CN101421599A - 测温装置 - Google Patents

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Abstract

测温装置(5)包括：具有前端部(50a)和缓冲部(50b)的护套热电偶(50)，上述前端部(50a)能够跟随基座(4)在进退方向移动，上述缓冲部(50b)以在腔室(1)外延伸伸出的方式设置，允许前端部(50a)的移动；和在使前端部(50a)压在基座(4)上的方向上施力的压缩螺旋弹簧(53)。收容压缩螺旋弹簧(53)和缓冲部(50b)的密闭部件(51)以其内部与腔室(1)内连通的方式与腔室(1)的底壁(19)密接。缓冲部(50b)的终端部分向密闭部件(51)的外部延伸伸出，利用焊接，在密闭部件(51)中缓冲部(50b)的终端部分向外部延伸伸出的部分上形成接合部(55)。

Description

测温装置
技术领域
本发明涉及测定配置在容器内的被测温体的温度的测温装置。
背景技术
在半导体的制造过程中，在将半导体基板载置在处理容器内的载置台上的状态下，向处理容器内供给处理气体，并利用内置在载置台中的加热器等加热机构对半导体基板进行加热，在半导体基板上实施规定的处理。在这种处理中，由于加热温度对半导体基板的品质有很大影响，因此需要正确地测定载置台(或加热机构)的温度。因此，在测定载置台的温度时，大多使用热响应性优异的热电偶。其中，大多使用具有由有耐热性的金属等构成的护套和配置在该护套内的热电偶导线束的护套热电偶(参照专利文献1、2)。
专利文献1：日本专利特开平4-63281号公报
专利文献2：日本专利特开平6-176855号公报
通常，护套热电偶以其前端部与载置台接触的方式气密地安装在处理容器的壁部，但由于其为长条形状，在长度方向容易产生安装误差。另外，如果向处理容器内供给处理气体，由于处理容器内的压力变化等，载置台会稍稍移动，所以护套热电偶的前端部容易变成不与载置台接触的状态。如果前端部变为不与载置台接触的状态，则不能正确地测定载置台的温度。因此，为了补偿安装误差，并且跟随载置台的运动，考虑使用波纹管将护套热电偶安装在处理容器的壁部，使得相对于载置台进退的方向、即长度方向具有自由度。
然而，在使用波纹管将护套热电偶安装在处理容器的壁部的情况下，当使处理容器内减压时，波纹管内也会减压，护套热电偶被压在载置台一侧，有时会导致护套热电偶损伤。
发明内容
本发明是鉴于上述问题完成的，其目的在于提供一种测温装置，其为使用护套热电偶的测温装置，该测温装置能够防止由于容器内的减压引起的护套热电偶或被测温体的损伤，并能够正确地测定被测温体的温度。
另外，本发明的另一个目的在于提供一种测温装置，其为使用护套热电偶的测温装置，该测温装置除了能够防止由于容器内的减压引起的护套热电偶或被测温体的损伤，并能够正确地测定被测温体的温度外，还能够防止由于容器内的腐蚀气体引起的腐蚀。
本发明的测温装置，其测定配置在处理容器内的被测温体的温度，其特征在于，包括：护套热电偶，其包括护套和配置在护套内的热电偶导线束，并且具有前端部和缓冲部，上述前端部在处理容器内延伸，与被测温体接触，并跟随该被测温体在进退方向移动，上述缓冲部在处理容器外延伸，允许前端部的移动；密闭部件，其固定在处理容器外表面，容纳护套热电偶的缓冲部；和弹簧部件，其配置在密闭部件内，使护套热电偶的前端部向被测温体一侧施力，其中，护套热电偶的缓冲部终端部，从密闭部件通过焊接部或钎焊部进一步向外延伸伸出。
本发明的测温装置的特征在于，处理容器内为腐蚀气体气氛，护套、密闭部件和弹簧部件均由对腐蚀气体具有耐蚀性的材料制成。
本发明的测温装置的特征在于，上述弹簧部件由螺旋弹簧构成，在上述密闭部件内收容有活塞，该活塞随着上述螺旋弹簧的伸缩，在相对于上述被测温体进退的方向移动，且由对上述腐蚀气体具有耐蚀性的材料制成，上述护套热电偶固定在上述活塞上。
本发明的测温装置的特征在于，上述腐蚀气体为含有卤素的气体，对上述腐蚀气体具有耐蚀性的材料为镍(Ni)或镍合金。
本发明的测温装置的特征在于，上述弹簧部件由因科镍合金(inconel，注册商标)构成。
本发明的测温装置的特征在于，上述缓冲部在相对于上述被测温体进退的方向上能够伸缩地弯曲。
本发明的测温装置的特征在于，上述缓冲部呈螺旋状弯曲。
本发明的测温装置的特征在于，上述缓冲部呈波形弯曲。
采用本发明，由设置在容器内且能够跟随被测温体在进退方向移动的前端部、和以向容器外延伸伸出的方式设置且允许前端部移动的缓冲部构成护套热电偶，并且设有在使护套热电偶的前端部压在被测温体上的方向上施力的弹簧部件，所以可以不使用受到容器内外的压力差的很大影响的波纹管，而使护套热电偶的前端部可靠地与被测温体接触。因此，能够防止由于容器内的减压引起的护套热电偶或被测温体的损伤，并能够正确地测定被测温体的温度。
另外，采用本发明，由设置在容器内且能够跟随被测温体在进退方向移动的前端部、和以向容器外延伸伸出的方式设置且允许前端部移动的缓冲部构成护套热电偶，并且设有在使护套热电偶的前端部压在被测温体上的方向上施力的弹簧部件，所以可以不使用受到容器内外的压力差的很大影响的波纹管，不剥离成为降低耐蚀性的主要原因的护套的一部分，而使护套热电偶的前端部可靠地与被测温体接触。并且，由于暴露在容器内的腐蚀气体气氛中的护套、密闭部件和弹簧部件均由对腐蚀气体具有耐蚀性的材料制成，通过焊接或钎焊形成密闭部件与护套的接合部，能够防止由于腐蚀气体引起的腐蚀。因此，能够防止由于容器内的减压引起的护套热电偶或被测温体的损伤以及由容器内的腐蚀气体引起的腐蚀，并能够正确地测定被测温体的温度。
附图说明
图1为示意性地表示具有本发明一个实施方式的测温装置的晶片处理装置的截面图。
图2(a)为测温装置的截面图，图2(b)为表示护套热电偶的截面图。
图3为表示设在测温装置中的缓冲部的变形例的图。
图4为表示测温装置在处理容器中的另一安装方式的图。
图5为表示设在测温装置中的密闭部件的变形例的图。
图6为表示作为比较例的护套热电偶在处理容器中的安装方式的图。
具体实施方式
下面，参照附图，具体地说明本发明的实施方式。
图1为示意性地表示具有本发明一个实施方式的测温装置的晶片处理装置的截面图。
晶片处理装置100包括：能够收容作为半导体基板的晶片W的作为处理容器的腔室1；基座4，其配置在该腔室1内，载置晶片W并作为调整晶片W温度的调温部；测定该基座4(被测温体)温度的测温装置5；处理气体供给机构2，其向腔室1内供给用于对晶片W进行规定处理的含有腐蚀气体的处理气体；和能够使腔室1内减压的减压机构3。
腔室1形成为上部开口的大致筒状，在腔室1的侧壁上形成有用于搬入搬出晶片W的搬入搬出口13。设有开闭该搬入搬出口13的闸阀14。基座4通过在高度方向延伸的支柱部件11设在腔室1的底壁19上，其内部埋设有加热器40，该加热器40与加热器电源41连接。根据测温装置5的测定温度，由控制器90控制加热器电源41，即加热器40，由此，能够调整载置在基座4上的晶片W的温度。
在腔室1的上部，以闭塞开口且与基座4相对的方式设有喷淋头15。喷淋头15的内部具有使来自处理气体供给机构2的处理气体扩散的扩散空间16，并且在与基座4相对的面上形有喷出来自处理气体供给机构2的处理气体的复数或多数的喷出孔17。
在腔室1的侧壁的下部形成有排气口18。减压机构3具有与排气口18连接的排气管31和通过排气管31排出腔室1内气体的排气装置32。
处理气体机构2包括：处理气体存储部21，其存储含有卤素类气体(含有卤素的气体)等腐蚀气体的处理气体；将来自处理气体存储部21的处理气体导入喷淋头15的扩散空间16内的导管22；以及调整在导管22内流通的处理气体流量的作为流量调整机构的质量流量控制器23和阀24。其中，在向腔室1内供给多种不同种类的处理气体的情况下，例如可以设置多个处理气体供给机构2。
接着，详细说明测温装置5。
图2(a)为测温装置5的截面图，图2(b)为护套热电偶50的截面图。
测温装置5包括：具有前端部(轴方向一侧)50a和缓冲部(轴方向另一侧)50b的护套热电偶50、和固定在腔室1的外表面且容纳护套热电偶50的缓冲部50b的密闭部件51。其中，前端部50a在腔室1内延伸，与基座4接触，并且跟随该基座4，在进退方向移动。缓冲部50b在腔室1外延伸，允许前端部50a的移动。并且，在密闭部件51内收容有安装在护套热电偶50上的活塞54、和压缩螺旋弹簧53。该压缩螺旋弹簧53安装在活塞54上，作为在使护套热电偶50的前端部50a压在基座4上的方向施力的弹簧部件。收容有该活塞54、压缩螺旋弹簧53和缓冲部50b的密闭部件51，以其内部与腔室1的内部连通的方式，与腔室1的壁部、例如底壁19气密地密合。缓冲部50b的终端部分向密闭部件51的外部延伸伸出，接合部55气密地设置在密闭部件51中缓冲部50b的终端部分在外部(腔室1外的气氛一侧)延伸的部分上。
如图2(b)所示，护套热电偶50包括热电偶导线束50c、包覆该热电偶导线束50c的中空护套50d、和填充在该护套50d内的氧化镁等绝缘材料50e。护套热电偶50的护套50d由对卤素类气体具有耐蚀性的材料，例如纯镍(Ni)或者镍-铬-钼(NiCrMo)或哈斯特洛依耐蚀耐热镍基合金(Hastelloy)等镍合金形成。其中，护套50d和绝缘材料50e可以不必设置在从密闭部件51向外部延伸伸出的部分上。
护套热电偶50的前端部50a，例如通过插入在基座4的下表面形成的插入孔4a内而与基座4接触。护套热电偶50的缓冲部50b以能够在相对于基座4进退的方向伸缩的方式例如呈螺旋状屈曲或弯曲。护套热电偶50的终端部与信号传送部52连接。信号传送部52将护套热电偶50的测定温度信号传送至后述的控制器90，控制器90根据该测定温度信号控制加热器电源41，即控制加热器40的温度。
密闭部件51由对卤素类气体具有耐蚀性的材料，例如与护套热电偶50的护套50d同种金属的纯镍或镍合金构成，并具有筒状形状。密闭部件51按照从轴方向一侧向另一侧的顺序，依次具有收容有压缩螺旋弹簧53和活塞54的气缸部51b、以及收容有护套热电偶50的缓冲部50b的缓冲收容部51c。其中，活塞54能够随着压缩螺旋弹簧53的伸缩，在相对于基座4进退的方向移动。在密闭部件51的轴方向的一端部，形成有法兰51a。密闭部件51通过法兰51a的一端面气密地与腔室1的底壁19的外表面(底面)接触而安装。在密闭部件51的轴方向另一侧的壁部设有上述接合部55。接合部55通过焊接或钎焊形成。这里，通过用与护套热电偶50的护套50d同种的金属制造密闭部件51，两者的焊接或钎焊良好，能够利用接合部55可靠地将护套50d固定在密闭部件51上。
压缩螺旋弹簧53由对卤素类气体具有耐蚀性，且能够确保弹性力和材料，例如因科镍合金(注册商标，inconel，因科镍合金丝)或含有镍、钼的SUS316L等制成。活塞54由对卤素类气体具有耐蚀性的材料，例如与护套热电偶50的护套同种金属的纯镍或镍合金制成。在活塞54上设置有护套热电偶50的护套贯通内部的贯通口，这两者通过焊接或钎焊、或者铆接等固定。这样，护套热电偶50的前端部50a利用隔着活塞54的压缩螺旋弹簧53的弹性力施力，使其压在基座4上(图2(a)的箭头F方向)。其中，通过用与护套热电偶50的护套50d同种的金属制造活塞54，两者的焊接或钎焊良好，能够可靠地固定在护套50d上。
晶片处理装置100的各构成部，与具有微处理器(计算机)的控制器90(控制部)连接并受其控制。该控制器90与用户接口和存储有方案的存储部连接，其中，上述用户接口由工序管理者用于管理晶片处理装置100的各构成部而输入指令的键盘、可视化显示晶片处理系统1的运转状况的显示器等构成；上述方案包括用于在控制器90的控制下实现在晶片处理装置100中执行的处理的控制程序和处理条件数据。根据需要，按照来自用户接口的指示等，从存储部调出任意方案，由控制器90执行，在控制器90的控制下，在晶片处理装置100中进行希望的处理。
在如此构成的晶片处理装置100中，如下所述进行晶片W的处理。首先，利用闸阀14打开搬入搬出口13，在该状态下，将晶片W从搬入搬出口13搬入腔室1内，载置在基座4上，利用闸阀14关闭搬入搬出口13。
然后，使减压机构3的排气装置32工作，将腔室1内减压至规定压力，例如真空压力，并利用处理气体供给机构2，通过喷淋头15，以规定流量向腔室1内供给处理气体，并利用加热器40隔着基座4对晶片W进行加热。如上所述，当利用加热器40进行加热时，护套热电偶50测定基座4的温度，信号传送部52将利用护套热电偶50得到的基座4的测定温度信号传送至控制器90。控制器90根据该测定温度信号控制加热器40的温度，由此能够将基座4上的晶片W调整至规定的温度。这样，对晶片W进行规定的处理。
其中，当利用处理气体供给机构2向腔室1内供给处理气体和/或利用减压机构3使腔室1内减压时，由于腔室1内的压力发生变化，在基座4上多少产生摇摆等运动。然而，护套热电偶50的缓冲部50b在相对于基座4进退的方向伸缩，而且护套热电偶50的前端部50a被压缩螺旋弹簧53施力，使其压在基座4上，所以护套热电偶50的前端部50a可以跟随基座4的运动移动，保持与基座4的接触。因此，能够正确地测定基座4的温度，这样，能够高精度地控制加热器40的温度，提高晶片W处理的品质。
另外，由于利用弹簧部件例如压缩螺旋弹簧53施力，使护套热电偶50的前端部50a压在基座4上，可以不需要如先前那样，使用利用大气和真空的压差作用非常大的压紧力的波纹管，因此，能够防止由于腔室1内的减压，导致护套热电偶50被强烈地压在基座4上，由此能够防止护套热电偶50和基座4的损伤，提高装置的耐久性。
另外，通过将护套热电偶50同护套50d一起例如弯曲成螺旋状，形成缓冲部50b，不需要如先前那样，剥离护套的一部分，使热电偶导线束露出，因此能够确保耐热性，这样，即使在腔室1内保持高温的情况下也能够对应。
其中，缓冲部50b优选具有极小的曲率，以减轻伸缩时的负荷，此外优选在相对于基座4进退的方向上具有一定规则性的形状，以分散伸缩时的负荷。作为这种缓冲部52b的形状，除了图2(a)所示的螺旋状以外，可以列举出例如图3所示的波形。
此外，暴露在腔室1内的处理气体，例如卤素类气体等腐蚀气体气氛中的测温装置5的各部件，即，护套热电偶50的护套50d、密闭部件51、压缩螺旋弹簧53和活塞54均由对处理气体具有耐蚀性的材料，例如镍或镍合金形成。另外，气密地接合护套热电偶50的护套50d和密闭部件51的接合部55通过焊接或钎焊形成。因此，不需要全部使用树脂等有机类材料，能够防止处理气体对测温装置5的腐蚀，能够避免有机污染。
接着，以规定时间进行利用减压机构3对腔室1内的减压、利用处理气体供给机构2向腔室1内供给处理气体、以及利用加热器40对晶片W的加热。如果对晶片W实施规定的处理，则停止利用处理气体供给机构2向腔室1内供给处理气体和利用加热器40对晶片W的加热，利用闸阀14打开搬入搬出口13，将晶片W从搬入搬出口13搬出至腔室1外。
下面，利用图6说明本发明的比较例。
如图6所示，将稍微伸缩这里为伸长状态的波纹管C的一端部和另一端部分别气密地安装在护套热电偶A和处理容器的壁部，例如底壁D上，由此预先将护套热电偶A轻微地压在载置台B上，利用波纹管C的伸缩，使护套热电偶A跟随载置台的运动。
但是，通常在半导体的制造过程中，当供给处理气体时，除了进行使处理容器内减压至例如真空的操作以外，通常波纹管根据制造过程的情况会有一定的直径R。因此，在安装使用上述波纹管C的护套热电偶的情况下，使处理容器内减压至例如真空压力，波纹管C上会受到与其径R相应的大气与真空的压差，在护套热电偶A上作用向载置台B的非常大的按压力(参照图6的箭头E)。结果，护套热电偶A被强烈地压在载置台B上，可能会导致护套热电偶A或载置台B损伤。
与此相对，采用本申请的发明，由于不需要如上所述使用波纹管，护套热电偶50不会由于腔室1内的减压而强烈地压在基座4上，能够防止护套热电偶50和基座4的损伤。
此外，本发明不限于上述实施方式，可以进行各种变形。在上述实施方式中，以护套热电偶50在腔室1内露出的方式配置测温装置5。但也可以如图4所示，以护套热电偶50收容在筒状的支柱部件11内的方式配置测温装置5。
另外，在上述实施方式中，使收容缓冲部50b的缓冲收容部51c、收容压缩螺旋弹簧53和活塞54的气缸部51b、和从气缸部51b的一端部突出的法兰51a形成一体，构成密闭部件51，并且以法兰51a的一个端面紧贴腔室1的底壁19的外表面的方式安装该密闭部件51。但是，也可以例如图5所示，密闭部件51具有安装在腔室1的底壁19的外表面(底面)上的外侧部件51d和安装在腔室1的底壁19的内表面(上面)上的内侧部件51e。在这种情况下，在外侧部件51d和内侧部件51e之间配置有缓冲部50b、压缩螺旋弹簧53和活塞54。在图5中，外侧部件51d形成为收容缓冲部50b的容器状，内侧部件51e形成为围绕护套热电偶50的圆环状，压缩螺旋弹簧53和活塞54以夹在外侧部件51d与内侧部件51e之间的方式配置在腔室1的底壁19内。在这种情况下，腔室1的底壁19的围绕压缩螺旋弹簧53和活塞54的部分也作为密闭部件51的一部分发挥作用。利用这种结构，能够实现密闭部件51(密闭部件51从腔室1的底壁19突出的部分)的小型化。另外，也可以不使用内侧部件50e，以夹在外侧部件51d和腔室1的底壁19之间的方式配置压缩螺旋弹簧53和活塞54，或者还可以不使用外侧部件，使内侧部件50e形成为容器状，将缓冲部50b、压缩螺旋弹簧53和活塞54收容在内侧部件50e内。
此外，在上述实施方式中，使用压缩螺旋弹簧作为弹簧部件，但不限于此，也可以使用拉伸螺旋弹簧等其他弹簧。
另外，在上述实施方式中，对于利用加热器的加热调整半导体晶片的温度的情况的使用例进行说明，但不限于此，例如在利用冷却板的冷却调整晶片温度的情况下也适用。另外，被处理体不限于半导体晶片，也可以为FPD用玻璃基板等。
产业上的可利用性
本发明普遍适用于对半导体基板进行成膜处理的CVD(化学气相沉积：Chemical Vapor Deposition)装置或对COR(化学氧化物除去：Chemical Oxide Removal)处理后的半导体基板进行热处理的后加热装置等，对配置在腐蚀气体气氛的容器内的基座等被测温体的温度进行测定的用途。

Claims (8)

1.一种测温装置，其测定配置在处理容器内的被测温体的温度，其特征在于，包括：
护套热电偶，其包括护套和配置在护套内的热电偶导线束，并且具有前端部和缓冲部，所述前端部在处理容器内延伸，与被测温体接触，并跟随该被测温体在进退方向移动，所述缓冲部在处理容器外延伸，允许前端部的移动；
密闭部件，其固定在处理容器外表面，容纳护套热电偶的缓冲部；和
弹簧部件，其配置在密闭部件内，使护套热电偶的前端部向被测温体一侧施力，其中，
护套热电偶的缓冲部终端部，从密闭部件通过焊接部或钎焊部进一步向外延伸伸出。
2.如权利要求1所述的测温装置，其特征在于：
处理容器内为腐蚀气体气氛，
护套、密闭部件和弹簧部件均由对腐蚀气体具有耐蚀性的材料制成。
3.如权利要求2所述的测温装置，其特征在于：
所述弹簧部件由螺旋弹簧构成，
在所述密闭部件内收容有活塞，该活塞随着所述螺旋弹簧的伸缩，在相对于所述被测温体进退的方向移动，且由对所述腐蚀气体具有耐蚀性的材料制成，
所述护套热电偶固定在所述活塞上。
4.如权利要求2或3所述的测温装置，其特征在于：
所述腐蚀气体为含有卤素的气体，
对所述腐蚀气体具有耐蚀性的材料由镍(Ni)或镍合金构成。
5.如权利要求1所述的测温装置，其特征在于：
所述弹簧部件由因科镍合金(注册商标)构成。
6.如权利要求1所述的测温装置，其特征在于：
所述缓冲部在相对于所述被测温体进退的方向上能够伸缩地弯曲。
7.如权利要求6所述的测温装置，其特征在于：
所述缓冲部呈螺旋状弯曲。
8.如权利要求6所述的测温装置，其特征在于：
所述缓冲部呈波形弯曲。
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