TWI510767B - 一種熱偶固定裝置及溫度測量裝置 - Google Patents

Description

一種熱偶固定裝置及溫度測量裝置

本案係關於半導體器件及加工製程，特別關於一種熱偶固定裝置及溫度測量裝置。本申請案主張2013年11月29日申請之大陸申請案第201310631252.X號之優先權，該等案至全文以引用的方式併入本文中。

於半導體生產中，半導體熱處理設備係積體電路製程之重要工藝設備，其要求具備優異的控溫精度及良好的溫度穩定性。半導體熱處理工藝過程中，易受溫度影響之工藝包含氧化、氮化、摻雜劑擴散、高溫退火、濺射沉積和電漿處理等，溫度對晶圓熱處理工藝效果具有不可忽視之重要影響。例如，在半導體熱處理設備中，立式擴散/氧化爐是積體電路生產線前工序的重要工藝設備之一，半導體熱處理設備主要包含設置於外側之爐體外殼、爐體保溫層、加熱單元、爐體內的反應腔室(tube)、承載晶圓(wafer)之晶舟(boat)以及保溫筒。熱處理反應腔室於適宜且穩定之溫度下，於晶圓表面可生成均勻性較佳之薄膜，如果反應過程中反應腔室內溫度變化劇烈，將造成晶圓表面之沉積層不均勻，導致晶圓之利用率降低。由此，在工藝過程中，必需保證反應腔室內溫度穩定，並達到工藝要求之溫度。 為測量反應腔室內的溫度，採用熱偶作為溫度測量裝置，而由於反應腔室內溫度較高，通常採用石英外罩包裹熱偶。然熱偶之石英外罩易碎，石英外罩之緊鎖固定亦較為困難，且反應腔室內為保證工藝較高潔淨度，不易安裝固定機構，因此只能將固定機構安裝於熱處理腔室外部，即：熱偶一端伸入反應腔室內，其另一端於反應腔室外透過支架固定或者簡單固定。本領域具有通常知識者直銷，上述熱偶固定裝置在使用過程中，會存在如下缺點：1.由於熱偶另一端固定不牢固，熱偶極容易在長度方向上產生移動，使熱偶測量位置偏離指定位置，導致測量溫度不準確；2.由於石英外罩通常採用圓形，容易使熱偶在圓周方向上產生旋轉，同樣使熱偶測量位置偏離指定位置，導致溫度測量產生誤差，影響工藝效果。上述的兩個缺陷，導致熱偶在反應腔室內進行溫度測量時產生溫度誤差，進而影響晶圓熱處理之可靠性、生產率以及生產成本。因此，本領域具有通常知識者亟需提供一種可使熱偶在反應腔室內準確定位並固定，進而保證熱偶溫度測量結果的熱偶固定裝置。

本案係提供提供一種熱偶固定裝置及溫度測量裝置，使熱偶在反應腔室內準確定位並固定，從而保證熱偶溫度測量結果。該熱偶固定裝置包含依次套於一熱偶外罩的一固定接頭、一密封卡套、一夾緊片及一鎖緊螺母；該固定接頭之內側端固定於一真空發生腔室之側壁上，外側端抵靠該密封卡套一端，該夾緊片的兩側分別抵靠該密封卡套另一端及該鎖緊螺母之內側端，該鎖緊螺母之內螺紋與該固定接頭之外螺紋嚙合；該夾緊 片設有一用於夾緊該熱偶外罩之夾緊裝置，且該夾緊片設有一用於夾緊該熱偶外罩之通孔。於一具體實施例中，該熱偶外罩之固定端的端部外側壁設有一用於前後定位熱偶之定位凹槽，該夾緊片之通孔內側設有一與該定位凹槽配合之開口。於一具體實施例中，該夾緊裝置更包含一設於該夾緊片內側的具有一預設間距之楔形凸台，該預設間距與該熱偶外罩之外徑尺寸相適應。於一具體實施例中，該熱偶外罩之固定端的外形輪廓為多邊形，且該夾緊片之通孔的外形輪廓與其相適應。於一具體實施例中，該熱偶外罩之固定端的外形輪廓為四邊形，且該夾緊片之通孔的外形輪廓亦為四邊形。於一具體實施例中，該夾緊片為柔性件。於一具體實施例中，該固定接頭之外側端設有至少兩個凹槽，該密封卡套之內側端設有至少兩個與該固定接頭之凹槽相扣合的定位凸台。於一具體實施例中，該些定位凸台沿該密封卡套之內側端的圓周方向上均勻分佈。於一具體實施例中，該固定接頭之外側端的內圈設有一錐形結構，該錐形結構與該定位凸台之間設有一密封圈。於一具體實施例中，該密封圈為柔性件。於一具體實施例中，該固定接頭之內側端與該真空發生腔室之側壁剛性連接。於一具體實施例中，該熱偶外罩為石英外罩。本發明更公開一種溫度測量裝置，其包含反應腔室、真空發生腔室，連接 有熱偶之熱偶外罩，其中該熱偶外罩之固定端係透過上述之熱偶固定裝置固定。承上所述，本發明提供之熱偶固定裝置及溫度測量裝置，結構簡單且緊湊，可保證熱偶準確定位並固定於反應腔室內，避免熱偶測量位置偏離指定位置，從而保證熱偶溫度測量結果。此外，本發明更具有便於安裝、佔據空間小、可靠性高、易於維護等優勢，可提高晶圓熱處理工藝效果。為讓本發明之上述和其他特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

1‧‧‧固定接頭

2‧‧‧密封卡套

3‧‧‧夾緊片

4‧‧‧鎖緊螺母

5‧‧‧密封圈

6‧‧‧熱偶外罩

7‧‧‧反應腔室

8‧‧‧真空發生腔室

11‧‧‧錐形結構

12‧‧‧固定接頭凹槽

21‧‧‧定位凸台

31‧‧‧楔形凸台

32‧‧‧夾緊片開口

61‧‧‧熱偶定位凹槽

62‧‧‧熱偶外罩固定端

圖1為本案實施例之熱偶固定裝置與熱偶外罩之總裝剖面圖；圖2為本案實施例之熱偶固定裝置的總裝剖面圖；圖3為圖2所示之熱偶固定裝置中固定接頭的結構示意圖；圖4為圖2所示之熱偶固定裝置中密封卡套的結構示意圖；圖5為圖2所示之熱偶固定裝置中密封卡套的另一結構示意圖；圖6為圖2所示之熱偶固定裝置中夾緊片的結構示意圖；圖7為圖2所示之熱偶固定裝置中鎖緊螺母的結構示意圖；圖8為圖1所示之熱偶外罩的剖面圖；圖9為圖1所示之熱偶外罩的結構示意圖；以及圖10為本案實施例之溫度測量裝置的結構示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本案較佳實施例之一種熱偶固定 裝置及溫度測量裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。請參閱圖1及圖2，圖1為本發明熱偶固定裝置與熱偶外罩的總裝剖面圖；圖2為本發明熱偶固定裝置的總裝剖面圖。如圖所示，一種熱偶固定裝置包含依次套於熱偶外罩6的固定接頭1、密封卡套2、夾緊片3及鎖緊螺母4。固定接頭1之內側端固定於真空發生腔室8(圖10)之側壁上，外側端抵靠密封卡套2一端，夾緊片3的兩側分別抵靠密封卡套2另一端和鎖緊螺母4之內側端，鎖緊螺母4之內螺紋與固定接頭1之外螺紋嚙合；夾緊片3設有用於夾緊熱偶外罩6之夾緊裝置，且夾緊片3設有用於夾緊熱偶外罩6之通孔。具體的，本實施例中，熱偶外罩6之固定端62的端部外側壁設有用於前後定位熱偶之定位凹槽61，夾緊片3之通孔內側設有與定位凹槽61配合之開口32。透過夾緊片3之通孔與熱偶外罩6之定位凹槽61的配合，限制熱偶外罩6前後位移，避免熱偶外罩6在長度方向上產生移動。同時，夾緊片3內側還可設有具有預設間距之楔形凸台31作為該夾緊裝置，該預設間距與熱偶外罩6之外徑尺寸相適應，楔形凸台31之內側壁與熱偶外罩6緊貼，楔形凸台31之外側壁與密封卡套2緊貼，楔形凸台的設置可進一步增強熱偶外罩之固定效果，防止熱偶外罩產生前後位移。本發明中熱偶外罩6之固定端62的外形輪廓為多邊形，且夾緊片3之通孔的外形輪廓與其相適應，相應的，熱偶外罩6之固定端62的端部外側壁的定位凹槽61也為多邊形。熱偶外罩6之固定端62多邊形設置可防止熱偶外罩6在圓周方向上產生旋轉，進而避免溫度測量產生誤差。在本發明的一些實施例中，熱偶外罩6之固定端62的外形輪廓為四邊形， 且夾緊片3之通孔的外形輪廓亦為四邊形；同理可得，熱偶外罩6之固定端62的外形輪廓亦可為三邊形、五邊形或六邊形等。請參考圖3，圖3為熱偶固定裝置中固定接頭的結構示意圖。固定接頭1之內側端與該真空發生腔室8(圖10)側壁剛性連接，優選為焊接固定。固定接頭1之外側沿圓周方向上設有至少兩個凹槽12，凹槽12用於與密封卡套2內側端設置的定位凸台21(圖4)相扣合，防止密封卡套2在圓周方向上發生旋轉。其中，凹槽12在固定接頭1的圓周方向上優選為均勻分佈，相比單側開槽，多個凹槽12的設置受力更均勻，利於減小定位誤差。此外，固定接頭1之外側端的內圈設有錐形結構11(圖1、2)，錐形結構11與密封卡套2的定位凸台21之間設有密封圈5，錐形結構11比平面結構更利於密封圈5之密封。其中，密封圈5優選為柔性件，具備一定的變形量，密封圈5可確保反應腔室的密封性。請參考圖4和圖5，圖4、5為熱偶固定裝置中密封卡套的結構示意圖。如圖所示，密封卡套2之內側端設有定位凸台21，定位凸台21與固定接頭1之外側端的凹槽12相扣合，用於密封卡套2定位。密封卡套2之外側端的內部為多邊形空腔，以使熱偶外罩6通過。請參考圖6，圖6為熱偶固定裝置中夾緊片的結構示意圖。如圖所示，夾緊片3的通孔內側設有與定位凹槽61配合的開口32，方便熱偶外罩6的安裝。其中，夾緊片3優選為柔性件，具備一定的變形量。夾緊片3內側壁具有預設間距的楔形凸台31，該預設間距與熱偶外罩6的外徑尺寸相適應，夾緊片3內側的楔形凸台31插入密封卡套2之中，用來夾緊熱偶外罩6，起到定位和固定作用。 請參考圖7，圖7為熱偶固定裝置中鎖緊螺母的結構示意圖。如圖所示，鎖緊螺母4之內側端抵靠密封卡套2的外側端，鎖緊螺母4之內螺紋與固定接頭1之外螺紋嚙合，將夾緊片3、密封卡套2緊緊約束，從而固定並保護熱偶外罩6。請參考圖8和圖9，圖8、9為熱偶外罩的結構示意圖；如圖所示，熱偶外罩6之固定端62的端部外側壁設有用於前後定位熱偶之定位凹槽61，該熱偶外罩固定端62的外形輪廓為多邊形，優選為四邊形，其目的係與夾緊片3之通孔相配合，防止熱偶外罩6旋轉。其中，熱偶外罩6優選為石英外罩。本發明還提供一種溫度測量裝置，包含反應腔室7、真空發生腔室8，連接有熱偶的熱偶外罩6，該熱偶外罩固定端62透過上述的熱偶固定裝置固定。本發明所提供之熱偶外罩6係安裝於反應腔室7的內部，反應腔室7安裝在真空發生腔室8的上面，在真空發生腔室8外為上述的熱偶固定裝置。承上所述，本發明所提供之一種熱偶固定裝置及溫度測量裝置，結構簡單且緊湊，可保證熱偶準確定位並固定於反應腔室內，避免熱偶測量位置偏離指定位置，從而保證熱偶溫度測量結果。此外，本發明更具有便於安裝、佔據空間小、可靠性高、易於安裝和維護等優勢，可提高晶圓熱處理工藝效果。以上該僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本案之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧固定接頭

2‧‧‧密封卡套

3‧‧‧夾緊片

4‧‧‧鎖緊螺母

5‧‧‧密封圈

11‧‧‧錐形結構

31‧‧‧楔形凸台

32‧‧‧夾緊片開口

Claims (13)

1. 一種熱偶固定裝置，包含依次套於一熱偶外罩的一固定接頭、一密封卡套、一夾緊片及一鎖緊螺母；該固定接頭之內側端固定於一真空發生腔室之側壁上，外側端抵靠該密封卡套的一端，該夾緊片的兩側分別抵靠該密封卡套的另一端和該鎖緊螺母之內側端，該鎖緊螺母之內螺紋與該固定接頭之外螺紋嚙合；該夾緊片設有一用於夾緊該熱偶外罩之夾緊裝置，且該夾緊片設有一用於夾緊該熱偶外罩之通孔。
2. 如申請專利範圍第1項所述之熱偶固定裝置，該熱偶外罩之固定端的端部外側壁設有一用於前後定位熱偶的定位凹槽，該夾緊片之通孔內側設有與該定位凹槽配合的一開口。
3. 如申請專利範圍第2項所述之熱偶固定裝置，該夾緊裝置更包含設於該夾緊片內側的具有一預設間距的一楔形凸台，該預設間距與該熱偶外罩之外徑尺寸相適應。
4. 如申請專利範圍第1項所述之熱偶固定裝置，該熱偶外罩之固定端的外形輪廓為多邊形，且該夾緊片之通孔的外形輪廓與其相適應。
5. 如申請專利範圍第4項所述之熱偶固定裝置，該熱偶外罩之固定端的外形輪廓為四邊形，且該夾緊片之通孔的外形輪廓亦為四邊形。
6. 如申請專利範圍第1至5任一項所述之熱偶固定裝置，該夾緊片為柔性件。
7. 如申請專利範圍第1項所述之熱偶固定裝置，該固定接頭之外側端設有至少兩個凹槽，該密封卡套之內側端設有至少兩個與該固定接頭之凹槽相扣合的定位凸台。
8. 如申請專利範圍第7項所述之熱偶固定裝置，該些定位凸台沿該密封卡套之內側端的圓周方向上均勻分佈。
9. 如申請專利範圍第7項所述之熱偶固定裝置，該固定接頭之外側端的內圈設有一錐形結構，該錐形結構與該定位凸台之間設有一密封圈。
10. 如申請專利範圍第9項所述之熱偶固定裝置，該密封圈為柔性件。
11. 如申請專利範圍第1項所述之熱偶固定裝置，該固定接頭之內側端與該真空發生腔室之側壁剛性連接。
12. 如申請專利範圍第1項所述之熱偶固定裝置，該熱偶外罩為石英外罩。
13. 一種溫度測量裝置，包含反應腔室、真空發生腔室，連接有熱偶的熱偶外罩，該熱偶外罩之固定端通過申請專利範圍第1至12任一項所述之熱偶固定裝置固定。