热电偶的利记博彩app

专利名称：热电偶的利记博彩app
技术领域：
0002本发明涉及温度传感器，并且更具体地涉及被配置成提^j在 半导体加工设备中的温度控制精度的温度传感器。
背景技术：
0003高温半导体加工室用于在一个或多个基体表面沉积各种材料 层。 一个或多个基体或工件，例如硅片，被放置于加工室内的工件支 架上。所述基体和工件支架被一起加热到预期的温度。在一个典型的 加工步骤中，反应气体从每个受热的基体之上经过，借此化学气相沉 积(CVD)反应在一个(或多个)基体表面上沉积一薄层所述反应气 体中的反应物质。通过后续处理，取决于基体的尺寸和电路的复杂性， 这些层被制造成在集成电路和数万甚至数百万的集成构件中。
0004各种加工参数必须被精确控制以保证所产生的沉积层的高质 量。这样的一个严格参数是每个加工步骤中基体的温度。例如，在化 学气相沉积过程中，沉积气体在特定的温度下发生反应，从而在所述 基体上沉积薄的沉积层。如果跨过基体表面的温度变化很大，则沉积 层可能变得不平坦，这导致己完成的基体的表面上有些不可用的区域。 因此，在反应气体被导入加工室以前保持基体温度在预定温度上稳定 且一致是很重要的。
0005类似的，其他热处理过程中基体上温度不稳定或不一致会影
程包括但不限于氧化、渗氮、掺杂物扩散、喷涂沉积、光刻蚀、l刻 蚀、等离子体处理和高温退火。
0006在靠近和即将接触到将被加工的基体的各个位置测量温度的方法和系统已经众所周之。典型地，热电偶被布荒在^近将被加工的
基体的各个位置，这些热i[A偶被冇效地连接到一个控制器以帮助捉供 基体整个表而之上的更一致的温度。例如，授予Van Bilsen的关l川 6,121,061号专利大体教授了用多个温度传感器在站体MJ刚不同点测W 温皮，包括一个热l乜偶放置在靠近基体前沿，另_ 个在靠近基体后沿， 一寸在一侧，另一 个在所述基体下方接近所述基休'I'心。0007然而，已经发现在所述高温加工室ij'用于测带温度的热i"偶 由于在热电偶屮使用的金属丝的晶粒滑移而失效。热l乜偶典型地包iVi 一个细长陶瓷构刊:，其中有纵向的孔。 一对金属丝在所述金属孔的长 度上延伸，其屮所述金属丝的一端熔凝在一起并且靠近所述基体以便 温度测量，并且所述金属丝的相反端被连接到控制器。典型的，所述 金属丝温度测量端的相反端退出所述陶瓷构件的所述孔并弯曲或者巻 曲，然后以基本固定的方法被固定围绕所述陶瓷构件的套上。当所述 沉积反应加工步骤发生时，加工反应器被加热，从而加热陶瓷构件和 热电偶的金属丝。加热时，所述金属丝以和所述陶瓷不同的速率在纵 向伸展，因此导致在所述金属丝中产生纵向的应力。因为所述金属丝 的两端都被基本固定，所以反复的加热和冷却循环之后，金属丝中的 纵向应力导致金属丝内的晶粒滑移从而导致热电偶的失效。因此，允 许所述陶瓷构件里面的所述金属丝相对于所述陶瓷构件的纵向膨胀在 纵向伸展更多的热电偶设计是需要的。

发明内容
0008适应支承构件和其中的所述金属丝在热膨胀系数的差别的温 度敏感热电偶的需求是存在的。在本发明的一个方面中，提供了一种 热电偶。所述热电偶包括具有一对通过其中延伸的孔的支承管。所述 热电偶也包括一对由异种金属构成的金属丝。每根金属丝布置在支承 管不同孔中。所述热电偶还包括保护盖，该保护盖具有一对通过其屮 形成的缝隙，每个所述缝隙容纳--根所述金属丝。所述安全盖附养在 所述支承管上以便所述缝隙和所述孔对准，所述缝隙被设il尺、J以仙 允许所述金属丝在金属丝的热膨胀或收縮时自由滑动通过所述缝隙。
0009在本发明的另一个方面中，提供了被连接于热电偶的支承管的保护盖。所述热l乜偶包括支承管，所述支承管具有- 对沿着支承^f 长度上仲展的异种金属丝。所述保护盖包括一个K冇第-…端和第二端
的主体。第-一孔从所述第-一端延仲到所述主体内，笫二孔从所述第. 端延仲到所述主体内。所述第一孔被配置川来容纳所述支承管。网分 开了所述第一孔和所述第二孔。笫一缝隙和第二缝隙穿过所述网而形 成，每个缝隙被配置成容纳所述金属丝屮的一根。所述笫了和第二缝 隙相隔一定距离，以保持所述金属丝之间的相隔关系。所述缝隙被设 计尺寸以便允许所述金属丝由于所述金属丝的热膨胀或收縮而导致金 属丝热膨胀或收缩时在其屮自由平移。
ooio从用图解方式来展示和描述的本发明的实施例来看，对木技 术领域的技术人员来说，本发明的优势变得更加明显。正如所认识的 那样，本发明能具有其他的不同的实施例，它的细节能在各个方面被 修改。因此，所述图和描述本质上被认为是解释的而不是限制性的。


0011图1是示例性化学气相沉积反应器的横截面描述；
0012图2是温度传感器和温度控制系统的可能位置的示意图;
0013图3是一个热电偶的实施例；
0014图4是图3中热电偶的放大分解0015图5是形成热电偶的金属丝接头的放大0016图6是支承管实施例的侧视0017图7是图6支承管的端面0018图8是热电偶套的实施例的侧视部分剖面0019图9是图3中热电偶的放大的剖视0020图 10是热电偶保护盖的实施例的放大的剖视0021图10A是保护盖实施例的侧视0022图10B是图IOA保护盖的另一个侧视0023图IOC是阁IOA保护盖的剖视0024图IOD是图IOA保护盖的端而0025图IOE是图IOD中展示的保护盖的相反端的端视0026图11是图3中热电偶的一部分的放大剖视图；0027图12是图3中热屯偶的一部分的放大剖视图；0028图13是图3屮热lU偶的- 部分的放大剖视图；0029图14是阁3屮热ill偶的-'部分的放大剖视图。
具体实施例方式
0030对于图1，示出了化学气相沉积("CVD")反应器10的小
例性实施例。虽然图解的实施例是单独基体、水平流、冷墙反应器， 不过本技术领域的技术人员应该理解在此描述的热ili偶技术可以川丁-其他类型的半导体加工反应器以及要求精确温度传感器的其他应川。 反应器10包括限定反应空间14的反应室12、布S在反应室12相反 侧上的加热元件16以及基体支承机构18。反应室12足-一个细长构件， 其具有允许反应气体流入反应空间14的入口 20和反应气体及加工产 物通过其离开反应空间14的出口 22。在一个实施例中，反应室12是 由透明石英构成的。本技术领域的技术人员应该理解反应室12可以由 能与其内的沉积反应基本上不发生反应的任何其他材料构成。
0031加热元件16形成一个上区和一个下区，如图1所示。加热元 件16在同一个区内和相邻的加热元件16以间隔开的方式定位。在一 个实施例中，上区中的加热元件16被定向成相对于下区中的加热元件 16基本垂直。加热元件16向反应室12提供辐射能量，且可以忽略所 述反应室12的壁的吸收。加热元件16被配置成提供波长可以被将要 加工的基体和基体支承机构18吸收的辐射热。在一个实施例中，多个 点形灯26向晶片支承机构18的下部提供集中的热量，以便抵消由于 冷的支承结构向上延伸至反应室12的底部而导致的热耗效应。
0032基体支承机构18包括一个基体支架28和一个支承构件30， 所述基体24可以被置于该支架28上，如图1所示。所述支承构件30 被连接于轴32，该轴32向下延伸穿过悬挂在反应室12的下墙上的管 34。 一个发动机(没有显示)被配置用来使所述轴32旋转，因而使所 述基体支架28和基体24在沉积加工中以类似的方法旋转。
0033〗多个温度传感器被放置在邻近所述基休24和所述基休^架 28以便测量靠近基体24的多个位置处的温度，如图1-2所不。在所述 实施例中，所述温度传感器包括放置在邻近所述基体支架28的下表面的屮心温皮传感器36、 一个前沿温度传感器38、 一个后沿温设传感 器40以及至少一个侧翼温度传感器42。所述前沿和后沿温度传感器 38、 40被放置在相对于反应空间14内的反应气体的流动方向A、邻 近所述越体24的前沿和后沿。所述温度传感器被配货川来测量所述温 度传感器尖端周围局部区域的温度。如图2所示，川于化学气相沉枳 反应器10的温度控制系统45包括被放置在邻近将耍被加工的基休24 的多个温度传感器36、 38、 40、 42，其屮这些温度传感器被有效地迮 接到温度控制器44以便向所述温度控制器44提供具体位置处的温皮 数据。所述温度控制器44被有效地连接于邻近基体24放置的至少 个加热构件16。所述温度传感器44被配置用来响应所述温度传感器 提供的数据选择性地调整从所述加热元件16、 26放出的能量，以便维 持在正被加工的整个基体24之上的基本一致的温皮分布。本技术领域 的技术人员应该理解所述温度控制系统45可以包括放置在不同地点 用来向所述温度控制器44提供数据的任意数量的温度传感器。0034在一个实施例中，温度传感器36、 38、 40、 42中的至少一个 是热电偶46，如图3-14图解。本技术领域的技术人员应该理解其他的 温度传感器36、 38、 40、 42可以被形成为光学高温计、热电偶或者任 何其他能够承受反应室内条件的温度传感器或者其任意组合。在一个实 施例中，如图3-4所示，热电偶46包括一个套48、 一个支承管50、-' 个卡圈51、第一金属丝52、第二金属丝54、 一个弹簧56、 一个定位器 58和一个插头60。在一个实施例中，支承管50是具有纵向轴线B的基 本圆柱形细长构件，如图6-7图解。在另一个实施例中，支承管50的横 截面形状是正方形的。在另一个实施例中，支承管50的横截面形状是 椭圆形的。本技术领域的技术人员应该理解支承管50的横截面形状可 以被形成为任何形状。支承管50可以由任何类型陶瓷或足够承受循环 温度变化和热电偶所暴露于的温度范围的任意材料构成。本技术领域的 技术人员应该理解虽然所述图解热电偶46基本是线形的，但是热电偶 46可以山足够允许热电偶46的测量尖端68能够被放贾在则望的位货处 的任意形状构成。
0035热电偶46的支承管50包括第一远端62和相反的第二远端64， 如图6所示。在一个实施例中，支承管50包括一对孔66，如图7的端视图所示，所述孔66从所述第一远端62纵向延仲至所述第二远端64。 在另一个实施例'l'，支承管50包括多于两个的孔66，所述孔66在所述 支承管50的所述第一远端62和第二远端64之间距离的 一部分上延仲。 本技术领域的技术人员应该理解支承管50可以包括在K屮纵向或名'和 陶瓷构件的纵向轴线成任何角度延仲的任意数量的孔或洞。所述孔66 中的一个适合于容纳所述第一佥属丝52，所述孔66屮的另一个适合于 容纳所述第二金属丝54。所述孔66以间隔开的方式被放贾以便使第 金属丝52和第二金属丝54分离开从而防止短路。所述孔66被设计尺 寸以便在其中容纳第一金属丝52和第二金属丝54，并且在所述金屈丝 52、 54的外表而和所述孔66的内表面之问提供小的间隙。在一个实施 例中，每一个孔66的直径大约为0.016英寸。在另一个实施例中，每 个孔66的直径大约为0.014英寸。本技术领域的技术人员应该理解所述 孔66可以具有足够容纳第一金属丝52和第二金属丝54且同时在所述 金属丝和相应孔的表面之间提供间隙以便允许所述金属丝52、 54由于 热膨胀而径向和轴向伸展的任意直径。
0036支承管50至少部分被放置在保护套48中，如图4和图8所示。 在一个实施例中，套48是由透明的石英材料构成的。所述透明石英材 料允许从加热元件16和点形灯26发出的基本所有辐射能量透过且套48 温度没有明显的升高。在一个实施例中，所述套48和放置在其中的支 承管50具有大体相同的横截面形状，但是所述套48稍微大点以便在所 述套48的内表面和所述支承管50的外表面之间提供小的间隙。所述套 48包括在其一端的测量尖端68和在其相反端的开口 70。在另一个实施 例中，套48可以被涂覆由氮化硅(SiN)或者有别的表面处理应用于其 上以便延长所述套在所述反应室12的化学气相沉积加工过程中的寿命。 在又一个实施例中，保护盖(没有显示)，例如碳化硅(SiC)保护盖， 被应用于所述套的测量尖端68处以便在周围环境和所述金属丝52、 54 之间提供更好的热传导。
〖0037如图3和图8所示，测量尖端68位于套48的远端。当热i乜偶 46被用作屮心温度传感器36 (图l)吋，测量尖端68位卩非常邻近所 述基体支架28的下表面。在这个位置，热电偶46的测量尖端68被配 置用来测量非常邻近它的基体支架28的温度。在套48的一端、观懂尖端68内，第一金诚丝52和第二金属丝54延仲超过了支承符50的第-远端62，如图5所示。所述第一金厲丝52和第二金屈丝54的裸露端部 被熔凝(fused)在一起构成接头珠72，因此在所述笫--金JMl丝52和第 二金屈丝54之问提供l[i连接。在-'个实施例巾，所述第 一金屈丝52和 第二金屈丝54被熔化(melted)在一起构成接头72。在另'个实施例屮， 所述第一金属丝52和第二金属丝54通过软钎焊被熔凝在起。木技术 领域的技术人员应该理解所述第一金属丝52和笫二金M丝54能够以任 何可以在所述第一金属丝52和第二金属丝54的端部之问提供电连按的 方法被瑢凝在一起。和所述接头72相反的金属丝52、 54的自由端从支 承管50的第二远端64延伸出来。金属丝52、 54山异利'金属构成从而 在两者之问形成热i乜偶。在--个实施例中，第一金屈丝52山铂构成， 而第二金属丝54由含铑13%的铂合金构成。本技术领域的技术人员应 该理解所述金属丝52、 54可以由任何足够在其间形成热电偶的异利'金 属构成。在一个实施例中，金属丝52、 54的直径大约是0.010英寸。在 另一个实施例中，金属丝52、 54的直径大约是0.014英寸。本技术领域 的技术人员应该理解所述金属丝可以具有足够承受化学气相沉积加工 中的循环温度变化和所述热电偶46所暴露于的温度范围的任意直径。 本技术领域的技术人员也应该理解所述第一金属丝52和第二金属丝54 的直径可以是不同的直径。
0038第一金属丝52和第二金属丝54从接头72延伸通过在支承管 50中形成的相隔开孔66并在支承管50的第二远端64处离开孔66，如 图10所示。支承管50的第二远端64向外延伸超过套48的开口 70。如 图4所示，卡圈51被有效地连接在离支承管50的第二远端64隔开一 定距离处的支承管50的外表面上。在一个实施例中，卡圈51可以独立 于支承管50而形成，并且之后被固定地附着于支承管50。在另一个实 施例中，支承管50和卡圈51可以形成为一个单独构件。卡圈51提供 弹簧56的一端可以保持接触的接触面。
0039如图4和图9所示，定位器58被放置在套48的开口 70内,， 定位器58包括环74、 3i体76和纵向延伸穿过所述环74和U体76 l'l勺缝 隙78。定位器58被放置在邻近套48的端部并被配置用来容纳在所述缝 隙78内的支承管50。在一个实施例中，定位器58通过过盈配合或摩擦配合被固定在套48的开口 70内。本技术领域的技术人员应该理解所述 定位器58可以通过足够维持所述定位器58和所述套48之间基木问定 关系的任何其他方式被固定在所述套48上。定位器58迎过减小的:l'〔校 从所述套48提供出I」，从而使所述支承管50和所述套48的内农而之 问保持相隔开的关系。所述支承管50被放置在所述定位器58的所述缝 隙78内以便所述支承管50在所述缝隙78内沿与所述支承13 50的纵向 轴线B基本平行的方向自由平移。
0040对于图4，弹簧56被定位于绕卡圈51和定位器58之间的支承 管50的外表而。所述弹簧56施加弹力或偏压力在卡l剣51上以便朝向 套48的测量尖端68偏压支承管50。在一个实施例屮，弹簧56被配货 用来使由所述第一金属丝52和第二金属丝54构成的接头72和套48的 测量尖端68保持接触。如果接头72要从测量尖端68移开，则被测温 度的精确度将随接头72离被测位置的距离增大而下降。因此，弹簧56 能被配置用来偏压接头72使其接触测量尖端68，从而保证接头72接触 或位于即将邻近测量尖端68的内表面。
0041如图4和图9-10所示，支承管50的第二远端64延伸通过定位 器58而超过套48。在所述图解实施例中，保护盖100以基本固定的方 法被有效地附着在支承管50的第二远端64以便防止所述保护盖100相 对支承管50旋转。在一个实施例中，保护盖100由Delrirf塑料构成。 在另一个实施例中，保护盖100由聚醚醚酮(PEEK)构成。在又一个 实施例中，保护盖100由聚醚酰亚胺(PEI)构成。对于高温应用，PEEK 和PEI提供了更好的耐久性。本技术领域的技术人员应该理解所述保护 盖100可以由足够经受大的温度范围且抵抗相对套48的扭转运动的任 意材料构成。
0042在一个实施例中，如图10A-10E图解，保护盖100是具有主体 101、第一端102和第二端104的细长单件圆柱形构件。在另一个实施 例中，保护盖100的主体101具有 正方形横截面形状。本技术领域的技 术人员应该理解保护盖100的主体101可以具有任何横截而形状。在所 述第一端102，第- 孔106被形成室U所述i体101内。所述第'孔10(> 从所述第一端102沿着主体101纵向长度的至少一部分延仲。在一个实 施例中，所述第一孔106是环形的。所述第一孔106被配置用来容纳所述支承管50的第二远端。因此，所述第一孔106的形状和所述支承符 50的外表而基木上有相同的尺寸和形状。第二孔108被形成到所述P休 101的所述第二端104内。在一个实施例屮，所述第二孔108从所述笫 二端104沿着所述保护盖100纵向长皮的至少一部分延仲。所述第孔 108的横截而形状可以是圆形、椭圆形、正方形或者当金M丝离开支承 管50时足以包住第-一金属丝52和第二金属丝54的任意形状。在--个 实施例中，所述第二孔108的横截面形状和所述第一孔106相同。在，) 一个实施例中，所述第二孔108的横截而形状和所述第-"孔106不相l'寸。0043在一个实施例中，所述第一孔106和所述第二孔108分別从所 述保护盖100的第一端102和第二端104延伸基本上相同的距离，如阁 10C所示。本技术领域的技术人员应该理解所述第一孔106和第二孔108 的长度可以是相同的，所述第一孔106可以比所述第二孔108更K，或 者所述第二孔108可以比所述第一孔106更长。在一个实施例中，所述 第一孔106和第二孔108的尺寸和形状基本上是相同的以便任一孔都可 以容纳支承管50的第二远端64,从而确保保护盖100正确装配在所述 热电偶46内。在另一个实施例中，所述第一孔106和第二孔108的尺 寸和形状是不同的以便所述第一孔106是唯一能容纳支承管50的第二 远端64的孔。
0044如图10C所示，所述第一孔106和第二孔108被网110隔开。 所述网IIO构成所述保护盖100中的两个孔106、 108的底部。在所述第 一孔106的底部的所述网110的表面可以和所述支承管50的所述第二远 端64的端部表面有基本相同的形状以便所述第二远端64的端部表面被 放置成和所述网IIO的相应表面呈邻接关系。第一缝隙112和第二缝隙 114被形成为穿过所述网110。所述第一缝隙112被配置用来容纳从所述 支承管50的所述第二远端64延伸出的所述第一金属丝52，所述第二缝 隙114被配置用来容纳类似地从所述支承管50的所述第二远端64延伸 出的所述第二金属丝54。在一个实施例中，所述第一缝隙112和第二缝
在另一个实施例屮，所述第一缝隙112和第二缝隙114的贞径比所述^ 承管50的相应孔66的直径稍大。所述缝隙112、 114的内表而和被容纳 在其中金属丝52、 54之间的间隙允许金属丝52、 54由于热膨胀或收缩引起的在所述缝隙112、 114屮的快逨膨胀或收縮以及纵向平移。在-个 实施例4'，所述笫一缝隙H2和第二缝隙U4的直径人于人约0.010英 寸。在另一个实施例屮，所述第一缝隙112和第二缝隙114的直径人于 大约0.014英寸。在乂一个实施例屮，所述第 缝隙112和第二劍奴114 的直径大于大约0.016英寸。本技术领域的技术人员应该现解所述缝隙 112、 U4的直径应该比被容纳其中的金属丝52、 54的:度径稍大以便, 金属丝52， 54经历热膨胀或收縮吋允许金屈丝52、 54 mil快速地膨胀 或收缩或者在其屮自由平移。在一个实施例中，所述第一缝隙112的:l'〔 径和所述第二缝隙114的直径基本相同。在另一个实施例'l'，所述第 缝隙112的直径和所述第二缝隙114的直径不相同。0045在装配过程中，所述第一缝隙112和第二缝隙U4和所述支承 管50的孔66对准以便所述第一金属丝52和第二金属丝54以基本线形 的方式从所述支承管50的所述第二远端64延伸出并穿过所述保护盖 100的所述网110，如图10所示。所述金属丝52、 54从所述支承管50 的所述第二远端64延伸出来的部分被动穿过所述网110以便所述支承管 50的所述第二远端64接触所述网110的相应表面，从而使所述保护盖 100中的所述支承管50绝对定位。在装配过程中，所述支承管50的所 述第二远端64和所述保护盖100的所述网110之间应该没有间隙。通过 使在所述网110中的所述第一缝隙112和第二缝隙114和所述支承管50 的所述孔66对准，可以显著地减少或消除可能由保护盖100相对于所 述支承管50的未对准而导致的任意潜在剪切应力。另外，被恰当对准 的保护盖100也可以保证所述金属丝52、 54保持隔开，从而防止如果 所述金属丝52、 54彼此接触而引起的可能短路。因为所述金属丝52、 54延伸穿过所述支承管50的所述孔66和所述保护盖100的所述网110 中的所述第一缝隙112和第二缝隙114，所述金属丝保持分离和裸露， 没有防护罩。隔开的孔和缝隙安全地维持所述金属丝52、 54之间的隔 开、分离关系。
0046在一个实施例中，从所述支承管50延仲穿过在所述保护^ 100 屮的所述缝隙112、 114的所述第一和第二金属丝52、 54殺K]' lblbr广 管116以便进一步防止所述金属丝互相接触而导致短路，如图IO所小。 在所述保护盖100中形成的第二孔108被设计尺寸以便容纳第一金属丝52和第二金诚丝54 1L其il'^根金属丝都具有封罩毎根金^丝的Tbilc^ 管116。所述金属丝52、54 'l'的每一根均被插入管116内以便每根管116 的末端都位于所述保护盖100的第二孔108中。在一个实施例屮，在热 电偶46被安装进入工具之前褪盖在所述金属丝52、 54的两根管116的 末端和所述网110是邻接关系。在另一个实施例屮，两根管116的末端 都与网110稍隔开以便保证所述第--金属丝52和第二金屈丝54在装配 吋不是拉应力状态。所述管116覆盖在所述保护盖100和插头60之问的 每根金属丝52、 54，其屮所述金属丝52、 54附着于所述插头60。在阁 IOA和图10E图解的所述实施例屮，所述第二孔108是椭圆形的以便所 述第二孔108的开口足够容纳围绕所述第一金属丝52和第二金属丝54 且防止金属丝在离开网110吋第一金属丝52和第二金屈丝54扭,在 起的一对管116。
0047图9-14图解了装配热电偶46的示例性装配过程。图9-10显示 被插入到保护盖100的第一孔106内的支承管50，其屮通过保护盖100 的网110的第一缝隙112和第二缝隙114对准于支承管50的孔66以便 金属丝52、 54保持基本线形对准和隔开关系。从在保护盖100中的所 述第一缝隙112和第二缝隙114延伸出的金属丝52、54被Teflon,f 116 覆盖。图11显示被覆盖的金属丝52、 54形成从保护盖100的第二孔108 延伸出的圈118。在一个实施例中，所述圈118的曲率半径大约是12mm。 在一个实施例中，所述圈118的曲率半径在大约2mm和大约25mm之 间。在另一个实施例中，所述圈118的曲率半径在大约2mm和大约12mm 之间。在又一个实施例中，所述圈118的曲率半径大约是5mm。本技术 领域的技术人员应该理解由第一金属丝52和第二金属丝54形成的圈 118可以有足够允许所述第一金属丝52和第二金属丝54在支承管50的 相应孔66中纵向自由平移而没有拉应力或压应力被引入金属丝52、 54 屮的任意曲率半径。
0048在一个实施例中，第一收縮套管119被放置于绕所述支承管50， 如图9-11所示'，当所述支承管50被插入所述保护盖100的所述第孔 106内并且被恰当对准时,第一收缩套管119被置于邻近所述保护100 的第一端部102。图12图解了一个实施例，其中第二收缩套管120被置 于绕所述保护盖100的第一端部102和第一收缩套管119。第一收缩套管119对绕所述支承管50在邻近所述保护盖100的所述第'端部102 的区域内提供了增加的直径以便在所述第二收縮套管120和所述第-收 缩套管119和所述保护盖100之间提供史加牢固的连接。所述笫二收縮 套管120适合于维持在所述支承管50屮的所述孔66和在所述保护盖100 的所述网110 'l'的所述第-一缝隙112和第二缝隙114之问的对准。所述 第二收缩套管120也被配置用来防止所述保护盖IOO相对于所述支承符 50的旋转。在另一个实施例中，所述保护盖100包括分度止动器(未示 出),所述支承管50包括适于被容纳在所述分度止动器屮的分度凸出(未 示出)以便使所述保护盖100相对于所述支承管50绝对定位并且防止 所述保护盖100相对于所述支承管50旋转。在又一个实施例中，所述 支承管50的所述第二远端64变平并且在所述保护盖中的所述第孔 106具有相应的横截面面积，从而防止所述保护盖100相对所述支承管 50旋转。在所述第二收缩套管120被连接后，保护套管122被置于绕所 述保护盖100和所述支承管50，如图13所示。图14图解带子124，其 绕所述保护套管122被有效地连接以便使所述圈118的一部分被固定于 所述保护套管122。所述带子124固定所述圈118的一部分以便维持所 述圈118的预定曲率半径。装配的热电偶46然后被结合到需要温度传感 器的机器或工具内。
0049在操作中，套48的测量尖端68被放置在希望温度测量的位置。 当关于热电偶46的温度升高或降低时，支承管50和金属丝52、 54膨 胀或收缩，特别是沿着所述支承管50的纵向轴线B膨胀或收縮。在一 个实施例中，金属丝52、 54的热膨胀系数和支承管50的热膨胀系数基 本不相同，其中金属丝52、 54沿纵向方向的热膨胀的量比支承管50在 相同方向上的热膨胀要大。在另一个实施例中，金属丝52、 54的热膨 胀系数和支承管50的热膨胀系数相似。在又一个实施例中，金属丝52、 54的热膨胀系数和支承管50的热膨胀系数基本相同。当支承管50在纵 向方向上膨胀吋，附着于支承管50的第二远端64的保护盖100以相同 的方式平移。保护盖00不会阻止支承管50沿着纵向轴线B的l:l山膨 胀或收缩，从而消除可能山支承管50的第二远端64相对于套48的问 定而导致的任意纵向应力。保护盖100也维持离开支承管50的金属丝 52、 54的对准以便维持金属丝52、 54的隔开关系，从而防止短路。0050当金屈丝52、 54在纵向方向上比支承管50膨胀或收缩更人设级吋，金属丝52、 54通过保护盖100的相应缝隙112、 114自山滑动成平移。缝隙112、 114允许金属丝52、 54相对支承管50 |匸|山膨胀或收缩，从而减小或消除当金M丝的自山端被折叠或相对于支承符50基木被l占l定吋可能产生的施加于金属丝52、 54 l:的拉应力或^应力。金M丝52、54通过缝隙112、 114 A山移动而不存在山所述缝隙lH4致的明W.附力，例如如果所述缝隙112、 114绕金属丝52、 54形成紧配合或过盈配合而导致的阻力。缝隙112、 114应该被设计尺寸成在缝隙的内表面和相应金属丝的外表而之间提供小间隙。当金属丝52、 54迎过相应缝隙112、114膨胀和移动吋，]bflor^管116维持与金属丝52、 54的基木固定关系以便当金属丝52、 54膨胀时金属丝52、 54的- 部分在所述保护盖100中暴露。本技术领域的技术人员应该理解穿过保护盖100的网110形成的缝隙112、 114之间的距离应该被离开到足够的距离以便当金属丝52、54由于金属丝52、 54的温度升高而纵向热膨胀从而暴露一部分金属丝52、 54时，金属丝52， 54的暴露部分仍然保持充分地隔开以便它们不会相互接触而导致短路。另外，当金属丝52、 54由于热膨胀或收缩而膨胀或收縮时圈118以相应的方式膨胀或收缩。因此，所述圈118的lttl率半径应该足够允许金属丝52、 54自由膨胀或收缩而不向金属丝52、54引入任何附加的轴向载荷。允许金属丝52、 54响应金属丝的温度变化而自由膨胀或收縮会通过减少或消除易于导致金属丝52、 54晶粒滑移甚至过早失效的轴向载荷的方法来增加热电偶的寿命。
0051如以上所讨论的，支承管50的热膨胀系数可以不同于金属丝52、 54的热膨胀系数。另外，支承管50通过支承管的外表面和端表面来散失热量到周围的环境中，而由金属丝52、 54散失的能量被传导到支承管50。应该注意支承管50将由于两者间的温度差而以和金属丝52、54不同的速率膨胀。在反应室12内的温度动态变化过程中，支承管50通常和容纳在其中的金属丝52、 54处于不同温度，这是因为所述支承管50和金属丝52、54之间导热系数和比热差异以及能兒散火率的") ,因此，改进的热l:ii偶42允许金嵐丝52、 54独立于支承1$ 50而热膨胀或收缩以便附加的压应力或拉应力不会随着它们相对于支承管50的膨胀或收縮而被引入到金属丝52、 54中。0052虽然本发明的优选实施例已经被描述吋，不过应该理解本发叨没有被如此约束而且可以在不背离本发明的情况下进行修改。本发叨的范围由附加权利要求限定，并丄L其'I'包括语宫上或等效地落入权利耍求
含义范网内的所有设备、i:艺和方法等。
权利要求
1.热电偶，其包括具有第一远端、第二远端和纵向轴线的支承管，所述支承管包括在所述第一远端和所述第二远端之间延伸的一对孔；被置于绕所述支承管的至少一部分的套；放置在所述孔中的一个孔内的第一金属丝；放置在所述孔中的另一个孔内的第二金属丝，所述第二金属丝由和所述第一金属丝不同的金属构成；在所述第一金属丝的一端和所述第二金属丝的一端之间形成的接头，其中所述接头位于邻近所述支承管的所述第一远端；以及保护盖，其有效地附着于所述支承管的所述第二远端，所述保护盖具有用来容纳所述支承管的所述第二远端的第一孔和所述第一和第二金属丝穿过其延伸的第二孔，所述保护盖还包括在所述第一和第二孔之间形成的网，所述网包括用来容纳所述第一金属丝的第一缝隙和用来容纳所述第二金属丝的第二缝隙，所述缝隙被设计尺寸成允许所述第一和第二金属丝响应所述第一和第二金属丝的热膨胀或热收缩而通过其中自由滑动。
2. 根据权利要求1所述的热电偶，还包括从所述保护盖延伸出的由所 述第一和第二金属丝的一部分构成的圈。
3. 根据权利要求2所述的热电偶，其中绕所述圈的一部分应用带子以 便维持所述圈的预定曲率半径。
4. 根据权利要求2所述的热电偶，其中所述圈具有大约5mm的曲率 半径。
5. 根据权利要求2所述的热!li偶，其1—卜所述圈/W人约12画l'l勺llll举 半径。
6. 根据权利耍求2所述的热i乜偶， 约25mm之间的llli率半径。
7. 根据权利耍求2所述的热电偶， 约12mm之问的l巾率半径。权利要求书第2/4页其中所述降l贝冇在大约2mm《火 其屮所述陶A有在大约2mm f人
8. 根据权利耍求2所述的热电偶，其中所述圈具有随所述第一和第.: 金属丝热膨胀而增加且随所述第-一和第二金属丝热收缩而减小的lfil率半 径。
9. 根据权利要求1所述的热电偶，其中所述保护盖相对于所述支承管 基本固定。
10. 根据权利要求1所述的热电偶，其中穿过所述网形成的所述第一 和第二缝隙具有一个直径，所述直径比穿过其中的所述第一和第二金属 丝的每一根的直径都大。
11.热电偶，包括.-具有从其中延伸穿过的一对支承管；由异种金属构成的一对金属丝，所述金属丝中的每一根分别被放置 在所述支承管的所述孔中的一个不同孔中；.具有穿过其中形成的一对缝隙的保护盖，其中所述缝隙中的每一个 容纳所述一对金属丝中的一根，所述保护盖被固定附着于所述支承管， 并且所述缝隙被设计尺寸成允许所述金属丝在所述金属丝热膨胀或热收 缩过程中穿过所述一对缝隙自由滑动，同时将所述一对金属丝保持为相 互隔开关系。
12. 根据权利要求U所述的热电偶，其屮穿过所述保护盖形成的所述 一对缝隙被隔开，从而将所述一对金M丝保持为隔开关系。
13. 根据权利要求11所述的热电偶，其中所述-一对金属丝在它们离开在所述保护盖屮形成的所述缝隙吋被暴露并且当所述 对金属丝离开在 所述保护盖屮形成的所述 一对缝隙吋保护特包裹了所述一对裸露金屈丝 的一部分。
14. 保护盖，其可连接到热电偶的支承管以用来容纳-一对金M丝，所述保护盖包括具有第一端和第二端的主体；从所述第一端延仲到所述主体内的第一孔，所述支承管可被容纳在所述第-孔内；从所述第二端延仲到所述主体内的第二孔； 分隔所述第 一 孔和所述第二孔的网；穿过所述网形成的第一缝隙，所述金属丝中的一根可被容纳在所述 第一缝隙内；穿过所述网形成的第二缝隙，所述金属丝中的另一根可被容纳在所 述第二缝隙内，并且所述第二缝隙和所述第一缝隙隔开一定的距离以便 将所述金属丝保持成隔开关系；以及所述缝隙被设计尺寸成允许当由于所述金属丝热膨胀或热收縮而导 致所述金属丝膨胀或收縮时所述金属丝在其中自由移动。
15. 用于加工基体的化学气相沉积反应器的温度控制系统，所述温度 控制系统包括位于邻近所述基体的多个温度传感器；接收来自所述多个温度传感器中的每一个的温度数据的控制器； 位于邻近所述基体处以用于向所述基体提供辐射能量的至少一个加 热元件；所述控制器响应由所述多个温度传感器中的至少一个提供的温度数 据来选择性地调节所述至少一个加热元件；所述多个温度传感器屮的至少一个是热i[i偶，所述热「U偶包栝 由异种金属构成的一对金属丝；具有穿过其中形成的两个孔的支承管，其中所述孔中的一个容纳所述金属丝'I'的 一 报而所述孔'I'的另 一 个容纳所述金M丝11 ，的W 报；以及附着于所述支承管的一端的保护^，所述保护盖容纳从所述Jc承管延仲出的所述金M丝，其屮所述保护盖将所述佥M丝保持成隔开;(: 1L同时保持所述金屈丝分离。、 "、;、 'u
16.热电偶，包括具有穿过其中的一对孔的支承管，所述支承管只冇热膨胀系数；以及由异种金属构成的一对金属丝，所述金属丝以隔开关系被放肯.在所 述支承管中，所述一对金属丝中的每一根具有不同于所述支承管的所述 热膨胀系数的热膨胀系数，从而当所述支承管和所述金属丝被加热或冷 却时，所述金属丝相对于所述支承管自由热膨胀或收缩。
全文摘要
一个具有被配置成容纳一对异种金属丝的支承管的热电偶。所述热电偶的所述一对金属丝连接在邻近所述支承管的一端的接头处。所述热电偶还包括一个附着在所述支承管的相反端的保护盖，其中保护盖容纳所述一对金属丝的自由端。所述保护盖允许所述一对金属丝通过其中自由平移以适应相对所述支承管热膨胀和热收缩的所述一对金属丝的热膨胀和热收缩的差异。
文档编号G01K1/08GK101663569SQ200880012927
公开日2010年3月3日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月24日
发明者L·雅各布斯 申请人:Asm美国公司