半導体処理システム内のフッ素またはハロゲン種を感知するニッケルコーティング自立炭化ケイ素シリコン構造ならびに、その作製および使用方法
フッ素含有種を含むガス、例えばＨＦ、ＮＦ３等でエッチ洗浄を受ける半導体加工用具の流排出物中内のフッ素含有種を検出する（ＭＥＭＳ）をベースとするによるガスセンサアセンブリ。好適な実施形態におけるこのようなガスセアセンブリは、ガス感知材料層と、その上にコーティングされた好ましくは好適にはニッケルまたはニッケル合金とをであるガス感知材料の層がコーティングされた有する自立炭化シリコンケイ素支持構造を備える有する。このようなガスセンサアセンブリは、構造体層を形成するために後で除去可能な犠牲成形型を用いたマイクロ成形技術により好適に作製される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
これはフランク・ジメオ（Ｆｒａｎｋ Ｄｉｍｅｏ）Ｊｒ．、フィリップ（Ｐｈｉｌｉｐ）Ｓ．Ｈ．チェン（Ｃｈｅｎ）、ジェフリ（Ｊｅｆｆｒｅｙ）Ｗ．ノイナー（Ｎｅｕｎｅｒ）、ジェームズ・ウェルチ（Ｊａｍｅｓ Ｗｅｌｃｈ）、ミケーレ・スタワズ（Ｍｉｃｈｅｌｅ Ｓｔａｗａｓｚ）、トーマス（Ｔｈｏｍａｓ）Ｈ．ボーム（Ｂａｕｍ）、マッケンジー（Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ）Ｅ．キング（Ｋｉｎｇ）、インシン・チェン（Ｉｎｇ−Ｓｈｉｎ Ｃｈｅｎ）およびジェフリ（Ｊｅｆｆｒｅｙ）Ｆ．レーダー（Ｒｏｅｄｅｒ）の名義で「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書の一部継続出願である。
【０００２】
（本発明における政府の権利）
本明細書の発明に関する成果は、「超小型電子機器の製造における閉ループプロセス制御ならびにプラズマエッチングおよび洗浄反応の最適化に対する新規な薄膜化学を用いた一体型ＭＥＭＳ反応ガス検出装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＥＭＳ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｇａｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｎｏｖｅｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」に対するＮＩＳＴ ＡＴＰプログラム、契約番号７０ＮＡＮＢ９Ｈ３０１８の実行においてなされたものである。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
発明の分野
本発明は一般に、半導体プロセス作業におけるフッ素含有化合物およびイオンハロゲン種の監視に有用である、フッ素またはハロゲン種を感知する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
関連技術の説明
半導体デバイスの製造においてケイ素シリコン（Ｓｉ）および二酸化シリコンケイ素（ＳｉＯ２）の堆積ならびにその後のエッチングは、現在８〜１０ステップ工程または全体製造プロセスのおよそ２５％を含む不可欠な作業ステップ工程である。各堆積用具およびエッチング用具は、膜特性を均一に且つ満足なものにするために定期的に場合によっては毎回のように頻繁に洗浄処置を受けなければならない。
【０００５】
現在エッチング作業においては、エッチング終点は所定の時間が経過したときに達する。洗浄エッチングが終了した後にエッチングガスがを反応容器内に流入し続けるオーバーエッチングが一般的であり、これはプロセスサイクルの延長、用具の寿命の減少、大気への不要な地球温暖化ガス放散につながる（アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ），Ｂ．、ベーンケ（Ｂｅｈｎｋｅ），Ｊ．、バーマン（Ｂｅｒｍａｎ），Ｍ．、コベイシ（Ｋｏｂｅｉｓｓｉ），Ｈ．、ハリング（Ｈｕｌｉｎｇ），Ｂ．、ランガン（Ｌａｎｇａｎ），Ｊ．、リン（Ｌｙｎｎ），Ｓ−Ｙ．）、国際半導体（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、１０月（１９９３））。
【０００６】
同様な問題は窒化シリコンケイ素、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）またはシリコンケイ素系低誘電率材料（例えばＣおよび／またはＦドープＳｉＯ２）のエッチングにもある。
【０００７】
ＦＴＩＲ、発光分光、およびイオン化質量分析などの様々な分析技術を用いてエッチングプロセスを監視することができる。しかしこれらの技術は高価になる傾向があり、さらにそれらの複雑さのため専用の操作者を必要とすることが多い。
【０００８】
そのため当該技術において、洗浄およびエッチング時間を減少および最適化し、それにより化学物質の使用量を低減し、機器の動作寿命を延ばし、機器の停止時間を低減することにより、シリコンケイ素、窒化シリコンケイ素および二酸化シリコンケイ素をはじ始めとするシリコンケイ素含有材料の堆積およびエッチングに用いられる機器の処理能力スループットおよび化成効率を改善させるのに役立つ、信頼性が高く低コストのガス感知能力を提供することは大きな前進であろう。
【０００９】
「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書は、金属パッケージングポストまたはＫＦフランジ上のベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックの周囲に織られたフッ素またはハロゲン反応金属フィラメントを用いた固体状態フッ素またはハロゲン種を感知する装置および方法を開示している。このような金属フィラメントをベースにしたによるセンサーを用いたフッ素種の検出は、フッ素含有化合物との反応により生じる金属フィラメントの抵抗変化の監視に依存している。このような金属フィラメントによるセンサーの許容感度および信号対ノイズ比を確保するために、金属フィラメントの寸法および位置は、金属パッケージングポストまたはベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックを利用して、制御され且つ、最適化されており、そのためこのような金属フィラメントの絶対抵抗は終点検出に適当である。
【００１０】
しかし、ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）構造および／または金属パッケージングポストは、金属フィラメントセンサーと共に用いられる場合、センサ素子感知素子の信号強度を低減するヒートシンクを形成する場合がある。さらに金属フィラメントを含む３次元センサパッケージ、金属ポストおよび／またはＫＦフランジ上のベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ブロックの作製は比較的労働集約的である。
【００１１】
そのため、比較的高い電気抵抗、高い信号強度および低熱損失を有するにより特徴付けられる自立抵抗センサ素子感知素子を含む微細加工感知装置を提供することは当該技術において大きな前進であろう。
【００１２】
本発明の他の目的は自動およびスケールアップ生産に適した微細加工感知装置を提供することである。
【００１３】
その他の目的と利点とは後続の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
発明の概要
本発明は、一般に周囲環境や、半導体製造プロセスからのガス状排出物流等などのフッ素種などの存在の影響を受けやすい環境内においてのフッ素種を感知する装置および方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様において本発明は、基板上に作製された自立ガス感知素子を備えるガスセンサアセンブリに関し、そのガス感知素子は対象ガス種と接触したときにまたは対象ガス種の濃度変動にさらされたときに検出可能な変化を示す感知センサ材料を含む自立ガス感知素子と、、ガス感知素子のそのような変化を検出する手段と、出力信号を応答的に生成する手段とを有するガスアセンブリに関する備える。
【００１６】
本発明の他の態様は、半導体製造工場からの流排出物または流排出物から生じる流体を監視するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、その流排出物またはそこから生じる流体は対象ガス種をの影響を受けやすく備えることが可能であるとともに、ガスセンサアセンブリは流排出物または流排出物から生じた流体内の対象ガス種と接触したときに少なくとも１つの特性の変化を示すセンサ材料感知材料を含む備える自立ガス感知素子を有し備え、その自立ガス感知素子は特性の変化を監視するとともに出力信号を応答的に生成する手段に結合されている。
【００１７】
センサ材料感知材料は、対象ガス種に対する測定可能な応答を生成する任意の好適な材料を含むことができる備え得る。好適にはこのようなセンサ材料感知材料は、通例半導体チャンバ洗浄に用いられるＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦおよびその活性種をはじ始めとする、しかしこれらに限定されない、フッ素含有化合物と接触したときに少なくとも１つの特性に検出可能な変化を示す適当な金属または合金を含む備える。遷移金属または貴金属（例えばＮｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、ＡｌおよびＰｔを含むがこれらに限定されない）の多くは、フッ素含有気体化合物と接触すると様々な不揮発性フッ素化化合物を生じやすく、その電気抵抗に検出可能な変化を示し、本発明の実施に有用である。ニッケルまたはニッケル合金は、その高い電気抵抗、低熱容量、低密度、および高い抵抗温度係数によりフッ素またはハロゲンセンサ材料感知材料として特に好適であり、フッ素またはハロゲン種と接触したときの信号強度／応答時間比を最大にする。
【００１８】
本発明のセンサ材料感知材料をは、自立形状で、すなわち、その物理的範囲の構造上ある部分、好適には物理的範囲の少なくとも主要部分において上に構造的に支持されずに提供し得る。
【００１９】
代替的にはまたは、このようなセンサ材料感知材料は、高電気抵抗、低熱質量、および腐食性フッ素含有化合物に対する高い耐性を有するにより特徴付けられる自立支持構造によって支持されている。このような支持構造は、良好な電気的特性、機械的特性、および、過酷な環境においてける高腐食耐性や、および微細加工技術により超小型電子機械（ＭＥＭＳ）構造を形成するのに適した薄膜形状への製造可能性をはじ始めとする、しかしこれらに限定されない、良好な電気的、機械的、および化学的特性を示す炭化シリコンケイ素を用いて作製し得る。このような支持構造は、をエッチ耐性ポリマーを用いても作製し得る。
【００２０】
本発明の好適な実施形態において、ガスセンサアセンブリは、ニッケルまたはニッケル合金層がその上にコーティングされた自立炭化シリコンケイ素支持構造を有し備え、ニッケルまたはニッケル合金コーティング層がはフッ素含有化合物と接触すると、これと反応するとともに接触するとそのして、電気抵抗に検出可能な変化を生じ、さらに炭化シリコンケイ素支持構造がは、低熱質量、高電気抵抗、および高い耐フッ素性により特徴付けられるを有する。
【００２１】
本発明のさらに他の態様は、その中内部の対象ガス種の存在に関して対して流体軌跡を監視する方法に関し、この方法は、
流体軌跡（ｌｏｃｕｓ）における流体を、センサ材料感知材料を含み、備えるとともに対象ガス種と接触すると少なくとも１つの特性に変化を示す自立ガス感知素子に露出するステップ工程と、
ステップ工程（ａ）中にガス感知素子の少なくとも１つの特性を監視するステップ工程と、
ガス感知素子が流体軌跡中内の対象ガス種の存在または流体軌跡中内の対象ガス種の濃度変化を表わすガス感知素子の少なくとも１つの特性の変化を示すときに出力信号を応答的に生成するステップ工程とを含む。
【００２２】
他の態様において本発明はガスセンサアセンブリの製造方法に関し、
基板部材を用意する設けるステップ工程と、
基板部材上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
所定の支持構造を確定する凹部を設けるためにその第２の成形材料層をパターニングするして所定の支持構造を画定する凹部を設けるステップ工程と、
その第１の成形材料層の上方の凹部内に支持材料層を堆積させるステップ工程と、
第２の成形材料層を選択的に除去して第１の成形材料層の上方に突出支持構造を形成するために第２の成形材料層を選択的に除去するステップ工程と、
突出支持構造上にセンサ材料感知材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層をと選択的に除去して突出支持構造を解放しすることにより、これによりセンサ材料感知材料層がその上方にコーティングされた解放支持構造を有する備える自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含む。
【００２３】
本発明はマイクロ成形技術を用いて平滑な垂直側壁と特徴のないフィーチャのない（ｆｅａｔｕｒｅｌｅｓｓ）フィールド領域とを有する平坦化構造層を作製するために有利である。後で液相または気相エッチングまたは他の除去プロセスにより除去可能な犠牲成形材料を堆積およびパターニングして所定の構造を画定する凹部を有する成形型を形成し、そこに構造または支持材料が充填され、その後犠牲成形材料の除去により構造材料で形成された所定の構造を解放する。本発明の実施に適した犠牲成形材料には、Ｏ２の存在下でアッシングにより除去可能なポリマー類、またはフッ素含有プラズマエッチングによりもしくは適当な化学溶液または溶剤溶解媒体により除去可能なＳｉＯ２などの材料があるがこれらに限定されない。
【００２４】
特に上記した第１および第２の成形材料は同じでもまたは異なっていてもよい。第１および第２の成形材料は異なる除去性を有しにより特徴付けられ、そのため異なる条件で除去可能であることが好ましい。構造または支持材料がフッ素含有プラズマに対して耐性がある炭化シリコンケイ素を含み備え、第１の成形材料がフッ素含有プラズマにより除去可能な二酸化シリコンケイ素を含む備えるとともに、第２の成形材料が二酸化シリコンケイ素に深刻有意な作用を及ぼさない水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンおよびピロカテコール（ＥＤＰ）などの様々な化学エッチングにより容易に除去可能なポリシリコンを含む備えることがより好ましい。
【００２５】
そのため本発明の最も好適な実施形態において、支持材料は炭化シリコンケイ素を含み備え、第１の成形材料は酸化シリコンケイ素を含み備え、第２の成形材料はポリシリコンを含み備え、さらにセンサ材料感知材料はニッケルまたはニッケル合金を含む備える。
【００２６】
本発明のさらに他の態様は、素子のを選択的抵抗加熱しとともに、気体環境中内のフッ素またはハロゲン種と接触すると素子の少なくとも１つの特性の変化を示すように配置された自立金属センサ素子感知素子と、感知素子と動作結合されて、監視されるガスが感知素子と接触し、するとともにその監視されるガスがフッ素またはハロゲン種を含有する場合と、監視されるガス中における内のフッ素またはハロゲン種の存在を表す信号を出力する感知素子と動作結合された信号発生器とを含むガスセンサアセンブリに関する。
【００２７】
本発明のさらに他の態様は、フッ素またはハロゲン種の存在またはそのようなフッ素またはハロゲン種の濃度の変動に応答するセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子に関する。解放支持構造が炭化シリコンケイ素を含み備える一方で、センサ材料感知材料がニッケルまたはニッケル合金を含む備えることが好ましい。
【００２８】
他の態様において本発明は、上述したような自立ガス感知素子を含むマイクロホットプレート構造を備え有し、自立ガス感知素子の高精度な温度制御をするガスセンサアセンブリに関する。
【００２９】
本発明の他の態様は、その中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置された自立ガス感知素子を有し備え、自立ガス感知素子が対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を有する備えるガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリがは、自立ガス感知素子を支持する離間直立コンタクトをさらに備える有する。
【００３０】
さらに他の態様において本発明は、基板部材上に形成され、るとともにその中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリは、対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を有し備え、このガスセンサアセンブリはその下にあるの基板部材を保護するための対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備えるバリア層をさらに有する備える。
【００３１】
さらに他の態様において本発明は、基板部材上に形成され、その中るとともに内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリは対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を備え有し、このガスセンサアセンブリはバリア層の上方に形成された離間直立コンタクトを有するコンタクト／バリア素子をさらに備え有し、離間直立コンタクトは自立ガス感知素子を支持するとともに、バリア層は対象ガス種に対して耐性がある材料を含み、その備えて下のにある基板部材を保護する。
【００３２】
さらに他の態様において本発明は、その中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリの製造方法に関し、この方法は
基板部材を用意する設けるステップ工程と、
基板部材上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層をパターニングして所定のバリア構造を画定する少なくとも１つのバリア凹部を形成するステップ工程と、
そのようなバリア凹部内に且つ基板部材に重なって対象ガス種に対して耐性があるバリア材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層およびバリア材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
その第２の成形材料層をパターニングしてバリア材料層上に１つまたは複数の所定の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部を設けるステップ工程と、
そのコンタクト凹部内に且つバリア材料層に重なってコンタクト形成材料層を堆積させるステップ工程と、
第２の成形材料層およびコンタクト形成材料層上に第３の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
その第３の成形材料層をパターニングして、コンタクト形成材料層および第２の成型材料層の両方に重なる所定支持構造を画定する支持凹部を設けるステップ工程と、
その支持凹部内に且つコンタクト形成材料層および第２の成形材料層の両方に重なって支持材料層を堆積させるステップ工程と、
第３の成型材料を選択的に除去して、コンタクト形成材料層および第２の成形材料層の両方に重なる突出支持構造を形成するステップ工程と、
突出支持構造上にセンサ材料感知材料層を堆積させるステップ工程と、
第１および第２の成形材料層を選択的に除去することにより、センサ材料感知材料でコーティングされた解放支持構造と、バリア層の上方に形成された離間直立コンタクトを備える有するコンタクト／バリア素子とを備える有する自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含み、
その自立ガス感知素子がそのようなコンタクト／バリア素子の離間直立コンタクトにより支持されているとともに、コンタクト／バリア素子のバリア層がその下の基板部材を覆うとともに保護する。
【００３３】
本明細書においてで用いるように、用語「フッ素種」は、気体フッ素化合物、原子および二原子（Ｆ２）形状のフッ素自体、フッ素イオン、およびフッ素含有イオン種を含むがこれに限定されないすべてのフッ素含有材料を包含するものと広く解釈されることを意図するものである。フッ素種は、例えばＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３等などの種および、イオン化フラグメント、プラズマ形状等をはじ始めとするその活性化フッ素含有種（集合的にＦ●として示される）を含み得る。
【００３４】
本発明の他の態様と、特徴と実施形態とは、後続の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
発明およびその好ましい実施形態の詳細な説明
「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書、および「微細加工薄膜水素ガスセンサならびにその作製および使用方法（ＭＩＣＲＯ−ＭＡＣＨＩＮＥＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＧＡＳ ＳＥＮＳＯＲ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＡＮＤ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）」に対して２００１年７月２４日に発行された米国特許第６，２６５，２２２号明細書の内容全体を本明細書に参照により援用する。
【００３６】
半導体プロセス制御における用途を特に参照して以下に本発明をより十分に説明するが、本発明の有用性はそのように限定されるものではなく、生命安全システム、室内または周囲環境監視動作、ならびに産業および消費者市場ガス感知用途における配備をはじ始めとする多様な他の使途および用途にまで及ぶものであるが、これらに限定されないということは理解されよう。
【００３７】
本発明はその一態様において、半導体チャンバ洗浄プロセスの終点を決定するための超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）をベースとするによるガス感知能力を提供する。
【００３８】
従来のＭＥＭＳ設計（他の、より良好な穏やかなガス環境用の）従来のＭＥＭＳ設計では、シリコンケイ素ベースのデバイス構造体上への感知金属層の堆積、およびそれに引き続くその後そのデバイスのチップキャリアへのボンディングおよびパッケージングを必要とする。この現在の作製手法は、相当する複合製品センサ組み付けを含む多複数工程プロセスを伴い、これに対応する複数の構成要素からなるプロダクトセンサーの組み立てを含み、組み立て付け中に各構成要素は高フッ素化ガスによる化学攻撃を受ける。好適な封入構造を開発することにより、それぞれの構成要素の各々を保護することは可能かもしれないがであり得るが、そのような方法は製品プロダクトガスセンサーデバイスにさらに作製複雑度、製造時間およびコストを追加する。
【００３９】
本発明は、容易且つ安価に作製されるとともに、そのようなプロセスの過酷な化学的環境下で効率的で持続性があり信頼性の高い方法で半導体チャンバ洗浄プロセスにおけるフッ素化ガスのを監視するのにを容易に実施できるされる、ＭＥＭＳをベースとしたによるセンサーデバイスの使用を可能にすることような方法でこれらの問題障害を克服する。
【００４０】
以下により十分に説明するように本発明のフッ素化ガスセンサデバイスは、当該技術の突破口として認識される多数の有用な特徴を有する。１つのこのような特徴は、抵抗によるガス感知に特に適した高電気抵抗、低熱質量、低密度、および高い抵抗温度係数を有するにより特徴付けられるニッケルまたはニッケル合金などの高性能フッ素反応金属感知素子のをデバイスにでの使用することである。第２の特徴は、ガス感知動作に、のための感知材料及びとして、および熱源（例えば、抵抗、導電、又はその他の加熱による）、例えば感知温度を周囲条件とは異ならせることやまたは流出物が監視すべき対象ガス種を含む半導体チャンバの温度を一致させることが望ましい場合などに、熱源（例えば抵抗式、伝導式、または他の加熱による）としての金属素子をの使用することに関する。そのような第３の特徴は、金属感知素子に付随する関連するヒートシンクの形成を排除しするため、これによりそこからの熱損失を最低限に抑える、自立炭化シリコンケイ素支持構造を形成するためにのＳｉＯ２／ポリシリコン犠牲材料と共に炭化シリコンケイ素（ＳｉＣ）を使用することに関する。第４の特徴は、本発明のガス感知デバイスの自動化およびスケールアップ生産を可能にするとともに高精度の製品品質制御をに高精度を提供する、平坦化構造層を作製するためのマイクロ成形技術の使用に関する。以上に説明したこのような特徴は互いに独立しているとともに別々にまたは一緒に実施することができる。基板および／または支持材料は代替的にはエッチ耐性高分子材料から作製し得る。
【００４１】
本発明のフッ素またはハロゲン種センサデバイスは、以下に説明する多数の好適な形状のうちのいずれかの形状を有する１つのにおいても単一の感知素子を含むことができるみ得る。
【００４２】
または、代替的にはフッ素またはハロゲン種センサデバイスは、複数の以下のような感知素子を備え得る。有することができ、これらにおいて、多複数の素子がは余分の冗長性またはバックアップのための感知能力を提供しする。、または複多数の感知素子のうちの異なるものが、監視される流れまたはガス量容積（ｖｏｌｕｍｅ）中内の異なるフッ素またはハロゲン種の感知のために配置されている。、またはアレイの感知素子のうちの異なるものが、正味表示信号を生成したり、代替的、追加的に複合表示信号を生成するためにアルゴリズム的、例えば減算的、に操作される信号の生成のために異なるモードで、またはアルゴリズム的に例えば減算的に操作されて正味表示信号を生成するかまたは代替的、追加的には複合表示信号を生成するそれぞれの信号の生成用などのまたは、相互関係モードで操作され、もしくは多複数のセンサ素子感知素子が監視又は制御用の対応信号を生成するために対象の流れまたは流体容積中量内の種の流動を効果的に監視できるして監視または制御用の相関信号を生成するように効果的に用いられる任意の他の任意の好適な方法で動作される。
【００４３】
周知のようにフッ素は殆どの金属と反応するとともに、高酸化高度、時には混合酸化状態を有する化合物を生じる（監修Ｐ．ハーゲンミュラー（Ｈａｇｅｎｍｕｌｌｅｒ）、無機固体フッ化物、化学物理（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｉｄ Ｆｌｕｏｒｉｄｅｓ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ．）、アカデミック出版（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、１９８５年）。遷移金属および貴金属の多く（例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ａｌ、ＣｕおよびＰｔを含むがこれに限定されない）は、フッ素ガス成分と接触して様々な非不揮発性フッ素化化合物を容易に形成する。本発明のガス感知デバイスおよび方法は、これらの金属の自立形状体を用いて監視されるガス中内のフッ素化種の存在を検出する。
【００４４】
本発明の所与の最終用途のためのに対する構成の特定の感知材料の選択は、構成の候補となるガス感知素子材料のフッ素またはハロゲン種含有環境への露出、および、そのような露出における候補材料の適正、例えばそのような露出における候補材料の腐食耐性またはエッチ耐性、の判定を含む簡単な実験によって容易に決定され得る。
【００４５】
ニッケルまたはニッケル合金（モネル（Ｍｏｎｅｌ）など）は、その高フッ素耐性、高電気抵抗、低熱質量、低密度、および高い抵抗温度係数により、フッ素またはハロゲン感知材料として特に好適である。抵抗によるガス感知動作における信号強度／応答時間比は、センサ材料感知材料の材料特性により大幅に影響を受けるがとともに、ニッケルまたはニッケル合金によるセンサ素子感知素子は、センサ形状／寸法および与えられる機器因子係数が同じである場合、金属センサ素子感知素子のうちで最大信号強度／応答時間比を提供することが分かっている。
【００４６】
対象のフッ素またはハロゲン種の検出は、任意の好適な方法で、例えばフッ素含有種と反応する際の自立金属材料の抵抗変化により達成し得る。
【００４７】
本発明のフッ素検出器内の金属感知素子は、いかなる適当な形状にしてもよくを多数の好適な形状のいずれでも設け得るとともに、粗面または人工誘導ナノ細孔性などの適した形態を有し得る。構造体の形状を変更することにより金属素子の抵抗および挙動を設計することができる。例えば、浮遊領域上方の膜の幅、長さおよび厚さを適正に選択することにより、浮遊金属薄膜の形状を設計することができる。浮遊金属フィラメントは、をその作成後に、様々な方法のいずれかで、例えば機械的に、化学的に、電気化学的に、光学的にまたは熱的な様々な方法でに細くして、絶対抵抗を増加させするとともに金属の表面積対質量比を増大させ、これによりることにより感度を増加させたり、るまたは信号対ノイズ比を向上させることができる。さらに材料の物理的特性を設計することができる。例えば、組成は、合金にしたり、するまたはドープすることにより、のいずれかにより組成を変更することができるとともに、微細構造は、例えば、粒度、結晶度レベル、多孔性（例えばナノ細孔性）、表面積対質量比等をの変えること化により微細構造を変更することができる。
【００４８】
したがって、そのため金属感知素子をは、当該技術内で且つ必要以上の実験なしに多様に構成し得るとともに、その形状、構造、物理的特性、化学的特性および形態的特徴に対して望ましく変更し得ることは明らかであろう。
【００４９】
金属感知素子とのフッ素化合成物の反応は、感温性温度感知であってもよく、電流を通すことにより金属の加熱を達成することができる。このようにガス感知動作において同時に加熱機構構造として金属感知素子を利用できる用い得る。
【００５０】
本発明のガスセンサの感度および信号対ノイズ比を向上させるために、フッ素またはハロゲン感知金属薄膜を高電気抵抗および低熱質量を有するにより特徴付けられる自立炭化シリコンケイ素支持構造上に堆積する。このようなＳｉＣ支持構造の高電気抵抗はセンサの感度および信号強度をさらに向上させ、ＳｉＣの低熱質量は支持構造からの潜在的な熱損失を最低限に抑え、さらにそれ自体が自立しているそのようなＳｉＣ支持構造は金属感知フィルムを基板から効率的に絶縁するとともに信号対ノイズ比を向上させる。
【００５１】
そのような自立炭化シリコンケイ素支持構造はを、（１）基板上に、内部に所定の支持構造を画定する凹部を内部に有する犠牲成形型を設け、（２）ＳｉＣ膜をそのような犠牲成形型の凹部内に堆積し、（３）その犠牲成形型を選択的に除去してそのようなもとは犠牲成形型に当初から占有されていた空隙または空間によって基板から離間した自立ＳｉＣ支持構造を形成することにより作製し得る。
【００５２】
犠牲成形型は、犠牲材料層を堆積し、その後そのような層をパターニングして所定の支持構造を画定する必要な凹部を形成することにより形成され得る。支持構造と共に選択的に除去可能な任意の適当な材料を本発明の実施用の犠牲材料として用い得る。例えば二酸化シリコンケイ素はフッ素含有化合物に対して耐性がある炭化シリコンケイ素支持構造と共に用いて、ＨＦなどのフッ素含有化合物により選択的に除去可能である。
【００５３】
支持構造の形成後、フッ素またはハロゲン感知材料層、好適にはフッ素もしくはハロゲン反応金属または合金をそのような支持構造上にコーティングして、フッ素またはハロゲン種の存在に応答する自立ガス感知アセンブリを形成し得る。
【００５４】
そのような自立ガス感知アセンブリを、好適にはその周囲周辺においてのみ支持するように１つまたは複数の離間直立コンタクトを設け得る。そのような離間直立コンタクトは高電気抵抗、低熱質量、および腐食性フッ素含有化合物に対して高い耐性の材料を含む備えることがより好ましい。炭化シリコンケイ素はそのようなコンタクトを形成するのに特に好適である。
【００５５】
自立ガス感知アセンブリを腐食性フッ素含有化合物による攻撃に弱い基板（シリコン基板など）上方に形成する場合、そのような化合物に対して耐性があるバリア層を好適に設けて基板を覆うとともに保護することが好ましい。このようなバリア層は、ポリイミドおよび炭化シリコンケイ素をはじ始めとする任意のフッ素またはハロゲン耐性材料を含み備え、中でも炭化シリコンケイ素が好ましいがこれらに限定されない。
【００５６】
本発明の好適な一実施形態は自立ガス感知素子と、１つまたは複数の離間直立コンタクトと、バリア層とを備える有するガスセンサアセンブリに関するが、離間コンタクトはバリア層上に作製されて自立ガス感知素子を支持するとともに下の基板部材を覆って保護する一体型コンタクト／バリア素子を形成している。
【００５７】
ここで本発明の一実施形態による上述したような自立ガス感知素子とコンタクト／バリア素子とを備える有するガス感知アセンブリの製造におけるプロセスフローを示す概略図である図１〜１０Ａを参照する。
【００５８】
図１に示すように基板部材１０を設け、その上に第１の犠牲成形材料（好適には二酸化シリコンケイ素）層１２を堆積およびパターニングして内部にバリア凹部を形成する。バリア材料（好適には炭化シリコンケイ素）層１４を基板部材１０上および第１の犠牲成形材料層１２上のそのようなバリア凹部に堆積し、その後平坦化して図２に示すように第１の犠牲成形材料１２を露出させる。
【００５９】
平坦化ステップ工程は構造層の平坦度を向上させるとともに、引き続いてその後形成される構造層の形状の良好な制御を達成するのを助ける。平坦化ステップ工程は任意随意であり、バリア材料が良好な自己平坦化セルフレベリング挙動を示す例では省略し得るとともに、そのバリア材料をバリア凹部内に塗布することにより、そのような凹部を取り囲む第１の犠牲成形材料の隣接面と近いレベルにすることが可能である。
【００６０】
図２Ａは図２の構造の図示の例示的平面図を示し、ここからバリア材料１４が内部に充填された方形状バリア凹部を有する第１の犠牲成形材料１２が視認可能である。バリア凹部の形状および構成は特定の最終用途およびシステム要件に従って当業者により容易に変更可能であるため、本明細書に提示された例示的な例により限定されないことに留意されたい。
【００６１】
第２の犠牲成形材料（好適には二酸化シリコンケイ素）層１６を平坦化バリア材料１４および第１の犠牲成形材料１２上にさらに堆積し、パターニングして図３に示すように平坦化バリア材料１４の上方に位置する１つまたは複数の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部１５を提供する。
【００６２】
その後コンタクト形成材料（好適には炭化シリコンケイ素）１８をそのようなコンタクト凹部内に堆積して平坦化し、図４〜５に示すように第２の犠牲成形材料１６を露出させる。図５Ａは図５の構造の平面図を提示し、ここから第２の犠牲成形材料１６が視認可能である。４つの離間方形コンタクト凹部を第２の犠牲成形材料１６内に形成してコンタクト形成材料１８内を充填する。
【００６３】
図６は所定の支持構造を画定する構造凹部１９を含む第３の犠牲成形材料（好適にはポリシリコン）層２０の堆積およびパターニングを示す。特にこのような構造凹部１９はコンタクト形成材料１８および第２の犠牲成形材料１６の両方の上方に位置するとともに、そのためそのように画定された支持構造は離間コンタクトおよび第２の犠牲成形材料１６にまたがる。
【００６４】
図７〜８はこのような構造凹部内の支持材料（好適には炭化シリコンケイ素）層２２の堆積と、およびその後の第３の犠牲成形材料２０を露出させるためのその平坦化を示す。
【００６５】
図８Ａは、第３の犠牲成形材料２０内の構造凹部内に形成された支持構造２２を備え有し、そのような支持構造２２が４つの離間コンタクト（図８Ａには見えない）および第２の犠牲成形材料１６（図８Ａには見えない）にまたがる図８の構造の平面図を示す。
【００６６】
図９では第３の犠牲成形材料２０が選択的に除去されることにより、支持材料２２で形成された突出支持構造を形成するとともに第２の犠牲成形材料１６を露出させ、さらにフッ素反応金属または合金（好適にはニッケルを含む）層２４をそのような突出支持構造の上方に堆積させる。図９Ａは図９の構造の平面図を示し、ここから第２の犠牲成形材料１６およびフッ素反応金属または合金２４が視認可能である。
【００６７】
最後に第１および第２の犠牲成形材料１２および１６を選択的に除去して、支持構造２２とその上のフッ素反応金属層２４とを備える有する自立ガス感知素子、および離間コンタクト１８とバリア層１４とを備える有するコンタクト／バリア素子を形成する。自立ガス感知素子はその周囲周辺で離間コンタクト１８によって支持されている一方で、そのようなガス感知素子の中心主要部分は浮遊し且つ絶縁されている。バリア層１４はその上のコンタクト１８を支持するとともにその下にある基板部材１０を腐食性のフッ素含有化合物による潜在的攻撃から保護する。
【００６８】
図１０Ａは図１０の構造の平面図を示し、自立ガス感知素子の金属層２４およびコンタクト／バリア素子のバリア層１４のみが視認可能である。
【００６９】
図１１は本発明の一実施形態によるガスセンサアセンブリの斜視図であり、その上にニッケルコーティング３８を有する炭化シリコンケイ素層３６を含む自立ガス感知素子３５を備える有する。このようなガス感知素子３５はその周囲で離間直立コンタクト３４により支持されている。バリア層３２は離間コンタクト３４へのに支持を提供するとともに、その下にある基板３０をガス感知動作中に腐食性対象ガス種により加えられる過酷な化学状態から保護する。
【００７０】
ガス感知素子３５はバリア層３２およびその下の基板３０の上方に浮遊するとともに、その周囲だけが非常に限られた領域で周囲でのみ離間コンタクト３４に接する。そのためガス感知素子３５の主要表面領域（好適には８０％を超える、より好適には９５％を超える表面領域）は空隙により基板３０から浮遊するとともに絶縁される。さらに離間コンタクト３４を高電気抵抗および低熱質量を示すにより特徴付けられる材料（例えば炭化シリコンケイ素）で形成することにより、ガス感知素子３５からの潜在的熱損失を最低限に抑えることができる。さらに本発明のガスアセンブリは、を炭化シリコンケイ素などの耐フッ素性材料で形成するため、特に頑健であるとともにフッ素含有化合物の存在の影響を受けやすい気体環境での信頼性が高い。
【００７１】
本発明のガスセンサアセンブリ内の自立ガス感知素子は、高い表面対容積（Ｓ／Ｖ）特性を有することが好ましく、これにより、高い表面対質量（Ｓ／Ｖ）特性を有して迅速な応答を容易にするとともに、同一センサ材料感知材料の低Ｓ／Ｖ構造で生じるガス表示バルク特性の実質的に大幅に小さい変化に対すると比較して、迅速な応答を促進し、応答を増幅するため好ましい。
【００７２】
したがって、このように自立ガス感知素子の限界寸法、すなわち箔または膜の厚さ寸法、またはフィラメント、棒、または柱などの形状の直径等は、応答速度と作製容易性点のバランスとして５００ミクロン（μｍ）未満であることが望ましく、１５０μｍ未満であることが好ましく、２５μｍ未満であることがより好ましく、１０μｍ未満であることがさらに好ましく、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲であることが最も好ましい。
【００７３】
箔および膜は例えば約０．１μｍ〜約５０μｍの範囲の薄い厚さを有することに加えて、また応答性の理由により箔または膜の厚さ方向に直交する平面において小さい寸法特徴を有することが望ましい。このような平面（ｘ−ｙ平面、ここでｚ軸は厚さ方向である）における横寸法は、製造複雑性および応答性のバランスとして、約１０ｃｍ未満であることが有利であり、約１ｍｍ未満であることが好ましく、約１００μｍ未満であることがより好ましい、例えば約２０μｍ〜約５ｍｍの範囲の長さ（ｘ方向）および幅（ｙ方向）を含む。一般に、感知ワイヤの適当な寸法は、意図する用途に対して相当する適当な信号対ノイズ比を提供するようにセンサワイヤの適当な寸法を容易に決定できる。
【００７４】
以上の説明の内容において、自立ガス感知素子を、上記した典型的なミリメートル／マイクロメートルスケール素子よりコストがかかるガスセンサ製品としてではあるが、ナノスケール素子としても作製できることは理解できよう。
【００７５】
複数多数の金属感知素子構造がを設ける例においては、複多数の金属構造のうちの異なるものを、監視する流体環境中内の異なるフッ素化種を、および／または異なる温度で同一フッ素化種を、感知するように構成且つ配置し得るとともに、感知素子の異なる形状および構成のものを予備冗長性および／または精度の確保のために採用し得る。代替的にはまたは追加的には、複数多数の感知素子の異なるものを異なる動作モードで、例えば抵抗、導電、パルス、ＤＣモード、ＡＣモード等で動作し得る。
【００７６】
ガス感知素子のアレイの使用と共に、高度データ処理技術を用いてセンサシステムの出力を向上させることができる。このような技術の例には、補償信号の利用、時変信号の利用、ヒータ電流、ロックイン増幅技術、信号平均、信号時間微分、およびインピーダンス分光技術があるがこれらに限定されない。加えて計量化学分野に属する高度技術も適用し得る。これらの技術には最小二自乗フィッティング、逆最小二自乗、原理成分回帰、および部分最小二自乗データ分析方法がある。
【００７７】
例えば、ＳｉＦ４などのフッ素化合物および／または他のフッ素またはハロゲン種とにより接触すされると、金属感知素子（電気回路の構成要素として）の両端の電圧は降下し、対象フッ素またはハロゲン種との接触から生じる金属感知素子の抵抗の増加を示し得る。このような電圧降下を用いてプロセス制御目的の信号を生成することができる。この電圧降下を用いて自動制御バルブを作動させる信号を生成し、半導体プロセスシステム内のプロセスの流れのフロー開始、フロー停止、またはフロー切替を行うことができる。あるいは、代替的には制御信号を用いてサイクルタイマーを作動させ、プロセス動作の新たなステップ工程を開始し、または公害防止除害プロセスチャンバ内の洗浄スクラバー樹脂の切替などのメンテナンス事象が必要であるまたは望ましいという信号を送り得る。
【００７８】
金属感知素子の特性の変化を様々な多様な方法でのいずれにおいても利用して、当該技術内で且つ必要以上の実験なしに対象ガス（例えばフッ素またはハロゲン）種の感知に対してプロセスの制御を行うことが可能であることは理解されよう。
【００７９】
更なる例として、本発明のセンサアセンブリをフッ素またはハロゲン種ガス（ペルフルオロ種、例えば化学気相蒸着操作用のペルフルオロ化有機金属前駆体など）の供給源を含むガスキャビネットと共に用い得るとともに、ガスセンサアセンブリを用いて供給容器からの、もしくはガスキャビネット内のフロー回路内の漏れの存在を判定し得る。その後フッ素またはハロゲン種の感知を利用してバルクパージガス源を作動し、ガスキャビネットの内部容積質量を一掃してフッ素またはハロゲン種の濃度が有毒もしくは危険レベルに達するのを防止し得る。
【００８０】
またセンサアセンブリをフッ素またはハロゲン種の進入または生成に影響を受けやすい周囲環境用監視ユニット内でも用いてもよく、または代替的にはセンサアセンブリは危険物質除去隊員、化学コンビナートでの消防士、ＨＦガラスエッチング作業における作業員等用の警報器および／または内蔵緊急呼吸ガス源を作動するように配置された着用可能ガス監視ユニットの構成部品であってもよい。
【００８１】
本発明のガスセンサアセンブリは、フッ素またはハロゲン種を用いて酸化シリコンケイ素、窒化シリコンケイ素、酸化タンタル、炭素ドープ酸化シリコンケイ素などの低誘電率（ｋ＜３．９）シリコンケイ素含有膜等を除去する、チャンバ洗浄などの半導体製造作業をはじ始めとするこのような種を発生させる様々な工業産業プロセス作業におけるフッ素またはハロゲン種の監視に容易に適用可能である。
【００８２】
本発明のガス感知アセンブリに対して様々な設計が可能であるとともに、アセンブリにより監視される流体環境内における１つまたは複数の対象ガス種の監視に関する対する複数の信号の生成および出力については、一連の異なる寸法のデバイスを有利に用いてガスセンサアセンブリの効率を最大化し得る。
【００８３】
本発明のガス感知アセンブリのマイクロホットプレート実施形態を、対象ガス種検出の所与の最終用途における当業者が決定できる範囲で対する当該技術内で決定可能であるように、採用する採用する成分感知フィルムおよび反応／吸着化学薬品点反応に関して、多様に変形し得ることは理解されよう。本発明の実施に適合するタイプのマイクロホットプレート検出器を、フランク・ジメオ（Ｆｒａｎｋ ＤｉＭｅｏ）Ｊｒ．およびゴータム・バーンダリ（Ｇａｕｔａｍ Ｂａｈｎｄａｒｉ）の名義で２００１年７月２４日に発行された米国特許第６，２６５，２２２号明細書により十分に記載されているように作製し得るが、その開示全体を本明細書に参照により援用する。
【００８４】
本発明を例示的実施形態および特徴を参照して本明細書に様々に説明してきたが、上記に記載の実施形態および特徴は本発明を限定することを意図するものではないとともに、他の変形、変更および他の実施形態は当業者には本明細書の開示に基づいて容易に想到するものであることは理解できよう。そのため本発明は冒頭に記載の特許請求の範囲に合わせて広く解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１の犠牲成形型層とその上に堆積したバリア材料層とを有するシリコン基板の断面図を例示的に図示する。
【図２】バリア材料層が平坦化されて第１の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図１の構造の断面図を例示的に図示する。
【図２Ａ】図２の構造の平面図を示す。
【図３】その上に形成された第２の犠牲成形型層をさらに有する、図２の構造の断面図を例示的に図示する。
【図４】その上に堆積したコンタクト形成材料層をさらに有する、図３の構造の断面図を例示的に図示する。
【図５】コンタクト形成材料層が平坦化されて第２の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図４の構造の断面図を例示的に図示する。
【図５Ａ】図５の構造の平面図を示す。
【図６】その上に形成された第３の犠牲成形型層をさらに有する、図５の構造の断面図を例示的に図示する。
【図７】その上に堆積した支持材料層をさらに有する、図６の構造の断面図を例示的に図示する。
【図８】支持材料層が平坦化されて第３の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図７の構造の断面図を例示的に図示する。
【図８Ａ】図８の構造の平面図を示す。
【図９】第３の犠牲成形型層が選択的に除去されるとともにその上にセンサ材料感知材料層が堆積した以外は図８の構造の断面図を例示的に図示する。
【図９Ａ】図９の構造の平面図を示す。
【図１０】第１および第２の犠牲成形層が選択的に除去されて、本発明の一実施形態による自立ガス感知素子とコンタクト／バリア素子とを形成する以外は図９の構造の断面図を例示的に図示する。
【図１０Ａ】図１０の構造の平面図を示す。
【図１１】本発明の一実施形態による、コンタクト／バリア素子により支持された自立ガス感知素子を備える有する例示的ガスセンサアセンブリの斜視図である。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
これはフランク・ジメオ（Ｆｒａｎｋ Ｄｉｍｅｏ）Ｊｒ．、フィリップ（Ｐｈｉｌｉｐ）Ｓ．Ｈ．チェン（Ｃｈｅｎ）、ジェフリ（Ｊｅｆｆｒｅｙ）Ｗ．ノイナー（Ｎｅｕｎｅｒ）、ジェームズ・ウェルチ（Ｊａｍｅｓ Ｗｅｌｃｈ）、ミケーレ・スタワズ（Ｍｉｃｈｅｌｅ Ｓｔａｗａｓｚ）、トーマス（Ｔｈｏｍａｓ）Ｈ．ボーム（Ｂａｕｍ）、マッケンジー（Ｍａｃｋｅｎｚｉｅ）Ｅ．キング（Ｋｉｎｇ）、インシン・チェン（Ｉｎｇ−Ｓｈｉｎ Ｃｈｅｎ）およびジェフリ（Ｊｅｆｆｒｅｙ）Ｆ．レーダー（Ｒｏｅｄｅｒ）の名義で「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書の一部継続出願である。
【０００２】
（本発明における政府の権利）
本明細書の発明に関する成果は、「超小型電子機器の製造における閉ループプロセス制御ならびにプラズマエッチングおよび洗浄反応の最適化に対する新規な薄膜化学を用いた一体型ＭＥＭＳ反応ガス検出装置（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＭＥＭＳ Ｒｅａｃｔｏｒ Ｇａｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ Ｕｓｉｎｇ Ｎｏｖｅｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｌｏｓｅｄ Ｌｏｏｐ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｌａｓｍａ Ｅｔｃｈ ａｎｄ Ｃｌｅａｎ Ｒｅａｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）」に対するＮＩＳＴ ＡＴＰプログラム、契約番号７０ＮＡＮＢ９Ｈ３０１８の実行においてなされたものである。政府は本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
発明の分野
本発明は一般に、半導体プロセス作業におけるフッ素含有化合物およびイオンハロゲン種の監視に有用である、フッ素またはハロゲン種を感知する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
関連技術の説明
半導体デバイスの製造においてケイ素シリコン（Ｓｉ）および二酸化シリコンケイ素（ＳｉＯ２）の堆積ならびにその後のエッチングは、現在８〜１０ステップ工程または全体製造プロセスのおよそ２５％を含む不可欠な作業ステップ工程である。各堆積用具およびエッチング用具は、膜特性を均一に且つ満足なものにするために定期的に場合によっては毎回のように頻繁に洗浄処置を受けなければならない。
【０００５】
現在エッチング作業においては、エッチング終点は所定の時間が経過したときに達する。洗浄エッチングが終了した後にエッチングガスがを反応容器内に流入し続けるオーバーエッチングが一般的であり、これはプロセスサイクルの延長、用具の寿命の減少、大気への不要な地球温暖化ガス放散につながる（アンダーソン（Ａｎｄｅｒｓｏｎ），Ｂ．、ベーンケ（Ｂｅｈｎｋｅ），Ｊ．、バーマン（Ｂｅｒｍａｎ），Ｍ．、コベイシ（Ｋｏｂｅｉｓｓｉ），Ｈ．、ハリング（Ｈｕｌｉｎｇ），Ｂ．、ランガン（Ｌａｎｇａｎ），Ｊ．、リン（Ｌｙｎｎ），Ｓ−Ｙ．）、国際半導体（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ）、１０月（１９９３））。
【０００６】
同様な問題は窒化シリコンケイ素、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）またはシリコンケイ素系低誘電率材料（例えばＣおよび／またはＦドープＳｉＯ２）のエッチングにもある。
【０００７】
ＦＴＩＲ、発光分光、およびイオン化質量分析などの様々な分析技術を用いてエッチングプロセスを監視することができる。しかしこれらの技術は高価になる傾向があり、さらにそれらの複雑さのため専用の操作者を必要とすることが多い。
【０００８】
そのため当該技術において、洗浄およびエッチング時間を減少および最適化し、それにより化学物質の使用量を低減し、機器の動作寿命を延ばし、機器の停止時間を低減することにより、シリコンケイ素、窒化シリコンケイ素および二酸化シリコンケイ素をはじ始めとするシリコンケイ素含有材料の堆積およびエッチングに用いられる機器の処理能力スループットおよび化成効率を改善させるのに役立つ、信頼性が高く低コストのガス感知能力を提供することは大きな前進であろう。
【０００９】
「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書は、金属パッケージングポストまたはＫＦフランジ上のベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックの周囲に織られたフッ素またはハロゲン反応金属フィラメントを用いた固体状態フッ素またはハロゲン種を感知する装置および方法を開示している。このような金属フィラメントをベースにしたによるセンサーを用いたフッ素種の検出は、フッ素含有化合物との反応により生じる金属フィラメントの抵抗変化の監視に依存している。このような金属フィラメントによるセンサーの許容感度および信号対ノイズ比を確保するために、金属フィラメントの寸法および位置は、金属パッケージングポストまたはベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ポリイミドブロックを利用して、制御され且つ、最適化されており、そのためこのような金属フィラメントの絶対抵抗は終点検出に適当である。
【００１０】
しかし、ベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）構造および／または金属パッケージングポストは、金属フィラメントセンサーと共に用いられる場合、センサ素子感知素子の信号強度を低減するヒートシンクを形成する場合がある。さらに金属フィラメントを含む３次元センサパッケージ、金属ポストおよび／またはＫＦフランジ上のベスペル（Ｖｅｓｐｅｌ）（登録商標）ブロックの作製は比較的労働集約的である。
【００１１】
そのため、比較的高い電気抵抗、高い信号強度および低熱損失を有するにより特徴付けられる自立抵抗センサ素子感知素子を含む微細加工感知装置を提供することは当該技術において大きな前進であろう。
【００１２】
本発明の他の目的は自動およびスケールアップ生産に適した微細加工感知装置を提供することである。
【００１３】
その他の目的と利点とは後続の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
発明の概要
本発明は、一般に周囲環境や、半導体製造プロセスからのガス状排出物流等などのフッ素種などの存在の影響を受けやすい環境内においてのフッ素種を感知する装置および方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様において本発明は、基板上に作製された自立ガス感知素子を備えるガスセンサアセンブリに関し、そのガス感知素子は対象ガス種と接触したときにまたは対象ガス種の濃度変動にさらされたときに検出可能な変化を示す感知センサ材料を含む自立ガス感知素子と、、ガス感知素子のそのような変化を検出する手段と、出力信号を応答的に生成する手段とを有するガスアセンブリに関する備える。
【００１６】
本発明の他の態様は、半導体製造工場からの流排出物または流排出物から生じる流体を監視するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、その流排出物またはそこから生じる流体は対象ガス種をの影響を受けやすく備えることが可能であるとともに、ガスセンサアセンブリは流排出物または流排出物から生じた流体内の対象ガス種と接触したときに少なくとも１つの特性の変化を示すセンサ材料感知材料を含む備える自立ガス感知素子を有し備え、その自立ガス感知素子は特性の変化を監視するとともに出力信号を応答的に生成する手段に結合されている。
【００１７】
センサ材料感知材料は、対象ガス種に対する測定可能な応答を生成する任意の好適な材料を含むことができる備え得る。好適にはこのようなセンサ材料感知材料は、通例半導体チャンバ洗浄に用いられるＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦおよびその活性種をはじ始めとする、しかしこれらに限定されない、フッ素含有化合物と接触したときに少なくとも１つの特性に検出可能な変化を示す適当な金属または合金を含む備える。遷移金属または貴金属（例えばＮｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、ＡｌおよびＰｔを含むがこれらに限定されない）の多くは、フッ素含有気体化合物と接触すると様々な不揮発性フッ素化化合物を生じやすく、その電気抵抗に検出可能な変化を示し、本発明の実施に有用である。ニッケルまたはニッケル合金は、その高い電気抵抗、低熱容量、低密度、および高い抵抗温度係数によりフッ素またはハロゲンセンサ材料感知材料として特に好適であり、フッ素またはハロゲン種と接触したときの信号強度／応答時間比を最大にする。
【００１８】
本発明のセンサ材料感知材料をは、自立形状で、すなわち、その物理的範囲の構造上ある部分、好適には物理的範囲の少なくとも主要部分において上に構造的に支持されずに提供し得る。
【００１９】
代替的にはまたは、このようなセンサ材料感知材料は、高電気抵抗、低熱質量、および腐食性フッ素含有化合物に対する高い耐性を有するにより特徴付けられる自立支持構造によって支持されている。このような支持構造は、良好な電気的特性、機械的特性、および、過酷な環境においてける高腐食耐性や、および微細加工技術により超小型電子機械（ＭＥＭＳ）構造を形成するのに適した薄膜形状への製造可能性をはじ始めとする、しかしこれらに限定されない、良好な電気的、機械的、および化学的特性を示す炭化シリコンケイ素を用いて作製し得る。このような支持構造は、をエッチ耐性ポリマーを用いても作製し得る。
【００２０】
本発明の好適な実施形態において、ガスセンサアセンブリは、ニッケルまたはニッケル合金層がその上にコーティングされた自立炭化シリコンケイ素支持構造を有し備え、ニッケルまたはニッケル合金コーティング層がはフッ素含有化合物と接触すると、これと反応するとともに接触するとそのして、電気抵抗に検出可能な変化を生じ、さらに炭化シリコンケイ素支持構造がは、低熱質量、高電気抵抗、および高い耐フッ素性により特徴付けられるを有する。
【００２１】
本発明のさらに他の態様は、その中内部の対象ガス種の存在に関して対して流体軌跡を監視する方法に関し、この方法は、
流体軌跡（ｌｏｃｕｓ）における流体を、センサ材料感知材料を含み、備えるとともに対象ガス種と接触すると少なくとも１つの特性に変化を示す自立ガス感知素子に露出するステップ工程と、
ステップ工程（ａ）中にガス感知素子の少なくとも１つの特性を監視するステップ工程と、
ガス感知素子が流体軌跡中内の対象ガス種の存在または流体軌跡中内の対象ガス種の濃度変化を表わすガス感知素子の少なくとも１つの特性の変化を示すときに出力信号を応答的に生成するステップ工程とを含む。
【００２２】
他の態様において本発明はガスセンサアセンブリの製造方法に関し、
基板部材を用意する設けるステップ工程と、
基板部材上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
所定の支持構造を確定する凹部を設けるためにその第２の成形材料層をパターニングするして所定の支持構造を画定する凹部を設けるステップ工程と、
その第１の成形材料層の上方の凹部内に支持材料層を堆積させるステップ工程と、
第２の成形材料層を選択的に除去して第１の成形材料層の上方に突出支持構造を形成するために第２の成形材料層を選択的に除去するステップ工程と、
突出支持構造上にセンサ材料感知材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層をと選択的に除去して突出支持構造を解放しすることにより、これによりセンサ材料感知材料層がその上方にコーティングされた解放支持構造を有する備える自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含む。
【００２３】
本発明はマイクロ成形技術を用いて平滑な垂直側壁と特徴のないフィーチャのない（ｆｅａｔｕｒｅｌｅｓｓ）フィールド領域とを有する平坦化構造層を作製するために有利である。後で液相または気相エッチングまたは他の除去プロセスにより除去可能な犠牲成形材料を堆積およびパターニングして所定の構造を画定する凹部を有する成形型を形成し、そこに構造または支持材料が充填され、その後犠牲成形材料の除去により構造材料で形成された所定の構造を解放する。本発明の実施に適した犠牲成形材料には、Ｏ２の存在下でアッシングにより除去可能なポリマー類、またはフッ素含有プラズマエッチングによりもしくは適当な化学溶液または溶剤溶解媒体により除去可能なＳｉＯ２などの材料があるがこれらに限定されない。
【００２４】
特に上記した第１および第２の成形材料は同じでもまたは異なっていてもよい。第１および第２の成形材料は異なる除去性を有しにより特徴付けられ、そのため異なる条件で除去可能であることが好ましい。構造または支持材料がフッ素含有プラズマに対して耐性がある炭化シリコンケイ素を含み備え、第１の成形材料がフッ素含有プラズマにより除去可能な二酸化シリコンケイ素を含む備えるとともに、第２の成形材料が二酸化シリコンケイ素に深刻有意な作用を及ぼさない水酸化カリウム（ＫＯＨ）、エチレンジアミンおよびピロカテコール（ＥＤＰ）などの様々な化学エッチングにより容易に除去可能なポリシリコンを含む備えることがより好ましい。
【００２５】
そのため本発明の最も好適な実施形態において、支持材料は炭化シリコンケイ素を含み備え、第１の成形材料は酸化シリコンケイ素を含み備え、第２の成形材料はポリシリコンを含み備え、さらにセンサ材料感知材料はニッケルまたはニッケル合金を含む備える。
【００２６】
本発明のさらに他の態様は、素子のを選択的抵抗加熱しとともに、気体環境中内のフッ素またはハロゲン種と接触すると素子の少なくとも１つの特性の変化を示すように配置された自立金属センサ素子感知素子と、感知素子と動作結合されて、監視されるガスが感知素子と接触し、するとともにその監視されるガスがフッ素またはハロゲン種を含有する場合と、監視されるガス中における内のフッ素またはハロゲン種の存在を表す信号を出力する感知素子と動作結合された信号発生器とを含むガスセンサアセンブリに関する。
【００２７】
本発明のさらに他の態様は、フッ素またはハロゲン種の存在またはそのようなフッ素またはハロゲン種の濃度の変動に応答するセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子に関する。解放支持構造が炭化シリコンケイ素を含み備える一方で、センサ材料感知材料がニッケルまたはニッケル合金を含む備えることが好ましい。
【００２８】
他の態様において本発明は、上述したような自立ガス感知素子を含むマイクロホットプレート構造を備え有し、自立ガス感知素子の高精度な温度制御をするガスセンサアセンブリに関する。
【００２９】
本発明の他の態様は、その中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置された自立ガス感知素子を有し備え、自立ガス感知素子が対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を有する備えるガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリがは、自立ガス感知素子を支持する離間直立コンタクトをさらに備える有する。
【００３０】
さらに他の態様において本発明は、基板部材上に形成され、るとともにその中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリは、対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を有し備え、このガスセンサアセンブリはその下にあるの基板部材を保護するための対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備えるバリア層をさらに有する備える。
【００３１】
さらに他の態様において本発明は、基板部材上に形成され、その中るとともに内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリに関し、このガスセンサアセンブリは対象ガス種に露出されると気体環境中内の対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すセンサ材料感知材料層でコーティングされた解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を備え有し、このガスセンサアセンブリはバリア層の上方に形成された離間直立コンタクトを有するコンタクト／バリア素子をさらに備え有し、離間直立コンタクトは自立ガス感知素子を支持するとともに、バリア層は対象ガス種に対して耐性がある材料を含み、その備えて下のにある基板部材を保護する。
【００３２】
さらに他の態様において本発明は、その中内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置されたガスセンサアセンブリの製造方法に関し、この方法は
基板部材を用意する設けるステップ工程と、
基板部材上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層をパターニングして所定のバリア構造を画定する少なくとも１つのバリア凹部を形成するステップ工程と、
そのようなバリア凹部内に且つ基板部材に重なって対象ガス種に対して耐性があるバリア材料層を堆積させるステップ工程と、
第１の成形材料層およびバリア材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
その第２の成形材料層をパターニングしてバリア材料層上に１つまたは複数の所定の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部を設けるステップ工程と、
そのコンタクト凹部内に且つバリア材料層に重なってコンタクト形成材料層を堆積させるステップ工程と、
第２の成形材料層およびコンタクト形成材料層上に第３の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
その第３の成形材料層をパターニングして、コンタクト形成材料層および第２の成型材料層の両方に重なる所定支持構造を画定する支持凹部を設けるステップ工程と、
その支持凹部内に且つコンタクト形成材料層および第２の成形材料層の両方に重なって支持材料層を堆積させるステップ工程と、
第３の成型材料を選択的に除去して、コンタクト形成材料層および第２の成形材料層の両方に重なる突出支持構造を形成するステップ工程と、
突出支持構造上にセンサ材料感知材料層を堆積させるステップ工程と、
第１および第２の成形材料層を選択的に除去することにより、センサ材料感知材料でコーティングされた解放支持構造と、バリア層の上方に形成された離間直立コンタクトを備える有するコンタクト／バリア素子とを備える有する自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含み、
その自立ガス感知素子がそのようなコンタクト／バリア素子の離間直立コンタクトにより支持されているとともに、コンタクト／バリア素子のバリア層がその下の基板部材を覆うとともに保護する。
【００３３】
本明細書においてで用いるように、用語「フッ素種」は、気体フッ素化合物、原子および二原子（Ｆ２）形状のフッ素自体、フッ素イオン、およびフッ素含有イオン種を含むがこれに限定されないすべてのフッ素含有材料を包含するものと広く解釈されることを意図するものである。フッ素種は、例えばＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３等などの種および、イオン化フラグメント、プラズマ形状等をはじ始めとするその活性化フッ素含有種（集合的にＦ●として示される）を含み得る。
【００３４】
本発明の他の態様と、特徴と実施形態とは、後続の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
発明およびその好ましい実施形態の詳細な説明
「半導体処理システム内のフッ素種の感知装置および方法（ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ ＡＮＤ ＰＲＯＣＥＳＳ ＦＯＲ ＳＥＮＳＩＮＧ ＦＬＵＯＲＯ ＳＰＥＣＩＥＳ ＩＮ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ ＳＹＳＴＥＭＳ）」に対して２００２年１０月１７日に出願された米国特許出願第１０／２７３，０３６号明細書、および「微細加工薄膜水素ガスセンサならびにその作製および使用方法（ＭＩＣＲＯ−ＭＡＣＨＩＮＥＤ ＴＨＩＮ ＦＩＬＭ ＨＹＤＲＯＧＥＮ ＧＡＳ ＳＥＮＳＯＲ，ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＭＡＫＩＮＧ ＡＮＤ ＵＳＩＮＧ ＴＨＥ ＳＡＭＥ）」に対して２００１年７月２４日に発行された米国特許第６，２６５，２２２号明細書の内容全体を本明細書に参照により援用する。
【００３６】
半導体プロセス制御における用途を特に参照して以下に本発明をより十分に説明するが、本発明の有用性はそのように限定されるものではなく、生命安全システム、室内または周囲環境監視動作、ならびに産業および消費者市場ガス感知用途における配備をはじ始めとする多様な他の使途および用途にまで及ぶものであるが、これらに限定されないということは理解されよう。
【００３７】
本発明はその一態様において、半導体チャンバ洗浄プロセスの終点を決定するための超小型電子機械システム（ＭＥＭＳ）をベースとするによるガス感知能力を提供する。
【００３８】
従来のＭＥＭＳ設計（他の、より良好な穏やかなガス環境用の）従来のＭＥＭＳ設計では、シリコンケイ素ベースのデバイス構造体上への感知金属層の堆積、およびそれに引き続くその後そのデバイスのチップキャリアへのボンディングおよびパッケージングを必要とする。この現在の作製手法は、相当する複合製品センサ組み付けを含む多複数工程プロセスを伴い、これに対応する複数の構成要素からなるプロダクトセンサーの組み立てを含み、組み立て付け中に各構成要素は高フッ素化ガスによる化学攻撃を受ける。好適な封入構造を開発することにより、それぞれの構成要素の各々を保護することは可能かもしれないがであり得るが、そのような方法は製品プロダクトガスセンサーデバイスにさらに作製複雑度、製造時間およびコストを追加する。
【００３９】
本発明は、容易且つ安価に作製されるとともに、そのようなプロセスの過酷な化学的環境下で効率的で持続性があり信頼性の高い方法で半導体チャンバ洗浄プロセスにおけるフッ素化ガスのを監視するのにを容易に実施できるされる、ＭＥＭＳをベースとしたによるセンサーデバイスの使用を可能にすることような方法でこれらの問題障害を克服する。
【００４０】
以下により十分に説明するように本発明のフッ素化ガスセンサデバイスは、当該技術の突破口として認識される多数の有用な特徴を有する。１つのこのような特徴は、抵抗によるガス感知に特に適した高電気抵抗、低熱質量、低密度、および高い抵抗温度係数を有するにより特徴付けられるニッケルまたはニッケル合金などの高性能フッ素反応金属感知素子のをデバイスにでの使用することである。第２の特徴は、ガス感知動作に、のための感知材料及びとして、および熱源（例えば、抵抗、導電、又はその他の加熱による）、例えば感知温度を周囲条件とは異ならせることやまたは流出物が監視すべき対象ガス種を含む半導体チャンバの温度を一致させることが望ましい場合などに、熱源（例えば抵抗式、伝導式、または他の加熱による）としての金属素子をの使用することに関する。そのような第３の特徴は、金属感知素子に付随する関連するヒートシンクの形成を排除しするため、これによりそこからの熱損失を最低限に抑える、自立炭化シリコンケイ素支持構造を形成するためにのＳｉＯ２／ポリシリコン犠牲材料と共に炭化シリコンケイ素（ＳｉＣ）を使用することに関する。第４の特徴は、本発明のガス感知デバイスの自動化およびスケールアップ生産を可能にするとともに高精度の製品品質制御をに高精度を提供する、平坦化構造層を作製するためのマイクロ成形技術の使用に関する。以上に説明したこのような特徴は互いに独立しているとともに別々にまたは一緒に実施することができる。基板および／または支持材料は代替的にはエッチ耐性高分子材料から作製し得る。
【００４１】
本発明のフッ素またはハロゲン種センサデバイスは、以下に説明する多数の好適な形状のうちのいずれかの形状を有する１つのにおいても単一の感知素子を含むことができるみ得る。
【００４２】
または、代替的にはフッ素またはハロゲン種センサデバイスは、複数の以下のような感知素子を備え得る。有することができ、これらにおいて、多複数の素子がは余分の冗長性またはバックアップのための感知能力を提供しする。、または複多数の感知素子のうちの異なるものが、監視される流れまたはガス量容積（ｖｏｌｕｍｅ）中内の異なるフッ素またはハロゲン種の感知のために配置されている。、またはアレイの感知素子のうちの異なるものが、正味表示信号を生成したり、代替的、追加的に複合表示信号を生成するためにアルゴリズム的、例えば減算的、に操作される信号の生成のために異なるモードで、またはアルゴリズム的に例えば減算的に操作されて正味表示信号を生成するかまたは代替的、追加的には複合表示信号を生成するそれぞれの信号の生成用などのまたは、相互関係モードで操作され、もしくは多複数のセンサ素子感知素子が監視又は制御用の対応信号を生成するために対象の流れまたは流体容積中量内の種の流動を効果的に監視できるして監視または制御用の相関信号を生成するように効果的に用いられる任意の他の任意の好適な方法で動作される。
【００４３】
周知のようにフッ素は殆どの金属と反応するとともに、高酸化高度、時には混合酸化状態を有する化合物を生じる（監修Ｐ．ハーゲンミュラー（Ｈａｇｅｎｍｕｌｌｅｒ）、無機固体フッ化物、化学物理（Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｓｏｌｉｄ Ｆｌｕｏｒｉｄｅｓ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ．）、アカデミック出版（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、１９８５年）。遷移金属および貴金属の多く（例えばＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ａｌ、ＣｕおよびＰｔを含むがこれに限定されない）は、フッ素ガス成分と接触して様々な非不揮発性フッ素化化合物を容易に形成する。本発明のガス感知デバイスおよび方法は、これらの金属の自立形状体を用いて監視されるガス中内のフッ素化種の存在を検出する。
【００４４】
本発明の所与の最終用途のためのに対する構成の特定の感知材料の選択は、構成の候補となるガス感知素子材料のフッ素またはハロゲン種含有環境への露出、および、そのような露出における候補材料の適正、例えばそのような露出における候補材料の腐食耐性またはエッチ耐性、の判定を含む簡単な実験によって容易に決定され得る。
【００４５】
ニッケルまたはニッケル合金（モネル（Ｍｏｎｅｌ）など）は、その高フッ素耐性、高電気抵抗、低熱質量、低密度、および高い抵抗温度係数により、フッ素またはハロゲン感知材料として特に好適である。抵抗によるガス感知動作における信号強度／応答時間比は、センサ材料感知材料の材料特性により大幅に影響を受けるがとともに、ニッケルまたはニッケル合金によるセンサ素子感知素子は、センサ形状／寸法および与えられる機器因子係数が同じである場合、金属センサ素子感知素子のうちで最大信号強度／応答時間比を提供することが分かっている。
【００４６】
対象のフッ素またはハロゲン種の検出は、任意の好適な方法で、例えばフッ素含有種と反応する際の自立金属材料の抵抗変化により達成し得る。
【００４７】
本発明のフッ素検出器内の金属感知素子は、いかなる適当な形状にしてもよくを多数の好適な形状のいずれでも設け得るとともに、粗面または人工誘導ナノ細孔性などの適した形態を有し得る。構造体の形状を変更することにより金属素子の抵抗および挙動を設計することができる。例えば、浮遊領域上方の膜の幅、長さおよび厚さを適正に選択することにより、浮遊金属薄膜の形状を設計することができる。浮遊金属フィラメントは、をその作成後に、様々な方法のいずれかで、例えば機械的に、化学的に、電気化学的に、光学的にまたは熱的な様々な方法でに細くして、絶対抵抗を増加させするとともに金属の表面積対質量比を増大させ、これによりることにより感度を増加させたり、るまたは信号対ノイズ比を向上させることができる。さらに材料の物理的特性を設計することができる。例えば、組成は、合金にしたり、するまたはドープすることにより、のいずれかにより組成を変更することができるとともに、微細構造は、例えば、粒度、結晶度レベル、多孔性（例えばナノ細孔性）、表面積対質量比等をの変えること化により微細構造を変更することができる。
【００４８】
したがって、そのため金属感知素子をは、当該技術内で且つ必要以上の実験なしに多様に構成し得るとともに、その形状、構造、物理的特性、化学的特性および形態的特徴に対して望ましく変更し得ることは明らかであろう。
【００４９】
金属感知素子とのフッ素化合成物の反応は、感温性温度感知であってもよく、電流を通すことにより金属の加熱を達成することができる。このようにガス感知動作において同時に加熱機構構造として金属感知素子を利用できる用い得る。
【００５０】
本発明のガスセンサの感度および信号対ノイズ比を向上させるために、フッ素またはハロゲン感知金属薄膜を高電気抵抗および低熱質量を有するにより特徴付けられる自立炭化シリコンケイ素支持構造上に堆積する。このようなＳｉＣ支持構造の高電気抵抗はセンサの感度および信号強度をさらに向上させ、ＳｉＣの低熱質量は支持構造からの潜在的な熱損失を最低限に抑え、さらにそれ自体が自立しているそのようなＳｉＣ支持構造は金属感知フィルムを基板から効率的に絶縁するとともに信号対ノイズ比を向上させる。
【００５１】
そのような自立炭化シリコンケイ素支持構造はを、（１）基板上に、内部に所定の支持構造を画定する凹部を内部に有する犠牲成形型を設け、（２）ＳｉＣ膜をそのような犠牲成形型の凹部内に堆積し、（３）その犠牲成形型を選択的に除去してそのようなもとは犠牲成形型に当初から占有されていた空隙または空間によって基板から離間した自立ＳｉＣ支持構造を形成することにより作製し得る。
【００５２】
犠牲成形型は、犠牲材料層を堆積し、その後そのような層をパターニングして所定の支持構造を画定する必要な凹部を形成することにより形成され得る。支持構造と共に選択的に除去可能な任意の適当な材料を本発明の実施用の犠牲材料として用い得る。例えば二酸化シリコンケイ素はフッ素含有化合物に対して耐性がある炭化シリコンケイ素支持構造と共に用いて、ＨＦなどのフッ素含有化合物により選択的に除去可能である。
【００５３】
支持構造の形成後、フッ素またはハロゲン感知材料層、好適にはフッ素もしくはハロゲン反応金属または合金をそのような支持構造上にコーティングして、フッ素またはハロゲン種の存在に応答する自立ガス感知アセンブリを形成し得る。
【００５４】
そのような自立ガス感知アセンブリを、好適にはその周囲周辺においてのみ支持するように１つまたは複数の離間直立コンタクトを設け得る。そのような離間直立コンタクトは高電気抵抗、低熱質量、および腐食性フッ素含有化合物に対して高い耐性の材料を含む備えることがより好ましい。炭化シリコンケイ素はそのようなコンタクトを形成するのに特に好適である。
【００５５】
自立ガス感知アセンブリを腐食性フッ素含有化合物による攻撃に弱い基板（シリコン基板など）上方に形成する場合、そのような化合物に対して耐性があるバリア層を好適に設けて基板を覆うとともに保護することが好ましい。このようなバリア層は、ポリイミドおよび炭化シリコンケイ素をはじ始めとする任意のフッ素またはハロゲン耐性材料を含み備え、中でも炭化シリコンケイ素が好ましいがこれらに限定されない。
【００５６】
本発明の好適な一実施形態は自立ガス感知素子と、１つまたは複数の離間直立コンタクトと、バリア層とを備える有するガスセンサアセンブリに関するが、離間コンタクトはバリア層上に作製されて自立ガス感知素子を支持するとともに下の基板部材を覆って保護する一体型コンタクト／バリア素子を形成している。
【００５７】
ここで本発明の一実施形態による上述したような自立ガス感知素子とコンタクト／バリア素子とを備える有するガス感知アセンブリの製造におけるプロセスフローを示す概略図である図１〜１０Ａを参照する。
【００５８】
図１に示すように基板部材１０を設け、その上に第１の犠牲成形材料（好適には二酸化シリコンケイ素）層１２を堆積およびパターニングして内部にバリア凹部を形成する。バリア材料（好適には炭化シリコンケイ素）層１４を基板部材１０上および第１の犠牲成形材料層１２上のそのようなバリア凹部に堆積し、その後平坦化して図２に示すように第１の犠牲成形材料１２を露出させる。
【００５９】
平坦化ステップ工程は構造層の平坦度を向上させるとともに、引き続いてその後形成される構造層の形状の良好な制御を達成するのを助ける。平坦化ステップ工程は任意随意であり、バリア材料が良好な自己平坦化セルフレベリング挙動を示す例では省略し得るとともに、そのバリア材料をバリア凹部内に塗布することにより、そのような凹部を取り囲む第１の犠牲成形材料の隣接面と近いレベルにすることが可能である。
【００６０】
図２Ａは図２の構造の図示の例示的平面図を示し、ここからバリア材料１４が内部に充填された方形状バリア凹部を有する第１の犠牲成形材料１２が視認可能である。バリア凹部の形状および構成は特定の最終用途およびシステム要件に従って当業者により容易に変更可能であるため、本明細書に提示された例示的な例により限定されないことに留意されたい。
【００６１】
第２の犠牲成形材料（好適には二酸化シリコンケイ素）層１６を平坦化バリア材料１４および第１の犠牲成形材料１２上にさらに堆積し、パターニングして図３に示すように平坦化バリア材料１４の上方に位置する１つまたは複数の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部１５を提供する。
【００６２】
その後コンタクト形成材料（好適には炭化シリコンケイ素）１８をそのようなコンタクト凹部内に堆積して平坦化し、図４〜５に示すように第２の犠牲成形材料１６を露出させる。図５Ａは図５の構造の平面図を提示し、ここから第２の犠牲成形材料１６が視認可能である。４つの離間方形コンタクト凹部を第２の犠牲成形材料１６内に形成してコンタクト形成材料１８内を充填する。
【００６３】
図６は所定の支持構造を画定する構造凹部１９を含む第３の犠牲成形材料（好適にはポリシリコン）層２０の堆積およびパターニングを示す。特にこのような構造凹部１９はコンタクト形成材料１８および第２の犠牲成形材料１６の両方の上方に位置するとともに、そのためそのように画定された支持構造は離間コンタクトおよび第２の犠牲成形材料１６にまたがる。
【００６４】
図７〜８はこのような構造凹部内の支持材料（好適には炭化シリコンケイ素）層２２の堆積と、およびその後の第３の犠牲成形材料２０を露出させるためのその平坦化を示す。
【００６５】
図８Ａは、第３の犠牲成形材料２０内の構造凹部内に形成された支持構造２２を備え有し、そのような支持構造２２が４つの離間コンタクト（図８Ａには見えない）および第２の犠牲成形材料１６（図８Ａには見えない）にまたがる図８の構造の平面図を示す。
【００６６】
図９では第３の犠牲成形材料２０が選択的に除去されることにより、支持材料２２で形成された突出支持構造を形成するとともに第２の犠牲成形材料１６を露出させ、さらにフッ素反応金属または合金（好適にはニッケルを含む）層２４をそのような突出支持構造の上方に堆積させる。図９Ａは図９の構造の平面図を示し、ここから第２の犠牲成形材料１６およびフッ素反応金属または合金２４が視認可能である。
【００６７】
最後に第１および第２の犠牲成形材料１２および１６を選択的に除去して、支持構造２２とその上のフッ素反応金属層２４とを備える有する自立ガス感知素子、および離間コンタクト１８とバリア層１４とを備える有するコンタクト／バリア素子を形成する。自立ガス感知素子はその周囲周辺で離間コンタクト１８によって支持されている一方で、そのようなガス感知素子の中心主要部分は浮遊し且つ絶縁されている。バリア層１４はその上のコンタクト１８を支持するとともにその下にある基板部材１０を腐食性のフッ素含有化合物による潜在的攻撃から保護する。
【００６８】
図１０Ａは図１０の構造の平面図を示し、自立ガス感知素子の金属層２４およびコンタクト／バリア素子のバリア層１４のみが視認可能である。
【００６９】
図１１は本発明の一実施形態によるガスセンサアセンブリの斜視図であり、その上にニッケルコーティング３８を有する炭化シリコンケイ素層３６を含む自立ガス感知素子３５を備える有する。このようなガス感知素子３５はその周囲で離間直立コンタクト３４により支持されている。バリア層３２は離間コンタクト３４へのに支持を提供するとともに、その下にある基板３０をガス感知動作中に腐食性対象ガス種により加えられる過酷な化学状態から保護する。
【００７０】
ガス感知素子３５はバリア層３２およびその下の基板３０の上方に浮遊するとともに、その周囲だけが非常に限られた領域で周囲でのみ離間コンタクト３４に接する。そのためガス感知素子３５の主要表面領域（好適には８０％を超える、より好適には９５％を超える表面領域）は空隙により基板３０から浮遊するとともに絶縁される。さらに離間コンタクト３４を高電気抵抗および低熱質量を示すにより特徴付けられる材料（例えば炭化シリコンケイ素）で形成することにより、ガス感知素子３５からの潜在的熱損失を最低限に抑えることができる。さらに本発明のガスアセンブリは、を炭化シリコンケイ素などの耐フッ素性材料で形成するため、特に頑健であるとともにフッ素含有化合物の存在の影響を受けやすい気体環境での信頼性が高い。
【００７１】
本発明のガスセンサアセンブリ内の自立ガス感知素子は、高い表面対容積（Ｓ／Ｖ）特性を有することが好ましく、これにより、高い表面対質量（Ｓ／Ｖ）特性を有して迅速な応答を容易にするとともに、同一センサ材料感知材料の低Ｓ／Ｖ構造で生じるガス表示バルク特性の実質的に大幅に小さい変化に対すると比較して、迅速な応答を促進し、応答を増幅するため好ましい。
【００７２】
したがって、このように自立ガス感知素子の限界寸法、すなわち箔または膜の厚さ寸法、またはフィラメント、棒、または柱などの形状の直径等は、応答速度と作製容易性点のバランスとして５００ミクロン（μｍ）未満であることが望ましく、１５０μｍ未満であることが好ましく、２５μｍ未満であることがより好ましく、１０μｍ未満であることがさらに好ましく、約０．１μｍ〜約５μｍの範囲であることが最も好ましい。
【００７３】
箔および膜は例えば約０．１μｍ〜約５０μｍの範囲の薄い厚さを有することに加えて、また応答性の理由により箔または膜の厚さ方向に直交する平面において小さい寸法特徴を有することが望ましい。このような平面（ｘ−ｙ平面、ここでｚ軸は厚さ方向である）における横寸法は、製造複雑性および応答性のバランスとして、約１０ｃｍ未満であることが有利であり、約１ｍｍ未満であることが好ましく、約１００μｍ未満であることがより好ましい、例えば約２０μｍ〜約５ｍｍの範囲の長さ（ｘ方向）および幅（ｙ方向）を含む。一般に、感知ワイヤの適当な寸法は、意図する用途に対して相当する適当な信号対ノイズ比を提供するようにセンサワイヤの適当な寸法を容易に決定できる。
【００７４】
以上の説明の内容において、自立ガス感知素子を、上記した典型的なミリメートル／マイクロメートルスケール素子よりコストがかかるガスセンサ製品としてではあるが、ナノスケール素子としても作製できることは理解できよう。
【００７５】
複数多数の金属感知素子構造がを設ける例においては、複多数の金属構造のうちの異なるものを、監視する流体環境中内の異なるフッ素化種を、および／または異なる温度で同一フッ素化種を、感知するように構成且つ配置し得るとともに、感知素子の異なる形状および構成のものを予備冗長性および／または精度の確保のために採用し得る。代替的にはまたは追加的には、複数多数の感知素子の異なるものを異なる動作モードで、例えば抵抗、導電、パルス、ＤＣモード、ＡＣモード等で動作し得る。
【００７６】
ガス感知素子のアレイの使用と共に、高度データ処理技術を用いてセンサシステムの出力を向上させることができる。このような技術の例には、補償信号の利用、時変信号の利用、ヒータ電流、ロックイン増幅技術、信号平均、信号時間微分、およびインピーダンス分光技術があるがこれらに限定されない。加えて計量化学分野に属する高度技術も適用し得る。これらの技術には最小二自乗フィッティング、逆最小二自乗、原理成分回帰、および部分最小二自乗データ分析方法がある。
【００７７】
例えば、ＳｉＦ４などのフッ素化合物および／または他のフッ素またはハロゲン種とにより接触すされると、金属感知素子（電気回路の構成要素として）の両端の電圧は降下し、対象フッ素またはハロゲン種との接触から生じる金属感知素子の抵抗の増加を示し得る。このような電圧降下を用いてプロセス制御目的の信号を生成することができる。この電圧降下を用いて自動制御バルブを作動させる信号を生成し、半導体プロセスシステム内のプロセスの流れのフロー開始、フロー停止、またはフロー切替を行うことができる。あるいは、代替的には制御信号を用いてサイクルタイマーを作動させ、プロセス動作の新たなステップ工程を開始し、または公害防止除害プロセスチャンバ内の洗浄スクラバー樹脂の切替などのメンテナンス事象が必要であるまたは望ましいという信号を送り得る。
【００７８】
金属感知素子の特性の変化を様々な多様な方法でのいずれにおいても利用して、当該技術内で且つ必要以上の実験なしに対象ガス（例えばフッ素またはハロゲン）種の感知に対してプロセスの制御を行うことが可能であることは理解されよう。
【００７９】
更なる例として、本発明のセンサアセンブリをフッ素またはハロゲン種ガス（ペルフルオロ種、例えば化学気相蒸着操作用のペルフルオロ化有機金属前駆体など）の供給源を含むガスキャビネットと共に用い得るとともに、ガスセンサアセンブリを用いて供給容器からの、もしくはガスキャビネット内のフロー回路内の漏れの存在を判定し得る。その後フッ素またはハロゲン種の感知を利用してバルクパージガス源を作動し、ガスキャビネットの内部容積質量を一掃してフッ素またはハロゲン種の濃度が有毒もしくは危険レベルに達するのを防止し得る。
【００８０】
またセンサアセンブリをフッ素またはハロゲン種の進入または生成に影響を受けやすい周囲環境用監視ユニット内でも用いてもよく、または代替的にはセンサアセンブリは危険物質除去隊員、化学コンビナートでの消防士、ＨＦガラスエッチング作業における作業員等用の警報器および／または内蔵緊急呼吸ガス源を作動するように配置された着用可能ガス監視ユニットの構成部品であってもよい。
【００８１】
本発明のガスセンサアセンブリは、フッ素またはハロゲン種を用いて酸化シリコンケイ素、窒化シリコンケイ素、酸化タンタル、炭素ドープ酸化シリコンケイ素などの低誘電率（ｋ＜３．９）シリコンケイ素含有膜等を除去する、チャンバ洗浄などの半導体製造作業をはじ始めとするこのような種を発生させる様々な工業産業プロセス作業におけるフッ素またはハロゲン種の監視に容易に適用可能である。
【００８２】
本発明のガス感知アセンブリに対して様々な設計が可能であるとともに、アセンブリにより監視される流体環境内における１つまたは複数の対象ガス種の監視に関する対する複数の信号の生成および出力については、一連の異なる寸法のデバイスを有利に用いてガスセンサアセンブリの効率を最大化し得る。
【００８３】
本発明のガス感知アセンブリのマイクロホットプレート実施形態を、対象ガス種検出の所与の最終用途における当業者が決定できる範囲で対する当該技術内で決定可能であるように、採用する採用する成分感知フィルムおよび反応／吸着化学薬品点反応に関して、多様に変形し得ることは理解されよう。本発明の実施に適合するタイプのマイクロホットプレート検出器を、フランク・ジメオ（Ｆｒａｎｋ ＤｉＭｅｏ）Ｊｒ．およびゴータム・バーンダリ（Ｇａｕｔａｍ Ｂａｈｎｄａｒｉ）の名義で２００１年７月２４日に発行された米国特許第６，２６５，２２２号明細書により十分に記載されているように作製し得るが、その開示全体を本明細書に参照により援用する。
【００８４】
本発明を例示的実施形態および特徴を参照して本明細書に様々に説明してきたが、上記に記載の実施形態および特徴は本発明を限定することを意図するものではないとともに、他の変形、変更および他の実施形態は当業者には本明細書の開示に基づいて容易に想到するものであることは理解できよう。そのため本発明は冒頭に記載の特許請求の範囲に合わせて広く解釈されるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】第１の犠牲成形型層とその上に堆積したバリア材料層とを有するシリコン基板の断面図を例示的に図示する。
【図２】バリア材料層が平坦化されて第１の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図１の構造の断面図を例示的に図示する。
【図２Ａ】図２の構造の平面図を示す。
【図３】その上に形成された第２の犠牲成形型層をさらに有する、図２の構造の断面図を例示的に図示する。
【図４】その上に堆積したコンタクト形成材料層をさらに有する、図３の構造の断面図を例示的に図示する。
【図５】コンタクト形成材料層が平坦化されて第２の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図４の構造の断面図を例示的に図示する。
【図５Ａ】図５の構造の平面図を示す。
【図６】その上に形成された第３の犠牲成形型層をさらに有する、図５の構造の断面図を例示的に図示する。
【図７】その上に堆積した支持材料層をさらに有する、図６の構造の断面図を例示的に図示する。
【図８】支持材料層が平坦化されて第３の犠牲成形型層と同一平面にある以外は図７の構造の断面図を例示的に図示する。
【図８Ａ】図８の構造の平面図を示す。
【図９】第３の犠牲成形型層が選択的に除去されるとともにその上にセンサ材料感知材料層が堆積した以外は図８の構造の断面図を例示的に図示する。
【図９Ａ】図９の構造の平面図を示す。
【図１０】第１および第２の犠牲成形層が選択的に除去されて、本発明の一実施形態による自立ガス感知素子とコンタクト／バリア素子とを形成する以外は図９の構造の断面図を例示的に図示する。
【図１０Ａ】図１０の構造の平面図を示す。
【図１１】本発明の一実施形態による、コンタクト／バリア素子により支持された自立ガス感知素子を備える有する例示的ガスセンサアセンブリの斜視図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの自立支持構造上に形成された少なくとも１つの金属センサ素子感知素子を備え有するガスアセンブリであって、前記金属センサ素子感知素子が、ハロゲン種に接触すると検出可能な変化を示す金属または合金を含み備え、さらに前記自立支持構造が、前記ハロゲン種に対して耐性がある支持材料を含む備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記金属センサ素子感知素子が、遷移金属または貴金属を含む備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記金属センサ素子感知素子が、ＮｉまたはＮｉ合金を含む備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記自立支持構造が、炭化ケイ素を含むシリコンを備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記自立支持構造が、エッチ耐性ポリマーを含むを備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記ハロゲン種に接触したときの前記金属センサ素子感知素子の変化を監視する手段と、出力信号を応答的に生成する手段とをさらに備える有する請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記ハロゲン種のと前記金属センサ素子感知素子との接触が、前記ハロゲン種と前記金属センサ素子感知素子との感温性反応を生じさせるとともに、前記アセンブリが、前記感温性反応を促進するために電流を前記金属センサ素子感知素子に通し、それを加熱して前記感温性反応を促進するように構成且つ配置されている請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項８】
アレイを形成する多数の前記金属センサ素子感知素子を備える有する請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項９】
前記アレイが、異なるハロゲン種を監視し、および／または前記アレイの異なる素子内で異なる動作モードで動作するように構成且つ配置されている請求項８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記アレイが、異なるプロセス条件で同一のハロゲン種を監視するように構成且つ配置されている請求項８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１１】
ニッケルまたはニッケル合金層でコーティングされた自立炭化ケイ素シリコン支持構造を備える有するガスセンサアセンブリ。
【請求項１２】
内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置された自立ガス感知素子を備え有するガスアセンブリであって、前記自立ガス感知素子が、ガス感知材料層でコーティングされた浮遊支持構造を備える有するとともに、前記対象ガス種に露出された前記ガス感知材料が、前記気体環境内の前記対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すガスセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記自立ガス感知素子を支持する多数の離間コンタクトをさらに備える有する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記離間コンタクトが、前記対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備える請求項１３に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記対象ガス種が、ハロゲン含有化合物を含む備えるとともに、前記離間コンタクトが、炭化ケイ素を含むシリコンを備える請求項１４に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記自立ガス感知素子が、前記離間コンタクトによってのみ支持されている請求項１３に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１７】
その下にあるの基板部材を保護するバリア層をさらに備える有する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記バリア層が、前記対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備える請求項１４に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１９】
前記対象ガス種が、ハロゲン含有化合物を含み備えるとともに、前記バリア層が、炭化ケイ素シリコンまたはエッチ耐性ポリマーを含む備える請求項１８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２０】
バリア層の上方に作製された１つまたは複数の離間コンタクトをさらに備え有し、前記離間コンタクトが前記自立ガス感知素子を支持する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記離間コンタクトおよび前記バリア層が、前記自立ガス感知素子を支持するとともにそれを下にある基板から絶縁する一体型コンタクト／バリア素子を形成する請求項２０に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２２】
その中内部の対象ガス種の存在に関して対して流体軌跡（ｆｌｕｉｄ ｌｏｃｕｓ）を監視する方法であって、
前記流体軌跡における流体を請求項１２に記載のガスセンサアセンブリに露出するステップ工程と、
前記ガスセンサアセンブリを監視するステップ工程と、
前記ガスセンサアセンブリが前記流体軌跡内の前記対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すときに出力信号を応答的に生成するステップ工程とを含む方法。
【請求項２３】
前記流体軌跡が、製造工程における方法の周囲気体環境を含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記流体軌跡が、半導体処理工場内の流体の流れを含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記対象ガス種が、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３およびその活性種からなる群から選択されるたフッ素種を含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
自立ガス感知素子を有する備えるガスセンサアセンブリの製造方法であって、
基部構造上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層をパターニングして内部に所定の支持構造を画定する凹部を形成するために前記第２の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記凹部内に支持材料を堆積させるステップ工程と、
支持構造を形成するために前記第２の成形材料層を選択的に除去して支持構造を形成するステップ工程と、
前記支持構造上にガス感知材料を堆積させるステップ工程と、
前記支持構造を解放するために前記第１の成形材料層を選択的に除去して前記支持構造を解放する工程を含み、
ことこれにより、ガス感知材料層が上方にコーティングされた前記解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を形成するステップとを含む方法。
【請求項２７】
前記第１および第２の成形材料が同一である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１および第２の成形材料が異なる除去性により特徴付けられる請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記支持材料が、炭化ケイ素シリコンを含み備え、前記第１の成形材料が、二酸化ケイ素を含みシリコンを備えるとともに、前記第２の成形材料が、ポリシリコンを含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ガス感知材料が、遷移金属または貴金属を含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記支持材料が、エッチ耐性ポリマーを含むを備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガス感知材料が、ＮｉまたはＮｉ合金を含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記基部構造が、前記自立ガス感知素子を支持する１つまたは複数のコンタクトを備える有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記１つまたは複数のコンタクトが、炭化ケイ素シリコンで形成されている請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記基部構造が、前記自立ガス感知素子を支持する多数の離間コンタクトを備える有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
基板上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層をパターニングして前記基板部材に重なる所定のバリア構造を画定する少なくとも１つのバリア凹部を形成するために前記第１の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記バリア凹部内にバリア材料を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層および前記バリア材料の上方に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層をパターニングして前記バリア材料に重なる１つまたは複数の所定の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部を設けるために前記第２の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記コンタクト凹部内にコンタクト形成材料を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層および前記コンタクト形成材料の上方に第３の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第３の成形材料層をパターニングして前記コンタクト形成材料および前記第２の成形材料層の両方に重なる所定の支持構造を画定する支持凹部を設けるために前記第３の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記支持凹部内に支持材料を堆積させるステップ工程と、
前記第３の成形材料を選択的に除去して突出支持構造を形成するために前記第３の成形材料を選択的に除去するステップ工程と、
前記突出支持構造上にガス感知材料を堆積させるステップ工程と、
前記第１および第２の成形材料を選択的に除去するし、これことにより、前記ガス感知材料で被覆コーティングされた解放支持構造と、前記バリア層上方に形成された離間コンタクトを備える有するコンタクト／バリア素子とを備える有する自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含み、
前記自立ガス感知素子が、前記コンタクト／バリア素子の前記離間直立コンタクトにより支持されているとともに、前記コンタクト／バリア素子の前記バリア層が、前記基板に重なるとともに保護する、ガスセンサアセンブリの製造方法。
【請求項３７】
浮遊支持構造とその上に形成されたガス感知層とを備える有する自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）多数の犠牲成形層を用いて前記浮遊支持構造を形成し、前記多数の犠牲成形層が後で除去されて前記支持構造を解放するために後に除去される多数の犠牲成形層を用いて前記浮遊支持構造を形成するステップ工程と、（２）前記ガス感知層を前記浮遊支持構造上方に堆積させるステップ工程とを含む方法。
【請求項３８】
浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造とその上のガス感知金属層とを備える有する自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）前記支持構造を解放するために後に除去する多数の犠牲成形層を用いて浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造を形成し、前記多数の犠牲成形層が後で除去されて前記支持構造を解放するステップ工程と、（２）前記ガス感知金属層を前記浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造上方に堆積させるステップ工程とを含み、前記犠牲成形層が、二酸化ケイ素シリコンとポリシリコンとからなる群から選択されるた材料を含む備える方法。
【請求項３９】
自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）多数の犠牲成形層を用いて支持構造と多数の離間コンタクトとを同時に形成するステップ工程と、（２）前記支持構造を解放するために前記犠牲成形層を選択的に除去して前記支持構造を解放するステップ工程と、（３）ガス感知層を前記解放支持構造上方に形成するステップ工程とを含み、前記支持構造が前記離間コンタクトおよび少なくとも１つの犠牲成形層に重なるとともに、前記解放支持構造が前記離間コンタクトによってのみ支持されている方法。
【請求項１】
少なくとも１つの自立支持構造上に形成された少なくとも１つの金属センサ素子感知素子を備え有するガスアセンブリであって、前記金属センサ素子感知素子が、ハロゲン種に接触すると検出可能な変化を示す金属または合金を含み備え、さらに前記自立支持構造が、前記ハロゲン種に対して耐性がある支持材料を含む備えるガスセンサアセンブリ。
【請求項２】
前記金属センサ素子感知素子が、遷移金属または貴金属を含む備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項３】
前記金属センサ素子感知素子が、ＮｉまたはＮｉ合金を含む備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項４】
前記自立支持構造が、炭化ケイ素を含むシリコンを備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項５】
前記自立支持構造が、エッチ耐性ポリマーを含むを備える請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項６】
前記ハロゲン種に接触したときの前記金属センサ素子感知素子の変化を監視する手段と、出力信号を応答的に生成する手段とをさらに備える有する請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項７】
前記ハロゲン種のと前記金属センサ素子感知素子との接触が、前記ハロゲン種と前記金属センサ素子感知素子との感温性反応を生じさせるとともに、前記アセンブリが、前記感温性反応を促進するために電流を前記金属センサ素子感知素子に通し、それを加熱して前記感温性反応を促進するように構成且つ配置されている請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項８】
アレイを形成する多数の前記金属センサ素子感知素子を備える有する請求項１に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項９】
前記アレイが、異なるハロゲン種を監視し、および／または前記アレイの異なる素子内で異なる動作モードで動作するように構成且つ配置されている請求項８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１０】
前記アレイが、異なるプロセス条件で同一のハロゲン種を監視するように構成且つ配置されている請求項８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１１】
ニッケルまたはニッケル合金層でコーティングされた自立炭化ケイ素シリコン支持構造を備える有するガスセンサアセンブリ。
【請求項１２】
内部の１つまたは複数の対象ガス種の存在または濃度変化の影響を受けやすい気体環境と接触するように配置された自立ガス感知素子を備え有するガスアセンブリであって、前記自立ガス感知素子が、ガス感知材料層でコーティングされた浮遊支持構造を備える有するとともに、前記対象ガス種に露出された前記ガス感知材料が、前記気体環境内の前記対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すガスセンサアセンブリ。
【請求項１３】
前記自立ガス感知素子を支持する多数の離間コンタクトをさらに備える有する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１４】
前記離間コンタクトが、前記対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備える請求項１３に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１５】
前記対象ガス種が、ハロゲン含有化合物を含む備えるとともに、前記離間コンタクトが、炭化ケイ素を含むシリコンを備える請求項１４に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１６】
前記自立ガス感知素子が、前記離間コンタクトによってのみ支持されている請求項１３に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１７】
その下にあるの基板部材を保護するバリア層をさらに備える有する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１８】
前記バリア層が、前記対象ガス種に対して耐性がある材料を含む備える請求項１４に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項１９】
前記対象ガス種が、ハロゲン含有化合物を含み備えるとともに、前記バリア層が、炭化ケイ素シリコンまたはエッチ耐性ポリマーを含む備える請求項１８に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２０】
バリア層の上方に作製された１つまたは複数の離間コンタクトをさらに備え有し、前記離間コンタクトが前記自立ガス感知素子を支持する請求項１２に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２１】
前記離間コンタクトおよび前記バリア層が、前記自立ガス感知素子を支持するとともにそれを下にある基板から絶縁する一体型コンタクト／バリア素子を形成する請求項２０に記載のガスセンサアセンブリ。
【請求項２２】
その中内部の対象ガス種の存在に関して対して流体軌跡（ｆｌｕｉｄ ｌｏｃｕｓ）を監視する方法であって、
前記流体軌跡における流体を請求項１２に記載のガスセンサアセンブリに露出するステップ工程と、
前記ガスセンサアセンブリを監視するステップ工程と、
前記ガスセンサアセンブリが前記流体軌跡内の前記対象ガス種の存在または濃度変化を表わす応答を示すときに出力信号を応答的に生成するステップ工程とを含む方法。
【請求項２３】
前記流体軌跡が、製造工程における方法の周囲気体環境を含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記流体軌跡が、半導体処理工場内の流体の流れを含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記対象ガス種が、ＮＦ３、ＳｉＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＨＦ、Ｆ２、ＣＯＦ２、ＣＩＦ３、ＩＦ３およびその活性種からなる群から選択されるたフッ素種を含む備える請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
自立ガス感知素子を有する備えるガスセンサアセンブリの製造方法であって、
基部構造上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層上に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層をパターニングして内部に所定の支持構造を画定する凹部を形成するために前記第２の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記凹部内に支持材料を堆積させるステップ工程と、
支持構造を形成するために前記第２の成形材料層を選択的に除去して支持構造を形成するステップ工程と、
前記支持構造上にガス感知材料を堆積させるステップ工程と、
前記支持構造を解放するために前記第１の成形材料層を選択的に除去して前記支持構造を解放する工程を含み、
ことこれにより、ガス感知材料層が上方にコーティングされた前記解放支持構造を備える有する自立ガス感知素子を形成するステップとを含む方法。
【請求項２７】
前記第１および第２の成形材料が同一である請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１および第２の成形材料が異なる除去性により特徴付けられる請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
前記支持材料が、炭化ケイ素シリコンを含み備え、前記第１の成形材料が、二酸化ケイ素を含みシリコンを備えるとともに、前記第２の成形材料が、ポリシリコンを含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３０】
前記ガス感知材料が、遷移金属または貴金属を含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
前記支持材料が、エッチ耐性ポリマーを含むを備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３２】
前記ガス感知材料が、ＮｉまたはＮｉ合金を含む備える請求項２６に記載の方法。
【請求項３３】
前記基部構造が、前記自立ガス感知素子を支持する１つまたは複数のコンタクトを備える有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３４】
前記１つまたは複数のコンタクトが、炭化ケイ素シリコンで形成されている請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記基部構造が、前記自立ガス感知素子を支持する多数の離間コンタクトを備える有する請求項２６に記載の方法。
【請求項３６】
基板上に第１の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層をパターニングして前記基板部材に重なる所定のバリア構造を画定する少なくとも１つのバリア凹部を形成するために前記第１の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記バリア凹部内にバリア材料を堆積させるステップ工程と、
前記第１の成形材料層および前記バリア材料の上方に第２の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層をパターニングして前記バリア材料に重なる１つまたは複数の所定の離間コンタクトを画定するコンタクト凹部を設けるために前記第２の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記コンタクト凹部内にコンタクト形成材料を堆積させるステップ工程と、
前記第２の成形材料層および前記コンタクト形成材料の上方に第３の成形材料層を堆積させるステップ工程と、
前記第３の成形材料層をパターニングして前記コンタクト形成材料および前記第２の成形材料層の両方に重なる所定の支持構造を画定する支持凹部を設けるために前記第３の成形材料層をパターニングするステップ工程と、
前記支持凹部内に支持材料を堆積させるステップ工程と、
前記第３の成形材料を選択的に除去して突出支持構造を形成するために前記第３の成形材料を選択的に除去するステップ工程と、
前記突出支持構造上にガス感知材料を堆積させるステップ工程と、
前記第１および第２の成形材料を選択的に除去するし、これことにより、前記ガス感知材料で被覆コーティングされた解放支持構造と、前記バリア層上方に形成された離間コンタクトを備える有するコンタクト／バリア素子とを備える有する自立ガス感知素子を形成するステップ工程とを含み、
前記自立ガス感知素子が、前記コンタクト／バリア素子の前記離間直立コンタクトにより支持されているとともに、前記コンタクト／バリア素子の前記バリア層が、前記基板に重なるとともに保護する、ガスセンサアセンブリの製造方法。
【請求項３７】
浮遊支持構造とその上に形成されたガス感知層とを備える有する自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）多数の犠牲成形層を用いて前記浮遊支持構造を形成し、前記多数の犠牲成形層が後で除去されて前記支持構造を解放するために後に除去される多数の犠牲成形層を用いて前記浮遊支持構造を形成するステップ工程と、（２）前記ガス感知層を前記浮遊支持構造上方に堆積させるステップ工程とを含む方法。
【請求項３８】
浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造とその上のガス感知金属層とを備える有する自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）前記支持構造を解放するために後に除去する多数の犠牲成形層を用いて浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造を形成し、前記多数の犠牲成形層が後で除去されて前記支持構造を解放するステップ工程と、（２）前記ガス感知金属層を前記浮遊炭化ケイ素シリコン支持構造上方に堆積させるステップ工程とを含み、前記犠牲成形層が、二酸化ケイ素シリコンとポリシリコンとからなる群から選択されるた材料を含む備える方法。
【請求項３９】
自立ガス感知素子の形成方法であって、（１）多数の犠牲成形層を用いて支持構造と多数の離間コンタクトとを同時に形成するステップ工程と、（２）前記支持構造を解放するために前記犠牲成形層を選択的に除去して前記支持構造を解放するステップ工程と、（３）ガス感知層を前記解放支持構造上方に形成するステップ工程とを含み、前記支持構造が前記離間コンタクトおよび少なくとも１つの犠牲成形層に重なるとともに、前記解放支持構造が前記離間コンタクトによってのみ支持されている方法。
【図１】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図８Ａ】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【図２】
【図２Ａ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図５Ａ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図８Ａ】
【図９】
【図９Ａ】
【図１０】
【図１０Ａ】
【図１１】
【公表番号】特表２００７−５３６５０３（Ｐ２００７−５３６５０３Ａ）
【公表日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５５４２９９（Ｐ２００６−５５４２９９）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００５６０７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８１９３１
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／００５６０７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０８１９３１
【国際公開日】平成１７年９月９日（２００５．９．９）
【出願人】（５９９００６３５１）アドバンスド テクノロジー マテリアルズ，インコーポレイテッド (141)
【Ｆターム（参考）】
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