TWI480527B - 熱耦 - Google Patents

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TWI480527B
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Description

熱耦
本發明關於溫度感測器，尤指一種構形成增進半導體製程設備中溫度控制準確性之溫度感測器。
高溫半導體製程腔室係用於沉積多種材料層到一基板表面或多個表面之上。基本上一或多個基板或工件，例如矽晶圓，其放置在該製程腔室(chamber)內一工件支撐(workpiece support)上來進行處理。該基板與工件支撐皆被加熱到所需的溫度。在一種典型的製程步驟中，反應氣體被送到每個加熱的基板之上，藉此一化學氣相沉積(CVD，“Chemical vapor deposition”)或一原子層沉積(ALD，“Atomic layer deposition”)反應將該等反應氣體中一薄層反應劑材料沉積在該(些)基板表面上。經由後續的製程，這些層被製成積體電路，且根據該基板之大小與該等電路之複雜性而成為數十到數千或甚至數百萬的積體裝置。
多種製程參數必須被小心地控制來確保所得到的沉積層具有高品質。這類關鍵參數中其一為在每個製程步驟期間該基板之溫度。例如在CVD期間，該等沉積氣體在特定溫度下反應而沉積該薄層在該基板上。如果該溫度在該基板的表面各處大幅變化，該沉積層可能會不均勻，造成在完成的基板之表面上有無法使用的區域。因此，該基板溫度在該等反應氣體被引入到該製程腔室之前可維持穩定與均勻的在所需的溫度，是相當重要的。
同樣地，在其它熱處理期間橫跨一基板之溫度之非均勻性或不穩定性會影響該基板之表面上所得到之結構的均勻性。其它對溫度控制而言非常重要之製程包括(但不限於)氧化(oxidation)、氮化(nitridation)、摻雜劑擴散(dopant diffusion)、濺鍍沉積(sputter depositions)、微影(photolithography)、乾蝕刻(dry etching)、電漿處理(plasma processes)及高溫退火(high temperature)。
已知有用於測量靠近及緊鄰要被處理之基板多個位置處的溫度之方法與系統。基本上，熱耦被設置在靠近要處理之基板的多個位置處，且這些熱耦可操作式地連接至一控制器來輔助提供橫跨該基板之整個表面的更均勻之溫度。例如，美國專利編號US 6,121,061教示複數溫度感測器，其測量環繞該基板之多個點的溫度，包括設置在靠近該基板之前緣的一熱耦，另一個靠近尾緣，一固在側邊，而另一個在該基板之下靠近該基板的中心處。
熱耦為常用於半導體製程反應腔室中測量環繞正在處理之基板，以及一般而言在反應腔室內的多個位置處之溫度的一種溫度測量裝置。熱耦基本上包括藉由熔融多條線的末端在一起所形成的至少一接頭，其中該等線由至少兩種不同的金屬形成，而在其間形成一熱耦。該等熱耦係安裝在該反應腔室之內，以確保該熱耦的該(些)接頭被精確地定位，以提供在一特定位置處的溫度測量。當該熱耦之接頭在安裝期間偏離該精確位置，由該熱耦提供的溫度資料在當該接頭距離所需的位置愈遠時即愈不準確。此外，對於具有沿著其長度設置多個接頭的熱耦，該熱耦之旋轉亦會造成該接頭之位置距離所需的位置愈來愈遠。
基本上，在製造習知的熱耦時，並無確實地將該接頭定位在熱耦之內的特徵(feature)。同時，當熱耦安裝在一半導體製程設備的反應腔室之內時，在習知的熱耦上並無特徵可確保該熱耦係適當地對準於該設備之內，使得該(些)接頭係設置在一準確的位置處好進行溫度測量。
因此，存在著對一種具有內部對準特徵的熱耦之需要，該等特徵允許該接頭在製造期間可持續地定位在該熱耦之內。亦存在對一種具有外部對準特徵的熱耦之需要，該等特徵允許熱耦在安裝期間可確實地定位在一反應腔室之內。
在本發明一種態樣中，提供一種可設置在感受器環(susceptor ring)內的熱耦。該熱耦包含可設置在該感受器環內的一護套。該熱耦另包括位在該護套內至少一熱耦接頭。該熱耦亦包括至少一內部對準特徵及/或至少一外部對準特徵，用於相對於該感受器環而確實地定位或對準至少一熱耦接頭。
在本發明另一種態樣中，提供一種在一感受器環之內孔進行溫度測量的熱耦。該熱耦包含一護套，其具有位在其一末端處的一測量尖端，與位在其一相對末端處的一開口。該熱耦另包括設置在該護套內的一支撐構件。該熱耦亦包括位在該護套內至少一熱耦接頭。該熱耦另包括位在鄰接於該測量尖端的至少一外部對準特徵，或位在鄰接於該開口的一內部對準特徵。該外部對準特徵與該內部對準特徵構形成確實地定位或對準該(些)熱耦接頭於該感受器環的內孔之內。
在本發明另一種態樣中，提供一種在一半導體製程反應器之內用於測量溫度的系統。該系統包括一感受器環與一熱耦，其可設置在形成於該感受器環中一內孔之內。該感受器環具有在其中形成的至少一內孔，且該內孔包括一封閉端，並形成一第一橫截面形狀。一凹陷區域形成在該內孔的封閉端處，其中該凹陷區域在該內孔之內形成一第二橫截面形狀。該第二橫截面形狀不同於該第一橫截面形狀。該熱耦可設置在該內孔之內，且該熱耦包括一護套，其具有一測量尖端位在其一末端處，及一開口位在其一相對末端處。該熱耦亦包括位在該護套內至少一熱耦接頭。該熱耦另包括位在鄰接於該測量尖端的至少一外部對準特徵及/或位在鄰接於該開口之一內部對準特徵，其中該外部對準特徵與該內部對準特徵構形成確實地定位或對準該熱耦接頭於該感受器環的內孔之內。
本發明之好處對於熟此技藝者而言，可由以下經例示來顯示與描述的本發明具體實施例的說明而更加清楚。應瞭解本發明能夠實作成其它與不同的具體實施例，且其細節能夠修正成多種不同的態樣。因此，此處之圖式與說明的性質皆應視為例示性，而非限制性。
請參照圖1，所示為習知的半導體製程反應器10之示例性具體實施例。反應器10可構形成用於化學氣相沉積(CVD)製程、原子層沉積(ALD)製程、或任何用於沉積一薄層材料在位在反應器10內一基板上的其它製程。圖1所示之已知反應器10基本上用於美國亞利桑那州Phoneix市的ASM America公司所製造的Epsilon工具中。所例示之具體實施例的反應器10包括外殼12與位在外殼12之內的冷壁、單一基板反應腔室14。但是，熟此技藝者必須瞭解反應腔室14可為任何一種能夠在其中處理基板的型式。反應腔室14定義反應空間16，在其中發生化學反應。反應腔室14包括入口18，經由該入口，製程氣體被引入到反應空間16當中；及出口20，經由該出口，製程氣體離開反應空間16。反應器10另包括設置在外殼12之內的複數加熱元件22，以提供輻射熱到反應腔室14。
在一具體實施例中，基板支撐組合件24至少部份位在反應腔室14之內，如圖1所示。基板支撐組合件24包括基板夾持器26、夾持器支撐構件28、感受器環30、及感受器環支撐32。基板夾持器26構形成在製程期間將基板34支撐在反應空間16之內。夾持器支撐構件28可操作地連接至基板夾持器26，且夾持器支撐構件28附著於軸件36，其向下延伸通過由反應腔室14之底表面向外延伸的管件38。軸件36可操作地連接至位在反應器10之外的一馬達(未示出)，其構形成旋轉軸件36，藉此使得夾持器支撐構件28與基板夾持器26以相對應方式在反應腔室14之內旋轉。
在一具體實施例中，感受器環30環繞基板夾持器26，並構形成補償在製程期間來自基板34與基板夾持器26之邊緣的溫度損失。如圖1所示，感受器環30由感受器環支撐32所支撐，其可操作地附著於反應腔室14之下表面。在一具體實施例中，感受器環30形成為一單一件，並包括通過其下游或後表面42而形成的至少一內孔40，如圖1至2所示。熟此技藝者必須瞭解感受器環30可具有在其中形成的任何數目的內孔40，且內孔40可形成於感受器環30之任何表面當中。在圖1至3所例示的示例性具體實施例中，感受器環30包括通過其後表面42而形成的三個內孔40。內孔40構形成接收一溫度測量裝置，例如一熱耦、一高溫計、或任何其它能夠測量感受器環30內一特定位置處溫度之裝置。內孔40係僅通過感受器環30之長度的一部份而形成，使得內孔40之一端為開放，而另一端為封閉，藉以提供一盲孔用於接收該溫度測量裝置。
內孔40係鄰接於形成在感受器環30中的孔徑44而形成，如圖2所示。內孔40之長度與位置允許在其內設置一溫度測量裝置，用以測量環繞基板夾持器26之多個位置處的局部化溫度(圖1)。在一具體實施例中，沿著感受器環30之側邊延伸的側內孔40之每一者的封閉端係位在鄰接於感受器環30之前緣46。在另一具體實施例中，側內孔40之每一者的封閉端位在感受器環30之尾緣42與前緣46之間距離的大約一半處，使得側內孔40之封閉端位在與孔徑44的最靠近點。熟此技藝者必須瞭解側內孔40可具有任何的長度，且該等相對側內孔之長度可以不同。在一具體實施例中，位在側內孔40之間的後內孔40延伸使得後內孔40之封閉端位在緊鄰於孔徑44之邊緣處。
請參照圖3，所示為感受器環30之側內孔40之橫截面，其中一溫度測量裝置位在內孔40之內。在所例示的具體實施例中，溫度測量裝置為熱耦50。熱耦50的測量尖端52位在緊鄰於內孔40之封閉端，但熟此技藝者必須瞭解測量尖端52可位在沿著內孔40之長度的任何位置處。
改良的熱耦50之具體實施係例示於圖4。在所例示的具體實施例中，熱耦50包括護套54、支撐構件56、第一線58、第二線60、螺帽62、帽蓋64、插頭66以及內部對準特徵(inner alignment feature)68及/或外部對準特徵(outer alignment feature)70。護套54為一拉長的構件，其具有形成其一遠端的測量尖端52，及在其中形成開口72的相對遠端。護套54沿著其整個長度具有實質固定的厚度，但必須瞭解護套54可具有沿著其長度之不同厚度而形成。在一具體實施例中，護套54由石英形成，但可使用任何足以承受反應腔室14內循環性溫度變化之其它材料。護套54的測量尖端52可形成一圓形端，但熟此技藝者必須瞭解測量尖端52可形成為任何形狀，例如錐形，半球形或類似者。在另一具體實施例中(未示出)，例如測量尖端52形成一平坦表面。
如圖4所示，支撐構件56係部份設置在護套54之內，並延伸通過開口72到測量尖端52的內部表面。在一具體實施例中，支撐構件56為由陶瓷形成的一拉長構件，但可使用任何足以承受在反應腔室14(圖1)內循環性溫度之其它材料。在一具體實施例中，支撐構件56包括兩個內孔74，其沿著支撐構件56之長度的至少一部份形成。熟此技藝者必須瞭解支撐構件56可包括通過其中而形成的任何數目之內孔74。每個內孔74構形成在其中接收第一線與第二線58、60中之一者。第一線與第二線58、60每一者之一部份延伸超過鄰接於護套54之測量尖端52之支撐構件56的第一遠端76。鄰接於支撐構件56之第一遠端76之第一線與第二線58、60的這些自由端被熔融在一起，以形成接頭78。第一線與第二線58、60由不同的金屬所形成，藉此在其間形成一熱耦。在一具體實施例中，如圖4所示，接頭78係與鄰接於測量尖端52之護套54的內部表面定位成一靠合關係。在另一具體實施例中(未示出)，接頭78相對於測量尖端52以一空間相隔的方式定位在鄰接於護套54的內部表面。圖4至5B所示之熱耦的示例性具體實施例為一單接頭熱耦，其中接頭78位在測量尖端52處熱耦50之遠端。熟此技藝者必須瞭解，熱耦50之替代性具體實施例中，接頭78可位在沿著熱耦之長度之任何位置處，或熱耦50可包括位在沿著該熱耦之長度的實質上相同或不同位置處的多個接頭78，將在以下說明。
在一具體實施例中，支撐構件56之第二遠端80延伸通過護套54之開口72，如圖4所示。內孔74之末端位在開口72之外，使得第一線與第二線58、60同樣地延伸超過護套54之開口72。第一線與第二線58、60之每一者的剩餘自由端可操作地連接至插頭66。螺帽62與帽蓋64構形成固定延伸超過開口72之支撐構件56的該部份至護套54，以確保支撐構件56維持位在護套54之內。
特別是當安裝一熱耦在一盲孔或一內孔之內時，一感受器環的一難處在於，適當地對準或定位該熱耦之測量接頭於一內孔之內。因為該熱耦被插入到一盲孔當中，由於操作者無法看到該內孔之內來確認其中該(些)測量接頭之定位，因此很難確保適當的定位及/或對準。當安裝具有一測量接頭的熱耦在該熱耦之遠端處時，通常需要設置該熱耦之測量尖端緊接於該內孔之封閉端，而不會接觸該內孔之封閉端。但是，該操作者可能將該熱耦延伸進入該內孔過深，使得該測量尖端接觸到該感受器環，其會造成該護套的損壞，並降低該溫度測量的準確性，或是造成該熱耦之過早失效。另外，如果該熱耦並未插入夠深到進入該內孔中，該接頭將會與該內孔之封閉端間隔太遠，使得與該接頭之所需的位置距離增加而降低該溫度測量的準確性。當安裝具有沿著其長度設置之至少一測量接頭而與該測量尖端相隔的熱耦時，很難確保該接頭被適當地設置，而該熱耦不會在該內孔之內旋轉，藉此將該接頭移動遠離所需的位置而達到最佳的溫度測量。對於與溫度高度相關之製程，時常需要一種準確及可重複的溫度測量來確保該製程之最佳狀況。因此，可確實地定位一熱耦之接頭在一預定位置處來最適化該溫度測量之準確性與重複性的能力，為當安裝該熱耦在反應腔室14內時的一種重要因素。內部對準特徵68與外部對準特徵70，不論其為單獨或組合，構形成持續地相對於感受器環30確實地定位及/或對準熱耦50之接頭78。
如圖4至5B圖所示，顯示具有一對外部對準特徵70之熱耦50的具體實施例。熟此技藝者必須瞭解，當所例示的具體實施例包括兩個外部對準特徵70時，熱耦50可以包括任何數目的外部對準特徵70。熱耦50之外部對準特徵70構形成確保位在測量尖端52處的接頭78持續地與確實地定位在感受器環30之內孔40(圖3)之內。外部對準特徵70將參照一單一接頭熱耦來說明，其中接頭78以一靠合關係或緊接於測量尖端52處之護套54的內部表面而定位。熟此技藝者必須瞭解在其它具體實施例中，接頭78可位在沿著熱耦50之長度上任何位置處，或熱耦50可包括多個接頭78。
在一具體實施例中，每個外部對準特徵70包括形成在護套54之測量尖端52處的外部表面中的切口82，如圖4至5B所示。在所例示的具體實施例中，切口82包括設置表面84與停止表面86。在一具體實施例中，設置表面84由靠近護套54之測量尖端52的一位置延伸，並向後地朝向護套54之開口72延伸。設置表面84為一實質平坦表面，其方向實質上平行於護套54之縱向軸，且該平坦表面相對於一圓柱形護套形成一翼弦。停止表面86為相對於設置表面84以概略橫向方式定向的一表面，藉此在停止表面86與設置表面84之間形成一角度。在一具體實施例中，停止表面86之方向垂直於設置表面84，而在其間形成一實質上的直角。在另一具體實施例中，停止表面86之方向相對於設置表面84，藉此在其間形成一鈍角。停止表面86由設置表面84向外徑向地(radially)延伸到護套54之邊緣，以在其中形成切口82。切口82之橫截面形狀對應於在感受器環30(圖2至3)中內孔40之封閉端88處的形狀。
在圖2至3所示之感受器環30的具體實施例中，內孔40延伸近乎該肋部之整個長度到這些內孔所形成處，以提供一盲孔到感受器環30之肋部當中用於接收熱耦50。在一具體實施例中，感受器環30之盲孔內孔40藉由自感受器環30移除材料所形成，以形成僅為感受器環30之長度的一部份之凹陷。在另一具體實施例中，盲孔內孔40藉由自感受器環30移除材料所形成，以沿著感受器環30之整個長度形成該凹陷，且一插頭或插件在稍後被插入到該凹陷之末端當中，並經密封來形成該盲孔。
在如圖6A至6B所示之感受器環30的具體實施例中，每個內孔40a延伸肋部90之整個長度，使得內孔40a在兩端皆為開放。在一具體實施例中，插件92可插入到內孔40a之末端當中，以提供一橫截面形狀，該形狀不同於內孔40a之長度其餘部份的橫截面形狀。在一具體實施例中，通過肋部90之內孔40a形成為一圓柱孔，且插件92為類似的圓柱構件，構形成安裝在內孔40a之末端內。熟此技藝者必須瞭解到內孔40a可形成具有任何橫截面形狀，且插件92之概略的橫截面形狀對應於內孔40a的橫截面形狀。
在一具體實施例中，插件92為一圓柱構件，其構形成插入到形成在感受器環30中的內孔40a，以形成該內孔之封閉端88(圖2至3)。插件92包括第一端面94、相對的第二端面96、及凹陷區域98，其由第二端面96縱向地延伸。在一具體實施例中，凹陷區域98包括一對相對的縱向表面100，其實質上平行於插件92的縱軸延伸，及延伸在縱向表面100之間的橫向表面102。熟此技藝者必須瞭解插件92之凹陷區域98可包括任何數目之縱向表面100，藉此縱向表面100形成一橫截面形狀，其不同於插件92可插入其中的內孔40a之橫截面形狀。插件92構形成插入及密封鄰接於感受器環30之前緣46的內孔40a之末端，以提供一封閉端給內孔40a。插件92另構形成接收該熱耦之測量尖端52，以確實地對準與定位接頭78於內孔40a之內。在一具體實施例中，插件92設置在內孔40a之內，插件92之位置使得縱向表面100以實質上垂直的方式定向。在另一具體實施例中，插件92設置在內孔40a之內，使得縱向表面100以一非垂直角度來定向。
在另一具體實施例中，如圖7A至7B所示，盲孔內孔40a之封閉端可使用一對方塊104，及定位在形成於感受器環30當中掣子(detent)108之內的插頭106來形成。方塊104為由與感受器環30相同的材料所形成的實心構件。當定位在掣子108之內時，方塊104與插頭106在內孔40a之末端處形成凹陷區域98，其中凹陷區域98構形成接收熱耦50之測量尖端52。每個方塊104包括第一端面94、第二端面96，與延伸在端面94、96之間的縱向表面100。方塊104定位在內孔40a之相對側邊上的掣子108之內，其中方塊104之縱向表面100之方向彼此相對。方塊104定位在掣子108之內，以覆蓋內孔40a之一部份，藉此修改內孔40a之橫截面形狀。因為方塊104覆蓋內孔40a之一部份，方塊104之第二端面96被暴露，並構形成接觸熱耦50之切口82的停止表面86。方塊104係固定在掣子108之內，以防止方塊104移動。插頭106被插入到掣子108當中，並接觸鄰接於其縱向表面100的方塊104之該等表面。插頭106之橫截面形狀實質上相同於掣子108之形狀，藉以完全地填滿與覆蓋掣子108的開口，並密封內孔40a。位在方塊104之縱向表面100之間的空間中之插頭106的該部份表面在凹陷區域98內形成橫向表面102。
凹陷區域98之深度結合熱耦50之切口82的長度，在當熱耦50被插入到內孔40a當中時決定接頭78之位置與對準，且護套54之測量尖端52被接收在凹陷區域98之內，如圖6B與7B所示。當熱耦50被插入到內孔40a當中時，護套54之測量尖端52僅在當護套54之設置表面84以實質上平行方式相對於凹陷區域98之相對應縱向表面100而對準時，可接收在凹陷區域98之內。護套54之橫截面形狀略微小於該插件的凹陷區域98之開口，以允許護套54與感受器環30熱膨脹或收縮，而不需要護套研磨或接觸到感受器環30，其可能產生有害於該沉積製程的粒子，或亦可能減少熱耦50之壽命。熱耦50之測量尖端52被插入到凹陷區域98當中，直到護套54之每個切口82的停止表面86接觸到第二端面96，藉此防止熱耦50進一步插入到內孔40a之中。在一具體實施例中，當切口82之停止表面86接觸到第二端面96時，測量尖端52維持與凹陷區域98的橫向表面102空間相隔。在另一具體實施例中，當切口82的停止表面86接觸到第二端面96時，測量尖端52靠合凹陷區域98之橫向表面102。
給定凹陷區域98之縱向表面100的長度以及接頭78相對於凹陷區域98之橫向表面102之預定位置，切口82之設置表面84的長度與停止表面86相對於測量尖端52之位置可被決定，以確保接頭78定位在內孔40a之內適當處。另外，給定切口82之設置表面84的長度與停止表面86的位置，以及接頭78相對於凹陷區域98之橫向表面102的預定位置，凹陷區域98之縱向表面100的長度可被決定，以確保接頭78定位在內孔40a之內適當處。熟此技藝者應瞭解接頭78相對於內孔40a之末端的最適位置之決定，可藉由修改凹陷區域98之尺寸及/或熱耦50之切口82的尺寸來完成。熱耦50之外部對準特徵70構形成確實地定位熱耦50之接頭78在內孔40a之內，以最適化熱耦50之準確性。熟此技藝者必須瞭解外部對準特徵70構形成確實地定位位在沿著熱耦50之長度任何位置處之一或多個接頭78。
在另一具體實施例中，熱耦50包括形成在鄰接於測量尖端52之護套54當中的兩個外部對準特徵70，如圖8A至8B所示。每個外部對準特徵70包括切口82，其中切口82之一者係以相對於其它切口82之一角度所形成。在所例示的具體實施例中，切口82係以其間一實質的直角定向。在另一具體實施例中(未示出)，切口82係以其間之一非直角定向。在又另一具體實施例中，如圖8C至8D所示，熱耦50包括形成在鄰接於測量尖端52之護套54當中的兩個外部對準特徵70。每個外部對準特徵70包括切口82，其中切口82係以於其間實質平行的方式定向。在所例示的具體實施例中，切口82係以實質水平方式定向。在圖5A至5B所示的具體實施例中，切口82係以實質平行的方式定向，另外以實質垂直方式定向。在又另一具體實施例中(未示出)，平行切口82係以一非水平與非垂直的方式定向。在另一具體實施例中，如圖8E至8F所示，熱耦50包括形成在鄰接於測量尖端52之護套54當中的四個外部對準特徵70。每個外部對準特徵70包括切口82，其中切口82之每一者係以相對於相鄰切口82的一實質上的直角定向。熟此技藝者必須瞭解任何數目的切口82可形成於護套54當中，以產生一橫截面形狀，其不同於沿著護套54之長度其餘部份的橫截面形狀。
在又另一具體實施例中，如圖8G至8H所示，熱耦50包括形成在鄰接於測量尖端52之護套54當中的單一外部對準特徵70。所例示的外部對準特徵70形成為一指標或按鍵構件110。按鍵構件110對應於感受器環30之內孔40a之封閉端88中凹陷區域98當中類似的形狀。按鍵構件110可與護套54一整成形，或按鍵構件100可附著於護套54之外部表面，以形成外部對準特徵70。在所例示的具體實施例中，護套54的外徑被減少，使得由護套54之外部表面徑向地向外延伸的按鍵構件110不會徑向地延伸超出沿著護套54之其餘部份之外徑。
在另一具體實施例中，如圖8I至8J所示，熱耦50包括形成在鄰接於該測量尖端的護套54當中的兩個外部對準特徵70。在一具體實施例中，外部對準特徵70形成為相同特徵。在另一具體實施例中，外部對準特徵70形成為不同的特徵，如圖8I至8J所示之具體實施例。熟此技藝者必須瞭解當多個外部對準特徵70形成於護套54當中時，外部對準特徵70可形成為相同型式的特徵，或該等特徵可形成為不同型式的特徵。在所例示的具體實施例中，外部對準特徵70中之一者形成為切口82，而外部對準特徵70之另一者形成為一指標構件或鍵孔112。鍵孔112藉由移除在一局部化位置處之護套54之厚度的一部份所形成，以形成一凹陷於護套54當中，其中鍵孔112構形成接收形成在內孔40a之封閉端88(圖2至3)處的一突出(未示出)。熟此技藝者必須瞭解外部對準特徵70可為形成於護套54當中或在其上的任何特徵或特徵的組合，以提供在護套54之測量尖端52處或於其附近之橫截面形狀，其不同於緊鄰的護套54之橫截面形狀，使得外部對準特徵70構形成持續地確實定位熱耦50之接頭78於該熱耦被插入其中的感受器環30之內孔40a之內。
在一具體實施例中，熱耦50包括內部對準特徵68，其構形成確實地定位該熱耦之至少一接頭78在護套54之內，以最適化熱耦50之位置準確性。在雙接頭熱耦50的示例性具體實施例中，如圖9所示，熱耦50包括兩個接頭78，其中第一接頭78a形成在支撐構件56之第一遠端處，並位在測量尖端52處，且第二接頭78b形成在沿著支撐構件56的長度之一位置處，並與第一接頭78a相隔。第二接頭78b位在形成於支撐構件56之第一遠端76與第二遠端80之間一位置處的支撐構件56當中的掣子114之內。因為第二接頭78b位在偏離支撐構件56之中心線的位置處，當安裝在感受器環30內時第二接頭78b之位置會影響由第二接頭78b所測量的溫度之準確性。例如，如果熱耦50設置在內孔40a之內，使得第二接頭78b之方向遠離孔徑44與基板34(圖1至2)，所測量的溫度比如果熱耦50設置在內孔40a之內時要較不準確，使得第二接頭78b之方向朝向孔徑44與基板34。熱耦50之內部對準特徵68構形成當熱耦50安裝在內孔40a中時，確保接頭78a、78b相對於護套54之適當對準，使得接頭78a、78b係確實地定位在內孔40a之內的預定位置處。
在一具體實施例中，如圖10所示，內部對準特徵68包括螺帽62、帽蓋64、第一定位構件116、第二定位構件118與軸環120。螺帽62為一圓柱構件，其具有通過其縱向中心線而形成之孔徑122。孔徑122構形成接收並環繞護套54。螺帽62構形成可移除式地附著於帽蓋64。在一具體實施例中，帽蓋64構形成接收護套54之開口72。
軸環120構形成在其中接收支撐構件56，並位在鄰接於護套54的開口72，如圖9至10所示。當組裝時，軸環120構形成接觸彈簧128的一端，其中彈簧128的另一端接觸第二軸環130，其可操作地附著於支撐構件56，並與軸環120相隔。軸環120提供一實質固定的基座，彈簧128由此基座延伸。彈簧128構形成提供一偏壓力(biasing force)到第二軸環130之上，藉此朝向護套54之測量尖端52偏壓支撐構件56。支撐構件56朝向測量尖端52被偏壓，以確保第一接頭78a被適當地定位在測量尖端52處。支撐構件56被允許以縱向方式自由地熱膨脹及收縮通過軸環120。軸環120構形成安裝在護套54之開口72與帽蓋64之間。
在一具體實施例中，第一定位構件116可操作地連接至護套54之外部表面，如圖9至10所示。在一具體實施例中，第一定位構件116與護套54係一體成形。在另一具體實施例中，第一定位構件116與護套54分開形成，並固定地附著於護套54。在一具體實施例中，第一定位構件116以與護套54相同的材料形成。在另一具體實施例中，第一定位構件116以與護套54不同的材料形成。第一定位構件116包括環124，與自環124延伸的停止構件126。在一具體實施例中，環124為一圓柱環，其具有沿著其縱向中心線所形成的一孔徑。在環124中的孔徑構形成環繞並接觸護套54之外部表面。熟此技藝者必須瞭解環124可形成為任何形狀，並具有構形成接收護套54的一孔徑。環124的外徑大於護套54的外徑，使得環124由護套54之外部表面徑向地向外延伸。
在一具體實施例中，停止構件126自環124朝向護套54之開口72縱向地向後延伸，如圖9至10所示。停止構件126為一拉長的實質線性構件，其自護套54之外部表面徑向地向外延伸。在一具體實施例中，停止構件126自環124延伸到形成開口72之護套54的後緣。在另一具體實施例中，停止構件126僅延伸環124與護套54之後緣之間的距離之一部份。在一具體實施例中，停止構件126自護套54之外部表面徑向地向外延伸與環124相同的距離。在另一具體實施例中，停止構件126自護套54的外部表面徑向地向外延伸比環124一較大或較小的距離。當組裝時，螺帽62完全地環繞第一定位構件116之至少一部份。
在一具體實施例中，第二定位構件118可操作地連接至支撐構件56之第二遠端80，如圖9至10所示。當支撐構件56在該縱向方向上熱膨脹及收縮時，第二定位構件118構形成以一相對應方式沿著支撐構件56之縱向中心線平移。在一具體實施例中，第二定位構件118與支撐構件56分開形成，並在稍後與其可操作式地連接。在另一具體實施例中，第二定位構件118與支撐構件56一體成形。在一具體實施例中，第二定位構件118與支撐構件56以相同材料形成。在另一具體實施例中，第二定位構件118與支撐構件56以不同材料形成。第二定位構件118構形成被接收在帽蓋64之內。
在一具體實施例中，帽蓋64為一拉長的、概略圓柱構件，其具有第一端132與相對的第二端134，如圖9至10所示。帽蓋64包括螺紋136，其形成在鄰接於第一端132的外部表面上。螺紋136對應於螺帽62之一螺紋的內部表面(未示出)，以螺紋式地附著螺帽62與帽蓋64。熟此技藝者必須瞭解到帽蓋64可形成為任何足以輔助確實地定位熱耦50之接頭78的任何形狀，而可附著於螺帽62。熟此技藝者亦必須瞭解螺帽62與帽蓋64可由任何其它附著機制所附著。帽蓋64包括第一凹陷區域138與第二凹陷區域140，其中第一與第二凹陷區域138、140彼此相隔。在一具體實施例中，第一凹陷區域138形成為沿著帽蓋64之縱向長度的一部份之一拉長的內孔。第一凹陷區域138自帽蓋64的第一端132縱向地向內延伸。第一凹陷區域138包括停止表面142，其定義第一凹陷區域138的縱向末端。帽蓋64另包括溝槽144，其通過帽蓋64的徑向厚度(radial thickness)所形成，並以一縱向方式自第一端132延伸。溝槽144自帽蓋64的外部表面徑向地向內延伸到第一凹陷區域138的外部表面。溝槽144構形成當熱耦50被組裝時，接收第一定位構件116之停止構件126。溝槽144之形狀實質上對應於停止構件126的形狀，使得當停止構件126被接收在溝槽144之內時，防止第一定位構件116相對於帽蓋64旋轉。因為第一定位構件116相對於帽蓋64維持實質旋轉式固定，護套54同樣地相對於帽蓋64維持實質旋轉式固定，其係由於第一定位構件116被固定地連接至護套54。
在一具體實施例中，第一凹陷區域138由網狀物146與第二凹陷區域140分開，如圖10所示。第二凹陷區域140自帽蓋64的外部表面徑向地向內延伸。第二凹陷區域140構形成接收支撐構件56之第二遠端80與附著於其上的第二定位構件118。第二凹陷區域140之橫截面形狀對應於接收在其中的第二定位構件118之橫截面形狀。例如，如果第二定位構件118形成為一立方塊，其具有實質上正方形的橫截面形狀，第二凹陷區域140形成具有一概略類似的正方形橫截面形狀，其可徑向地向外拉長到帽蓋64的外部表面。第二凹陷區域140的橫截面形狀對應於第二定位構件118之橫截面形狀，以防止支撐構件56在組裝時相對於帽蓋64旋轉。第二凹陷區域140構形成防止第二定位構件118旋轉，而允許第二定位構件118與支撐構件56縱向地熱膨脹或收縮。因此，第二凹陷區域140之縱向長度足以確保支撐構件56與第二定位構件118被允許以該縱向方式自由地熱膨脹與收縮，而使得第二定位構件118不會接觸到第二凹陷區域140之縱向末端。
當熱耦50被組裝時，如圖9至10所示，包括第一與第二接頭78a、78b之支撐構件56被插入到護套54之中，直到第一接頭78a被定位在其測量尖端52處護套54的內部表面處。軸環120係環繞支撐構件56之外部表面設置，並位在護套54的開口72之內。護套54之測量尖端52係滑動通過螺帽62之孔徑122，且螺帽62係沿著護套54的長度滑動，直到第一定位構件116之環124接觸到螺帽62中該內孔的一端面(未示出)。帽蓋64係環繞支撐構件56設置，使得第二定位構件118位在第二凹陷區域140之內，且第一定位構件116之停止構件126被接收在帽蓋64的溝槽144之內，直到軸環120接觸帽蓋64的第一凹陷區域138的停止表面142。螺帽62係螺紋式地附著於帽蓋64，藉此將護套54與支撐構件56固定在一起。當螺帽62繫緊於帽蓋64時，軸環120朝向其第一遠端76沿著支撐構件56平移，藉此使得彈簧128與接頭78確實地抵住測量尖端52處護套54的內部表面而定位。
如圖9至10所示，內部對準特徵68構形成確實地定位熱耦50之護套54之內的接頭78a、78b，以提供在感受器環30之內孔40a之內的接頭78a、78b之確實定位與對準。在所例示的具體實施例中，第二接頭78b設置在掣子114中，其形成於支撐構件56之外部表面當中，藉此使得第二接頭78b相對於支撐構件56之縱向中心線進行偏移。在所例示的具體實施例中，當支撐構件56於組裝期間被插入到護套54時，支撐構件56被旋轉，使得掣子114與第二接頭78b實質上縱向地對準於第一定位構件116之停止構件126。在另一具體實施例中(未示出)，當支撐構件56在組裝期間被插入到護套54當中時，支撐構件56被旋轉，使得掣子114與第二接頭78b以相對於彼此呈180度定向，使得第二接頭78b之方向自該熱耦的縱向中心線徑向地向外，其係與停止構件126自護套54的外部表面徑向地向外延伸的方向相反。熟此技藝者必須瞭解第一定位構件116之停止構件126可用任何方式相對於第二接頭78b定向。當熱耦50被組裝時，停止構件126與第一定位構件116之間的靠合關係防止帽蓋64相對於護套54旋轉。另外，因為防止帽蓋64相對於護套54旋轉，同樣地防止支撐構件56相對於護套54旋轉，其係由於第二定位構件118的外部徑向表面與帽蓋64的第二凹陷區域140之間的靠合關係。因為防止支撐構件56相對於護套54旋轉，第二接頭78b相對於護套54維持實質上固定在一預定位置上。因此內部對準特徵68相對於停止構件126確實地定位第二接頭78b。因此，安裝加入內部對準特徵68到感受器環30之內孔40a當中的熱耦50之操作員，當已知第二接頭78b相對於停止構件126為固定對準時可確實地定位接頭78a、78b在內孔40a之內。在一具體實施例中，帽蓋64另可包括形成在第二端134上的一記號，以指示第二接頭78b相對於護套54的位置，以進一步輔助確實地定位第二接頭78b於盲孔內孔40a之內。
在一具體實施例中，熱耦50可僅包括內部對準特徵68、僅至少一外部對準特徵70、或內部與外部對準特徵68、70之組合，以確實地定位一或多個接頭78在感受器環30之內孔40之內。例如，對於雙接頭熱耦50(圖9)，熱耦50包括至少一外部對準特徵70，以確實地定位第一接頭78a在感受器環30之內孔40的封閉端88處的凹陷區域98之內。所例示的熱耦50另包括內部對準特徵68，以確實地相對於護套54定位第二接頭78b，使得該操作者知道第二接頭78b相對於內部對準特徵68的定向與位置。熟此技藝者必須瞭解內部對準特徵68可相對於外部對準特徵70而預先對準，因為外部對準特徵70可防止護套54相對於內孔40旋轉。
雖然以上已說明本發明之較佳具體實施例，應瞭解本發明並不受限於此，且可在不背離本發明之情形下進行修改。本發明之範圍由附屬申請專利範圍所定義，且在字面或等同性上，在該等申請專利範圍之意義內出現的所有裝置、程序與方法皆欲包含於其中。
10．．．半導體製程反應器
12．．．外殼
14．．．冷壁、單一基板反應腔室
16．．．反應空間
18．．．入口
20．．．出口
22．．．加熱元件
24．．．基板支撐組合件
26．．．基板夾持器
28．．．夾持器支撐構件
30．．．感受器環
32．．．感受器環支撐
34．．．基板
36．．．軸件
38．．．管件
40．．．內孔
40．．．盲孔內孔
40．．．側內孔
40．．．後內孔
40a．．．內孔
42．．．尾緣
42．．．後表面
44．．．孔徑
46．．．前緣
50．．．熱耦
52．．．測量尖端
54．．．護套
56．．．支撐構件
58．．．第一線
60．．．第二線
62．．．螺帽
64．．．帽蓋
66．．．插頭
68．．．內部對準特徵
70．．．外部對準特徵
72．．．開口
74．．．內孔
76．．．第一遠端
78．．．接頭
78a．．．第一接頭
78b．．．第二接頭
80．．．第二遠端
82．．．切口
84．．．設置表面
86．．．停止表面
88．．．封閉端
90．．．肋部
92．．．插件
94．．．第一端面
96．．．第二端面
98．．．凹陷區域
100．．．縱向表面
102．．．橫向表面
104．．．方塊
106．．．插頭
108．．．掣子
110．．．指標或按鍵構件
112．．．鍵孔
114．．．掣子
116．．．第一定位構件
118．．．第二定位構件
120．．．軸環
122．．．孔徑
124．．．環
126．．．停止構件
128．．．彈簧
130．．．第二軸環
132．．．第一端
134．．．第二端
136．．．螺紋
138．．．第一凹陷區域
140．．．第二凹陷區域
142．．．停止表面
144．．．溝槽
146．．．網狀物
圖1為一半導體製程反應器之具體實施例的側面橫截面圖；
圖2為一感受器環之具體實施例的底視圖；
圖3為圖2之感受器環的內孔之側面橫截面圖；
圖4為本發明的熱耦之具體實施例的側面橫截面圖；
圖5A為圖4之熱耦的測量尖端之放大的側面橫截面圖；
圖5B為圖4之熱耦的測量尖端之放大的端視圖；
圖6A為一熱耦之測量尖端與一感受器環的內孔之封閉末端處一外部對準特徵的具體實施例之等角視圖；
圖6B為圖6A之測量尖端與內孔處該外部對準特徵的上視圖；
圖7A為一熱耦之測量尖端與一感受器環的內孔之封閉末端處一外部對準特徵的具體實施例之等角視圖；
圖7B為圖7A之測量尖端與內孔處該外部對準特徵的上視圖；
圖8A為具有兩個外部對準特徵之熱耦的具體實施例之放大側視圖；
圖8B為具有圖8A之兩個外部對準特徵的熱耦之放大端視圖；
圖8C為具有兩個外部對準特徵之熱耦的具體實施例之放大側視圖；
圖8D為具有圖8C之兩個外部對準特徵的熱耦之放大端視圖；
圖8E為具有四個外部對準特徵之熱耦的具體實施例之放大側視圖；
圖8F為具有圖8E之四個外部對準特徵的熱耦之放大端視圖；
圖8G為具有一單一外部對準特徵之熱耦的具體實施例之放大側視圖；
圖8H為具有圖8G之一單一外部對準特徵的熱耦之放大端視圖；
圖8I為具有兩個外部對準特徵之熱耦的具體實施例之放大側視圖；
圖8J為具有圖8I之兩個外部對準特徵的熱耦之放大端視圖；
圖9為一熱耦的另一具體實施例的側面橫截面圖；及
圖10為圖9之熱耦的一內部對準特徵之具體實施例的分解圖。
50．．．熱耦
52．．．測量尖端
54．．．護套
56．．．支撐構件
58．．．第一線
60．．．第二線
62．．．螺帽
64．．．帽蓋
66．．．插頭
68．．．內部對準特徵
70．．．外部對準特徵
72．．．開口
74．．．內孔
76．．．第一遠端
78．．．接頭
80．．．第二遠端
116．．．第一定位構件
118．．．第二定位構件
120．．．軸環
128．．．彈簧

Claims (24)

  1. 一種可設置在一感受器環內的熱耦，該熱耦包含：一護套，其可設置在該感受器環內，該護套具有一位在其一末端處的測量尖端，與一位在其一相對末端處的開口；至少一熱耦接頭，其位在該護套內；及位在鄰近於該開口的一內部對準特徵與位在鄰近於該測量尖端的一外部對準特徵中至少一者，用於相對於該感受器環而確實地定位或對準該至少一熱耦接頭。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱耦，其中該外部對準特徵包含一形成在該護套當中的切口。
  3. 如申請專利範圍第2項之熱耦，其中該切口定義一設置表面與一停止表面。
  4. 如申請專利範圍第1項之熱耦，其中該外部對準特徵包含一形成在該護套當中的按鍵構件。
  5. 如申請專利範圍第1項之熱耦，其中該外部對準特徵包含一形成在該護套當中的鍵孔。
  6. 如申請專利範圍第1項之熱耦，另包含至少兩個外部對準特徵。
  7. 如申請專利範圍第6項之熱耦，其中該等至少兩個外部對準特徵之每一者形成為相同型式的特徵。
  8. 如申請專利範圍第6項之熱耦，其中該等至少兩個外部對準特徵中至少一者與其它者為不同型式的特徵。
  9. 如申請專利範圍第1項之熱耦，其中該護套具有一第一橫截面形狀，而形成於該護套當中的該外部對準特徵提供不同於該第一橫截面形狀的一第二橫截面形狀。
  10. 一種用於在一感受器環的內孔之內進行溫度測量的熱耦，該熱耦包含：一護套，其具有一位在其一末端處的測量尖端，與一位在其一相對末端處的開口；一支撐構件，其設置在該護套之內；至少一熱耦接頭，其位在該護套內；及位在鄰近於該測量尖端的一外部對準特徵與位在鄰近於該開口的一內部對準特徵中至少一者，其中該外部對準特徵與該內部對準特徵中至少一者構形成確實地定位或對準該至少一熱耦接頭在該感受器環的該內孔之內。
  11. 如申請專利範圍第10項之熱耦，其中該內部對準特徵包括一螺帽、一帽蓋、一第一定位構件及一第二定位構件，其中該帽蓋可附著於該螺帽上。
  12. 如申請專利範圍第11項之熱耦，其中該第一定位構件係固定地連接至該護套，且該第一定位構件可接收在形成於該帽蓋中一溝槽之內，使得該第一定位構件接觸該溝槽， 以防止該護套相對於該帽蓋旋轉。
  13. 如申請專利範圍第11項之熱耦，其中該第二定位構件係固定地連接至該支撐構件的一末端，該第二定位構件可位在形成於該帽蓋中一凹陷區域之內，且該第二定位構件接觸該凹陷區域，以防止該支撐構件相對於該帽蓋旋轉。
  14. 如申請專利範圍第10項之熱耦，其中該內部對準特徵構形成旋轉地對準該至少一熱耦接頭於該護套之內。
  15. 如申請專利範圍第10項之熱耦，其中該外部對準特徵構形成可平移地對準該至少一熱耦接頭於該內孔之內。
  16. 如申請專利範圍第10項之熱耦，其中該護套包括一第一橫截面形狀，而該外部對準特徵在該護套上形成不同於該第一橫截面形狀的一第二橫截面形狀。
  17. 如申請專利範圍第16項之熱耦，其中該外部對準特徵可接收在該內孔之一末端處一凹陷區域之內，且該外部對準特徵的尺寸確實地縱向定位該至少一熱耦接頭於該內孔之內。
  18. 一種用於在一半導體製程反應器內測量溫度的系統，該系統包含：一感受器環，在其中形成有至少一內孔，其中該內孔包括一封閉端，並形成一第一橫截面形狀； 一凹陷區域，其形成在該封閉端處，其中該凹陷區域在該內孔內形成一第二橫截面形狀，且該第二橫截面形狀不同於該第一橫截面形狀；一熱耦，其可設置在該內孔內，該熱耦包含：一護套，其具有一位在其一末端處的測量尖端，與一位在其一相對末端處的開口；至少一熱耦接頭，其位在該護套內；及位在鄰近於該測量尖端的一外部對準特徵與位在鄰近於該開口的一內部對準特徵中至少一者，其中該外部對準特徵與該內部對準特徵中至少一者構形成確實地定位或對準該至少一熱耦接頭於該感受器環的該內孔之內。
  19. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該凹陷區域由至少一縱向表面、一鄰接於該縱向表面之末端表面，及一橫向表面定義。
  20. 如申請專利範圍第19項之系統，其中該外部對準特徵包含一切口，其形成一設置表面與一停止表面。
  21. 如申請專利範圍第20項之系統，其中該熱耦被插入該內孔當中，使得當該設置表面與該至少一縱向表面被對準直到該停止表面接觸到該末端表面時，該測量尖端可接收在該凹陷區域內，藉此確實地縱向定位該至少一熱耦接頭於該內孔之內。
  22. 如申請專利範圍第18項之系統，其中該內部對準特徵包 括一螺帽、一帽蓋、一第一定位構件及一第二定位構件，且該帽蓋可脫離地附著於該螺帽上。
  23. 如申請專利範圍第22項之系統，其中該第一定位構件防止該護套相對於該帽蓋旋轉。
  24. 如申請專利範圍第23項之系統，其中該第二定位構件防止該至少一熱耦接頭相對於該帽蓋旋轉，使得該內部對準特徵確實地旋轉式對準該至少一熱耦接頭於該內孔之內。
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