으로써 적어도 하나의 챔버 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 처리 챔버로부터 나머지 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 배기시켜 적어도 하나의 배기 가스 스트림을 형성하는 단계;
정의된 체적의 상기 적어도 하나의 배기 가스 스트림을 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈로 지향시켜 적어도 하나의 배기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 단계;
상기 업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈, 및 배기 샘플링 모듈 중 적어도 하나의 내에서, 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 업스트림 샘플링 모듈, 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈, 및 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈 중 적어도 하나의 내부의 상기 라디칼과 조합하여, 적어도 하나의 화학 종을 내부에 가지는 적어도 하나의 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림을 형성하는 단계;
상기 적어도 하나의 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 화합물 스트림 중 적어도 하나 내에서 화학 종의 양을 측정하는 단계; 및
상기 업스트림 샘플링 가스 스트림, 챔버 샘플링 가스 스트림, 및 배기 샘플링 가스 스트림을 형성하는 정의된 체적의 라디칼 가스 스트림 당 상기 나머지 체적의 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림에 대한 적어도 하나의 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나 내의 화학 종의 농도의 비율을 비교함으로써 상기 적어도 하나의 처리 챔버 내의 라디칼의 농도를 계산하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 라디칼 가스 스트림에서 라디칼을 측정하는 방법. - 웨이퍼 처리 시스템에 사용하기 위한 다중 센서 가스 검출 시스템으로서:
적어도 하나의 라디칼 가스 소스로부터 방출된 라디칼 가스 스트림과 유체 연통되는 업스트림 샘플링 모듈로서, 상기 라디칼 가스 소스로부터 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 수용하고 업스트림 화합물 스트림을 생성하기 위해 적어도 하나의 시약으로 상기 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 반응시키도록 구성된 상기 업스트림 샘플링 모듈;
적어도 하나의 처리 챔버 내에 존재하는 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림과 유체 연통하는 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈로서, 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 수용하고 적어도 하나의 시약을 상기 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림과 반응시켜 챔버 화합물 스트림을 생성하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 챔버 샘플링 모듈;
상기 적어도 하나의 처리 챔버로부터 배출된 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림과 유체 연통하는 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈로서, 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 수용하고 적어도 하나의 시약을 상기 제어된 체적의 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림과 반응시켜 배기 화합물 스트림을 생성하도록 구성된 상기 적어도 하나의 배기 샘플링 모듈;
업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈 및 배기 샘플링 모듈 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 센서 모듈로서, 상기 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림, 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나의 농도를 측정하도록 구성된 상기 적어도 하나의 센서 모듈; 및
상기 업스트림 샘플링 모듈, 챔버 샘플링 모듈, 배기 샘플링 모듈 및 센서 모듈 중 적어도 하나와 연통하는 적어도 하나의 흐름 모듈로서, 업스트림 화합물 스트림, 챔버 화합물 스트림 및 배기 화합물 스트림 중 적어도 하나의 유량을 제어하도록 구성된 상기 적어도 하나의 흐름 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 처리 시스템에 사용하기 위한 다중 센서 가스 검출 시스템. - 반응 가스 처리 시스템에 사용하기위한 샘플링 반응 모듈로서,
분석 고정구 바디를 가지며, 그 내부에 적어도 하나의 유체 채널을 형성하는 적어도 하나의 분석 고정구;
상기 분석 고정구 바디에 형성되고, 상기 분석 고정구 바디 내에 형성된 상기 유체 채널과 유체 연통하는 적어도 하나의 유체 유입구 및 유체 배출구;
상기 분석 고정구 바디로부터 연장되고, 그 안에 형성된 적어도 하나의 결합 통로를 가진 적어도 하나의 결합 바디;
상기 분석 고정구 바디를 가로지르고, 상기 적어도 하나의 결합 바디의 상기 적어도 하나의 결합 통로 내에 위치된 적어도 하나의 샘플링 튜브; 및
내부에 적어도 하나의 진공 통로를 형성하는 적어도 하나의 모듈 바디로서, 적어도 하나의 분석 고정구가 부착되어 있고 상기 적어도 하나의 진공 통로와 유체 연통하는 적어도 하나의 샘플링 튜브 리시버가 내부에 형성된 상기 적어도 하나의 모듈 바디;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈. - 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 튜브는 상기 적어도 하나의 결합 바디로부터 열적으로 졀연되는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 튜브는 탄소계 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 튜브는 실리콘계 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 샘플링 튜브가 흑연, 실리카, 탄소 섬유, 이산화규소 및 탄화규소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 분석 고정구 바디 내에 위치될 수 있는 적어도 하나의 열 제어 모듈을 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 열 제어 모듈은 상기 적어도 하나의 샘플링 튜브에 근접하여 위치되는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 제어 모듈은 열전 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 제31 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열 제어 모듈은 서미스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 샘플링 반응 모듈.
- 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템으로서:
적어도 하나의 가스 소스와 연통하는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기로서, 상기 라디칼 가스 발생기는 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 생성하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기; 및
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로로서, 적어도 하나의 시약을 상기 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적 내에서 적어도 하나의 라디칼 가스와 반응시켜 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 적어도 하나의 화학 종을 형성하고, 상기 적어도 하나의 화합물 스트림은 상기 적어도 하나의 분석 회로 내에 위치하는 상기 적어도 하나의 분석 회로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템. - 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템으로서,
적어도 하나의 가스 소스와 연통하고, 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 생성하도록 구성되는 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기;
상기 라디칼 가스 발생기로의 입력 전력 또는 입력 가스 유량 중 적어도 하나를 측정하기 위한 모니터링 시스템; 및
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로로서, 적어도 하나의 시약을 적어도 하나의 출력 라디칼 가스 스트림의 정의된 체적 내에서 적어도 하나의 라디칼 가스와 반응시켜 상기 적어도 하나의 분석 회로 내에 위치한 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 적어도 하나의 화학 종의 농도를 나타내는 신호를 생성하도록 구성되는 상기 적어도 하나의 분석 회로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템. - 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템으로서:
적어도 하나의 가스 소스와 연통하고, 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기;
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 연통하는 적어도 하나의 가스 통로;
상기 적어도 하나의 라디칼 가스 발생기와 유체 연통하는 적어도 하나의 분석 회로로서, 적어도 하나의 시약을 정의된 체적의 적어도 하나의 라디칼 가스 스트림 내의 적어도 하나의 라디칼 가스와 반응시켜 적어도 하나의 화합물 스트림 내에서 적어도 하나의 화학 종을 형성하도록 구성되고, 상기 적어도 하나의 화합물 스트림은 상기 적어도 하나의 분석 회로 내에 위치하는 상기 적어도 하나의 분석 회로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스트림에서 라디칼의 농도를 측정하기 위한 시스템. - 열량 측정 시스템으로서,
내부에 적어도 하나의 가스 통로를 형성하는 적어도 하나의 반응 가스 도관으로서, 상기 적어도 하나의 가스 통로는 적어도 하나의 반응 가스가 통과하여 흐르도록 구성되는 상기 적어도 하나의 반응 가스 도관;
상기 적어도 하나의 반응 가스 도관의 상기 적어도 하나의 가스 통로 내에 위치된 적어도 하나의 제1 센서 바디로서, 상기 적어도 하나의 가스 통로를 통해 흐르는 상기 적어도 하나의 반응 가스의 온도를 측정하도록 구성된 상기 적어도 하나의 제1 센서 바디;
상기 적어도 하나의 제1 센서 바디와 연통하고, 상기 적어도 하나의 제1 센서 바디로부터 온도 데이터를 수신하도록 구성되는 적어도 하나의 센서 장치;
상기 적어도 하나의 제1 센서 장치와 연통하고, 상기 적어도 하나의 반응 가스 도관을 통해 흐르는 상기 적어도 하나의 반응 가스의 샘플 파워를 계산하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 열량 측정 시스템. - 제42 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 반응 가스 도관 상에 위치되고 상기 적어도 하나의 제1 센서 바디를 주위 온도로부터 열적으로 격리시키도록 구성되는 적어도 하나의 단열 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열량 측정 시스템.
- 제42 항에 있어서, 적어도 하나의 반응 가스 도관의 외부에 위치된 적어도 하나의 열체를 추가로 포함하고, 상기 적어도 하나의 열체는 그 안에 위치된 적어도 하나의 제2 센서 바디를 가지며, 상기 적어도 하나의 센서 장치 및 적어도 하나의 프로세서 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 제1 센서 바디와 적어도 하나의 제2 센서 바디 사이의 적어도 하나의 온도 그래디언트에 기초하여 상기 적어도 하나의 반응 가스 도관을 통해 흐르는 적어도 하나의 반응 가스의 샘플 파워를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 열량 측정 시스템.
- 제42 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열체 상에 형성되고 상기 적어도 하나의 열체를 통해 흐르는 적어도 하나의 유체를 갖도록 구성된 적어도 하나의 주입구 및 적어도 하나의 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열량 측정 시스템.
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