[发明专利]用于IR及UV监测的小体积长路径长度多程气体池

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案依据35 U.S.C.§119的条款主张以托马斯·H.·鲍姆(Thomas H.Baum)等人的名义于2015年1月19日提出申请的关于“用于IR及UV监测的小体积长路径长度多程气体池(SMALL VOLUME,LONG PATHLENGTH MULTI-PASS GAS CELL FOR IR AND UV MONITORING)”的第62/105,178号美国临时专利申请案的优先权的权益。此第62/105,178号美国临时专利申请案的公开内容的全文出于所有目的特此并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种在例如半导体产品、平板显示器及太阳能面板的制造等应用中实现对流体的小体积长路径长度光电监测的流体监测设备及方法。描述提供对流体性材料(例如受约束体积内的液体及气体)的测量的经增大敏感性的光学池。此类光学池采用来自光学腔的壁的多次反射，且明确地说通常用于在宽范围的应用(例如，工业、环境、公共安全、国防、消费及医疗应用)中测量及检测低浓度气体或蒸汽。

背景技术

在用于监测流体(例如，以定量或表征流体流中的所关注组分)的光电检测器的使用中，已开发红外监测装置。这些装置可具有广泛变化的类型。

在一种类别的此类装置中，红外辐射通过样本池以与流过所述池的流体流相互作用。此类装置中所利用的红外辐射源通常是经配置以产生经准直射束的宽带红外光源。所述射束接触流体流，所述流体流通常为气体，但可包括液体或气体/液体混合物。在此接触中，入射辐射的射束与所述流的组分相互作用，且所传输或所反射信号从样本池传出并照在红外检测器上。

可以各种形式配置红外检测器。举例来说，所述红外检测器可包括多个独立滤波通道，所述多个独立滤波通道各自配备有准许具有特定光谱特性的红外辐射通过的特定滤波元件。因此，独立滤波元件可用于识别所关注的特定组分或化学物质，所述所关注的特定组分或化学物质与来自IR光源的红外光相互作用且产生此红外光的区别性更改、衰减或调制，使得来自样本池的红外光输出可识别为是与此些组分或化学物质相关联的。

举例来说，红外检测器可包括经布置具有将红外热能转变为电能(例如，DC输出信号)的接收热电堆(热电等)元件的IR滤波器。因此，与特定滤波器相关联的热电堆元件可“经调谐”以在用具有由相关联滤波器决定的特定波长或其它光谱特性的IR辐射照射热电堆元件时响应地产生输出电信号。

前述红外流体监测装置可应用于众多材料及应用。广泛地，本发明的流体监测装置可以若干变体配置及形式中的任一者体现且可(举例来说)囊括广泛变化类型的热电检测器。

作为特定实例，热电堆红外(TPIR)监测系统可用于其中通过使用对应金属前驱物的气相沉积工艺来实施金属化(例如，钨金属化)的半导体制造设施中，其中TPIR监测系统经配置以监测来自气相沉积工艺的流出物流以检测前驱物及其在所述工艺中产生的气相分解产物的流出物浓度。此TPIR监测系统中所利用的检测器可包含出于基线参考或校准目的而利用的参考通道。

上文所描述光电监测系统在使用中必须解决竞争设计考虑因素。一般来说，红外射束通过样本池中的流体流的路径合意地具有实现入射IR射束与流体流的对应相互作用的基本长度以实现检测操作中的高准确性(及分辨率)水平。因此，长路径长度允许实现低检测限制。同时，明确地说，在其中空间昂贵且期望被最小化的应用(例如半导体产业)中，提供具有紧凑特性的监测系统使得所述监测系统对应地具有小体积及小形状因子或占用面积是合意的。

除用于检测及分析多组分流体流的组分的红外光源光电监测系统之外，此项技术内还利用利用其它类型的光源(包含可见光源、紫外(UV)光源等)的光电监测系统。

上文所描述类型的流体监测系统需要具有适于特定电磁辐射(例如，光)与被监测的材料的相互作用的大小的光学路径长度，且如上文所提及，所述路径长度决定可由特定监测装置实现的测量的敏感度及较低检测限制。根据朗伯定律或更普遍地说比尔-朗伯-布格定律，电磁辐射的吸收与路径长度成比例。路径长度考虑因素可限制监测设备在其中需要测量低浓度气体或蒸汽的许多应用中的实际使用。需要1米或更大的路径长度来测量浓度范围低至百万分之几、乃至十亿分之几或更低的材料是屡见不鲜的。