(57)【要約】  フッ素を含有するガス内のフッ素含有化学種などの対象ガス種、例えば、ＨＦ、ＮＦ３等によるエッチ洗浄を受ける半導体処理ツールの排出物を検出するためのガス検出器及び方法。一の態様のガス検出器は、フッ素含有化学種に対し感受性のニッケル含有フィラメントを使用し、このフィラメントは、高温の検知が必要なとき、検知構成要素及び熱源の両方として機能できる。一の態様のガス検出器は、支持構造に垂直に装着されることができる細長いガスセンサ要素を使用する。このような細長いガスセンサ要素を支持構造に垂直に装着することにより、信号強度が相当高められ、応答時間が低減され、ガス検出器のフットプリントが最小にされ、またこのようなガスセンサ要素の熱膨張／収縮を受け入れるための構造的な柔軟性が提供される。
2007519905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニッケル又はニッケル合金を含むガス検知フィラメントと、対象ガス種と接触すると前記ガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性の変化を検出して、前記対象ガス種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段と、を備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記対象ガス種が、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣｌＦ３、ＩＦ３、及びそれらの活性種からなる群から選択されたフッ素種を含む、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記ガス検知フィラメントが、約５００ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記ガス検知フィラメントが、約１５０ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記ガス検知フィラメントが、約５０ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記ガス検知フィラメントが、約０．１ミクロン〜約３０ミクロンの範囲の平均直径を特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記ガス検知フィラメントが、約１ｃｍを超える長さを特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項８】
前記ガス検知フィラメントが、約５ｃｍを超える長さを特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項９】
前記ガス検知フィラメントが、コア構造を包み込む被覆構造を備え、前記被覆構造がニッケル又はニッケル合金を含み、前記コア構造が、前記被覆構造の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率と、前記被覆構造の熱容量よりも低い熱容量とを有する、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記コア構造の電気抵抗率が、前記被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも約５０倍高く、前記コア構造の熱容量が、前記被覆構造の熱容量の４分の３未満である、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１１】
前記コア構造の電気抵抗率が、前記被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも約１０００倍高く、前記コア構造の熱容量が、前記被覆構造の熱容量の２分の１未満である、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１２】
前記コア構造の電気抵抗率が、少なくとも約１０ｍΩ・ｃｍであり、前記コア構造の熱容量が、２．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３未満である、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記コア構造がニッケル・銅合金を含み、前記被覆構造が本質的にニッケルからなる、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記コア構造が、炭化ケイ素を含む、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記コア構造が、異なる材料の多層を有する複合繊維を含む、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記コア構造が、炭化ケイ素層で被覆された炭素コア繊維を有する複合繊維を含む、請求項９に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１７】
前記ガス検知フィラメントが、前記ガスセンサアセンブリの製作後に電気化学的に薄くされ、５０ミクロン以下の平均直径を特徴とする、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記ガス検知フィラメントが、２５ミクロン以下の平均直径を特徴とする、請求項１７に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１９】
前記ガス検知フィラメントが、１０ミクロン以下の平均直径を特徴とする、請求項１７に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２０】
前記ガス検知フィラメントが、約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の平均直径を特徴とする、請求項１７に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記ガス検知フィラメントが、合金の合計重量の約１０％〜約９０％のニッケル及び約１０％〜約９０％の銅を含有するニッケル・銅合金を含む、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２２】
前記ニッケル・銅合金が、前記合金の合計重量の約１０％〜約９０％のアルミニウムをさらに含む、請求項２１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２３】
前記ニッケル・銅合金が、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された１つ以上の金属をさらに含む、請求項２２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２４】
前記ガス検知フィラメントが、ニッケル又はニッケル合金の多孔質被覆を含む、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２５】
前記多孔質被覆が、開気孔構造を特徴とする、請求項２４に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２６】
前記ガス検知フィラメントを吊設するための支持構造をさらに備える、請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２７】
前記支持構造が、前記対象ガス種に対し抵抗性の材料を含む、請求項２６に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２８】
前記対象ガス種が、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３、及びその活性種からなる群から選択されたフッ素種を含み、前記支持構造が、ポリイミド、アルミニウム、又はニッケルからなる群から選択された材料を含む、請求項２６に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２９】
対象ガス種の存在について流体位置を監視するための方法であって、
前記流体位置において、請求項１に記載のガス検知アセンブリに流体を暴露するステップと、
このようなガス検知アセンブリのガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性を監視するステップと、
前記ガス検知フィラメントがその少なくとも１つの特性の変化を示したときに、応答して出力信号を発生して、前記流体位置の対象ガス種の存在、又は前記流体位置の対象ガス種の濃度の変化を示すステップと、
を含む方法。
【請求項３０】
監視される前記ガス検知フィラメントの前記少なくとも１つの特性が、前記ガス検知フィラメントの電気抵抗である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
コア構造を包み込む被覆構造を備えるガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、前記被覆構造が、対象ガス種と接触すると検出可能な変化を示すガス感受性材料を含み、前記コア構造が、前記被覆構造の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率と、前記被覆構造の熱容量よりも低い熱容量とを特徴とするガスセンサアセンブリ。
【請求項３２】
被覆構造とコア構造とを備えるガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、前記被覆構造がニッケル又はニッケル合金を含み、前記コア構造が炭化ケイ素を含む、ガスセンサアセンブリ。
【請求項３３】
被覆構造とコア構造とを備えるガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、前記被覆構造がニッケル又はニッケル合金を含み、前記コア構造が炭素中心と、炭化ケイ素のシースとを含むガスセンサアセンブリ。
【請求項３４】
ニッケル又はニッケルフィラメントを含む電気化学的に薄くされたガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、前記フィラメントが、５０ミクロン以下の平均直径を特徴とするガスセンサアセンブリ。
【請求項３５】
請求項３４に記載のガスセンサアセンブリを形成するための方法であって、
（ａ）ニッケル又はニッケルフィラメントを含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ前駆体を用意するステップであって、前記フィラメントが５０ミクロンを超える平均直径を有するステップと、
（ｂ）前記ガス検知フィラメントの平均直径を５０ミクロン以下に低減するように、前記ガス検知フィラメントを十分な期間、電気化学的に薄くするステップと、
を含む方法。
【請求項３６】
ガスセンサアセンブリを形成するための方法であって、
（ａ）ニッケル又はニッケルフィラメントを含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ前駆体を用意するステップと、
（ｂ）前記ガス検知フィラメントの平均直径を低減するように、前記ガス検知フィラメントを十分な期間、電気化学的に薄くするステップと、を含む方法。
【請求項３７】
ニッケル・銅合金を含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項３８】
ニッケル・銅・アルミニウム合金を含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項３９】
前記ニッケル・銅・アルミニウム合金が、前記合金の合計重量の約１０％〜約９０％のニッケルと、約１０％〜約９０％の銅と、約１０％〜約９０％のアルミニウムとを含む、請求項３８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４０】
多孔質表面を有するニッケル含有のガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項４１】
前記多孔質表面が開気孔構造を特徴とする、請求項４０に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４２】
ニッケル含有の独立ガス検知フィラメントを吊設するための支持構造を備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項４３】
前記支持構造が、フッ素種に対し抵抗性の材料を含む、請求項４２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４４】
前記支持構造が、ポリイミド、アルミニウム、及びニッケルからなる群から選択された材料を含む、請求項４２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４５】
１つ以上の対象フッ素種の存在に敏感なプロセスチャンバに検知関係で配置されたガスセンサアセンブリであって、耐フッ素支持構造に装着され、かつ対象フッ素種と接触すると前記ガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性の変化を検出して、前記対象フッ素種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段に結合されるように、前記ガスセンサアセンブリが、ニッケル又はニッケル合金含有のガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項４６】
１つ以上のガス検知フィラメントによって形成された細長いガスセンサ要素であって、前記細長いガスセンサ要素が、２つの電気接続端子を備えかつ長手方向軸線を有し、前記センサ要素の長手方向軸線が、前記２つの電気接続端子によって画定された線に対し略垂直である細長いガスセンサ要素。
【請求項４７】
前記１つ以上のガス検知フィラメントが、約５００ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項４８】
前記１つ以上のガス検知フィラメントが、約１５０ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項４９】
前記１つ以上のガス検知フィラメントが、約５０ミクロン未満の平均直径を特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５０】
前記１つ以上のガス検知フィラメントが、約０．１ミクロン〜約３０ミクロンの範囲の平均直径を特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５１】
前記細長いガスセンサ要素の長手方向軸線に沿った約１ｃｍを超える長さを特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５２】
前記細長いガスセンサ要素の長手方向軸線に沿った約１０ｃｍを超える長さを特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５３】
前記細長いガスセンサ要素の長手方向軸線に沿った２０ｃｍを超える長さを特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５４】
叉骨形状を特徴とする、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５５】
コア構造を包み込むニッケル含有被覆を備え、前記コア構造が、前記ニッケル含有被覆よりも高い電気抵抗率と、前記ニッケル含有被覆よりも低い熱容量とを有する、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５６】
前記コア構造の電気抵抗率が、前記ニッケル含有被覆の電気抵抗率よりも少なくとも約５０倍高く、前記コア構造の熱容量が、前記ニッケル含有被覆の熱容量の４分の３未満である、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５７】
前記コア構造の電気抵抗率が、前記ニッケル含有被覆の電気抵抗率よりも少なくとも約１０００倍高く、前記コア構造の熱容量が、前記ニッケル含有被覆の熱容量の２分の１未満である、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５８】
前記コア構造の電気抵抗率が、少なくとも約１０ｍΩ・ｃｍであり、また前記コア構造の熱容量が、２．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３未満である、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項５９】
前記コア構造がニッケル・銅合金を含み、前記ニッケル含有被覆が本質的にニッケルから構成される、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６０】
前記コア構造が、炭化ケイ素を含む、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６１】
前記コア構造が、異なる材料の多層を有する複合繊維を含む、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６２】
前記コア構造が、炭化ケイ素層で被覆された炭素コア繊維を有する複合繊維を含む、請求項５５に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６３】
ニッケル・銅合金を含む、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６４】
ニッケル・銅・アルミニウム合金を含む、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６５】
Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、及びＰｔからなる群から選択された１つ以上の金属をさらに含む、請求項６４に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６６】
ニッケル又はニッケル合金の多孔質被覆を含む、請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６７】
前記多孔質被覆が開気孔構造を特徴とする、請求項６６に記載の細長いガスセンサ要素。
【請求項６８】
支持構造に装着された請求項４６に記載の細長いガスセンサ要素を備えるガス検知アセンブリであって、前記支持構造が、前記細長いガスセンサ要素の前記２つの電気接続端子を装着するための表面を備えるガス検知アセンブリ。
【請求項６９】
対象ガス種と接触すると前記細長いガスセンサ要素の少なくとも１つの特性の変化を検出して、前記対象ガス種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段をさらに備える、請求項６８に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７０】
前記対象ガス種が、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３、及びそれらの活性種からなる群から選択されたフッ素種を含む、請求項６９に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７１】
前記支持構造が、前記対象ガス種に対し抵抗性の材料を含む、請求項７０に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７２】
前記支持構造が、ポリイミド又はアルミニウムを含む、請求項７０に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７３】
前記細長いガスセンサ要素の前記１つ以上のガス検知フィラメントが、ニッケル又はニッケル合金を含有する、請求項７０に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７４】
前記細長いガスセンサ要素の前記１つ以上のガス検知フィラメントが、前記アセンブリの製作後に電気化学的に薄くされて、５０ミクロン以下の平均直径を達成する、請求項７３に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７５】
前記細長いガスセンサ要素の前記１つ以上のガス検知フィラメントが、２５ミクロン以下の平均直径を特徴とする、請求項７３に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７６】
前記細長いガスセンサ要素の前記１つ以上のガス検知フィラメントが、１０ミクロン以下の平均直径を特徴とする、請求項７３に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７７】
前記細長いガスセンサ要素の前記１つ以上のガス検知フィラメントが、約０．１ミクロン〜約５ミクロンの範囲の平均直径を特徴とする、請求項７３に記載のガス検知アセンブリ。
【請求項７８】
対象ガス種の存在について流体位置を監視するための方法であって、
前記流体位置において、請求項６８に記載のガス検知アセンブリに流体を暴露するステップと、
このようなガス検知アセンブリの細長いガスセンサ要素の少なくとも１つの特性を監視するステップと、
前記細長いガスセンサ要素がその少なくとも１つの特性の変化を示したときに、応答して出力信号を発生して、前記流体位置の対象ガス種の存在、又は前記流体位置の対象ガス種の濃度の変化を示すステップと、
を含む方法。
【請求項７９】
監視される前記細長いガスセンサ要素の前記少なくとも１つの特性が、前記細長いガスセンサ要素の電気抵抗である、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
請求項５４に記載の細長いガスセンサ要素を製作するための方法であって、
（ａ）１対のガス検知フィラメントを並べて整列するステップと、
（ｂ）前記１対のガス検知フィラメントの反対側の第２の端部を互いに分離した状態のまま、前記１対のガス検知フィラメントをその第１の端部で接続するステップであって、前記１対のガス検知フィラメントの前記分離された反対側の第２の端部が、前記細長いガスセンサ要素の前記２つの電気接続端子を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項８１】
前記ガス検知フィラメントの各々が、ガス感受性材料でフィラメントを被覆することによって形成される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
請求項５４に記載の細長いガスセンサ要素を製作するための方法であって、
（ａ）１対のフィラメントを並べて整列するステップと、
（ｂ）叉骨形状の前駆体構造を形成するように、前記１対のフィラメントの反対側の第２の端部を互いに分離した状態のまま、前記１対のフィラメントをその第１の端部で接続するステップと、
（ｃ）前記叉骨形状の前駆体構造にわたってガス感受性被覆を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項８３】
１つ以上の対象フッ素ガス種の存在に敏感なプロセスチャンバに検知関係で配置されたガス検知アセンブリであって、前記ガス検知アセンブリが、支持構造の表面に装着され、かつ対象フッ素ガス種と接触すると前記ガスセンサ要素の少なくとも１つの特性の変化を検出して、前記対象フッ素ガス種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段に結合されたニッケル含有のガスセンサ要素を備え、前記ニッケル含有のガスセンサ要素が、前記支持構造の装着面に対し垂直又は略垂直に配向される長手方向軸線を有するガス検知アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野
本発明は、一般に、半導体プロセス作業においてガス化合物及びイオン種を監視するためのユーティリティーを有する、対象ガス種を検知するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
半導体デバイスの製造時、シリコン（Ｓｉ）及び二酸化ケイ素（Ｓｉ０２）の堆積、及び引き続くエッチングは、現在、製造プロセス全体の８〜１０ステップ又は約２５％を含む重要な作業ステップである。各堆積ツール及びエッチングツールは、均一で一貫した薄膜特性を保証するために、時には運転ごとに、しばしば定期的な洗浄手順を受けなければならない。
【０００３】
現在、エッチング作業では、所定の時間量が経過したときにエッチング終点が達成される。洗浄エッチングの終了後にプロセスガスがリアクタチャンバに流入し続けるオーバーエッチングは普通のことであり、プロセスサイクルの長期化、ツール寿命の短縮、及び大気への不必要な地球温暖化ガスの放出をもたらす（アンダーソン，Ｂ（Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｂ）、ベンケ，Ｊ（Ｂｅｈｎｋｅ，Ｊ）、バーマン，Ｍ（Ｂｅｒｍａｎ，Ｍ）、コベイシ，Ｈ（Ｋｏｂｅｉｓｓｉ，Ｈ）、ヒューリング，Ｂ（Ｈｕｌｉｎｇ，Ｂ）、ランガン，Ｊ（Ｌａｎｇａｎ，Ｊ）、リン，Ｓ−Ｙ（Ｌｙｎｎ，Ｓ−Ｙ）、セミコンダクタインターナショナル（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、１９９３年１０月）。
【０００４】
ＳｉＮ（窒化ケイ素）が半導体デバイス構造で利用される場合、同様の問題が窒化ケイ素材料のエッチングに存在する。
【０００５】
エッチングプロセスを監視するために、ＦＴＩＲ、発光分光法、及びイオン質量分析法のような様々な分析技術を使用できる。しかし、これらの技術は高価である傾向があり、その複雑さのため専用のオペレータを必要とすることが多い。
【０００６】
したがって、洗浄及びエッチング時間を低減かつ最適化し、すなわち、化学物質の使用を低減し、設備の運転寿命を延ばし、また設備のダウンタイムを減少させることによって、ケイ素、窒化ケイ素及び二酸化ケイ素を含むケイ素含有材料の堆積及びエッチングに使用される設備の処理能力及び化学的効率を高めることに役立つ信頼できる低コストのガス検知能力を提供することは、当該技術分野の相当の進歩となるであろう。
【０００７】
「半導体処理システムにおいてフッ素種を検知するための装置及び方法」について２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号は、ＫＦフランジ上の金属パッケージングポスト又はベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックの周りに織成されたフッ素反応金属フィラメントを使用して、固体状態のフッ素種を検知するための装置及び方法を開示している。このような金属フィラメントベースのセンサを使用するフッ素種の検出は、フッ素含有化合物と反応によって引き起こされる金属フィラメントの抵抗変化の監視を頼りとしている。このような金属フィラメントベースのセンサのために容認可能な感度及び信号対雑音比を保証するために、金属フィラメントの寸法及び位置は、終点検出に適切な絶対抵抗を提供するために、金属パッケージングポスト又はベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックの使用を介して、制御かつ最適化される。
【０００８】
新しい組成物及び構造を使用して、このようなガスセンサの感度、信号対雑音比、及び機械的な信頼性をさらに高めるために、ならびに応答時間及びその製造コストをさらに低減することによって、改良されたフィラメントベースのセンサを発見かつ開発する継続的な必要性が存在する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の概要
本発明は、一般に、このようなガス種の存在に敏感な周囲環境のような環境で、対象ガス種、特にフッ素ガス種、半導体製造プロセスからのガス排出物流れ等を検知するための装置及び方法に関する。
【００１０】
一の態様において、本発明は、ニッケル又はニッケル合金を含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリに関する。
【００１１】
本発明の他の態様は、コア構造を包み込む被覆構造を備えるガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、このような被覆構造がニッケル又はニッケル合金を含み、またこのようなコア構造が、被覆構造の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量よりも低い熱容量とを有するガスセンサアセンブリに関する。
【００１２】
好ましくは、このようなコア構造は、被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも五十（５０）倍高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量の４分の３（３／４）未満である熱容量とを特徴とする。より好ましくは、このようなコア構造は、被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも千（１０００）倍高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量の２分の１（１／２）未満である熱容量とを特徴とする。最も好ましくは、このようなコア構造は、少なくとも１０ｍΩ・ｃｍである電気抵抗率と、２．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３未満である熱容量とを特徴とする。本発明の特に好ましい実施態様では、コア構造は炭化ケイ素を含む。本発明の他の好ましい実施態様では、コア構造は、炭化ケイ素で炭素コア繊維を被覆することによって形成された複合構造を備える。
【００１３】
本発明のさらに他の態様は、ニッケル又はニッケル合金を含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリであって、このようなガス検知フィラメントが電気化学的薄化技術によって製作され、したがって、５０ミクロン以下、好ましくは２５ミクロン以下、より好ましくは１０μｍ以下、最も好ましくは約０．１μｍ〜約５μｍの範囲内の平均直径を特徴とする。
【００１４】
対応する態様の本発明は、５０ミクロン以下の平均直径を特徴とするニッケル含有のガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリを製作するための方法であって、（１）５０ミクロンを超える平均直径を有するニッケル含有のガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリを用意するステップと、（２）このようなニッケル含有のガス検知フィラメントの平均直径を５０ミクロン以下に低減するように、このようなニッケル含有のガス検知フィラメントを十分な期間、電気的に薄くするステップと、を含む方法に関する。
【００１５】
本発明の別の態様は、ニッケル・銅合金を含むガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリに関する。好ましくは、このようなニッケル・銅合金は、重量で約１０％〜９０％のニッケル、及び重量で約１０％〜約９０％の銅を含有する。より好ましくは、このようなニッケル・銅合金は、重量で約１０％〜約９０％の量のアルミニウムをさらに含む。このようなニッケル・銅合金はまた、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、及びＰｔを含むがそれらに限定されない他の耐フッ素金属成分を含んでもよい。
【００１６】
本発明のなお別の態様は、約２０％〜約８０％の総多孔率、より好ましくは６０％の総多孔率を有する多孔質表面を有するニッケル含有のガス検知フィラメントを備えるガスセンサアセンブリに関する。好ましくは、このようなガス検知フィラメントのこのような多孔質表面は、開気孔構造を特徴とする。
【００１７】
本発明の他の態様は、対象ガス種と接触するとこのようなガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性の変化を検出して、このような対象化学種の存在を示す出力信号を応答して発生するためのガス検知フィラメントに結合された手段をさらに備える上述のガスセンサアセンブリに関する。
【００１８】
本発明の他の態様は、上述のガス検知フィラメントと支持構造とを備えるガスセンサアセンブリであって、ガス検知フィラメントがこのような支持構造に独立して装着されるガスセンサアセンブリに関する。
【００１９】
本発明のさらに他の態様は、１つ以上の対象フッ素種の存在に敏感なプロセスチャンバに検知関係で配置された上述のガスセンサアセンブリであって、ガス検知フィラメントが、耐フッ素支持構造に装着され、かつ対象フッ素種と接触するとこのようなガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性の変化を検出して、前記対象フッ素種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段に結合されるガスセンサアセンブリに関する。
【００２０】
別の態様の本発明は、半導体製造工場からの排出物又は排出物から導かれた流体を監視するために構成かつ配置される上述のガスセンサアセンブリであって、排出物又はそこから導かれた流体が、フッ素種を含むことに敏感であり、またこのようなガスセンサアセンブリが、フッ素種と接触するとガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性の変化を検出して、このようなフッ素種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段をさらに含むガスセンサアセンブリに関する。
【００２１】
本発明のなお別の態様は、対象ガス種の存在について流体位置を監視するための方法であって、
前記流体位置において、上述のガス検知アセンブリに流体を暴露するステップと、
このようなガス検知アセンブリのガス検知フィラメントの少なくとも１つの特性を監視するステップと、
ガス検知フィラメントがその少なくとも１つの特性の変化を示したときに、応答して出力信号を発生して、流体位置の対象ガス種の存在、又は流体位置の対象ガス種の濃度の変化を示すステップと、
を含む方法に関する。
【００２２】
本発明のさらに他の態様は、１つ以上のガス検知フィラメントによって形成された細長いガスセンサ要素であって、このような細長いガスセンサ要素が、２つの電気接続端子及び長手方向軸線を備え、センサ要素の長手方向軸線が、２つの電気接続端子によって画定された線に対し略垂直である細長いセンサ要素に関する。
【００２３】
このような細長いガスセンサ要素は、任意の数のガス検知フィラメントを備えてもよく、またその２つの電気接続端子によって画定された線に対し、その長手方向軸線が略垂直である限り、任意の適切な形状又は形態を有する。本発明の特に好ましい実施態様では、細長いガスセンサ要素は、その第１の端部で共に取り付けられた２つのガス検知フィラメントから形成され、叉骨形状を有する。
【００２４】
このような細長いガスセンサ要素は、コア構造を包み込むガス感受性被覆であって、コア構造が、ガス感受性被覆の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率と、ガス感受性被覆の熱容量よりも低い熱容量とを有するガス感受性被覆を有することが好ましいが、有する必要はない。ニッケル含有被覆は、特にフッ素ガス種に対し感受性があり、したがって、特に好ましい本発明の実施態様では、細長いガスセンサ要素は、コア構造を包み込むニッケル含有被覆を備え、このようなコア構造は、このようなニッケル含有被覆よりも高い電気抵抗率と、より低い熱容量とを特徴とする。
【００２５】
本発明の他の態様は、支持構造に装着された上述の細長いガスセンサ要素の少なくとも１つを備えるガス検知アセンブリであって、このような支持構造が、細長いガスセンサ要素の２つの電気接続端子を装着するための表面を備えるガス検知アセンブリに関する。
【００２６】
別の態様の本発明は、対象ガス種の存在について流体位置を監視するための方法であって、
前記流体位置において、上述のガス検知アセンブリに流体を暴露するステップと、
このようなガス検知アセンブリの細長いガスセンサ要素の少なくとも１つの特性を監視するステップと、
細長いガスセンサ要素がその少なくとも１つの特性の変化を示したときに、応答して出力信号を発生して、流体位置の対象ガス種の存在、又は流体位置の対象ガス種の濃度の変化を示すステップと、
を含む方法に関する。
【００２７】
本発明のなお別の態様は、叉骨形状を有する細長いガスセンサ要素を製作するための方法であって、
（ａ）１対のガス検知フィラメントを並べて整列するステップと、
（ｂ）前記１対のガス検知フィラメントの反対側の第２の端部を互いに分離した状態のまま、このような１対のガス検知フィラメントをその第１の端部で接続するステップであって、このような１対のガス検知フィラメントの分離された反対側の第２の端部が、叉骨形状のガスセンサ要素の２つの電気接続端子を形成するステップと、
を含む方法に関する。
【００２８】
代わりに、このような叉骨形状のガスセンサ要素は、
（ａ）１対のフィラメントを並べて整列するステップと、
（ｂ）叉骨形状の前駆体構造を形成するように、このような１対のフィラメントの反対側の第２の端部を互いに分離したままで、このような１対のフィラメントをその第１の端部で接続するステップと、
（ｃ）このような叉骨形状の前駆体構造にわたってガス感受性の被覆を形成するステップと、
を含む方法によって形成することができる。
【００２９】
本発明のさらに他の態様は、１つ以上の対象フッ素ガス種の存在に敏感なプロセスチャンバに検知関係で配置されたガス検知アセンブリであって、このようなガス検知アセンブリが、支持構造の表面に装着され、かつ対象フッ素ガス種と接触するとこのようなガスセンサ要素の少なくとも１つの特性の変化を検出して、対象フッ素ガス種の存在を示す出力信号を応答して発生するための手段に結合されたニッケル含有のガスセンサ要素を備え、このようなニッケル含有のガスセンサ要素が、支持構造の装着面に対し垂直又は略垂直に配向される長手方向軸線を有するガス検知アセンブリに関する。
【００３０】
本明細書に使用されているように、「フッ素種」という用語は、ガス状フッ素化合物、原子及び二原子（Ｆ２）形態のフッ素それ自体、フッ素イオン、及びフッ素含有イオン種を限定なしに含むすべてのフッ素含有材料を包含するように広く解釈されるように意図される。例えば、フッ素種は、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣｌＦ３、ＩＦ３等のような化学種、及びそれらのイオン化されたフラグメント、プラズマ形態等を含む活性フッ素含有種（集合的にＦ＊として表示）を含んでもよい。
【００３１】
本発明の他の観点、特徴及び実施態様は、引き続く開示及び添付の特許請求の範囲からより完全に明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の詳細な説明および好ましい実施形態
「半導体処理システムにおいてフッ素種を検知するための装置及び方法」について２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号、及び「マイクロ加工された薄膜水素ガスセンサ、及びその製造と使用方法」について２００１年７月２４日に発行された米国特許第６，２６５，２２２号は、すべての目的についてそれらの全体が参考として本明細書に組み込まれている。
【００３３】
半導体プロセス制御における用途を特に参照して、本発明について以下により詳細に説明するが、本発明の有用性はこのように限定されず、むしろ、生命安全システムにおける配置、室内又は周囲環境の監視操作、及び他の産業ならびに消費者市場のガス検知用途を限定なしに含む多様な広い範囲の他の使用及び用途に及ぶことを理解すべきである。
【００３４】
周知のように、フッ素種は大部分の金属と反応して、高い、時に混合酸化状態を有する化合物を形成する（「無機固体フッ化物、化学及び物理学（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｓｏｌｉｄ  Ｆｌｕｏｒｉｄｅｓ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ａｎｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ）」、アカデミックプレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ）、１９８５年、Ｐ．ハーゲンミュラー（Ｐ．Ｈａｇｅｎｍｕｌｌｅｒ）編集）。遷移金属及び貴金属の多く（例えば、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、及びＰｔを限定なしに含む）は、このようなフッ素種と接触して、様々な不揮発性のフッ素化合物を容易に形成する。
【００３５】
したがって、本発明は、フッ素反応の金属フィラメントを使用する。フッ素種との金属フィラメントの反応によって引き起こされるこのような金属フィラメントの特性の変化を監視することによって、半導体チャンバ洗浄プロセスによって放出された排出ガス流れのような、特定のガス環境の１つ以上の対象フッ素種の存在及び／又は濃度を決定することができる。
【００３６】
具体的に、フッ素種による汚染に敏感なガス環境に配置されたときにフッ素反応の金属フィラメントについて観測された電気抵抗の増加は、環境のこのようなフッ素種の存在及び濃度の優れた指標であることが判明している。金属フィラメントは、ガス環境よりも高い熱伝導率を有するので、金属フィラメントとフッ素種との発熱性反応によって発生された熱の相当の部分は、金属フィラメントに送られて、このような金属フィラメントの温度上昇を引き起こし、次に、このような金属フィラメントの電気抵抗を高める。
【００３７】
具体的に、本発明は、対象フッ素種を検出するためのガス検知アセンブリにおける純粋なニッケル又はニッケル合金を含むニッケル含有フィラメントの使用に関する。
【００３８】
本発明の好ましい一の実施態様は、ニッケル又はニッケル合金を含むフッ素反応の被覆構造を備えるガス検知フィラメントを使用し、一方、このような被覆構造は高抵抗率の低熱質量のコア構造を包み込み、このコア構造は、被覆構造の電気抵抗率よりも高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量よりも低い熱容量（すなわち、比熱Ｃｐと密度Ｄとの積）とを特徴とする。
【００３９】
好ましくは、このようなコア構造は、被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも五十（５０）倍高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量の４分の３（３／４）未満である熱容量とを特徴とする。より好ましくは、このようなコア構造は、被覆構造の電気抵抗率よりも少なくとも千（１０００）倍高い電気抵抗率と、被覆構造の熱容量の２分の１（１／２）未満である熱容量とを特徴とする。最も好ましくは、このようなコア構造は、少なくとも１０ｍΩ・ｃｍである電気抵抗率と、２．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３未満である熱容量とを特徴とする。
【００４０】
材料の多くの組み合わせが、このような被覆及びコア構造を形成するために利用可能である。本発明の広い範囲を限定することなく、被覆及びコア構造を形成するために適切な材料の例が、本明細書に提供され、それらは、（１）被覆用の純粋なニッケル及びコア用のニッケル合金（例えば、モネル、ニッケル・銅合金）（２）被覆用の純粋なニッケル又はニッケル合金及びコア用の炭化ケイ素（３）純粋なニッケルあるいは被覆のためのニッケル合金とコアなどのための炭素を含む。
【００４１】
本発明のコア構造を形成するために、炭化ケイ素が特に好ましいが、この理由は、炭化ケイ素の高い電気抵抗率（通常１０ｍΩ・ｃｍよりも大きい）及び低い熱容量（通常２．５Ｊ／Ｋ・ｃｍ３未満）が、大きな熱損失を誘発することなく、ニッケル含有のフィラメントセンサの信号強度及び応答性をさらに高めるからである。さらに、炭化ケイ素は、腐食性フッ素プラズマによる攻撃に耐え、これは、包み込まれたコア構造の必要な特徴ではないが、フッ素種を検出するために腐食性ガス環境で使用されるとき、フィラメントセンサの機械的ロバスト性及び信頼性を有利に高める。
【００４２】
図１は、本発明の一の実施態様によるガス検知フィラメント１を例示的に示しており、検知フィラメントは、ニッケル・銅合金、モネルを使用することによって製作された被覆２によって包み込まれたβ−炭化ケイ素から製造されたコア構造６を備える。
【００４３】
同様に、多層の高抵抗率の低熱質量の材料を含む複合構造を使用して、本発明のフィラメントセンサ用のコア構造を形成することができる。適切なコア材料の様々な組み合わせ及び構造を使用して、フィラメントセンサの性能をさらに向上させることができる。本発明の一例では、炭化ケイ素繊維を使用でき、この上にガス検知層として博捜のニッケルが形成される。
【００４４】
図２は、炭化ケイ素繊維１０の部分断面図を示している。このような炭化ケイ素は、約７８ミクロン〜約１４０ミクロンの全径を有し、炭素リッチ表面１８を有するβ−ＳｉＣシース１６に密閉された炭素コア１２を含む。ＳＣＳ炭化ケイ素繊維は、ニッケルの約半分である熱容量（Ｃｐ×Ｄ）を有し、フッ素種に対し抵抗性である。
【００４５】
上述のようなニッケル含有フィラメントを含有するガス検知アセンブリの信号強度及び応答性を定量的に決定するために、１組のセンサ信号出力を発生するために、半導体洗浄チャンバからのフッ素種を含有する排出ガスが、ニッケル含有のフィラメントを含むこのようなガス検知アセンブリと最初に接触させられる。次に、このような排出ガスは、１組の制御出力を発生するために、残留ガスアナライザ（ＲＧＡ）ユニットを通過させられる。本発明のガス検知アセンブリによって生成されるグラフ出力及びＲＧＡユニットによって生成される制御出力は、時間の関数として重ね合わせて、本発明のこのようなガス検知アセンブリの相対的な信号強度及び応答性を視覚化することができる。
【００４６】
図３はその上部に、ニッケル被覆のＳｉＣフッ素感受性フィラメントを備えるガス検知アセンブリによって時間的に生成された信号を示しており、ＲＧＡユニットによって時間的に生成された制御出力は、図３の下部に示されている。
【００４７】
他方で、図４は、ニッケルフィラメントを使用するガス検知アセンブリからの時間的な信号出力を示したグラフであり、ＲＧＡユニットによって時間的に生成された制御出力と比較している。両方のガス検知アセンブリは高感度かつ高応答性を示しているが、ニッケル被覆のＳｉＣフィラメントを含むガス検知アセンブリは、ニッケルフィラメントを使用するガス検知アセンブリよりも優れた感度及びより短い応答時間を示している。
【００４８】
本発明のニッケル含有のフィラメントセンサの性能をさらに高めるために、上述の式（１９）に従って、高いＡｓ／Ａｃ比が望ましい。
【００４９】
高いＡｓ／Ａｃ比は、性能と容易な製作との間のバランスに応じて、５００ミクロン未満、より好ましくは１５０ミクロン未満又は５０ミクロン未満、最も好ましくは約０．１ミクロン〜約３０ミクロンの範囲の平均外径で、また１ｃｍを超える、より好ましくは５ｃｍを超える、最も好ましくは１０ｃｍを超える平均長さで、ニッケル含有フィラメントを構成することによって有効に達成することができる。
【００５０】
しかし、約５０ミクロン及びそれ未満の直径を有するフィラメントは、極めてもろく、また取扱いが難しく、このような小さなフィラメントを有するガス検知アセンブリの製作をほとんど不可能にする。
【００５１】
本発明は、最初に、５０ミクロンを超える平均直径を有するニッケル含有のガス検知フィラメントを用いてガス検知アセンブリを製作し、次にこのようなガス検知フィラメントを電気化学的に薄くし、その平均直径を低減してＡｓ／Ａｃ比を増加することによって、このような問題に対する解決方法を提供する。この場合、薄化プロセスは、ガス検知アセンブリにすでに組み込まれたガス検知フィラメントで実施され、薄化後にガス検知フィラメントのそれ以上の取扱いは必要でなく、したがって、極薄フィラメントを損傷する危険が実質的に低減される。
【００５２】
図５は、元の平均直径が約１００〜１１０ミクロンである部分的に薄くしたニッケルフィラメント２２を示している。このようなフィラメント２２の一部を電気化学的に薄化した後、平均直径は、約３５〜４５ミクロンに有効に低減される。
【００５３】
高いＡｓ／Ａｃ比はまた、多孔質表面を有するニッケル含有フィラメントを形成するによって達成することができ、この多孔質表面は、その断面積Ａｃを含むことなくフィラメントセンサの表面積Ａｓを増加させるように機能する。
【００５４】
図６は、比較的高密度のコア２６及び多孔質表面２８を含むニッケル含有フィラメント２５を例示的に示している。ニッケル含有フィラメントの多孔質表面は、２段階めっき工程によって設けることが可能であり、この場合、初期のシーディング段階で、ニッケル又はニッケル合金のめっき層と下層の基板との間の接着の改良を可能にするように、基板（例えばコア構造）へのニッケル又はニッケル合金のめっきが比較的低い速度で実施され、また引き続く成長段階で、ミクロ孔又はナノ孔を有する粗いめっき表面を形成するように、はるかに速い速度でめっきが行われる。図７は、非多孔質の高密度基板３２に形成されたナノ孔のニッケル被覆３４のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。
【００５５】
代わりに、適切な界面活性剤からの液晶テンプレートを使用することによって、多孔質ニッケル被覆を形成することができる。この技術は、開気孔構造を形成するために特に適切であり、これにより、多孔質ニッケル被覆のフッ素アクセス可能な表面積が最大にされ、したがって、フィラメントセンサの感度がさらに向上する。図８は、開気孔構造を特徴としかつ約４．９３ミクロンの厚さを有する高密度炭化ケイ素基板４２に形成された多孔質ニッケル被覆４４のＳＥＭ顕微鏡写真である。多孔質ニッケル被覆は、例えば、Ｘ線蛍光分光分析によって決定されるような６０％の総多孔率を特徴とすることが可能である。
【００５６】
本発明のニッケル含有のガス検知フィラメントの性能は、純粋なニッケルよりもさらに高い電気抵抗を特徴とするモネルのような様々なニッケル・銅合金を使用することによって、さらに高めることができる。
【００５７】
好ましくは、このようなニッケル・銅合金は、重量で約１０％〜９０％のニッケル、及び約１０％〜約９０％の銅を含有する。さらに、このようなニッケル・銅合金は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、及びＰｔのような他の耐フッ素金属を含んでもよい。
【００５８】
上述の本発明の様々な実施態様を独立して実施するか、又は共同に使用して、様々なシステム及び用途の要件に適合する多様な材料及び構造的特徴を一群のガス検知フィラメントに付与することができる。本発明のフッ素種検知要素用の特定の材料及び構造の選択は、フッ素種の存在について監視される流れの特徴に従って、特に監視される対象ガス種、さもなければ監視されるガスに存在する濃度に従って変更可能であることが認識されるであろう。
【００５９】
本発明のガス検知フィラメントは、ガス検知アセンブリを形成するために任意の方法で容易に装着でき、同様にこのガス検知アセンブリは、対象ガス種と接触すると、このようなガス検知フィラメントの変化を検出するための手段と、このような変化を示す出力信号を応答して発生するための手段とを備えることが可能である。具体的に、ガス検知フィラメントは、それらの全体が本明細書に参考としてすべて組み込まれている「半導体処理システムにおいてフッ素種を検知するための装置及び方法」について２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号によって開示されているように、独立した様々な方法で耐フッ素支持構造に装着してもよい。独立ガス検知フィラメントは、任意の適切な方法でデバイスパッケージの部分として一体化することができ、またフッ素を含む対象化合物による腐食に対するデバイスパッケージ全体の抵抗性を高めるために、追加の保護又は絶縁層をこのようなデバイスパッケージに適用することが可能である。
【００６０】
独立ガス検知フィラメントをチップキャリアパッケージのような標準マイクロエレクトロニックデバイスパッケージに一体化する能力により、検知デバイス全体のガス検出能力を高めるために、様々な金属構造、異なるジオメトリ、又は異なる温度で動作する冗長構造を用いて、本発明のガスセンサ装置を単一要素デバイス構造として、又は代わりに、多要素アレイとして様々に構成することができる。
【００６１】
好ましい実施態様では、本発明のガス検知フィラメントは、例えば、耐フッ素フランジ材料、例えば、ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミド又はアルミニウム、又はニッケルで形成されたＫＦフランジに支持される。ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドは、本発明の様々な実施態様の好ましいポリイミド構成材料であるが、他のポリイミド又は重合体（例えばポリスルホン）の構成材料を代わりに使用してもよいことが理解されるであろう。
【００６２】
図９Ａと図９Ｂは、ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロック７６を支持するベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドフランジ７４と、構造が同一でもよく又は同一でなくてもよい２つのニッケル被覆のＳｉＣガス検知フィラメント７２を吊設するための２組のニッケル被覆のプレス嵌めの電気ピン７８とを含むガスセンサアレイ７０を示している。
【００６３】
ニッケル被覆のＳｉＣフィラメントの独立アーキテクチャにより、フッ素検知要素及び熱源（例えば、電気抵抗加熱又は他の加熱モードに敏感）の両方として、ＳｉＣフィラメントを使用することが可能であり、ならびにこのようなフィラメントの高い表面対容積特性の結果、検知領域を最大限にする。ガス検知フィラメント及び関連のパッケージングの一体化設計により、検知環境における侵略的なフッ素化されたガス種による化学的攻撃の問題が未然に回避され、これによって、標準ケイ素ＭＥＭＳ構造に関する当該技術分野の根本的な進歩が達成される。
【００６４】
このように、本発明は、一の態様において、プロセスチャンバ、例えば、半導体プロセスチャンバに検知関係で結合できる一群の新規なソリッドステートフィラメントガスセンサを提供し、またこのようなフィラメントセンサ用に材料及び構造を適切に選択することによって、種々の程度の感度及び応答性を達成することができる。
【００６５】
他の態様の本発明は、２つの電気接続端子及び長手方向軸線を有する細長い形状の新しいフィラメントベースのガスセンサ要素を提供する。このようなガスセンサ要素の２つの電気接続端子は、ガスセンサ要素の長手方向軸線が略垂直である線を画定する。
【００６６】
所定の組成物のフィラメントベースのガスセンサでは、その長手方向寸法（Ｌ）とその横方向寸法（Ｄ）とのアスペクト比は、その信号強度及び応答時間に相当の影響を及ぼす。一般に言って、Ｌ／Ｄ比が大きくなると、それだけ信号強度がより大きくなり、応答時間は小さくなる。
【００６７】
本発明の新しいガスセンサ要素の長手方向軸線は、２つの電気接続端子によって画定された横方向の線に対し略垂直であるので、このようなガスセンサ要素の長手方向寸法（すなわち、その長手方向軸線に沿った寸法）は、その電気接続端子の間の横方向距離によって制限されず、したがって、横方向距離を大きくしてＬ／Ｄ比を最大にすることができ、これにより、次に信号強度が高められ、応答時間が低減される。
【００６８】
図示の目的で、図１０は、本発明の好ましい実施態様による細長いガスセンサ要素１１０を示している。細長いガスセンサ要素１１０は、叉骨形状を有し、またフィラメントの下端を互いに分離した状態のままで、２つのガス検知フィラメント１１１と１１２をそれらの上端で共に取り付けることによって形成される。したがって、フィラメント１１１と１１２の分離された下端は、２つの電気接続端子１１０Ａと１１０Ｂを形成し、これによって、高温におけるガス検知のために細長いガスセンサ要素１１０を通して電流を通過させることができる。ガスセンサ要素１１０の長手方向軸線１１０Ｃ（垂直の点線で図示）は、２つの電気接続端子１１０Ａと１１０Ｂによって画定された線（水平の点線で図示）に対し垂直に配向される。
【００６９】
このようにして、細長いガスセンサ要素１１０は、２つの電気接続端子の間の距離によって制限されない長手方向寸法を有する。この結果、信号強度を高めかつガス検知に必要な応答時間を低減するために、このような細長いガスセンサ要素１１０の横方向寸法（すなわち、２つの電気接続端子によって画定された線又は２つの電気接続端子の間の距離に沿った寸法）を大きくする必要なしに、このような細長いガスセンサ要素１１０の長手方向寸法を相当大きくすることができる。
【００７０】
図１１は、本発明の代替実施態様による他の細長いガスセンサ要素１２０を示している。細長いガスセンサ要素１２０は、鍵穴形状を有し、単一のガス検知フィラメントを曲げて、賦形することによって形成される。このような曲げ／賦形されたガス検知フィラメントの２つの端部は、ガスセンサ要素１２０の２つの電気接続端子１２０Ａと１２０Ｂを形成し、したがって、高温におけるガス検知のために、このような電気接続端子１２０Ａと１２０Ｂを介し細長いガスセンサ要素１２０を通して電流を通過させることができる。ガスセンサ要素１２０の長手方向軸線１２０Ｃ（垂直の点線で図示）は、２つの電気接続端子１２０Ａと１２０Ｂによって画定された線（水平の点線で図示）に対し垂直に配向される。
【００７１】
図１２は、開口ヘアピン形状を有し、かつ単一のガス検知フィラメントを曲げることによって形成される他の細長いガスセンサ要素１３０を示している。曲げられたガス検知フィラメントの２つの端部は、ガスセンサ要素１３０の２つの電気接続端子１３０Ａと１３０Ｂを形成し、したがって、高温におけるガス検知のために、このような電気接続端子１３０Ａと１３０Ｂを介し細長いガスセンサ要素１３０を通して電流を通過させることができる。ガスセンサ要素１３０の長手方向軸線１３０Ｃ（垂直の点線で図示）は、２つの電気接続端子１３０Ａと１３０Ｂによって画定された線（水平の点線で図示）に対し垂直に配向される。
【００７２】
図１３は、他の細長いガスセンサ要素１４０を示しており、この要素は、Ｍ字形状を有し、４つのガス検知フィラメント１４１、１４２、１４３、１４４をそれぞれの端部でジグザグ式に取り付けることによって形成される。フィラメントの一方の端部１４１及びフィラメント１４４の一方の端部は、ガスセンサ要素１４０用の２つの電気接続端子１４０Ａと１４０Ｂを形成し、したがって、高温におけるガス検知のために、このような電気接続端子１４０Ａと１４０Ｂを介し細長いガスセンサ要素１４０を通して電流を通過させることができる。ガスセンサ要素１４０の長手方向軸線１４０Ｃ（垂直の点線で図示）は、２つの電気接続端子１４０Ａと１４０Ｂによって画定された線（水平の点線で図示）に対し垂直に配向される。
【００７３】
細長いガスセンサ要素の他の多くの形状及び構造が利用可能であり、かつ本発明の実施のために使用することができるが、図示の目的で、少数の模範的な実施態様のみが図１０〜図１３に示されていることに留意されたい。当業者は、本明細書に提供された開示に従ってかつ過度の実験なしに、図１０〜図１３に示したような細長いガスセンサ要素の形状及び構造を容易に修正することができ、このような任意の修正は本発明の広い範囲内にある。
【００７４】
高いガス感度及び最小の応答遅延を達成するために、本発明の細長いガスセンサ要素のＬ／Ｄ比は、好ましくは３よりも大きく、より好ましくは１０より大きく、最も好ましくは５０よりも大きい。
【００７５】
上述のような細長いガスセンサ要素は、支持構造に装着して、対象ガス種の存在を検出するために流体位置に配置できるガス検知アセンブリを形成することができる。同様にこのようなガス検知アセンブリは、対象ガス種と接触すると、このようなガスセンサ要素の変化を検出するための手段と、このような変化を示す出力信号を応答して発生するための手段とを備えることが可能である。
【００７６】
好ましい実施態様では、支持構造は、耐フッ素フランジ材料、例えば、ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミド又はアルミニウムから形成されたＫＦフランジを備える。ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドは、本発明の様々な実施態様の好ましいポリイミド構成材料であるが、他のポリイミド又は重合体（例えばポリスルホン）の構成材料を代わりに使用してもよいことが理解されるであろう。
【００７７】
このような支持構造は、物理的支持ならびに２つの電気接続端子を介したガスセンサ要素への電気接続を提供し、したがって、支持構造の支持面又は装着面は、ガスセンサ要素の少なくとも２つの電気接続端子を収容できなければならない。支持構造の表面積又はフットプリントを最小にするために、本発明のガスセンサ要素は、その長手方向軸線が支持構造の支持面又は装着面に対し略垂直であるように配置かつ構成される。このようにして、支持構造のフットプリントは、ガスセンサ要素のＬ／Ｄ比に影響を及ぼすか又はそれを含むことなしに低減される。
【００７８】
図１４は、平坦な支持面又は装着面１５４を有する支持構造１５２を備えるガス検知アセンブリ１５０を示している。装着面１５４は、叉骨形状のガスセンサ要素１５１の２つの電気接続端子１５１Ａと１５１Ｂを装着するための２つのプレス嵌めパイント１５３を備える。このようにして、ガスセンサ要素１５１は、支持構造１５２に「垂直」に、すなわち、その長手方向軸線１５１Ｃを支持構造１５２の装着面１５４に対し垂直又は略垂直に配向させて装着される。
【００７９】
ガスセンサ要素の長手方向軸線は、支持構造の装着面に対し略垂直であるので、信号強度を高めかつ応答時間を低減するために、ガスセンサ要素の長手方向寸法を相当大きくすることができるが、装着面の領域を増加する必要はない。したがって、本発明のガス検知アセンブリは、フットプリントを低減しつつ、ガス検知能力の強化を有利に提供する。
【００８０】
さらに、ガスセンサ要素の垂直装着は、その長手方向軸線に沿ったこのようなガスセンサ要素の熱膨張及び収縮を受け入れる柔軟性を提供する。
【００８１】
したがって、本発明は、支持構造に垂直に装着できる上述のような細長いガスセンサ要素を提供することによって、ガス検知分野の相当の進歩を達成する。
【００８２】
フッ素ガス種を検出するために、本発明は、このような細長いガスセンサ要素を形成するために、上述のようなニッケル含有フィラメントのようなフッ素反応の金属フィラメントを使用することが好ましい。フッ素種との金属フィラメントの反応によって引き起こされる金属フィラメントの特性の変化を監視することによって、半導体チャンバ洗浄プロセスによって放出された排出ガス流れのような、特定のガス環境の１つ以上の対象フッ素種の存在及び／又は濃度を決定することができる。
【００８３】
具体的に、このようなニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維の反対側端部を互いに結合せずに分離したままにしつつ、１対のニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維を並べて整列させ、次に、その一方の端部で取り付けて、２つの電気接続端子を有する上述のような叉骨形状のガスセンサ要素を形成することができる。
【００８４】
代わりに、叉骨形状の前駆体構造を形成するように、１対の未被覆のＳｉＣ炭素繊維を整列させ、その一方の端部でそれらを取り付けることによって、このような叉骨形状のガスセンサ要素を形成してもよく、次に、前駆体構造をニッケル又はニッケル合金のようなガス感受性の材料層で被覆することができる。
【００８５】
本発明のガスセンサ要素の信号強度及び応答性を定量的に決定するために、半導体洗浄チャンバからのフッ素種を含有する排出ガスを、垂直に装着された叉骨形状のガスセンサ要素（ＷＩＳＨＢＯＮＥ）を備える第１のガス検知アセンブリと、水平に装着された直線のニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維を含む第２のガス検知アセンブリとに同時に接触させ、その両方が１組のセンサ信号出力を発生した。次に、本発明の垂直に装着された叉骨形状のガスセンサ要素によって、また水平に装着された直線のニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維によって生成された信号出力を、時間の関数として重ね合わせて、相対信号強度及びその応答性を視覚化した。
【００８６】
図１５は、実線で、２つのニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維によって形成された垂直に装着された叉骨形状のガスセンサ要素を備えるガス検知アセンブリによって時間的に発生された信号出力を示している。この場合、水平に装着された直線のニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維を備えるガス検知アセンブリによって時間的に発生された信号出力は、点線で示されている。叉骨形状のガスセンサ要素は、直線のニッケル被覆のＳｉＣ炭素繊維センサによって提供される応答及び信号と比較して、より速い応答及びより強い信号を提供することが明らかである。
【００８７】
本発明のフッ素センサアセンブリは、上述の適切な多数の形態の内の任意の単一のガス検知フィラメント又は単一の細長いガス検知要素、あるいは複数のこのようなガス検知フィラメント及び／又はガス検知要素を含むことが可能であり、この場合、マルチフィラメント及び／又はセンサ要素は、冗長性又はバックアップ検知能力を提供するか、あるいはフッ素センサアセンブリにおいて、マルチフィラメント及び／又はセンサ要素の異なるものが、監視される流れ又はガス体積内の異なる対象ガス種を検知するために配置される。
【００８８】
さらに、アルゴリズム的、例えば減算的に操作されるそれぞれの信号を生成するために、定電流（ＣＣ）モード及び定抵抗（ＣＲ）モードを含むが、それらに限定されない異なるモードで又は相関関係モードで、アレイ内のフィラメント及び／又はセンサ要素を動作させて、監視目的又は制御目的のための１つ又は複数の相関信号を発生するために、正味指示信号を発生するか、あるいは代わりに、付加的に複合指示信号を生成するか、あるいは多数のフィラメント及び／又はセンサ要素が効果的に使用される他の任意の適切な方法で、問題の流れ又は流体体積内の対象ガス種のフローを監視することができる。
【００８９】
多数のガス検知フィラメント及び／又はセンサ要素が設けられる場合、多数のガス検知フィラメント及び／又はセンサ要素の内の異なるものを、監視される流体環境内の異なるガス種を検知するために構成かつ配置してもよく、及び／又はフィラメント及び／又はセンサ要素の異なる温度、及び異なる形状と構造で、同一のガス種を冗長性及び／又は精度等を保証するために使用してもよい。
【００９０】
複数の列のガス検知フィラメント及び／又はガス検知要素の用途に関連して、進歩したデータ処理技術を使用して、センサシステムの出力を高めることができる。このような技術の例は、補償信号の使用、時変信号の使用、ヒータ電流、ロックイン増幅技術、信号平均化、信号時間導関数、及びインピーダンス分光技術を含むが、それらに限定されない。さらに、計量化学の範疇に含まれる進歩した技術も適用可能である。これらの技術は、最小２乗フィッティング、逆最小２乗法、主成分回帰、及び部分最小２乗データ分析法を含む。
【００９１】
したがって、本発明の１つ又は複数のガス検知フィラメント及び／又は１つ又は複数のガス検知要素を、関連技術内の適切な方法で、トランスデューサ、コンピュータモジュール、又は他の信号処理ユニットに結合して、監視される流体環境内の１つ以上の対象ガス種の量の存在又は変化を示す出力を提供することができる。
【００９２】
その開示が参考として本明細書に完全に組み込まれている、フランク・ディメオ・ジュニア（Ｆｒａｎｋ  ＤｉＭｅｏ，Ｊｒ．）及びガウタム・バンダリ（Ｇａｕｔａｍ  Ｂａｈｎｄａｒｉ）の名前で２００１年７月２４日交付された米国特許第６，２６５，２２２号により詳細に記載されているように、本発明の実施に適応可能なタイプのミクロホットプレートの構造を本発明のガスセンサアセンブリに使用し得ることが認識されるであろう。
【００９３】
例示的な実施態様及び特徴を参照して、本発明について本明細書に様々に開示してきたが、上述の実施態様及び特徴は、本発明を限定するようには意図されないこと、及び本明細書の開示に基づき、他の別形態、修正及び他の実施態様が当業者に容易に想起されることが理解されるであろう。したがって、本発明は、以下に規定される特許請求の範囲と一致して、広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
図面の簡単な説明
【図１】本発明の一実施態様による炭化ケイ素コア構造を包み込むモネル被覆構造を備えるガス検知フィラメントの例示的な断面図である。
【図２】本発明の一実施態様による複合コア構造の部分断面図である。
【図３】ニッケル被覆の炭化ケイ素フィラメントを使用するガスセンサアセンブリによって時間的に生成された出力信号を示したグラフであり、残留ガスアナライザ（ＲＧＡ）ユニットによって時間的に生成された出力信号と比較している。
【図４】ニッケルフィラメントを使用するガスセンサアセンブリによって時間的に生成された出力信号を示したグラフであり、残留ガスアナライザ（ＲＧＡ）ユニットによって時間的に生成された出力信号と比較している。
【図５】本発明の一実施態様による電気化学的に薄くされるネック部分を備えるニッケルフィラメントの斜視図である。
【図６】本発明の一実施態様による多孔質ニッケル被覆を備えるガス検知フィラメントの例示的な断面図である。
【図７】本発明の一実施態様による高密度基板に形成された多孔質ニッケル被覆を備えるガス検知フィラメントのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】本発明の一実施態様による開気孔構造を特徴とする多孔質ニッケル被覆を備えるガス検知フィラメントのＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９Ａ】ＫＦフランジの上方に圧入嵌め電気ピンによって吊設された２つのニッケル被覆の炭化ケイ素フィラメントを備えるガス検知アセンブリの図面である。
【図９Ｂ】ＫＦフランジの上方に圧入嵌め電気ピンによって吊設された２つのニッケル被覆の炭化ケイ素フィラメントを備えるガス検知アセンブリの図面である。
【図１０】本発明の一実施態様による２つのガス検知フィラメントによって形成された叉骨形状のガスセンサ要素の図面である。
【図１１】様々な形状及び構造の細長いガスセンサ要素の図面である。
【図１２】様々な形状及び構造の細長いガスセンサ要素の図面である。
【図１３】様々な形状及び構造の細長いガスセンサ要素の図面である。
【図１４】本発明の一実施態様による支持構造に垂直に装着された叉骨形状のガスセンサ要素の図面である。
【図１５】垂直に装着された叉骨形状のガス検知要素（ＷＩＳＨＢＯＮＥ）によって時間的に生成された信号応答のグラフであり、同一の試験条件下で、水平に装着された直線のニッケル被覆ＳｉＣ炭素繊維（ＸＥＮＡ）によって時間的に生成された信号応答と比較している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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