KR20190127598A

KR20190127598A - 광 센서들을 위한 신호 변환 시스템

Info

Publication number: KR20190127598A
Application number: KR1020190052340A
Authority: KR
Inventors: 래리 알로스 불록
Original assignee: 베러티 인스트루먼트, 인코퍼레이티드
Priority date: 2018-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2019-11-13
Also published as: JP2019205162A; TW201947627A; KR102282542B1; US20190339130A1; CN110445997B; CN110445997A; US11725985B2; JP6894939B2; TWI740137B

Abstract

본 개시는 광학 기기, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법, 및 분광계를 제공한다. 일 실시예에서, 광학 기기는: (1) 광학 입력을 수신하고 광학 입력을 전기 신호들로 변환하도록 구성된 광학 센서, 및 (2) 전기 신호들을 수신하여 아날로그 출력들로 변경하도록 구성된 다수의 병렬 신호 채널들, 광학 기기의 작동 모드에 따라서 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하도록 구성된 아날로그 스위치, 및 선택된 병렬 신호 채널로부터 아날로그 출력을 수신하여 디지털 신호 출력으로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 갖는 변환 회로를 갖는 변환 시스템을 포함한다.

Description

광학 센서들을 위한 신호 변환 시스템{SIGNAL CONVERSION SYSTEM FOR OPTICAL SENSORS}

본 출원은, 발명의 명칭이 "광학 센서들을 위한 신호 변환 시스템(SIGNAL CONVERSION SYSTEM FOR OPTICAL SENSORS)"이고, 2018년 5월 3일 래리 알로스 블록(Larry Arlos Bullock)에 의해 제출된 미국 가 출원 일련 번호 제62/666,433의 이익을 주장하고, 본 출원과 함께 일반적으로 양도되고 전체가 본원에 참조로서 통합된다.

본 개시는 일반적으로 광학 분산 시스템들에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본원에 사용되는 분광계들 및 광학 센서들에 대한 아날로그-디지털 신호 변환 시스템들의 동적 범위 및 잡음 성능을 개선하는 것에 관한 것이다.

반도체 프로세스들의 광학 모니터링은 프로세스 제어를 위한 잘-정립된 방법이다. 더 빠른 공정들, 더 작은 피처 크기들, 및 더 복잡한 구조들을 향한 반도체 제조의 지속적인 발전은 광학 모니터링 기술들에 대한 큰 요구들을 제기한다. 예를 들어, 예를 들어, 몇 개의 원자 층들의 변화가 중요한 매우 얇은 층에서 더욱 빠른 에칭 속도를 정확하게 모니터링하기 위해 더 높은 데이터 샘플링 속도(예를 들어, 초당 수집된 광학 신호 측정 또는 스펙트럼)가 필요하다. 또한, 광학 신호들의 매우 작은 변화들의 감지를 지원하는 데 많은 경우들에서 더 큰 신호대 잡음 비가 필요하다. 이러한 모든 요구 사항들은 반도체 공정을 위한 광학 모니터링 시스템들의 성능에서의 향상을 추구할 수 있다. 분광계 내에서, 광학 센서, 종종 면적 전하-결합-소자 ("CCD": charge-coupled-device) 또는 선형 단일 행 장치, 및 관련 변환 회로는 데이터 샘플링 속도, 광학/전기 대역폭, 광학/전기 신호 검출 감도, 광학/전기 신호 대 잡음비 성능 등을 결정하는 데 중요한 요소들이다.

일 양상에서, 본 개시는 광학 기기를 제공한다. 일 실시예에서, 광학 기기는: (1) 광학 입력을 수신하고 광학 입력을 전기 신호들로 변환하도록 구성된 광학 센서 및 (2) 변환 시스템으로서, 전기 신호들을 수신하여 아날로그 출력들로 변경하도록 구성된 다수의 병렬 신호 채널들을 갖는 변환 회로, 광학 기기의 작동 모드에 따라서 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하도록 구성된 아날로그 스위치, 및 선택된 병렬 신호 채널로부터 아날로그 출력을 수신하여 디지털 신호 출력으로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 갖는, 상기 변환 시스템을 포함한다.

다른 양상에서, 본 개시는 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법을 제공한다. 일 실시예에서, 상기 방법은: (1) 작동 모드를 수신하는 단계, (2) 광학 센서에 대한 광학 입력을 나타내는 광학 센서로부터의 전기 신호들을 수신하는 단계, (3) 전기 신호들을 변경하기 위해 작동 모드에 기초하여 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하는 단계, 및 (4) 상기 변경된 전기 신호들을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계를 포함한다.

다른 양상에서, 본 개시는 분광계를 제공한다. 일 실시예에서, 상기 분광계는: (1) 작동 모드에 기초하여 분광계의 작동을 지시하도록 구성된 제어기, (2) 광학 입력을 수신하고 상기 광학 입력과 상기 작동 모드에 기초하여 전기 신호들을 제공하도록 구성된 광학 센서, 및 (3) 상기 전기 신호들을 병렬 신호 채널들을 따라 변경하고 상기 변경된 전기 신호들 중 하나를 상기 작동 모드에 기초하여 디지털 신호 출력으로서 선택하는 변환 시스템을 포함한다.

새로운 것으로 여겨지는 본 개시의 특징적인 특징들은 첨부된 청구항들에 기재되어 있다. 그러나, 본 개시 자체 및 그 사용 모드, 그 이상의 목적 및 이점은 첨부된 도면들과 함께 읽을 때 예시적인 실시예의 다음 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.

도 1a는 본 개시의 원리들에 따라 광학 센서 용 변환 시스템을 갖는 광학 기기를 포함하는 광학 시스템의 블록도;
도 1b는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 냉각 시스템을 갖는 광학 센서의 예시의 블록도를 도시한 도면;
도 1c는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 분광계 제어기의 예시의 블록도를 도시한 도면;
도 2는 본 개시의 원리들에 따라 광학 센서 용 변환 시스템의 상세 블록도;
도 3a 및 도 3b는 본 개시의 원리들에 따라 변환 시스템에 의해 제공된 광학 센서들로부터의 신호들 및 관련 샘플링의 단순화된 시계열 표현; 및
도 4는 본 개시의 원리들에 따라 광학 센서로부터 광학 데이터를 처리하는 방법에 대한 흐름도;

이하의 설명에서, 본문의 일부를 형성하고 본 개시의 특징들이 실시될 수 있는 특정 실시예들을 예시로서 도시하는 첨부 도면들에 대한 참조가 이루어진다. 이러한 실시예들은 당업자가 본 개시의 특징들을 실시할 수 있도록 충분히 상세하게 설명되고, 다른 실시예들이 이용될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 구조적, 절차적 및 시스템 변화들이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 그러므로, 다음 설명은 제한적인 의미로 해석되어서는 안 된다. 설명의 명료성을 위해, 첨부된 도면들에 도시된 유사한 특징들은 유사한 참조번호들로 표시되고, 도면들의 대안적인 실시예들에서 도시된 유사한 특징들은 유사한 참조번호들로 표시된다. 본 개시의 다른 특징들은 첨부 도면들로부터 및 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 설명의 명료함을 위해, 도면들에서의 특정 요소들은 축척대로 그려지지 않을 수 있음을 알아야 한다. 상술한 바와 같이, 개선된 샘플링 및 개선된 신호대 잡음 비는 몇 원자 층의 변화가 중요한 매우 얇은 층에서 훨씬 빠른 에칭 속도를 정확하게 모니터링하고 광학 신호들의 매우 작은 변화들의 감지를 지원하기 위해 중요하다. 이러한 고려 사항들은 타이밍뿐만 아니라 광학 센서들에 의해 제공되는 전기 신호들을 처리하는 데 중요하다. 또한, 광학 센서 자체의 올바른 작동은 전기 신호들이 수신된 광학 데이터를 정확하게 반영하는 것을 보장하기 위해 중요하다. 이러한 모든 요구 사항들은 반도체 공정을 위한 광학 모니터링 시스템들의 성능 향상을 추구한다.

예를 들어, 광학 센서는 광학 센서가 그 온도 범위 밖에서 작동할 때 전기 신호들에 추가 잡음을 더할 수 있다. 잡음이 증가함에 따라, 신호대 잡음 비는 감소하고 전기 신호들 내에 존재하는 데이터가 손상될 수 있다. 이것은 넓은 동적 범위에서 데이터를 처리할 때 더욱 중요하다. 일부 예시들에서, 광학 센서의 열적 변동들은 광학 소스로부터 모니터링된 반도체 처리 신호와 유사한 신호의 배경 잡음에서의 변조를 생성할 수 있다. 이와 같이, 광학 센서를 포함하는 분광계의 처리 정밀도에 관계없이, 처리되는 전기 신호들이 손상될 수 있다. 따라서, 광학 모니터링은 잘못된 결과들을 제공할 수 있다.

광학 센서가 제대로 작동하는지 확인하는 것 외에도, 처리하는데 사용되는 타이밍이 또한 중요하고; 이것은 특히 광학 소스가 변조된 또는 펄스화된 플라즈마를 사용하는 경우에 사실이다. 이러한 어플리케이션들에서, 변조된 또는 펄스화된 플라즈마의 변조는 정상 변조주기인 것과 비정상적인 것을 구별하기 위해 전기 신호들의 처리와 동기화되어야 한다. 또한, 동기화는 앨리어싱 및 다른 시간-지연 문제에 대한 악영향을 제한한다.

따라서, 본 개시는 분광계로 처리된 데이터가 광학적으로 모니터링되는 처리를 정확하게 반영하는 고품질임을 보장하기 위해 분광계의 작동을 향상시킨다. 이와 같이, 본 개시는 손상된 데이터를 초래할 수 있는 어떤 비정상적 또는 동향을 알리기 위해 광학 센서의 작동 주변의 중요한 파라미터를 모니터링함으로써 사용자, 제어 컴퓨터 또는 반도체 처리 툴과 같은 추가 시스템에들 향상된 피드백을 제공한다. 추가로, 본 개시는 광학 신호 소스의 플라즈마의 변조와 분광계 처리 사이의 하드웨어 동기화를 이용하는 작동 모드를 제공한다.

광학 센서의 작동에 관하여, 본 개시는 광학 센서에 대한 냉각 시스템이 작동 한계에 접근할 때를 결정하는 열 모니터링을 제공한다. 그 후, 광학 센서의 열 환경이 데이터가 손상될 수 있음을 나타내는 경고가 전달될 수 있다. 예를 들어, 광학 센서는 너무 따뜻하게 작동하거나 작동 온도가 불안정할 수 있다. 경고는 분광계에 의해 제공되는 데이터 스트림 내에 피드백으로 포함될 수 있고, 데이터가 손상되거나 곧 손상될 수 있음을 나타낼 수 있다. 이와 같이, 광학 모니터링 시스템의 조작자, 제어기, 또는 다른 상호작용하는 시스템은 냉각 시스템 및 데이터 저하의 잠재적인 부정적인 조건들을 인지할 수 있다.

하드웨어 동기와 관련하여, 본 개시는 광학 신호들로부터 전기 신호들을 생성하기 위한 광학 센서의 작동 및 전기 신호들의 처리가 광학 신호들을 생성하는데 사용된 변조와 동기화되는 예시를 제공한다. 따라서, 본 개시는 외부 동기 신호에 기초하여 타이밍을 이용하는 제어된 시스템을 제공한다. 동기 모드는 외부 동기 신호를 이용하고 이에 따라 분광계 및 광학 센서의 작동을 조정하도록 선택될 수 있다. 일 예시에서, 분광계 제어기는 동기화를 위해 플라즈마 변조 드라이브와 위상 로크된 낮은 대기 시간의 디지털 외부 동기 신호를 수신한다. 분광계 제어기는 필드 프로그래머블 집적 회로(FPGA: Field Programmable Integrated Circuit)로 구현되거나 디지털 신호를 수신하고 신호에 추가로 작용하는 FPGA를 포함할 수 있다.

이제 도면을 참조하면, 도 1a는 시스템 출력(190)을 생성하기 위해 광을 광학 기기(150)에 제공하는 광학 신호 소스(105)를 갖는 광학 시스템(100)의 블록도를 도시한다. 광학 기기(150)는 적어도, 광학 센서(155), 변환 시스템(160), 및 제어기(170)를 포함한다. 광학 시스템(100)은 반도체 웨이퍼 처리 장비와 함께 사용될 수 있다. 이와 같이, 광학 신호 소스(105)는 처리 챔버가 될 수 있고, 광학 기기(150)는 예를 들어, 프로세스 툴 내의 플라즈마 또는 비-플라즈마 프로세스의 상태를 모니터링하고 및/또는 제어하는데 사용되는 분광계일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 기기(150)는 텍사스 캐롤튼의 베러티 인스트루먼트 인코퍼레이티드에 의해 제조된 SD1024G 모델 분광계와 같은 종래의 분광계들로부터 특징들을 포함할 수 있다. 광학 시스템(100)은 또한, 예를 들어 프로세스 또는 시스템을 모니터링 또는 제어하기 위해 광학 입력을 처리하는데 사용되는 다른 유형의 광학 신호 소스들 및 광학 기기들과 함께 사용될 수 있다. 광학 시스템(100)은 공간 이미징, 간섭계, 광도계, 편광계 센서들, 범용 광학 측정 등을 위한 카메라들과 함께 사용될 수 있다.

광학 신호 소스(105)로부터의 연속적인 또는 불연속적인 광은 광학 섬유 케이블(110) 또는 다른 광학 구성요소들을 통해 광학 기기(150)로 지향될 수 있다. 일부 예시들에서, 광학 소스(105)로부터의 광은 변조된 광이다. 광학 기기(150)에 도달하면, 광학 신호 소스(105)로부터의 광은 광학 센서(155)에 의한 검출 및 변환을 위한 광학 입력으로서 수신된다.

광학 센서(155)는 광을 전기 신호들로 변환하기 위한 다수의 능동 픽셀들을 포함한다. 광학 센서(155) 내의 전기 신호들은 광학 센서(155)의 정확한 구성에 따라 전기 전하 신호들, 전기 전류 신호들 및/또는 전기 전압 신호들 중 임의의 것일 수 있다. 통상적으로, 광섬유 케이블을 통해 수신된 광학 입력은 먼저 전기적 전하로 변환되고, 이후 전기 전압으로 변환되고 이후에 출력 증폭기를 통해 광학 센서(155) 외부의 장치들에 이용 가능하게 된다. 광학 센서(155)는 예를 들어, 면적 CCD와 같은 CCD 일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광학 센서(155)는 일본의 Hamamatsu의 S7031 시리즈 CCD 면적 센서일 수 있다.

광학 센서(155)는 작동 온도 한계 내에 광학 센서(155)의 온도를 유지하고 수집된 신호들에 영향을 줄 수 있는 열 잡음을 감소시키도록 구성된 냉각 시스템(157)과 관련된다. 광학 센서들의 작동 온도 한계는 전형적으로 광학 센서의 제조사에 의해 확립된 파라미터이다. 냉각 시스템(157)은 또한 광학 센서(155)의 작동 파라미터들을 모니터링하고 작동 파라미터들에 관해 커넥터(159)를 통해 제어기(170)에 피드백을 제공한다. 일 예시에서, 냉각 시스템(157)은 광학 센서(155)에 부착된 열전기 냉각기(TEC: thermoelectric cooler)를 포함한다. 냉각 시스템(157)은 또한 광학 센서(155)를 냉각시키는 것을 돕는 팬들을 포함할 수 있다. 일 예시에서, 광학 센서(155) 및 냉각 시스템(157)의 적어도 일부분은 단일 회로 기판상에 함께 위치된다. 도 1b는 광학 센서(155)와 같은 광학 센서로 이용될 수 있는 냉각 시스템의 일 예시를 제공한다.

변환 시스템(160)은 입력 인터페이스(162)에서 광학 센서(155)로부터 전기 신호들을 수신하도록 구성되고, 단일 변환 경로(164)를 따라, 디지털 신호들(즉, 디지털 출력)으로 동일한 것을 변환하고, 출력 인터페이스(166)에서 디지털 출력을 제공한다. 변환, 변경 또는 처리는 변환 경로(164)의 회로 요소들을 변환하는 기능들에 따른다. 전기 신호들의 변경은 AC/DC 참조, 클램핑, 차동 전압 구성, 이득을 제공하는 것, 및 오프셋을 제공하는 것을 포함할 수 있다. 변환 시스템(160)의 변환 경로(164)는 회로 요소들을 변환하는 것, 아날로그 스위치, 차동 드라이버, 및 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 변환 회로를 포함할 수 있다. 변환 회로 요소들은 병렬 신호 채널들일 수 있다. 회로 요소들을 변환하는 예시들은 도 2의 변환 시스템과 관련하여 상세히 논의된다. 입력 인터페이스(162) 및 출력 인터페이스(166)는 신호들을 전달하도록 구성된 변환 인터페이스들일 수 있다.

제어기(170)는 광학 센서(155) 및 변환 시스템(160)의 작동을 지시하도록 구성된다. 제어기(170)는 예를 들어, FPGA, 임베딩된 프로세서, 또는 이들의 조합일 수 있다. 제어기(170)는 커넥터(159)를 통해 광학 센서(155) 및 변환 시스템(160)에 명령들 또는 제어 신호들을 전송할 수 있다. 제어기(170)는 예를 들어, 연속 독립적인 작동 모드 또는 동기화된 작동 모드에서 작동할 수 있다. 연속적인 작동 모드에서, 제어기(170)는 소프트웨어를 이용하여 내부 동기 신호를 결정할 수 있다. 이러한 작동 모드에서, 광학 소스(105)로부터의 광은 연속적으로 방사하는 광원일 수 있다. 동기 작동 모드에서, 제어기(170)는 광학 센서(155) 및 변환 시스템(160)의 작동을 제어하는데 사용되는 외부 동기 신호를 수신한다. 동기화된 작동 모드에서, 광학 소스(105)로부터 수신된 광은 변조된 광이고 외부 동기 신호는 광학 또는 다른 변조를 생성한 변조에 대응한다. 외부 동기 신호로, 광학 센서(155) 및 변환 시스템(160)의 작동들은 외부 동기 신호의 나노초와 같은 외부 동기 신호로 위상 로크될 수 있다. 제어기(170)는 광학 센서(155) 및 변환 시스템(160)의 작동을 지시하는 상태 기계를 사용할 수 있다. 작동 모드에 따라서, 내부 또는 외부 동기 신호는 상태 기계들을 구동하도록 사용된다. 동기 작동 모드에서, 제어기(170)는 동기 모드에서 작동할 때, 광학 센서(155)의 셔터를 개폐하기 위해 커넥터(159)를 통해 셔터 제어 신호를 광학 센서(155)로 전송할 수 있다.

제어기(170)는 작동 모드들, 설정들 및 제어 신호들을 포함하는 작동 신호들을 수신 및 송신하는 통신 인터페이스(172)를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(172)는 회로 기판 상에 신호들을 통신하는데 사용된 인터페이스와 같은 변환 인터페이스일 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 신호들은 광학 신소 소스(105)의 플라즈마를 점화시키는데 사용되는 변조 신호에 대응하는 외부 동기 신호를 포함할 수 있다.

도 1a의 점선과 실선으로 나타낸 바와 같이, 변환 시스템(160)으로부터의 디지털 출력은 추가의 처리, 저장 등을 위해 제어기(170)로 라우팅될 수 있고, 및/또는 연결된 시스템들에 의한 추가 사용을 위해 시스템 출력(190)으로서 외부로 직접/간접적으로 또한 전달될 수 있다. 일부 예시들에서, 제어기(170)는 시스템 출력(190)의 일부로서 냉각 시스템(157)으로부터의 냉각 파라미터들에 기초하여 열적 경고들을 추가한다.

도 1b는 본 개시의 원리들에 따라 광학 센서와 함께 사용되는 냉각 시스템(120)의 일례의 블록도를 도시한다. 냉각 시스템(120)은 광학 센서에 인접한 열적 환경을 모니터링하고 분광계와 같은 포위 시스템 내에 다른 위치들에서 광학 센서에 대한 잠재적인 부정 조건 또는 조건들의 표시를 제공한다. 그 후, 냉각 시스템(120)에 의해 획득된 냉각 파라미터 데이터는 잠재적인 부정 조건들 및 데이터 손상에 대한 경고를 제공하는데 사용될 수 있다.

냉각 시스템(120)은 회로 보드들, 센서 보드(121) 및 냉각 보드(130) 상에 적어도 부분적으로 구현될 수 있다. 센서 보드(121)는 냉각 파라미터 센서들(122) 및 광학 센서(129)에 열적으로 결합된 냉각기(128)를 포함한다. 파라미터 센서들(122)은 전압 센서(123), 전류 센서(124), 온도 센서(125), 및 제어 루프 센서(126)를 포함한다. 냉각 보드(130)는 팬들(131, 132 및 133)에 대한 인터페이스들, 온도 환경 센서(135), 및 인터페이스(137)를 포함한다. 냉각 시스템(120)은 설명되거나 기술되지 않은 추가 구성요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉각 시스템(120)은 다양한 구성요소들에 접속하는 전원 및 회로를 포함할 수 있다.

전압 센서(123), 전류 센서(124), 및 온도 센서(125)는 전압, 전류, 및 냉각기(128)의 온도를 포함할 수 있다. 제어 루프 센서(126)는 냉각기(128)의 작동 피드백 제어 루프를 모니터링한다. 파라미터 센서들(122)은 냉각기(128)의 작동 파라미터가 작동 한계에 접근하는지 여부를 감지한다. 따라서, 파라미터 센서들(122)은 냉각기(128)가 적절하게, 약간만, 또는 부정확하게 작동하는지 여부를 감지할 수 있다. 파라미터들 센서들(122)로부터의 제 2 냉각기 파라미터 데이터는 인터페이스(137)를 통해 광학 기기의 제어기로 전송된다. 광학 기기는 분광계일 수 있고, 제어기는 예를 들어, 도 1의 제어기(170)일 수 있다. 따라서, 인터페이스(137)는 커넥터(159)를 통해 제어기(170)와 통신할 수 있다.

냉각기(128)는 광학 센서(129)로 열적으로 결합되고, 광학 센서(129)로부터 열을 제거하도록 구성된다. 냉각기(128)는 TEC일 수 있다. 잠재적인 냉각 문제들에 대해 감지하는 것 외에도, 파라미터 센서들(122)은 또한 냉각기(128)의 작동을 유지하기 위헤 제어 루프와 협력한다.

냉각기(128) 이외에, 냉각 시스템(120)은 도한 광학 센서(129)의 환경을 냉각시키기 위한 팬들을 포함한다. 온도 환경 센서(135)는 광학 센서(129)에 근접한 온도를 제공하는데 사용된다. 팬들(131, 132, 133)의 작동 파라미터들 및 온도 환경 센서(135)로부터의 운도는 또한 냉각 파라미터들의 일부로서 인터페이스(137)를 통해 제어기로 제공된다. 냉각기는 냉각 파라미터들을 사용할 수 있고, 개별적으로 또는 집합적으로 잠재적인 문제들 및 데이터 손상을 결정할 수 있다. 냉각 파라미터들과 함께, 조작자들은 광학 센서(129)의 열적 환경에 대해 더 잘 알 수 있다.

도 1c는 본 개시의 원리들에 따라 구성된 광학 기기의 제어기(140)의 예의 블록도를 도시한다. 제어기(140)는 예를 들어 도 1a의 제어기(170)일 수 있고, 광학 기기는 분광계일 수 있다. 제어기(140)는 또는 그의 적어도 일부는, FPGA 및/또는 마이크로제어기 내에 구현될 수 있다. 제어기(140)는 분산 제어기일 수 있다. 일부 예시에서, 제어기의 로직은 FPGA, 마이크로제어기, 또는 그러한 컴퓨팅 장치들의 조합과 같은 다른 장치들에 분배된다. 일부 응용들에서, 로직의 일부는 냉각 보드(130)와 같은 냉각 시스템의 제어기에 분배될 수 있다. 제어기(140)는 열적 모니터(142), 상태 기계(144), 통신 인터페이스(146), 및 모드 선택기(148)를 포함한다.

열적 모니터(142)는 광학 센서로부터 가능한 데이터 손상을 결정하도록 구성된다. 일 예시에서, 열적 모니터(142)는 광학 센서의 냉각 시스템으로부터 냉각 파라미터들을 수신하고, 그 기반에 기초하여, 가능한 데이터 손상을 결정한다. 냉각 파라미터들로부터, 열적 모니터(142)는 광학 센서가 언제 손상된 데이터를 제공할 수 있는 조건에 근접한지를 결정할 수 있다. 열적 모니터(142)는 냉각 파라미터가 개별적으로 또는 집합적으로 이용되어 냉각 시스템이 데이터 손상을 방지하기 위해 광학 센서를 충분히 냉각 하는지를 결정할 수 있다. 열적 모니터(142)는 개별적인 냉각 파라미터들을 작동 한계에 비교하여 잠재적인 문제들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 냉각기의 작동 온도는 온도 제어 루프의 동력학에 기초한 온도 작동 한계보다 소정 온도 아래인 냉각기의 온도 임계치와 비교될 수 있다. 제어 루프는 비례 적분 미분(PID: proportional integral differential)가 될 수 있다. 따라서, 열적 모니터(142)는 광학 센서로부터 데이터를 손상시킬 수 있는 잠재적인 문제의 가능성을 결정할 수 있다. 열적 모니터(142)는 또한 냉각 파라미터들의 일부 또는 전부를 가중시킬 수 있고, 이로부터 가능한 데이터 손상을 결정할 수 있다. 예를 들어, 냉각기의 온도는 주어진 하나의 무게일 수 있고, 팬 속도는 주어진 다른 무게일 수 있고, 환경의 온도는 주어진 또 다른 무게일 수 있다. 그 후, 광학 센서가 손상된 데이터를 제공할 수 있는 조건에 가까운지 여부를 결정하기 위해 이러한 가중 냉각 파라미터들이 추가되어 미리 결정된 값들과 비교되는 점수를 생성할 수 있다. 열적 모니터(142)는 또한 냉각기의 피드백 제어 루프의 에러 전압을 모니터링하여 손상된 데이터 조건에 가까워지는 때를 표시할 수 있다. 설정 포인트는 손상된 데이터 조건에 근접성을 나타내기 위해 설정될 수 있다. 설정 포인트는 알려진 최대 오차 전압 및 히스토리 데이터를 기반으로 설정될 수 있다. 열적 모니터(142)는 손상된 데이터 조건들에 대한 근접성을 나타내기 위해 시스템 출력을 통해 피드백을 제공할 수 있다. 피드백은 시각적 경고를 위해 디스플레이에 제공될 수 있거나, 소프트웨어 표시는 제어 소프트웨어에 제공될 수 있다. 피드백의 유형은 냉각 파라미터들에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 여러 온도 센서들은 고온을 나타내고, 다수의 팬들은 작동하지 않거나, 제어 루프가 포화된 경우, 피드백은 최대한 빠른 조치가 필요한 절박한 상태를 나타낼 수 있다. 그러한 문제를 가지고, 시스템이 검사될 때까지 다른 모니터링 프로세스가 시작하는 것이 방지될 수 있다.

상계 기계(144)는 광학 센서의 작동 및 광학 기기의 변환 시스템을 제어한다. 동기 신호는 상태 기계를 개시하는데 사용된다. 동기 신호는 외부 동기 신호 또는 내부 동기 신호가 될 수 있다. 통신 인터페이스(146)는 외부 동기 신호를 수신할 수 있다. 통신 인터페이스(146)는, 광학 소스의 변조 시스템으로부터 직접 또는 변조 시스템에 의해 변조될 때 광학 소스를 변조하는 것으로부터 외부 동기 신호를 결정하는 광학 센서로부터 외부 동기 신호를 수신할 수 있다. 외부 동기 신호를 사용할 때, 제어기(140)는 동기 모드이다. 모드 선택기(148)는 동기 모드를 나타내는 입력을 수신할 수 있다. 일 예시에서, 처리 툴과 같은 사용자 또는 외부 제어기는 동기 모드 신호를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 제어기(140)는 외부 동기 신호를 수신할 때 동기 모드를 자동으로 입력할 수 있다. 동기 모드에서, 광학 센서 타이밍 및 변환 시스템 타이밍은 외부 동기 신호에 대한 슬레이브들로서 작동한다.

상태 기계로부터의 명령들을 제어하는것 외에도, 제어기(140)는 동기 모드일 때 광학 센서로 셔터 명령들을 전송할 수 있다. 이것은 충전 레벨이 판독하기에 충분할 때까지 여러 사이클에 걸쳐 동기식으로 수집됨으로써 매우 짧은 집적 시간 (밀리 초에서 마이크로 초)을 허용하는 전자 셔터 시스템을 제공한다.

동적 범위, 신호대 잡음 비, 데이터 레이터들 및 다른 특성들을 최대화하는 것은 광학 기기(150)와 같은 광학 기기의 유용성을 위한 중요한 개선들이다. 분광계들 및 집적 광학 센서들과 같은 기존 광학 기기들의 한계들을 극복하기 위해, 디지타이저들(digitizer)을 미롯한 특정 회로 요소들의 한계들을 고려하여 신호 변환을 위한 새로운 구성이 필요하다. 이를 위해, 도 2는 개선된 변환 시스템, 본 개시의 원리들에 따라 구성된 변환 시스템(200)의 세부사항들의 블록도를 도시한다.

변환 시스템(200)은 광학 센서로부터 전기 신호들을 처리하고, 넓은 동적 범위, 높은 신호대 잡음 비, 및 고속 작동의 조합을 제공한다. 변환 시스템(200)은 광학 센서들로부터의 신호 전압들에 대한 신호 아날로그-디지털 변환을 위해 확장된 기능을 유리하게 제공하는 병렬 신호 채널들을 갖는 단일 처리 또는 변환 경로를 포함한다. 변환 시스템(200)은 입력 인터페이스(201), 두 개의 병렬 신호 채널들(210 및 220)을 갖는 변환 회로(205), 및 출력 인터페이스(299)를 포함한다.

신호 채널(210)은 DC 결합된 채널일 수 있고, 버퍼 스테이지(225) 및 이득/오프셋 스테이지(230)를 포함할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같은 광학 센서로부터의 전기 신호는 먼저 버퍼 스테이지(225)에 진입한 DC 결합된 채널(210)로 지향될 수 있다. 버퍼 스테이지(225)는 NPN 트랜지스터 또는 전류 증폭 및 입력/출력 저항 변환을 위한 이미터-팔로워로서 구성된 다른 회로 소자들을 포함할 수 있다. 버퍼 스테이지(225)에서의 임피던스 버퍼링 후에, 전기 신호는 결합된 이득/오프셋 스테이지(230)로 전달되고, 여기서 신호는 증폭될 수 있고, 그렇지 않으면 후속 A/D 변환기(290)에 최적으로 수용되도록 조정될 수 있다. 이득/오프셋 스테이지(230)는 조정 가능한 오프셋 및 이득으로 구성된 연산 증폭기 또는 이산 구성요소들의 사용에 의해 영향을 받을 수 있다.

신호 채널(220)은 DC 복원 기술을 위해 구성된 AC 결합 채널일 수 있고, 이득 스테이지(240), 클램프 스테이지(250), 필터 스테이지(260), 및 오프셋 스테이지(270)를 포함할 수 있다. 이득 스테이지(240)는 조정가능한 이득으로 구성된 연산 증폭기의 사용에 의해 영향을 받을 수 있다. 클램프 스테이지(250)는 스위치 소자를 포함할 수 있고, 광학 센서 신호의 파형 동안 특정 시간에 기준 신호 레벨을 설정하기 위해 "클램프" 신호를 수신할 수 있다. 필터 스테이지(260)는 디지털화될 때 파형 에일리어싱을 방지하기 위한 능동 저역 필터이다. 후속 오프셋 스테이지(270)는 조정 가능한 오프셋을 갖는 증폭기의 사용에 의해 영향을 받을 수 있다.

병렬 신호 채널들(210 및 220)로부터의 출력들은 선택을 위해 아날로그 스위치(280)로 지향될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 아날로그 스위치(280)는 바람직하게 병렬 신호 채널들(210, 220) 다음에 직렬로 위치되고, 전기 신호들은 신호 채널들(210, 220) 양자 모두에 제공되지만, 변경된 전기 신호들 중 오직 하나만 선택된다. 후속하여, 선택된 신호는 차동 드라이버(285)에 의해 수신 및 처리 된 다음 디지털 신호로 변환하기 위해 아날로그-디지털 변환기(290)에 의해 수신된다. 디지털 신호 출력은 증폭될 수 있다. 아날로그 스위치(280)는 예를 들어, Analog Devices에 의해 제공받은 ADG1419와 유사한 것일 수 있다. 차동 드라이버(285)는 예를 들어, Analog Devices에 의해 제공받은 ADA4922와 유사한 것일 수 있다.

변환 시스템(200)의 특정 이점들은 다음과 같이 요약될 수 있다. 신호 채널(210)은 매우 제한된 수의 회로 소자들로 완전 차동 DC 신호 경로를 제공한다. 이것은 전체적인 저잡음 신호 경로를 제공하고 신호 채널(220)에서 발생하는 DC 복원으로부터 발생할 수 있는 특정 잡음 및 신호 오프셋 소스들을 제거한다. 이러한 신호 채널은 더 느린 클록 속도를 갖는 CCD와 같이 더 느린 클록 속도를 갖는 광학 센서들에 유리하게 사용되고, 각 "샘플"은 신호의 기준 및 데이터 부분들의 관련된 쌍의 측정들을 포함한다. 하지만, 클램프 스테이지(250)가 기준 신호 레벨의 독립적인 측정에 대한 요구를 무효화하기 때문에 신호 채널(210)보다 큰 잡음 및 오프셋 서명을 갖는 신호 채널(220)은 신호 채널(210)만큼 빠르게 예를 들어, 2 내지 10 배 더 빠르게 작동할 수 있다. 단순히 언급된 신호 채널(210)은 저잡음을 위한 것이고, 신호 채널(220)은 고속 작동을 위한 것이다.

CCD와 같은 광학 센서들로부터의 출력이 공통적으로 반전되고 음으로 진행하고 2개의 신호 채널들(210 및 220)의 다중 스테이지들이 가장 편리하게는, 스위치(280), 드라이버(285), 및 디지타이저(290)에서 동일한 극성이 되어야하기 때문에 특정 반전 및 비-반전 구조들의 구성이 편리하다. 변환 회로(205)의 각각의 병렬 신호 채널들에 대한 공통 차동 드라이버(285) 및 디지털 컨버터(290)의 사용은 회로 복잡성 및 비용을 추가로 감소시킨다. 광학 센서의 클로킹과 함께 디지털 컨버터(290)의 제어에 의해, 신호 채널(210 및 220) 중 어느 하나에 대해 오버 샘플링이 수행되어 전체 데이터 속도를 희생시키며 잡음을 더 감소시킬 수 있다.

연관된 광학 센서 및 광학 기기의 다른 기능들뿐만 아니라 샘플 타이밍, 클램프 시그널링, 채널 스위칭 및 디지타이저 제어, 및 변환 시스템(200)의 다른 저-레벨 기능들은 도 1a의 제어기(170)와 같은 소자들에 의해 제어될 수 있다. 신호 채널들의 선택은 변환 시스템(200)과 관련된 광학 시스템의 작동 모드에 기초할 수 있다. 선택 또는 설정은 모니터링 중인 조작 또는 프로세스가 시작되기 전에 완료될 수 있다. 예를 들어, 공정 기술자는 처리 챔버에서 모니터링되는 작동 또는 프로세스의 유형의 분석에 기초하여 변환 시스템(200)을 위해 사용할 최상의 신호 채널을 결정할 수 있다. 프로세스 또는 작동이 변경되면, 신호 채널의 선택이 또한 변할 수 있다. 일부 실시예들에서, 선택은 제어기에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

도 3a 및 3b는 변환 시스템의 다양한 신호 채널들에 대한 샘플링, 클램핑 및 디지털화의 조정을 도시하는, CCD와 같은 광학 센서로부터의 전기 신호들의 단순화 된 시계열 표현이다. 시계열 표현들은 도 1c의 상태 기계(144)와 같은 상태 기계들에 의해 구동될 수 있다. 외부 또는 내부 동기 신호가 사용될 수 있다. 도 3a는 구체적으로 신호 채널(220)에 관한 것이고, 클램프 스위치, 예를 들어 클램프(250)의 상태를 변화시키는 기준 클록 신호에 따라 타이밍된 기준 클램프 신호는 기준 신호 레벨을 설정하고, 이에 따라 데이터 클록 신호에 따른 전기 신호의 데이터 부분의 실제 샘플링 및 디지털화를 수행한다.

도 3b는 특히 신호 채널(210)에 관한 것으로, 기준 신호 레벨은 기준 클록 신호에 따라 샘플링되고 디지털화되고, 이어서 데이터 클록 신호에 따라 데이터 신호 레벨의 샘플링 및 디지털화가 이루어진다. 신호 채널들(210 및 220) 양자 모두에 대해, 다중 샘플링은 디지털화 후에 신호 평균화를 허용하기 위해 적절한 시간에 수행될 수 있다(도 3b의 다수 화살표로 표시됨). 샘플링 및 디지털화를 위한 궁극적인 클록 속도들은 광학 센서 또는 디지타이저의 한계에 의해 설정될 수 있음을 이해해야 한다. 도 3a 및 도 3b 양자 모두에 대한 기준 클록 신호 및 데이터 클록 신호는 제어기(170)와 같은 제어기로부터 수신될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에서 샘플링은 도시되지 않은 다른 클록에 의해 제어되는 도 3b에 도시된 추가적인 샘플링을 통해 데이터 클록의 하강 에지(falling edge)에서 수행된다. 샘플링은 또한 데이터 클록들의 선단 에지들(leading edges)에서 수행될 수 있다.

도 3a 및 도 3b 양자 모두에 대한 결과 출력은 A/D 컨버터(290)로부터의 디지털 출력과 같은 디지털 신호이다. 디지털 신호 출력은 광학 센서의 픽셀들에 대한 전압 값들을 나타낸다. 예를 들어, 디지털 신호 출력은 0 내지 5 볼트의 범위 내의 전압 값을 나타내기 위해 0 내지 2¹⁸이 될 수 있다.

도 4는 광학 센서로부터 광학 신호 데이터를 변환하는 프로세스(400)의 예시에 대한 흐름도이다. 프로세스(400)는 임의의 초기 파라미터들이 미리 결정될 수 있는 준비 단계(410)로 개시한다. 다음으로, 단계(420)에서, 변환 시스템, 관련 광학 기기 및 광학 센서의 미리 결정된 작동 모드에 대한 선택이 이루어질 수 있다. 작동 모드는, 예를 들어, 회로 선택, 오버샘플 카운트 및 타이밍, 광학 신호 적분 시간, 동적 범위를 최대화하기 위한 디지털화 방식, 동기 모드 등을 변환하기 위한 설정들 및 파라미터들을 포함할 수 있다. 작동 모드는 광학 기기의 조작자에 의해 선택될 수 있다. 작동 모드는 외부 시스템 내에서 정의될 수 있고, 예를 들어, 도 1a의 제어기(170)에 의해 필요한 구성요소들로 전달될 수 있다. 예를 들어, 툴 제어기 또는 챔버 제어기와 같은 공정의 외부 제어기가 작동 모드를 제공할 수 있다. 작동 모드는 공정의 유형을 기반으로 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 작동 모드는 자동으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 외부 제어기는 엔지니어 또는 기술자와 같은 사용자에 의해 프롬프트 하지 않고 광학 기기의 제어기로 작동 모드를 전송할 수 있다. 작동 모드는 광학 기기의 제어기에 의해 수신될 수 있고, 제어기는 수신된 작동 모드에 기초하여 광학 기기의 작동을 지시하도록 구성된다.

다음으로, 단계(430)에서, 채널 선택 스위치는 도 2에서 논의된 신호 채널들 중 하나를 선택하도록 설정될 수 있다. 선택은 수신된 작동 모드에 기초할 수 있다. 광학 기기의 제어기는 채널 선택 스위치의 작동을 지시할 수 있다. 단계(440)에서, 신호의 기준 부분은 1회 이상 샘플링되고 디지털화될 수 있다. 이 단계는 일반적으로 도 2의 신호 채널(210)에만 오직 적용되지만, 대안 토폴로지들이 사용되는 경우 신호 채널(220)에 적용될 수 있다. 단계(450)에서, 신호의 데이터 부분이 1 회 이상 샘플링되어 디지털화될 수 있다. 이 단계는 일반적으로 도 2의 신호 채널들(210 및 220) 양자 모두에 적용된다.

다음으로, 단계(460)에서, 디지털화된 샘플들은 단계들(410 및 420)에서 정의된 작동 모드에 따라 처리될 수 있다. 일반적으로, 디지털화된 기준 및 데이터 신호 값들 간의 차이들이 계산될 수 있고, 오버샘플링이 수행되는 경우, 신호 값 차이들의 결정 이전에 평균화가 또한 수행될 수 있다. 프로세스(400)는 계산된 값들이 추후 사용을 위해 다른 연결된 시스템들에 저장 및/또는 전달될 수 있는 단계(470)로 종료된다.

본 명세서의 범위를 벗어나지 않으면서 본원에 설명된 신호 변환 시스템들 및 서브시스템들에서 변경들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 특정 예시들이 분광계들 및 반도체 웨이퍼 처리 장비와 관련하여 기술되었지만, 본원에 기술된 신호 변환 시스템들은 공간 이미징, 간섭계들, 광도계들, 편광계 센서들 및 범용 광학 측정용 카메라들과 같은 다른 유형들의 광학 기기들과 함께 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본원에 기술된 실시예들은 개시 및 실제 적용의 원리들을 가장 잘 설명하고 당업자들이 고려된 특정 용도에 적합한 다양한 변형들을 갖는 다양한 실시예들에 대한 개시 내용을 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 선택되었다. 본원에 기술된 특정 실시예들은 본 개시의 범위 및 의도를 벗어나지 않으면서 다양한 변형들 및 환경들에서 실시될 수 있으므로, 본 개시의 범위를 제한하기로 의도된 것이 아니다. 그러므로, 본 개시는 도시된 실시예들에 한정되도록 의도되는 것이 아니지만, 본원에 설명된 원리들 및 특징들과 일치하는 가장 넓은 범위를 따르는 것으로 의도된다.

도면의 흐름도와 블록도는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 시스템들, 방법들 및 컴퓨터 프로그램 제품들의 가능한 구현들의 구조, 기능 및 작동을 도시한다. 이와 관련하여, 흐름도와 블록도의 각 블록은 특정 논리 기능(들)을 구현하기 위한 하나 이상의 실행 가능 명령들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 부분을 나타낼 수 있다. 또한, 일부 대안 구현 예들에서, 블록에서 언급된 기능들이 도면들에서 언급된 순서를 벗어나 발생할 수 있음에 유의해야한다. 예를 들어, 연속적으로 도시된 2 개의 블록들은 사실상 실질적으로 동시에 실행될 수 있거나, 관련된 기능에 따라 때때로 블록들이 역순으로 실행될 수 있다. 또한, 블록도들 및/또는 흐름도 도시의 각 블록, 및 블록도 및/또는 흐름도 도시의 블록들의 조합은 특정 기능들 또는 작동들을 수행하는 특수 목적 하드웨어-기반 시스템들, 또는 특수 목적 하드웨어 및 컴퓨터 명령들의 조합들에 의해 구현될 수 있다.

당업자가 알 수 있는 바와 같이, 개시 또는 그 일부는 방법, 시스템, 또는 컴퓨터 프로그램 제품으로서 실시될 수 있다. 따라서, 본원에 개시된 특징들, 또는 특징들의 적어도 일부는 전체적으로 하드웨어 실시예, 전체적으로 소프트웨어 실시예(펌웨어, 상주 소프트웨어(resident software), 마이크로-코드 등을 포함함) 또는 일반적으로 본원에 "회로" 또는 "모듈"로 모두 지칭되는 소프트웨어 및 하드웨어 측면들을 결합하는 일 실시예의 형태를 취할 수 있다. 개시된 특징들의 일부는 디지털 데이터 프로세서들 또는 컴퓨터들과 같은 다양한 프로세서들에 구현되거나 그에 의해 수행될 수 있고, 컴퓨터들은 방법들의 하나 이상의 단계들을 수행하기 위해 소프트웨어 명령들의 시퀀스들의 실행 가능한 프로그램들을 프로그래밍하거나 저장한다. 따라서, 특징들 또는 본원에 개시된 특징들 중 적어도 일부는 매체 내에서 구현되는 컴퓨터-사용가능한 프로그램 코드를 갖는 비-일시적 컴퓨터-사용 가능한 저장 매체 상의 컴퓨터-프로그램 제품의 형태를 취할 수 있다. 그러한 프로그램들의 소프트웨어 명령들은 알고리즘들을 나타낼 수 있고 비-일시적 디지털 데이터 저장 매체 상에 기계-실행가능한 형태로 인코딩될 수 있다.

그러므로, 개시된 예시들의 일부는 장치, 디아비스의 일부를 구현하거나 본원에 설명된 방법의 단계들을 수행하는 다양한 컴퓨터-구현된 작동들을 수행하기 위한 프로그램 코드를 그 위에 갖는 비-일시적 컴퓨터-판독 가능 매체를 갖는 컴퓨터 저장 제품들에 관련될 수 있다. 본원에 사용된 비-일시적인 것은 일시적인 전달 신호들을 제외한 모든 컴퓨터-판독가능 매체를 지칭한다. 비-일시적인 컴퓨터-판독가능 매체의 예들은: 하드 디스크들, 플로피 디스크들, 및 마그네틱 테이프들; CD-ROM 디스크들과 같은 광학 미디어; 플로피 디스크들과 같은 광학 자기 매체; 및 프로그램 코드를 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스들, 예를 들어 ROM RAM 디바이스들을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 프로그램 코드의 예들은 컴파일러에 의해 생성된 기계 코드, 인터프리터(interpreter)를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 더 높은 레벨 코드를 포함하는 파일들 양자 모두를 포함한다.

본원에 사용된 용어는 특정 실시예들을 설명하기 위한 것이고, 본 개시를 한정하도록 의도되지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, 단수 형태 "a", "an" 및 "the"는 문맥에 달리 명시되어 있지 않는 한 복수 형태를 포함하고자한다. 본 명세서에서 사용되는 "포함하는" 및/또는 "포함하는" 이라는 용어들은 명시된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 소자들 및/또는 구성요소들의 존재를 나타내지만, 하나 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 소자들, 구성요소들 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

본 출원과 관련된 기술분야의 당업자들은 다른 및 추가의 부가들, 삭제들, 대체들 및 변형들이 설명된 실시예들에 대해 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

본 개시의 다양한 양태들은 본원에 개시된 장치들, 시스템들, 및 방법들을 포함하여 청구될 수 있다. 본원에 개시된 양태들은 다음을 포함한다:

가. 광학 기기로서, 상기 광학기기는 다음을 포함한다: (1) 광학 입력을 수신하고 상기 광학 입력을 전기 신호들로 변환하도록 구성된 광학 센서, 및 (2) 변환 시스템으로서, 상기 전기 신호들을 수신하여 아날로그 출력들로 변경하도록 구성된 다수의 병렬 신호 채널들을 갖는 변환 회로, 상기 광학 기기의 작동 모드에 따라서 상기 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하도록 구성된 아날로그 스위치, 및 선택된 병렬 신호 채널로부터 상기 아날로그 출력을 수신하여 디지털 신호 출력으로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 갖는, 상기 변환 시스템을 포함하는, 상기 광학 기기.

나. 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법으로서, 상기 방법은 다음을 포함한다: (1) 작동 모드를 수신하는 단계. (2) 광학 센서로부터 광학 센서에 대한 광학 입력을 나타내는 전기 신호들을 수신하는 단계, (3) 상기 전기 신호들을 변경하기 위한 상기 작동 모드에 기초하여 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하는 단계, 및 (4) 상기 변경된 전기 신호들을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계.

다. 분광계로서, 상기 분광계는 다음을 포함한다: (1) 작동 모드에 기초하여 상기 분광계의 작동을 지시하도록 구성된 제어기, (2) 광학 입력을 수신하고 상기 광학 입력과 상기 작동 모드에 기초하여 전기 신호들을 제공하도록 구성된 광학 센서, 및 (3) 상기 전기 신호들을 병렬 신호 채널들을 따라 변경하고 상기 변경된 전기 신호들 중 하나를 상기 작동 모드에 기초하여 디지털 신호 출력으로서 선택하는 변환 시스템.

양태들 A, B, 및 C 각각은 조합으로 다음의 추가 요소들 중 하나 이상을 가질 수 있다:

요소 1: 변환 회로, 아날로그 스위치, 아날로그-디지털 변환기는 직렬로 결합된다. 요소 2: 아날로그 스위치는 아날로그-디지털 변환기와 변환 회로 사이에 직렬로 결합된다. 요소 3: 선택된 아날로그 출력을 수신 및 변경하고 상기 선택된 아날로그 출력을 아날로그-디지털 변환기에 제공하도록 구성된 차동 드라이버를 더 포함한다. 요소 4: 광학 기기는 변환 시스템의 입력 및 출력 사이에 단일 변환 회로를 포함한다. 요소 5: 변환 회로는 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들을 포함한다. 요소 6: 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들은 DC 결합된 채널 및 AC 결합된 채널을 포함한다. 요소 7: 광학 입력의 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 상기 광학 센서에 셔터 명령들을 전송하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 요소 8: 작동 모드에 기초하여 아날로그 스위치의 작동을 지시하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 요소 9: 광학 센서가 광학 신호들로부터 전기 신호들을 생성하고 변환 회로가 전기 신호들을 수신 및 변경하기 위해 작동 모드에 기초하여 타이밍을 동기화하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 요소 10: 타이밍은 외부 동기 신호에 기초한다. 요소 11: 상기 광학 센서로부터 수신된 적어도 하나의 냉각 파라미터에 기초하여 상기 광학 센서로부터 잠재적인 손상된 전기 신호들 경고를 생성하도록 구성된 제어기를 더 포함한다. 요소 12: 상기 적어도 하나의 냉각 파라미터는: 상기 광학 센서의 냉각기의 작동 전압, 상기 광학 센서의 냉각기의 작동 전류, 상기 광학 센서의 냉각기의 작동 온도, 상기 광학 센서의 냉각 시스템의 적어도 하나의 팬의 작동 파라미터들, 상기 광학 센서의 작동 온도, 및 상기 광학 센서의 냉각기의 제어 루프로부터의 작동 피드백으로 구성된 리스트로부터 선택된다. 요소 13: 상기 변환하는 단계는 상기 디지털 신호 출력으로 변환하기 전에 상기 변경된 전기 신호들로부터 차동 출력 신호들을 제공하는 단계를 포함한다. 요소 14: 상기 작동 모드는 상기 방법을 제어하는데 사용하기 위한 동기 신호의 유형을 나타낸다. 요소 15: 외부 동기 신호를 수신하고 상기 광학 입력의 상기 전기 신호들로의 변환을 타이밍하고 상기 전기 신호들을 변경하기 위해 상기 외부 동기 신호를 사용하는 단계를 더 포함한다. 요소 16: 상기 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들은 DC 결합된 채널 및 AC 결합된 채널이다. 요소 17: 상기 광학 센서의 냉각 파라미터들을 모니터링하는 단계 및 상기 전기 신호들이 상기 냉각 파라미터들 중 적어도 하나에 기초하여 잠재적으로 손상된다는 경고를 생성하는 단계를 더 포함한다. 요소 18: 상기 작동 모드는 처리 챔버 제어기로부터 수신된다. 요소 19: 상기 광학 센서는 상기 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 셔터 명령들을 수신한다. 요소 20: 상기 작동 모드는 상기 변경된 전기 신호들 중 어느 것이 선택되는지를 나타낸다. 요소 21: 상기 작동 모드는 상기 작동 센서와 상기 변환 시스템의 작동을 제어하기 위해 외부 동기 신호 또는 내부 동기 신호를 사용하는 것을 나타낸다. 요소 22: 상기 제어기는, 외부 동기 신호를 수신하면, 상기 광학 센서와 상기 변환 시스템의 작동을 제어하기 위해 외부 동기 신호를 자동으로 사용한다. 요소 23: 상기 제어기는 상기 광학 센서에 셔터 명령들을 전송하도록 더 구성되고, 상기 광학 센서는 상기 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 상기 셔터 명령들을 사용하도록 구성된다. 요소 24: 상기 광학 센서는 냉각 시스템을 포함하고, 상기 제어기는 상기 전기 신호들이 상기 냉각 시스템을 모니터링하는 것에 기초하여 잠재적으로 손상되었음을 나타내는 경고를 생성하도록 더 구성된다. 요소 25: 상기 병렬 신호 채널들은 두 개의 채널들, DC 결합된 채널, 및 AC 결합된 채널이다. 요소 26: 제어기는 프로그램 가능한 집적 회로이다.

Claims

광학 기기에 있어서:
광학 입력을 수신하고 상기 광학 입력을 전기 신호들로 변환하도록 구성된 광학 센서; 및
변환 시스템으로서:
상기 전기 신호들을 수신하여 아날로그 출력들로 변경하도록 구성된 다수의 병렬 신호 채널들을 갖는 변환 회로;
상기 광학 기기의 작동 모드에 따라서 상기 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하도록 구성된 아날로그 스위치; 및
선택된 병렬 신호 채널로부터 상기 아날로그 출력을 수신하여 디지털 신호 출력으로 변환하도록 구성된 아날로그-디지털 변환기를 포함하는, 상기 변환 시스템을 포함하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 변환 회로, 상기 아날로그 스위치, 및 상기 아날로그-디지털 변환기는 직렬로 결합되는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 아날로그 스위치는 상기 아날로그-디지털 변환기와 상기 변환 회로 사이에 직렬로 결합되는, 광학기기.
제 1 항에 있어서,
선택된 아날로그 출력을 수신 및 변경하고 상기 선택된 아날로그 출력을 상기 아날로그-디지털 변환기에 제공하도록 구성된 차동 드라이버를 더 포함하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 기기는 상기 변환 시스템의 입력과 출력 사이의 단일 변환 경로를 갖는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 변환 회로는 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들을 포함하는, 광학 기기.
제 6 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들은 DC 결합된 채널 및 AC 결합된 채널을 포함하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 상기 광학 센서에 셔터 명령들을 전송하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 작동 모드에 기초하여 상기 아날로그 스위치의 작동을 지시하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서가 상기 광학 신호들로부터 상기 전기 신호들을 생성하고 상기 변환 회로가 상기 전기 신호들을 수신 및 변경하기 위해 상기 작동 모드에 기초하여 타이밍을 동기화하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 광학 기기.
제 10 항에 있어서,
상기 타이밍은 외부 동기 신호에 기초하는, 광학 기기.
제 1 항에 있어서,
상기 광학 센서로부터 수신된 적어도 하나의 냉각 파라미터에 기초하여 상기 광학 센서로부터 잠재적인 손상된 전기 신호들의 경고를 생성하도록 구성된 제어기를 더 포함하는, 광학 기기.
제 12 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 냉각 파라미터는:
상기 광학 센서의 냉각기의 작동 전압,
상기 광학 센서의 냉각기의 작동 전류,
상기 광학 센서의 냉각기의 작동 온도,
상기 광학 센서의 냉각 시스템의 적어도 하나의 팬의 작동 파라미터들,
상기 광학 센서의 작동 온도, 및
상기 광학 센서의 냉각기의 제어 루프로부터의 작동 피드백으로 구성된 리스트로부터 선택되는, 광학 기기.
광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법에 있어서:
작동 모드를 수신하는 단계;
광학 센서로부터, 상기 광학 센서에 대한 광학 입력을 나타내는 전기 신호들을 수신하는 단계;
상기 전기 신호들을 변경하기 위한 상기 작동 모드에 기초하여 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들 중 하나를 선택하는 단계; 및
상기 변경된 전기 신호들을 디지털 신호 출력으로 변환하는 단계를 포함하는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 변환하는 단계는 상기 디지털 신호 출력으로 변환하기 전에 상기 변경된 전기 신호들로부터 차동 출력 신호들을 제공하는 단계를 포함하는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 작동 모드는 상기 방법을 제어하는데 사용하기 위한 동기 신호의 유형을 나타내는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
외부 동기 신호를 수신하는 단계 및 상기 광학 입력의 상기 전기 신호들로의 변환을 타이밍하고 상기 전기 신호들을 변경하기 위해 상기 외부 동기 신호를 사용하는 단계를 더 포함하는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 병렬 신호 채널들은 DC 결합된 채널 및 AC 결합된 채널인, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 광학 센서의 냉각 파라미터들을 모니터링하는 단계 및 상기 전기 신호들이 상기 냉각 파라미터들 중 적어도 하나에 기초하여 잠재적으로 손상된다는 경고를 생성하는 단계를 더 포함하는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 작동 모드는 처리 챔버 제어기로부터 수신되는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 광학 센서는 상기 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 셔터 명령들을 수신하는, 광학 입력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 방법.
분광계에 있어서:
작동 모드에 기초하여 상기 분광계의 작동을 지시하도록 구성된 제어기;
광학 입력을 수신하고 상기 광학 입력과 상기 작동 모드에 기초하여 전기 신호들을 제공하도록 구성된 광학 센서; 및
상기 전기 신호들을 병렬 신호 채널들을 따라 변경하고 상기 변경된 전기 신호들 중 하나를 상기 작동 모드에 기초하여 디지털 신호 출력으로서 선택하는 변환 시스템을 포함하는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 작동 모드는 상기 변경된 전기 신호 중 어느 것이 선택되는지를 나타내는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 작동 모드는 상기 작동 센서와 상기 변환 시스템의 작동을 제어하기 위해 외부 동기 신호 또는 내부 동기 신호를 사용하는 것을 나타내는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 제어기는, 외부 동기 신호를 수신하면, 상기 광학 센서와 상기 변환 시스템의 작동을 제어하기 위해 상기 외부 동기 신호를 자동으로 사용하는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 광학 센서에 셔터 명령들을 전송하도록 더 구성되고, 상기 광학 센서는 상기 광학 입력의 타이밍 수집을 위해 상기 셔터 명령들을 사용하도록 구성되는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 광학 센서는 냉각 시스템을 포함하고, 상기 제어기는 또한 상기 전기 신호들이 상기 냉각 시스템을 모니터링하는 것에 기초하여 잠재적으로 손상되었음을 나타내는 경고를 생성하도록 구성되는, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 병렬 신호 채널들은 두 개의 채널들, DC 결합된 채널, 및 AC 결합된 채널인, 분광계.
제 22 항에 있어서,
상기 제어기는 프로그램 가능한 집적 회로인, 분광계.