CN112240803A - 温度感测装置以及使用其的温度感测系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了温度感测装置以及使用温度感测装置的温度感测系统。该温度感测装置可包括本体、与本体结合的管和温度传感器。温度传感器被配置为在不与管中的物体接触的情况下测量所述物体的温度。本体可包括与物体的温度感测区域相邻地形成的气室。

Description

温度感测装置以及使用其的温度感测系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月16日在韩国知识产权局提交的申请号为10-2019-0085692的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
各种实施例总体而言涉及夹型非接触式温度感测装置以及使用其的温度感测系统。
背景技术
可以使用各种种类的制造装置来制造半导体器件。该制造设备可以包括清洁装置。为了使清洁装置在具有提高的清洁能力的同时以最佳速率刻蚀晶片，实时监视并控制流体(例如流过全氟烷氧基树脂(PFA)管的各种种类的化学制品和超纯水)的温度是非常重要的。
根据相关技术，可以通过使温度传感器与流体直接接触来测量管中的流体的温度。这种方式可能会引起温度传感器的频繁出现的故障、归因于温度传感器中的金属的腐蚀的化学污染等。
此外，可以从PFA管的温度来获得管中流体的温度。但是，由于PFA管具有低的导热性，所以PFA管的温度可能与流体的实际温度相差很大。
因此，需要准确地测量管的温度并防止管中的化学污染。
发明内容
在本公开的示例实施例中，一种温度感测装置可以包括本体和温度传感器。温度传感器可以被配置为在不与管中的物体接触的情况下测量所述物体的温度。该本体可以包括：与物体的温度感测区域相邻地形成的气室、以及形成在本体中以与管结合的管结合槽。
在本公开的示例实施例中，一种温度感测系统可以包括温度感测装置和温度计算装置。温度感测装置可以被配置为：通过检测从物体辐射的红外线能量来测量物体的表面温度，以及测量物体的温度感测区域的环境温度。温度计算装置可以被配置为将物体的表面温度和环境温度应用于实际温度计算准则以计算物体的实际温度。
附图说明
根据结合附图进行的以下详细描述，将会更加清楚地理解本公开的主题的上述和另一些方面、特征和优点，在附图中：
图1是示出根据示例实施例的温度感测装置的视图；
图2是示出根据示例实施例的与管组合的温度感测装置的剖视图；
图3和图4是示出根据示例实施例的温度感测装置的视图；
图5是按照管尺寸示出根据示例实施例的温度感测装置的视图；
图6是示出根据示例实施例的温度感测系统的视图；以及
图7是示出根据示例实施例的温度感测系统的控制框图。
具体实施方式
将参考附图更详细地描述本发明的各个实施例。附图是各种实施例(和中间结构)的示意图。照此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的配置和形状的变化。因此，所描述的实施例不应被解释为限于在此示出的特定配置和形状，而是可以包括在不脱离如在所附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的配置和形状上的偏差。
这里参考本发明的理想实施例的剖视图和/或平面图描述本发明。然而，本发明的实施例不应被解释为限制发明构思。尽管将示出和描述本发明的一些实施例，但是本领域普通技术人员将理解，可以在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行改变。
将理解的是，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，不存在居间元件。
将理解的是，当元件被称为在两个元件之间时，该元件可以是两个元件之间的唯一元件，或者也可以存在一个或多个居间元件。
在本申请中使用的术语仅仅用于描述特定实施例，并且不意图限制本公开。除非上下文另外明确指出，否则本公开中的单数形式也意图包括复数形式。还将理解的是，诸如“包括”或“具有”等术语旨在指示说明书中公开的特征、数字、操作、动作、组件、部件或其组合的存在。并不旨在排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、操作、动作、组件、部件或其组合的可能性。
示例实施例提供了一种温度感测装置，该温度感测装置能够准确地测量管中物体的温度。
示例实施例还提供一种使用上述温度感测装置的温度感测系统。
根据示例实施例，夹合型温度传感器可以以非接触的方式使用红外线来测量管中物体的温度。
因此，温度传感器在管内的部分可以不会被化学腐蚀，从而可以延长温度传感器的寿命。
此外，通过校正物体的测量温度的比辐射率，可以提高管中物体的测量温度的可靠性。
图1是示出根据示例实施例的温度感测装置的视图。
参考图1，该示例实施例的温度感测装置100可包括本体110。本体110可以包括管结合槽111。管结合槽111可以允许管穿过本体110定位，从而与管结合，以使得物体可以流过管，并且进而流过本体110。
温度感测装置100可包括温度传感器，该温度传感器可布置在本体110中。电缆210可连接到温度传感器。电缆210可将由温度传感器获得的信息传送到外部设备。电缆210可以从本体110突出。
可选地，温度传感器和外部设备可以通过无线通信电连接。
在示例实施例中，本体110可具有竖直堆叠的两个柱体。然而，本体110可以具有除柱体以外的形状。
本体110可以包括含氟树脂，其包括聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基(PFA)。
图2是示出根据示例实施例的与管组合的温度感测装置的剖视图。图3和图4是示出根据示例实施例的温度感测装置的视图。图5是按照管尺寸示出根据示例实施例的温度感测装置的视图。
参考图2，温度感测装置100可以包括本体110和温度传感器130。温度传感器130可以测量流过管230的物体231的温度，管230与本体110结合。因此，温度传感器130可以以非接触方式来测量物体231的温度。
物体231可以包括各种化学制品，诸如DIW、PCW、H2SO4、H2O2、HF、BOE、H3PO4、IPA等。但是，物体231不限于上述化学制品。物体231还可以包括混合的化学制品，诸如SPM(H2SO4+H2O2)、SC1(H2O2+NH4OH+DIW)等。
参考图3，本体110可以包括管结合槽111、气室113和温度传感器结合槽115。
本体110可以包括含氟树脂，其包括聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基(PFA)。
在本体110包括含氟树脂的情况下，当具有高温的化学制品流过管230时，可在管230的外部产生烟雾。但是，温度传感器130可能不会被腐蚀。
管230可以包括PFA。可选地，管230可以包括诸如不锈钢(SUS)的金属、诸如聚氨酯的树脂等。
管结合槽111可以被形成在本体110中，以便将管230插入本体110中，并使管230从管结合槽111的两端突出。
参考图2，管结合槽111可以与管230的外表面通过夹持的方式结合，诸如化学制品的物体231可流过该管。由于温度传感器130不与化学制品接触，所以温度传感器130和相关部件可能不会被腐蚀，这意味着物体231也可能不会被污染，从而避免了由污染引起的潜在事故。
此外，由于包括管结合槽111的本体110可以与管230的外表面结合，所以本体110和管230可以彼此结合，以使得可以用新部件来有效地替换本体110和管230。
参考图5，管结合槽111的直径HD可以对应于管230的直径TD。例如，管结合槽111的直径可以大致为1/8英寸、大致1/4英寸、大致3/8英寸、大致1/2英寸、大致3/4英寸、大致1英寸等。
参考图2至图4，气室113可以被布置成与物体231的温度感测区域相邻。
气室113可以在温度感测区域中形成一空间，该空间具有基于管230的尺寸的预定尺寸。
如本文所使用的关于参数的单词“预定”(诸如预定尺寸)意指：在参数被用在过程或算法中之前就确定好该参数的值。对于一些实施例，在过程或算法开始之前确定该参数的值。在其他实施例中，在过程或算法期间、但在参数被用在过程或算法中之前确定该参数的值。
当将管230插入管结合槽111中时，可以在气室113中形成真空。因此，气室113可以使从流过管230的物体231辐射的热量与来自外部环境的热量隔离。结果，归因于气室113，物体231的温度可以被准确地测量。也就是说，气室113可以起到阻止外部温度的影响的作用。
气室113可以在温度传感器130和插入管结合槽111中的管230之间形成孔。由于温度传感器130和管230之间因为该孔而不存在障碍物，所以温度传感器130可以感测管230的表面温度。
此外，气室113可以被连接到温度传感器结合槽115和管结合槽111。温度传感器结合槽115可以形成在本体110中。温度传感器130可以与温度传感器结合槽115结合。
参考图3，温度传感器结合槽115、管结合槽111和气室113可以彼此连接以形成孔。
电缆结合槽117可以形成在本体110中。连接到温度传感器130的电缆可以被插入电缆结合槽117中。
当温度传感器130与外部设备无线通信时，可以省略电缆结合槽117。
温度传感器130可以包括用于感测从物体231辐射的红外线能量以测量物体231的表面温度的红外温度传感器。温度传感器130还可以包括用于感测温度感测区域的环境温度的电阻温度传感器。
物体231的表面温度可以对应于通过使用红外温度传感器感测从管230辐射的红外能量而获得的温度。红外温度传感器可以使用傅立叶公式来感测物体231的表面温度。
红外温度传感器可以被分类为主动型和被动型，其中主动型用于辐射红外线以通过阻挡光来感测红外线的差别，被动型用于在没有辐射器的情况下感测从外部接收到的红外线的差异。
环境温度可以包括包围红外温度传感器的区域的温度、以及包围物体的区域的温度。包围红外温度传感器的区域可以与包围物体的区域基本相同，从而包围红外温度传感器的区域的温度也可以与包围物体的区域的温度基本相同。
例如，在物体231流过管230之后，温度传感器130可以测量从物体231辐射的红外能量。所测得的红外能量可以被施加以预定条件以获得流过管230物体的温度。
温度传感器130可以将温度感测区域中的物体231的表面温度、包围红外温度传感器的区域的环境温度、包围物体231的区域的环境温度、以及与物体231基本相同的样本的参考温度应用于校正准则，以计算经校正的比辐射率。可以将所计算的比辐射率转换为对应的温度以获得物体231的实际温度。
管230可以包括具有非常低的导热率的含氟树脂，诸如PFA。当使用非接触型温度传感器来测量管230中的物体231的温度时，物体231的测量温度可能与物体231的实际温度不同。例如，当由PFA材料制造的管230中的化学制品具有约160℃的温度时，在管230的外表面上测量的温度可以为120℃或更低。因此，在化学制品的实际温度与管230的温度之间可能存在不小于40℃的差异。
为了减少温度的差异，温度传感器130可以通过结合物体231的表面温度、使用物体231的参考温度、环境温度和校正准则来校正从物体231感测的比辐射率。
可选地，在物体231流过管230之后，温度传感器130可以测量从物体231辐射的红外能量。然后，温度传感器130可以通过有线通信或无线通信将测得的红外能量传送到外部设备。
尽管在附图中未示出，但是为了增加红外线辐射的吸收率并防止红外线温度传感器的腐蚀，温度传感器130可以包括由例如蓝宝石、锗等制成的透镜。
此外，为了将管230牢固地固定到管结合槽111并增加气室113的密封效果，温度感测装置100还可以包括O形圈250，其可以被安装在气室113的管结合槽111处。
图6是示出根据示例实施例的温度感测系统的视图。
参考图6，温度感测系统可以包括温度感测装置100和温度计算装置300。温度计算装置300可以接收从温度感测装置100传送的物体231和物体231周边的温度信息，以测量物体231的实际温度。
图7是示出根据示例实施例的温度感测系统的控制框图。
参考图7，温度感测系统可以包括温度感测装置100和温度计算装置300。
温度感测装置100可以感测通过检测从物体231辐射的红外能量而获得的物体的表面温度、以及温度感测区域的环境温度。
返回参考图2，温度感测装置100可以包括本体110和温度传感器130。温度传感器130可以感测管230中的物体231的温度。
本体110可以包括气室113和管结合槽111。气室113可以被定位成与物体231的温度感测区域相邻。管230可以与管结合槽111结合。
本体110还可以包括温度传感器结合槽115，温度传感器130可以与该温度传感器结合槽115结合。
气室113可以连接至温度传感器结合槽115和管结合槽111。
气室113可以在温度感测区域中形成一空的空间，该空间具有基于管230的尺寸的预定尺寸。温度传感器结合槽115、管结合槽111和气室113可以彼此连接以形成孔。
气室113可以在温度传感器130和管230之间形成孔。
参考图5，管结合槽111的直径HD可以对应于管230的直径TD。换句话说，管结合槽111的直径与管230的直径之间的对应关系可以意指：管结合槽111的直径和管230的直径可以彼此相似或相等，以便将管230与管结合槽111结合。例如，管结合槽111的直径可以为约1/8英寸、约1/4英寸、约3/8英寸、约1/2英寸、约3/4英寸、约1英寸等。
温度传感器130可以包括红外温度传感器和电阻温度传感器。红外温度传感器可以感测物体231的表面温度。电阻温度传感器可以感测包围红外温度传感器和物体的环境温度。
红外温度传感器可以被分类为主动型和被动型，其中主动型辐射红外线以通过阻挡光来感测红外线的差别，被动型感测在没有辐射器的情况下从外部接收到的红外线的差异。
温度计算装置300可以将物体231的表面温度和环境温度应用于实际温度计算准则，以获得物体231的实际温度。
物体的表面温度可以对应于通过经由红外温度传感器检测从管230辐射的红外能量而获得的温度。环境温度可以包括包围红外温度传感器的区域的温度和包围物体的区域的温度。包围红外温度传感器的区域可以与包围物体的区域基本相同，以使得包围红外温度传感器的区域的温度也可以与包围物体的区域的温度也基本相同。
参考图7，温度计算装置300可以包括通信接口310、显示器330、存储器350和控制器370。
通信接口310可以有线方式或无线方式与温度感测装置100通信。
显示器330可以显示温度感测系统的信息以及物体231的实际温度。
存储器350可以储存温度感测系统的信息和与物体231基本相同的样品的参考温度。
控制器370可以将温度感测区域中的物体231的表面温度、包围红外温度传感器的区域的环境温度、包围物体231的区域的环境温度、以及与物体231基本相同的样本的参考温度应用于校正准则，以计算经校正的比辐射率。控制器370可以将所计算的比辐射率转换为对应的温度以获得物体231的实际温度。
管230可以包括具有非常低的导热率的含氟树脂，诸如PFA。当使用非接触型温度传感器来测量管230中的物体231的温度时，物体231的测量温度可能与物体231的实际温度不同。例如，当管230中的化学制品具有160℃的温度时，在管230的外表面上测量温度可以为120℃或更低。因此，化学制品的实际温度与管230的温度之间可能存在不小于40℃的差异。
通常，红外温度传感器可以具有约等于1的比辐射率。根据示例实施例，为了获得管230中的物体231的实际温度，在计算物体231的实际温度的过程中，可以考虑外围环境因素以及管230。因此，由于穿透管230的比辐射率可能不为1，所以可以按以下方式来校正比辐射率。
下面的公式1中的比辐射率的校正准则可以校正物体的一部分中的温度，以实时获得物体的准确温度。
物体的表面温度可以是在比辐射率大约为1的条件下测得的红外温度传感器的温度。可以通过直接感测与物体基本相同的样品来计算参考温度。参考温度可以被储存在存储器350中。
特别地，控制器370可以通过使用公式1来计算经校正的比辐射率E。
公式1
Figure BDA0002260750210000081
在公式1中，E可以表示比辐射率，TIR可以表示物体的表面温度，TR可以表示参考温度，TIR-a可以表示红外温度传感器的环境温度，并且TO-a可以表示物体的环境温度。
例如，当物体的表面温度为50℃，参考温度为60℃，并且红外温度传感器的环境温度和物体的环境温度为25℃时，控制器370可以根据公式1获得大约0.6799的比辐射率。
因为红外温度传感器的环境温度和物体的环境温度可以对应于气室113的内部温度，所以气室113的内部温度可以是25℃。可以通过电阻温度传感器来获得环境温度。
此外，控制器370可以将物体的表面温度、红外温度传感器的环境温度和比辐射率应用于温度转换准则，以将比辐射率转换成物体的实际温度。
本发明的上述实施例旨在说明本发明而不是限制本发明。各种替代方案和等同方案是可能的。本发明不受本文中描述的实施例的限制。本发明也不限于任何特定类型的半导体器件。鉴于本公开，其他的增加、减少或修改是显然的，并且意图落入所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种温度感测装置，包括：
本体；以及
温度传感器，其被配置为在不接触管中的物体的情况下测量所述物体的温度，
其中，所述本体包括：
气室，其与所述物体的温度感测区域相邻地形成；以及
管结合槽，其形成在所述本体中以与所述管结合。
2.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述本体还包括：
与所述温度传感器结合的温度传感器结合槽，
其中，所述气室连接至所述温度传感器结合槽和所述管结合槽。
3.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述气室在所述温度感测区域中形成一空的空间，所述空的空间具有基于所述管的尺寸的预定尺寸，以及
其中，所述温度传感器结合槽、所述管结合槽和所述气室彼此连接以形成孔。
4.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述管结合槽的直径对应于所述管的直径。
5.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述本体还包括电缆结合槽，所述电缆结合槽形成在所述本体中，以与连接至所述温度传感器的电缆结合。
6.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，在将所述管与所述管结合槽结合之后，所述温度传感器能够检测从所述物体辐射的红外能量，以及
其中，所述温度传感器将检测到的红外能量应用于预定准则，以获得所述管中的物体的温度。
7.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，在将所述管与所述管结合槽结合之后，所述温度传感器能够检测从所述物体辐射的红外能量，以及
其中，所述温度传感器通过有线通信或无线通信将检测到的红外能量传送到外部设备。
8.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述温度传感器包括：
红外温度传感器，其用于检测从所述物体辐射的红外能量以获得所述物体的表面温度；以及
电阻温度传感器，其用于感测所述温度感测区域的环境温度。
9.根据权利要求1所述的温度感测装置，其中，所述本体包括含氟树脂，所述含氟树脂包括聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)和全氟烷氧基(PFA)。
10.一种温度感测系统，包括：
温度感测装置，其被配置为：通过检测从物体辐射的红外能量来测量所述物体的表面温度，并测量温度感测区域的环境温度；以及
温度计算装置，其被配置为：将所述物体的表面温度和所述环境温度应用于实际温度计算准则，以计算所述物体的实际温度。
11.根据权利要求10所述的温度感测系统，其中，所述温度感测装置包括：
本体；以及
温度传感器，其被配置为在不接触管中的物体的情况下测量所述物体的温度，
其中，所述本体包括：
气室，其与所述物体的温度感测区域相邻地形成；以及
管结合槽，其形成在所述本体中以与所述管结合。
12.根据权利要求11所述的温度感测系统，其中，所述温度传感器包括：
红外温度传感器，其被配置为测量所述物体的表面温度；以及
电阻温度传感器，其被配置为测量包围所述红外温度传感器和所述物体的区域的环境温度。
13.根据权利要求12所述的温度感测系统，其中，所述温度计算装置包括：
存储器；以及
控制器，其被配置为：将在所述物体的温度感测区域中检测到的所述物体的表面温度、包围所述红外温度传感器的区域的环境温度、包围所述物体的区域的环境温度、以及样本的参考温度应用于比辐射率校正准则以计算经校正的比辐射率，并且被配置为：将所计算的比辐射率转换为对应的温度以获得所述物体的实际温度，
其中，所述样品与所述物体基本相同，以及
其中，所述参考温度被储存在所述存储器中。
14.根据权利要求13所述的温度感测系统，其中，所述控制器使用以下公式来计算所述经校正的比辐射率：
Figure FDA0002260750200000031
其中，E表示比辐射率，TIR表示所述物体的表面温度，TR表示所述参考温度，TIR-a表示所述红外温度传感器的环境温度，TO-a表示所述物体的环境温度。
15.根据权利要求14所述的温度感测系统，其中，所述控制器将所述物体的表面温度、所述红外温度传感器的环境温度、以及所述比辐射率应用于温度转换准则，以将所述比辐射率转换为所述物体的实际温度。
16.根据权利要求13所述的温度感测系统，其中，所述温度计算装置还包括：
显示器，其被配置为显示与所述温度感测系统有关的信息和所述物体的实际温度；以及
接口，其被配置为以有线方式或无线方式与所述温度感测装置进行通信。
17.根据权利要求12所述的温度感测系统，其中，所述本体还包括与所述温度传感器结合的温度传感器结合槽，以及
其中，所述气室被连接至所述温度传感器结合槽和所述管结合槽。
18.根据权利要求17所述的温度感测系统，其中，所述气室在所述温度感测区域中形成一空的空间，该空的空间具有基于所述管的尺寸的预定尺寸，以及
其中，所述温度传感器结合槽、所述管结合槽和所述气室彼此连接以形成孔。
19.根据权利要求17所述的温度感测系统，其中，所述气室在所述温度传感器与插入所述管结合槽中的管之间形成孔。
20.根据权利要求17所述的温度感测系统，其中，所述管结合槽的直径对应于所述管的直径。
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