[發明專利]多模式可配置光譜儀

有效

• 申請號: 201810298098.1
• 申請日: 2018-03-30
• 公開（公告）號: CN108881746B
• 公開（公告）日: 2021-05-21
• 發明（設計）人: L·A·布洛克;J·D·柯雷斯;R·J·小戴尼奧;M·A·梅洛尼;M·惠蘭
• 申請（專利權）人: 真實儀器公司
• 主分類號: H04N5/347
• 分類號: H04N5/347;H04N5/355;H04N5/3728
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 王龍

本發明提供多模式可配置光譜儀、操作多模式可配置光譜儀的方法及光學監測系統。在一個實施例中，所述多模式可配置光譜儀包含：(1)光學傳感器，其經配置以接收光學輸入且將所述光學輸入轉換成電信號，其中所述光學傳感器包含用于將所述光學輸入轉換成所述電信號的多個有源像素區域；及(2)轉換電路，其具有多個可選擇轉換電路，所述轉換電路經配置以接收所述電信號且根據所述可選擇轉換電路中的所選擇者將所述電信號轉換成數字輸出。

相關申請案的交叉參考

本申請案主張由科利斯(Corless)等人在2017年3月31日申請的標題為“多模式可配置光譜儀(Multimode Configurable Spectrometer)”的序列號為62/479,576的美國臨時申請案及由科利斯等人在2017年7月10日申請的標題為“多模式可配置光譜儀”的序列號為62/530,388的美國臨時申請案的權益，所述美國申請案兩者共同經指派有本申請案且以全文引用方式并入本文中。

技術領域

本發明大體上涉及光學光譜學系統及使用方法。一個特定實施例涉及一種在半導體處理期間使用的多模式可配置光譜儀的經改進可配置性及實用性的系統及方法。

背景技術

半導體工藝的光學監測是一種完善的用于控制例如蝕刻、沉積、化學機械拋光及植入的過程的方法。光學發射光譜學(“OES”)及干涉測量端點(“IEP”)是數據收集操作的兩種基本類型。在OES應用中，從過程發射的光(通常從等離子發射)經收集及分析以識別及跟蹤原子及分子種類的變化，其指示被監測過程的狀態或進展。在IEP應用中，光通常從例如閃光燈的外部源供應，且被引導到工件上。一旦從工件反射，有來源的光便載送呈工件的反射率形式的信息，其指示工件的狀態。工件的反射率的提取及模型化準許理解膜厚度及特征大小/深度/寬度(除了其它性質之外)。

半導體工藝朝向更快過程、更小特征大小及更復雜結構的不斷進步對過程監測技術提出了很高要求。舉例來說，需要更高數據取樣率(例如，光學信號測量或每秒光譜)來準確地監測對十分薄的層快得多的蝕刻率，其中幾埃(幾個原子層)的改變是關鍵的，例如對于鰭式場效應晶體管(FINFET)及三維(3D)NAND結構。對于OES及IEP方法兩者，在許多情況中需要更寬光學寬度及更大信噪比以幫助檢測反射率及光學發射的小變化。用于監測系統的成本及封裝大小隨著半導體工藝設備變得更復雜、更深入集成且其本身更貴同樣處于恒定壓力下。全部這些需求力圖推動用于半導體工藝的光學監測系統的性能的進步。合適的光譜儀的能力及適應性是光學監測系統的關鍵因素。

多年來，半導體產業一直在光譜儀器及系統中調適及應用先進技術。舉例來說，參見以引用方式并入本文中的美國專利9,386,241“用于增強基于電荷耦合裝置的攝譜儀的動態范圍的設備及方法(Apparatus and Method for Enhancing Dynamic Range ofCharge Coupled Device-based Spectrograph)”。在光譜儀內，圖像傳感器是用于確定數據取樣率、光學帶寬、光學信號檢測靈敏度、光學信噪比性能等的關鍵元件。區域電荷耦合裝置(“CCD”)是最常見的，但具有多個性能限制及約束(除了其它方面之外)、高度期望的操作模式及快速數據率。如美國專利9,386,241中描述，復雜計時、數據移位及讀取可經執行以抵消某些性能問題，但例如多個信號混合、交叉污染的效果及較慢的數據取樣率保持，這是由于現存裝置的物理結構及所需像素移位方案。

發明內容

一方面，本發明提供一種多模式可配置光譜儀。在一個實施例中，所述多模式可配置光譜儀包含：(1)光學傳感器，其經配置以接收光學輸入且將所述光學輸入轉換成電信號，其中所述光學傳感器包含用于將所述光學輸入轉換成所述電信號的多個有源像素區域；及(2)轉換電路，其具有多個可選擇轉換電路，所述轉換電路經配置以接收所述電信號且根據所述可選擇轉換電路中的所選擇者將所述電信號轉換成數字輸出。