7387618 ラジカルガス及び短寿命分子に対する複センサガスサンプリング検出システム及び使用方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-17

(45)【発行日】2023-11-28

(54)【発明の名称】ラジカルガス及び短寿命分子に対する複センサガスサンプリング検出システム及び使用方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 1/28 20060101AFI20231120BHJP

   G01N 1/00 20060101ALI20231120BHJP

   G01N 21/3504 20140101ALI20231120BHJP

   G01N 21/39 20060101ALI20231120BHJP

   G01N 25/36 20060101ALI20231120BHJP

【ＦＩ】

G01N1/28 Z

G01N1/00 101R

G01N21/3504

G01N21/39

G01N25/36

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020545585

(86)(22)【出願日】2018-11-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-07-26

(86)【国際出願番号】 US2018063124

(87)【国際公開番号】W WO2019108831

(87)【国際公開日】2019-06-06

【審査請求日】2021-10-13

(31)【優先権主張番号】62/593,721

(32)【優先日】2017-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】62/646,867

(32)【優先日】2018-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507402565

【氏名又は名称】エムケーエス インスツルメンツ，インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣ．

【住所又は居所原語表記】２ Ｔｅｃｈ Ｄｒｉｖｅ，Ｓｕｉｔｅ ２０１，Ａｎｄｏｖｅｒ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ ０１８１０ Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100130937

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 泰史

(72)【発明者】

【氏名】チウ ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】チェン シン

(72)【発明者】

【氏名】タイ チウ イン

(72)【発明者】

【氏名】ハリス マイケル

(72)【発明者】

【氏名】グプタ アトゥール

【審査官】外川 敬之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０８８０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５１９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０２１８３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２８１６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／００４５５７７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０７９８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６３４１８９０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２００６－１５９８７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １／２８

Ｇ０１Ｎ ２５／３６

Ｇ０１Ｎ １／００

Ｇ０１Ｎ ２１／３９

Ｇ０１Ｎ ２１／３５０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ラジカルガスストリーム内のラジカルを測定する方法であって、
ラジカルをそこに有する少なくとも１つのラジカルガスストリームを与える段階と、
前記少なくとも１つのラジカルガスストリームの定められた容積を少なくとも１つの上流サンプリングモジュールに向けることによって少なくとも１つの上流サンプリングガスストリームを形成する段階と、
前記少なくとも１つのラジカルガスストリームの残りの容積を少なくとも１つの処理チャンバの中に向ける段階と、
前記少なくとも１つのラジカルガスストリームの定められた容積を前記少なくとも１つの処理チャンバから少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュールに向けることにより、少なくとも１つのチャンバサンプリングガスストリームを形成する段階と、
前記少なくとも１つのラジカルガスストリームの残りの容積を前記少なくとも１つの処理チャンバから排気し、それによって少なくとも１つの排気ガスストリームを形成する段階と、
前記少なくとも１つの排気ガスストリームの定められた容積を少なくとも１つの排気サンプリングモジュールに向けることにより、少なくとも１つの排気サンプリングガスストリームを形成する段階と、
前記上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、及び排気サンプリングモジュールの少なくとも１つの内部で少なくとも１つの試薬を該少なくとも１つの上流サンプリングモジュール、少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュール、及び少なくとも１つの排気サンプリングモジュールの少なくとも１つでの前記ラジカルと組み合わせて、少なくとも１つの化学種をそこに有する少なくとも１つの上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームを形成する段階と、
前記少なくとも１つの上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの前記少なくとも１つの内部の化学種の量を測定する段階と、
前記少なくとも１つのラジカルガスストリームの前記残りの容積と、前記上流サンプリングガスストリーム、チャンバサンプリングガスストリーム、及び排気サンプリングガスストリームを形成する該ラジカルガスストリームの定められた容積毎の前記少なくとも１つの上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの前記少なくとも１つの内部の化学種の濃度の比とを比較することにより、前記少なくとも１つの処理チャンバ内のラジカルの濃度を計算する段階と、を含む、
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

ウェーハ処理システムでの使用のための複センサガス検出システムであって、
ラジカルガスソースの少なくとも１つのソースから放出されたラジカルガスストリームと流体連通しており、該ラジカルガスソースから該少なくとも１つのラジカルガスストリームの制御された容積を受け入れて該少なくとも１つのラジカルガスストリームの該制御された容積を少なくとも１つの試薬と反応させて上流化合物ストリームを生成するように構成された上流サンプリングモジュールと、
少なくとも１つの処理チャンバ内に存在する前記少なくとも１つのラジカルガスストリームと流体連通しており、該少なくとも１つのラジカルガスストリームの制御された容積を受け入れて該少なくとも１つのラジカルガスストリームの該制御された容積を少なくとも１つの試薬と反応させてチャンバ化合物ストリームを生成するように構成された少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュールと、
前記少なくとも１つの処理チャンバから排気された前記少なくとも１つのラジカルガスストリームと流体連通しており、該少なくとも１つのラジカルガスストリームの制御された容積を受け入れて該少なくとも１つのラジカルガスストリームの該制御された容積を少なくとも１つの試薬と反応させて排気化合物ストリームを生成するように構成された少なくとも１つの排気サンプリングモジュールと、
前記上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、及び排気サンプリングモジュールの少なくとも１つと連通しており、前記上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの濃度を測定するように構成された少なくとも１つのセンサモジュールと、
前記上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、排気サンプリングモジュール、及びセンサモジュールの少なくとも１つと連通しており、前記上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの流量を制御するように構成された少なくとも１つの流れモジュールと、
を含むことを特徴とするシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

〔関連出願への相互参照〕
本出願は、２０１７年１２月１日出願の「ラジカルガス及び短寿命分子に対する複センサガスサンプリング検出システム及び使用の方法（Ｍｕｌｔｉ－Ｓｅｎｓｏｒ Ｇａｓ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｇａｓｅｓ ａｎｄ Ｓｈｏｒｔ－Ｌｉｖｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｅ）」という名称の米国特許出願第６２／５９３，７２１号、及び２０１８年３月２２日出願の「ラジカルガス及び短寿命分子に対する複センサガスサンプリング検出システム及び使用の方法（Ｍｕｌｔｉ－Ｓｅｎｓｏｒ Ｇａｓ Ｓａｍｐｌｉｎｇ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｒａｄｉｃａｌ Ｇａｓｅｓ ａｎｄ Ｓｈｏｒｔ－Ｌｉｖｅｄ Ｍｏｌｅｃｕｌｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｕｓｅ）」という名称の米国特許出願第６２／６４６，８６７号に対する優先権を主張するものであり、その両方の内容は、これによりそれらの全体が引用によって本明細書に組み込まれている。

【背景技術】

【0002】

電子デバイス及びシステムは、絶えず増え続けるデバイス、システム、及び用途の中に組み込まれている。その結果、高い複雑度及び小さいスケールを有する低コスト集積回路への市場需要は成長し続けている。ラジカルベースの半導体ウェーハ処理のような様々な微細加工処理が、スケーリング問題に対処するために開発されている。高性能集積回路を費用効果的に設計及び製造するために、ラジカルベースの半導体ウェーハ製造工程のパラメータは、慎重に制御される必要がある。

【0003】

現在、いくつかのラジカルベースの半導体ウェーハ処理方法が使用されている。処理に使用されるラジカルガスは、Ｈ、Ｏ、Ｎ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、ＮＨ、ＮＨ₂、ＮＦ、ＣＨ、ＣＨ₂、ＣＯＦなどのような通常はガスに存在しない原子、励起分子、並びに多くの短寿命分子を含む。現在利用可能なラジカルベースの半導体ウェーハ処理は、いくらか有用であることが過去に判明しているが、いくつかの欠点が識別されている。例えば、ウェーハ処理中に発生されるラジカル種は短寿命であり、それによって正確な測定及び分析を困難にする。その結果、定量分析に頼るのではなく、現在利用可能なラジカルベースの半導体ウェーハ製造方法は、望ましいウェーハアーキテクチャを達成するために正確な処方と仮想計量学とに関わっている。処方及び／又は制御処理でのあらゆる変動は、生産収量に大きく影響を及ぼす場合がある。これに加えて、ウェーハ処理中に発生される非常に反応性に富むラジカル種は、ラジカルストリーム及び処理チャンバ内に位置決めされた分析デバイス及びセンサ、光学窓及び構成要素、及び他のシステム又はデバイスを急速に劣化させる傾向を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

すなわち、以上に鑑みて、ラジカルベースの半導体ウェーハ処理に有用な複センサガスサンプリング検出システムに対する継続的な必要性が存在する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本出願は、ラジカルガスストリーム又は類似のガスストリーム内の原子ラジカル、分子ラジカル、及び／又は短寿命分子を検出して測定するための複センサガスサンプリング検出システム及び方法に関する。検出して測定するシステムは、少なくとも１つのガスソースと連通する少なくとも１つのラジカルガス発生器を含むことができる。ラジカルガス発生器は、処理チャンバ内に使用される場合がある少なくとも１つのラジカルガスストリームを発生するように構成することができる。従って、処理チャンバは、ラジカルガス発生器と流体連通している。少なくとも１つの分析回路は、ラジカルガスと流体連通することができ、ラジカルガス発生器は、検出及び測定システムに使用することができる。分析回路は、定められた容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを受け入れるように構成することができる。一実施形態では、分析回路は、少なくとも１つの試薬を定められた容積のラジカルガスストリーム内のラジカルガスと反応させるように構成することができる。この反応は、ラジカルガスと分析回路内の少なくとも１つのセンサモジュールによって測定することができる化学種、荷電粒子、光子放出、又は熱エネルギ放出の形態にある場合がある少なくとも１つの試薬とから少なくとも１つの化合物ストリーム（又は反応生成物）を生成する。１又は２以上の流量測定モジュールは、センサモジュールと流体連通することができる。使用中に、流量測定モジュールは、化合物ストリーム及びラジカルガスストリームの少なくとも一方の容積及び／又は流量を測定するように構成することができる。測定された反応生成物の量、及び化合物ストリーム及びラジカルガスストリームの容積及び／又は流量に基づいて、ラジカルガスストリーム内のラジカルガスの濃度又は量を取得することができる。

【0006】

本出願は、ラジカルガスストリーム内のラジカルガスを測定する方法を更に開示する。より具体的には、ガスストリーム内のラジカルを測定する方法は、ラジカルをそこに有する少なくとも１つのラジカルガスストリームを与える段階を含む。サンプリングガスストリームは、定められた容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを少なくとも１つのサンプリングモジュールに向けることによって生成することができる。少なくとも１つの試薬は、サンプリングガスストリーム内のラジカルと組み合わされ、少なくとも１つの化学種をそこに有する少なくとも１つの化合物ストリームを形成することができる。その後に、化合物ストリーム内の化学種の濃度は、少なくとも１つのセンサモジュールを用いて測定することができる。更に、ラジカルガスストリームの残りの容積は、少なくとも１つの処理チャンバの中に向けることができる。ラジカルガスストリーム及び／又は化合物ガスストリームの流れは、センサモジュールと流体連通している少なくとも１つの流量測定モジュールを用いて測定することができる。最後に、処理チャンバ内のラジカルの濃度は、サンプリングガスストリームを形成するラジカルガスストリームの定められた容積毎の化合物ストリーム内の化学種の濃度の比をラジカルガスストリームの残りの容積と比較することによって計算することができる。

【0007】

別の実施形態では、本出願は、ラジカルガスストリーム内のラジカルを測定する方法を開示する。本方法は、ラジカルをそこに有する少なくとも１つのラジカルガスストリームを与える段階を含む。少なくとも１つの上流ガスストリームは、定められた容積のラジカルガスストリームを少なくとも１つの上流サンプリングモジュールに向け、同時にラジカルガスストリームの残りの容積を少なくとも１つの処理チャンバの中に向けることによって形成することができる。少なくとも１つのチャンバサンプリングガスストリームは、定められた容積のラジカルガスストリームを処理チャンバから少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュールに向け、同時に処理チャンバ内に残っているラジカルガスストリームの容積が処理チャンバから排気され、それによって少なくとも１つの排気ガスストリームを形成することによって形成することができる。少なくとも１つの排気サンプリングガスストリームは、定められた容積及び／又は流量の排気ガスストリームを少なくとも１つの排気サンプリングモジュールに向けることによって形成することができる。その後に、少なくとも１つの試薬は、上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、及び排気サンプリングモジュールの少なくとも１つの中でラジカルガスストリーム内のラジカルと反応し、その少なくとも１つが少なくとも１つの化学種をそこに有する上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つを形成することができる。上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの中の化学種の量は測定することができ、処理チャンバ内のラジカルの濃度は、上流サンプリングガスストリーム、チャンバサンプリングガスストリーム、及び排気サンプリングガスストリームを形成する定められた容積のラジカルガスストリーム毎の上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの中の化学種の濃度の比をラジカルガスストリームの残りの容積と比較することによって計算することができる。

【0008】

これに加えて、本出願は、ウェーハ処理システムでの使用のための複センサガス検出システムを開示する。ウェーハ処理システムは、ラジカルガスソースの少なくとも１つのガスソースから放出されたラジカルガスストリームと流体連通している上流サンプリングモジュールを含む。上流サンプリングモジュールは、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームをラジカルガスソースから受け入れるように構成することができる。少なくとも１つの試薬は、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームと反応して上流化合物ストリームを生成する。更に、少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュールは、少なくとも１つの処理チャンバ内に存在する少なくとも１つのラジカルガスストリームと流体連通することができる。チャンバサンプリングモジュールは、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを受け入れ、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを少なくとも１つの試薬と反応させてチャンバ化合物ストリームを生成するように構成することができる。これに加えて、少なくとも１つの排気サンプリングモジュールは、処理チャンバから排気されたラジカルガスストリームと流体連通することができる。排気サンプリングモジュールは、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを受け入れ、制御された容積及び／又は流量のラジカルガスストリームを少なくとも１つの試薬と反応させて排気化合物ストリームを生成するように構成することができる。少なくとも１つのセンサモジュールは、上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、及び排気サンプリングモジュールの少なくとも１つと連通することができる。センサモジュールは、上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの濃度を測定するように構成することができる。少なくとも１つの流れモジュールは、上流サンプリングモジュール、チャンバサンプリングモジュール、排気サンプリングモジュール、及びセンサモジュールの少なくとも１つと連通することができる。流れモジュールは、上流化合物ストリーム、チャンバ化合物ストリーム、及び排気化合物ストリームの少なくとも１つの流量を制御するように構成することができる。

【0009】

本出願はまた、反応ガス処理システムでの使用のためのサンプリング反応モジュールを開示する。サンプリング反応モジュールは、分析付属品本体を有する少なくとも１つの分析付属品を含むことができる。分析付属品本体は、少なくとも１つの流体チャネルをそこに定める。少なくとも１つの流体入口ポート及び流体出口ポートを分析付属品本体に形成することができる。入口ポート及び出口ポートは、分析付属品本体に形成された流体チャネルと流体連通することができる。少なくとも１つのカプリング本体が、分析付属品本体から延びる。一実施形態では、カプリング本体は、そこに形成された少なくとも１つのカプリング通路を含む。分析付属品本体を通って横断する少なくとも１つのサンプリングチューブは、カプリング本体のカプリング通路内に位置決めすることができる。更に、少なくとも１つの分析付属品本体をその上に受け入れるように構成された少なくとも１つの真空通路をそこに定める少なくとも１つのモジュール本体は、サンプリング反応モジュールに含めることができる。モジュール本体は、そこに形成された少なくとも１つのサンプリングチューブレシーバを有することができ、そのためにサンプリングチューブレシーバは、真空通路と流体連通することができる。

【0010】

最後に、本出願は、熱量測定システムを更に開示する。より具体的には、熱量測定システムは、少なくとも１つのガス通路をそこに定める少なくとも１つの反応ガス導管を含む。使用中に、ガス通路は、少なくとも１つの反応ガスをそれを通して流すように構成される。更に、少なくとも第１のセンサ本体は、反応ガス導管のガス通路内に位置決めすることができる。一実施形態では、センサ本体は、ガス通路を通して流される反応ガスの温度を測定するように構成される。これに加えて、少なくとも１つのセンサデバイスは、センサ本体と通信することができる。使用中に、センサデバイスは、センサ本体から反応ガス流れに関連する温度データを受信するように構成することができる。少なくとも１つのプロセッサは、第１のセンサデバイスと通信することができ、かつ反応ガス導管を通って流れる反応ガスの採取パワーを計算するように構成することができる。

【0011】

本明細書に説明するようなラジカルガスストリーム内のラジカルを検出して測定するための複センサガスサンプリング検出システム及び方法の他の特徴及び利点は、以下の詳細説明の考察からより明らかになるであろう。

【0012】

本明細書に開示するようなラジカルガスストリーム内のラジカルを検出して測定するための複センサガスサンプリング検出システム及び方法の新規な態様は、以下の図の精査によってより明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】複センサガスサンプリング検出システムの実施形態の概略図である。

【図2】処理チャンバから上流の及び処理チャンバ内からのラジカルガスストリームからガスサンプルを採取する複センサガスサンプリング検出システムの別の実施形態の概略図である。

【図3】処理チャンバから上流の、処理チャンバ内からの、及び処理チャンバの下流のラジカルガスストリームからガスサンプルを採取する複センサガスサンプリング検出システムの別の実施形態の概略図である。

【図4】複センサガスサンプリング検出システムの代替実施形態の概略図である。

【図5】試薬ソースが結合された複センサガスサンプリング検出システムの代替実施形態の概略図である。

【図6】複センサガスサンプリング検出システムの別の代替実施形態の概略図である。

【図7】複センサガスサンプリング検出システムの別の代替実施形態の概略図である。

【図8】複センサガスサンプリング検出システムに使用するためのサンプリング反応モジュールの実施形態の立面斜視図である。

【図9】図１に示す複センサガスサンプリング検出システムに使用するためのサンプリング反応モジュールの実施形態の代替立面斜視図である。

【図10】図１に示すサンプリング反応モジュールと併用される分析付属品の実施形態の立面前面斜視図である。

【図11】図１に示すサンプリング反応モジュールと併用される分析付属品のこの実施形態の立面前面分解組立図である。

【図12】図１に示すサンプリング反応モジュールと併用される分析付属品の実施形態の立面後面斜視図である。

【図13】図１に示すサンプリング反応モジュールと併用される分析付属品の実施形態の立面後面分解組立図である。

【図14】サンプリング反応モジュール本体の実施形態の立面斜視図である。

【図15】線１５－１５に沿って見た図１４に示すサンプリング反応モジュール本体の実施形態の立面断面斜視図である。

【図16】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する方法を説明するフローチャートである。

【図17】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する方法を説明するフローチャートである。

【図18】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する代替方法を説明するフローチャートである。

【図19】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する別の方法を説明するフローチャートである。

【図20】上界限界と下界限界とを確立するために図１９に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する方法をグラフィックに示す図である。

【図21】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを較正する方法を説明するフローチャートである。

【図22】図２１に説明した複センサガスサンプリング検出システムを較正しながら計算された外挿パワー測定値をグラフィックに示す図である。

【図23】本出願に説明する複センサガスサンプリング検出システムを有する光学ベースの測定システムを使用して測定された酸素ラジカルの測定濃度をグラフィックに示す図である。

【図24】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する光学ベースの方法を説明するフローチャートである。

【図25】図１～図７に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する半導体ベースの方法を説明するフローチャートである。

【図26】図２５に示す抵抗ベースのサンプリングアーキテクチャを使用する時にラジカル出力ストリームがアクティブ化及び非アクティブ化される時の抵抗変化の結果をグラフィックに示す図である。

【図27】複センサガスサンプリング検出システムの別の代替実施形態の概略図である。

【図28】図２７に示すガスサンプリング検出システムの実施形態での使用のために少なくとも１つのセンサ本体が内部に位置決めされた反応ガス導管の実施形態の立面斜視図である。

【図29】図２７に示すガスサンプリング検出システムの実施形態での使用のために少なくとも１つのセンサ本体が内部に位置決めされた反応ガス導管の別の実施形態の立面斜視図である。

【図30】図２７に示すガスサンプリング検出システムの実施形態での使用のために少なくとも１つのセンサ本体が内部に位置決めされた反応ガス導管の別の実施形態の立面斜視図である。

【図31】図２７、図２９、及び図３０に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する方法を説明するフローチャートである。

【図32】図２７、図２９、及び図３０に説明した複センサガスサンプリング検出システムを使用する別の方法を説明するフローチャートである。

【図33】図２７～図３０に説明した複センサガスサンプリング検出システムの反応ガス導管内に位置決めされたセンサ本体の温度デルタをグラフィックに示す図である。

【図34A】図２７及び図３０に説明したセンサガスサンプリング検出システムの実施形態に使用される第１のラジカルガス発生器の性能をグラフィックに示す図である。

【図34B】図２７及び図３０に説明したセンサガスサンプリング検出システムの実施形態に使用される第２のラジカルガス発生器の性能をグラフィックに示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本出願は、原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子（以下「ラジカル」）に対する複センサガスサンプリング検出システム及び使用方法に関する。より具体的には、本出願は、ユーザがガスストリーム内のラジカルの濃度を容易かつ正確に測定することを可能にするように構成されたガスサンプリング検出システムを開示する。一実施形態では、本明細書に開示するガスサンプリング検出システムは、ガスストリームを処理チャンバ又は類似の容器の中に導入する前にガスストリーム内のラジカルの濃度を測定するように構成することができる。別の実施形態では、本明細書に開示するガスサンプリング検出システムは、処理チャンバ又は容器内でガスストリーム内のラジカルの濃度を測定するように構成することができる。任意的に、本明細書に開示するガスサンプリング検出システムは、処理チャンバ又は容器から排出された排気ストリーム内のラジカルの濃度を測定するのに使用することができる。より具体的には、本明細書に開示する方法は、ガスサンプル内のラジカルを選択された元素及び化合物と反応させ、様々な測定技術を用いて容易かつ正確に検出して測定することができる化学種を生成することにより、これまで測定することが困難であったラジカルの濃度の測定を可能にする。一部の実施形態では、測定処理は、原位置で行うことができる。任意的に、測定処理は、遠隔場所で行われる場合がある。

【0015】

図１は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの実施形態を示している。図示のように、ガスサンプリング検出システム１０は、少なくとも１つのガス通路１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ１６と流体連通する少なくとも１つのプラズマ発生器及び／又はラジカルガス発生器１２を含む。一実施形態では、ラジカルガス発生器１２は、少なくとも１つのサンプルガスソースと少なくとも１つのプラズマソースとを含む、又はこれらと連通することができる。使用中に、ラジカルガス発生器１２は、サンプルガスを励起して解離させ、少なくとも１つの反応ガスストリームを発生するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、ラジカルガス発生器１２は、ＲＦトロイダルプラズマソースを含むが、当業者は、あらゆるタイプのプラズマソース又はラジカルガスソースを本発明のシステムと併用することができることを認めている。一実施形態では、ラジカルガス発生器１２は、原子水素を生成するために水素（Ｈ₂）プラズマを使用する。別の実施形態では、ラジカルガス発生器１２は、原子酸素を生成するために酸素（Ｏ₂）プラズマを利用する。任意的に、ラジカルガス発生器１２は、ガスストリーム内に１又は２以上のラジカルを含有する反応性プラズマを生成するために三フッ化窒素（ＮＦ₃）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、又はあらゆるタイプの他の材料を利用することができる。これに代えて、ラジカルガスは、電子ビーム励起、レーザ励起、又は熱フィラメント励起を含む他のガス励起方法によって発生させることができる。更に、以上の説明は、ＲＦベースのプラズマ発生システムの様々な実施形態を開示するが、当業者は、あらゆるタイプの代替ラジカルガス発生システムを本発明のシステムと併用することができることを認めている。例示的な代替ラジカルガス発生システムは、以下に限定されるものではないが、グロー放電プラズマシステム、容量結合式プラズマシステム、カスケードアークプラズマシステム、誘導結合式プラズマシステム、波動加熱式プラズマシステム、アーク放電プラズマシステム、コロナ放電プラズマシステム、誘電障壁放電システム、容量放電システム、及び圧電直接放電プラズマシステムなどを含む。

【0016】

再度、図１を参照すると、少なくとも１つの処理チャンバ１６は、少なくとも１つの反応ガス導管１４を通してラジカルガス発生器１２と流体連通することができる。一部の用途では、反応ガス導管１４は、化学的不活性材料又は低い化学反応性のみを有する材料から製造される。例示的な材料は、以下に限定されるものではないが、石英、サファイア、ステンレス鋼、強化鋼、アルミニウム、セラミック材料、ガラス、黄銅、ニッケル、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＡｌＯ_x、様々な合金、及びアルマイトのような被覆金属を含む。一実施形態では、単一反応ガス導管１４が、単一ラジカルガス発生器１２と流体連通している。別の実施形態では、複数の反応ガス導管１４が、単一反応ガス発生器１２と流体連通している。更に別の実施形態では、単一反応ガス導管１４が、複数のラジカルガス発生器１２と流体連通している。従って、あらゆる数の反応ガス導管１４は、あらゆる数のラジカルガス発生器１２と連通することができる。任意的に、反応ガス導管１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス２２は、反応ガス導管１４に結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。

【0017】

図１に示すように、処理チャンバ１６は、反応ガス導管１４を通してラジカルガス発生器１２に結合する又はそれと連通することができる。一実施形態では、処理チャンバ１６は、１又は２以上の基板、半導体ウェーハ、又は類似の材料が内部に位置決めされるように構成された１又は２以上の真空チャンバ又は容器を含む。例えば、処理チャンバ１６は、半導体基板又は半導体ウェーハの原子層処理に向けて使用することができる。任意的に、処理チャンバ１６は、あらゆるタイプの処理方法及び／又はシステムを用いてあらゆるタイプの基板又は材料を処理するのに使用することができる。例示的な処理方法は、以下に限定されるものではないが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び原子層エッチング（ＡＬＥ）などを含む。当業者は、処理チャンバ１６が、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、アルミニウム、軟鋼、黄銅、高密度セラミック、ガラス、及びアクリルなどを含むあらゆるタイプの材料から製造されることを認めるであろう。例えば、処理チャンバ１６の少なくとも１つの内面は、選択的にその上での反応性、耐久性を変化させる及び／又は微孔隙を充填することが意図された少なくとも１つのコーティング、陽極酸化材料、犠牲材料、及び物理的特徴部又は要素などを含むことができる。少なくとも１つの排気導管１８が、処理チャンバ１６に結合され、そこから１又は２以上のガス又は材料を排出するように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス２４を排気導管１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0018】

図１を再度、参照すると、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール２０は、処理チャンバ１６に及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合されるか又は他にそれと通信することができる。チャンバ処理モジュール２０は、処理システム１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール２０は、導管を通して処理チャンバ１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール２０が導管を通じて、無線で、又はこれらの両方で処理システム１０を形成する構成要素のあらゆるものと通信することができることを認めるであろう。

【0019】

図１に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール３２は、少なくとも１つのサンプリング導管３０を通してラジカルガス発生器１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆるタイプの材料から製造することができることを認めている。従って、一部の実施形態では、サンプリング導管３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性の原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子と化学反応するように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管３０は、原子ガスの再結合エネルギが放出されて測定されるように原子ガス化学種の分子ガス化学種への再結合を容易にする触媒材料で構成することができる。他の実施形態では、サンプリング導管３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。任意的に、サンプリング導管３０は、その上にあらゆるタイプのセンサ、バルブ、加熱要素、及び冷却要素などを含むことができる。一実施形態では、サンプリング導管３０は、ラジカルガス発生器１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管３０は、反応ガス導管１４を通してラジカルガス発生器１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管３０は、反応ガス導管１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ２２は、反応ガス導管１４を通って横断する指定容積の反応ガスを、サンプリング導管３０を通してサンプリングモジュール３２に選択的に向けるように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング制御バルブ２２は、反応ガス導管１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管３０を通してサンプリングモジュール３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどをサンプリング導管３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス５０は、サンプリング導管３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、光センサ、ＵＶ分光計、光学分光計、又は赤外線分光計、荷電粒子検出器、真空計、及び質量分析計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。新しい熱量測定システムの実施形態は、本出願の図８～図１５に詳細に議論して示されている。任意的に、センサデバイス５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めている。

【0020】

再度、図１を参照すると、図示の実施形態では、サンプリングモジュール３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管３４に結合される。サンプリング導管３０と同様に、分子化合物ストリーム導管３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆるタイプの材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管３０及び／又は分子化合物ストリーム導管３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管３０及び／又は分子化合物ストリーム導管３４の少なくとも一部分は、ラジカルガスストリーム内のラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0021】

図１に示すように、少なくとも１つのセンサモジュール３６は、分子化合物ストリーム導管３４を通じてサンプリングモジュール３２と流体連通している。一実施形態では、センサモジュール３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆるタイプのデバイス又はシステムをセンサモジュール３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、センサモジュール３６は、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0022】

再度、図１を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管３８は、センサモジュール３６、並びに流量測定及び／又は流れ制御モジュール４０と流体連通している。一部の実施形態では、流量測定モジュール４０は、それを通って流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成される。例えば、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（ＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（ＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れは、複センサガスサンプリング検出システム１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆるタイプの流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム１０トと併用することができることを認めている。図１に示すように、少なくとも１つの排気導管４２は、流量測定モジュール４０に結合する又はそれと連通することができ、ガスサンプリング検出システム１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管４２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0023】

図１に示すように、処理システム１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信することができる少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール５２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、任意的プロセッサモジュール５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管５４を通してラジカルガス発生器１２と通信している。更に、任意的プロセッサシステム５２は、プロセッサ導管５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管５６を通じた任意的センサ５０との通信状態、プロセッサ導管５４及び少なくとも１つのサンプリング導管５８を通じたサンプリングモジュール３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管６０を通じたセンサモジュール３６との通信状態、及び少なくとも１つの流量測定導管６２を通じた流量測定モジュール４０との通信状態の少なくとも１つとすることができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール５２は、データをラジカルガス発生器１２、任意的センサ５０、サンプリングモジュール３２、センサモジュール３６、及び流量測定モジュール４０の少なくとも１つに提供し、そこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール５２は、処理システム１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール５２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール５２は、少なくとも１つの任意的処理導管６４を通して任意的バルブデバイス２２、センサ２４、及びチャンバプロセッサモジュール２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、任意的プロセッサモジュール５２は、処理システム１０の様々な構成要素と無線で通信することができる。更に、任意的プロセッサモジュール５２は、性能データ、処理方法及び処理時間、及びロット番号などを格納するように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール５２は、少なくとも１つのコンピュータネットワークを通じて１又は２以上の外部プロセッサと通信するように構成することができる。

【0024】

図１に示すように、任意的に、少なくとも１つの分析システム又は回路６６を処理システム１０内に形成してもよい。図示のように、分析システム６６は、サンプリングモジュール３２、センサモジュール３６、流量測定モジュール４９、任意的センサ５０、及び任意的プロセッサモジュール５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム６６は、バルブデバイス２２又は処理システム１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0025】

図２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの別の実施形態を示している。図２に示す処理システム１１０の様々な構成要素は、図１に示す類似の名称の構成要素と同等に機能する。直前の実施形態と同様に、ガスサンプリング検出システム１１０は、ラジカルを有する反応ガスストリームを提供するように構成された少なくとも１つのラジカルガス発生器及び／又は反応ガス発生器１１２を含むことができる。ラジカルガス発生器１１２は、少なくとも１つのガス通路１１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ１１６と流体連通することができる。直前の実施形態と同様に、ラジカルガス発生器１１２は、サンプルガスを励起して解離させ、相応に少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通している。

【0026】

再度、図２を参照すると、任意的に、反応ガス導管１１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス１２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス１２２は、反応ガス導管１１４に結合する又は他にそれと連通することができ、それによってユーザが反応ガス導管１１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。一実施形態では、バルブデバイス１２２は、少なくとも１つのプロセッサ導管１５４を通して少なくとも１つの任意的処理モジュール１５２と通信することができる。任意的に、処理モジュール１５２は、処理システム１１０の様々な構成要素と無線通信するように構成することができる。使用中に、プロセッサモジュール１５２は、バルブデバイス１２２を選択的に開放及び／又は閉鎖し、それによってラジカルガス発生器１１２が発生させたラジカルガスストリームのサンプリングモジュール１３２内への流れを許容又は制限するように構成することができる。

【0027】

図２に示すように、少なくとも１つの処理チャンバ１１６は、反応ガス導管１１４を通してラジカルガス発生器１１２に結合する又はそれと連通することができる。少なくとも１つの排気導管１１８は、処理チャンバ１１６に結合され、そこから１又は２以上のガス又は材料を排出するように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス１２４は、排気導管１１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ１１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0028】

再度、図２を参照すると、直前の実施形態と同様に、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール１２０は、処理チャンバ１１８及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバ処理モジュール１２０は、処理システム１１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール１２０は、導管を通して処理チャンバ１１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール１２０が、処理システム１１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0029】

図２に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール１３２は、少なくとも１つのサンプリング導管１３０を通してラジカルガス発生器１１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管１３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆるタイプの材料から製造することができることを認めている。従って、サンプリング導管１３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性ラジカルと化学反応するように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング導管１３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。一実施形態では、サンプリング導管１３０は、ラジカルガス発生器１１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管１３０は、反応ガス導管１１４を通してラジカルガス発生器１１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管１３０は、反応ガス導管１１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ１２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ１２２は、反応ガス導管１１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管１３０を通してサンプリングモジュール１３２に選択的に向けるように構成することができる。任意的に、サンプリング制御バルブ１２２は、反応ガス導管１１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管１３０を通してサンプリングモジュール１３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管１３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス１５０は、サンプリング導管１３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、及び真空計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス１５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス１５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。任意的に、センサデバイス１５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス１５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めている。

【0030】

再度、図２を参照すると、サンプリングモジュール１３２は、少なくとも１つのチャンバサンプルガス導管１４４を通して処理チャンバ１１６と流体連通することができる。従って、サンプリングモジュール１３２は、処理チャンバ１１６の上流及び内部のラジカルガスストリームを分析するように構成することができる。そのような分析は、順次又は同時に行うことができる。サンプリング導管１３０と同様に、チャンバサンプルガス導管１４４は、その上に１又は２以上のバルブ及びセンサなどを含むことができる。従って、処理チャンバ１１６からサンプリングモジュール１３２へのサンプルガスの流れを選択的に変化させることができる。

【0031】

図２を参照すると、サンプリングモジュール１３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管１３４に結合することができる。サンプリング導管１３０と同様に、分子化合物ストリーム導管１３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆるタイプの材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管１３０及び／又は分子化合物ストリーム導管１３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管１３０及び／又は分子化合物ストリーム導管１３４の少なくとも一部分は、ラジカルガスストリーム内に含有されるラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0032】

図２に示すように、直前の実施形態と同様に、少なくとも１つのセンサモジュール１３６は、分子化合物ストリーム導管１３４を通してサンプリングモジュール１３２と流体連通することができる。任意的に、センサモジュール１３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆるタイプのデバイス又はシステムをセンサモジュール１３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール１３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール１３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール１３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、センサモジュール１３６は、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール１３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール１３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール１３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0033】

再度、図２を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管１３８が、センサモジュール１３６と流体連通しており、更に通過して流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成することができる流量測定及び／又は流れ制御モジュール１４０と流体連通している。直前の実施形態と同様に、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（ＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（ＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れ容積又は流量は、複センサガスサンプリング検出システム１１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆるタイプの流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム１１０と併用することができることを認める。図２に示すように、少なくとも１つの排気導管１４２は、流量測定モジュール１４０に結合する又はそれと連通することができ、ガスサンプリング検出システム１１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管１４２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0034】

上述のように、処理システム１１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール１５２を含むことができる。例えば、任意的プロセッサモジュール１５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管１５４を通してラジカルガス発生器１１２と通信することができる。更に、任意的プロセッサシステム１５２は、プロセッサ導管１５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管１５６を通じた任意的センサ１５０との通信状態、プロセッサ導管１５４及び少なくとも１つのサンプリング導管１５８を通じたサンプリングモジュール１３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管１６０を通じたセンサモジュール１３６との通信状態、及び少なくとも１つの流量測定導管１６２を通じた流量測定モジュール１４０との通信状態にあるとすることができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール１５２は、データをラジカルガス発生器１１２、任意的センサ１５０、サンプリングモジュール１３２、センサモジュール１３６、及び流量測定モジュール１４０の少なくとも１つに提供し、そこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール１５２は、処理システム１１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム１１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール１５２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器１１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール１５２は、少なくとも１つの任意的処理導管１６４を通して任意的バルブデバイス１２２、センサ１２４、及びチャンバプロセッサモジュール１２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、プロセッサモジュール１５２は、外部ネットワークと通信することができる。

【0035】

任意的に、図２に示すように、直前の実施形態と同様に、少なくとも１つの分析システム又は回路１６６を処理システム１１０内に形成することができる。図示のように、分析システム１６６は、サンプリングモジュール１３２、センサモジュール１３６、流量測定モジュール１４９、任意的センサ１５０、及び任意的プロセッサモジュール１５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム１６６は、バルブデバイス１２２又は処理システム１１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0036】

図３は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの更に別の実施形態を示している。図２と同様に、図３に示す処理システム２１０の様々な構成要素は、図１及び図２に示す類似の名称の構成要素と同等に機能する。以前の実施形態と同様に、ガスサンプリング検出システム２１０は、ラジカルを有する反応ガスストリームを提供するように構成された少なくとも１つのラジカルガス発生器及び／又は反応ガス発生器２１２を含むことができる。ラジカルガス発生器２１２は、少なくとも１つのガス通路２１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ２１６と流体連通することができる。直前の実施形態と同様に、ラジカルガス発生器２１２は、サンプルガスを励起して解離させ、相応に少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通している。

【0037】

再度、図３を参照すると、任意的に、反応ガス導管２１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス２２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス２２２は、反応ガス導管２１４内に位置決めするか又は結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管２１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。

【0038】

図３に示すように、少なくとも１つの処理チャンバ２１６は、反応ガス導管２１４を通してラジカルガス発生器２１２に結合する又はそれと連通することができる。少なくとも１つの排気導管２１８は、処理チャンバ２１６に結合され、そこから１又は２以上のガス又は材料を排出するように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス２２４は、排気導管２１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ２１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0039】

再度、図３を参照すると、直前の実施形態と同様に、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール２２０は、処理チャンバ２１８及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバ処理モジュール２２０は、処理システム２１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール２２０は、導管を通して処理チャンバ２１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール２２０が、処理システム２１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0040】

図３に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール２３２は、少なくとも１つのサンプリング導管２３０を通してラジカルガス発生器２１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管２３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆるタイプの材料から製造することができることを認めている。従って、サンプリング導管２３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性ラジカルと化学反応するように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング導管２３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。一実施形態では、サンプリング導管２３０は、ラジカルガス発生器２１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管２３０は、反応ガス導管２１４を通してラジカルガス発生器２１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管２３０は、反応ガス導管２１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ２２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ２２２は、反応ガス導管２１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管２３０を通してサンプリングモジュール２３２に選択的に向けるように構成することができる。任意的に、サンプリング制御バルブ２２２は、反応ガス導管２１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管２３０を通してサンプリングモジュール２３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管２３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス２５０は、サンプリング導管２３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、及び真空計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス２５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス２５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。任意的に、センサデバイス２５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス２５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めている。

【0041】

再度、図３を参照すると、サンプリングモジュール２３２は、少なくとも１つのチャンバサンプルガス導管２４４及び／又はサンプル排気導管２４６の少なくとも１つを通して処理チャンバ１１６及び排気導管２１８と流体連通することができる。従って、サンプリングモジュール２３２は、処理チャンバ２１６の上流のラジカルガスストリーム、処理チャンバ２１６内のラジカルガスストリーム、及び排気導管２１８を通して処理チャンバから放出されているラジカルガスストリームを分析するように構成することができる。そのような分析は、順次又は同時に行うことができる。サンプリング導管２３０と同様に、チャンバサンプルガス導管２４４及び／又は排気導管２１８は、その上に１又は２以上のバルブ及びセンサなどを含むことができる。従って、処理チャンバ２１６からサンプリングモジュール２３２へのサンプルガスの流れ、及び／又は排気導管２１８からサンプリングモジュール２３２へのサンプルガスの流れ、又はこれらの両方を選択的に変化させることができる。

【0042】

図３を参照すると、サンプリングモジュール２３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管２３４に結合することができる。サンプリング導管２３０と同様に、分子化合物ストリーム導管２３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆるタイプの材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管２３０及び／又は分子化合物ストリーム導管２３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管２３０及び／又は分子化合物ストリーム導管２３４の少なくとも一部分は、ラジカルガスストリーム内に含有されるラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0043】

図３に示すように、以前の実施形態と同様に、少なくとも１つのセンサモジュール２３６は、分子化合物ストリーム導管２３４を通してサンプリングモジュール２３２と流体連通している。任意的に、センサモジュール２３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆるタイプのデバイス又はシステムをセンサモジュール２３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール２３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール２３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール２３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物の濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、センサモジュール２３６は、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール２３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール２３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール２３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0044】

再度、図３を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管２３８は、センサモジュール２３６と流体連通しており、更に通過して流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成することができる流量測定及び／又は流れ制御モジュール２４０と流体連通している。直前の実施形態と同様に、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（ＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（ＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れは、複センサガスサンプリング検出システム２１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆるタイプの流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム２１０と併用することができることを認めている。図３に示すように、少なくとも１つの排気導管２４２は、流量測定モジュール２４０に結合する又はそれと連通することができ、ガスサンプリング検出システム２１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管２４２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0045】

上述のように、処理システム２１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール２５２を含むことができる。例えば、任意的プロセッサモジュール２５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管２５４を通してラジカルガス発生器２１２と通信することができる。更に、任意的プロセッサシステム２５２は、プロセッサ導管２５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管２５６を通じた任意的センサ２５０との通信状態、プロセッサ導管２５４及び少なくとも１つのサンプリング導管２５８を通じたサンプリングモジュール２３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管２６０を通じたセンサモジュール２３６との通信状態、及び少なくとも１つの流量測定導管２６２を通じた流量測定モジュール２４０との通信状態の少なくとも１つにあることができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール２５２は、データをラジカルガス発生器２１２、任意的センサ２５０、サンプリングモジュール２３２、センサモジュール２３６、及び流量測定モジュール２４０の少なくとも１つに提供し、そこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール２５２は、処理システム２１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム２１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール２５２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器２１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール２５２は、少なくとも１つの任意的処理導管２６４を通して任意的バルブデバイス２２２、センサ２２４、及びチャンバプロセッサモジュール２２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、プロセッサモジュール２５２は、外部ネットワークと通信することができる。

【0046】

任意的に、図３に示すように、以前の実施形態と同様に、少なくとも１つの分析システム又は回路２６６を処理システム２１０内に形成することができる。図示のように、分析システム２６６は、サンプリングモジュール２３２、センサモジュール２３６、流量測定モジュール２４９、任意的センサ２５０、及び任意的プロセッサモジュール２５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム２６６は、バルブデバイス２２２又は処理システム２１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0047】

図４は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの別の実施形態を示している。以前の実施形態とは異なり、この実施形態は、１又は２以上のセンサモジュールにデータを提供する複数のサンプリングモジュールを含む。以前の実施形態と同様に、図４に示す処理システム３１０の様々な構成要素は、図１～図３に示す類似の名称の構成要素と同等に機能する。以前の実施形態と同様に、ガスサンプリング検出システム３１０は、ラジカルを有する反応ガスストリームを提供するように構成された少なくとも１つのラジカルガス発生器及び／又は反応ガス発生器３１２を含むことができる。ラジカルガス発生器３１２は、少なくとも１つのガス通路３１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ３１６と流体連通することができる。任意的に、反応ガス導管３１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス３２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス３２２は、反応ガス導管３１４に対して位置決めされる又はそれに結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管３１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。

【0048】

図４に示すように、少なくとも１つの処理チャンバ３１６は、反応ガス導管３１４を通してラジカルガス発生器３１２に結合する又はそれと連通することができる。少なくとも１つの排気導管３１８は、処理チャンバ３１６に結合され、そこから１又は２以上のガス又は材料を排出するように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス３２４は、排気導管３１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ３１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0049】

再度、図４を参照すると、以前の実施形態と同様に、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール３２０は、処理チャンバ３１８及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバプロセッサモジュール３２０は、処理システム３１０を形成する様々な構成要素に対して局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール３２０は、導管を通して処理チャンバ３１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール３２０が、処理システム３１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0050】

図４に示すように、少なくとも１つの上流サンプリングモジュール３３２は、少なくとも１つのサンプリング導管３３０を通してラジカルガス発生器３１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管３３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆるタイプの材料から製造することができることを認めるであろう。従って、サンプリング導管３３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性ラジカルと化学反応するように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング導管３３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。一実施形態では、サンプリング導管３３０は、ラジカルガス発生器３１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管３３０は、反応ガス導管３１４を通してラジカルガス発生器３１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管３３０は、反応ガス導管３１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ３２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ３２２は、反応ガス導管３１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管３３０を通して上流サンプリングモジュール３３２に選択的に向けるように構成することができる。任意的に、サンプリング制御バルブ３２２は、反応ガス導管３１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管２３０を通して上流サンプリングモジュール３３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管３３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス３８０は、サンプリング導管３３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、及び真空計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス３８０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス３８０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。任意的に、センサデバイス３８０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス３８０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めるであろう。

【0051】

再度、図４を参照すると、少なくとも１つのチャンバサンプリングモジュール３４２は、少なくとも１つのチャンバサンプルガス導管３４０を通して処理チャンバ３１６と流体連通することができる。従って、チャンバサンプリングモジュール３４２は、処理チャンバ３１６内のラジカルガスストリームを分析するように構成することができる。サンプリング導管３３０と同様に、チャンバサンプルガス導管３４０は、その上に１又は２以上のバルブ及びセンサなどを含むことができる。従って、処理チャンバ３１６からサンプリングモジュール３４２へのサンプルガスの流れを選択的に変化させることができる。

【0052】

図４に示すように、任意的に、少なくとも１つの排気サンプリングモジュール３５２は、少なくとも１つの排気サンプルガス導管３５０を通して処理チャンバ３１６と流体連通することができる。従って、チャンバサンプリングモジュール３５２は、排気導管３１８を通して処理チャンバ３１６から放出されたラジカルガスストリームを分析するように構成することができる。任意的に、排気サンプルガス導管３５０は、その上に１又は２以上のバルブ及びセンサなどを含むことができる。従って、処理チャンバ３１６から排気導管３１８を通して放出されるサンプルガスの流れを選択的に変化させることができる。

【0053】

図４を参照すると、上流サンプリングモジュール３３２、チャンバサンプリングモジュール３４２、及び排気サンプリングモジュール３５２の少なくとも１つは、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管３３４に結合することができる。サンプリング導管３３０と同様に、分子化合物ストリーム導管３３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆるタイプの材料から製造することができる。一実施形態では、上流サンプリング導管３３０、チャンバサンプリングモジュール３４０、排気サンプリングモジュール３５０、及び／又は分子化合物ストリーム導管３３４の少なくとも１つの少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管３３０及び／又は分子化合物ストリーム導管３３４の少なくとも一部分は、ラジカルガスストリーム内に含有されるラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0054】

図４に示すように、直前の実施形態と同様に、少なくとも１つのセンサモジュール３３６は、分子化合物ストリーム導管３３４を通して上流サンプリングモジュール３３２、チャンバサンプリングモジュール３４２、及び排気サンプリングモジュール３５２の少なくとも１つと流体連通している。センサモジュール３３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆるタイプのデバイス又はシステムをセンサモジュール３３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール３３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール３３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール３３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、センサモジュール３３６は、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール３３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール３３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール３３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0055】

再度、図４を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管３６２は、センサモジュール３３６と流体連通しており、更に通過して流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成することができる流量測定及び／又は流れ制御モジュール３７０と流体連通している。直前の実施形態と同様に、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（以下ではＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（以下ではＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れは、複センサガスサンプリング検出システム３１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆるタイプの流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム３１０と併用することができることを認めるであろう。図４に示すように、少なくとも１つの排気導管３７２は、流量測定モジュール３７０に結合する又はそれと連通することができ、かつガスサンプリング検出システム３１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管３７２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0056】

処理システム３１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール３８２を含むことができる。例えば、任意的プロセッサモジュール３８２は、少なくとも１つのプロセッサ導管３８４を通してラジカルガス発生器３１２と通信することができる。更に、任意的プロセッサシステム３８２は、プロセッサ導管３８４及び少なくとも１つの任意的センサ導管３５６を通じた任意的センサ３８０及び上流サンプリングモジュール３３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管３８６を通じたセンサモジュール３３６との通信状態の少なくとも一方又は両方にあることができる。従って、任意的プロセッサモジュール３８２は、処理システム３１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム３１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール３８２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定及び／又は計算し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器３１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール３８２は、少なくとも１つの任意的処理導管３６４を通して任意的バルブデバイス３２２、センサ３２４、及びチャンバプロセッサモジュール３２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。

【0057】

図５は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの実施形態を示している。図示のように、ガスサンプリング検出システム４１０は、少なくとも１つのガス通路４１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ４１６と流体連通する少なくとも１つのプラズマ発生器及び／又はラジカルガス発生器４１２を含む。一実施形態では、ラジカルガス発生器４１２は、サンプルガスを励起して解離させ、少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通している。１つの特定の実施形態では、ラジカルガス発生器４１２は、ＲＦトロイダルプラズマソースを含むが、当業者は、あらゆるタイプのプラズマソース又はラジカルガスソースを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。一実施形態では、ラジカルガス発生器４１２は、原子水素を生成するために水素（Ｈ₂）プラズマを使用する。別の実施形態では、ラジカルガス発生器４１２は、原子酸素を生成するために酸素（Ｏ₂）プラズマを利用する。任意的に、ラジカルガス発生器４１２は、ガスストリーム内に１又は２以上のラジカルを含有する反応性プラズマを生成するために三フッ化窒素（ＮＦ₃）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、又はあらゆるタイプの他の材料を利用することができる。これに代えて、ラジカルガスは、電子ビーム励起、レーザ励起、又は熱フィラメント励起を含む他のガス励起方法によって発生させることができる。更に、以上の説明はＲＦベースのプラズマ発生システムの様々な実施形態を開示するが、当業者は、あらゆるタイプの代替ラジカルガス発生システムを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。例示的な代替ラジカルガス発生システムは、以下に限定されるものではないが、グロー放電プラズマシステム、容量結合式プラズマシステム、カスケードアークプラズマシステム、誘導結合式プラズマシステム、波動加熱式プラズマシステム、アーク放電プラズマシステム、コロナ放電プラズマシステム、誘電障壁放電システム、容量放電システム、及び圧電直接放電プラズマシステムなどを含む。

【0058】

再度、図５を参照すると、少なくとも１つの処理チャンバ４１６は、少なくとも１つの反応ガス導管４１４を通してラジカルガス発生器４１２と流体連通することができる。一部の用途では、反応ガス導管４１４は、化学的不活性材料又は低い化学反応性のみを有する材料から製造される。例示的な材料は、以下に限定されるものではないが、石英、サファイア、ステンレス鋼、強化鋼、アルミニウム、セラミック材料、ガラス、黄銅、ニッケル、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＡｌＯ_x、様々な合金、及びアルマイトのような被覆金属を含む。一実施形態では、単一反応ガス導管４１４は、単一ラジカルガス発生器４１２と流体連通している。別の実施形態では、複数の反応ガス導管４１４が、単一反応ガス発生器４１２と流体連通している。更に別の実施形態では、単一反応ガス導管４１４は、複数のラジカルガス発生器４１２と流体連通している。従って、あらゆる数の反応ガス導管４１４は、あらゆる数のラジカルガス発生器４１２と連通することができる。任意的に、反応ガス導管４１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス４２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス４２２は、反応ガス導管４１４に結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管４１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。

【0059】

処理チャンバ４１６は、反応ガス導管４１４を通してラジカルガス発生器４１２に結合する又はそれと連通することができる。一実施形態では、処理チャンバ４１６は、１又は２以上の基板、半導体ウェーハ、又は類似の材料が内部に位置決めされるように構成された１又は２以上の真空チャンバ又は容器を含む。任意的に、処理チャンバ４１６は、半導体基板又は半導体ウェーハの原子層処理に向けて使用することができる。任意的に、処理チャンバ４１６は、あらゆるタイプの処理方法又はシステムを用いてあらゆるタイプの基板又は材料を処理するのに使用することができる。例示的な処理方法は、以下に限定されるものではないが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び原子層エッチング（ＡＬＥ）などを含む。当業者は、処理チャンバ４１６が、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、アルミニウム、軟鋼、黄銅、高密度セラミック、ガラス、及びアクリルなどを含むあらゆるタイプの材料から製造されることを認めるであろう。一実施形態では、処理チャンバ４１６の少なくとも１つの内面は、選択的にその反応性、耐久性を変化させる及び／又は微孔隙を充填することが意図された少なくとも１つのコーティング、陽極酸化材料、犠牲材料、及び物理的特徴部又は要素などを含むことができる。少なくとも１つの排気導管４１８は、処理チャンバ４１６に結合され、そこから１又は２以上のガス又は材料を排出されるように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス４２４は、排気導管４１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ４１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0060】

再度、図５を参照すると、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール４２０は、処理チャンバ４１８及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバ処理モジュール４２０は、処理システム１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール４２０は、導管を通して処理チャンバ４１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール４２０が、処理システム４１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0061】

図５に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール４３２は、少なくとも１つのサンプリング導管４３０を通してラジカルガス発生器４１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管４３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆるタイプの材料から製造することができることを認めるであろう。従って、サンプリング導管４３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性ラジカルと化学反応するように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管４３０は、原子ガスの再結合エネルギが放出されて測定されるように原子ガス化学種の分子ガス化学種への再結合を容易にする触媒材料で構成することができる。他の実施形態では、サンプリング導管４３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。

【0062】

再度、図５を参照すると、少なくとも１つの反応ガスフィード又はソース４７２は、サンプリングモジュール４３２に少なくとも１つの反応機構又はストリーム４７４を提供するように構成することができる。これに代えて、反応ソース４７２は、少なくとも１つのストリーム導管４７５を通してラジカルガス発生器４１２と連通することができる。あらゆる種類の反応機構又はストリーム４７４を提供するように構成されたあらゆる種類の反応ソース４７２をこのシステムに対して使用することができる。例えば、一実施形態では、反応ソース４７２は、サンプリングモジュール４３２内で原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子と反応するように構成された反応ガスの少なくとも１つのソースを含む。例示的な反応ガスは、以下に限定されるものではないが、窒素、酸素、水素、ＮＨ₃、ＨＯ₂のような化合物のようなガス、又は別個のプラズマソースを用いて発生させたあらゆる種類の原子ラジカルを含む。別の実施形態では、反応ソース４７２は、サンプリングモジュール４３２内の原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子に励起エネルギを提供するように構成された少なくとも１つの励起ソースを含む。例えば、一実施形態では、反応ソース４７２は、サンプリングモジュール４３２に励起エネルギを提供するように構成された光学放射線の少なくとも１つのソースを含む。

【0063】

図５に示すように、サンプリング導管４３０は、その上にあらゆる種類のセンサ、バルブ、加熱要素、及び冷却要素などを含むことができる。一実施形態では、サンプリング導管４３０は、ラジカルガス発生器４１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管４３０は、反応ガス導管４１４を通してラジカルガス発生器４１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管４３０は、反応ガス導管４１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ４２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ４２２は、反応ガス導管４１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管４３０を通してサンプリングモジュール４３２に選択的に向けるように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング制御バルブ４２２は、反応ガス導管４１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管４３０を通してサンプリングモジュール４３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管４３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス４５０は、サンプリング導管４３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、光センサ、ＵＶ分光計、光学分光計、又は赤外線分光計、荷電粒子検出器、真空計、及び質量分析計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス４５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス４５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。別の実施形態では、新しい熱量測定システムの実施形態を本出願の図８～図１５で詳細に議論して示している。任意的に、センサデバイス４５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス４５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めるであろう。

【0064】

再度、図５を参照すると、図示の実施形態では、サンプリングモジュール４３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管４３４に結合される。サンプリング導管４３０と同様に、分子化合物ストリーム導管４３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆる種類の材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管４３０及び／又は分子化合物ストリーム導管４３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管４３０及び／又は分子化合物ストリーム導管４３４の少なくとも一部分は、ガスストリーム内のラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0065】

図５に示すように、少なくとも１つのセンサモジュール４３６は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管４３４を通してサンプリングモジュール４３２と流体連通している。一実施形態では、センサモジュール４３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆる種類のデバイス又はシステムは、センサモジュール４３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール４３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール４３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール４３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、このセンサモジュールは、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール４３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール４３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール４３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0066】

再度、図５を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管４３８は、センサモジュール４３６、並びに流量測定及び／又は流れ制御モジュール４４０と流体連通している。一部の実施形態では、流量測定モジュール４４０は、それを通って流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成される。例えば、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（ＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（ＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れは、複センサガスサンプリング検出システム４１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆる種類の流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム４１０と併用することができることを認めるであろう。図５に示すように、少なくとも１つの排気導管４４２は、流量測定モジュール４４０に結合する又はそれと連通することができ、かつガスサンプリング検出システム４１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管４４２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0067】

図５に示すように、処理システム４１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール４５２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、任意的プロセッサモジュール４５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管４５４を通してラジカルガス発生器４１２と通信している。更に、任意的プロセッサシステム４５２は、プロセッサ導管４５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管４５６を通じた任意的センサ４５０との通信状態、プロセッサ導管４５４及び少なくとも１つのサンプリング導管４５８を通じたサンプリングモジュール４３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管４６０を通じたセンサモジュール４３６との通信状態、及び少なくとも１つの流量測定導管４６２を通じた流量測定モジュール４４０との通信状態の少なくとも１つにあることができる。更に、反応ソース４７２は、プロセッサ導管４５４を通して任意的プロセッサシステム４５２と連通することができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール４５２は、データをラジカルガス発生器４１２、任意的センサ４５０、サンプリングモジュール４３２、センサモジュール４３６、及び流量測定モジュール４４０の少なくとも１つに提供し、かつそこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール４５２は、処理システム４１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム４１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール４５２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器４１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール４５２は、少なくとも１つの任意的処理導管４６４を通して任意的バルブデバイス４２２、センサ４２４、及びチャンバプロセッサモジュール４２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、任意的プロセッサモジュール４５２は、処理システム４１０の様々な構成要素と無線で通信することができる。更に、プロセッサ４５２は、性能データ、処理方法及び処理時間、及びロット番号などを格納するように構成することができる。更に、プロセッサ４５２は、少なくとも１つのコンピュータネットワークを通じて１又は２以上の外部プロセッサと通信するように構成することができる。

【0068】

任意的に、図５に示すように、少なくとも１つの分析システム又は回路４６６を処理システム４１０内に形成することができる。図示のように、分析システム４６６は、サンプリングモジュール４３２、センサモジュール４３６、流量測定モジュール４４９、任意的センサ４５０、及び任意的プロセッサモジュール４５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム４６６は、バルブデバイス４２２又は処理システム４１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0069】

図６は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの実施形態を示している。図示のように、ガスサンプリング検出システム５１０は、少なくとも１つのガス通路５１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ５１６と流体連通する少なくとも１つのプラズマ発生器及び／又はラジカルガス発生器５１２を含む。一実施形態では、ラジカルガス発生器５１２は、サンプルガスを励起して解離させ、少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通している。１つの特定の実施形態では、ラジカルガス発生器５１２は、ＲＦトロイダルプラズマソースを含むが、当業者は、あらゆる種類のプラズマソース又はラジカルガスソースを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。一実施形態では、ラジカルガス発生器５１２は、原子水素を生成するために水素（Ｈ₂）プラズマを使用する。別の実施形態では、ラジカルガス発生器５１２は、原子酸素を生成するために酸素（Ｏ₂）プラズマを利用する。任意的に、ラジカルガス発生器５１２は、ガスストリーム内に１又は２以上のラジカルを含有する反応性プラズマを生成するために三フッ化窒素（ＮＦ₃）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、又はあらゆる種類の他の材料を利用することができる。これに代えて、ラジカルガスは、電子ビーム励起、レーザ励起、又は熱フィラメント励起を含む他のガス励起方法によって発生させることができる。更に、以上の説明は、ＲＦベースのプラズマ発生システムの様々な実施形態を開示するが、当業者は、あらゆる種類の代替ラジカルガス発生システムを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。例示的な代替ラジカルガス発生システムは、以下に限定されるものではないが、グロー放電プラズマシステム、容量結合式プラズマシステム、カスケードアークプラズマシステム、誘導結合式プラズマシステム、波動加熱式プラズマシステム、アーク放電プラズマシステム、コロナ放電プラズマシステム、誘電障壁放電システム、容量放電システム、及び圧電直接放電プラズマシステムなどを含む。

【0070】

再度、図６を参照すると、少なくとも１つの処理チャンバ５１６は、少なくとも１つの反応ガス導管５１４を通してラジカルガス発生器５１２と流体連通することができる。一部の用途では、反応ガス導管５１４は、化学的不活性材料又は低い化学反応性のみを有する材料から製造される。例示的な材料は、以下に限定されるものではないが、石英、サファイア、ステンレス鋼、強化鋼、アルミニウム、セラミック材料、ガラス、黄銅、ニッケル、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＡｌＯ_x、様々な合金、及びアルマイトのような被覆金属を含む。一実施形態では、単一反応ガス導管５１４は、単一ラジカルガス発生器５１２と流体連通している。別の実施形態では、複数の反応ガス導管５１４が、単一反応ガス発生器５１２と流体連通している。更に別の実施形態では、単一反応ガス導管５１４は、複数のラジカルガス発生器５１２と流体連通している。従って、あらゆる数の反応ガス導管５１４は、あらゆる数のラジカルガス発生器５１２と連通することができる。任意的に、反応ガス導管５１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス５２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス５２２は、反応ガス導管５１４に結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管５１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。

【0071】

図６に示すように、処理チャンバ５１６は、反応ガス導管５１４を通してラジカルガス発生器５１２に結合する又はそれと連通することができる。一実施形態では、処理チャンバ５１６は、１又は２以上の基板、半導体ウェーハ、又は類似の材料が内部に位置決めされるように構成された１又は２以上の真空チャンバ又は容器を含む。例えば、処理チャンバ５１６は、半導体基板又は半導体ウェーハの原子層処理に向けて使用することができる。任意的に、処理チャンバ５１６は、あらゆる種類の処理方法又はシステムを用いてあらゆる種類の基板又は材料を処理するのに使用することができる。例示的な処理方法は、以下に限定されるものではないが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び原子層エッチング（ＡＬＥ）などを含む。当業者は、処理チャンバ５１６が、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、アルミニウム、軟鋼、黄銅、高密度セラミック、ガラス、及びアクリルなどを含むあらゆる種類の材料から製造されることを認めるであろう。例えば、処理チャンバ１６の少なくとも１つの内面は、選択的にその反応性、耐久性を変化させる及び／又は微孔隙を充填することが意図された少なくとも１つのコーティング、陽極酸化材料、犠牲材料、及び物理的特徴部又は要素などを含むことができる。少なくとも１つの排気導管５１８は、処理チャンバ５１６に結合され、かつそこから１又は２以上のガス又は材料を排出されるように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス５２４は、排気導管５１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ５１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0072】

再度、図６を参照すると、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール５２０は、処理チャンバ５１８及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバ処理モジュール５２０は、処理システム５１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール５２０は、導管を通して処理チャンバ５１６と通信しているが、当業者は、チャンバ処理モジュール５２０が、処理システム５１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0073】

図６に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール５３２は、少なくとも１つのサンプリング導管５３０を通してラジカルガス発生器５１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管５３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆる種類の材料から製造することができることを認めるであろう。従って、一部の実施形態では、サンプリング導管５３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性の原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子と化学反応するように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管５３０は、原子ガスの再結合エネルギが放出されて測定されるように原子ガス化学種の分子ガス化学種への再結合を容易にする触媒材料で構成することができる。他の実施形態では、サンプリング導管５３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管５３０は、ラジカル種の分子ガス化学種への再結合を容易にするように構成された触媒材料で構成することができる。任意的に、サンプリング導管５３０は、その上にあらゆる種類のセンサ、バルブ、加熱要素、及び冷却要素などを含むことができる。一実施形態では、サンプリング導管５３０は、ラジカルガス発生器５１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管５３０は、反応ガス導管５１４を通してラジカルガス発生器５１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管５３０は、反応ガス導管５１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ５２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ５２２は、反応ガス導管５１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管５３０を通してサンプリングモジュール５３２に選択的に向けるように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング制御バルブ５２２は、反応ガス導管５１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管５３０を通してサンプリングモジュール５３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管５３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス５５０は、サンプリング導管５３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、光センサ、ＵＶ分光計、光学分光計、又は赤外線分光計、荷電粒子検出器、真空計、及び質量分析計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス５５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス５５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。新しい熱量測定システムの実施形態を本出願の図８～図１５に詳細に議論して示している。任意的に、センサデバイス５５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス５５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めるであろう。

【0074】

再度、図６を参照すると、図示の実施形態では、サンプリングモジュール５３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管５３４に結合される。サンプリング導管５３０と同様に、分子化合物ストリーム導管５３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆる種類の材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管５３０及び／又は分子化合物ストリーム導管５３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管５３０及び／又は分子化合物ストリーム導管５３４の少なくとも一部分は、ガスストリーム内のラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0075】

図６に示すように、少なくとも１つのセンサモジュール５３６は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管５３４を通してサンプリングモジュール５３２と流体連通している。一実施形態では、センサモジュール５３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆる種類のデバイス又はシステムは、センサモジュール５３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール５３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール５３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール５３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、このセンサモジュールは、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール５３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール５３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール５３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。少なくとも１つのセンサモジュール戻し導管５３５は、センサモジュール５３６及び処理チャンバ５２０と流体連通することができる。使用中に、感知モジュール５３５から出力されたラジカルガス又は類似の材料は、処理チャンバ５２０に選択的に向けることができる。

【0076】

図６に示すように、処理システム５１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール５５２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、任意的プロセッサモジュール５５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管５５４を通してラジカルガス発生器５１２と通信している。更に、任意的プロセッサシステム５５２は、プロセッサ導管５５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管５５６を通じた任意的センサ５５０との通信状態、プロセッサ導管５５４及び少なくとも１つのサンプリング導管５５８を通じたサンプリングモジュール５３２との通信状態、及び少なくとも１つのセンサモジュール導管５６０を通じたセンサモジュール５３６との通信状態の少なくとも１つにあることができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール５５２は、データをラジカルガス発生器５１２、任意的センサ５５０、サンプリングモジュール５３２、及びセンサモジュール５３６の少なくとも１つに提供し、かつそこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール５５２は、処理システム５１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム５１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール５５２は、ラジカルストリーム内のラジカル及び／又は短寿命分子の濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器５２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール５５２は、少なくとも１つの任意的処理導管５６４を通して任意的バルブデバイス５２２、センサ５２４、及びチャンバプロセッサモジュール５２０の少なくとも１つと通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、任意的プロセッサモジュール５５２は、処理システム５１０の様々な構成要素と無線で通信することができる。更に、プロセッサ５５２は、性能データ、処理方法及び処理時間、及びロット番号などを格納するように構成することができる。更に、プロセッサ５５２は、少なくとも１つのコンピュータネットワークを通じて１又は２以上の外部プロセッサと通信するように構成することができる。

【0077】

任意的に、図６に示すように、少なくとも１つの分析システム又は回路５６６は、処理システム５１０内に形成することができる。図示のように、分析システム５６６は、サンプリングモジュール５３２、センサモジュール５３６、任意的センサ５５０、及び任意的プロセッサモジュール５５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム５６６は、バルブデバイス５２２又は処理システム５１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0078】

前の実施形態と同様に、図７は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの実施形態を示している。図示のように、ガスサンプリング検出システム６１０は、少なくとも１つのガス通路６１４と流体連通する少なくとも１つのプラズマ発生器及び／又はラジカルガス発生器６１２を含む。一実施形態では、ラジカルガス発生器６１２は、サンプルガスを励起して解離させ、少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通している。１つの特定の実施形態では、ラジカルガス発生器６１２は、ＲＦトロイダルプラズマソースを含むが、当業者は、あらゆる種類のプラズマソース又はラジカルガスソースを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。一実施形態では、ラジカルガス発生器６１２は、原子水素を生成するために水素（Ｈ₂）プラズマを使用する。別の実施形態では、ラジカルガス発生器６１２は、原子酸素を生成するために酸素（Ｏ₂）プラズマを利用する。任意的に、ラジカルガス発生器６１２は、ガスストリーム内に１又は２以上のラジカルを含有する反応性プラズマを生成するために三フッ化窒素（ＮＦ₃）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、又はあらゆる種類の他の材料を利用することができる。これに代えて、ラジカルガスは、電子ビーム励起、レーザ励起、又は熱フィラメント励起を含む他のガス励起方法によって発生させることができる。更に、以上の説明は、ＲＦベースのプラズマ発生システムの様々な実施形態を開示するが、当業者は、あらゆる種類の代替ラジカルガス発生システムを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。例示的な代替ラジカルガス発生システムは、以下に限定されるものではないが、グロー放電プラズマシステム、容量結合式プラズマシステム、カスケードアークプラズマシステム、誘導結合式プラズマシステム、波動加熱式プラズマシステム、アーク放電プラズマシステム、コロナ放電プラズマシステム、誘電障壁放電システム、容量放電システム、及び圧電直接放電プラズマシステムなどを含む。

【0079】

再度、図７を参照すると、少なくとも１つの反応ガス導管６１４は、ラジカルガス発生器６１２と流体連通することができる。一部の用途では、反応ガス導管６１４は、化学的不活性材料又は低い化学反応性のみを有する材料から製造される。例示的な材料は、以下に限定されるものではないが、石英、サファイア、ステンレス鋼、強化鋼、アルミニウム、セラミック材料、ガラス、黄銅、ニッケル、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＡｌＯ_x、様々な合金、及びアルマイトのような被覆金属を含む。一実施形態では、単一反応ガス導管６１４は、単一ラジカルガス発生器１２と流体連通している。直前の実施形態と同様に、あらゆる数の反応ガス導管６１４は、あらゆる数のラジカルガス発生器６１２と連通することができる。更に、任意的に、反応ガス導管６１４は、１又は２以上のバルブデバイス又はシステム、それに結合された又はそれと通信しているセンサ又は類似のデバイス６２２を含むことができる。例えば、１又は２以上のバルブデバイス６２２は、反応ガス導管６１４に結合することができ、それによってユーザが反応ガス導管６１４を通る少なくとも１つの反応ガスストリームの流れを選択的に許容及び／又は制限することを可能にする。反応ガス導管６１４は、あらゆる種類の検査システム、容器、コンテナー、及び処理付属品及び／又は処理システムなどに結合するか又は他に連通することができる。

【0080】

図７に示すように、少なくとも１つのサンプリングモジュール６３２は、少なくとも１つのサンプリング導管６３０を通してラジカルガス発生器６１２と流体連通することができる。当業者は、サンプリング導管６３０は、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、プラスチック、炭素繊維、炭素ベースの材料、グラファイト、珪素、二酸化珪素、及び炭化珪素などを含むあらゆる種類の材料から製造することができることを認めるであろう。従って、一部の実施形態では、サンプリング導管６３０は、それを通って流れるラジカルガスストリーム内に含有される高反応性の原子ラジカル、分子ラジカル、及び短寿命分子と化学反応するように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管６３０は、原子ガスの再結合エネルギが放出されて測定されるように原子ガス化学種の分子ガス化学種への再結合を容易にする触媒材料で構成することができる。他の実施形態では、サンプリング導管６３０は、化学的に不活性であるように構成することができる。更に別の実施形態では、サンプリング導管６３０は、ラジカル種の分子ガス化学種への再結合を容易にするように構成された触媒材料で構成することができる。任意的に、サンプリング導管３０は、その上にあらゆる種類のセンサ、バルブ、加熱要素、及び冷却要素などを含むことができる。一実施形態では、サンプリング導管６３０は、ラジカルガス発生器６１２に直接に結合されてそれと流体連通している。図示の実施形態では、サンプリング導管６３０は、反応ガス導管６１４を通してラジカルガス発生器６１２と流体連通している。任意的に、サンプリング導管６３０は、反応ガス導管６１４上に位置決めされたサンプリング制御バルブ６２２と流体連通することができる。例えば、サンプリング制御バルブ６２２は、反応ガス導管６１４を通って横断する指定容積の反応ガスをサンプリング導管６３０を通してサンプリングモジュール６３２に選択的に向けるように構成することができる。別の実施形態では、サンプリング制御バルブ６２２は、反応ガス導管６１４を通って横断する指定流量の反応ガスをサンプリング導管６３０を通してサンプリングモジュール６３２に選択的に向けるように構成することができる。更に、あらゆる数の追加の構成要素、バルブ、及びセンサなどは、サンプリング導管６３０に沿ういずれかの場所に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つのセンサ及び／又は制御デバイス６５０は、サンプリング導管６３０に沿って位置決めすることができる。例示的なセンサデバイスは、以下に限定されるものではないが、熱電対、温度センサ、光センサ、ＵＶ分光計、光学分光計、又は赤外線分光計、荷電粒子検出器、真空計、及び質量分析計などを含む。例えば、一実施形態では、センサデバイス６５０は、少なくとも１つのサーミスタを含む。別の実施形態では、センサデバイス６５０は、少なくとも１つの熱量測定システム又はデバイスを含む。新しい熱量測定システムの実施形態を本出願の図８～図１５に詳細に議論して示している。任意的に、センサデバイス６５０は、１又は２以上の滴定システム又はデバイスを含むことができる。当業者は、センサデバイス６５０があらゆる数の原位置測定デバイス又はシステム、流れバルブ、流量計、及び流れ検証器などを含むことができることを認めるであろう。

【0081】

再度、図７を参照すると、図示の実施形態では、サンプリングモジュール６３２は、少なくとも１つの分子化合物ストリーム導管６３４に結合される。サンプリング導管６３０と同様に、分子化合物ストリーム導管６３４は、以下に限定されるものではないが、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、シリカベースの材料、ステンレス鋼、合金、アルミニウム、黄銅、セラミック材料、ガラス、ポリマー、及びプラスチックなどを含むあらゆる種類の材料から製造することができる。一実施形態では、サンプリング導管６３０及び／又は分子化合物ストリーム導管６３４の少なくとも一方の少なくとも一部分は、それを通って流れるラジカルガスストリームと反応するように構成することができる。例えば、一実施形態では、サンプリング導管６３０及び／又は分子化合物ストリーム導管６３４の少なくとも一部分は、ガスストリーム内のラジカルと反応してこれらのラジカルと比較してより安定してより正確な測定が可能な化学種を形成するように構成することができる。

【0082】

図７に示すように、少なくとも１つのセンサモジュール６３６は、分子化合物ストリーム導管６３４を通してサンプリングモジュール６３２と流体連通している。一実施形態では、センサモジュール６３６は、少なくとも１つのガスストリーム内のラジカルの濃度を検出して測定するように構成することができる。あらゆる種類のデバイス又はシステムは、センサモジュール６３６に使用するか又はそれを形成するのに使用することができる。例えば、一実施形態では、センサモジュール６３６は、ラジカルガスストリーム内のラジカル流束を測定するように構成された少なくとも１つの検出器を含む。別の実施形態では、センサモジュール６３６は、ガスストリーム内の少なくとも１つの化学種の濃度を測定するように構成される。例えば、センサモジュール６３６は、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物に関する濃度を測定するように構成することができる。１つの特定の実施形態では、このセンサモジュールは、フーリエ変換赤外線分光システム（以下ではＦＴＩＲシステム）、同調可能フィルタ分光システム（以下ではＴＦＳシステム）、質量分析法、及び光吸収分光法などのような少なくとも１つの光学ガス撮像カメラ又はデバイスを含む。任意的に、感知モジュール６３６は、少なくとも１つの滴定システム又はデバイスを更に含むことができる。一実施形態では、感知モジュール６３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を低減又は排除するように構成することができる。別の実施形態では、センサモジュール６３６は、ガスストリーム内のラジカルの分子化学種への再結合を許容するように構成することができる。

【0083】

再度、図７を参照すると、少なくとも１つのセンサモジュール出力導管６３８は、センサモジュール６３６、並びに流量測定及び／又は流れ制御モジュール６４０と流体連通している。一部の実施形態では、流量測定モジュール６４０は、それを通って流れるガスストリームの一部分を正確に測定するように構成される。例えば、ガスストリームの流れは、質量流量検証器（ＭＦＶ）を用いて測定することができる。別の実施形態では、ガスストリームの流れは、質量流量計（ＭＦＭ）を用いて測定することができる。任意的に、流れは、複センサガスサンプリング検出システム６１０内の既知のサイズのオリフィスと流体伝導部の間の圧力差を測定することによって決定することができる。当業者は、あらゆる種類の流量測定デバイス又はシステムを本明細書に開示するガスサンプリング検出システム６１０と併用することができることを認めるであろう。図７に示すように、少なくとも１つの排気導管６４２は、流量測定モジュール６４０に結合する又はそれと連通することができ、かつガスサンプリング検出システム６１０からラジカルガスストリームを排気するように構成することができる。任意的に、排気導管６４２は、少なくとも１つの真空ソース（図示せず）と流体連通することができる。

【0084】

図７に示すように、処理システム６１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信することができる少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール６５２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、任意的プロセッサモジュール６５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管６５４を通してラジカルガス発生器６１２と通信している。更に、任意的プロセッサシステム６５２は、プロセッサ導管６５４及び少なくとも１つの任意的センサ導管６５６を通じた任意的センサ６５０との通信状態、プロセッサ導管６５４及び少なくとも１つのサンプリング導管６５８を通じたサンプリングモジュール６３２との通信状態、少なくとも１つのセンサモジュール導管６６０を通じたセンサモジュール６３６との通信状態、及び少なくとも１つの流量測定導管６６２を通じた流量測定モジュール６４０との通信状態の少なくとも１つにあることができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール６５２は、データをラジカルガス発生器６１２、任意的センサ６５０、サンプリングモジュール６３２、センサモジュール６３６、及び流量測定モジュール６４０の少なくとも１つに提供し、そこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール６５２は、処理システム６１０内の流れ条件を測定し、システム性能を最適化するように処理システム６１０の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール６５２は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器６１２の作動特性を変化させるように構成することができる。更に、任意的プロセッサモジュール６５２は、任意的バルブデバイス６２２及びセンサ６２４の少なくとも一方と通信しており、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的に、任意的プロセッサモジュール６５２は、処理システム６１０の様々な構成要素と無線で通信することができる。更に、プロセッサ６５２は、性能データ、処理方法及び処理時間、及びロット番号などを格納するように構成することができる。更に、プロセッサ６５２は、少なくとも１つのコンピュータネットワークを通じて１又は２以上の外部プロセッサと通信するように構成することができる。

【0085】

任意的に、図７に示すように、少なくとも１つの分析システム又は回路６６６は、処理システム６１０内に形成することができる。図示のように、分析システム６６６は、サンプリングモジュール６３２、センサモジュール６３６、流量測定モジュール６４９、任意的センサ６５０、及び任意的プロセッサモジュール６５２などの少なくとも１つを含むことができる。更に、分析システム６６６は、バルブデバイス６２２又は処理システム６１０内の他のデバイス及び構成要素を更に含むことができる。

【0086】

上述のように、図１～図７で開示した処理システムの様々な実施形態は、少なくとも１つのサンプリングモジュールと少なくとも１つのセンサモジュールとを含む。任意的に、図１～図７に示すように、サンプリングモジュール及びセンサモジュールの一部分は、単一ユニット又はデバイスとして組み合わせることができる。例えば、図１に示すように、サンプリングモジュール３２とセンサモジュール３６は、少なくとも１つのサンプリング反応モジュール７００の中に組み合わせることができる。図１～図７は、少なくとも１つのサンプリング反応モジュール７００をそこに有する処理システムの様々な実施形態を示している。図示の実施形態では、サンプリングモジュール及びセンサモジュールは、サンプリング反応モジュール７００内に含められる。任意的に、サンプリングモジュールの一部分及びセンサモジュールの一部分は、サンプリング反応モジュール７００内に含めることができる。図８及び図９は、本明細書に開示する処理デバイスとの併用に向けて構成されたサンプリング反応モジュール７００の実施形態の様々な図を示し、図１０～図１５は、サンプリング反応モジュール７００を形成する構成要素の様々な図を示している。更に、当業者は、サンプリング反応モジュール７００をあらゆる種類のシステムに使用することができることを認めるであろう。任意的に、本明細書に開示する処理システムは、サンプリング反応モジュール７００を含まずに作動させることができる。

【0087】

図８及び図９に示すように、サンプリング反応モジュール７００は、少なくとも１つのカプリング本体７０４がそこから延びる少なくとも１つのモジュール本体７０２を含む。カプリング本体７０４上には少なくとも１つのカプリング本体フランジ７０６を位置決めすることができる。モジュール本体７０２は、少なくとも１つのカプリングフランジ７１０がその上に形成された少なくとも１つのカプリング面７０８を更に含む。カプリングフランジ７１０に近接してカプリング面７０８内に少なくとも１つの真空通路７１２を形成することができる。モジュール本体７０２上のいずれかの場所に１又は２以上のカプリングデバイス７１４を位置決めすることができる。一実施形態では、モジュール本体７０２はステンレス鋼から製造される。別の実施形態では、モジュール本体７０２は黄銅から製造される。更に別の実施形態では、モジュール本体７０２は銅から製造される。任意的に、モジュール本体７０２は、以下に限定されるものではないが、アルミニウム合金、銅合金、タングステン合金、タングステン、金属合金、セラミック、及び類似の材料を含むあらゆる種類の材料から製造することができる。

【0088】

再度、図８及び図９を参照すると、少なくとも１つの分析付属品７２０は、モジュール本体７０２の上に位置決めするか又は他にそれに結合することができる。少なくとも１つのカプリング通路７４２を定める少なくとも１つのカプリング本体７４０が、モジュール本体７０２から延びることができる。図示の実施形態では、少なくとも１つの流体入口ポート７６０及び少なくとも１つの流体出口ポート７６２は、分析付属品７２０上に位置決めするか又は他にそれと連通することができる。分析付属品７２０内でモジュール本体７０２の少なくとも１つに近接して１又は２以上の熱制御モジュール７５０、７５２を位置決めすることができる。モジュール本体７０２及び分析付属品７２０の様々な特徴及び構成要素を以下の段落でより詳細に説明する。

【0089】

図１０～図１３は、分析付属品７２０を形成する要素の様々な図を示している。図示のように、分析付属品７２０は、少なくとも１つの分析付属品カバープレート７２４がその上に位置決めされた少なくとも１つの分析付属品本体７２２を含む。図示の実施形態では、分析付属品カバープレート７２４は、分析付属品本体７２２から選択的に分離可能であるが、当業者は、分析付属品カバープレート７２４が分析付属品本体７２２から分離可能である必要はないことを認めるであろう。少なくとも１つのカプリング通路７４２がそこに含められたカプリング本体７４０は、少なくとも１つの通路マウント装着プレート７４６から延びる少なくとも１つのカプリング通路支持体７４４を更に含むことができる。１又は２以上のファスナ７４８は、通路装着プレート７４６を通って横断し、かつ分析付属品７２０の少なくとも一部分をモジュール本体７０２に結合するように構成することができる（図５～図６を参照されたい）。

【0090】

図１０～図１３に示すように、１又は２以上の熱制御モジュール７５０、７５２は、分析付属品７２０に近接して位置決めすることができる。一実施形態では、熱制御モジュール７５０、７５２は、分析付属品７２０内のサンプリングチューブ７８０の温度を調整するように構成された熱電モジュールを含む。別の実施形態では、熱制御モジュール７５０、７５２は、少なくとも１つのサーミスタ又は類似のデバイスを含むことができる。従って、熱制御モジュール７５０、７５２は、様々な加熱デバイス及び冷却デバイスを含むことができる。任意的に、あらゆる種類の温度調整デバイス、温度調整付属品、温度調整構成要素、又は温度調整デバイスを分析付属品７２０と併用することができる。図示の実施形態では、２つの熱制御モジュール７５０、７５２を用いて分析付属品７２０の様々な構成要素の温度が調整され、これは、次に、分析下にあるラジカルガスストリームの温度を調整することができる。一実施形態では、熱制御モジュール７５０、７５２は、処理システム（図１～図７の参照番号５２、１５２、２５２、３８２、４５２、５５２，及び６５２それぞれを参照されたい）に使用される少なくとも１つの任意的プロセッサモジュールと通信することができる。

【0091】

再度、図１０～図１３を参照すると、分析付属品本体７２２及び分析付属品カバープレート７２４の少なくとも一方に少なくとも１つのコネクタレリーフ７５４を形成することができる。図示のように、少なくとも１つのサンプリングチューブ７８０は、カプリング本体７４０内に位置決めすることができる。更に、サンプリングチューブ７８０は、熱制御モジュール７５０、７５２に近接して位置決めすることができる。一実施形態では、サンプリングチューブ７８０は、少なくとも１つの化学反応性材料から製造される。例えば、一実施形態では、サンプリングチューブ７８０の少なくとも一部分は、炭素、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、及びシリカベースの材料などから製造される。従って、サンプリングチューブ７８０の少なくとも一部分は、サンプリングチューブ７８０内に形成されたサンプリングチューブ通路７８２を通って流れるラジカルガスストリーム内に含有されるラジカルと反応し、それによって一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物のようなより容易に検出することができて濃度を容易に測定することができる化学種を形成するように構成することができる。任意的に、サンプリングチューブ７８０は、ステンレス鋼、セラミック、アルミニウム、及び様々な合金などのようなあらゆる種類の化学的不活性材料から製造することができる。同様に、カプリング本体７４０も、あらゆる種類の材料から製造することができる。図示の実施形態では、カプリング本体７４０は、ステンレス鋼のような実質的に化学的不活性な材料から製造され、それに対してサンプリングチューブ７８０は、炭化珪素のような化学反応性材料から製造される。従って、カプリング本体７４０は、化学的不活性材料又は化学反応性材料から製造することができる。

【0092】

一実施形態では、サンプリングチューブ７８０は、周囲環境から断熱される。例えば、サンプリングチューブ７８０は、カプリング本体７４０内に位置決めすることができる。接続チューブ７４０とサンプリングチューブ７８０の間の空隙内に真空を維持し、それによってサンプリングチューブ７８０を環境から断熱することができる。任意的に、サンプリングチューブ７８０は、あらゆる種類の直径、長さ、及び／又は横断寸法で製造することができる。

【0093】

図１０～図１３に示すように、サンプリング通路７８０上又はそれに近接して１又は２以上の密封デバイス又は部材を位置決めすることができる。図示の実施形態では、少なくとも１つの密封デバイス７８４は、サンプリングチューブ７８０上に位置決めされ、かつサンプリングチューブ７８０をカプリング本体７４０から隔離するように構成される。一実施形態では、密封デバイス７８４は、接続本体７４０とサンプリングチューブ７８０の間の熱伝導を最小にするように構成される。更に、少なくとも１つの密封部材７８６は、サンプリングチューブ７８０上又はその近くに少なくとも１つのプレート部材７９０に近接して位置決めされる。一実施形態では、密封部材７８６は、少なくとも１つのクラッシュシールを含むが、当業者は、あらゆる種類の密封部材を使用することができることを認めるであろう。

【0094】

再度、図１０～図１３を参照すると、流体入口ポート７６０及び流体出口ポート７６２は、分析付属品本体７２２内に形成された１又は２以上の流体ポートレシーバ７６４と連通することができる。流体ポートレシーバ７６４を通して、１又は２以上の流体チャネル７７２は、流体入口ポート７６０及び流体出口ポート７６２と流体連通することができる。使用中に、１又は２以上の流体は、流体入口ポート７６０、流体チャネル７７２、及び流体出口ポート７６２を通して誘導することができる。従って、分析付属品７２０の温度及びそれに近接して流れるラジカルガスストリームの温度を選択的に制御するために、様々な流体は、分析付属品本体７２２を通して誘導することができる。更に、任意的に、少なくとも１つの密封部材７７０は、流体チャネル７７２に近接して位置決めすることができる。

【0095】

図１０～図１３に示すように、プレート部材７９０は、熱制御モジュール７５０、７５２に近接して位置決めすることができる。一実施形態では、プレート部材７９０は、熱制御モジュール７５０、７５２をサンプリングチューブ７８０及び分析付属品本体７２２に近接して位置決めするように構成される。一実施形態では、少なくとも１つの密封本体８００及び／又は少なくとも１つのインタフェース密封本体８０２は、プレート部材７９０上又はそれに近接して位置決めすることができる。図示のように、プレート部材７９０は、サンプリングチューブ７８０の少なくとも一部分にそれを通って横断させるように構成された少なくとも１つのサンプリングチューブオリフィス８０４を含むことができる。

【0096】

図１４及び図１５は、サンプリング反応モジュール７００との併用のためのモジュール本体７０２の様々な図を示している。図示のように、モジュール本体７０２は、少なくとも１つのモジュール本体面７１８を含む。任意的に、少なくとも１つのモジュール本体面７１８上に少なくとも１つのファスナレシーバを形成することができる。一実施形態では、モジュール本体面７１８は、その上に少なくとも１つの冷却要素、本体、及び／又は特徴部（図示せず）を受け入れるか又はこれらがそこに形成されるように構成することができる。例えば、一実施形態では、少なくとも１つのモジュール本体面７１８の面上にモジュール本体７０２の面積を増大させるように構成された冷却要素又はフィンを形成することができる。更に、モジュール本体面７１８は、サンプリングチューブ７８０の少なくとも一部分を内部に受け入れるように構成された少なくとも１つのサンプリングチューブレシーバ７１６を含むことができる（図１０～図１３を参照されたい）。図１２に示すように、サンプリングチューブレシーバ７１６の少なくとも一部分は、モジュール本体７１２内に形成された真空通路７１２の少なくとも一部分と流体連通している。使用中に、真空通路７１２は、真空ソース（図示せず）に結合されるか又は他に流体連通している。従って、サンプリングチューブレシーバ７１６は、真空通路７１２内に形成された真空と流体連通している。

【0097】

本出願は、ラジカルガスストリーム内のラジカルの濃度を測定する様々な方法を更に開示する。図１６は、図１に示す処理システム１０との併用時の測定処理の一般的なフローチャートを示すが、当業者は、本明細書に開示する処理を図２～図７に示す処理システムの様々な実施形態との併用に容易に適応させることができることを認めるであろう。図示のように、ラジカルガスストリームが生成され、図１６に参照番号２０００に示している。一般的に、ラジカルガスストリームは、図１に示すラジカルガス発生器１２が発生させる。その後に、図１６に参照番号２００６に示すように、既知の容積及び／又は流量のラジカルガスストリームが少なくとも１つの分析回路６６に向けられ、同時に参照番号２００２に示すようにラジカルガスストリームの残りの部分が処理チャンバ１６に向けられ、参照番号２００４に示すように少なくとも１つの基板を処理するために又は他に処理チャンバ内で使用される。図１６に参照番号２００８に示すように、既知の容積及び／又は流量のラジカルガスは、分析回路６６内で試薬と反応して検出／測定することがより容易な新しい化学種又は分子を生成するか、又は代替実施形態では再結合してその分子化学種に戻る。例示的試薬を以下に示し、かつ以下に限定されるものではないが、Ｎｉ、Ａｌ、Ｗ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｃ、石英、アルミナ、有機炭水化物含有材料、及び様々な関連の酸化物及び窒化物などを含む。

【0098】

任意的に、ラジカルガスストリームを反応させて検出／測定することがより容易な新しい化学種又は分子を生成するために１又は２以上の反応ソース４７２を用いて１又は２以上の試薬、反応性材料、及び／又は励起エネルギをサンプルモジュール４３２に提供することができる（図５を参照されたい）。典型的には、サンプリングモジュール３２の近傍内で試薬をラジカルガスストリームと反応させて化合物ストリームを提供する。その後に、図１６に参照番号２０１０に示すように、化合物ストリームは、センサモジュール３６内に向けることができ、センサモジュール３６は、化合物ストリーム内の新しい化学種又は分子の濃度を測定する。その後に、サンプリングガスストリームを形成する定められた容積のラジカルガスストリーム毎の化合物ストリーム内の化学種の濃度の比を少なくとも１つのラジカルガスストリームの残りの容積と比較することにより、図１６に参照番号２０１２に示すように処理チャンバ内のラジカルの濃度を計算することができる。任意的に、任意的プロセッサモジュール５２は、センサモジュール３６のデータを受け入れて図１６に参照番号２０１４に示すようにラジカルガスストリーム内のラジカルの濃度を最適化するようにラジカルガス発生器を選択的に調節するように構成することができる。任意的に、図６に示すように、センサモジュール５３６からのラジカルガスストリーム５３５は、処理チャンバ５２０に向けることができる。別の実施形態では、当業者は、あらゆる種類の用途で本明細書に開示する測定システム及び方法を用いて原子ラジカル、分子ラジカル、及び他の短寿命分子の濃度を測定することができることを認めるであろう。従って、本明細書に説明する測定システムは、処理チャンバ１６（図１を参照されたい）を含む又はそれに結合する必要はない。例えば、図７は、処理チャンバが排除された測定システム６１０の実施形態を示している。従って、本明細書に説明する測定システムは、原子ラジカル、分子ラジカル、及び／又は他の短寿命分子の原位置測定が望ましいあらゆる種類の用途に使用することができる。

【0099】

上述のように、図１～図１５に示すサンプリング反応モジュール７００を用いて原子ラジカル、分子ラジカル、短寿命分子、及び他の測定困難な分子又は化合物の濃度を原位置で決定することができる。一実施形態では、本明細書に開示する複センサガスサンプリング検出システムは、ガスストリーム内の分子又は他の化合物の濃度を決定するのにサンプリング反応モジュール７００を用いて再結合反応を測定する熱量測定法を使用するように構成することができる。図１７は、図１及び図８～図１５に示すサンプリング反応モジュール７００を利用する１つの熱量測定ベースの方法のフローチャートを示している。この実施形態では、参照番号２０１６に示すように、複センサガスサンプリング検出システム１０内でラジカルガスストリームの流れは、定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）として確立される。その後に、定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスストリームがサンプリング反応モジュール７００に向けられる（図１７の参照番号２０１８を参照されたい）。サンプリング反応モジュール７００を通るラジカルガスストリームの流れは、プレート部材７９０の温度に対してサンプリングチューブ７８０の温度を上昇させ（又は一部の状況では低減し）（以下ではｄＴ）、この増大が記録される（参照番号２０２０を参照されたい）。更に、サンプリングチューブ７８０とプレート部材７９０の間の温度変化率（ｄＴ_m／ｄｔ）が記録される（参照番号２０２２を参照されたい）。その後に、図１７に参照番号２０２４として示すように、計算採取パワーは、次式の通りに計算することができる。
採取パワー＝Ｃ_p ^*ｍ^*ｄＴ_m／ｄｔ＋Ｐ_loss（ｄＴ）
ここで：Ｃ_p＝比熱容量、ｍ＝サンプリングチューブの質量、Ｐ_loss＝パワー損失。

【0100】

図１７に参照番号２０２６に示すように、全パワーは、次式の通りに計算することができる。
全パワー＝採取パワー^*Ｙｓｃｃｍ／Ｘｓｃｃｍ

【0101】

別の実施形態では、本明細書に開示する複センサガスサンプリング検出システムは、ガスストリーム内の分子又は他の化合物の濃度を決定するのに代替熱量測定法を使用するように構成することができる。図１８は、図１及び図８～図１５に示すサンプリング反応モジュール７００の構成要素の関数Ｐ_lossを決定するのに事前較正された曲線を利用する代替の熱量測定ベースの方法のフローチャートを示している。以前の実施形態と同様に、参照番号２０２８に示すように、ラジカルガスストリーム流れが確立される。定められた容積、流量、又は部分のラジカルガスストリームが、少なくとも１つの感知ユニット又はデバイスに向けられる（参照番号２０３０を参照されたい）。熱制御モジュール７５０が起動され、サンプリングチューブ７８０が安定温度に達するのに要する時間が観察される（参照番号２０３２を参照されたい）。従って、固定サンプリングチューブ温度（Ｕ度）で再結合反応が測定される。これに加えて、採取パワーを計算するのに、サンプリングチューブ７８０の質量は、サンプリングチューブの全体の質量ではなく、有効質量ｍ_effと表示するサンプリングチューブ７８０の質量の一部分だけによって決定される。その結果、この場合に、より小さい熱質量に起因してサンプリング反応モジュール７００の応答時間は速い。全パワーは、採取パワーに基づいて計算することができる。

【0102】

使用中に、サンプリングチューブ７８０は、より高い温度（Ｕ）まで加熱され（参照番号２０３２）、次に、その定常状態温度まで冷めるように放置される（参照番号２０３４を参照されたい）。その後に、観察されたサンプリング反応モジュール７００の熱特性に基づいて事前較正曲線を確立することができる。事前較正曲線が確立された状態で、ラジカルガスの定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）が確立される。定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスが、サンプリング反応モジュール７００の中に向けられる。サンプリング反応モジュール７００の熱制御モジュール７５０は、指定温度に設定される。その後に、熱制御モジュール７５０が停止され、サンプリングチューブ７８０とプレート部材７９０の間での安定温度に至るまでの温度変化（ｄＴ）及び温度変化率（ｄｔ_m）が記録される（参照番号２０３４）。

【0103】

その後に、計算採取パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２０３６）。
採取パワー＝Ｃ_p ^*ｍ_eff ^*ｄＴ_m／ｄｔ＋Ｐ_loss（ｄＴ）
ここで：Ｃ_p＝比熱容量。ｍ_eff＝サンプリングチューブの有効質量、Ｐ_loss＝パワー損失。

【0104】

全パワー（参照番号２０３８）は、次式の通りに計算することができる。
全パワー＝採取パワー^*Ｙｓｃｃｍ／Ｘｓｃｃｍ

【0105】

図１９は、固定サンプリングチューブ温度で再結合反応が測定される図１及び図８～図１５に示すサンプリング反応モジュール７００を利用する代替方法のフローチャートを示している。この実施形態では、ラジカルガスストリームの流れは、定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）として複センサガスサンプリング検出システム１０内で確立される（参照番号２０４０）。その後に、定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスストリームがサンプリング反応モジュール７００に向けられる（参照番号２０４２）。その後に、サンプリングチューブ４８０の温度は、サンプリング反応モジュール７００の熱制御モジュール７５０を用いて選択的に増大される（参照番号２０４４）。サンプリングチューブ７８０が指定の高温（ｄＴ_H）に達した状態で、熱制御モジュール７５０が停止され、それによってサンプリングチューブ７８０は、平衡温度まで戻るように放置される（参照番号２０４６）。その後に、サンプリングチューブ４８０の温度は、サンプリング反応モジュール７００の熱制御モジュール７５０を用いて選択的に低下される（参照番号２０４８）。サンプリングチューブ７８０が指定の低温（ｄＴ_L）に達した状態で、熱制御モジュール７５０が停止され、それによってサンプリングチューブ７８０は、平衡温度まで戻るように放置される（参照番号２０５０）。

【0106】

その後に、計算サンプル上限パワー及び下限パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２０５２）。
採取パワー上限＝Ｐ_loss（ｄＴ_H）
採取パワー下限＝Ｐ_loss（ｄＴ_L）
ここで：Ｐ_loss＝パワー損失。
反応の上界及び下界は、次式の通りに計算することができる（参照番号２０５４）。
全パワー上界＝採取パワー上限^*Ｙｓｃｃｍ／Ｘｓｃｃｍ
全パワー下界＝採取パワー下限^*Ｙｓｃｃｍ／Ｘｓｃｃｍ
上界及び下界は、実際の反応の誤差限界を決定する。

【0107】

図２０は、上述の図１９に説明した処理フローの例をグラフィックに示している。図示のように、図２０にＴＥＣと記している熱制御モジュール７５０が起動されて処理の上界が得られ、停止されて処理の下界が得られる。

【0108】

一部の事例では、ラジカル再結合から発生する熱と、それに対してプラズマソースの高温ガスから発生する熱との間で区別するのが困難であることに起因して、採取パワーの決定は、更に別の較正を必要とする場合がある。従って、図２１は、ラジカル再結合から発生する熱と、それに対してプラズマソースの高温ガスから発生する熱との間で区別するように構成された較正処理を示している。図示のように、ラジカルガスの定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）が確立される（参照番号２０５６）。その後に、定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスストリームがサンプリング反応モジュール７００に向けられる（参照番号２０５８）。サンプリング反応モジュール７００を通るラジカルガスストリームの流れは、プレート部材７９０の温度に対してサンプリングチューブ７８０の温度を上昇させる（又は一部の状況では低減する）（以下ではｄＴ）。サンプリングチューブ７８０とプレート部材７９０の温度変化が記録される（参照番号２０６０）。更に、サンプリングチューブ７８０とプレート部材７９０の間の温度変化率（ｄＴ_m／ｄｔ）が記録される（参照番号２０６２）。その後に、計算採取パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２０６４）。
採取パワー＝Ｃ_p ^*ｍ^*ｄＴ_m／ｄｔ＋Ｐ_loss（ｄＴ）
ここで：Ｃ_p＝比熱容量、ｍ＝サンプリングチューブの質量、Ｐ_loss＝パワー損失。

【0109】

全パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２０６６）。
全パワー＝採取パワー^*Ｙｓｃｃｍ／Ｘｓｃｃｍ

【0110】

その後に、サンプリング反応モジュール７００に向けられるラジカルガスストリームの流量（Ｙ’ｓｃｃｍ）又は容積を選択的に調節することができる（参照番号２０６８）。例えば、少なくとも１つのバルブデバイス２２（図１を参照されたい）を調節してサンプリング反応モジュール７００の中へのラジカルガスの流れを変化させることができる。図２２に示すように、いくつかの異なる採取サンプリング流れで採取パワーを収集した後に、結果をプロットし、それを用いて０流れ（バルブ閉鎖）時の読取値を外挿することができる。外挿線の傾きは、次に、採取流れに対する測定感度であり、これは、ラジカル再結合に対するより大きい依存性と、高温ガスからの熱に対してより少ない依存性とを有することになる。

【0111】

任意的に、複センサガス検出サンプリングシステム７００は、少なくとも１つの光反応性材料と、ＦＴＩＲ又はＴＦＳのような少なくとも１つの検出器とを含み、それによって採取パワーの光学ベースの決定を使用することができる。従って、ラジカル元素材料に露出される原位置診断を実施する代わりに、ユーザは、最初にラジカル種を分子ガス化学種に再結合し、次に、ここでは遠く離れた場所に位置付けられていると考えられる光感知デバイスにこれらの分子ガス化学種を搬送することを望む場合がある。例えば、１つの特定の例では、複センサガス検出サンプリングシステム７００内で炭素材料を使用することができる。使用中に、酸素のような原子化学種が炭素と反応し、ＣＯ又はＣＯ₂を生成する。次に、ＣＯガス又はＣＯ₂ガスを遠隔場所の光センサに伝達し、存在するＣＯ又はＣＯ₂の量を検出することができる。その後に、図２３に示すように、ＣＯ、ＣＯ₂の濃度を光学的に決定し、それによってガスストリーム内のＯラジカルの濃度を提供することができる。試薬材料は、それがその分子化学種ではなく原子化学種とのみ反応するように選択することができる。

【0112】

（表）

【0113】

図２４は、例示的な光学ベースの測定処理のフローチャートを示している。図示のように、サンプリング反応モジュール７００の熱制御モジュール７５０は、安定した望ましい温度（Ｕ）に設定される（参照番号２０７０）。その後に、ラジカルガスの定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）が確立される（参照番号２０７２）。更に、定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスストリームがサンプリング反応モジュール７００に向けられる（参照番号２０７４）。熱制御モジュール７５０内の光センサ又は光検出器（ＦＴＩＰ／ＴＦＳ）からのスペクトルを記録することができる（参照番号２０７６）。その後に、ラジカル出力は、次式の通りに計算することができる（参照番号２０７８）。
ラジカル出力＝ｆ（スペクトルピーク）^*Ｘｓｃｃｍ／Ｙｓｃｃｍ

【0114】

サンプリング反応モジュール７００に向けられるラジカルガスストリームの流量（Ｙ’ｓｃｃｍ）又は容積は、選択的に調節することができる（参照番号２０８０）。例えば、少なくとも１つのバルブデバイス２２（図１を参照されたい）は、サンプリング反応モジュール７００の中へのラジカルガスの流れを変化させるように調節することができる。その結果、測定結果は、処理モニタに使用することができる所与のラジカルストリームの相対振幅を示す。同じく、反応の選択性を改善するために、サンプリングチューブ７８０は、固定温度に設定することができる。例えば、温度は、反応する材料が分子ガス化学種ではなく原子ラジカル種と選択的に反応することになるように選択することができる。

【0115】

別の実施形態では、サンプリング反応モジュール７００は、少なくとも１つの半導体材料がサンプリング反応モジュール７００内に位置決めされた半導体ベースのサンプリングアーキテクチャを含むことができる。より具体的には、図２５に示すように、サンプリング反応モジュール７００の熱制御モジュール７５０は、安定した望ましい温度（Ｕ）に設定される（参照番号２０８２）。その後に、ラジカルガスの定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）が確立される（参照番号２０８４）。更に、定められた流量（Ｙｓｃｃｍ）又は容積のラジカルガスストリームがサンプリング反応モジュール７００に向けられる（参照番号２０８６）。サンプリング反応モジュール７００内に位置決めされた少なくとも１つの半導体センサからの抵抗を記録することができる（参照番号２０８８）。その後に、ラジカル出力は、次式の通りに計算することができる（参照番号２０９０）。
ラジカル出力＝抵抗の変化の％

【0116】

図２６は、上述して図２５に示す抵抗ベースのサンプリングアーキテクチャを用いる時にラジカル出力ストリームがアクティブ化及び非アクティブ化される時の抵抗変化の結果をグラフィックに示している。

【0117】

上述の図６は、ガスストリーム内のラジカルの濃度を検出するのに有用なガスサンプリング検出システムの実施形態を示している。図６に説明したシステムとは対照的に、図２７は、ラジカルガス発生器又は遠隔プラズマソースの下流に位置決めされた新しい熱量測定アーキテクチャを含むガスサンプリング検出システム９１０の実施形態を示している。図２７に示すように、ガスサンプリング検出システム９１０は、少なくとも１つの反応ガス通路９１４を通して少なくとも１つの処理チャンバ９１６と流体連通する少なくとも１つのプラズマ発生器及び／又はラジカルガス発生器９１２を含む。一実施形態では、ラジカルガス発生器９１２は、サンプルガスを励起して解離させるように構成された少なくとも１つのサンプルガスソース及び少なくとも１つのプラズマソースと連通しており、少なくとも１つの反応ガスストリームを発生させる。１つの特定の実施形態では、ラジカルガス発生器９１２は、ＲＦトロイダルプラズマソースを含むが、当業者は、あらゆる種類のプラズマソース又はラジカルガスソースを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。一実施形態では、ラジカルガス発生器９１２は、原子水素を生成するために水素（Ｈ₂）プラズマを使用する。別の実施形態では、ラジカルガス発生器９１２は、原子酸素を生成するために酸素（Ｏ₂）プラズマを利用する。任意的に、ラジカルガス発生器９１２は、ガスストリーム内に１又は２以上のラジカルを含有する反応性プラズマを生成するために三フッ化窒素（ＮＦ₃）、フッ素（Ｆ₂）、塩素（Ｃｌ₂）、アンモニア（ＮＨ₃）、又はあらゆる種類の他の材料を利用することができる。これに代えて、ラジカルガスは、電子ビーム励起、レーザ励起、又は熱フィラメント励起を含む他のガス励起方法によって発生させることができる。更に、以上の説明はＲＦベースのプラズマ発生システムの様々な実施形態を開示するが、当業者は、あらゆる種類の代替ラジカルガス発生システムを本発明のシステムと併用することができることを認めるであろう。例示的な代替ラジカルガス発生システムは、以下に限定されるものではないが、グロー放電プラズマシステム、容量結合式プラズマシステム、カスケードアークプラズマシステム、誘導結合式プラズマシステム、波動加熱式プラズマシステム、アーク放電プラズマシステム、コロナ放電プラズマシステム、誘電障壁放電システム、容量放電システム、及び圧電直接放電プラズマシステムなどを含む。

【0118】

再度、図２７を参照すると、少なくとも１つの処理チャンバ９１６は、少なくとも１つの反応ガス導管９１４を通してラジカルガス発生器９１２と流体連通することができる。一部の用途では、反応ガス導管９１４は、化学的不活性材料又は低い化学反応性のみを有する材料から製造される。例示的な材料は、以下に限定されるものではないが、石英、サファイア、ステンレス鋼、強化鋼、アルミニウム、セラミック材料、ガラス、黄銅、ニッケル、Ｙ₂Ｏ₃、ＹＡｌＯ_x、様々な合金、及びアルマイトのような被覆金属を含む。一実施形態では、単一反応ガス導管９１４は、単一ラジカルガス発生器９１２と流体連通している。別の実施形態では、複数の反応ガス導管９１４が、単一ラジカルガス発生器９１２と流体連通している。更に別の実施形態では、単一反応ガス導管９１４は、複数のラジカルガス発生器９１２と流体連通している。任意的に、反応ガス導管９１４は、上述して図１１～図１３に示すサンプリングチューブ７８０と類似の機能を実施するサンプリング導管又はサンプリングチューブを含むことができる。従って、あらゆる数の反応ガス導管９１４が、あらゆる数のラジカルガス発生器９１２と連通することができる。更に、少なくとも１つのバルブデバイス又はセンサデバイス９２２は、ラジカルガス発生器９１２と処理チャンバ９１６の間で反応ガス導管９１４上に含めることができる。例えば、一実施形態では、バルブデバイス９２２は、反応ガス導管９１４を通る少なくとも１つの流体の流れを選択的に許容又は制限してラジカルガス発生器９１２と処理チャンバ９１６の間に望ましい圧力差を生成するように構成することができる。一実施形態では、バルブデバイス９２２は、可変バルブ又は代替では固定サイズのオリフィスを含むことができる。一実施形態では、バルブデバイス９２２は、図２７に示すように、センサデバイス９５０の下流に位置決めすることができる。これに代えて、バルブデバイス９２２は、センサデバイス９５０の上流に位置決めすることができる。

【0119】

図２７に示すように、処理チャンバ９１６は、反応ガス導管９１４を通してラジカルガス発生器９１２に結合する又はそれと連通することができる。一実施形態では、処理チャンバ９１６は、１又は２以上の基板、半導体ウェーハ、又は類似の材料が内部に位置決めされるように構成された１又は２以上の真空チャンバ又は容器を含む。例えば、処理チャンバ９１６は、半導体基板又は半導体ウェーハの原子層処理に向けて使用することができる。任意的に、処理チャンバ９１６は、あらゆる種類の処理方法又はシステムを用いてあらゆる種類の基板又は材料を処理するのに使用することができる。例示的な処理方法は、以下に限定されるものではないが、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、急速熱化学蒸着（ＲＴＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、及び原子層エッチング（ＡＬＥ）などを含む。当業者は、処理チャンバ９１６が、以下に限定されるものではないが、ステンレス鋼、アルミニウム、軟鋼、黄銅、高密度セラミック、ガラス、及びアクリルなどを含むあらゆる種類の材料から製造されることを認めるであろう。例えば、処理チャンバ９１６の少なくとも１つの内面は、選択的にその反応性、耐久性を変化させる及び／又は微孔隙を充填することが意図された少なくとも１つのコーティング、陽極酸化材料、犠牲材料、及び物理的特徴部又は要素などを含むことができる。少なくとも１つの排気導管９１８は、処理チャンバ９１６に結合され、かつそこから１又は２以上のガス又は材料を排出されるように構成することができる。任意的に、１又は２以上の制御センサ、バルブ、ガス洗浄器、又は類似のデバイス９２４は、排気導管９１８に結合するか又はそれに近接して位置決めすることができ、それによってユーザが処理チャンバ９１６から１又は２以上のガス又は他の材料を選択的に排出することを可能にする。

【0120】

再度、図２７を参照すると、少なくとも１つのチャンバプロセッサモジュール９２０は、処理チャンバ９１６及び／又は処理システムの様々な構成要素に結合するか又は他にこれらと通信することができる。チャンバ処理モジュール９２０は、処理システム９１０を形成する様々な構成要素の局所制御を提供するように構成することができる。図示の実施形態では、チャンバ処理モジュール９２０は、少なくとも１つの導管を通して処理チャンバ９１６と通信するが、当業者は、チャンバ処理モジュール９２０が、処理システム９１０を形成する構成要素のあらゆるものと導管を通して、無線で、又はこれらの両方で通信することができることを認めるであろう。

【0121】

図２７に示すように、反応ガス導管９１４は、そこに結合された又はそれと連通する１又は２以上のセンサシステム及び／又は類似のデバイス９５０を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、少なくとも１つの熱量測定センサデバイス９５０は、反応ガス導管９１４内に位置決めする及び／又はそれに結合することができるが、当業者は、あらゆる種類のセンサデバイス又はセンサシステムをこのシステムに使用することができることを認めるであろう。図６に示して上述した実施形態とは異なり、図２７に示すガスサンプリング検出システム９１０の実施形態は、図６に示すガスサンプリング検出システム５１０内に含められたサンプル反応モジュール７００の実施形態を含む必要はない。

【0122】

図２７に示すように、処理システム９１０は、その少なくとも１つの構成要素と通信する少なくとも１つの任意的プロセッサモジュール９５２を含むことができる。例えば、図示の実施形態では、任意的プロセッサモジュール９５２は、少なくとも１つのプロセッサ導管９５４を通してラジカルガス発生器９１２及び電源９２６と通信することができる。更に、任意的プロセッサシステム９５２は、プロセッサ導管９５４及びセンサ導管９５８を通してセンサ９５０と通信することができる。一実施形態では、任意的プロセッサモジュール９５２は、データをラジカルガス発生器９１２、電源９２６、及びセンサデバイス９５０の少なくとも１つに提供し、かつそこから受け入れるように構成することができる。従って、任意的プロセッサモジュール９５２は、処理システム９１０内の流れ条件をセンサデバイス９５０によって測定し、システム性能を最適化するように処理システム９１０又は電源９２６の作動条件を選択的に変化させるように構成することができる。より具体的には、任意的プロセッサモジュール９５２は、ラジカルガスストリーム内のラジカル及び／又は短寿命分子の濃度を測定し、それを増大又は低減するようにラジカルガス発生器９１２の作動特性を変化させるように構成することができる。上述のように、センサデバイス９５０は、熱量測定センサデバイス９５０を含むことができる。更に、任意的プロセッサモジュール９５２は、任意的バルブデバイス９２２との通信状態（導管９５８を通じた）及びチャンバプロセッサモジュール９２０との通信状態（導管９６４を通じた）の少なくとも一方にあり、そこにデータを提供する／そこからデータを受信することができる。任意的プロセッサモジュール９５２は、プラズマパワー又は入力パワーを電源９２６に提供し、かつ受け入れるように構成することができる。任意的に、プロセッサ９５２は、処理システム９１０の様々な構成要素と無線で通信することができる。更に、プロセッサ９５２は、性能データ、処理方法及び時間、及びロット番号などを格納するように構成することができる。更に、プロセッサ９５２は、少なくとも１つのコンピュータネットワークを通じて１又は２以上の外部プロセッサと通信するように構成することができる。

【0123】

図２８及び図２９は、センサデバイス９５０を形成するのに使用することができるセンサアーキテクチャ又はセンサデバイスの様々な実施形態を示している。図２８に示すように、一実施形態では、センサデバイス９５０は、少なくとも１つの導管９７４を通して反応ガス導管９１４に結合するか又は他に通信することができる。更に、反応ガス導管９１４内に形成された少なくとも１つのガス通路９１５内に少なくとも１つのセンサ本体９７０を位置決めし、導管９７４を通してセンサデバイス９５０と通信することができる。図示の実施形態では、単一センサ本体９７０が反応ガス導管９１４内に位置決めされるが、当業者は、あらゆる数のセンサ本体を反応ガス導管９１４内に位置決めし、かつセンサデバイス９５０に結合することができることを認めるであろう。更に、一実施形態では、センサ本体９７０は、少なくとも１つの断熱デバイス９７２を用いて反応ガス導管９１４から断熱される。代替では、当業者は、センサ本体９７０を反応ガス導管９１４から断熱する必要はないことを認めるであろう。センサ本体９７０は、以下に限定されるものではないが、炭素、グラファイト、シリカ、炭素繊維、二酸化珪素、シリカ、及び炭化珪素、炭素ベースの材料、及びシリカベースの材料などを含むあらゆる種類の材料から製造することができる。従って、センサ本体９７０の少なくとも一部分は、反応ガス導管９１４を通って流れるラジカルガスストリーム内に含有されるラジカルと反応し、それによって一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、炭素－水素分子（メチリジンラジカル）、メチレン（ＣＨ₂）、メチル基化合物（ＣＨ₃）、メタン（ＣＨ₄）、四フッ化珪素、及び類似の化合物のようなより容易に検出することができる化学種を形成するように構成することができる。任意的に、センサ本体９７０は、ステンレス鋼、セラミック、ニッケル、タングステン、アルミニウム、様々な合金などのようなあらゆる種類の化学的不活性材料から製造することができる。任意的に、センサ本体９７０は、ラジカルガスストリーム内の１又は２以上の元素又は化学化合物と反応してラジカルガス内の特定のガスの化学組成及び／又は濃度を提供することができるプラチナ、パラジウム、ニッケルのような触媒材料から製造することができる。

【0124】

使用中に、プラズマ発生器が発生させた反応ガス９１３は、反応ガス導管９１４を通して誘導される。反応ガス導管９１４内に形成されたガス通路９１５内に位置決めされたセンサ本体９７０は、ラジカルガスストリーム９１３の中に置かれる。断熱されたセンサ本体９７０の温度は、センサデバイス９５０によって測定される。その後に、センサデバイス９５０は、センサ本体９７０によって測定された熱量測定データを任意的プロセッサモジュール９５２及び／又はプラズマ発生器９１２の少なくとも一方に提供する。従って、センサデバイス９５０によって実施された熱量測定に基づいてラジカルガス発生器９１２の作動パラメータを調節することができる。

【0125】

図２９は、センサデバイス９５０が通信している反応ガス導管９１４の別の実施形態を示している。より具体的には、センサデバイス９５０は、少なくとも１つの熱本体９８０上に位置決めされた又は他にそれに結合された第１のセンサ本体９７６と第２のセンサ本体９７８とを含む。図示の実施形態に示すように、第１のセンサ本体９７６は、反応ガス導管９１４内に形成された少なくとも１つのガス通路９１５の中に（かつラジカルガスストリーム９１３の中に）位置決めすることができ、それに対して第２のセンサ本体９７８は、反応ガス導管９１４から離れた場所に位置付けられる。代替実施形態では、第１のセンサ本体９７６と第２のセンサ本体９７８の両方は、反応ガス導管９１４に対して近傍内に位置決めされる。更に、熱本体９８０は、少なくとも１つの流体入口９８２と少なくとも１つの流体出口９８４とを含むことができる。一実施形態では、熱本体９８０は、反応ガス導管９１４の少なくとも一部分が望ましい温度に維持するように構成することができる。直前の実施形態と同様に、第１のセンサ本体９７６及び／又は第２のセンサ本体９７８の少なくとも一方は、少なくとも１つの導管９７８を通してセンサデバイス９５０と通信している。使用中に、ラジカルガスストリーム内に形成されたガス通路９１５内に位置決めされた第１のセンサ本体９７６の温度は、反応ガス９１３が反応ガス導管９１４を通って流れる時にセンサデバイス９５０によって測定される。これに加えて、第２のセンサ本体９７８の温度は、同じくセンサデバイス９５０によって測定される。その後に、第１のセンサ本体９７６と第２のセンサ本体９７８の間の温度勾配は、センサデバイス９５０及び任意的プロセッサモジュール９５２の少なくとも一方において計算することができる。その後に、性能を最適化するようにラジカルガス発生器９１２の性能特性を調節することができる。任意的に、流体入口９８２を通して熱本体９８０の中に流れる流体の温度は、流体出口９８４を通して熱本体９８０から流れ出る流体の温度と比較され、それによってユーザが熱本体９８０内の熱伝達を計算することを可能にすることができる。一実施形態では、反応ガス導管９１４は、それを通って流れるガスストリーム内のラジカルが再結合することを可能にするように構成することができる。以上により、当業者は、センサ本体９５０の少なくとも一方によってガスストリームの再結合パワー（出力熱量測定）を任意的プロセッサモジュール９５２内で計算することができることを認めるであろう。

【0126】

図３０は、反応ガス導管１０１４の少なくとも１つの面が熱センサデバイスを形成する反応ガス導管１０１４の代替実施形態を示している。より具体的には、反応ガス導管１０１４は、少なくとも１つの内面１０１８と少なくとも１つの外面１０１９とを有する導管本体１０１６を含む。従って、反応ガス導管１０１４の内面１０１６は、少なくとも１つのガス通路１０１５を定める。更に、少なくとも１つの熱本体１０２０は、反応ガス導管１０１４の少なくとも一部分に結合するか又は他に連通することができる。図示のように、熱本体１０２０は、少なくとも１つの入口１０２２と少なくとも１つの出口１０２４とを含むことができる。入口１０２２及び出口１０２４は、熱本体１０２０を通って横断するか又はそれに近接して位置決めされた少なくとも１つの導管１０２６と連通することができる。一実施形態では、少なくとも１つの流体は、入口１０２２、出口１０２４、及び導管１０２６を通じて熱本体１０２０を通して流すことができる。図示の実施形態では、熱本体１０２０は、反応ガス導管１０１４のセクションに近接して位置決めされる。任意的に、熱本体１０２０は、反応ガス導管１０１４の長さ全体に沿って位置決めすることができる。

【0127】

再度、図３０を参照すると、少なくとも１つのセンサデバイス１０２８は、反応ガス導管１０１４の導管本体１０１６内に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、センサデバイス１０２８は、導管本体１０１６の内面１０１５上又はそれに近接して位置決めされる。一実施形態では、センサデバイス１０２８は、そこに少なくとも１つのセンサを含む。図示の実施形態では、センサデバイス１０２８は、第１のセンサ領域１０３０と少なくとも第２のセンサ領域又はデバイス１０３２とを含む。図示の実施形態では、第１のセンサ１０３０は、導管本体１０１６の内面１０１８内又はそれに近接して位置付けることができる。任意的に、内面１０１８全体は、第１のセンサ領域１０３０を形成するように構成することができる。従って、第１のセンサ領域１０３０は、反応ガス導管１０１４内でラジカルストリームの再結合温度／エネルギを測定するように構成することができる。第２のセンサ領域１０３２は、導管本体１０１６の外部に位置決めすることができる。例えば、一実施形態では、第２のセンサ領域１０３２は、導管本体１０１６の外面１０１９に近接して位置決めすることができる。一実施形態では、第２のセンサ領域１０３２は、導管本体１０１６の外部の温度を測定するように構成される。使用中に、ユーザは、導管本体１０１６内で内面１０１８上に又はそれに近接して位置決めされた第１のセンサ領域１０３０と導管本体１０１６の外部で外面１０１９に近接して位置決めされた第２のセンサ領域１０３２との間の温度勾配を計算することができる。任意的に、追加のセンサ領域１０２９をガス導管１０１４上に位置決めすることができる。例えば、図示の実施形態では、追加のセンサ１０２９は、熱本体１０２０に近接して位置決めされる。第１のセンサ領域１０３０と第２のセンサ領域１０３２は、熱本体１０２０と連通する少なくとも１つの熱領域１０３４によって分離することができる。任意的に、熱領域１０３４は、１又は２以上の流体をそれを通して流すように構成された１又は２以上の導管（図示せず）を含むことができる。従って、熱領域１０３４は、熱本体１０２０上に形成された入口１０２２及び出口１０２４と連通することができる。別の実施形態では、導管本体１０１６の内面１０１８は、センサとして作用するように構成することができる。直前の実施形態と同様に、センサデバイス１０２８は、少なくとも１つのセンサ導管１０４２を通して少なくとも１つのセンサコントローラ１０４０と通信することができる。

【0128】

使用中に、反応ガス導管１０１４を通って流れる反応ガスストリームの再結合熱の温度は、センサ領域１０３０に関してセンサデバイス１０２８により、更にセンサ領域１０３２に関して追加のセンサ領域１０２９によって測定され、これらの領域は、両方共にセンサデバイス１０４０と通信している。その後に、性能を最適化するためにラジカルガス発生器９１２の性能特性を調節することができる（図２７を参照されたい）。任意的に、流体入口１０２２を通して熱本体１０２０の中に流れる流体の温度は、流体出口１０２４を通して熱本体１０２０から流れ出る流体の温度と比較され、それによってユーザが熱本体１０２０内での熱伝達を計算することができる。一実施形態では、反応ガス導管１０１４は、それを通って流れるガスストリーム内のラジカルが再結合することを可能にするように構成することができる。以上により、当業者は、センサ本体１０４０の少なくとも１つによってガスストリームの再結合パワー（全出力熱量測定）を任意的プロセッサモジュール９５２内で計算することができることを認めるであろう（図２７を参照されたい）。

【0129】

図３１は、図２７、図２９、及び図３０に示すサンプリング反応モジュール９１０を利用する代替方法のフローチャートを示している。この実施形態では、ラジカルガスストリームの流れは、定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）として複センサガスサンプリング検出システム９１０内で確立される（参照番号２０９２）。その後に、第１のセンサ本体９８２及び第２のセンサ本体９８４の温度変化が記録される（参照番号２０９４）。更に、反応ガス導管９１４の温度変化率（ｄＴ_m／ｄｔ）も記録される（参照番号２０９６）。その後に、採取パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２０９８）。
採取パワー＝Ｃ_p ^*ｍ_rgc ^*ｄＴ_m／ｄｔ＋Ｐ_loss（ｄＴ）
ここで：Ｃ_p＝比熱容量、ｍ_eff＝サンプリングチューブの有効質量、Ｐ_loss＝パワー損失。

【0130】

図３２は、図２７、図２９、及び図３０に示すサンプリング反応モジュール９１０を利用する代替方法の別のフローチャートを示している。この実施形態では、ラジカルガスストリームの流れは、定められた流量（Ｘｓｃｃｍ）として複センサガスサンプリング検出システム９１０内で確立される（参照番号２１００）。その後に、反応ガスストリームに送出されるパワーを記録することができる２１０２。これに加えて、反応ガス導管９１４に位置決めされた又はそれに近接した少なくとも２つのセンサの間で温度上昇（ｄＴ）及び温度上昇率（ｄＴ_m／ｄＴ）を測定することができる（図２７、図２９、及び図３０、図３１、参照番号２１０４を参照された）。任意的に、図３１に示すセンサデバイス１０２８内に形成された少なくとも２つのセンサ場所の間で温度上昇（ｄＴ）及び温度上昇率（ｄＴ_m／ｄＴ）を測定することができる（参照番号２１０６）。その後に、採取パワーは、次式の通りに計算することができる（参照番号２１０８）。
採取パワー＝Ｃ_p ^*ｍ^*ｄＴ_m／ｄｔ＋Ｐ_loss（ｄＴ）
ここで：Ｃ_p＝比熱容量、ｍ＝サンプリングチューブの質量、Ｐ_loss＝パワー損失。

【0131】

その後に、採取パワーは、ガス流量及び反応ガスのパワーと比較され（参照番号２１１０）、それによってラジカルガス発生器の効率を正確に計算することを可能にすることができる。更に、任意的プロセッサモジュール９５２、電源９２６、又はこれら両方によってラジカルガス発生器９１２の出力が評価され（参照番号２１１２）、かつ選択的に調節することができる（参照番号２１１４）。

【0132】

図３３は、ラジカルガス発生器９１２がオンとオフの間を繰り返し循環する時にラジカルガス発生器９１２の下流にある反応ガス導管９１４への流体の温度変化（ｄＴ）をグラフィックに示している。図示のように、最初にラジカルガス発生器９１２が起動されると、流体の温度は上昇し、次に、オフサイクル中により低い値に降下する。図３３に示すように、各サイクル中に温度変化（ｄＴ）が定常状態に達するのにはほど遠く、温度上昇の傾きは、ラジカルガス発生器９１２が発生させたラジカルガスストリームから反応ガス導管９１４が吸収するパワーに比例する。

【0133】

図３４Ａ及び図３４Ｂは、２つの異なるラジカルガス発生器が異なるラジカル出力を有することができることを示している。より具体的には、図３４Ａに示すラジカルガス発生器ユニット＃１のデータは、図３４Ｂに示すラジカル発生器ユニット＃２と比較して低い温度上昇の傾き（ｄＴ／ｄｔ）を有する。一方、ラジカル発生器ユニット＃１に入力されるパワーは、ラジカルガス発生器ユニット＃２へのパワーよりも高い。

【0134】

図３４Ａに示すように、ラジカルガス発生器ユニット＃１への入力パワーは、３００回の作動サイクル中に約７．５ｋＷから１０ｋＷに増大する。同じ時間中に、ラジカルガス出力でのパワーは低下する。ラジカルガス発生器の面が処理化学でのプラズマ－面相互作用によって変化する時の最初の数サイクル中に急激な降下がある。次に、入力プラズマパワーが増大する間にラジカルガス出力ストリーム内のパワーの緩慢な降下がある。この挙動は、図３４Ｂに示すラジカルガス発生器ユニット＃２とは全く異なる。出力ラジカルガスストリーム内のパワーが３０～４０％ほどもより高いだけでなく、ラジカルガス発生器ユニット＃２への入力パワーも試験全体中により低い。これは、ラジカルガス発生器ユニット＃２がユニット＃１よりも効率的であることを示している。より高い入力パワーと出力ラジカルガスストリーム内のより低いパワーとは、ラジカルガス発生器ユニット＃１においてラジカルガスのより高い損失があることを示し、これは、２つのラジカルガス発生器の面組成の違いに関連する。従って、図３２の方法は、ラジカルガス発生器の作動を制御又は調節するためだけでなく、ラジカルガス発生器の性能ステータスを決定して特徴付けるためにも使用することができる。不良な又は劣化したラジカルガス発生器を正常なものから分離する機能は、製品の一貫性を保証するために産業製造環境において特に有用である。

【0135】

本明細書に開示した実施形態は、本発明の原理を例示するものである。本発明の範囲内である他の修正を使用することができる。従って、本出願に開示するデバイスは、本明細書に図示して説明した通りのものに限定されない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34A】

【図34B】