(57)【要約】【課題】セラミック部材の中に配置されたワイヤが、セラミック部材の長手方向の伸長に対してさらに長手方向に伸びるのを可能にする熱電温度計を提供すること。【解決手段】熱電温度計は異なる金属からなる一対のワイヤを収容するように構成される支持チューブを有する。熱電温度計の一対のワイヤは支持チューブの一端に隣接する接続部に接続される。熱電温度計はさらに支持チューブの他端に取り付けられるキャップを備え、そのキャップは一対のワイヤの自由端を収容する。キャップは、一対のワイヤが、支持チューブの熱伸縮に対する一対のワイヤの熱伸縮の相違に適合するために前記キャップを通して自由に移動することを可能にする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端部、第２の端部、及び長手方向軸を有する支持チューブであって、前記支持チューブは、前記第１の端部と前記第２の端部との間に伸びる一対の孔を備える支持チューブと、
前記支持チューブの少なくとも一部の周囲に配置される覆いと、
前記孔の一方の中に配置される第１のワイヤと、
前記孔の他方の中に配置される第２のワイヤであって、前記第２のワイヤは前記第１のワイヤと異なる金属で形成される第２のワイヤと、
前記第１のワイヤの端部と前記第２のワイヤの端部との間に形成される接続部であって、前記接続部は前記支持チューブの前記第１の端部に隣接して配置される接続部と、
前記支持チューブの前記第２の端部に動作可能に取り付けられるキャップであって、前記キャップは、前記支持チューブの前記第２の端部を収容するための第１の孔と、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤが伸びる第２の孔とを有し、前記キャップはさらに、前記第１の孔と前記第２の孔との間に形成されるウェブを備え、前記ウェブは、前記第１のワイヤを収容するための第１のアパーチャと、前記第２のワイヤを収容するための第２のアパーチャとを備え、前記アパーチャは、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤが、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの熱伸縮に応じて前記アパーチャを通して自由にスライドできる大きさである、キャップと、
を備える熱電温度計。
【請求項２】
前記キャップから伸びる前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤの一部から形成されるループをさらに備える、請求項１に記載の熱電温度計。
【請求項３】
前記ループの一部の周りにバンドを適用して、前記ループの所定の曲率半径を維持する、請求項２に記載の熱電温度計。
【請求項４】
前記ループは約５ｍｍの曲率半径を有する、請求項２に記載の熱電温度計。
【請求項５】
前記ループは約１２ｍｍの曲率半径を有する、請求項２記に載の熱電温度計。
【請求項６】
前記ループは約２ｍｍ〜約２５ｍｍの曲率半径を有する、請求項２に記載の熱電温度計。
【請求項７】
前記ループは約２ｍｍ〜１２ｍｍの間の曲率半径を有する、請求項２に記載の熱電温度計。
【請求項８】
前記ループは、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤが熱膨張する場合に増加し、前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤが熱収縮する場合に減少する曲率半径を有する、請求項２に記載の熱電温度計。
【請求項９】
前記キャップは前記支持チューブに対して実質的に固定される、請求項１に記載の熱電温度計。
【請求項１０】
前記ウェブを貫通して形成された前記第１のアパーチャ及び前記第２のアパーチャは所定の直径を有し、前記直径は前記第１のアパーチャ及び前記第２のアパーチャを通過する前記第１のワイヤ及び前記第２のワイヤのそれぞれの直径より大きい、請求項１に記載の熱電温度計。
【請求項１１】
支持チューブを貫通して伸びる一対の孔を有する支持チューブと、
異なる金属から形成される一対のワイヤであって、前記ワイヤの各々は、前記支持チューブの前記孔の異なる１つの中に配置される、一対のワイヤと、
キャップを貫通して形成される一対のアパーチャを有するキャップであって、前記アパーチャの各々は前記一対のワイヤの１つを収容し、前記キャップは前記支持チューブに固定して取り付けられ、前記アパーチャは、前記ワイヤの熱伸縮の間、前記ワイヤが前記一対のアパーチャを通して自由にスライドできる大きさであり、前記一対のワイヤをそれらの間で離間状態に維持する、キャップと、
を備える、熱電温度計。
【請求項１２】
前記キャップを貫通して形成される前記一対のアパーチャが離間しており、これにより前記一対のワイヤを離間状態に維持する、請求項１１に記載の熱電温度計。
【請求項１３】
前記一対のワイヤが、前記キャップに形成された前記アパーチャを出る場合に露出され、前記一対のワイヤが前記キャップに形成された前記一対のアパーチャを出る場合に、保護チューブが、前記露出された一対のワイヤの一部を包む、請求項１１に記載の熱電温度計。
【請求項１４】
一対のワイヤを収容するための熱電温度計の支持チューブに接続可能なキャップであって、前記キャップは、
第１の端部及び第２の端部を有する胴部と、
前記第１の端部から前記胴部に伸びる第１の孔であって、前記支持チューブは前記第１の孔に収容可能である、第１の孔と、
前記第２の端部から前記胴部に伸びる第２の孔と、
前記第１の孔及び前記第２の孔を分離するウェブと、
前記ウェブを貫通して形成される第１のアパーチャであって、前記ワイヤの一方が前記第１のアパーチャに収容可能である、第１のアパーチャと、
前記ウェブを貫通して形成される第２のアパーチャであって、前記ワイヤの他方が前記第２のアパーチャに収容可能であり、前記第２のアパーチャが前記第１のアパーチャから離間して、前記ワイヤを離間状態に維持する、第２のアパーチャと、を備え、
前記アパーチャは、前記ワイヤの熱伸縮の結果として前記ワイヤが伸縮する場合、前記ワイヤが前記アパーチャを通して自由に移動できる大きさである、キャップ。
【請求項１５】
基板を処理するための化学蒸着リアクタのための温度制御システムであって、前記温度制御システムは、
前記基板に隣接して配置される複数の温度センサと、
前記複数の温度センサの各々から温度データを受信する制御装置と、
前記基板に放射エネルギーを与えるための前記基板に隣接して配置される少なくとも１つの加熱素子と、
前記複数の温度センサの少なくとも１つによって与えられる温度データに応じて、前記少なくとも１つの加熱素子を選択的に調整する前記制御装置と、を備え、
前記複数の温度センサの少なくとも１つは熱電温度計であり、前記熱電温度計は、
異なる金属から形成される一対のワイヤと、
支持チューブを貫通して形成される２つの孔を有する支持チューブであって、前記孔の一方は前記ワイヤの一方を収容し、前記孔の他方は前記ワイヤの他方を収容する、支持チューブと、
前記支持チューブの端部に取り付けられるキャップであって、前記キャップは前記支持チューブから伸びる前記ワイヤを収容し、前記キャップは前記ワイヤを離間状態に維持し、また前記キャップは、前記ワイヤを離間状態に維持している間、前記ワイヤが前記支持チューブに対して自由に熱伸縮することを可能にする、キャップと、を備える、温度制御システム。
【請求項１６】
支持チューブの中に形成される一対の孔を有する支持チューブであって、前記支持チューブは所定の熱膨張率を有する、支持チューブと、
異なる金属から形成される一対のワイヤであって、前記ワイヤは前記支持チューブ内に離間状態に配置され、前記一対のワイヤの各々は、前記支持チューブの前記熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、それにより前記支持チューブ及び前記ワイヤが加熱又は冷却される場合、前記支持チューブに対して前記ワイヤが自由に熱伸縮する、一対のワイヤと
を備える、熱電温度計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本件特許出願は２００７年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／９４０，０１２号について、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）の下で出願日の利益を主張するもので、その出願の開示内容を参照することにより本明細書に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は温度センサ、より具体的には半導体処理装置で温度制御の正確さを向上させるために構成される温度センサに関する。
【背景技術】
【０００３】
高温半導体処理チャンバは種々の材料層を基板表面又は複数の基板表面上に堆積させるために用いられる。シリコンウェーハのような１以上の基板又はワークピースは、処理チャンバ内のワークピース支持体上に載置される。基板及びワークピース支持体の両者は所望の温度に加熱される。典型的な処理ステップでは、反応ガスが各加熱基板上に通され、これによってＣＶＤ（化学蒸着）が行われ基板表面上の反応ガス中で反応材料の薄層が堆積される。続くプロセスを通じて、これらの層は、基板サイズ及び回路の複雑性に応じて、集積回路、及び、数十から数千又はさらには数百万の集積デバイスに加工される。
【０００４】
種々のプロセスのパラメータが、高品質の最終堆積層を確実にするために注意深く制御されなければならない。そうした重要パラメータの一つのが、各プロセス段階における基板温度である。例えば、ＣＶＤの間、堆積ガスは基板上に薄層を堆積させるために特定の温度で反応する。もし温度が基板表面にわたって大きく変化すると、堆積層は一様でなくなり、最終基板表面上に使用に適さない領域を生じてしまう可能性がある。したがって、反応ガスが処理チャンバに導入される前に基板温度が安定し、所望の温度で均一にされていることが重要である。
【０００５】
同様に、他の熱処理の間に基板にわたる温度が不均一又は不安定であると、基板表面上の最終構造の均一性に影響を与える可能性がある。温度制御が重要であり得る他のプロセスとしては、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、ドライエッチング、プラズマ処理、及び高温アニールがあるがこれらに限定されない。
【０００６】
処理中の基板の近接及び直接隣接した種々の位置における温度を計測するための方法及びシステムは知られている。典型的には、処理中の基板に近接する種々の位置に熱電温度計が配置され、これらの熱電温度計は基板表面全体にわたってより均一な温度を与えることを補助するために、制御装置に動作可能に接続される。例えば、Ｖａｎ  Ｂｉｌｓｅｎによって公開された特許文献１は基板周辺の種々のポイントで温度を計測する複数の温度センサを概して教示しており、基板の前端部付近、後端部付近、側端、及び基板中心付近の基板下部に配置された熱電温度計を備える。
【０００７】
しかしながら、高温処理チャンバ内で温度計測に使用される熱電温度計は、熱電温度計で用いられるワイヤの粒子スリップにより機能しなくなることが見出された。熱電温度計は典型的に、その中に長手方向軸の孔をもつ伸長したセラミック部材を備える。一対のワイヤが孔の長さに伸びており、その中でワイヤの一端が互いに融合され、温度計測目的の基板に隣接して配置され、そのワイヤの反対側の端部は制御装置に接続されている。典型的には、温度計測端部の反対側のワイヤ端部はセラミック部材の孔から出て曲げられるか、又は圧着され、実質的に固定されてセラミック部材を囲む覆いに固定される。堆積処理工程が実施される場合、処理リアクタが加熱され、これによって熱電温度計のセラミック部材及びワイヤが加熱される。加熱された場合、ワイヤがセラミックとは異なる早さで長手方向に伸び、これによってワイヤの長手方向に応力を生じる。ワイヤの両端が実質的に固定されていることから、加熱及び冷却を繰り返した後、ワイヤ内の長手方向の応力がワイヤ内部で粒子スリップを引き起こし、熱電温度計の故障を招く。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，１２１，０６１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、セラミック部材の中に配置されたワイヤが、セラミック部材の長手方向の伸長に対してさらに長手方向に伸びるのを可能にする熱電温度計の設計が必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
内部に収容するワイヤに対する支持部材の熱膨張量の相違に適合する温度検知型熱電温度計が必要となる。本発明の一つの態様は熱電温度計を提供することである。熱電温度計は支持チューブを貫いて伸びる一対の孔を有する支持チューブを備える。熱電温度計はまた、異種金属から形成される一対のワイヤを備える。ワイヤの各々は支持チューブの異なる孔の中に配置される。熱電温度計はキャップを貫いて形成される一対のアパーチャを有するキャップをさらに備え、アパーチャの各々がワイヤの１つを収容している。そのキャップはアパーチャが孔と整合するように支持チューブに取り付けられ、そのアパーチャはワイヤの熱伸縮時にアパーチャを通して自由にワイヤがスライドするのを可能にする大きさとなっている。
【００１１】
本発明の別の態様において、熱電温度計の支持チューブに接続されるキャップが設けられる。熱電温度計は支持チューブの長さに沿って伸びる異種金属の一対のワイヤを有する支持チューブを備える。キャップは第１の端部及び第２の端部を有する胴部を備える。第１の孔が第１の端部から胴部の中に伸びており、第２の孔が第２の端部から胴部の中に伸びている。第１の孔が支持チューブを収容するように構成されている。ウェブが第１の孔と第２の孔を分離している。第１のアパーチャ及び第２のアパーチャがウェブを通して形成され、各々のアパーチャはワイヤの１つを収容するように構成されている。第１のアパーチャ及び第２のアパーチャはワイヤの間を離間状態に維持するようの所定の距離で離間している。アパーチャは、ワイヤの熱伸縮の結果としてワイヤが伸縮する場合、アパーチャを貫通して自由に移動できるような大きさとされる。
【００１２】
本発明の利点は、例示として示され、記載された以下に述べる本発明の実施形態の記載によって当業者にさらに明らかになるだろう。本発明は他の及び異なる実施形態が可能であり、その詳細は種々の観点で変更することができるということは理解されるであろう。したがって、図及び詳細な説明は例示として考慮され、限定的でない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的な化学蒸着堆積リアクタの断面図である。
【図２】温度センサ及び温度制御システムの候補位置の概略図である。
【図３】熱電温度計の実施形態である。
【図４】図３の熱電温度計の拡大分解図である。
【図５】熱電温度計を形成するワイヤの接点の拡大図である。
【図６】支持チューブの実施形態の側面図である。
【図７】図６の支持チューブの端面図である。
【図８】熱電温度計のための覆いの実施形態の側面の部分的断面図である。
【図９】図３の熱電温度計の拡大断面図である。
【図１０】熱電温度計のためのキャップの実施形態の拡大断面図であり、図１０Ａはキャップの実施形態の側面図であり、図１０Ｂは図１０Ａのキャップの別の側面図であり、図１０Ｃは図１０Ａのキャップの断面図であり、図１０Ｄは図１０Ａのキャップの端面図であり、図１０Ｅは図１０Ｄに示されるキャップの反対側の端面図である。
【図１１】図３の熱電温度計の一部分の拡大断面図である。
【図１２】図３の熱電温度計の一部分の拡大断面図である。
【図１３】図３の熱電温度計の一部分の拡大断面図である。
【図１４】図３の熱電温度計の一部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１を参照して、化学蒸着（ＣＶＤ）リアクタ１０の例示的な実施形態が示される。図示された実施形態は単一基板、水平流、冷水壁型のリアクタであり、本明細書に記載される熱電温度計技術が、他のタイプの半導体処理リアクタ及び正確な温度センサを必要とする他の装置に用いられ得ることは当業者であれば理解できる。リアクタ１０は、反応空間１４を規定する反応チャンバ１２、反応チャンバ１２の反対側に位置する加熱素子１６、及び基板支持機構１８を備える。反応チャンバ１２は、反応ガスを反応空間１４に流入させる流入口２０、並びに、反応ガス及びプロセス副産物を反応空間１４から排出させる排出口２２を有する細長い部材である。一実施形態では、反応チャンバ１２は透明の石英から形成されている。反応チャンバ１２が、その内部の堆積プロセスに対して実質的に反応しないような任意の他の材料から形成されてもよいことは当業者であれば理解できる。
【００１５】
加熱素子１６は図１に示すように、上部バンク及び下部バンクを形成する。加熱素子１６は、同じバンク内で隣接する加熱素子１６に対して離間するように配置されている。一実施形態において、上部バンクの加熱素子１６は、下部バンクの加熱素子１６に対して実質的に垂直となるよう配置されている。加熱素子１６は反応チャンバ１２の壁によって大きく吸収されることなく、反応チャンバ１２に放射エネルギーを与える。加熱素子１６は、処理中の基板、並びに基板支持機構１８の一部によって吸収される波長の放射熱を与えるように構成される。一実施形態において、複数のスポットランプ２６が、反応チャンバ１２の底壁を通して上方に伸びる冷温の支持構造に起因するヒートシンク効果を弱めるために、ウェーハ支持機構１８の下側に集中して熱を与える。
【００１６】
基板支持機構１８は図１に示すように、基板２４が載置される基板ホルダ２８、及び支持部材３０を備える。支持部材３０は、反応チャンバ１２の下壁から下がるチューブ３４を通して下方に伸びるシャフト３２に接続される。モータ（図示せず）がシャフト３２を回転させるように構成され、それによって堆積プロセスの間は基板ホルダ２８及び基板２４を同じ方法で回転させる。
【００１７】
複数の温度センサが、図１〜２に示すように、基板２４付近の種々の位置で温度を計測するために、基板２４及び基板ホルダ２８に隣接して配置される。図示された実施形態において、温度センサは、基板ホルダ２８の下面に隣接して配置された中央温度センサ３６、前端部温度センサ３８、後端部温度センサ４０及び少なくとも片側の側端部温度センサ４２を含む。前端部温度センサ３８及び後端部温度センサ４０は、反応空間１４内で反応ガスの流れＡ方向に対して基板２４の前端部及び後端部に隣接して配置される。温度センサは、そのチップのすぐ周辺の特定領域で温度を計測するように構成される。化学蒸着リアクタ１０のための温度制御システム４５は、図２に示すように、処理中に基板２４に隣接して配置される複数の温度センサ３６，３８，４０，４２を備え、この温度センサは、温度制御装置４４に動作可能に接続され、特定位置における温度データを制御装置４４に与える。制御装置４４は、基板２４に隣接して配置される少なくとも１つの加熱素子１６に動作可能に接続される。温度制御装置４４は、温度センサによって与えられるデータに対応して、加熱素子１６，２６から放出されるエネルギーを選択的に調整するように構成され、処理中の基板２４全体にわたる温度分布を実質的に均一に維持する。温度制御システム４５は、制御装置４４にデータを与えるために異なる位置に配置される温度センサを必要な数、備えてもよいことは、当業者であれば理解できる。
【００１８】
一実施形態では、温度センサ３６，３８，４０，４２のうちの少なくとも１つは、図３〜１４に図示されるような熱電温度計４６である。他の温度センサ３６，３８，４０，４２が、光高温計、熱電温度計、又は、反応チャンバ内の条件に耐えることができる任意の他の温度検知器、或はそれらの組合せで構成することができることは、当業者であれば理解できる。一実施形態では、図３〜４に示すように、熱電温度計４６は、覆い４８、支持チューブ５０、カラー５１、第１のワイヤ５２、第２のワイヤ５４、スプリング５６、保持具５８、及びプラグ６０を備える。一実施形態では、支持チューブ５０は、図６−７に図示するように、実質的に円筒形で、長手方向軸Ｂを有する細長い部材である。別の実施形態では、支持チューブ５０の断面形状は正方形である。さらに別の実施形態では、支持チューブ５０の断面形状は楕円形である。支持チューブ５０の断面形状をいかなる形状として形成してもよいことは、当業者であれば理解できる。支持チューブ５０は、周期的な温度変化及び熱電温度計４６がさらされる温度範囲に耐えるのに十分なセラミック又は任意の種類の材料から形成されてもよい。図示された熱電温度計４６は実質的に直線状であり、熱電温度計４６の計測チップ６８が所望の位置に配置され得るのに十分な任意の形状から構成されてもよいことは、当業者であれば理解できる。
【００１９】
図６に示すように、熱電温度計４６の支持チューブ５０は第１の端部６２及び反対側の第２の端部６４を備える。一実施形態では、支持チューブ５０は一対の孔６６を備え、図７の端面図に示すように、第１の端部６２から第２の端部６４に長手方向に伸びている。別の実施形態では、支持チューブ５０は、支持チューブ５０の第１の端部６２と第２の端部６４との間に少なくとも一部の距離で伸びる、２つより多い孔６６を備える。支持チューブ５０が、セラミック部材の長手方向か、又は長手方向軸に対する任意の他の角度のいずれかで、その支持チューブ５０の中に形成される任意の数の孔（ｂｏｒｅ）または穴（ｈｏｌｅ）を備えてもよいことは、当業者であれば理解できる。孔６６の一方は第１のワイヤ５２を収容し、他方は第２のワイヤ５４を収容するように適合する。孔６６はショートを避けるために、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４を分離するよう離間して配置されている。孔６６はその中に第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４を収容するサイズを有しており、ワイヤ５２，５４の外面と孔６６の内面との間に小さな隙間を設けている。一実施形態では、各孔６６の直径は約０．１６インチ（約４．１ｍｍ）である。別の実施例では、各孔６６の直径は約０．１４インチ（約３．６ｍｍ）である。孔６６は、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４を収容するのに十分な任意の直径をもつことができると同時に、ワイヤ５２，５４が熱膨張の結果として、放射状及び長手方向に伸びることができるように、ワイヤと、対応する孔の表面との間に隙間を設けている。
【００２０】
支持チューブ５０は、図４及び８に示すように、少なくとも部分的に保護覆い４８の中に配置されている。一実施形態では、覆い４８は透明な石英材料から形成されている。透明な石英材料は、加熱素子１６及びスポットランプ２６から放出される放射エネルギーの実質的に全てが、覆い４８の温度を著しく増加させることなく、その材料を通過することを実質的に可能にする。一実施形態では、覆い４８はその中に配置される支持チューブ５０と同じ一般的な断面形状を有しているが、覆い４８の内面と支持チューブ５０の外面との間に小さな隙間を設けるよう、わずかに大きくなっている。覆い４８は、その一端に計測チップ６８及び、その反対端に開口７０を備える。別の実施形態では、覆い４８は、反応チャンバ１２における化学蒸着（ＣＶＤ）処理の間、覆いの耐用期間を長くするために、窒化ケイ素（ＳｉＮ）で被覆されてもよいし、又は他の表面処理を施してもよい。さらに別の実施形態では、炭化ケイ素（ＳｉＣ）キャップのようなキャップ（図示せず）が、周囲環境とワイヤ５２，５４との間でより十分な熱移動が行われるように、覆いの計測チップ６８に施されている。
【００２１】
図３及び８に示すように、計測チップ６８は覆い４８の端部に配置されている。熱電温度計４６が中心温度センサ３６として使用される場合（図１）、計測チップ６８は基板ホルダ２８の下面に直に接して配置される。この位置で、熱電温度計４６の計測チップ６８は、そこに直に接する基板ホルダ２８の温度を計測するように構成される。覆い４８の端部では、計測チップ６８内で、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４が、図５に示すように、支持チューブ５０の第１の端部６２を超えて伸びている。第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４の露出端部は、接続部７２のビーズを形成するよう相互に融合され、これによって第１のワイヤ５２と第２のワイヤ５４との間が電気接続される。一実施形態では、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４は、接続部７２を形成するように相互に溶融される。別の実施形態では、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４は、はんだ接合によって相互に融合される。第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４は、それらの端部間を電気接続するのに十分な任意の方法において相互に融合してもよいことは、当業者であれば理解し得る。接続部７２の反対側のワイヤ５２，５４の自由端は、支持チューブ５０の第２の端部６４から伸びている。ワイヤ５２，５４はそれらの間に熱電温度計を形成するために異種金属から形成される。一実施形態では、第１のワイヤ５２はプラチナで形成され、第２のワイヤ５４はロジウム１３％を含有するプラチナ合金で形成される。ワイヤ５２，５４がそれらの間に熱電温度計を形成するのに十分な任意の異種金属から形成してもよいことは、当業者であれば理解し得る。一実施形態では、ワイヤ５２，５４の直径は約０．１０インチ（２．５ｍｍ）である。一実施形態では、ワイヤ５２，５４の直径は約０．１４インチ（３．６ｍｍ）である。ワイヤが、ＣＶＤ処理の間の周期的な温度変化、及び熱電温度計４６が露出される温度範囲に耐えるのに十分な任意の直径でもよいことは、当業者であれば理解し得る。第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４の直径が同じ直径でなくてもよいことは、当業者であれば理解し得る。
【００２２】
図１０に示すように、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４は、支持チューブ５０に形成された離間する孔６６を通して接続部７２から伸び、支持チューブ５０の第２の端部６４で孔６６から出る。支持チューブ５０の第２の端部６４は、覆い４８の開口７０を超えて外側に伸びる。図４に示すように、カラー５１が、支持チューブ５０の第２の端部６４から離間した距離で、支持チューブ５０の外面に動作可能に接続される。一実施形態では、カラー５１は、支持チューブ５０とは別個に形成され、この支持チューブ５０に後で固定して取り付けられてもよい。別の実施形態では、支持チューブ５０及びカラー５１は一部材で形成することができる。カラー５１は、バネ５６の一端が保持される接触面を有する。
【００２３】
保持具５８は図４及び９に示すように、覆い４８の開口７０内に配置される。保持具５８は、リング７４、胴部７６、並びに、リング７４及び胴部７６を長手方向に貫通するアパーチャ７８を備える。保持具５８は覆い４８の端部に隣接して配置され、アパーチャ７８内で支持チューブ５０を収納するように構成されている。一実施形態では、保持具５８は、締まりばめ、又は摩擦はめ合いにより、覆い４８の開口７０内に固定されている。保持具５８が、覆い４８に対して実質的に固定状態を維持できる任意の他の手段によっても、覆い４８に固定され得ることは当業者であれば理解し得る。保持具５８は、狭められた直径を通る覆い４８からの出口を形成しており、これによって支持チューブ５０を、覆い４８の内面に対して離間して保持している。支持チューブ５０は、その長手方向軸Ｂと実質的に平行な方向でアパーチャ７８内を自由に移動できるように保持具５８のアパーチャ７８内に配置されている。
【００２４】
図４を参照すると、バネ５６が、カラー５１と保持具５８との間の支持チューブ５０の外面周囲に位置している。バネ５６は、支持チューブ５０を覆い４８の計測チップ６８の方向に付勢するようにカラー５１にバネ力又は付勢力を与える。一実施形態では、バネ５６は、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４によって形成される接続部７２を、覆い４８の計測チップ６８と接触状態にして維持するように構成される。もし接続部７２が計測チップ６８から離れるようであれば、接続部７２が計測中の位置からより大きく離間するため、計測温度の正確さは低くなるだろう。したがって、バネ５６は、計測チップ６８と接触して接続部７２を付勢するように構成することができ、これによって、接続部７２が計測チップ６８の内面に接触するか、又はすぐ隣接して配置されることを確実にする。
【００２５】
図４及び９〜１０に示すように、支持チューブ５０の第２の端部６４は、保持具５８を貫通し、覆い４８を超えて伸びている。図示された実施形態では、キャップ１００が、支持チューブ５０に対して回転することのないように実質的に固定されて、支持チューブ５０の第２の端部６４に動作可能に取り付けられる。一実施形態では、キャップ１００は、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）プラスチックで形成される。別の実施形態では、キャップ１００は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で形成される。別の実施形態では、キャップ１００は、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）で形成される。高温装置のために、ＰＥＥＫ及びＰＥＩはより大きな耐久性を与える。キャップ１００が、大きな温度範囲に耐え、そして、覆い４８に対するねじれ運動に対抗できるのに十分な任意の材料から形成されてもよいことは当業者であれば理解できる。
【００２６】
一実施形態では、図１０Ａ〜１０Ｅに示すように、キャップ１００は細長い、一体の円筒部材であり、胴部１０１、第１の端部１０２及び第２の端部１０４を有している。別の実施形態では、キャップ１００の胴部１０１は四角の断面形状を有している。キャップ１００の胴部１０１がいかなる断面形状でもよいことは、当業者であれば理解できる。第１の端部１０２では、第１の孔１０６が胴部１０１内に形成される。第１の孔１０６は、胴部１０１の長手方向の長さの少なくとも一部に沿って第１の端部１０２から伸びている。一実施形態では、第１の孔１０６は円形である。第１の孔１０６は支持チューブ５０の第２の端部を収容するように構成されている。したがって、第１の孔１０６の形状は、支持チューブ５０の外面と実質的に同じサイズ及び形状である。第２の孔１０８は胴部１０１の第２の端部１０４に形成されている。一実施形態では、第２の孔１０８は、キャップ１００の長手方向の長さの少なくとも一部に沿って第２の端部１０４から伸びている。第２の孔１０８の断面形状は、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４が支持チューブ５０から出るときにそれらを覆うことができるものであれば円形、楕円形、四角形、又は任意の他の形状でもよい。一実施形態では、第２の孔１０８の断面形状は第１の孔１０６と同じである。別の実施形態では、第２の孔１０８の断面形状は第１の孔１０６と異なる。
【００２７】
一実施形態では、第１の孔１０６及び第２の孔１０８は、図１０Ｃに示すように、キャップ１００のそれぞれ第１の端部１０２及び第２の端部１０４から実質的に同じ距離で伸びている。第１の孔１０６及び第２の孔１０８の長さは同じでもよく、第１の孔１０６は第２の孔１０８より長くてもよく、又は第２の孔が第１の孔１０６より長くてもよいことは当業者であれば理解し得る。一実施形態では、第１の孔１０６及び第２の孔１０８のサイズ並びに形状は、どちらかの孔が支持チューブ５０の第２の端部６４を収容できるように実質的に同じであり、これによってキャップ１００が熱電温度計４６に正確に組み立てられることを確実にする。別の実施形態では、第１の孔１０６及び第２の孔１０８のサイズ並びに形状は、第１の孔１０６が支持チューブ５０の第２の端部６４を収容できる唯一の孔となるように、異なっている。
【００２８】
図１０Ｃに示すように、第１の孔１０６及び第２の孔１０８はウェブ１１０によって分離されている。ウェブ１１０はキャップ１００内の両孔１０６，１０８の基部を形成する。第１の孔１０６の基部におけるウェブ１１０表面は、支持チューブ５０の第２の端部６４の端面と実質的に同じ形状とすることができることから、その第２の端部６４の端面はウェブ１１０の対応する表面に隣接して配置される。第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４はウェブ１１０を貫通して形成される。第１のアパーチャ１１２は支持チューブ５０の第２の端部６４から伸びる第１のワイヤ５２を収容するように構成され、第２のアパーチャ１１４は支持チューブ５０の第２の端部６４から同様に伸びる第２のワイヤ５４を収容するように構成される。一実施形態では、第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４の直径は、支持チューブ５０の孔６６の直径と実質的に同じ直径である。別の実施形態では、第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４の直径は、支持チューブ５０の対応する孔６６の直径より若干大きい。アパーチャ１１２，１１４の内面とその内部に収容されたワイヤ５２，５４との間の隙間は、ワイヤ５２，５４が半径方向に伸縮し、同様に熱伸縮によってアパーチャ１１２，１１４内で長手方向に移動することを可能にする。一実施形態では、第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４の直径は約０．１０インチ（約２．５ｍｍ）以上である。別の実施形態では、第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４の直径は約０．１４インチ（約３．６ｍｍ）以上である。さらに別の実施形態では、第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４の直径は約０．１６インチ（約４．１ｍｍ）である。アパーチャ１１２，１１４の直径は、ワイヤ５２，５４の直径が熱伸縮に従って、アパーチャ内で半径方向に自由に伸縮し又は移動できるように、その内部に収容されるワイヤ５２，５４の直径より若干大きくすべきであることは、当業者であれば理解すべきである。一実施形態では、第１のアパーチャ１１２の直径は、第２のアパーチャ１１４の直径と実質的に同じである。別の実施形態では、第１のアパーチャ１１２の直径は第２のアパーチャ１１４の直径とは異なる。
【００２９】
図１０に示すように、組み立て中に第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４が支持チューブ５０の孔６６と整合されると、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４が支持チューブ５０の第２の端部６４から伸びて、実質的に直線となるようにキャップ１００のウェブ１１０を貫通するようになる。支持チューブ５０の第２の端部から伸びるワイヤ５２，５４の一部がウェブ１１０を通して引き出されると、支持チューブ５０の第２の端部６４はウェブ１１０の対応する面に接触し、これによって支持チューブ５０をキャップ１００内に確実に位置づける。組み立てに際して、支持チューブ５０の第２の端部６４とキャップ１００のウェブ１１０との間に隙間を設けてはならない。ウェブ１１０のアパーチャ１１２，１１４を支持チューブ５０の孔６６と整合させることにより、支持チューブ５０に対するキャップ１００の不整合に起因する剪断応力の可能性を大きく減じるか、又は消滅させることができる。加えて、正確に整合されたキャップ１００はワイヤ５２，５４の離間を維持し、これによりワイヤ５２，５４が相互に接触する際のショートの可能性も確実に排除する。ワイヤ５２，５４が支持チューブ５０の孔６６及びキャップ１００のウェブ１１０においてアパーチャ１１２，１１４を通して伸びることから、それらのワイヤは保護カバーなしに分離かつ露出状態を維持する。離間した孔及びアパーチャは、離間し、分離した関係にあるワイヤ５２，５４を安全に維持する。
【００３０】
図１０に示すように、一実施形態では、キャップ１００内のアパーチャ１１２，１１４を通して支持チューブ５０から伸びる第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４は、テフロン（登録商標）チューブ１１６でカバーされ、ワイヤが相互に接触し、ショートすることをさらに防止する。キャップ１００に形成される第２の孔１０８は、各ワイヤを包むテフロン（登録商標）チューブ１１６を有する第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４の両者を収容するようなサイズにされる。ワイヤ５２，５４の各々はチューブ１１６に挿入されることから、各チューブ１１６の端部はキャップ１００の第２の孔１０８内に位置している。一実施形態では、ワイヤ５２，５４をカバーする両チューブ１１６の端部は、熱電温度計４６が器具に取り付けられる前にウェブ１１０に対して接している。別の実施形態では、両チューブ１１６の端部はウェブ１１０から少し離間し、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４が組立時に伸長しないようにする。チューブ１１６は、キャップ１００とプラグ６０との間の各ワイヤ５２，５４をカバーし、このプラグ６０にワイヤ５２，５４が取り付けられる。図１０Ａ及び１０Ｅに示した実施形態では、第２の孔１０８は楕円形状とされることから、第２の孔１０８の開口は、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４を囲むチューブ１１６の対を収容するように十分大きくされ、このワイヤ５２，５４がウェブ１１０を出る際に一緒にねじれないようにしている。
【００３１】
図９〜１４は熱電温度計４６を組み立てる例示的な組立てプロセスを示している。図９〜１０はキャップ１００の第１の孔１０６に挿入される支持チューブ５０を示しており、その中でキャップ１００のウェブ１１０を貫通する第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４が支持チューブ５０の孔６６に整合されたことから、ワイヤ５２，５４が実質的に直線状の配置及び離間状態を維持する。キャップ１００内で第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４から伸びるワイヤ５２，５４はテフロン（登録商標）チューブ１１６でカバーされる。図１１は、カバーされたワイヤ５２，５４がキャップ１００の第２の孔１０８から伸びるループ１１８を形成する状態を示している。一実施形態では、ループ１１８の曲率半径は約１２ｍｍである。一実施形態では、ループ１１８の曲率半径は約２ｍｍ〜２５ｍｍである。別の実施形態では、ループ１１８の曲率半径は約２ｍｍ〜約１２ｍｍである。さらに実施形態では、ループ１１８の曲率半径は約５ｍｍである。第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４によって形成されるループ１１８は、第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４内に張力又は圧力がもたらされることなく、支持チューブ５０の対応する孔６６内でその第１のワイヤ５２及び第２のワイヤ５４が長手方向に自由に移動することができるのに十分な任意の曲率半径を有していてもよいことは、当業者であれば理解できる。
【００３２】
一実施形態では、第１の収縮スリーブ１１９が図９〜１１に示すように支持チューブ５０の周囲に配置される。支持チューブ５０がキャップ１００の第１の孔１０６に挿入され、適切に整合される場合、第１の収縮スリーブ１１９がキャップ１００の第１の端部１０２に隣接して配置される。図１２は一実施形態を示しており、第２の収縮スリーブ１２０がキャップ１００の第１の端部１０２及び第１の収縮スリーブ１１９の周囲に配置される。第１の収縮スリーブ１１９は、キャップ１００の第１の端部１０２に隣接する領域で支持チューブ５０の周囲の直径を大きくし、第２の収縮スリーブ１２０と、第１の収縮スリーブ１１９及びキャップ１００との間の接続をより強固にしている。第２の収縮スリーブ１２０は、支持チューブ５０内の孔６６と、キャップ１００のウェブ１１０内の第１のアパーチャ１１２及び第２のアパーチャ１１４との間の整合を維持するように適用される。第２の収縮スリーブ１２０は、支持チューブ５０に対してキャップ１００が回転することを防止するようにも構成される。別の実施形態では、キャップ１００は位置合わせ用戻り止め（図示せず）を備え、支持チューブ５０は位置合わせ用突起（図示せず）を備え、この突起は、支持チューブ５０に対してキャップ１００をしっかり位置決めして回転を防止するように、この位置合わせ用戻り止めに受け入れられるようになっている。さらに別の実施形態では、支持チューブ５０の第２の端部６４は（円でなく）平らにされ、キャップ内の第１の孔１０６は対応する断面領域を有し、それによって、キャップ１００が支持チューブ５０に対して回転するのを防止している。図１３に示すように、第２の収縮スリーブ１２０が接続された後、保護スリーブ１２２がキャップ１００及び支持チューブ５０の周囲に配置される。図１４は、バンド１２４が保護スリーブ１２２の周囲に動作可能に接続され、ループ１１８の一部が保護スリーブ１２２に固定される状態を示している。バンド１２４はループ１１８の所定の曲率半径を維持するために、ループ１１８の一部を固定している。組み立てられた熱電温度計４６は、その後、温度センサが必要な装置又は器具に組み込まれる。
【００３３】
動作時、覆い４８の計測チップ６８は、温度計測が求められる位置に配置される。熱電温度計の周囲温度が増減すると、支持チューブ５０及びワイヤ５２，５４が特に支持チューブ５０の長手方向軸Ｂに沿って伸縮する。一実施形態では、ワイヤ５２，５４の熱膨張率は支持チューブ５０の熱膨張率とは実質的に異なっており、長手方向のワイヤ５２，５４の熱膨張量は同方向の支持チューブ５０の熱膨張より大きい。別の実施形態では、ワイヤ５２，５４の熱膨張率は支持チューブ５０の熱膨張率と同様である。さらなる実施形態では、ワイヤ５２，５４の熱膨張率は支持チューブ５０の熱膨張率と実質的に同じである。支持チューブ５０が長手方向に膨張する場合、支持チューブ５０の第２の端部６４に取り付けられたキャップ１００は同じように移動する。キャップ１００は支持チューブ５０が長手方向軸Ｂに沿って自由に伸縮することを妨げず、これによって、支持チューブ５０の第２の端部６４が覆い４８に対して固定される場合、そうでなければ生ずるであろういかなる長手方向の負荷をも排除する。キャップ１００は支持チューブ５０から出るワイヤ５２，５４の整合をも維持することから、ワイヤ５２，５４が離間して保持され、これによりショートを防止している。
【００３４】
ワイヤ５２，５４が支持チューブ５０より大きく長手方向に伸縮する場合、ワイヤ５２，５４はキャップ１００の対応するアパーチャ１１２，１１４を通して自由にスライドし又は移動する。アパーチャ１１２，１１４は、ワイヤ５２，５４が支持チューブ５０に対して自由に伸縮することを可能にし、これによって、ワイヤの自由端が支持チューブ５０に対して包まれ又は実質的に固定される場合、そうでなければもたらされるであろうワイヤ５２，５４にかかる張力又は圧力を減少又は排除する。ワイヤ５２，５４は、アパーチャ１１２，１１４がワイヤ５２，５４の周囲にすべり嵌め又はしまり嵌めをした場合に生じる抵抗などの、アパーチャ自体による大きな抵抗がもたらされることなく、アパーチャ１１２，１１４を通して自由に移動する。アパーチャ１１２，１１４は、アパーチャの内面と、対応するワイヤの外面との間に小さな隙間を生じるような大きさにされるべきである。ワイヤ５２，５４が対応するアパーチャ１１２，１１４を通して伸縮する場合、テフロン（登録商標）チューブ１１６はワイヤ５２，５４と実質的に固定状態を維持していることから、ワイヤ５２，５４が伸長するとキャップ１００内でワイヤ５２，５４の一部が露出するようになる。キャップ１００のウェブ１１０を貫通して形成されるアパーチャ１１２，１１４の間の距離が十分な距離で離間していることから、ワイヤ５２，５４がそれらの温度増加の結果として、長手方向に熱膨張してそれらの一部が露出する場合、ワイヤ５２，５４の当該露出部が互いに接触してショートを起こさないように、十分な離間状態を維持することは当業者であれば理解できる。さらに、ループ１１８は、熱伸縮に起因するワイヤ５２，５４の熱伸縮に対応して伸縮する。したがって、ループ１１８の曲率半径は、ワイヤ５２，５４がそれらに付加的な軸方向負荷が少しもかかることなく自由に伸縮することを可能にするのに十分であるべきである。ワイヤ５２，５４がそれらの温度変化に応じて自由に伸縮できることは、そのワイヤ５２，５４の粒子スリップを生じ、その結果、早期の故障を生じさせる傾向にある軸方向負荷を減少又は排除することによって、熱電温度計４６の寿命を増加させる。
【００３５】
上に論じたように、支持チューブ５０の熱膨張率はワイヤ５２，５４の熱膨張率とは異なってもよい。加えて、支持チューブ５０はその支持チューブの外面及び端面を通して周囲環境にエネルギーを消散させ、一方でワイヤ５２，５４から消散されたエネルギーは支持チューブ５０に伝えられる。支持チューブ５０は、第１のワイヤ５２と第２のワイヤ５４との間の温度差により、それらとは異なる率で膨張することは留意されるべきである。反応チャンバ１２内で動的に温度が変化する間、支持チューブ５０は、エネルギーが支持チューブ５０とワイヤ５２，５４との間で消散する率と同様に、熱伝導率及び比熱の違いによって、その中に収容されたワイヤ５２，５４とは一般的に異なる温度になるだろう。したがって、改良された熱電温度計４２は、ワイヤ５２，５４が支持チューブ５０と独立して熱伸縮可能なことから、ワイヤ５２，５４が支持チューブ５０に対して伸縮する場合にそれらに付加的な圧力又は張力がかからない。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態を記載してきたが、本発明がそのように限定されず、本発明から逸脱されない範囲で変更され得ることは理解されるべきである。本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義され、その特許請求の範囲の意味の中で現れる全ての装置、処理及び方法は、文言通り又は等価物のいずれかにより、本明細書中に包含されることを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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