具有绝热尖端的温度探针的制作方法

专利名称：具有绝热尖端的温度探针的制作方法
具有绝热尖端的温度探针
背景技术：
在半导体材料处理领域中，使用例如包括真空处理室的半导体材料处理设备来执
行各种不同的工艺，如在基片上的多种不同材料的蚀刻和沉积，以及抗蚀剂剥除。由于这种 工艺的有效性往往依赖于控制该处理室的某些位置的温度条件，所以在该处理室中使用温 度传感器来测量温度。

发明内容
公开用于测量物体温度的温度探针。该温度探针的一个示例性实施例包括外 壳，其包括由相同材料组成的第一和第二部分，和？L其包括延伸穿过该第一部分的第一段 以及延伸穿过该第二部分的第二段，该外壳的第二部分包括邻近该第一部分的第一端、第 二端、包括形成该第二段的外表面和内表面的壁和至少一个延伸穿过该壁的开口 ；尖端，安 装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温度的物体的表面；以及传感器，位于该 孔中并适于测量该尖端的温度；其中该第二部分具有有效将该尖端与该第一部分隔热的热 阻。 提供该温度探针的另一示例性实施例，其包括外壳包括第一部分、第二部分和 孔，其包括延伸穿过该第一部分的第一段和延伸穿过该第二部分的第二段，整个外壳由同 样材料组成，该孔的第一段的直径大于该第二段，该外壳的第二部分包括邻近该第一部分 的第一端、第二端，包括形成该第二段的外表面和内表面的壁和至少一个延伸穿过该壁的 开口，并配置为热量以回转模式在该第二部分的第一和第二端之间传导，该模式的长度超 过该第二部分的长度；尖端，安装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温度的物 体的表面；以及传感器，安装在该孔内并适于测量该尖端的温度；其中该第二部分(i)具有 有效将该尖端与该第一部分隔热的热阻和(ii)弹性偏转该尖端。 提供该温度探针的另一示例性实施例，其包括整体式的外壳，包括第一和第二部 分以及延伸穿过该第一部分和该第二部分纵向孔，该外壳的第二部分包括邻近该第一部分 的第一端、第二端、包括形成该纵向孔一部分的外表面和内表面的壁和至少一个延伸穿过 该壁的开口，并配置为热量以回转模式在该第二部分的第一和第二端之间传导，该模式的 长度超过该第二部分的长度；尖端，安装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温 度的物体的表面，其中该第二部分有效地将该尖端弹性偏转对着该表面；以及，传感器，位 于该孔中并适于测量该尖端的温度。


图1说明温度探针的一个示例性实施例。 图2说明温度探针的另一示例性实施例的一部分。 图3说明温度探针的另一示例性实施例。 图4说明半导体材料等离子处理设备的等离子处理室的示例性实施例。 图5说明温度探针的一个示例性实施例，包括安装在等离子室的基片支撑件中的接触传感器。 图6说明温度探针的一个示例性实施例，包括安装在等离子处理室的基片支撑件 中的非接触传感器。
具体实施例方式
公开用于测量物体温度的温度探针。该温度探针包括绝热尖端，适于设为与温度
待测量的物体表面热接触。该温度探针的实施例适合用于多种不同的应用以测量物体的温 度。 该温度探针的实施例可用于，例如，等离子处理室中，用以在等离子处理操作期间 测量室部件或半导体基片的温度。该等离子处理室可以是电容耦合室、电感耦合室和抗蚀 剂剥除室，其中进行多种不同的处理操作，包括蚀刻、沉积和抗蚀剂剥除。
图1描述根据一个示例性实施例的温度探针10。如所示，该温度探针10包括外 壳12和设在该外壳12上端的独立的尖端14。如下面所描述的，该外壳12和尖端14通常 由不同的材料制成。该外壳12包括外表面16和内表面(未示)，后者形成延伸穿过该外壳 12的内部纵向孔。该外壳12包括第一部分18和邻近的第二部分20。在这个实施例中，整 个外壳12由一块材料制成。也就是说，在这个实施例中，该第一部分18和第二部分20由 同样的材料组成。如所示，该第一部分18包括在该第一部分18底部的外螺纹22。该螺纹 22适于啮合本体的配套的内螺纹，以便将该温度探针10固定于该本体。在所说明的实施 例中，该外壳12在该螺纹22上方的部分为圆柱形状。该第一部分18的底部包括的螺纹的 22外径大于该第一部分18的其余部分以及该第二部分20。 该温度探针10的尖端14配置为设为与待利用该温度探针10测量温度的物体的 表面接触。该外壳12的第二部分20构造为将该尖端14与该外壳的该第一部分18隔热， 即，从而降低，优选地最小化该尖端14与该物体的接触期间从该尖端14传导至该第一部分 18的热传递，反过来也一样。通过降低该尖端14与该外壳12的第一部分18之间热传递 率，更多从该物体进入该尖端14的热量保留在该尖端14并加热该尖端。更少的热量从该 尖端14传递到该外壳12和周围环境。因此，该尖端14到达更接近或者等于待测量温度的 物体的温度。在稳定态条件下，该尖端14保持在与该物体同样的温度。因而，该温度探针 10能够提供对该物体温度的准确测量。 对于一维、稳定态热传递条件，纵贯材料的热传递率q，由方程l给出q = kA(T「T》/L，其中k是该材料的导热系数，A是该材料在垂直于热传递方向的横截面积，1\ 是该材料一个面的温度和L是该材料相对的面的温度(AT = T「L，其中AT可以是正的 或负的)，和L是该材料上热传递所发生的长度。方程1可以是重新整理为方程2 :q = A T/ (L/kA)。方程2中，该项L/kA称作该材料的"热阻"。根据方程2，当A T已知，该材料的热 阻增加降低沿该材料中热传递所发生的长度的热传递率q。该热阻可以通过增加L、降低k 和/或降低A来增加。该温度探针10的外壳12构造为在该第二部分20中提供高热阻以 降低该尖端14和该第一部分18之间的热传导。该第二部分20的高热阻优选地允许该尖 端14到达与接触该尖端14的物体的表面温度相等的温度。 该外壳12可包括具有所需属性的任何合适的材料。该外壳12的材料优选地具有 低导热系数k以降低沿该外壳12的第二部分20传导的热传递率q。因而，该外壳12的材
6料可以选择为增强该尖端14与该外壳12的第一部分18的隔热，其增加由该温度探针10 作出的该物体的温度读数的准确度。 为了允许该温度探针10暴露于相对高的温度状况，该外壳12可以由合适的聚合 材料制成，如聚四氟乙烯(PTFE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚酰亚胺、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚醚 酰亚胺(例如，ULTEM 1000)等。对于该温度探针10相对低的温度应用，其他塑料材料(如 乙縮醛和丙烯酸树脂)可用来构建该外壳12。 在该温度探针的其他实施例中，该外壳12可以由金属材料制成。金属材料可用于 覆盖比塑料更广的使用温度范围。对于多种金属，用来构建该外壳12的该金属材料优选地 具有低导热系数。例如，该外壳12的实施例可以由不锈钢(例如，304或430不锈钢)、镍 基合金(例如，铬镍铁合金、镍铬合金等)或钛。尽管这些金属材料比用来构建该外壳12 的聚合物(如塑料)具有高得多的导热系数，但是金属材料提供了比塑料更高的刚度和强 度。这些机械属性允许该金属材料比塑料具有更小的截面积A，但在该外壳12中仍具有合 适的机械属性。从而，该金属材料可以制造为在该外壳12的一个或多个选取区域(包括该 外壳12的第二部分20)中具有非常小的截面积，从而将这些区域中通过该金属材料的热传 导降低到对于该温度探针10合适的水平。 在该温度探针的其他示例性实施例中，该外壳12的至少一部分(例如，整个第一 部分18和/或第二部分20)可以由合适的复合材料制成，优选地具有低导热系数。
在该温度探针10的一些示例性实施例中，该外壳12的第一部分18和第二部分20 可以是独立的材料块。例如，该第一部分18和第二部分20两者可由同样的聚合物、金属或 复合材料组成。或者，该第一部分18和第二部分20可由彼此不同的材料组成。在这样的实 施例中，该第一部分18的顶端和该第二部分20的底端可以利用具有低导热系数的粘合材 料彼此粘合，以进一步降低从该第二部分20到该第一部分18的热传导率，反过来也一样。
该外壳12的第二部分20包括至少一个延伸穿过该外壳12的壁的开口。在该实 施例中，该第一部分18不包括这样的开口。该第二部分20中的该开口增加该第二部分20 的热阻。该开口可具有合适的尺寸、形状和图案，其提供所需的对该尖端12的隔热量。例 如，图1所示的实施例中，该第二部分20具有线圈构造，并包括具有连续螺旋形形状的开口 24。该螺旋形可以是单或多螺旋构造。该开口 24的区域邻近实心材料25。该第二部分20 可包括超过一个的螺旋形形状的开口 。 图2描述该温度探针10的另一示例性实施例。在这个实施例中，多个独立的开口 24沿该外壳的第二部分20的长度以交替的模式设置。在这个实施例中，两个开口 24设在 实心材料25的邻近部分之间。这两个开口 24每个延伸接近180° 。如下面所描述的，带有 配线71的传感器70示为设在该第二部分20内部。尖端14安装于该第二部分20。
图3描述该温度探针10的另一示例性实施例。在这个实施例中，多个独立的开口 24以交替的模式形成在该外壳的第二部分20中。带有配线71的传感器70示为设在该第 二部分20的内部。尖端14安装于该第二部分20。 在图1-3所示的该温度探针10的示例性实施例中，该第二部分20中的开口 24在 非压縮状态下通常可具有大约0. lmm至大约0. 5mm的宽度。该开口 24(图1)的邻近部分 之间的或者形成独立的开口 24(图2和3)的该外壳12的材料25的宽度大约0. 3mm至大 约2. 5mm。包括该开口 24的该第二部分20通常具有大约5mm至大约15mm(见图1)的长度I。 该温度探针IO在使用期间通常暴露于周围环境。在该周围环境中，该一个或多个 开口 24在该外壳12的第二部分20中形成一个或多个对应的空气间隙。该空气间隙通常 具有大约0. 025W/m-K的低导热系数，其大大低于大多数塑料的该导热系数(例如，至少小 10倍)，还低于用来形成该外壳12的金属材料的导热系数。该空气间隙有效增加该第二部 分20的热阻并由此降低从该尖端14至该外壳12的第一部分18的热传导。
另外，通过该外壳12的第二部分20中以单个开口螺旋构造(图1)或以包括多个 开口的另一合适构造的开口 (如图2和3所示)形成开口 24，该温度探针10中热量只有 一个从该尖端14出来的主要的传导路径。例如，图1所示的该温度探针10中，迫使热量在 螺旋模式和围绕该第二部分20的圆中流动通过形成该开口 24的该外壳材料25，直到热量 流过该第二部分20的整个长度并到达该外壳12的第一部分18。因此，相比该第二部分20 的长度1，在该第二部分20中形成螺旋形的开口 24显著增加该尖端14和该外壳12的第一 部分18之间通过该第二部分20的热传导路径的长度L。可以增加该螺旋形开口的匝数以 增加L。例如，该螺旋可包括5到20匝。增加该热传导路径的长度增加该第二部分20的热 阻的大小(方程2)，其进一步降低沿该第二部分20的热传递率q，并增加该尖端14与该第 一部分18的隔热程度。另外，增加匝数可在压縮该尖端14时基于每匝降低单个开口宽度 縮小的量。 在图2和3所示的该温度探针10中，当热量流过形成该开口 24的该外壳材料25 时，迫使热量以围绕该温度探针10的纵轴回转的模式传导。从而，热量在从该第二部分20 的上端到下端(或者反过来)时必须流过比该第二部分20的长度I更长的距离，其进一步 增加该尖端14与该第一部分18的隔热程度。 如上所述，减少该外壳12的第二部分20的壁厚还增加该第二部分20的热阻。因 而，期望使该第二部分20的壁厚最小。该第二部分20的壁厚通常可从大约0. 5mm至大约 2mm。该外壳12的第一部分18支撑该第二部分20和该尖端14。该第一部分18的壁厚通 过大于该第二部分20的壁厚以为该外壳12提供所需的强度和刚度。例如，整个第一部分 18(或者在包含螺纹的实施例中(如图1所示)该第一部分18在该螺纹22上方的部分) 的厚度通常从大约lmm至大约5mm。如上所述，相比与用来构建该外壳12的塑料材料，金属 材料可以用来构建在该第一部分18和第二部分20两处具有更小壁厚的外壳12，并仍提供 合适的结构属性。 在一些实施例中，如图1-3所示的，该外壳12的第二部分20优选地足够有弹性以 允许该尖端14稍微独立于该外壳12移动，由此将该尖端14的顶部表面以自对准的方式弹 性偏转抵靠待由该温度探针IO测量温度的物体表面。在图l-3所示的实施例中，该尖端14 的顶部表面是平的。然而，该顶部表面26可具有不同的外形，如半圆，其匹配该顶部表面26 接触的物体表面的外形。通过该开口 24产生该第二部分20的增强的弹性。另外，用来构 建该外壳12的材料可以选择为增强该第二部分20的弹性。例如，弹性塑料材料可以用来 制作该外壳12。薄金属也可以提供弹性。 有同样材料组成的该整块外壳12可通过各种不同的制造技术制成。例如，该外壳 12可以通过模塑制成。该外壳12的第一部分18的螺纹40可以通过模塑工艺形成，或者在 该模塑工艺之后形成。在另一实施例中，该外壳12可以通过机械加工整块塑料或者金属制成，如一段管。该开口 24可以通过例如激光烧蚀、高压水喷加工或传统的机械加工技术形 成在该外壳12的第二部分20。包括多于一块的(例如，独立的第一和第二部分)的外壳也 可通过这些技术制成。 如上所述，该温度探针10的实施例可以用于测量是等离子处理室中的半导体基 片的温度。图4描述用以处理半导体材料基片(如半导体晶片)的等离子处理设备的电容 耦合等离子处理室30的示例性实施例，其中可以安装一个或多个该温度探针以测量一个 或多个物体(如半导体基片)和室部件(例如，上电极)的温度。如所示，该等离子处理室 30包括上电极总成32，如包括具有气体喷射开口的喷头的喷头电极总成。该上电极总成32 与工艺气体源34流体连通。该上电极总成32适于将该工艺气体经由该气体喷射开口提供 进该等离子处理室30。基片支撑件36示为设在该上电极总成32下方。该基片支撑件36 包括上表面38，其上支撑半导体基片40。该基片40面向该上电极总成32。该基片支撑件 36通常包括静电卡盘(ESC)，其适于将该基片40以静电方式卡紧在该上表面38上。可由 至少一个RF功率源42将射频(RF)功率提供至该基片支撑件36 (每个RF功率源适于提供 不同频率的功率至该基片支撑件36)，而该上电极总成32提供接地回路，从而由喷射进该 等离子处理室30位于该上电极总成32和该基片40之间的区域的该工艺气体生成等离子 以蚀刻该基片40。在别的实施例中，该等离子处理室30可包括一个或多个RF功率源以提 供一个或多个频率的功率至该上电极总成32。 如图4所示，温度探针10位于该基片支撑件36的内部和并与该顶部表面38隔开。 该温度探针10可具有如图1-3任一个所示的结构，例如。该温度探针10适于测量该基片 支撑件36邻近支撑该基片40的顶部表面38的最上面区域的温度，以便确定该基片40的 温度。 图5描述安装在该基片支撑件36的示例性实施例的温度探针10。如图5所示，该 基片支撑件36包括基底52、形成该基底52和加热器层56之间的粘合层54的粘合材料和 该加热器层56上的目标层58。温度待通过该温度探针10测量的半导体基片40支撑在该 目标层58的顶部表面60上。 期望准确测量该等离子处理室30内部的温度，因为温度强烈地影响在该处理室 30中执行的半导体处理，以及该处理室内温度的变化会导致工艺漂移。该等离子处理室30 内的各种部件的温度影响由该设备执行的处理。例如，在蚀刻期间，该蚀刻工艺应当在预先 确定的温度范围内发生，因为当温度超过该预先确定的温度范围，蚀刻反应将改变，由此导 致蚀刻工艺漂移。 在图5所示的实施例中，该基底52由金属材料组成。该金属材料优选地具有高导 热系数。例如，该金属材料可以是铝、铝合金、铜、铜合金等。该基片支撑件36可包括温度 控制系统，其可运行以控制该基底52的温度。该基底52可包括液体流动通道，温度受控冷 却液(如水等)可从与该通道流体连通的温度受控液体源44(图4)流过该通道，以在处理 支撑在该目标层58上的该半导体基片40期间将该基底52的温度控制在所需的温度范围 内。如所示，该基底52包括内表面62，其形成孔64。该孔64的直径可以变化以改变该外 壳12在螺纹22上方的外表面16和形成该孔64的该基底52的内表面62之间的间隙尺寸， 由此影响该外壳12上的该基地52的温度(即，该基底52和该外壳12之间的热阻)。该基 底52的下端包括内螺纹66以啮合该外壳12的第一部分18上的该外螺纹22，以便将该温度探针10固定在该孔64中。 在该等离子处理室30运行以处理支撑在该基片支撑件36上的半导体基片期间， 该基底52保持在低于该目标层58 (其由该加热器层56加热)的温度以允许与热量通过传 导有效地从该目标层58传递至该基底52。该温度探针10的该尖端14和该外壳12通常可 暴露于大约_201:至大约9(TC的温度，该目标层58和该基底52之间的最大温度差通常为 大约50°C 。该温度探针10构建为降低，优选地最小化，该目标层58和基底52之间在这种 潜在的大温差对由该温度探针10作出的该目标层58 (以及支撑在该目标层58上的该半导 体基片40)的温度读数的准确度的影响。 进出该尖端14的热传递率影响该尖端14的温度。因而，希望该目标层58和基底 52之间甚至很大的温差也仅对进/出该尖端14的热传递有极小的影响，从而大的温差不会 消极影响由该温度探针10作出的该目标层58的温度读数的准确度，这种消极影响将会导 致该温度探针10读取与该目标层58实际温度不同的温度。通过将该尖端14与该外壳12 的第一部分18 (其温度受到冷却该基底52的强烈影响)隔热，降低并优选地消除该目标层 58和该基底52之间温差对由该温度探针10作出的该目标层58温度读数准确性的影响。
在该实施例中，由功率供应源68将受控量的功率提供到该加热器层56以将该上 覆的目标层58的温度保持在期望的温度范围内。该粘合层54在该加热器层56和该基底 52之间产生热阻，从而该加热器层56所产生的热量有效地传递进该目标层58。为了简洁， 该示例性的目标层58描述为单个层。该单个层可包括例如陶瓷材料，如氧化铝、氧化钇、氧 化锆、石英及其组合等。在一些实施例中，该目标层58可包括超过一层。例如，该目标层58 可以是静电卡盘总成。在这种实施例，该目标层58可包括例如陶瓷材料层和一个或多个额 外的层。该目标层58和该金属基底52具有显著不同的热膨胀系数并且在运行期间经受各 自不同的温度变化。从而，该基底52和该目标层58在这个运行期间也经历不同的热膨胀 量。组成该粘合层54的材料足够相容以容纳该目标层58和基底52之间这个潜在的大热膨 胀而不会脱胶或消极影响该基片支撑件的平坦度。该粘合材料可以是提供所需粘合强度、 热阻和相容性的任何合适的材料，如硅胶粘合化合物等。 在另一实施例中，该目标层58可以直接设在该粘合层54上(即，该基片支撑件不 包括该中间加热器层)，以及该目标层58的温度可以通过改变是来自所提供的、来自该源 44的在该基底52中的通道中流动的该温度受控流体的该温度(可选的还有液体、液体流率 和/或流动持续时间)而控制，从而将该目标层58保持在所需的温度。
在图5所示的该示例性实施例中，该温度探针10包括"接触"传感器70。也就是， 该传感器70与该尖端14直接实体接触。该尖端14包括底面72，其温度由该传感器70测 得。如所示，该传感器70的一部分可坐在该尖端14的底面72中，与该尖端14直接热接触。 该传感器70包括配线71，其延伸穿过该外壳12的纵向孔。该纵向孔包括该外壳的第一部 分18中的第一段74和该外壳12的第二部分20中的第二段76。该纵向孔的第二段76的 直径大于该纵向孔的第一段74的直径，因为该外壳12在该第二部分20的壁厚小于该第一 部分18。该尖端14可以由任何足够高导热系数的材料组成，以降低该目标层58和该尖端 14之间的热阻。例如，该尖端14可以由金属组成，包括铜、铜合金、铝、铝合金、铂等，或者由 高传导性、非金属材料制成，如氮化铝等。 如图5所示，该尖端14配置为固定于该外壳12的开放的上端。该尖端14包括环
10状的环15，其配置为容纳在该外壳12里面以将该尖端14摩擦安装(friction fit)于该外 壳12。或者，该尖端14可包括外螺纹，用以啮合形成在该外壳12邻近上端的内表面上的内 螺纹。在别的实施例中，该尖端14可以利用低导热系数粘合材料粘合于该外壳12，该材料 可降低从该尖端14至该外壳12的第二部分20的热传导。如上所述，该外壳12的第二部 分20弹性偏转该尖端14，这样该尖端14的表面26与该目标层58良好热接触，从而确保低 热阻以及从该目标层58进入该尖端14的良好的热传递。 该接触传感器70可以是例如热电偶、热敏电阻、电阻温度探测器(RTD)、钼电阻 球、体硅器件(bulk silicon device)或活性固态器件。封装材料可以设在该外壳12的纵 向孔的第一段74以填充围绕该传感器70的空间。该接触传感器作出的该目标层58的温 度读数用来估算支撑在该目标层58的表面60上的该半导体基片40的温度。
图6描述根据另一示例性实施例的温度探针10，安装在该基片支撑件36的示例性 实施例中。在这个实施例中，该温度探针IO包括"非接触"传感器，S卩，在不接触该外壳的 尖端14的情况下测量该目标层58温度的传感器。该非接触传感器利用该辐射测温技术、 通过监测由设为与该目标层58热连通的发光材料发出的光的量和特性来测量该目标层58 的温度。 在所述实施例，该传感器包括光波导管80，位于该外壳12的纵向孔中用以传播从 该光源发出的光。该光波导管可以是例如光纤。该光波导管80可以由用于传播光线通过 该外壳12的任何合适材料组成。例如，该光波导管80可以由塑料、石英、蓝宝石等制成。如 图4所示，光源46位于该等离子处理室30的外侧。该光源46可以是以所需波长或波长范 围发光的任何合适的装置。例如，该光源46可以是激光器。发光材料78位于该尖端14的 底面72上。如所示，该光波导管80发出光的末端82与该发光材料78相间隔。该光波导 管80通常垂直该发光材料78的底面延伸，如所示。在一个实施例中，该发光材料78是磷 光体。磷光体是过度金属化合物或稀土化合物。磷光体通常包括基质材料和添加的活化剂 以影响发射时间。可以基于该目标层58在所暴露于该等离子处理室30中的温度范围而选 择磷光体。该磷光体可以包含在粘结剂中，如硅酸盐树脂粘结剂。透光材料(例如，石英) 可覆盖该磷光体，从而该磷光体不会暴露于该环境。 在这个实施例中，利用由该光源46发射并由该光波导管80传播的光以脉冲方式 照射该磷光体。当利用这个光激励该磷光体时，该磷光体发射出波长与该光源46发出的光 不同的光。该磷光体发出的光可以在电磁光谱的可见或者不可见区域以允许利用标准的光 探测器探测所发出的光。例如，这个光可以由玻璃及石英光波导管发出。该磷光体发出的 光在该光源46所发出的脉冲终止后的衰减率是该磷光体温度的函数。
监测、量化该磷光体发出的光的衰减率，并与该磷光体的已知温度值对比。光处理 系统可与该光波导管80运行中相关联以处理由该磷光体发出并由该光波导管传播的光以 确定该磷光体温度。该磷光体温度对应该尖端14的温度。如图4所示，该光处理系统可包 括光电探测器48，位于该室30的外面以探测由该发光材料发出并由该光波导管80传播的 光。该光电探测器48输出电信号至该光处理系统的信号处理系统50。该信号处理系统处 理该电信号以将该信号转换为与该温度探针10的尖端14热接触的该目标层58的温度值。 这个温度值用来估算支撑在该目标层58上的该半导体基片40的温度。该温度值可以用来 控制提供到该基片支撑件36的加热器层56的功率量以控制该目标层58温度。
该温度探针10的另一实施例中，该设在该尖端14的发光材料78是黑体材料。该 黑体材料基于该发光材料的温度发出红外(IR)光。利用合适的光处理系统测量该黑体材 料所发出的IR光的波长，并且可从所测得波长推断该目标层58温度。 尽管本发明已经参照其具体实施例详细描述，但是对于本领域技术人员来说，可 进行多种不同的改变和修改，以及采用等同方式，而不背离所附权利要求的范围。
权利要求
一种用于测量物体温度的温度探针，包括外壳，包括由同样材料组成的第一和第二部分，以及孔，其包括延伸穿过该第一部分的第一段和延伸穿过该第二部分的第二段，该外壳的该第二部分包括邻近该第一部分的第一端、第二端、包括形成该第二段的外表面和内表面的壁以及至少一个延伸穿过该壁的开口；尖端，安装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温度的物体的表面；以及传感器，位于该孔内并适于测量该尖端的温度；其中该第二部分具有有效将该尖端与该第一部分隔热的热阻。
2. 根据权利要求1所述的温度探针，其中该传感器与该尖端实体接触。
3. 根据权利要求1所述的温度探针，其中 在该尖端上提供发光材料；以及该传感器包括位于该外壳的该孔中的光波导管，该光波导管包括与该发光材料隔开并 面向该发光材料的末端，该光波导管适于传播由该发光材料发出的光。
4. 根据权利要求3所述的温度探针，其中 该发光材料是磷光体；光源布置为将光发射进该光波导管以照射该磷光体并使得该磷光体发光；以及 光处理系统布置为处理该磷光体发出并由该光波导管传播的光以确定该磷光体的温 度，该温度对应该尖端的温度。
5. 根据权利要求3所述的温度探针，其中 该发光材料是黑体材料；以及光处理系统布置为处理该黑体材料发出并由该光波导管传播的光以确定该黑体材料 的温度，该温度对应该尖端的温度。
6. 根据权利要求1所述的温度探针，其中 该外壳的第二部分的长度从该第一端至该第二端；该至少一个开口配置为热量在该第一端和第二端之间以回转模式传导，该回转模式的 长度超过该第二部分的长度，每个开口的宽度大约0. lmm至大约0. 5mm ;形成各个一个或多个开口的该第二部分的材料宽度大约0. 3mm至大约2. 5mm ; 该第二部分的壁的厚度大约0. 5mm至大约2mm ;以及该外壳的第二部分弹性偏转该尖端。
7. 根据权利要求1所述的温度探针，其中整个外壳由聚合材料组成。
8. 根据权利要求1所述的温度探针，其中整个外壳由金属组成。
9. 根据权利要求1所述的温度探针，其中 该孔的第一段具有第一直径；该孔的第二段具有大于该第一直径的第二直径；以及 该外壳的第一部分包括带有外螺纹的基底。
10. —种用于在等离子处理室中支撑半导体基片的基片支撑件，该基片支撑件包括 金属基底，包括孔；该基底上的加热器层；该加热器层上的目标层，该目标层包括适于支撑该半导体基片的第一表面和第二表面；以及根据权利要求1所述的温度探针，位于该基底的该孔内，该尖端与该目标层的该第二 表面接触，该温度探针适于确定该目标层的温度。
11. 根据权利要求10所述的基片支撑件，其中该传感器与该尖端实体接触。
12. 根据权利要求10所述的基片支撑件，其中 在该尖端上提供发光材料；该传感器包括位于该外壳的该孔中的光波导管，该光波导管包括与该发光材料隔开并 面向该发光材料的末端，该光波导管适于传播由该发光材料发出的光；光源布置为发射光，这个光由该光波导管传播并照射该发光材料以使得该发光材料发 射光，该光由该光波导管传播；以及光处理系统布置为处理该发光材料发出并由该光波导管传播的光以确定该发光材料 的温度，该温度对应该尖端的温度。
13. 根据权利要求IO所述的基片支撑件，其中 整个外壳由聚合材料组成； 该第二部分的壁的厚度大约0. 5mm至大约2mm ;该至少一个开口配置为热量在该第二部分的该第一端和第二端之间以回转模式传导， 该回转模式的长度超过该第二部分的长度，每个开口的宽度大约0. lmm至大约0. 5mm ; 形成各个一个或多个开口的该第二部分的材料宽度大约0. 3mm至大约2. 5mm ;以及 该外壳的第二部分以自对准的方式将该尖端弹性偏转抵靠该目标层的第二表面。
14. 根据权利要求IO所述的基片支撑件，其中 该基底适于与温度受控液体源流体连通，用以控制该基底的温度； 该外壳的第一部分包括具有外螺纹的基底；以及 该基底包括内螺纹，其啮合该外壳的基底的外螺纹。
15. —种用于测量物体温度的温度探针，包括外壳，包括第一部分、第二部分和孔，该孔包括延伸穿过该第一部分的第一段和延伸穿 过该第二部分的第二段，整个外壳由同样的材料组成，该孔的第一段具有大于该第二段的 直径，该外壳的第二部分包括邻近该第一部分的第一端、第二端、包括形成该第二段的外表 面和内表面的壁以及至少一个延伸穿过该壁的开口，该开口配置为热量在该第二部分的该 第一端和第二端之间以回转模式传导，该回转模式的长度超过该第二部分的长度；尖端，安装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温度的该物体的表面；以及传感器，位于该孔内并适于测量该尖端的温度；其中该第二部分(i)具有有效将该尖端与该第一部分隔热的热阻和(ii)弹性偏转该 尖端。
16. 根据权利要求15所述的温度探针，其中该传感器与该尖端实体接触。
17. 根据权利要求15所述的温度探针，其中 在该尖端上提供发光材料；该传感器包括位于该外壳的该孔中的光波导管，该光波导管包括与该发光材料隔开并 面向该发光材料的末端，该光波导管适于传播由该发光材料发出的光；光源布置为发射光进入该光波导管以照射该发光材料并使得该发光材料发射光；以及光处理系统布置为处理该发光材料发出并由该光波导管传播的光以确定该发光材料 的温度，该温度对应该尖端的温度。
18. 根据权利要求15所述的温度探针，其中 该外壳的第二部分的长度从该第一端至该第二端； 每个开口宽度大约0. lmm至大约0. 5mm ;形成各个一个或多个开口的该第二部分的材料宽度大约0. 3mm至大约2. 5mm ;以及 该外壳的该第二部分的壁的厚度大约0. 5mm至大约2mm。
19. 一种用于在等离子处理室中支撑半导体基片的基片支撑件，该基片支撑件包括 基底，包括孔；该基底上的加热器层；该加热器层上的目标层，该目标层包括适于支撑该半导体基片的第一表面和第二表 面；以及根据权利要求15所述的温度探针，其位于该基底的该孔内，该尖端与该目标层的该第 二表面接触，该温度探针适于确定该目标层的温度。
20. —种用于测量物体温度的温度探针，包括整体外壳，包括第一和第二部分以及延伸穿过该第一部分和该第二部分的纵向孔，该 外壳的第二部分包括邻近该第一部分的第一端、第二端、包括形成该纵向孔一部分的外表 面和内表面的壁和至少一个延伸穿过该壁的开口 ，该开口配置为热量在该第二部分的该第 一端和第二端之间以回转模式传导，该回转模式的长度超过该第二部分的长度；尖端，安装在该第二部分的第二端，该尖端适于接触待测量温度的物体的表面，其中该 第二部分有效将该尖端弹性偏转抵靠该表面；以及传感器，位于该孔内并适于测量该尖端的温度。
全文摘要
公开用于测量物体温度的温度探针。该温度探针包括外壳和与该外壳末端热接触的尖端。该尖端适于接触待由该温度探针测量温度的物体的表面。该外壳与该尖端接触的部分具有有效将该尖端与邻近的外壳部分隔热的高热阻。传感器位于该外壳里面并适于测量该尖端温度。
文档编号G01K11/00GK101755196SQ200880025025
公开日2010年6月23日 申请日期2008年7月11日 优先权日2007年7月19日
发明者基思·科门丹特 申请人:朗姆研究公司