[发明专利]热电偶

说明书

相关申请

根据美国专利法35§119(e)，本专利文件要求2007年5月24日 提交的、美国临时专利申请序列号60/940,012的权益，其被并入本文以 供参考。

技术领域

本发明涉及温度传感器，并且更具体地涉及被配置成提高在 半导体加工设备中的温度控制精度的温度传感器。

背景技术

高温半导体加工室用于在一个或多个基体表面沉积各种材料 层。一个或多个基体或工件，例如硅片，被放置于加工室内的工件支 架上。所述基体和工件支架被一起加热到预期的温度。在一个典型的 加工步骤中，反应气体从每个受热的基体之上经过，借此化学气相沉 积(CVD)反应在一个(或多个)基体表面上沉积一薄层所述反应气 体中的反应物质。通过后续处理，取决于基体的尺寸和电路的复杂性， 这些层被制造成在集成电路和数万甚至数百万的集成构件中。

各种加工参数必须被精确控制以保证所产生的沉积层的高质 量。这样的一个严格参数是每个加工步骤中基体的温度。例如，在化 学气相沉积过程中，沉积气体在特定的温度下发生反应，从而在所述 基体上沉积薄的沉积层。如果跨过基体表面的温度变化很大，则沉积 层可能变得不平坦，这导致已完成的基体的表面上有些不可用的区域。 因此，在反应气体被导入加工室以前保持基体温度在预定温度上稳定 且一致是很重要的。

类似的，其他热处理过程中基体上温度不稳定或不一致会影 响基体表面上的最终结构的一致性。温度可被严格控制的其他加工过 程包括但不限于氧化、渗氮、掺杂物扩散、喷涂沉积、光刻蚀、干刻 蚀、等离子体处理和高温退火。

在靠近和即将接触到将被加工的基体的各个位置测量温度的 方法和系统已经众所周之。典型地，热电偶被布置在靠近将被加工的 基体的各个位置，这些热电偶被有效地连接到一个控制器以帮助提供 基体整个表面之上的更一致的温度。例如，授予Van Bilsen的美国 6,121,061号专利大体教授了用多个温度传感器在基体周围不同点测量 温度，包括一个热电偶放置在靠近基体前沿，另一个在靠近基体后沿， 一个在一侧，另一个在所述基体下方接近所述基体中心。

然而，已经发现在所述高温加工室中用于测量温度的热电偶 由于在热电偶中使用的金属丝的晶粒滑移而失效。热电偶典型地包括 一个细长陶瓷构件，其中有纵向的孔。一对金属丝在所述金属孔的长 度上延伸，其中所述金属丝的一端熔凝在一起并且靠近所述基体以便 温度测量，并且所述金属丝的相反端被连接到控制器。典型的，所述 金属丝温度测量端的相反端退出所述陶瓷构件的所述孔并弯曲或者卷 曲，然后以基本固定的方法被固定围绕所述陶瓷构件的套上。当所述 沉积反应加工步骤发生时，加工反应器被加热，从而加热陶瓷构件和 热电偶的金属丝。加热时，所述金属丝以和所述陶瓷不同的速率在纵 向伸展，因此导致在所述金属丝中产生纵向的应力。因为所述金属丝 的两端都被基本固定，所以反复的加热和冷却循环之后，金属丝中的 纵向应力导致金属丝内的晶粒滑移从而导致热电偶的失效。因此，允 许所述陶瓷构件里面的所述金属丝相对于所述陶瓷构件的纵向膨胀在 纵向伸展更多的热电偶设计是需要的。

发明内容

适应支承构件和其中的所述金属丝在热膨胀系数的差别的温 度敏感热电偶的需求是存在的。在本发明的一个方面中，提供了一种 热电偶。所述热电偶包括具有一对通过其中延伸的孔的支承管。所述 热电偶也包括一对由异种金属构成的金属丝。每根金属丝布置在支承 管不同孔中。所述热电偶还包括保护盖，该保护盖具有一对通过其中 形成的缝隙，每个所述缝隙容纳一根所述金属丝。所述安全盖附着在 所述支承管上以便所述缝隙和所述孔对准，所述缝隙被设计尺寸以便 允许所述金属丝在金属丝的热膨胀或收缩时自由滑动通过所述缝隙。