CN113758679A - 光源检测设备 - Google Patents
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Abstract
一种光源检测设备包含多个光纤、感光模块以及处理模块。每一个光纤经光输入端接收来自每一个光源的光线并输出至光输出端。感光模块包含一电路板、多个感光元件、一挡光结构、以及一转换电路。每一个感光元件接收来自每一个光输出端的光线并产生对应的一光信号。挡光结构位于多个感光元件之周围且连接于每一个光纤的光输出端。转换电路接收光信号并产生对应的电信号。处理模块比较电信号与一预设值，并计算出对应于每一个光源的光强度变化值。
Description
技术领域
本发明涉及一种光源检测设备，特别是一种适于即时监测腔体内光源的光源检测设备。
背景技术
在一些半导体工艺中，晶圆或工件(workpiece)可以先通过预热步骤至特定工作条件，再实施离子注入工艺，亦可在完成低温工艺后，通过加热步骤以回复常温。一般而言，在上述加热方式中，可透过腔体内部的光源点亮后温度高达摄氏一千度以上，朝向元件照射发热来实现升温机制，亦即驱动腔体内光源作为发热源，提供热能以改变腔体内温度，以符合特定工艺所需求温度条件。通常在长时间使用下，光源可能衰减而影响加热效能，需要定期检测。
发明内容
然而，发明人认识到，腔体运作下可能处于低压或真空环境，若想检测光源，须等待机台停止运作后，额外架设量测仪器进行检测或校正，结束后再移除量测仪器，耗时费力，因而有所不便。因此，本发明的一些实施例提供一种光源检测设备，适用于即时监测腔体内(In situ)光源性能。
依据本发明的一些实施例，一种光源检测设备适用于监测位于一腔体内的多个光源，其中腔体的一盖板具有面向多个光源的多个通孔。光源检测设备包含多个光纤、感光模块以及处理模块。每一个光纤具有一光输入端及一光输出端。其中每一个光输入端分别耦合于每一个通孔。每一个光纤用于经光输入端接收来自每一个光源的光线并输出至光输出端。感光模块包含一电路板、多个感光元件、一挡光结构、以及一转换电路。其中多个感光元件位于电路板的一上表面且呈阵列排列。每一个感光元件用于接收来自每一个光输出端的光线并产生对应的一光信号。挡光结构位于多个感光元件的周围且连接于每一个光输出端。转换电路电性连接多个感光元件。转换电路用于接收每一个光信号并产生对应的一电信号。处理模块耦接于感光模块。处理模块用于接收对应于每一个感光元件的电信号，比较电信号与一预设值，并计算出对应于每一个光源的光强度变化值。
依据本发明的一些实施例，其中挡光结构包含阵列排列的多个遮光壁，每一个遮光壁连接于光纤的光输出端且围绕于每一个感光元件，以构成封闭的多个容置空间。其中每一个感光元件位于每一个容置空间，且每一个遮光壁用于限制每一个容置空间中的光线逸出或限制外部的环境光线进入。
依据本发明的一些实施例，光源检测设备更包含一调光元件。调光元件耦合于每一个光纤的每一个光输出端及光输入端至少其中之一。调光元件用于调整光线的光强度大小。
藉此，依据一些实施例，光源检测设备利用位于多个感光元件周围的挡光结构，分别连接于每一个光纤的光输出端与每一个感光元件，有效阻挡各个光纤所导引的光线误入射至其他光纤及相邻的感光元件，避免各个光纤内的光线逸出而干扰相邻的感光元件，并阻挡外部环境光线入射至各个感光元件而产生噪声，因此实现微型化尺度的阵列感光元件集成供接收对应多个光纤所传输的各个光源光线。随后，处理模块接收对应于各个感光元件的电信号，以计算出对应于各个光源的光强度变化值，以供即时监测各个光源衰减程度，用来即时校正，或直接替换其中一个失效光源而无需更换整组光源。在一些实施例中，挡光结构包含阵列排列的多个遮光壁，构成封闭的多个容置空间，助于提升遮光效果。在一些实施例中，光源检测设备更包含一调光元件，调光元件用于调整光线的光强度大小，使调整后的光强度落在感光元件的感光工作区间内，改善光线太弱无法感测或太强导致过度曝光等问题。
以下藉由具体实施例配合所附的图示详加说明，当更容易了解本发明之目的、技术内容、特点及其所达成之功效。
附图说明
图1为依据本发明一些实施例的光源检测设备的功能方块图。
图2为依据本发明一些实施例的光源检测设备的立体示意图。
图3为依据本发明一些实施例的光源检测设备的侧视示意图。
图4为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
图5为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
图6为依据本发明一些实施例的挡光结构的局部立体分解示意图。
图7为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
图8为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
图9为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
符号说明
L:光线 H:光源
S1:光信号 S2:电信号
1:光纤 10:光输入端
12:光输出端 2:感光模块
20:电路板 200:上表面
22:感光元件 24:挡光结构
240:环型套筒 2400:顶面
2402:凹槽 2404:底面
2406:外侧面 2408:底贯孔
242:环型垫片 244、246:锁固件
26:转换电路 3:处理模块
30:运算单元 32:输入输出控制器
4:调光元件 5:耦合元件
9:腔体 90:盖板
900:通孔 92:透光窗
94:挡板
具体实施方式
以下将详述本发明的各实施例，并配合图示作为例示。在说明书的描述中，为了使读者对本发明有较完整的了解，提供了许多特定细节；然而，本发明可能在省略部分或全部特定细节的前提下仍可实施。图示中相同或类似的元件将以相同或类似符号来表示。特别注意的是，图示仅为示意之用，并非代表元件实际的尺寸或数量，有些细节可能未完全绘出，以求图示的简洁。
图1为依据本发明一些实施例的光源检测设备的功能方块图。图2为依据本发明一些实施例的光源检测设备的立体示意图。图3为依据本发明一些实施例的光源检测设备的侧视示意图。图4为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。
请一并参照图1至图4，依据本发明一些实施例，一种光源检测设备包含多个光纤1、感光模块2以及处理模块3。
在一些实施例中，光源检测设备适于监测位于一腔体9内的多个光源H，其中腔体9的一盖板90具有面向多个光源H的多个通孔900。举例而言，腔体9可以是但不限于反应室、负载锁定室及预热站，但不限于此。多个光源H设于腔体9的上方且靠近盖板90，适于向腔体内的晶圆或工件透过热辐射机制发射光线以提供热能及/或光能。在一些实施例中，光源H可发射的光波长范围介于400nm至1700nm，自可见光到远红外光之间的光谱均可广泛应用于所需工艺，其中，光波长的定义可以是但不限于波峰波长、半高宽波长或均值波长等。
每一个光纤1具有一光输入端10及一光输出端12。其中每一个光纤1的光输入端10分别耦合于盖板90的每一个通孔900，且每一通孔900对应于每一个光源H，因此，每一个光源H所发射的光线L可透过每一个通孔900及光纤1而被导引至腔体9外部。具体而言，每一个光纤1经由光输入端10接收来自每一个光源H所发射的光线L，且光纤1内部导引光线L传递至光输出端12，并自光输出端12输出光线L至感光模块2。藉此，每一个光源H在腔体9内所发射光线L透过对应的每一个光纤1导引至腔体9外，以供外部的感光模块2进行感测。在一些实施例中，光纤1的材质包含但不限于：玻璃、亚克力、多晶硅、树酯及橡胶等光波导材质。
感光模块2包含一电路板20、多个感光元件22、一挡光结构24、以及一转换电路26。多个感光元件22位于电路板20的一上表面200，且多个感光元件22呈阵列排列而集成于电路板20。挡光结构24位于多个感光元件22的周围，且挡光结构24连接于每一个光纤1的光输出端12，有效阻挡各个光纤1所导引的光线L误入射至其他光纤1及相邻的感光元件22，避免各个光纤1内的光线逸出而干扰相邻的感光元件22，并阻挡外部环境光线入射至各个感光元件22而产生噪声，藉此实现微型化尺度的阵列感光元件22集成，供接收对应多个光纤1所传输的各个光源H的光线L。其中，每一个感光元件22接收来自每一个光纤1的光输出端12的光线L，并产生对应的一光信号S1。
转换电路26电性连接多个感光元件22。转换电路26接收每一个光信号S1，并产生对应的一电信号S2。在一些实施例中，感光元件22可为但不限于互补式金属氧化物半导体(CMOS)。在一示范例中，感光元件22的感光范围包含但不限于可见光至远红外光波长范围。
处理模块3耦接于感光模块2。处理模块3接收对应于每一个感光元件22的电信号S2，比较电信号S2与一预设值，并计算出对应于每一个光源H的光强度变化值。举例而言，所述预设值可以是但不限于由初次量测特定光源H的初始光强度值所决定，亦即，将初始光强度定为100％。依据上述控管机制，处理模块3接收对应于各个感光元件22的电信号S2，据以计算出对应于各个光源H的光强度变化值，以供即时监测各个光源H衰减程度，从而即时校正，或直接替换其中一个失效光源而无需更换全部光源，适用于即时监测腔体内(In situ)光源性能，且具有诸多优点及功效如上所述。
在一些实施例中，处理模块3依据电信号S2所计算出光强度变化值大于一警示阀值时，则处理模块3可发出一警示信号，例如：光强度衰减值超过初始光强度的20％时，即产生警示信号，以提示特定光源H的发光特性已超出管制区间，需要校正或替换。
在一些实施例中，处理模块3包含一运算单元30以及一输入输出控制器(I/Ocontroller)32。输出控制器32电性连接运算单元30，且输出控制器32将电信号S2转换为数字格式，并输出经转换后的电信号S2至运算单元30进行比较并计算出光强度变化值。在一示范例中，运算单元30可由一个或多个诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器、微型计算机、中央处理器、现场可编程门阵列、可编程逻辑设备、状态器、逻辑电路、模拟电路、数字电路和/或任何基于操作指令操作信号(模拟和/或数字)的处理元件来实现。
在一些实施例中，挡光结构24是阵列排列的多个遮光壁，对应于阵列排列的感光元件22。具体而言，每一个遮光壁连接于光纤1的光输出端12且围绕于每一个感光元件22，从而构成封闭的多个容置空间，以供每一个感光元件22容设于每一个容置空间。以此，每一个遮光壁限制每一个容置空间中的光线L逸出或限制外部的环境光线进入。
图5为依据本发明一些实施例的光源检测设备的局部剖视示意图。图6为依据本发明一些实施例的挡光结构24的局部立体分解示意图。
请一并参照图5及图6，在一些实施例中，每一个遮光壁为一环型套筒240，亦即，挡光结构24是阵列排列的多个环型套筒240。每一个环形套筒240包含一顶面2400、一底面2404以及一外侧面2406，其中顶面2400和一底面2404彼此相对配置，外侧面2406分别连接于顶面2400和一底面2404，顶面2400具有朝向底面2404方向往内凹的一凹槽2402，且顶面2400具有朝向底面2404方向的一底贯孔2408，底贯孔2408分别向上、下连通于凹槽2402及底面2404。
在一些实施例中，挡光结构24更包含多个环型垫片(O-ring)242。每一个环型垫片242位于每一个光纤1与每一个感光元件22之间，有助于限制每一个容置空间中的光线L逸出或限制外部的环境光线进入。
在一些实施例中，挡光结构24更包含纵向的多个锁固件244，每一锁固件244穿设于每一个底贯孔2408且连接于电路板20。藉此，挡光结构24更稳定固接于电路板20上，有助于限制每一个容置空间中的光线L逸出或限制外部的环境光线进入。在一示范例中，挡光结构24是阵列排列的多个环型套筒240，挡光结构24更包含横向的多个锁固件246，每一锁固件246穿设于可相对开阖的环型套筒240，如图6所示，有助于更紧密地固持环形套筒240。依据上述横向及纵向的多个锁固件244、246，环形套筒240更稳定固接于电路板20上，且有利于限制每一个容置空间中的光线L逸出或限制外部的环境光线进入。
在一些实施例中，光源检测设备更包含至少一调光元件4。请参照图7，在本实施例中，调光元件4耦合于每一个光纤1的每一个光输出端12及光输入端10至少其中之一。调光元件4用于调整光线L的光强度大小。举例而言，调光元件4可为减光镜(Neutral DensityFilter)，用以减弱光线L的光强度，或调光元件4可为聚光透镜(Focal Lens)，用以增加光线L的光强度。整体而言，光源检测设备通过调光元件4调整光线L的光强度，使调整后的光强度落于感光元件22的可工作区间，有效改善光线L的光强度太弱无法感测或太强导致过度曝光等问题。在其他实施例中，调光元件4的数量为多个，每一个调光元件4分别容设于封闭的多个容置空间中且位于每一个感光元件22的上方。
在一些实施例中，每一个光纤1贯穿盖板90的每一个通孔900，每一个光纤1的光输入端10伸入且位于腔体9内，并面向每一个光源H，如图3所例示。
另一方面，请参照图8，在一些实施例中，盖板90的多个通孔900包含多个透光窗92。多个透光窗92位于多个通孔900内，且多个光纤1位于腔体9外且耦合于多个透光窗92。依据此结构，组设或更换光纤1时，可无需顾虑腔体9内部运作情况，例如无需破真空即可操作，且亦可避免腔体9洁净度及/或真空度受外部的光纤1等元件影响，具有诸多优点。
请参照图9，在一些实施例中，光源检测设备更包含多个耦合元件5。耦合元件5耦合于多个光纤1的多个光输入端10，且面向每一个光源H，用以将光源H所发射的光线L耦合引入光纤1。举例而言，耦合元件5包含但不限于准直透镜及聚光透镜。
在一些实施例中，腔体9另具有多个挡板94。多个挡板94位于盖板90下表面，其中多个挡板94的高度大于光源H的直径，且多个挡板94与盖板90下表面间形成多个区域，以收容多个光源H。以此有助于限制不同光源H所发射的光线L相互干涉或进入相邻的通孔900，导致影响后续测量准确度。
综合上述，依据一些实施例，光源检测设备利用位于多个感光元件周围的挡光结构，分别连接于每一个光纤的光输出端与每一个感光元件，有效阻挡各个光纤所导引的光线误入射至其他光纤及相邻的感光元件，避免各个光纤内的光线逸出而干扰相邻的感光元件，并阻挡外部环境光线入射至各个感光元件而产生噪声，以此实现微型化尺度的阵列感光元件集成供接收对应多个光纤所传输的各个光源光线。处理模块接收对应于各个感光元件的电信号，据以计算出对应于各个光源的光强度变化值，以供即时监测各个光源衰减程度，以即时校正，或直接替换其中一个失效光源而无需更换整组光源，适用于非接触式即时监测腔体内光源。在一些实施例中，挡光结构包含阵列排列的多个遮光壁，构成封闭的多个容置空间，助于提升遮光效果。在一些实施例中，光源检测设备还包含一调光元件，调光元件用于调整光线的光强度大小，使调整后之光强度落在感光元件的感光工作区间内，改善光线太弱无法感测或太强导致过度曝光等问题。
以上所述的实施例仅是为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明之内容并据以实施，当不能以此限定本发明的专利范围，即但凡依本发明所揭示之精神所作的各种变化或修饰，仍应涵盖在本发明之专利范围内。
Claims (12)
1.一种光源检测设备，适于监测位于一腔体内的多个光源，其中所述腔体的盖板具有面向所述多个光源的多个通孔，包含：
多个光纤，每一所述光纤具有一光输入端及一光输出端，其中每一所述光输入端分别耦合于每一所述通孔，每一所述光纤用于经所述光输入端接收来自每一所述光源的光线并输出至所述光输出端；
一感光模块，包含一电路板、多个感光元件、一挡光结构、以及一转换电路，其中所述多个感光元件位于所述电路板的一上表面且呈阵列排列，每一所述感光元件用于接收来自每一所述光输出端的所述光线并产生对应的光信号，所述挡光结构位于所述多个感光元件的周围且连接于每一所述光输出端，所述转换电路电连接所述多个感光元件，所述转换电路用于接收每一所述光信号并产生对应的电信号；以及
一处理模块，耦接于所述感光模块，用于接收对应于每一所述感光元件的所述电信号，比较所述电信号与预设值，并计算出对应于每一所述光源的光强度变化值。
2.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，所述挡光结构包含阵列排列的多个遮光壁，每一所述遮光壁连接于所述光纤的光输出端且围绕于每一所述感光元件，以构成封闭的多个容置空间，其中每一所述感光元件位于每一所述容置空间，且每一所述遮光壁用于限制每一所述容置空间中的所述光线漏出或限制外部的环境光线进入。
3.如权利要求2所述的光源检测设备，其特征在于，所述遮光壁为一环型套筒，所述环形套筒包含一顶面、自所述顶面内凹的一凹槽、相对于该顶面的一底面、与该顶面及该底面相连接之一外侧面、以及与所述凹槽及所述底面相连通的一底贯孔，其中所述挡光结构更包含多个锁固件，每一所述锁固件穿设于每一所述底贯孔且连接于所述电路板。
4.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，所述挡光结构更包含多个环型垫片，且每一所述环型垫片于每一所述光纤与每一所述感光元件之间。
5.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，每一所述光纤贯穿所述盖板的每一所述通孔，每一所述光输入端位于所述腔体内且面向每一所述光源。
6.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，所述盖板包含位于所述多个通孔内的多个透光窗，所述多个光纤位于所述腔体外且耦合于所述多个透光窗。
7.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，更包含：多个耦合元件，耦合于多个光纤的多个光输入端。
8.如权利要求7所述的光源检测设备，其特征在于，所述耦合元件包含准直透镜及聚光透镜。
9.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，更包含：至少一调光元件，耦合于每一所述光纤的每一所述光输出端及所述光输入端至少其中之一，所述调光元件用于调整所述光线的光强度大小。
10.如权利要求9所述的光源检测设备，其特征在于，所述调光元件包含减光镜及聚光透镜。
11.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，所述处理模块比较所述光强度变化值与一管控阀值，并选择性输出一警示信号。
12.如权利要求1所述的光源检测设备，其特征在于，所述处理模块还包含电性连接的一运算单元以及一输入输出控制器，其中所述输入输出控制器将每一所述电信号转换为数字格式，并输出至所述运算单元进行比较。
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2020
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