TWI750688B - 光源檢測設備 - Google Patents

Abstract

一種光源檢測設備包含多個光纖、感光模組以及處理模組。每一個光纖經入光端接收來自每一個光源之一光線並輸出至出光端。感光模組包含一電路板、多個感光元件、一擋光結構、以及一轉換電路。每一個感光元件接收來自每一個出光端的光線並產生對應的一光訊號。擋光結構位於多個感光元件之周圍且連接於每一個光纖之出光端。轉換電路接收光訊並產生對應的電訊號。處理模組比較電訊號與一預設值，並計算出對應於每一個光源之光強度變化值。

Description

光源檢測設備

本發明是有關一種光源檢測設備，特別是一種適於即時監測腔體內光源的光源檢測設備。

在一些半導體製程中，晶圓或工件(workpiece)可以先通過預熱步驟至特定工作條件，再實施離子佈植製程，亦可在完成低溫製程後，通過加熱步驟以回復常溫。一般而言，在上述加熱方式中，可透過腔體內部的光源點亮後溫度高達攝氏一千度以上，朝向工件照射發熱來實現升溫機制，亦即驅動腔體內光源作為發熱源，提供熱能以改變腔體內溫度，以符合特定製程所需求溫度條件。通常在長時間使用下，光源可能衰減而影響加熱效能，需要定期檢測。

然而，發明人認識到，腔體運作下可能處於低壓或真空環境，如欲檢測光源，則須等待機台停止運作後，額外架設量測儀器進行檢測或校正，結束後再移除量測儀器，耗時費力，因而有所不便。有鑑於此，本發明之一些實施例提供一種光源檢測設備，適於即時監測腔體內(In situ)光源性能。

依據本發明一些實施例，一種光源檢測設備適於監測位於一腔體內之多個光源，其中腔體之一蓋板具有面向多個光源之多個通孔。光源檢測設備包含多個光纖、感光模組以及處理模組。每一個光纖具有一入光端及一出光端。其中每一個入光端分別耦合於每一個通孔。每一個光纖用於經入光端接收來自每一個光源之一光線並輸出至出光端。感光模組包含一電路板、多個感光元件、一擋光結構、以及一轉換電路。其中多個感光元件位於電路板之一上表面且呈陣列排列。每一個感光元件用於接收來自每一個出光端的光線並產生對應的一光訊號。擋光結構位於多個感光元件之周圍且連接於每一個出光端。轉換電路電性連接多個感光元件。轉換電路用於接收每一個光訊號並產生對應的一電訊號。處理模組耦接於感光模組。處理模組用於接收對應於每一個感光元件的電訊號，比較電訊號與一預設值，並計算出對應於每一個光源之一光強度變化值。

依據本發明一些實施例，其中擋光結構包含陣列排列的多個遮光壁，每一個遮光壁連接於光纖之出光端且圍繞於每一個感光元件，以構成封閉的多個容置空間。其中每一個感光元件位於每一個容置空間，且每一個遮光壁用於限制每一個容置空間中的光線逸出或限制外部的環境光線進入。

依據本發明一些實施例，光源檢測設備更包含一調光元件。調光元件耦合於每一個光纖之每一個出光端及入光端至少其中之一。調光元件用於調整光線之光強度大小。

藉此，依據一些實施例，光源檢測設備利用位於多個感光元件周圍的擋光結構，分別連接於每一個光纖之出光端與每一個感光元件，有效阻擋各個光纖所導引之光線誤入射至其他光纖及相鄰的感光元件，避免各個光纖內的光線逸出而干擾相鄰的感光元件，並阻擋外部環境光線入射至各個感光元件而產生雜訊，藉此實現微型化尺度的陣列感光元件集成供接收對應多個光纖所傳輸之各個光源光線。隨後，處理模組接收對應於各個感光元件的電訊號，據以計算出對應於各個光源之光強度變化值，以供即時監測各個光源衰減程度，俾利即時校正，或直接替換其中一個失效光源而無需更換整組光源。在一些實施例中，擋光結構包含陣列排列的多個遮光壁，構成封閉的多個容置空間，助於提升遮光效果。在一些實施例中，光源檢測設備更包含一調光元件，調光元件用於調整光線之光強度大小，使調整後之光強度落於感光元件之感光工作區間，改善光線太弱無法感測或太強導致過度曝光等問題。

以下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

以下將詳述本發明之各實施例，並配合圖式作為例示。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的瞭解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下仍可實施。圖式中相同或類似之元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，圖式僅為示意之用，並非代表元件實際之尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求圖式之簡潔。

圖1為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之功能方塊圖。圖2為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之立體示意圖。圖3為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之側視示意圖。圖4為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。

請一併參照圖1至圖4，依據本發明一些實施例，一種光源檢測設備包含多個光纖1、感光模組2以及處理模組3。

在一些實施例中，光源檢測設備適於監測位於一腔體9內之多個光源H，其中腔體9之一蓋板90具有面向多個光源H之多個通孔900。舉例而言，腔體9可以是但不限於反應室、負載鎖定室及預熱站，但不限於此。多個光源H設於腔體9的上方且靠近蓋板90，適於向腔體內的晶圓或工件透過熱輻射機制發射光線L以提供熱能及/或光能。在一些實施例中，光源H可發射的光波長範圍介於400 nm至1700 nm，自可見光到遠紅外光之間的光譜均可廣泛應用於所需製程，其中，光波長的定義可以是但不限於波峰波長、半高寬波長或均值波長等。

每一個光纖1具有一入光端10及一出光端12。其中每一個光纖1的入光端10分別耦合於蓋板90的每一個通孔900，且每一通孔900對應於每一個光源H，因此，每一個光源H所發射之光線L可透過每一個通孔900及光纖1而被導引至腔體9外部。具體而言，每一個光纖1經由入光端10接收來自每一個光源H所發射之光線L，且光纖1內部導引光線L傳遞至出光端12，並自出光端12輸出光線L至感光模組2。藉此，每一個光源H在腔體9內所發射光線L透過對應的每一個光纖1導引至腔體9外，以供外部的感光模組2進行感測。在一些實施例中，光纖1的材質包含但不限於：玻璃、壓克力、多晶矽、樹酯及橡膠等光波導材質。

感光模組2包含一電路板20、多個感光元件22、一擋光結構24、以及一轉換電路26。多個感光元件22位於電路板20之一上表面200，且多個感光元件22呈陣列排列而集成於電路板20。擋光結構24位於多個感光元件22之周圍，且擋光結構24連接於每一個光纖1之出光端12，有效阻擋各個光纖1所導引之光線L誤入射至其他光纖1及相鄰的感光元件22，避免各個光纖1內的光線L逸出而干擾相鄰的感光元件22，並阻擋外部環境光線入射至各個感光元件22而產生雜訊，藉此實現微型化尺度的陣列感光元件22集成，供接收對應多個光纖1所傳輸之各個光源H的光線L。其中，每一個感光元件22接收來自每一個光纖1之出光端12的光線L，並產生對應的一光訊號S1。

轉換電路26電性連接多個感光元件22。轉換電路26接收每一個光訊號S1，並產生對應的一電訊號S2。在一些實施例中，感光元件22可為但不限於互補式金屬氧化物半導體（CMOS）。在一示範例中，感光元件22的感光範圍包含但不限於可見光至遠紅外光波長範圍。

處理模組3耦接於感光模組2。處理模組3接收對應於每一個感光元件22的電訊號S2，比較電訊號S2與一預設值，並計算出對應於每一個光源H之一光強度變化值。舉例而言，該預設值可以是但不限於由初次量測特定光源H的初始光強度值所決定，亦即，將初始光強度定為100%。依據上述控管機制，處理模組3接收對應於各個感光元件22的電訊號S2，據以計算出對應於各個光源H之光強度變化值，以供即時監測各個光源H衰減程度，俾利即時校正，或直接替換其中一個失效光源而無需更換全部光源，適於即時監測腔體內(In situ)光源性能，且具有諸多優點及功效如上所述。

在一些實施例中，處理模組3依據電訊號S2所計算出光強度變化值大於一警示閥值時，則處理模組3可發出一警示訊息，例如：光強度衰減值超過初始光強度的20%時，即產生警示訊息，藉以提示特定光源H的發光特性已超出管制區間，需要校正或替換。

在一些實施例中，處理模組3包含一運算單元30以及一輸入輸出控制器(I/O controller)32。輸入輸出控制器32電性連接運算單元30，且輸入輸出控制器32將電訊號S2轉換為數位格式，並輸出經轉換後之電訊號S2至運算單元30進行比較並計算出光強度變化值。在一示範例中，運算單元30可由一個或多個諸如微處理器、微控制器、數位信號處理器、微型計算機、中央處理器、場編程閘陣列、可編程邏輯設備、狀態器、邏輯電路、類比電路、數位電路和/或任何基於操作指令操作信號（類比和/或數位）的處理元件來實現。

在一些實施例中，擋光結構24是陣列排列的多個遮光壁，對應於陣列排列的感光元件22。具體而言，每一個遮光壁連接於光纖1之出光端12且圍繞於每一個感光元件22，從而構成封閉的多個容置空間，以供每一個感光元件22容設於每一個容置空間。藉此，每一個遮光壁限制每一個容置空間中的光線L逸出或限制外部的環境光線進入。

圖5為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。圖6為依據本發明一些實施例之擋光結構24之局部立體分解示意圖。

請一併參照圖5及圖6，在一些實施例中，每一個遮光壁為一環型套筒240，亦即，擋光結構24是陣列排列的多個環型套筒240。每一個環型套筒240包含一頂面2400、一底面2404以及一外側面2406，其中頂面2400和一底面2404彼此相對配置，外側面2406分別連接於頂面2400和一底面2404，頂面2400具有朝向底面2404方向往內凹的一凹槽2402，且頂面2400具有朝向底面2404方向的一底貫孔2408，底貫孔2408分別向上、下連通於凹槽2402及底面2404。

在一些實施例中，擋光結構24更包含多個環型墊片(O-ring)242。每一個環型墊片242位於每一個光纖1與每一個感光元件22之間，有助於限制每一個容置空間中的光線L逸出或限制外部的環境光線進入。

在一些實施例中，擋光結構24更包含縱向的多個鎖固件244，每一鎖固件244穿設於每一個底貫孔2408且連接於電路板20。藉此，擋光結構24更穩定固接於電路板20上，有助於限制每一個容置空間中的光線L逸出或限制外部的環境光線進入。在一示範例中，擋光結構24是陣列排列的多個環型套筒240，擋光結構24更包含橫向的多個鎖固件246，每一鎖固件246穿設於可相對開闔的環型套筒240，如圖6所示，有助於更緊密地固持環型套筒240。依據上述橫向及縱向的多個鎖固件244、246，環型套筒240更穩定固接於電路板20上，且有利於限制每一個容置空間中的光線L逸出或限制外部的環境光線進入。

在一些實施例中，光源檢測設備更包含至少一調光元件4。請參照圖7，在本實施例中，調光元件4耦合於每一個光纖1之每一個出光端12及入光端10至少其中之一。調光元件4用於調整光線L之光強度大小。舉例而言，調光元件4可為減光鏡(Neutral Density Filter)，藉此減弱光線L之光強度，或調光元件4可為聚光透鏡(Focal Lens)，藉此增加光線L之光強度。整體而言，光源檢測設備通過調光元件4調整光線L之光強度，使調整後之光強度落於感光元件22之可工作區間，有效改善光線L之光強度太弱無法感測或太強導致過度曝光等問題。在其他實施例中，調光元件4的數量為多個，每一個調光元件4分別容設於封閉的多個容置空間中且位於每一個感光元件22的上方。

在一些實施例中，每一個光纖1貫穿蓋板90的每一個通孔900，每一個光纖1的入光端10伸入且位於腔體9內，並面向每一個光源H，如圖3所例示。

另一方面，請參照圖8，在一些實施例中，蓋板90的多個通孔900包含多個透光窗92。多個透光窗92位於多個通孔900內，且多個光纖1位於腔體9外且耦合於多個透光窗92。依據此結構，組設或更換光纖1時，可無需顧慮腔體9內部運作情況，例如無需破真空即可施作，且亦可避免腔體9潔淨度及/或真空度受外部的光纖1等元件影響，具有諸多優點。

請參照圖9，在一些實施例中，光源檢測設備更包含多個耦合元件5。耦合元件5耦合於多個光纖1之多個入光端10，且面向每一個光源H，藉以將光源H所發射之光線L耦合引入光纖1。舉例而言，耦合元件5包含但不限於準直透鏡及聚光透鏡。

在一些實施例中，腔體9另具有多個擋板94。多個擋板94位於蓋板90下表面，其中多個擋板94的高度大於光源H的直徑，且多個擋板94與蓋板90下表面間形成多個區域，供收容多個光源H。藉此，有助於限制不同光源H所發射之光線L相互干涉或進入相鄰的通孔900，導致影響後續量測準確度。

綜合上述，依據一些實施例，光源檢測設備利用位於多個感光元件周圍的擋光結構，分別連接於每一個光纖之出光端與每一個感光元件，有效阻擋各個光纖所導引之光線誤入射至其他光纖及相鄰的感光元件，避免各個光纖內的光線逸出而干擾相鄰的感光元件，並阻擋外部環境光線入射至各個感光元件而產生雜訊，藉此實現微型化尺度的陣列感光元件集成供接收對應多個光纖所傳輸之各個光源光線。又處理模組接收對應於各個感光元件的電訊號，據以計算出對應於各個光源之光強度變化值，以供即時監測各個光源衰減程度，俾利即時校正，或直接替換其中一個失效光源而無需更換整組光源，適於非接觸式即時監測腔體內光源。在一些實施例中，擋光結構包含陣列排列的多個遮光壁，構成封閉的多個容置空間，助於提升遮光效果。在一些實施例中，光源檢測設備更包含一調光元件，調光元件用於調整光線之光強度大小，使調整後之光強度落於感光元件之感光工作區間，改善光線太弱無法感測或太強導致過度曝光等問題。

以上所述之實施例僅是為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

L:光線 H:光源 S1:光訊號 S2:電訊號 1:光纖 10:入光端 12:出光端 2:感光模組 20:電路板 200:上表面 22:感光元件 24:擋光結構 240:環型套筒 2400:頂面 2402:凹槽 2404:底面 2406:外側面 2408:底貫孔 242:環型墊片 244:鎖固件 246:鎖固件 26:轉換電路 3:處理模組 30:運算單元 32:輸入輸出控制器 4:調光元件 5:耦合元件 9:腔體 90:蓋板 900:通孔 92:透光窗 94:擋板

[圖1]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之功能方塊圖。 [圖2]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之立體示意圖。 [圖3]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之側視示意圖。 [圖4]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。 [圖5]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。 [圖6]為依據本發明一些實施例之擋光結構之局部立體分解示意圖。 [圖7]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。 [圖8]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。 [圖9]為依據本發明一些實施例之光源檢測設備之局部剖視示意圖。

L:光線 S1:光訊號 S2:電訊號 2:感光模組 22:感光元件 26:轉換電路 3:處理模組 30:運算單元 32:輸入輸出控制器

Claims (12)

1. 一種光源檢測設備，適於監測位於一腔體內之多個光源，其中該腔體之一蓋板具有面向該多個光源之多個通孔，每一個該通孔分別對應於一個該光源，且該腔體另具有多個擋板，每一該擋板位於該蓋板的下表面，每一該檔板的高度大於每一該光源的直徑，該多個檔板與該蓋板的下表面間形成多個區域，每一該區域分別收容一個該光源，該光源檢測設備包含：多個光纖，每一該光纖具有一入光端及一出光端，其中每一該入光端分別耦合於每一該通孔，每一該光纖用於經該入光端接收來自每一該光源之一光線並輸出至該出光端；一感光模組，包含一電路板、多個感光元件、一擋光結構、以及一轉換電路，其中該多個感光元件位於該電路板之一上表面且呈陣列排列，每一該感光元件用於接收來自每一該出光端的該光線並產生對應的一光訊號，該擋光結構位於該多個感光元件之周圍且連接於每一該出光端，該轉換電路電性連接該多個感光元件，該轉換電路用於接收每一該光訊號並產生對應的一電訊號；以及一處理模組，耦接於該感光模組，用於接收對應於每一該感光元件的該電訊號，比較該電訊號與一預設值，並計算出對應於每一該光源之一光強度變化值。
2. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中該擋光結構包含陣列排列的多個遮光壁，每一該遮光壁連接於該光纖之該出光端且圍繞於每一該感光元件，以構成封閉的多個容置空間，其中每一該感光元件位於每 一該容置空間，且每一該遮光壁用於限制每一該容置空間中的該光線逸出或限制外部的環境光線進入。
3. 如請求項2所述之光源檢測設備，其中該遮光壁為一環型套筒，該環型套筒包含一頂面、自該頂面內凹的一凹槽、相對於該頂面的一底面、與該頂面及該底面相連接之一外側面、以及與該凹槽及該底面相連通的一底貫孔，其中該擋光結構更包含多個鎖固件，每一該鎖固件穿設於每一該底貫孔且連接於該電路板。
4. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中該擋光結構更包含多個環型墊片，且每一該環型墊片於每一該光纖與每一該感光元件之間。
5. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中每一該光纖貫穿該蓋板的每一該通孔，每一該入光端位於該腔體內且面向每一該光源。
6. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中該蓋板包含位於該多個通孔內之多個透光窗，該多個光纖位於該腔體外且耦合於該多個透光窗。
7. 如請求項1所述之光源檢測設備，更包含：多個耦合元件，耦合於多個光纖之多個入光端。
8. 如請求項7所述之光源檢測設備，其中該耦合元件包含準直透鏡及聚光透鏡。
9. 如請求項1所述之光源檢測設備，更包含：至少一調光元件，耦合於每一該光纖之每一該出光端及該入光端至少其中之一，該調光元件用於調整該光線之光強度大小。
10. 如請求項9所述之光源檢測設備，其中該調光元件包含減光鏡及聚光透鏡。
11. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中該處理模組更比較該光強度變化值與一管控閥值，並選擇性輸出一警示訊號。
12. 如請求項1所述之光源檢測設備，其中該處理模組更包含電性連接之一運算單元以及一輸入輸出控制器，其中該輸入輸出控制器將每一該電訊號轉換為數位格式，並輸出至該運算單元進行比較。

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