JP3653293B2 - ベーパ中のガスの濃度を決定する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、一般にガス・ベーパ（ｇａｓ ｖａｐｏｒ）を検出する装置に関し、さらに詳しくは、ガス・ベーパを検出するための新しいセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来、ガス・ベーパ・センサの中に感知部材として、様々な材料が使用される。センサ部材を形成するために使用される材料は、一般に検出されるガスによって決められる。例えば、ホスフィン・ガス（ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ ｇａｓ）の検出に使用されるいくつかの一般的な材料は、ロジウム（ｒｈｏｄｉｕｍ），銀で被覆されたカリウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ），酸化鉄（ｏｘｉｄｉｚｅｄ ｉｒｏｎ），または金を含む。これらの従来の感知部材の一つの欠点は、検出することのできるガス濃度である。これらの従来のセンサは、約１０ppb（ｐａｒｔｓｐｅｒ ｂｉｌｌｉｏｎ：１０億分率）より低いホスフィン・ガス濃度を一般に検出できない。さらに、従来のセンサは、低レベルのアルシン（水素化ヒ素）・ガス等を検出できない。
【０００３】
ホスフィンとアルシンは、ともに一般に半導体の処理領域において使用される。両方のガスは、ともに高い毒性なので、自然環境において、どちらのガスのわずかな量でさえも検出することが望ましい。
【０００４】
したがって、約１ppbより低いホスフィン濃度の検出を容易にし、約１ppbより低いアルシン濃度の検出を容易にするガス・ベーパ・センサ部材を有することが望ましい。
【０００５】
【実施例】
図１に、ガス・ベーパ検出装置、または、ガス検出器において使用に適するガス・ベーパ・センサ部材１０の実施例の断面を部分的に拡大した図を示す。部材１０は、支持基板１１，支持基板１１上に中間層（ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ ｌａｙｅｒ）１２，中間層１２の上に活性化層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）１３を含む。基板１１は、活性化層１３を支持するために使用され、好ましくは、シリコンであるが、二酸化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ），窒化ケイ素（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ），窒化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ），酸化アルミニウム（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ），水晶，ガラス，雲母（ｍｉｃａ）を含む他の材料でもよい。層１２は、連続な表面、および、層１３を基板１１に確実に接着する接着剤としての機能を提供する。好ましくは、層１２は半導体業界において当業者に周知の技術によって、基板１１に加えられる約３０から５０ナノメータ（ｎａｎｏｍａｔｅｒ）の二酸化けい素である。他の材料は、連続な表面を提供し、層１３と反応せず、層１２にも使用される窒化けい素などである。基板１１の表面が連続的な層１３を形成するのに適する場合、層１２は、除外することができる。低レベルのホスフィン、または、アルシン・ガスの感知を容易にするために、活性化層１３は、約１パーセントから２０パーセントのパラジウム濃度の量を有する金‐パラジウム合金を含む。より高いパラジウム濃度によって、酸化パラジウムの層が層１３の表面上にでき、それによって層１３の効率が低下する。電気的な端子（図示せず）は、層１３を部材１０によって感知されるガスの濃度の決定を容易にする電気的な回路（図示せず）に接続する。
【０００６】
層１３は、２つの別々の材料を加え、次にそれらを一つの同質の層にアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）することによって形成される。説明のために、２つの層は、点線１６を付した分割される層１３によって図示される。パラジウム層１７は、低い圧力蒸気（ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、または、半導体業界における当業者に周知の他の手段によって、層１２の表面上に蒸着される。次に、金の層１８は、半導体業界における当業者に周知の技術によって、パラジウム１７の上に蒸着される。好適な実施例において、パラジウム１７および金１８は、それぞれ約６ナノメータ，５４ナノメータの厚みを有する。さらに好適な実施例において、層１３は、約１センチメータの四角である。そのような蒸着技術の一例として、Ｋ.Ｅｖａｎｓらによる論文「ＥｆｆｅｃｔＯｆ Ｔｈｅ Ｗｏｒｋ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｈａｎｇｅ」（Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１９９１年８月１９‐２１日、３５９‐３６４頁）に説明される。パラジウム１７の酸化を防止するために、パラジウムを最初に蒸着し、次に金で覆うことが重要である。パラジウム１７が酸素にさらされないと、パラジウムの酸化は最早関係ないので、蒸着シーケンスは重要でなくなる。蒸着後に、層１３は、同質の金‐パラジウム合金薄膜を形成するために、窒素（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）または、アルゴン（ａｒｇｏｎ）のような不活性ガス中で、パラジウム１７および金１８のアニーリングによって形成される。アニーリングは、それぞれ１時間５分の間３００から５００度（℃）の温度で達成される。結果として生じる層１３の厚みは、約５０から７０ナノメータである。
【０００７】
別の実施例において、活性化層１３は、約５０から７０ナノメータの厚みを有する金の層である。金の層は、低い圧力蒸気または、半導体業界における当業者に周知の他の蒸着手段によって形成される。その後は、金‐パラジウム層と同様に、金の層はアニールされ、同質の金の薄膜を形成する。
【０００８】
図２は、直列に電気的に接続されたガス検出器２４，可変電圧資源２２，電流計２３を含むガス・ベーパ・センサ回路２０の概略図である。検出器２４は、図１の部材１０である第１平板、および、第２キャパシタ平板（ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｐｌａｔｅ）として機能する基準部材２１を有するキャパシタとして電気的に機能する。基準部材２１は、検出されるガス・ベーパにおいて不活性で、一般的にステンレス鋼、または、クロム塩の金（ｃｈｒｏｍｉａｔｅｄ ｇｏｌｄ）のどちらかの材料である。部材１０および２１は、異なった材料であるので、それぞれの材料の仕事関数電圧（ｗｏｒｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は異なる。仕事関数電圧におけるこの差異は、部材１０と２１との間の電圧差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）となる。以下に示すように、この電圧差は部材１０と２１との間を通過するガスの検出を容易にする。
【０００９】
キャパシタの平板間の距離を周期的に変化させることによって、電流の電流計２３を介する流れを誘導する。電流は、資源２２によって加えられる電圧と、部材１０および２１の異なる仕事関数電圧によって生成される電圧差との間の差に比例する。電圧差と等しくなる値まで電圧資源２２を調整することによって、即ち、仕事関数電圧間の差、電流を零にする（空白の状態：ｎｕｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）。
【００１０】
そのような装置は、一般にケルビン・プローブ（Ｋｅｌｖｉｎ ｐｒｏｂｅ）や従来技術を参照にされる。ガスを検出するために、検出器２４は、空気に部材１０および２４を露出し、電流計２３を介して電流が流れなくなるまで電圧資源２２を調整することによって調整される。例えば、アルシンまたはホスフィンを含んだガス・ベーパ等、ガス・ベーパ２６に部材１０を露出することによって、ベーパ２６の中のガスが部材１０の仕事関数電圧を変更する。仕事関数電圧が変化すると、電流計２３を介して流れる電流によって電圧差も変化する。この電流の値は、ベーパ２６の中のガスの濃度によって決定される。その結果、ガス濃度は、電流または変化した電圧差のどちらかを測定することによって決定される。したがって、ベーパ２６におけるガスの存在および濃度は、部材１０の仕事関数電圧の中の変化を検出することによって決定することができる。好適な実施例において、電圧差は監視され、ベーパ２６の中のガスを検出する。この好適な実施例において、約１ppb濃度のアルシンは、約１００ミリボルトの電圧を生成する。
【００１１】
単一の金薄膜を活性化層１３に使用することによって、１０ppbのホスフィン濃度、および、１５から２０ppbのアルシン濃度を検出することが出来ることは周知である。しかしながら、金-パラジウム合金薄膜を使用することによって、１ppbより低いホスフィン濃度、および、１ppbよりはるかに低いアルシン濃度を検出することができる。パラジウム薄膜単独では、ホスフィンまたはアリシンの濃度が２０ppbより高い場合のみ感知できるので、この金‐パラジウム薄膜の特性は予測されない。したがって、金とパラジウムを一緒に結合させることによって、個々の構成物質の間の感度となる。すなわち、１０ppbより高い濃度および２０ppbより低い濃度を検出する。金‐パラジウム合金薄膜の急激な感度は、予測できない結果である。
【００１２】
新しいガス検出器のための感知部材を提供したことを理解されたい。活性化層として金‐パラジウム合金を利用することは、極端に低レベルのホスフィンまたはアリシンのいずれかの濃度を感知することができる。１ppbより低い感知能力は、従来のセンサよりも少なくとも大きさの単位は優れる。金薄膜を活性化層として使用することは、アルシンを感知する部材で従来達成されるより低いアルシンを感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるガス・ベーパ・センサ部材の実施例の断面を部分的に拡大した図である。
【図２】 図１のガス・ベーパ・センサを使用するための電気的な回路の概略図である。
【符号の説明】
１０ ガス・ベーパ・センサ部材
１１ 支持基板
１２ 中間層
１７ パラジウム
１８ 金
２０ ガス・ベーパ感知回路
２１ 基準部材
２２ 可変電圧資源
２３ 電流計
２４ ガス検出器
２６ ガス・ベーパ

Claims (3)

1. ベーパ中のガスの濃度を決定する方法において：
   前記ガスに同質な金−パラジウム合金薄膜（１３）を露出する工程；および、
   前記金−パラジウム合金薄膜（１３）の前記ガスへの露出に応じた仕事関数電圧の変化を測定する工程；から構成され、
   前記金−パラジウム合金薄膜は、それぞれ別々に形成した金層とパラジウム層とを、共にアニーリングすることにより形成され、
   前記ガスに金−パラジウム合金薄膜（１３）を露出する工程は、約１０ｐｐｂより低い濃度を有するアルシンまたはホスフィンの一方に、約１〜２０パーセントの濃度のパラジウム量を有する金−パラジウム合金薄膜（１３）を露出する工程から成り、
   該約１０ｐｐｂより低い濃度を有するアルシンまたはホスフィンの一方の濃度は、前記仕事関数電圧の変化の測定により決定される、方法。
2. 前記アルシンまたはホスフィンの一方の濃度が、約１ｐｐｂから約１０ｐｐｂより低い濃度までの濃度である、請求項１に記載の方法。
3. 前記アルシンまたはホスフィンの一方の濃度が、約１ｐｐｂより低い濃度である、請求項１に記載の方法。

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