JP2012526282A - 保護付熱電対ジャンクションを有する熱電対アッセンブリ - Google Patents

Abstract

温度測定を提供するための改善された熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、測定チップを有するシースと、シース内に収容される支持部材と、支持部材内に収容された第１線及び第２線とを含む。第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域が支持部材の遠位端に形成され、電熱対ジャンクションが、凹部領域がシースの測定チップに対して実質的に固定された位置に電熱対ジャンクションを維持するように凹部領域のベースに固定的に配置される。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、温度測定デバイスに関し、より具体的には本発明は、半導体処理で使用する熱電対アッセンブリに関する。

半導体処理チャンバは、基板の表面または表面上に様々な物質層を堆積するために使用される。処理チャンバは、低温処理、高温処理、またはその高温処理と低温処理の両方の組み合わせに使用されることができる。シリコンウェハなどの１つまたは複数の基板やワークは、処理チャンバ内のワーク支持体上に配置される。基板及びワーク支持体の双方は所望の温度に加熱される。典型的な化学蒸着（“ＣＶＤ”）処理ステップでは、反応ガスが各加熱された基板上を通過し、それによって、ＣＶＤ反応は、基板表面に反応ガスの反応物質の薄層を堆積する。また、処理は、原子層堆積（“ＡＬＤ”）、プラズマ拡大原子層堆積（“ＰＥＡＬＤ”）、減圧ＣＶＤ（“ＲＰＣＶＤ”）又は基板上に材料の薄層を堆積させるための他のプロセスを含む。その後の工程を経て、これらの層は、集積回路に作られ、基板の大きさ及び回路の複雑さに応じて数十から数千又は何百万もの統合されたデバイスに作られる。

様々なプロセスパラメータは、得られた堆積層の高品質を確保するために慎重に制御する必要がある。そのような重要なパラメータは、各処理ステップ中の基板の温度である。ＣＶＤ中、例えば、成膜ガスが基板上に薄い層を堆積させるために特定の温度で反応する。温度は、基板の表面全体にわたって大きく変化する場合、堆積層は、不均一になるかあるいは完成した基板の表面に使用不能の領域につながる可能性の欠陥を有する。したがって、反応ガスが処理チャンバに導入されている間、基板温度が安定して均一であることが重要である。

同様に、他の熱処理中に基板全体の温度の不均一性や不安定性は、基板の表面上に生じる構造の均一性に影響を与える。温度制御が重要になる他の処理は、酸化、窒化、ドーパント拡散、スパッタ堆積、フォトリソグラフィー、ドライエッチング、プラズマプロセス、および高温アニールを含むがこれに限定しない。

処理される基板近傍の又は処理される基板に直に隣接する様々な位置で温度を測定するための方法及びシステムが知られている。一般的に、熱電対は、処理される基板の近くの様々な場所に配置されており、これらの熱電対は、基板の表面全体にわたってより均一な温度を提供することを支援するためにコントローラに作動的に接続される。例えば、バンビルゼンに発行された米国特許第６１２１０６１は、基板を囲む様々なポイントで温度を測定する複数のセンサを開示し、基板の前端近くに、後縁近くに、基板の側面に隣接して、及びそれらの中央近くの基板の下方に配置された熱電対を含む。

半導体処理チャンバで使用されている熱電対は、通常、反応室内へ導入されるガス及び反応体からそれと共に配置された熱電対ワイヤを保護するための細長いシースを有する。また、熱電対は、通常、シースの長さを拡張し、それらがそれらの間に熱電対を形成するように異なる金属で形成された一対のワイヤを収容するように構成された支持部材を含む。より短い寿命は、スループット又は所定の時間にわたって処理されるワークの数が品質の重要な指標及びツール全体の所有コストである製造のより頻繁な休止時間を必要とするので、熱電対の寿命は、半導体処理ツールで重要である。したがって、熱電対は温度や圧力の周期的な変化に耐えることができることが重要である。短縮熱電対の寿命に関連する典型的な課題は、断線と一貫性のない温度測定を含む。熱電対の一貫性のない温度測定は、シースの測定チップに対するワイヤの接合（すなわち、熱電対の接点）の一貫性のない場所から生じる。ジャンクションの位置が変化すると、温度測定の精度と一貫性が減少する。熱電対で障害が発生したと考えられる場合の一例は、測定温度が正確でない場合、または測定から測定まで一貫性がないときである。反応チャンバは、その後、一時中止され、障害が発生した熱電対が取り除かれ、ツールの休止時間が収益性を低下させ、ツールの所有コストを増大する。従って、シースに対するジャンクションの移動を防止するためにジャンクションが配置されている一貫性のある位置を提供する熱電対の設計が必要である。

必要性は、ジャンクションとシースとの間の間隙が続いて生産される熱電対間で容易に繰り返し可能であるように容易に製造可能なシースの測定チップから離間されたガード付きジャンクションを含む温度検知熱電対のために存在する。本発明の一態様では、反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースを含む。また、熱電対アッセンブリは、支持部材を含む。支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される。第１線及び第２線が異なる金属で形成され、支持部材内に収容される。第１線及び第２線の各端部は互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域が支持部材の遠位端に形成され、支持部材の遠位端がシース内に収容される。電熱対ジャンクションは、凹部領域のベースに直に隣接して配置される。

本発明の他の態様では、化学蒸着反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリが提供される。熱電対アッセンブリは、細長い支持部材を含む。支持部材は、それと共に第１線及び第２線の少なくとも一部分を収容するように構成され、第１線及び第２線は異なる金属で形成される。また、熱電対アッセンブリは、測定チップを有する細長いシースを含む。シースは、支持部材の遠位端が測定チップでシースの内面と接するように支持部材を収容するように構成される。熱電対アッセンブリは、第１線及び第２線の各々の端部を融合することによって形成された電熱対ジャンクションを更に含む。凹部領域は、測定チップに隣接した支持部材の遠位端の中に形成され、電熱対ジャンクションは、シースの測定チップに対して実質的に固定された位置に維持される。

本発明のさらに他の態様では、半導体処理反応器で使用するための温度制御システムが提供される。温度制御システムは、反応器内に配置された少なくとも一つの熱要素を含む。また、温度制御システムは、少なくとも一つの熱要素に作動的に接続されたコントローラを含み、コントローラは、少なくとも一つの熱要素を制御するように構成される。さらに、温度制御システムは、反応器内に配置された少なくとも一つの温度センサを含み、温度センサは、コントローラに温度データを提供するためにコントローラに作動的に接続される。少なくとも一つの温度センサは、熱電対アッセンブリであり、熱電対アッセンブリは、シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースを含む。また、熱電対アッセンブリは、支持部材を含み、支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される。また、熱電対アッセンブリは、異なる金属で形成された第１線及び第２線を含み、第１線及び第２線の一部分が支持部材内に収容される。第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する。凹部領域は、支持部材の遠位端に形成され、支持部材の遠位端は、シースの測定チップと接する。電熱対ジャンクションは、シースの測定チップに対して実質的に固定された位置に配置される。

本発明の利点は、図示によって示され説明された本発明の実施形態の以下の説明から当業者に明らかになるであろう。実現されるように、本発明は、他の及び異なる実施形態が可能であり、その詳細は様々な点で変更が可能である。従って、図面及び説明は、本質的に例示し、制限的ではないとみなされる。

図１は、ＣＶＤ反応器の実施形態の断面図である。 図２は、温度制御システムの実施形態の概略図である。 図３は、熱電対アッセンブリの実施形態である。 図４は、一般に当該分野で公知の熱電対の接点の拡大図である。 図５は、保護付き電熱対ジャンクションを有する熱電対アッセンブリの実施形態である。 図６Ａは、保護付き電熱対ジャンクションの実施形態の拡大断面図である。 図６Ｂは、保護付き電熱対ジャンクションの他の実施形態の拡大断面図である。 図６Ｃは、保護付き電熱対ジャンクションの他の実施形態の拡大断面図である。 図６Ｄは、保護付き電熱対ジャンクションの更に別の実施形態の拡大断面図である。 図６Ｅは、保護付き電熱対ジャンクションの更に別の実施形態の拡大断面図である。

図１を参照すると、半導体基板を処理するための化学蒸着（“ＣＶＤ”）反応器１０の例示的な実施形態が示される。図示の実施形態は、単一の基板で水平方向に流れる冷壁反応器であるが、本明細書中に記載された熱電対概念は、半導体処理反応器の他のタイプに使用されると共に、正確な温度センサを必要とする他の非半導体処理アプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。ＣＶＤ反応器１０は、反応空間１４を画定する反応チャンバ１２と、反応チャンバ１２の両側に配置された熱要素１６と、基板支持構造１８とを含む。反応チャンバ１２は、反応空間１４の中に反応ガスを導入するインレット２０と、そこを通じて反応ガスとプロセスの副産物が反応空間１４を出るアウトレット２２を有する細長い部材である。実施形態では、反応チャンバ１２は、透明な石英で形成されている。反応チャンバ１２は、その中の堆積プロセスに対して実質的に非反応性であるのに十分な他の材料で形成されることができることを当業者によって理解されるべきである。

熱要素１６は、図１に示されるように、上バンクと下バンクを形成する。熱要素１６は、同じバンク内で隣接する熱要素１６に対して離間して配向される。実施形態では、上バンクの熱要素１６は、下バンクの熱要素１６に対して実質的に垂直に配向される。熱要素１６は、反応チャンバ１２の壁によってかなり吸収することなく反応チャンバ１２に放射エネルギを提供する。熱要素１６は、処理される基板及び基板支持構造１８の部分によって吸収される放射熱を提供するように構成される。

基板支持構造１８は、図１に示すように、その上に基板２４が配置される基板ホルダ２８と、サセプタ支持部材３０とを含む。サセプタ支持部材３０は、反応チャンバ１２の下壁に依存するチューブ３４を通じて下方に延びるシャフト３２に接続される。モータ（図示せず）は、シャフト３２を回転するように構成され、それによって、対応するように基板ホルダ２８と基板２４を回転する。実施形態では、基板ホルダ２８は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）被覆の黒鉛で形成され、サセプタ支持部材３０は、透明な石英で形成される。基板支持機構１８の部材が、反応チャンバ１２の中に導入されたプロセスガスに関して実質的に不活性であり処理される基板２４を支持するのに十分な材料で形成できることを当業者によって理解されるべきである。

図１−２に示すように、複数の温度センサは、基板２４と、基板２４の近くの様々な場所で温度を測定するための基板ホルダ２８とに隣接して配置される。図示の実施形態では、温度センサは、基板ホルダ２８の下面に形成された盲目の空洞内に配置された中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０、及び少なくとも一方側端の温度センサ４２を含む。先端温度センサ３８及び後端温度センサ４０は、反応空間１４内のガスの流れの方向Ａに対して基板２４の前端及び後端に隣接して配置される。温度センサは、温度センサのチップを囲むローカライズされた領域で温度を測定するように構成される。ＣＶＤ反応器１０の温度制御システム４４は、処理される基板２４に隣接して配置された複数の温度センサ３６、３８、４０、４２を含み、温度センサは、コントローラ４６に垂直な位置で温度データを提供する温度コントローラ４６に作動的に接続される。コントローラ４６は、基板２４に隣接して配置された少なくとも一つの熱要素１６に作動的に接続される。温度コントローラ４６は、処理される基板２４全体にわたってほぼ均一な温度分布を維持するために温度センサが提供するデータに応じて熱要素（複数の熱要素）１６に供給されるエネルギを調整するように構成されている。温度制御システム４４は、コントローラ４６にデータを提供するためのさまざまな場所に配置された任意の数の温度センサを含むことができることを当業者によって理解されるべきである。

実施形態では、温度制御システム４４で使用される温度センサは熱電対アッセンブリ４８である。他の温度センサ３６、３８、４０、４２は、光高温計、当該分野で公知の熱電対及びそれらの組み合わせとして形成されることを当業者によって理解されるべきである。図３−４に示すように、熱電対アッセンブリの典型的な実施形態は、一般的に周知であり、シース５０、支持部材５２、カラー５４、第１線５６、第２線５８、スプリング６０、カップアッセンブリ６２及びプラグ６４を含む。シース５０は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材である。シース５０は、温度測定が望まれる位置に直に隣接して配置されるように構成された測定チップを含む。また、支持部材５２は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材であり、支持部材５２の一部分がシース５０内に収容される。支持部材５２は、あらゆるタイプのセラミック又は周期的温度変化及び熱電対アッセンブリ４８がさらされる温度領域に耐えるのに十分な他の材料で形成されることができる。熱電対アッセンブリ４８は、中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０及び側端温度センサ４２として使用されることができる。熱電対アッセンブリ４８は、正確な温度センサが必要とされている他のアプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。図示の熱電対アッセンブリ４８は、実質的に線形であるが、熱電対アッセンブリ４８は、熱電対アッセンブリ４８のチップが処理される基板又は処理される基板を支持する基板支持２８に隣接した特に所望の位置に配置されるのを許容するのに十分な形状に形成されることができることを当業者に理解されるべきである。

熱電対アッセンブリ４８は、図４に示すように、第１線５６と第２線５８とを含み、第１線５６及び第２線５８は、異なる金属で形成される。実施形態では、第１線５６は、プラチナで形成され、第２線５８は、１３％のロジウムを有するプラチナの合金で形成されている。第１線５６及び第２線５８は、それの間に熱電対を形成するのに十分な異なる材料で形成されることができることを当業者に理解されるべきである。第１線５６及び第２線５８は、支持部材５２の長手方向軸線に沿って支持部材５２の中心を通って形成された対応する穴６８の中に収容される。第１線５６及び第２線５８の各々の一部は、シース５０の測定チップ６６に隣接して支持部材５２の端部を超えて延びる。従来の熱電対アッセンブリでは、図４に示すように、第１線５６及び第２線５８の部分は、ビーズを形成するために互いに融合された測定チップ６６又は熱電対ジャンクション７０に隣接して支持部材５２の端部を超えて延びる。スプリング６０は、測定チップ６６で熱電対の接点７０とシース５０の内面との間で一定の接触を確実にするように構成されている。スプリング６０が一般的に、熱電対ジャンクション７０をシース５０と接触した状態に維持するために中央温度センサ３６として使用された熱電対アッセンブリに使用されるが、スプリングは、前端、後端、又は側端の温度センサ３８、４０、４２で使用した熱電対アッセンブリに必要ではないことを当業者に理解されるべきである。

熱電対ジャンクション７０と熱電対アッセンブリ４８温度を測定する位置との間の距離は、熱電対アッセンブリ４８の設計の重要な特性である。熱電対アッセンブリ４８を製造する工程では、測定チップ６６内の熱電対ジャンクション７０の位置が熱電対から熱電対まで実質的に一定であることが重要である。スプリング６０は、支持部材５２に一体に取り付けられたカラー５４上にスプリング力を及ぼすように構成され、カラー５４にかけられたスプリング力は、カラー５４を測定チップ６６の方に付勢し、熱電対ジャンクション７０と測定チップ６６との一定の接触を確実にする。以前の周知の熱電対アッセンブリの組み立て中、熱電対ジャンクション７０は摺動し又は測定チップ６６内でオフセットになり、それによって、熱電対アッセンブリ４８によって測定された温度の精度が低下する。さらに、反応チャンバ１２（図１）内の熱サイクル中に、温度変化は、熱電対ジャンクション７０が摺動又は測定チップ６６内でオフセットさせる。さらに、熱電対ジャンクション７０は、シース５０内で支持部材５２の端部を超えて延びるので、熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８の一部分とは、ＣＶＤ反応器内で熱要素１６にさらされる。この熱要素１６に対する直接的な露呈は、反応チャンバ１２の熱サイクル中で熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８を損傷させる。さらに、熱電対ジャンクション７０は支持部材５２の端部を超えて延びるので熱電対ジャンクション７０と第１線５６及び第２線５８は、反応チャンバ内で熱要素１６にさらされる。このように、熱電対ジャンクション７０がさらされる高温と組み合わせでスプリング６０の圧縮力は、時間をかけて熱電対ジャンクション７０の形状を変形する。この変形は、熱電対によって測定された温度の精度に悪影響を与える。

改善された熱電対アッセンブリ１００の例示的な実施形態が図５に示される。熱電対アッセンブリ１００は、シース１０２、支持部材１０４、カラー１０６、第１線１０８、第２線１１０、スプリング１１２、カップアッセンブリ１１４及びプラグ１１６を含む。実施形態では、シース１０２は、長手方向軸線を有する実施的に円筒形の細長い部材である。シース１０２は、温度測定が望まれる位置に直に隣接して配置されるように構成された測定チップ１１８を含む。実施形態では、シース１０２は、透明な石英で形成されている。熱電対アッセンブリ１００が反応チャンバ１２内に収められる温度範囲に十分に耐えることができる材料で形成されることを当業者は理解されるべきである。また、支持部材１０４は、長手方向軸線を有する実質的に円筒形の細長い部材であり、支持部材１０４の一部分がシース１０２内に収容される。支持部材１０４は、シース１０２内に収容されるのに十分な形状として形成されることを当業者に理解されるべきである。支持部材１０４は、セラミック又は周期的温度変化及び熱電対アッセンブリ１００がさらされる温度領域に耐えるのに十分な他の材料で形成されることができる。熱電対アッセンブリ１００は、図２に示すように、中央温度センサ３６、先端温度センサ３８、後端温度センサ４０及び側端温度センサ４２として使用されることができる。熱電対アッセンブリ１００は、正確な温度センサが必要とされている他のアプリケーションで使用されることを当業者に理解されるべきである。図示の熱電対アッセンブリ１００は、実質的に線形であるが、熱電対アッセンブリ１００は、熱電対アッセンブリ１００のチップ１１８が特に所望の位置に配置されるのを許容するのに十分な形状に形成されることができることを当業者に理解されるべきである。

熱電対アッセンブリ１００は、図５に示すように、第１線１０８と第２線１１０とを含み、第１線１０８及び第２線１１０は、異なる金属で形成される。実施形態では、第１線１０８は、プラチナで形成され、第２線１１０は、１３％のロジウムを有するプラチナの合金で形成されている。第１線１０８及び第２線１１０は、それの間に熱電対を形成するのに十分な異なる材料で形成されることができることを当業者に理解されるべきである。第１線１０８及び第２線１１０は、支持部材１０４の長手方向軸線に沿って支持部材１０４の中心を通って形成された対応する穴１２０の中に収容される。

実施形態では、図６Ａ−６Ｄに示すように、測定チップ１１８に隣接した支持部材１０４のチップは、凹部領域１２２を形成する。図６Ａに示された実施形態では、凹部領域１２２は、傾斜した側面１２４を含む。傾斜した側面１２４は、傾斜した側面１２４が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延びるように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。ベース１２６は、支持部材１０４の端部において凹部領域１２２に底面を形成する。ベース１２６は、実質的に平面である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね頭を切断された円錐形状のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、傾斜した側面１２４は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、傾斜した側面１２４は、支持部材１０４の遠位端が環状のリングを形成するように支持部材１０４の外面（図示せず）から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４を成形するときに形成されることができる。他の実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の一部分を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。

組み立て中に、図６Ａに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、傾斜した側面１２４によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。

図６Ａ−６Ｄは、シース１０２の内面と接する熱電対ジャンクション１３０を図示し、図６Ｅは、シースに対して離間された関係に配置された熱電対ジャンクション１３０を図示する。熱電対アッセンブリ１００は、熱電対ジャンクション１３０がシース１０２と接するか直に隣接するが、熱電対ジャンクション１３０がスプリング１１２からスプリング力に従わないで測定チップ１１８に対して実質的に固定された場所又は位置に存在するように組み立てられることができることを当業者によって理解されるべきである。例えば、実施形態では、熱電対ジャンクション１３０は、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するように凹部領域１２２内に配置される。しかしながら、スプリング１１２は、シースの内面に対して支持部材１０４を付勢するので、熱電対ジャンクション１３０は、静止し、スプリング１１２からシース１０２に対するスプリング力を受けない。他の実施形態では、ジャンクションは、シース１１２の内面に直に隣接して離間配置されたように配置される。

図６Ｂに示す熱電対アッセンブリ１００の他の実施形態では、凹部領域１２２は、側面１３２とベース１３４とを含む。側面１３２は、支持部材１０４の長手方向軸線に対して実質的に平行なように支持部材１０４の厚さの中に遠位端から延びる。ベース１３４は、支持部材１０４の端部で凹部領域１２２の底面を形成する。ベース１３４は、側面１３２に対して９０度に形成された平面である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね円筒形のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、側面１３２は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。

組み立て中に、図６Ｂに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、側面１３２によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。

図６Ｃに示す実施形態では、凹部領域１２２は傾斜した面１３６を含む。傾斜した面１３６は、傾斜した面１３６が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延びるように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ね半球状のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部によって囲まれる。実施形態では、傾斜した側面１３６は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、傾斜した側面１３６は、支持部材１０４の遠位端が環状のリングを形成するように支持部材１０４の外面から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４を成形するときに形成されることができる。他の実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の一部分を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。

組み立て中に、図６Ｃに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２のベース１２６に直接隣接して又はベース１２６と接触して配置され、傾斜した面１３６によって保護される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。

図６Ｄに示す実施形態では、凹部領域１２２は傾斜した面１４０を含む。傾斜した面１４０は、傾斜した面１４０が支持部材１０４の遠位端から離れる方向に延び、傾斜した面１４０が支持部材１０４の長手方向軸線上に又はその軸線に実質的に近傍にポイントを形成するように支持部材１０４の長手方向軸線の方に内方に傾斜する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に概ねＶ形状又は円錐形のくぼみを形成する。凹部領域１２２は、支持部材１０４の遠位端を形成する縁部１２８によって囲まれる。実施形態では、傾斜した面１４０は、縁部１２８が実質的に平らな棚を形成するように支持部材１０４の外面から半径方向内方に離間される。他の実施形態では、縁部１２８が半径方向に延びる厚さがほとんどない又は全くない棚を形成するように傾斜した側面１３６は支持部材１０４の外面から延びる。実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の端部の中に傾斜した表面１４０を切断又は粉砕することによって形成されることができる。凹部領域１２２は、熱電対ジャンクション１３０を保護するために構成された側壁１３８を提供するのに十分な方法によって形成されることを当業者によって理解されるべきである。

組み立て中に、図６Ｄに示されるように、第１線１０８及び第２線１１０の一部分は凹部領域１２２の中にそれらの対応する穴１２０から延びる。第１線１０８及び第２線１１０のさらされた部分は、ビーズ又は熱電対ジャンクション１３０を形成するために互いに融合される。熱電対ジャンクション１３０は、傾斜した面１４０が半径方向内方に延びるように傾斜した面１４０によって形成されたポイントに直に隣接して配置される。ひとたび熱電対ジャンクション１３０が形成されると、支持部材１０４は、縁部１２８が測定チップ１１８でシース１０２の内面と接するまでシース１０２の中に挿入される。組み立てられると、熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定した位置に配置される。

図６Ａ−６Ｄに示された凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線に沿って実質的に対称なくぼみであるように示される。しかしながら、支持部材１０４の端部は、凹部領域１２２を含む必要はなく、その長手方向軸線を中心にして対称である必要はない。例えば、図６Ｅは、支持部材の端部が、支持部材の傾斜した面１４２が実質的に平らで支持部材１０４の長手方向軸線にたいして傾斜して形成されるように切り捨てられた実施形態を示す。それに隣接して熱電対ジャンクション１３０が平らに形成された支持部材１０４の端部がくぼみ又は凹部領域を含み、あるいは、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面に対して相対的に配置されるのを許容するように形状づけられることを当業者に理解されるべきである。

実施形態では、熱電対ジャンクション１３０は、図６Ａ−６Ｅに示されるように、測定チップ１１８でシース１０２の内面と接合関係である。支持部材１０４の側壁１３８とシース１０２との間の接触は、測定チップ１１８に対して熱電対ジャンクション１３０を付勢するスプリング力が実質的にないようにスプリング１１２によって支持部材１０４にかけられたスプリング力のほぼすべてを吸収する。スプリング力が支持部材１０４とシース１０２との間の接触によって吸収されるので、熱電対ジャンクション１３０は、スリップ又は変形しないで測定チップ１１８と接触して実質的に固定された位置にある。他の実施形態では、図６Ｅに示されるように、熱電対ジャンクション１３０は、測定チップ１１８でシース１０２の内面に直に隣接して配置され、それによって、熱電対ジャンクション１３０とシース１０２との間に少しの間隙を提供する。熱電対ジャンクション１３０は測定チップ１１８でシース１０２の内面と接触して又は内面から離れる方向に離間され、支持部材１０４とシース１０２との接触は、熱電対から熱電対まで測定チップ１１８に対して実施的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０が存在するのを許容するように、測定チップ１１８に対して熱電対ジャンクション１３０を典型的に付勢するスプリング力を減少又は排除するように構成されることを当業者に理解されるべきである。

図６Ｅに示された実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約１ｍｍである。他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約０．５ｍｍである。さらに他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約５ｍｍより小さく、より具体的には約１ｍｍより小さい。他の実施形態では、熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８でシース１０２の内面から離間される距離は、約０．１ｍｍ乃至１．５ｍｍである。熱電対ジャンクション１３０との間の離間された距離は、あらゆる距離にすることができるが、離間された距離は、各熱電対アッセンブリ１００に対する熱電対ジャンクション１３０と測定チップ１１８との間の離間された距離が実質的に同じであるように続いて製造される熱電対間のメンテナンスを容易にする必要がある。

図６Ａ−６Ｄに示されるように、熱電対ジャンクション１３０は、支持部材１０４に形成された凹部領域１２２のベースに配置される。凹部領域１２２のベースに隣接して配置されると、スプリング１１２が熱電対アッセンブリ１００の測定チップ１１８の方に支持部材１０４を付勢するようにスプリング１１２は熱電対ジャンクション１３０に圧縮力を伝えない。一般的に周知の中央熱電対では、スプリングは、ジャンクションと測定チップとの間に接触を維持するためにジャンクションを測定チップと接触状態に付勢する。しかしながら、ジャンクションにかけられたこのスプリング力は、シースの内面に対してジャンクションを圧縮させ、典型的に、熱電対の温度測定のエラー及び早期故障を生じるジャンクションの変形を生じる。これに対して、本発明の改善された熱電対アッセンブリ１００の熱電対ジャンクション１３０は、スプリング１１２からのスプリング力によって支持部材１０４とシース１０２との間の一定の圧縮のもとに熱電対ジャンクション１３０があった場合に生じる熱電対ジャンクション１３０が測定チップ１１８に対して摺動せず又はオフセットにならないように、測定チップ１１８でシース１０２と接触してあるいはシース１０２に直に隣接して、凹部領域１２２内に実質的に固定された位置にあることができる。熱電対ジャンクション１３０は、シース１０２に対して摺動しない又はオフセットにならないで支持部材１０４の凹部領域１２２内に実質的に固定された位置にあるので、熱電対アッセンブリ１００によって提供された温度データは、一貫性がある。さらに、シース１０２に対する熱電対ジャンクション１３０の不慮の摺動又はオフセットを防止することは、熱電対アッセンブリ１００の温度データが反応チャンバ１２内の多くの熱サイクル後に一貫性があるため、熱電対アッセンブリ１００の寿命を増加させる。

凹部領域１２２は、熱電対アッセンブリ１００の支持部材１０４の遠位端の中に形成された概ねくぼんだ領域である。図６Ａ−６Ｄに示す実施形態では、凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線を中心に実質的に対称である。凹部領域１２２は、支持部材１０４の長手方向軸線を中心に非対称にすることができることを当業者は理解されるべきである。また、凹部領域１２２の形状は、凹部領域１２２のベースに配置された熱電対ジャンクション１３０を実質的に囲むのに十分な形状にすることができることを当業者は理解されるべきである。凹部領域１２２によって形成されたくぼみは、側壁１３８が完全にジャンクションを囲むように支持部材１０４の遠位端の方に凹部領域１２２のベースから延びる側壁１３８を形成する。さらに、シース１０２の測定チップ１１８に対して実質的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０を維持することに加えて、凹部領域１２２の側壁１３８は、熱要素１６（図１）によって生じた放射熱から熱電対ジャンクション１３０の保護を提供する。従って、熱電対ジャンクション１３０は、直接放射線から遮蔽され、それによって、熱電対ジャンクション１３０及び凹部領域１２２内の第１線１０８、第２線１１０のさらされた部分への損傷を減少する。

図６Ａ−６Ｅに示されるように、シース１０２の測定チップ１１８は、シース１０２の遠位端にある曲がったチップとして形成される。代替的な実施形態では、測定チップ１１８は、シース１０２の側壁１３８に実質的に垂直に形成されることができる。測定チップ１１８の形状は、あらゆる形状にすることができることを当業者は理解されるべきである。凹部領域１２２のベースの実質的に固定された位置に形成されたジャンクション及び測定チップ１１８での支持部材１０４の縁部１２８とシース１０２の内面との間の接触は、熱電対ジャンクション１３０が続いて起こる熱電対１００の製造中測定チップ１１８に対して実質的に同じ位置に配置されるのを許容する。熱電対ジャンクション１３０は、凹部領域１２２内に実質的に固定された位置に維持されるので、熱電対ジャンクション１３０と測定チップ１１８との間の関係は実質的に一定である。製造業の熱電対における重要な変数の一つは、シース１０２の測定チップ１１８に対し実質的に固定された位置に熱電対ジャンクション１３０を一貫して維持する能力である。続いて製造される熱電対の測定チップ１１８に対する熱電対ジャンクション１３０の実質的に一貫性のある位置を提供する能力は、製造中又は反応チャンバインサートの熱サイクル中にジャンクションが摺動し、圧縮された平坦になり、あるいは支持部材の遠位端でオフセットになる一般的に周知の熱電対以上の改善を提供する。

本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は限定されず、変形は本発明から逸脱しないでなされることができる。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義され、クレームの意味内に入るすべてのデバイス、プロセス、方法は、文字どおりに又は等価的にそこに包含されることが意図される。

Claims (22)

1. 化学蒸着反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリであって、
   シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースと、
   支持部材であって、支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される支持部材と、
   異なる金属で形成された第１線及び第２線であって、第１線及び第２線の一部分が支持部材内に収容され、第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する、第１線及び第２線と、
   支持部材の遠位端に形成された凹部領域であって、支持部材の遠位端がシースと接し、電熱対ジャンクションが凹部領域のベースに直に隣接して配置された、凹部領域とを備える、熱電対アッセンブリ。
2. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   電熱対ジャンクションは、シースの測定チップから固定された離間された距離で配置される熱電対アッセンブリ。
3. 請求項２記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   電熱対ジャンクションとシースの測定チップとの間の固定された離間された距離は、５ｍｍよりも小さい熱電対アッセンブリ。
4. 請求項２記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   電熱対ジャンクションとシースの測定チップとの間の固定された離間された距離は、１ｍｍよりも小さい熱電対アッセンブリ。
5. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   電熱対ジャンクションは、シースの測定チップと接する熱電対アッセンブリ。
6. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   縁部が支持部材の遠位端で凹部領域の回りに形成される熱電対アッセンブリ。
7. 請求項６記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   縁部は、支持部材の長手方向軸線に対して実質的に垂直に延びる棚である熱電対アッセンブリ。
8. 請求項６記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   縁部は、測定チップでシースの内面と接する熱電対アッセンブリ。
9. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
   電熱対ジャンクションは、凹部領域のベースに対して実質的に固定した位置に維持される熱電対アッセンブリ。
10. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    凹部領域の周りに形成された側壁を更に備え、側壁は、電熱対ジャンクションを保護する熱電対アッセンブリ。
11. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    凹部領域は、実質的に半球状のくぼみを形成する熱電対アッセンブリ。
12. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    凹部領域は、実質的に円筒形のくぼみを形成する熱電対アッセンブリ。
13. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    凹部領域は、先端が切り取られた円錐形のくぼみを形成する熱電対アッセンブリ。
14. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    凹部領域は、円錐形のくぼみを形成する熱電対アッセンブリ。
15. 請求項１記載の熱電対アッセンブリにおいて、
    第１線は、プラチナで形成され、第２線は、約１３％のロジウムを有するプラチナの合金で形成される熱電対アッセンブリ。
16. 化学蒸着反応器内の温度を測定するための熱電対アッセンブリであって、
    それと共に第１線及び第２線の少なくとも一部分を収容するように構成された細長い支持部材であって、第１線及び第２線は異なる金属で形成された細長い支持部材と、
    測定チップを有する細長いシースであって、支持部材の遠位端が測定チップでシースの内面と接するように支持部材を収容するように構成された細長いシースと、
    第１線及び第２線の各々の端部を融合することによって形成された電熱対ジャンクションと、
    細長い支持部材の遠位端の中に形成された凹部領域であって、電熱対ジャンクションがシースの測定チップに対して実質的に固定された位置に維持される熱電対アッセンブリ。
17. 半導体処理反応器で使用するための温度制御システムであって、
    反応器内に配置された少なくとも一つの熱要素と、
    少なくとも一つの熱要素に作動的に接続され、少なくとも一つの熱要素を制御するように構成されたコントローラと、
    コントローラに温度データを提供するためにコントローラに作動的に接続された、反応器内に配置された少なくとも一つの温度センサであって、熱電対アッセンブリを備える少なくとも一つの温度センサとを備え、
    熱電対アッセンブリは、
    シースの遠位端に配置された測定チップを有するシースと、
    支持部材であって、支持部材の少なくとも一部分がシース内に収容される支持部材と、
    異なる金属で形成された第１線及び第２線であって、第１線及び第２線の一部分が支持部材内に収容され、第１線及び第２線の各端部が互いに融合されてそれらの間に電熱対ジャンクションを形成する、第１線及び第２線と、
    支持部材の遠位端に形成された凹部領域であって、支持部材の遠位端がシースの測定チップと接し、電熱対ジャンクションがシースの測定チップに対して実質的に固定された位置に配置される、凹部領域とを有する温度制御システム。
18. 請求項１７記載の温度制御システムにおいて、
    凹部領域は、電熱対ジャンクションを囲む側壁を形成し、それによって、少なくとも一つの熱要素からの放射エネルギから電熱対ジャンクションを保護する温度制御システム。
19. 請求項１７記載の温度制御システムにおいて、
    凹部領域は、支持部材の遠位端の実質的に半球状のくぼみとして形成される温度制御システム。
20. 請求項１７記載の温度制御システムにおいて、
    凹部領域は、支持部材の遠位端の実質的に円筒形のくぼみとして形成される温度制御システム。
21. 請求項１７記載の温度制御システムにおいて、
    凹部領域は、平面として形成され、平面は、支持部材の長手方向軸線に対して傾斜して配向される温度制御システム。
22. 請求項１７記載の温度制御システムにおいて、
    支持部材の遠位端で凹部領域の周りに形成された縁部を更に備え、縁部は、電熱対ジャンクションと測定チップとの間に離間した距離を提供するためにシースの内面と接する温度制御システム。

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