专利名称：热电偶及温度测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及温度传感器，更具体地涉及被配置为在半导体处理设备中增强温度控制的准确度的温度传感器。
背景技术：
高温半导体处理室被用于将各种的材料层沉积到一个或多个衬底表面上。典型地，一个或更多衬底或工件，例如硅片，被放置在处理室内的工件支架上等待被处理。衬底和工件支架都被加热到期望的温度。在一典型的处理步骤中，反应物气体流经每个被加热的衬底，藉此化学气相沉积(CVD)或原子层沉积沉积(ALD)反应将反应物气体中的反应物材料的薄层沉积到衬底表面上。在后续过程中，取决于衬底的大小和电路的复杂度，这些层被制作成集成电路以及成千上万或者甚至上百万的集成器件。必须仔细控制各种过程参数以确保生成的沉积层的高质量。一个这样重要的参数是在每个处理步骤期间衬底的温度。例如，在化学气相沉积期间，沉积气体在特定的温度下反应以在衬底上沉积薄层。如果温度跨衬底表面变化剧烈，沉积层会变得不平坦，这将导致在完成的衬底表面上的不可利用区域。因此，在反应物气体被引入处理室之前衬底温度稳定并统一于期望温度是重要的。相似地，在其它热处理期间衬底上温度的不一致或不稳定可能影响衬底表面上生成的结构的一致性。温度控制对于其非常重要的其它过程包括，但并不局限于，氧化、氮化、 掺杂剂扩散、溅射沉积、光刻、干法刻蚀、等离子体处理和高温退火。用于测量被处理衬底附近和紧邻被处理衬底的各种位置的温度的方法和系统是已知的。典型地，热电偶被放置在被处理的衬底附近的各种位置上，并且这些热电偶被操作性地连接到控制器来帮助在衬底的整个表面上提供更一致的温度。例如，授权给Van Bilsen的美国专利号为6，121,061的专利讲授了在围绕衬底的不同点测量温度的多个温度传感器，包括放置在衬底前缘附近的一热电偶，另一个放在后缘附近，一个在一侧，另一个在衬底下位于衬底中心附近。热电偶是一种温度测量装置，常用于半导体处理反应室来测量围绕被处理衬底的不同位置的温度和反应室内大体的温度。热电偶典型地包括通过将多个导线末端熔合在一起形成的至少一个结，其中导线由至少两种不同的金属形成，热电偶形成在它们之间。热电偶被安装在反应室内以确保热电偶结被准确放置来提供在特定位置上的温度测量。当安装期间热电偶结偏移了准确位置时，热电偶结离期望位置越远，热电偶提供的温度数据将越不准确。另外，对于沿其长度有多个结的热电偶，热电偶的旋转也可使得结远离期望位置。典型地，当生产本领域公知的热电偶时，没有部件正向定位热电偶内的结。而且， 当热电偶被安装到半导体处理设备的反应室内时，本领域公知的热电偶上没有部件来确保热电偶在设备内被正确地对准以使结被放置在用于温度测量的准确位置。因此，需要有内对准部件的热电偶，其允许结在生产过程中一致地位于热电偶内。 也需要有外对准部件的热电偶，其允许在安装过程中热电偶被正向定位在反应室内。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了可布置在基座环内的热电偶。该热电偶包括可布置在基座环内的护套。该热电偶还包括位于护套内的至少一个热电偶结。热电偶也包括至少一个内对准部件和/或至少一个外对准部件以相对于基座环正向定位或对准至少一个热电偶结。在本发明的另一方面，提供在基座环的孔内的、用于温度测量的热电偶。热电偶包括护套，其在一端具有测量尖端，在相对端具有开口。热电偶还包括布置在护套内的支撑构件。热电偶也包括位于护套内的至少一个热电偶结。热电偶进一步包括位于邻近于测量尖端的至少一个外对准部件或位于临近于开口的内对准部件。外对准部件和内对准部件被配置为正向定位或对准基座环的孔内的热电偶结。在本发明的又一个方面，提供在半导体处理反应器内测量温度的系统。该系统包括基座环和在基座环中形成的孔内可布置的热电偶。基座环具有形成在其中的至少一个孔，并且该孔包括封闭端并形成第一横截面形状。在孔的封闭端形成凹陷区域，其中凹陷区域形成孔内的第二横截面形状。第二横截面形状不同于第一横截面形状。热电偶可布置在孔内，且热电偶包括在其一端具有测量尖端且在其相对端具有开口的护套。该热电偶还包括位于护套内的至少一个热电偶结。该热电偶还包括位于邻近于测量尖端的至少一个外对准部件和/或位于邻近于开口的内对准部件，其中外对准部件和内对准部件被配置为正向定位或对准基座环的孔内的热电偶结。从以下对本发明实施例的描述中，本发明的优势对于本领域技术人员来说将变得更加明显，本发明的实施例被示出和描述仅仅是以举例的方式。正如将要被意识到的，本发明能够以其它的或者不同的实施例实现，并且它的细节在各种不同的方面能够被修改。因此，附图和说明书在本性上将被视为是示例性的而不是限制性的。
图1是半导体处理反应器实施例的侧横截面视图；图2是基座环实施例的底视图；图3是图2中的基座环的孔的侧横截面视图；图4是本发明热电偶实施例的侧横截面视图；图5A是图4的热电偶的测量尖端的放大的侧横截面视图；图5B是图4的热电偶的测量尖端的放大的端视图；图6A是在热电偶的测量尖端和基座环的孔的封闭端的外对准部件的实施例的立体图；图6B是在图6A的测量尖端和孔处的外对准部件的顶视图；图7A是在热电偶的测量尖端和基座环的孔的封闭端的外对准部件的实施例的立体图；图7B是在图7A的测量尖端和孔处的外对准部件的顶视图；图8A是具有两个外对准部件的热电偶的实施例的放大的侧视图；图8B是图8A的具有两个外对准部件的热电偶的放大的端视图8C是具有两个外对准部件的热电偶的实施例的放大的侧视图；图8D是图8C的具有两个外对准部件的热电偶的放大的端视图；图8E是具有四个外对准部件的热电偶的实施例的放大的侧视图；图8F是图8E的具有四个外对准部件的热电偶的放大的端视图；图8G是具有单个外对准部件的热电偶的实施例的放大的侧视图；图8H是图8G的具有单个外对准部件的热电偶的放大的端视图；图81是具有两个外对准部件的热电偶的实施例的放大的侧视图；图8J是图81的具有两个外对准部件的热电偶的放大的端视图；图9是热电偶的另一实施例的侧横截面视图；图10是图9的热电偶的内对准部件的实施例的分解视图。
具体实施例方式参照图1，示出了本领域公知的半导体处理反应器10的示例性实施例。反应器10 可被配置为用于化学气相沉积(“CVD”)过程、原子层沉积(“ALD”)过程、或将薄层材料沉积到位于反应器10内的衬底上的任何其他任何过程。图1示出了典型应用在由亚利桑那州(AZ)、菲尼克斯市(Phoenix)的ASM美国公司生产的Epsilon 工具中的已知的反应器10。所示实施例的反应器10包括外壳12和冷壁、位于外壳12内的单衬底反应室14。然而，应当被本领域技术人员理解的是反应室14可以是能处理其中的衬底的任何类型。反应室14定义了在其内发生化学反应的反应空间16。反应室14包括入口 18，通过该入口 18 处理气体被引入反应空间16，还包括出口 20，通过该出口 20处理气体离开反应空间16。反应器10还包括布置在外壳12内的多个加热元件22以向反应室14提供辐射热。在一实施例中，衬底支撑组件M至少部分位于反应室14内，如图1所示。衬底支撑组件M包括衬底架沈、架支撑构件观、基座环30和基座环支架32。衬底架沈被配置为在处理过程中支撑反应空间16内的衬底34。架支撑构件观操作性地连接于衬底架沈，并且架支撑构件28附连到轴36上，轴36向下延伸穿过管38，管38从反应室14的底面向外延伸。该轴36操作性地连接于马达(未示出)，该马达位于反应器10的外部，该马达被配置为旋转轴36，藉此使得架支撑构件观和衬底架沈以相应方式在反应室14内旋转。在一实施例中，基座环30围绕着衬底架沈，且被配置为在处理过程中补偿自衬底 34的边缘和衬底架沈的温度损失。如图1所示，基座环30由操作性地附连到反应室14的下表面的基座环支架32支撑。在一实施例中，基座环30形成为单件，并包括穿过下游或其后表面42形成的至少一个孔40，如图1-2所示。应被本领域技术人员理解的是，基座环30 可以具有任意数量形成于其中的孔40，并且孔40能被形成在基座环30的任何表面中。在图1-3所示的示例性实施例中，基座环30包括三个穿过其后表面42形成的孔40。孔40被配置为接收温度测量装置，如热电偶、高温计或能测量基座环30内特定位置的温度的任何其它装置。孔40仅穿过基座环30的一部分长度而形成，以致于孔40的一端是开着的另一端是关着的，因此提供用于接收温度测量装置的盲孔。孔40临近形成在基座环30中的孔44而形成，如图2所示。孔40的长度和位置允许位于其中的温度测量装置测量在衬底架26 (图1)周围的不同位置的局部温度。在一实施例中，沿基座环30的边延伸的每个边孔40的封闭端位于邻近于基座环30的前缘46。
6在另一实施例中，每个边孔40的封闭端位于基座环30后缘42和前缘46之间的大约一半位置以致于边孔40的封闭端定位于离孔44的最近点。本领域技术人员应理解的是，边孔 40可以是任意长度，并且相对的边孔的长度可以是不同的。在一实施例中，位于边孔40之间的后孔40延伸以致于后孔40的封闭端定位于紧邻孔44的边缘。参照图3，示出了基座环30的边孔40的横截面，其中温度测量装置位于孔40内。 在图示的实施例中，温度测量装置是热电偶50。热电偶50的测量尖端52被定位为紧邻孔 40的封闭端，但是应被本领域技术人员理解的是，测量尖端52可以位于沿孔40的长度的任意位置。图4示出了改进的热电偶50的实施例。在图示的实施例中，热电偶50包括护套讨、支撑构件56、第一导线58、第二导线60、螺母62、封闭盖64、插头66和内对准部件68和 /或外对准部件70。护套M是伸长的构件，其具有形成其一远端的测量尖端52以及在其中形成开口 72的相对的远端。护套M沿其整个长度具有基本上恒定的厚度，但是应被理解的是，护套M可形成沿其长度具有不同的厚度。在一实施例中，护套M是由石英组成的， 但是可以使用任何其它足以承受反应室14内的循环温度变化的材料。护套M的测量尖端 52可以形成为圆形末端，但是本领域技术人员应理解到测量尖端52可以是任何形状，例如圆锥形的、半球状的等。例如，在另一实施例中(未示出)，测量尖端52形成平面。如图4所示，支撑构件56被部分布置在护套M内并通过开口 72延伸到测量尖端 52的内表面。在一实施例中，支撑构件56是由陶瓷形成的伸长构件，但是可以使用任何其它足以承受反应室14 (图1)内的循环温度的材料。在一实施例中，支撑构件56包括沿支撑构件56的至少一部分长度形成的两个孔74。本领域技术人员应理解的是支撑构件56可以包括任何数量穿过其形成的孔74。每个孔74被配置为在其中接收第一和第二导线58、60 之一。第一和第二导线58、60中的每一个的一部分延伸超过邻近于护套M的测量尖端52 的支撑构件56的第一远端76。邻近于支撑构件56的第一远端76的第一和第二导线58、60 的这些自由末端被熔合在一起形成结78。第一和第二导线58、60由不同的金属形成，因此在它们之间形成热电偶。在一实施例中，如图4所示，结78位于与邻近于测量尖端52的护套M的内表面成邻接关系的位置。在另一实施例中(未示出)，结78相对于测量尖端52 以隔开方式位于邻近于护套讨的内表面。在图4-5B示出的热电偶的示例实施例是单结热电偶，其中结78位于在测量尖端52处的热电偶50的远端。本领域技术人员应理解的是，作为热电偶50的可选实施例，结78可以位于沿热电偶的长度的任意位置，或者热电偶50可以包括位于沿热电偶的长度的实质上相同或不同位置的多个结78，以下将对此进行解释。在一实施例中，支撑构件56的第二远端80延伸穿过护套M的开口 72，如图4所示。孔74的末端的位置超过开口 72以致于第一和第二导线58、60同样地延伸超过护套M 的开口 72。第一和第二导线56、58中的每一个的剩下的自由末端被操作性地连接到插头 66。螺母62和封闭盖64配置为保护支撑构件56的延伸超过护套M的开口 72的部分以确保支撑构件56保持位于护套M内。特别地，当在基座环的盲孔或孔安装热电偶时，一个困难是在孔内正确地对准或定位热电偶的测量结。因为热电偶被插入到盲孔时，保证正确的定位和/或对准是困难的因为操作员不能看到孔内来确认其中的测量结的定位。当在热电偶的远端安装具有测量结的热电偶时，常常期望定位热电偶的测量尖端紧邻孔的封闭端，而不与孔的封闭端接触。然而，操作员可能延伸热电偶进孔太远以致于测量尖端接触基座环，这可能对护套造成损坏并降低温度测量的准确度或者造成热电偶的过早破坏。替换地，如果热电偶没被插入进孔足够远，结离孔的封闭端非常远，以致于离结的期望位置的增加的距离减小了温度测量的准确度。当安装具有至少一个远离测量尖端位于沿其长度的测量结的热电偶时，确保结正确定位而热电偶不在孔内旋转是困难的，由此结移动到远离用于最佳温度测量的期望位置。对于高度依赖温度的处理，准确和可重复的温度测量对于确保处理的最佳条件常常是重要的。因此，当在反应室14内安装热电偶时，在预定的位置上正向定位热电偶的结的能力从而优化温度测量的准确度和可重复性是一个重要因素。内对准部件68和外对准部件 70，要么单独要么结合，配置为始终如一地正向定位和/或对准相对于基座环30的热电偶 50的结78。如图4-5B所示，显示具有一对外对准部件70的热电偶50的一实施例。应被本领域技术人员理解的是，尽管图示实施例包括两个外对准部件70，热电偶50可包括任意数量的外对准部件70。配置热电偶50的外对准部件70以保证位于测量尖端52的结78被始终如一地正向定位于基座环30的孔40 (图3)内。外对准部件70将参考单结热电偶被描述， 在单结热电偶中结78被定位在与在测量尖端52处的护套M的内表面成邻接关系或紧邻在测量尖端52处的护套M的内表面。应被本领域技术人员理解的是在其它实施例中，结 78可以被定位在沿热电偶50的长度的任意位置，或者热电偶50可以包括多个结78。在一实施例中，每一个外对准部件70包括形成在护套M的测量尖端52的外表面中的切口 82，如图4-5B所示。在示例性实施例中，切口 82包括定位表面84和停止表面 86。在一实施例中，定位表面84从在护套M的测量尖端52附近的一位置延伸并向后朝向护套讨的开口 72延伸。定位表面84实质上是平面，其朝向实质上平行于护套M的纵轴， 该平面形成关于圆柱护套的弦。停止表面86是相对于定位表面84以通常横向方式朝向的表面，因此在停止表面86和定位表面84之间形成角度。在一实施例中，停止表面86正交于定位表面84，它们之间实质上形成直角。在另一实施例中，停止表面86的朝向相对于定位表面84形成钝角。停止表面86从定位表面84放射状地向外延伸到护套M的边缘以在其中形成切口 82。切口 82的横截面形状对应于在基座环30内的孔40的封闭端88处的形状(图2-3)。在图2-3图示的基座环30的实施例中，孔40延伸肋的几乎整个长度，孔40形成在肋中，以提供进入基座环30的肋的盲孔用来接收热电偶50。在一实施例中，基座环30的盲孔的孔40靠从基座环30移除材料形成，从而形成仅基座环30的长度的一部分的凹陷。 在另一实施例中，盲孔的孔40靠从基座环30移除材料形成，从而形成沿基座环30的整个长度的凹陷，并且插塞或插入物随后被插入进凹陷的末端并密封形成盲孔。在基座环30的一实施例中，如图6A-6B所示，每个孔40a延伸肋90的整个长度， 以致于孔40a在两头是开着的。在一实施例中，插入物92被插入进孔40a的末端来提供横截面形状，此横截面形状不同于孔40a其余长度的横截面形状。在一实施例中，穿过肋90 的孔40a为圆柱孔，并且插入物92同样是配置为在孔40a的末端内相配合的圆柱构件。应被本领域技术人员理解的是孔40a可形成为具有任意横截面形状，并且通常插入物92的横截面形状对应于孔40a的横截面形状。在一实施例中，插入物92是圆柱构件，其被配置用来被插入到形成在基座环30中的孔40a内以形成孔的封闭端8 (图2- 。插入物92包括第一末端表面94、相对的第二末端表面96，和从第二末端表面96纵向延伸的凹陷区域98。在一实施例中，凹陷区域98包括一对相对的纵向表面100，纵向表面100实质上平行于插入物92的纵轴延伸，还包括在纵向表面100之间延伸的横向表面102。应被本领域技术人员理解的是，插入物92的凹陷区域98可包含任意数量的纵向表面100，借此纵向表面100形成不同于插入物92可插入其中的孔40a的横截面形状的横截面形状。配置插入物92用来封堵邻近于基座环30的前缘 46的孔40a的末端，以提供封闭端给孔40a。插入物92进一步配置用来接收热电偶的测量尖端52来将结78正向对准和定位到孔40a内。在一实施例中，插入物92被布置在孔40a 内，插入物92被定位以致于纵向表面100以实质上垂直的方式被定向。在另一实施例中， 插入物92被布置在孔40a内以致于纵向表面100朝向非直角方向。在另一实施例中，如图7A-7B所示，盲孔的孔40a的封闭端可用一对块104和定位在形成于基座环30内的锁销108内的插塞106形成。块104是和基座环30用同样的材料形成的固体构件。当定位在锁销108内，块104和插塞106在孔40a的末端形成凹陷区域， 其中配置凹陷区域98用来接收热电偶50的测量尖端52。每个块104包括第一末端表面 94、第二末端表面96以及在末端表面94、96之间延伸的纵向表面100。块104被置于孔40a 的对边上的锁销108内，其中块104的纵向表面100被指向彼此。块104被定位在锁销108 内以覆盖孔40a的一部分，因此修改了孔40a的横截面形状。因为块104覆盖了孔40a的一部分，块104的第二末端表面96被暴露并被配置以接触热电偶50的切口 82的停止表面 86。块104被确保在锁销108内以防止块104移动。插塞106被插入锁销108内并接触邻近其纵向表面100的块104的表面。插塞106的横截面形状实质上与锁销108的形状相同从而彻底填塞并覆盖锁销108的开口并密封孔40a。位于块104的纵向表面100之间的空间的插塞106的表面部分形成在凹陷区域98内的横向表面102。凹陷区域98的深度结合热电偶50的切口 82的长度，决定了当热电偶50被插入到孔40a且护套M的测量尖端52被接收在凹陷区域98内时结78的定位和对准，如图6B 和7B所示。当热电偶50被插入到孔40a中时，仅当护套M的定位表面84相对于凹陷区域98的相应的纵向表面100以基本上平行的方式被对准时，护套M的测量尖端52可被接收在凹陷区域98内。护套M的横截面形状略微小于插入物的凹陷区域98的开口，以允许护套M和基座环30热膨胀或收缩而不使护套摩擦或接触基座环30，护套摩擦或接触基座环30可产生对沉积过程有害的粒子或者也可能减少热电偶50的寿命。热电偶50的测量尖端52被插入到凹陷区域98中直到护套M的每个切口 82的停止表面86接触第二末端表面96，因而防止热电偶50进一步插入进孔40a。在一实施例中，当切口 82的停止表面86 接触第二末端表面96时，测量尖端52保持与凹陷区域98的横向表面102分隔开。在另一实施例中，当切口 82的停止表面86接触第二末端表面96时，测量尖端52邻接凹陷区域98 的横向表面102。给出了凹陷区域98的纵向表面100的长度和相对于凹陷区域98的横向表面102 的结78的预定位置，切口 82的定位表面84的长度和相对于测量尖端52的停止表面86的位置可被确定以确保结78在孔40a内被正确地定位。替换地，给出了定位表面84的长度和切口 84的停止表面86的位置以及相对于凹陷区域98的横向表面102的结78的预定位置，凹陷区域98的纵向表面100的长度可被确定以确保结78在孔40a内被正确地定位。本领域技术人员应理解的是相对于孔40a的末端的结78的最佳位置的确定可靠修改凹陷区域98的尺寸和/或热电偶50的切口 82的尺寸来实现。配置热电偶50的外对准部件70 以在孔40a内正向定位热电偶50的结78使得热电偶50的准确度最优化。应被本领域技术人员理解的是配置外对准部件70用于正向定位一个或多个位于沿热电偶50的长度的任何位置的结78。在另一实施例中，热电偶50包括两个形成在邻近于测量尖端52的护套M中的外对准部件70，如图8A-8B所示。每个外对准部件70包括切口 82，其中切口 82之一相对于另一个切口 82形成角度。在示例性实施例中，切口 82朝向它们之间基本上垂直的角度。在另一实施例(未示出)中，切口 82朝向它们之间非垂直的角度。在再一个实施例中，如图 8C-8D所示，热电偶50包括形成在邻近于测量尖端52的护套M中的两个外对准部件70。 每个外对准部件70包括切口 82，其中切口 82以它们之间基本上平行的方式朝向。在图示的实施例中，切口 82以基本上水平的方式朝向。在图5A-5B图示的实施例中，切口 82以基本上平行的方式朝向并且进一步以基本上垂直的方式朝向。在另一实施例(未示出)中， 平行的切口 82朝向非水平且非垂直。在进一步的实施例中，如图8E-8F所示，热电偶50包括形成在邻近于测量尖端52的护套M中的四个外对准部件70。每个外对准部件70包括切口 82，其中每一个切口 82的朝向相对于邻近的切口 82基本上成直角。应被本领域技术人员理解的是任意数量的切口 82可形成在护套5中以形成不同于沿护套M的其余长度的横截面形状的横截面形状。在更进一步的实施例中，如图8G-8H所示，热电偶50包括形成在邻近于测量尖端 52的护套M中的单个外对准部件70。图示的外对准部件70形成为标定构件、或键控构件 110。键控构件110对应于在基座环30的孔40a的封闭端88中的凹陷区域98中的相似形状。键控构件110可与护套M —体形成，或键控构件100可附于护套M的外表面以形成外对准部件70。在图示实施例中，护套M的外直径被减小了以致于从护套M的外表面放射状地向外延伸的键控构件110并不沿剩余护套M放射状地延伸远过外直径。在另一实施例中，如图8I-8J所示，热电偶50包括形成在邻近于测量尖端的护套 M内的两个外对准部件70。在一实施例中，外对准部件70形成为相同的部件。在另一实施例中，外对准部件70形成为不同的部件，如在图8I-8J中所示的实施例。应被本领域技术人员理解的是，当多个外对准部件70形成在护套M中，外对准部件70可形成为相同类型的部件或者部件可形成为不同类型的部件。在图示的实施例中，外对准部件70之一形成为切口 82，并且另一外对准部件形成为标定构件或者键孔112。键孔112是靠在局部位置移除部分厚度的护套M而形成，从而形成护套M内的凹陷，其中配置键孔112用来接收形成在孔40a的封闭端88 (图2- 的突出(未示出)。应被本领域技术人员理解的是外对准部件70可以是任何形成在护套M里或护套M上的部件或部件的组合从而来在护套M的测量尖端52处或附近提供横截面形状，此横截面形状不同于与其紧邻的护套M的横截面形状，以致于配置外对准部件70来始终如一地正向定位热电偶插入其中的基座环30的孔 40a内的热电偶50的结78。在一实施例中，热电偶50包括内对准部件68，其被配置用来正向定位在护套M内的热电偶的至少一个结78以使热电偶50的位置准确度最优化。在双结热电偶50的示例实施例中，如图9所示，热电偶50包括两个结78，其中第一结78a形成在支撑构件56的第一远端且位于测量尖端52处，第二结78b形成在沿支撑构件56的长度的一位置并和第一结 78a相隔开。第二结78b位于形成在支撑构件56中的锁销114内在支撑构件56的第一远端76和第二远端80之间的一位置。因为第二结78b位于偏离支撑构件56的中心线的一位置，当在基座环30内安装时，第二结78b的位置可能影响由第二结78b测量的温度的准确度。例如，如果热电偶50被放置在孔40a内以致于第二结78b被指向远离孔44和衬底 34 (图1-2)，测量的温度比如果热电偶50被放置在孔40a内以致于第二结78b被指向朝向孔44和衬底34时较不准确。配置热电偶68的内对准部件68用来确保相对于护套M的结78a、78b的适当对准以致于当热电偶50被安装在孔40a中时，结78a、78b被正向定位于孔40a内的预定位置。在一实施例中，如图10所示，内对准部件68包括螺母62、封闭盖64、第一定位构件116、第二定位构件118和轴环120。螺母62是具有穿过其纵向中心线形成的孔122的圆柱构件。配置孔122用来接收和围绕护套M。配置螺母62用来被可移动地连接到封闭盖64。在一实施例中，配置封闭盖64用来接收护套M的开口 72。配置轴环120用来将支撑构件56接收在其中并位于邻近于护套M的开口 72，如图9-10所示。当装配时，配置轴环120用来接触弹簧128的一个末端，其中弹簧128的相对的末端接触第二轴环130，第二轴环130操作性地连接到与轴环120隔离开的支撑构件 56。轴环120提供基本上固定的基部，弹簧1 从此基部延伸。配置弹簧1 用来提供作用在第二轴环130上的偏置力，因此使支撑构件56朝向护套M的测量尖端52偏移。支撑构件56被偏向测量尖端52用来保证第一结78a在测量尖端52的正确定位。支撑构件56 被允许自由地穿过轴环120纵向热膨胀和收缩。配置轴环120用以在护套M的开口 72和封闭盖64之间安装。在一实施例中，第一定位构件116被操作性地连接到护套M的外表面，如图9-10 所示。在一实施例中，第一定位构件116被与护套M—体形成。在另一实施例中，第一定位构件116分离于护套M形成并安全地附于护套M上。在一实施例中，第一定位构件116 由与护套M相同的材料形成。在另一实施例中，第一定位构件116由与护套M不同的材料形成。第一定位构件116包括环IM和从环IM延伸出的停止构件126。在一实施例中， 环IM是具有沿其纵向中心线形成的孔的圆柱环。配置环124中的孔用来围绕和接触护套 54的外表面。应被本领域技术人员理解的是环1 可以是带有用来接收护套M的孔的任意形状。环124的外直径大于护套M的外直径以致于环IM从护套M的外表面放射状地向外延伸。在一实施例中，停止构件126从环124向护套M的开口 72纵向向后延伸，如图 9-10所示。停止构件1 是伸长的、实质上线性的构件，它从护套M的外表面放射状地向外延伸。在一实施例中，停止构件1 从环IM延伸至护套M的后边缘形成开口 72。在另一实施例中，停止构件126在环IM和护套M的后边缘之间延伸仅仅一部分距离。在一实施例中，停止构件1 从护套M的外表面放射状地向外延伸了与环IM相同的距离。在另一实施例中，停止构件126从护套M的外表面放射状地向外延伸要么比环IM更长的距离要么比环IM短的距离。当装配时，螺母62彻底环绕第一定位构件116的至少一部分。在一实施例中，第二定位构件118被操作性地连接到支撑构件56的第二远端80， 如图9-10所示。第二定位构件118被配置以与支撑构件56在纵向方向热膨胀或收缩相应的方式沿支撑构件56的纵向中心线转化。在一实施例中，第二定位构件118与支撑构件56 分离地形成并且然后操作性地与其连接。在另一实施例中，第二定位构件118与支撑构件 56—体形成。在一实施例中，第二定位构件118和支撑构件56由相同的材料形成。在另一实施例中，第二定位构件118和支撑构件56由不同的材料形成。配置第二定位构件118以被接收在封闭盖64内。在一实施例中，封闭盖64是伸长的、通常是圆柱形的构件，其具有第一末端132和相对的第二末端134，如图9-10所示。封闭盖64包括形成在邻近于第一末端132的外表面上的螺纹136。螺纹136对应于螺母62的带螺纹的内表面(未示出)来螺纹式连接螺母 62和封闭盖64。应被本领域技术人员理解的是，当封闭盖64可连接于螺母62时，封闭盖 64可被形成为足以帮助正向定位热电偶50的结78的任意形状。也应被本领域技术人员理解的是螺母62和封闭盖64可由任何其它的连接机构连接。封闭盖64包括第一凹陷区域 138和第二凹陷区域140，其中第一和第二凹陷区域138、140彼此分隔开。在一实施例中， 第一凹陷区域138形成为沿封闭盖64的部分纵向长度的伸长孔。第一凹陷区域138从封闭盖64的第一末端132向内纵向延伸。第一凹陷区域138包括定义第一凹陷区域138的纵向末端的停止表面142。封闭盖64还包括穿过封闭盖64的辐射厚度而形成并以纵向方式从第一末端132延伸的狭槽144。狭槽144从封闭盖64的外表面放射状地向内延伸到第一凹陷区域138的外表面。当装配热电偶50时，配置狭槽144用来接收第一定位构件116 的停止构件126。狭槽144的形状实质上对应停止构件126的形状以致于当停止构件1 被接收在狭槽144内时，第一定位构件116被阻止相对于封闭盖64旋转。因为第一定位构件116相对于封闭盖64保持基本上转动固定，护套M同样地相对于封闭盖64保持基本上转动固定，因为第一定位构件116被固定地连接到护套M。在一实施例中，第一凹陷区域138与第二凹陷区域140被网146分离开，如图10 所示。第二凹陷区域140从封闭盖64的外表面向内放射状地延伸。配置第二凹陷区域140 用来接收支撑构件56的第二远端80和连接到其上的第二定位构件118。第二凹陷区域140 的横截面形状对应于被接收在其中的第二定位构件118的横截面形状。例如，如果第二定位构件118形成为具有基本上正方形横截面形状的立方体，第二凹陷区域140用可被放射状地向外伸长到封闭盖64的外表面的大体相似的正方形横截面形状形成。第二凹陷区域 140的横截面形状对应于第二定位构件118的横截面形状来防止当装配时支撑构件56相对于封闭盖64转动。当允许第二定位构件118和支撑构件56纵向热膨胀或收缩时，配置第二凹陷区域140用来防止第二定位构件118的转动。因此，第二凹陷区域140的纵向长度是充足的用以保证支撑构件56和第二定位构件118被允许以纵向方式自由地热膨胀和收缩而不使第二定位构件118接触第二凹陷区域140的任一纵向末端。当装配热电偶50时，如图9-10所示，包括第一和第二结78a、78b的支撑构件56 被插入到护套M内直到第一结78a位于护套M的内表面在其测量尖端52处。轴环120 被放置在支撑构件56的外表面周围并被置于护套M的开口 72内。护套M的测量尖端52 被滑动穿过螺母62的孔122，并且螺母62沿护套M的长度被滑动直到第一定位构件116 的环1 接触螺母62里的孔的末端表面(未示出)。封闭盖64定位于支撑构件56的周围以致于第二定位构件118位于第二凹陷区域140内且第一定位构件116的停止构件1 被接收在封闭盖64的狭槽144内直到轴环120接触封闭盖64的第一凹陷区域138的停止表面142。螺母62被螺纹式地连接到封闭盖64，因此确保护套M和支撑构件56紧固在一起。由于螺母62在封闭盖64的周围变紧，轴环120沿支撑构件56向其第一远端76转换， 因此使得弹簧1 和结78在测量尖端52处被正向定位到倚靠护套M的内表面。如图9-10所示，内对准部件68被配置成正向定位在热电偶50的护套M内的结 78a、78b以提供基座环30的孔40a内的结78a、78b的正向定位和对准。在图示实施例中， 第二结78b被放置在形成在支撑构件56的外表面中的锁销114中，因此使得第二结78b相对于支撑构件56的纵向中心线偏移。在图示实施例中，当支撑构件56在装配过程中被插入到护套M中时，支撑构件56被旋转以致于锁销114和第二结78b基本上纵向对准第一定位构件116的停止构件126。在另一实施例(未示出)中，当在装配过程中支撑构件56 被插入到护套M中时，支撑构件56被旋转以致于锁销114和第二结78b相对于彼此朝向 180度以致于第二结78b从热电偶的纵向中心线放射状地向外指向相反方向，从该方向停止构件1 从护套M的外表面放射状地向外延伸。应被本领域技术人员理解的是第一定位构件116的停止构件1 能相对于第二结78b以任何方式朝向。当装配热电偶50时，停止构件1 和第一定位构件116之间的邻接关系防止了封闭盖64相对于护套M转动。进一步地，因为封闭盖64被防止相对于护套M转动，由于第二定位构件118的外放射状表面和封闭盖64的第二凹陷区域140之间的邻接关系，支撑构件56同样被防止相对于护套M 转动。因为支撑构件56被防止相对于护套M转动，第二结78b相对于护套M实质上保持固定于预定位置。内对准部件68因此相对于停止构件1 正向定位第二结78b。同样地， 当知道第二结78b相对于停止构件1 的固定的对准时，安装将内对准部件68合并到基座环30的孔40a中的热电偶50的操作员，可正向定位孔40a内的结78a、78b。在一实施例中，封闭盖64可进一步包括形成在第二末端134上的标记来指示相对于护套M的第二结 78b的位置，用于进一步帮助正向定位盲孔的孔40a内的第二结78b。在一实施例中，热电偶50包括仅仅一内对准部件68，仅仅至少一个外对准部件 70，或内对准部件68和外对准部件70的组合来正向定位基座环30的孔40内一个或多个结78。例如，对于双结热电偶50 (图9)，热电偶50包括至少一个外对准部件70来正向定位基座环30的孔40的封闭端88处的凹陷区域98内的第一结78a。图示热电偶50还包括内对准部件68来相对于护套M正向定位第二结78b以致于操作员知道第二结78b的相对于内对准部件68的方向和位置。应被本领域技术人员理解的是内对准部件68可相对外对准部件70被预先对准，因为外对准部件70可防止护套M相对于孔40转动。尽管本发明的优选实施例已被描述，应被理解的是本发明并不限制于此，修改可在不偏离本发明的情况下做出。本发明的范围被附加权利要求项定义，并且所有在权利要求意义内的设备、过程和方法，不论照字面意义还是等价的，被倾向于包括在其中。
权利要求
1.一种可布置在基座环内的热电偶，所述热电偶包括可布置在所述基座环内的护套；位于所述护套内的至少一个热电偶结；以及内对准部件和外对准部件中的至少一个，用于相对于所述基座环正向定位或对准所述至少一个热电偶结。
2.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述外对准部件包括形成在所述护套中的切口。
3.如权利要求2所述的热电偶，其特征在于，所述切口限定定位表面和停止表面。
4.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述外对准部件包括形成在所述护套中的键控构件。
5.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述外对准部件包括形成在所述护套中的键孔。
6.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，进一步包括至少两个外对准部件。
7.如权利要求6所述的热电偶，其特征在于，所述至少两个外对准部件中的每一个被形成为同一类型的部件。
8.如权利要求6所述的热电偶，其特征在于，所述至少两个外对准部件中的至少一个是与其它外对准部件的类型不同的部件。
9.如权利要求1所述的热电偶，其特征在于，所述护套具有第一横截面形状，并且在所述护套中的形成的所述外对准部件提供与所述第一横截面形状不同的第二横截面形状。
10.一种在基座环的孔内的、用于温度测量的热电偶，所述热电偶包括护套，在其一端具有测量尖端并且在其相对端具有开口；布置在所述护套内的支撑构件；位于所述护套内的至少一个热电偶结；以及定位为邻近于所述测量尖端的外对准部件和定位为邻近于所述开口的内对准部件中的至少一个，其中所述外对准部件和所述内对准部件中的至少一个被配置为在所述基座环的所述孔内正向定位或对准所述至少一个热电偶结。
11.如权利要求10所述的热电偶，其特征在于，所述内对准部件包括螺母、封闭盖、第一定位构件和第二定位构件，其中所述封闭盖可附连到所述螺母。
12.如权利要求11所述的热电偶，其特征在于，所述第一定位构件被固定地连接于所述护套，并且所述第一定位构件可被接收在形成于所述封闭盖内的狭槽内，使得所述第一定位构件接触所述狭槽以防止所述护套相对于所述封闭盖旋转。
13.如权利要求11所述的热电偶，其特征在于，所述第二定位构件被固定地连接于所述支撑构件的一端，所述第二定位构件位于在所述封闭盖内形成的凹陷区域内，并且所述第二定位构件接触所述凹陷区域以防止所述支撑构件相对于所述封闭盖旋转。
14.如权利要求10所述的热电偶，其特征在于，所述内对准部件被配置为旋转地对准所述护套内的所述至少一个热电偶结。
15.如权利要求10所述的热电偶，其特征在于，所述外对准部件被配置为平移地对准所述孔内的所述至少一个热电偶结。
16.如权利要求10所述的热电偶，其特征在于，所述护套包括第一横截面形状，并且所述外对准部件在所述护套上形成与所述第一横截面形状不同的第二横截面形状。
17.如权利要求16所述的热电偶，其特征在于，所述外对准部件可被接收在所述孔的一端的凹陷区域内，并且所述外对准部件的尺寸在所述孔内纵向地正向定位所述至少一个热电偶结。
18.一种用于在半导体处理反应器内测量温度的系统，所述系统包括具有至少一个形成在其中的孔的基座环，其中所述孔包括封闭端且形成第一横截面形状；形成在所述封闭端的凹陷区域，其中所述凹陷区域在所述孔内形成第二横截面形状， 并且所述第二横截面形状不同于所述第一横截面形状； 可布置在所述孔内的热电偶，所述热电偶包括 在其一端具有测量尖端并且在其相对端具有开口的护套； 位于所述护套内的至少一个热电偶结；以及被定位为邻近于所述测量尖端的外对准部件和被定位为邻近于所述开口的内对准部件中的至少一个，其中所述外对准部件和所述内对准部件中的至少一个被配置为在所述基座环的所述孔内正向定位或对准所述至少一个热电偶结。
19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述凹陷区域由至少一个纵向表面、邻近于所述纵向表面的末端表面以及横截表面限定。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述外对准部件包括形成定位表面和停止表面的切口。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，所述热电偶被插入到所述孔内，使得当所述定位表面和所述至少一个纵向表面对准时，所述测量尖端可被接收在所述凹陷区域内， 直到所述停止表面接触所述末端表面，藉此在所述孔内纵向地正向定位所述至少一个热电偶结。
22.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述内对准部件包括螺母、封闭盖、第一定位构件和第二定位构件，且所述封闭盖被可释放地附连到所述螺母。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，所述第一定位构件防止所述护套相对于所述封闭盖旋转。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述第二定位构件防止所述至少一个热电偶结相对于所述封闭盖旋转，使得所述内对准部件在所述孔内旋转地正向对准所述至少一个热电偶结。
全文摘要
一种热电偶，具有至少一个内对准部件或至少一个外对准部件或者它们的组合，用于在半导体衬底处理反应器的基座环内形成的孔内正向定位和对准至少一个热电偶结。外对准部件被配置为在孔内纵向地正向对准热电偶结。内对准部件被配置为相对于孔在热电偶的护套内旋转地正向定位热电偶结。
文档编号G01K7/02GK102439712SQ201080020267
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年5月6日
发明者R·K·阿加瓦尔, R·康纳 申请人:Asm美国股份有限公司