技术摘要：
本申请案是针对用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取样检测系统和方法且包含与至少一个气体源连通的至少一个自由基气体生成器。所述自由基气体生成器可经配置以生成可在处理腔室内使用的至少一个自由基气体流。因此，所述处理腔室与所述自由基气体生  全部
背景技术：
越来越多数量的装置、系统和应用中正在加入电子装置和系统。因此，对具有增加 的复杂性和缩小的尺度的低成本集成电路的市场需求持续增长。已经开发例如基于自由基 的半导体晶片工艺等各种微型制造工艺来解决尺度缩放的挑战。为了成本有效地设计和制 造高性能集成电路，需要谨慎地控制基于自由基的半导体晶片制造工艺的参数。 当前，使用若干基于自由基的半导体晶片处理方法。工艺中使用的自由基气体包 含原子、受激分子以及气体中正常并不存在的许多短时间存活分子，例如H、O、N、F、Cl、Br、 NH、NH2、NF、CH、CH2、COF等。虽然已经证明当前可用的基于自由基的半导体晶片工艺在某种 程度上是有用的，但在过去已经发现若干缺点。举例来说，在晶片处理期间生成的自由基物 质是短时间存活的，从而使得准确测量和分析具有挑战性。因此，并非依赖于定量分析，当 前可用的基于自由基的半导体晶片制造方法涉及精确调配和虚拟计量法来实现所需晶片 架构。调配和/或控制过程中的任何变化都可能极大地影响生产产量。另外，在晶片处理期 间生成的高反应性自由基物质往往使分析装置和传感器、光学窗口和组件以及定位在自由 基流或处理腔室内的其它系统或装置快速降级。 因此，鉴于前述内容，一直需要一种对基于自由基的半导体晶片处理有用的多传 感器气体取样检测系统。
技术实现要素：
本申请案是针对用于检测和测量自由基气体流或相似气体流中的原子自由基、分 子自由基和/或短时间存活分子的多传感器气体取样检测系统和方法。所述检测和测量系 统可包含与至少一个气体源连通的至少一个自由基气体生成器。所述自由基气体生成器可 经配置以生成可在处理腔室内使用的至少一个自由基气体流。因此，所述处理腔室与所述 自由基气体生成器成流体连通。至少一个分析电路可与自由基气体自由基气体生成器成流 体连通，可用于检测和测量系统中。分析电路可经配置以接收经界定体积和/或流速的所述 自由基气体流。在一个实施例中，分析电路可经配置以使至少一个试剂与经界定体积的自 由基气体流内的自由基气体进行反应。所述反应从自由基气体和所述至少一个试剂产生至 少一个化合物流(或反应产物)，其可呈化学物质、带电粒子、光子发射或热能释放的形式， 8 CN 111556966 A 说　明　书 2/35 页 这可由分析电路内的至少一个传感器模块测量。一或多个流量测量模块可与所述传感器模 块成流体连通。在使用期间，流量测量模块可经配置以测量化合物流和自由基气体流中的 至少一个的体积和/或流速。基于测得的反应产物的量以及化合物流和自由基气体流的体 积和/或流速，可获得自由基气体流中的自由基气体的浓度或量。 本申请案还公开一种测量自由基气体流中的自由基气体的方法。更具体地，用于 测量气体流中的自由基的方法包含提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流。可通过 将经界定体积和/或流速的自由基气体流引导到至少一个取样模块来产生取样气体流。至 少一个试剂可与取样气体流内的自由基组合以形成其中具有至少一个化学物质的至少一 个化合物流。随后，可使用至少一个传感器模块测量化合物流内的化学物质的浓度。此外， 可将自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理腔室中。可使用与传感器模块成流体连 通的至少一个流量测量模块测量自由基气体流和/或化合物气体流的流速。最终，可通过比 较形成取样气体流的自由基气体流的每经界定体积与自由基气体流的剩余体积的在化合 物流内的化学物质的浓度的比率来计算处理腔室内的自由基的浓度。 在另一实施例中，本申请案公开一种测量自由基气体流中的自由基的方法。所述 方法包含提供其中具有自由基的至少一个自由基气体流。可通过将经界定体积的自由基气 体流引导到至少一个上游取样模块，同时将自由基气体流的剩余体积引导到至少一个处理 腔室中，来形成至少一个上游气体流。可通过将经界定体积的自由基气体流从处理腔室引 导到至少一个腔室取样模块，同时从其排出处理腔室内的自由基气体流的剩余体积从而形 成至少一个排气流，来形成至少一个腔室取样气体流。可通过将经界定体积和/或流速的排 气流引导到至少一个排气取样模块而形成至少一个排气取样气体流。随后，可使至少一个 试剂与上游取样模块、腔室取样模块和排气取样模块中的至少一个内的自由基气体流中的 自由基进行反应，以形成上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个，其中 至少一个在其中具有至少一个化学物质。可测量上游化合物流、腔室化合物流和排气化合 物流化合物流中的至少一个内的化学物质的量，且可通过比较形成上游取样气体流、腔室 取样气体流和排气取样气体流的自由基气体流的每经界定体积与自由基气体流的剩余体 积的在上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个内的化学物质的浓度的 比率来计算处理腔室内的自由基的浓度。 另外，本申请案公开一种用于晶片处理系统中的多传感器气体检测系统。所述晶 片处理系统包含与从自由基气体源的至少一个源发出的自由基气体流成流体连通的上游 取样模块。所述上游取样模块可经配置以从自由基气体源接收受控体积和/或流速的自由 基气体流。至少一个试剂与受控体积和/或流速的自由基气体流进行反应以产生上游化合 物流。此外，至少一个腔室取样模块可与至少一个处理腔室内存在的至少一个自由基气体 流成流体连通。腔室取样模块可经配置以接收受控体积和/或流速的自由基气体流，且使受 控体积和/或流速的自由基气体流与至少一个试剂进行反应以产生腔室化合物流。另外，至 少一个排气取样模块可与从处理腔室排出的自由基气体流成流体连通。排气取样模块可经 配置以接收受控体积和/或流速的自由基气体流，且使受控体积的自由基气体流与至少一 个试剂进行反应以产生排气化合物流。至少一个传感器模块可与上游取样模块、腔室取样 模块和排气取样模块中的至少一个连通。传感器模块可经配置以测量上游化合物流、腔室 化合物流和排气化合物流中的至少一个的浓度。至少一个流量模块可与上游取样模块、腔 9 CN 111556966 A 说　明　书 3/35 页 室取样模块、排气取样模块和传感器模块中的至少一个连通。所述流量模块可经配置以控 制上游化合物流、腔室化合物流和排气化合物流中的至少一个的流速。 本申请案还公开一种用于反应性气体处理系统中的取样反应模块。所述取样反应 模块可包含具有分析器具主体的至少一个分析器具。分析器具主体在其中界定至少一个流 体通道。分析器具主体中可形成至少一个流体入口端口和流体出口端口。所述入口端口和 出口端口可与形成于分析器具主体中的流体通道成流体连通。至少一个耦合主体从分析器 具主体延伸。在一个实施例中，所述耦合主体包含形成于其中的至少一个耦合通路。横穿分 析器具主体的至少一个取样管可定位在耦合主体的耦合通路内。此外，经配置以在其上接 收至少一个分析器具主体的其中界定至少一个真空通路的至少一个模块主体可包含于取 样反应模块中。所述模块主体可具有形成于其中的至少一个取样管接收器，以使得取样管 接收器可与所述真空通路成流体连通。 最后，本申请案还公开一种量热法系统。更具体地，所述量热法系统包含其中界定 至少一个气体通路的至少一个反应性气体导管。在使用期间，所述气体通路经配置以使至 少一个反应性气体流过其中。此外，至少第一传感器主体可定位在反应性气体导管的气体 通路内。在一个实施例中，所述传感器主体经配置以测量流过气体通路的反应性气体的温 度。另外，至少一个传感器装置可与传感器主体连通。在使用期间，传感器装置可经配置以 从传感器主体接收与反应性气体流量相关的温度数据。至少一个处理器可与第一传感器装 置连通且可经配置以计算流过反应性气体导管的反应性气体的样本功率。 如本文中所描述的用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取 样检测系统和方法的其它特征和优点通过考虑以下详细描述将变得更显而易见。 附图说明 如本文所公开的用于检测和测量自由基气体流中的自由基的多传感器气体取样 检测系统和方法的新颖方面通过审阅附图将更显而易见，其中： 图1示出多传感器气体取样检测系统的实施例的示意图； 图2示出多传感器气体取样检测系统的另一实施例的示意图，其中从处理腔室上 游的自由基气体流以及从处理腔室内取得气体样本； 图3示出多传感器气体取样检测系统的另一实施例的示意图，其中从处理腔室上 游的自由基气体流、从处理腔室内以及处理腔室的下游取得气体样本； 图4示出多传感器气体取样检测系统的替代实施例的示意图； 图5示出具有与其耦合的试剂源的多传感器气体取样检测系统的替代实施例的示 意图； 图6示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图； 图7示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图； 图8示出用于多传感器气体取样检测系统中的取样反应模块的实施例的立面透视 图； 图9示出用于图1中示出的多传感器气体取样检测系统中的取样反应模块的实施 例的替代立面透视图； 图10示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面前端 10 CN 111556966 A 说　明　书 4/35 页 透视图； 图11示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面前端 分解视图； 图12示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面后端 透视图； 图13示出与图1中示出的取样反应模块一起使用的分析器具的实施例的立面后端 分解视图； 图14示出取样反应模块主体的实施例的立面透视图； 图15示出沿着线15-15观看的图14中示出的取样反应模块主体的实施例的立面横 截面透视图； 图16示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图； 图17示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图； 图18示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的替代方法的流程 图； 图19示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的另一方法的流程 图； 图20以图形方式示出使用图19中描述的多传感器气体取样检测系统来确立上界 限度和下界限度的方法； 图21示出描述校准图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流程图； 图22以图形方式示出在校准图21中描述的多传感器气体取样检测系统时计算的 经外推功率测量值； 图23以图形方式示出使用具有在本申请案中描述的多传感器气体取样检测系统 的基于光学的测量系统测得的氧自由基的测得浓度； 图24示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的基于光学的方法 的流程图； 图25示出描述使用图1-7中描述的多传感器气体取样检测系统的基于半导体的方 法的流程图； 图26以图形方式示出当使用图25中示出的基于电阻的取样架构时在激活和去活 自由基输出流时的电阻改变的结果， 图27示出多传感器气体取样检测系统的另一替代实施例的示意图； 图28示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的 实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个传感 器主体； 图29示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的 另一实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个 传感器主体； 图30示出用于图27中示出的气体取样检测系统的实施例中的反应性气体导管的 另一实施例的立面透视图，所述反应性气体导管具有定位在反应性气体导管内的至少一个 传感器主体； 11 CN 111556966 A 说　明　书 5/35 页 图31示出描述使用图27、29和30中描述的多传感器气体取样检测系统的方法的流 程图； 图32示出描述使用图27、29和30中描述的多传感器气体取样检测系统的另一方法 的流程图； 图33以图形方式示出定位在图27-30中描述的多传感器气体取样检测系统的反应 性气体导管内的传感器主体的温度差量； 图34A以图形方式示出在图27和30中描述的传感器气体取样检测系统的实施例中 使用的第一自由基气体生成器的性能；以及 图34B以图形方式示出在图27和30中描述的传感器气体取样检测系统的实施例中 使用的第二自由基气体生成器的性能。