KR20180116434A - 웨이퍼 레벨 분광기 - Google Patents
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Abstract
광학 방사선의 특성을 측정하는 센서 장치는 기판, 및 하나 이상의 공간적으로 분리된 위치에서 기판 내에 위치되는 로우 프로파일 스펙트럼 선택적 검출 시스템을 갖는다. 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 광학 검출기의 대응하는 어레이에 광학적으로 결합되는 파장 선택기의 일반적인 래머너 어레이를 포함한다. 본 요약은 검색자 또는 다른 독자가 신속하게 기술 발명의 주제를 확인하게 할 요약을 요구하는 규정을 준수하기 위해 제공된다는 것이 강조된다. 이것은 청구항의 범위 또는 의미를 해석하거나 제한하는데 사용되지 않을 것이라는 이해와 함께 제출된다.
Description
우선권 주장
본 출원은 참조에 의해 전체 내용이 여기서 통합되는 2012년 6월 17일자로 출원된 미국 가출원 번호 61/498,500의 정식 출원이다.
기술 분야
본 발명의 실시예는 프로세싱 환경 내의 스펙트럼 방출을 측정하기 위한 내장된 분광기(들)를 구비한 계측 웨이퍼에 관한 것이다.
전자 디바이스, 플랫 패널 디스플레이, 및 리소그래피 마스크 등의 생산에 사용되는 그러한 제조 프로세스들 및 반도체 디바이스를 제조하기 위한 프로세스들은 종종 적합한 워크피스에 광학 방사선을 포함하는 일련의 분리된 프로세스 오퍼레이션을 시행하도록 요구한다. 그러한 프로세스들 대부분은 프로세스 컨디션들에 매우 민감하고, 흔히 프로세스 툴이라고 하는 개별의 프로세스 챔버 내에서 수행되는 것이 바람직하고, 프로세스 챔버 내부에는 매우 구체적인 컨디션들이 확립된다. 그러한 프로세스 툴을 위한 최신 제조 설비는 전형적으로 생산 프로세스의 전체 자동화의 일부로서 로봇식 전송 메카니즘을 사용한다.
프로세스 챔버 내의 정밀한 컨디션을 정확하고 재현가능하게 확립하고 유지하는 능력이 성공적인 다양한 유형의 생산품 생산에 필요로 된다. 특히 중요한 생산의 예들은 반도체 디바이스, 플랫 패널 디스플레이, 및 리소그래피 마스크와 같은 최신 기술의 전자 디바이스 중 어느 것이다. 상업적인 성공을 위해 필요한 높은 디바이스 수율 및 성늘을 성취하기 위해서, 일부 경우에는 프로세스 챔버 내의 컨디션이 특정 물리적 파라미터를 측정하도록 설계된 센서를 사용하여 지속적으로 모니터링되고 제어된다. 전형적으로, 그러한 제어 센서는 프로세스 툴 내의 특정 위치에서 광학 방사선과 같은 관심 파라미터를 측정하기 위해서 프로세스 툴 내에 구축된다.
글로 방전을 이용한 워크피스의 플라즈마 프로세싱과 같은 어플리케이션에 대하여 플라즈마 프로세싱을 모니터링하는데 전형적으로 이용가능한 기술은 다양한 문제들을 겪을 수 있다. 전형적인 문제는 프로세스 챔버 또는 프로세스 작동 컨디션에 수정이 필요하다는 점에서 표준 방법들이 침해된다는 것이다. 표준 방법들에 관한 다른 문제는 표준 방법들이 전형적으로 프로세스 영역에 대하여 전체적인 측정 또는 평균화된 측정들만 제공한다는 것이다. 일반적으로, 현재 이용가능한 모니터링 기술 및 장치는 기판을 프로세싱하는데 비침해적이고(non-intrusive), 공간적으로 그리고/또는 일시적으로 분석된 광학 방사선 파라미터의 측정을 용이하게 제공할 수 없다.
이것은 본 발명의 실시예가 발생하는 것은 이러한 맥락 내에 있다.
본 발명의 목적 및 이점은 이하의 상세한 설명들을 읽고 첨부 도면들을 참조할 때 명백해질 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 센서 장치에 사용될 수 있는 대안의 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템의 단면 개략도이다.
도 1c는 도 1a의 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로우 프로파일 광 결정 분광기를 예시하는 3차원 개략도이다.
도 4는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 실시예에 따른 그 위에 제조된 파장 식별 요소를 갖는 광섬유 케이블의 일부의 투시도이다.
도 5c는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 1b는 도 1a의 센서 장치에 사용될 수 있는 대안의 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템의 단면 개략도이다.
도 1c는 도 1a의 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 2b는 도 2a의 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 로우 프로파일 광 결정 분광기를 예시하는 3차원 개략도이다.
도 4는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 상면 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 실시예에 따른 그 위에 제조된 파장 식별 요소를 갖는 광섬유 케이블의 일부의 투시도이다.
도 5c는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치의 단면 개략도이다.
다음의 상세한 설명에서는 본 원의 일부를 이루고, 본 발명이 시행될 수 있는 구체적인 실시예의 예로서 나타내어지는 첨부 도면이 참조된다. 이것과 관련하여, "상부", "저부", "전방", "후방", "선단", "후단" 등과 같은 방향성 용어들은 설명되고 있는 도면(들)의 배향을 참조하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 컴포넌트들은 다수의 상이한 배향들로 위치결정될 수 있기 때문에, 방향성 용어는 예시를 위해서 사용될 수 있고, 절대 제한하는 것은 아니다. 다른 실시예가 사용될 수 있고, 구조적 또는 논리적 변화가 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 그러므로, 다음의 상세한 설명은 제한하는 의미로 취해지는 것이 아니고, 본 발명의 범위는 첨부되는 청구항에 의해 정의된다.
본 발명은 광학 방사선의 특성을 측정하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명의 특정 실시예의 동작이 주로 실리콘 웨이퍼와 같은 반도체 웨이퍼를 프로세싱하는 맥락에서 이하 논의될 것이다. 본 발명의 실시예 및 본 발명의 실시예의 동작은 주로 광학 방사선 데이터, 특히 전자 디바이스를 제조하기 위해 워크피스를 프로세싱하는데 이용되는 프로세스들과 같은 광학 방사선을 수반하는 프로세스들의 스펙트럼 방출을 측정하고 제어하는 맥락에서 이하 논의될 것이다. 본 발명의 실시예가 적합한 광학 방사선을 수반하는 프로세스들의 일부의 예는 플라즈마 에칭, 글로 방전 스퍼터링, 플라즈마 인핸스드 화학 기상 증착, 플라즈마 어닐링, 플라즈마 스트립핑, 광화학 증착, 광화학 에칭, 광학 경화, 광학 현상 및 광학 어닐링에 적합하다.
광학 방사선을 수반하는 프로세스들은 광학 방사선이 프로세스 수행의 일부로서 이용되거나 광학 방사선이 프로세스에 의해 발생되는 프로세스들을 의미하는 것으로서 여기서 정의된다. 게다가, 광학 방사선은 프로세스의 결과에 영향을 미칠 수 있거나, 또는 광학 방사선은 프로세스의 상태 또는 성능의 표시일 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예는 주로 주변 환경에서 광학 방사선을 측정하는 것을 수반하는 임의의 어플리케이션에 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다음의 도면 설명에서, 동일한 참조 번호가 도면에 공통되는 실질적으로 동일한 요소 또는 단계들을 지시할 때 사용되었다.
도 1a 및 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 센서 장치(100)의 단면도 및 상면도를 예시한다. 센서 장치(100)는 기판(101)을 포함한다. 그 다음에, 광학 요소(105)를 구비한 커버(103)가 기판(101)에 부착될 수 있고, 그들 조합은 인클로저를 형성한다. 기판(101) 및 커버(103)는 그 어플리케이션에 적합한 임의의 접착 재료를 이용하여 접해 있을 수 있다. 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110) 및 (선택적으로) 측정 전자 기기(119)가 기판(101) 및 커버(103)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치결정된다. 도 1c는 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110) 및 측정 전자 기기(119)가 기판 커버(103) 아래에 배치되었음을 나타내기 위해 파선을 이용하여 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110), 광학 요소(105), 및 측정 전자 기기(119)를 도시한다.
여기에 예시된 바와 같이, 파장 선택적 검출 시스템(110) 및 측정 전자 기기(119)가 기판(101) 내에 위치된다. 대안적으로, 파장 선택적 검출 시스템(110) 및 측정 전자 기기(119)는 커버(103) 내에, 또는 커버(103)와 기판(101) 모두 내에 위치될 수 있다. 커버(103)에 의해 파장 선택적 검출 시스템(110) 및 측정 전자 기기(119)는 워크피스 프로세싱 툴의 프로세싱 컨디션에 노출되는 것으로부터 보호된다. 워크피스 프로세싱 컨디션이 파장 선택적 검출 시스템(110)과 측정 전자 기기(119)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버(103)는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
센서 장치(100)는 광학 방사선을 수반하는 프로세스 동안에 워크피스에 의해 받게 되는 스펙트럼 방출 특성을 측정하도록 구성된다. 한정이 아닌 예시로서, 센서 장치(100)의 동작은 플라즈마 프로세서의 문맥에서 논의될 것이다. 그러나, 센서 장치(100)가 광학 방사선을 수반하는 임의의 컨디션에서 사용될 수 있다는 것을 주목하는 것은 중요하다. 센서 장치(100)는 워크피스 프로세싱 툴(도시되지 않음) 내의 플라즈마(117)에 노출된다. 플라즈마(117)로부터 발산되는 광학 방사선(115)은 센서 장치(100)를 향한다.
광학 요소(105)는 커버(103)의 상부 표면에서 비롯된 광학 요소(105) 근방의 광학 방사선(115)의 모음(gathering)을 선택적으로 집중하도록 구성될 수 있다. 다르게 말하면, 광학 요소(105)는 커버(103) 표면 근방에 위치된 광학 방사선(115)을 포착하도록 구성될 수 있다. 이것은 센서 장치(100)에 의해 결정되는 광학 방사선(115)의 스펙트럼 방출 특성을 워크피스 프로세싱 툴 컨디션을 모니터링하고 최적화하는데 가장 관련되는 특정 영역(예를 들면, 커버 표면)에 타겟팅하도록 한다.
한정이 아닌 예시로서, 광학 요소(105)는 원하는 범위에서 광학 방사선에 대해 실질적으로 투명해지는 사파이어 또는 석영 또는 임의의 다른 재료로 구성된 윈도우일 수 있다. 바람직한 본 발명의 실시예에 대하여, 광학 요소(105)는 100㎚ 내지 2㎛의 범위 내의 파장을 갖는 광학 방사선(즉, 심자외선으로부터 근적외선까지) 및 모든 파장 및 여기서 포함되는 범위의 파장을 갖는 광학 방사선에 대해 투명해질 수 있다. 광학 요소(105)는 또한 기판 커버(103)의 상부 표면에서 비롯되는 광학 방사선(115)의 모음을 선택적으로 집중하도록 구성된 렌즈와 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다. 추가적으로, 광학 요소(105)는 반사성 빔-조향 요소 또는 윈도우를 포함할 수 있다.
도 1a에 예시된 센서 장치(100)는 기판 커버(103) 내에 형성된 단일 광학 요소(105)만을 나타내지만, 복수의 상이한 위치에서 광학 방사선 스펙트럼 방출 특성의 공간적 모니터링을 용이하게 할 수 있도록 다수의 광학 요소가 기판 커버(103) 내의 다양한 위치에서 형성될 수 있다.
광학 요소(105)에 의해 포착된 광학 방사선(115)는 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110)에 직접적으로 전송될 수 있다. 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110)은 광학 방사선(115)의 스펙트럼 방출 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110)은 포착된 광학 방사선(115) 내에 하나 이상의 관심 화학종(chemical species)에 대응하는 하나 이상의 방출 대역을 식별하도록 구성될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같은 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템이란 용어는 전자기 스펙트럼의 특정 부분 상의 광학 방사선의 여러 특성들(예를 들어, 스펙트럼 방출 특성)을 측정할 수 있는 반면에, 웨이퍼형의 기판 내에 디바이스를 구현하는 것에 고유한 사이즈 제약들을 충족시킬 수 있는 디바이스를 말한다. 파장 선택적 검출 시스템(110)은 커버(103) 및 기판(101)에 의해 형성되는 인클로저 내에 위치된다. 파장 선택적 검출 시스템(110)은 기판 커버(103)에 의해 포착된 광학 방사선(115)의 스펙트럼 방출 특성의 결정을 어지럽힐 수 있는 임의의 전자기(EM) 노이즈로부터 보호된다. 파장 선택적 검출 시스템(110)은 또한 커버(103)에 의해 측정 전자 기기에 간섭할 수 있는 임의의 RF 노이즈로부터 보호된다. EM 및 RF 노이즈가 파장 선택적 검출 시스템(110)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
한정이 아닌 예시로서, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110)은 일반적으로 어퍼처-제한 디바이스(113)를 통하여 대응하는 검출기 어레이(111)(예를 들면, 포토다이오드 어레이)에 광학적으로 결합된 하나 이상의 광학 파장 선택기(109)(예를 들면, 광학 대역통과 필터)를 포함할 수 있다. 파장 선택기(109)는 다수의 상이한 파장 선택기를 이용함으로써 검출기 어레이(111)에 관심 광학 방사선(115)의 부분만을 전송하고, 광학 방사선(115)의 특성 세트가 추측될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 불투명 재료는 검출기 어레이(111)의 대응 요소로의 필터링되지 않은 방사선의 원하지 않는 결합을 회피하기 위해 인접한 파장 선택기(109) 사이에 배치될 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(113)는 파장 선택기(109)의 광학 성능을 유지하도록 쓰일 수 있다.
어퍼처-제한 디바이스(113)의 기능은 파장 선택기(109) 및 검출기 어레이(111)에 관한 그 위치에 부분적으로 의존한다. 예를 들어, 어퍼처-제한 디바이스(113)는, 도 1a에 나타낸 바와 같이, 어퍼처-제한 디바이스가 파장 선택기(109)과 검출기 어레이(111) 사이에서 위치되도록 파장 선택기(109) 아래에 배치될 수 있다. 이러한 구성에서, 어퍼처-제한 디바이스(113)는 예를 들면 파장 선택기(109)가 광 결정으로 구현된다면 파장 선택기(109)를 떠난 광각(wide-angle) 방사선이 검출기 어레이(111)에 도달하는 것을 방지하도록 쓰일 수 있다. 대안적으로, 어퍼처-제한 디바이스(113)는 파장 선택기(109)가 어퍼처-제한 디바이스와 광검출기 어레이(111) 사이에 있도록 파장 선택기(109)의 상부에 위치될 수 있다. 이것은 대역통과 필터 어레이의 형태로 있다면 파장 선택기(109)의 광학 성능을 유지하기 위한 유용한 구성일 수 있다. 이러한 구성은 또한 파장 선택기(109)가 광 결정으로 구현된다면 방사선(115)을 위한 수집 원뿔을 정의하기 위해 쓰일 수 있다.
한정이 아닌 예시로서, 홀(hole)을 갖는 얇은 흑유리 층이 어퍼처-제한 광학 디바이스(113)로서 사용될 수 있다. 예시로서, 홀 깊이에 대한 홀 직경의 종횡비는 대략 1:10(예를 들면, 유리 층을 통하여 연장하는 20미크론 직경 홀을 갖는 200미크론 두께의 유리 층)일 수 있다. 광학 방사선(115)을 적절히 검출하기 위한 검출기 어레이(111)를 위해, 어퍼처-제한 디바이스(113)의 표면 상의 홀의 영역은 전체 영역의 대략 50% 이상일 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(113)는 검출기 어레이(111)의 일체로 된 부분으로서, 또는 파장 선택기(109)의 일체로 된 부분으로서 선택적으로 제조될 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(113)는 또한 광학 방사선(115)이 파장 선택기(109)에 도달하기 전에 어퍼처-제한 디바이스(113)를 통과하도록 파장 선택기(109) 위에 배치될 수 있다. 추가적으로, 도 1b에 도시된 바와 같은 대안의 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110')에 있어서, 추가의 어퍼처-제한 디바이스(113')가 광학 방사선(115)가 파장 선택기(109)에 도달하기 전에 추가의 어퍼처-제한 디바이스(113')를 통과한 후에 파장 선택기(109)를 떠난 후에 제 2 어퍼처-제한 디바이스(113)를 통과하도록 파장 선택기(109) 위에 배치될 수 있다. 일부 구현예에 있어서, 광학 요소(105)는 추가의 어퍼처-제한 디바이스(113')로서 작용하도록 (예를 들면, 적합한 직경, 밀도 및 횡경비의 홀을 가지고) 패터닝될 수 있다.
더 짧은 파장에 대하여 광학 변환 재료(112)가 더 높은 변환 효율을 돕도록 검출기 어레이(111)와 어퍼처-제한 디바이스(113) 사이에 개재될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 재료는 인광체, 형광 재료, 또는 발광 재료일 수 있고, 그 목적은 이용가능한 단파장 에너지의 일부를 검출기 어레이(111)에 의해 검출될 수 있는 더 긴 파장으로 모두 또는 부분적으로 변환하는 것을 돕는 것이다.
측정 전자 기기(119)는 파장 선택적 검출 시스템(110)에 의해 생성된 전기 신호의 분석(예를 들어, 방출 스펙트럼으로의 강도 맵의 변환)을 허용하기 위해 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(110)에 접속될 수 있다. 당업자는 센서 장치(100)와 함께 사용하기에 적합한 상업적으로 이용가능한 수많은 제어기가 있다는 인지하고 있다. 한정이 아닌 예시로서, 측정 전자 기기(119)는 파장 선택적 검출 시스템(110)에 의해 생성된 전기 신호를 분석하기 위해 마이크로프로세서와 같은 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 측정 전자 기기(119)는 데이터 및 명령어를 저장하기 위해 컴퓨터 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 측정 전자 기기(119)는 무선 통신과 같은 방법을 이용하여 제 2 위치로 데이터 및 명령어를 전송하도록 구성될 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치(200)의 단면도 및 상면도를 예시한다. 센서 장치(200)는 기판(201)을 포함한다. 그 다음에, 광학 요소(205)를 구비한 커버(203)가 기판(201)에 부착될 수 있고, 그들 조합이 인클로저를 형성한다. 기판(201) 및 커버(203)는 그 어플리케이션에 적합한 임의의 접착 재료를 이용하여 접해 있을 수 있다. 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210) 및 (선택적으로) 측정 전자 기기(219)가 기판(201) 및 커버(203)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치결정된다. 또한, 센서 장치(200)는 기판(201) 및 커버(203)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치되는 광 도파관(207)을 포함한다. 도 2b는 기판 커버(203) 아래에 배치되었음을 나타내기 위해 파선을 이용하여 도파관(207), 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210), 광학 요소(205), 및 측정 전자 기기(219)를 도시한다. 광학 요소(205) 및 도파관(207)은 분리된 요소로서 도시되었지만, 그들은 동일한 요소이거나 또는 공통의 구조로 통합될수 있다는 것을 당업자는 인지할 것이다는 것이 주목된다.
여기에 예시된 바와 같이, 도파관(207), 파장 선택적 검출 시스템(210), 및 측정 전자 기기(219)가 기판(201) 내에 위치된다. 대안적으로, 도파관(207), 파장 선택적 검출 시스템(210), 및 측정 전자 기기(219)가 커버(203) 내에, 또는 커버(203)와 기판(201) 모두 내에 위치될 수 있다. 커버(203)에 의해 도파관(207), 파장 선택적 검출 시스템(210), 및 측정 전자 기기(219)는 워크피스 프로세싱 툴의 프로세싱 컨디션에 노출되는 것으로부터 보호된다. 워크피스 프로세싱 컨디션이 파장 선택적 검출 시스템(210)과 측정 전자 기기(219)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
센서 장치(200)는 광학 방사선을 수반하는 프로세스 동안에 워크피스에 의해 받게 되는 스펙트럼 방출 특성을 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 센서 장치(200)는 워크피스 프로세싱 툴(도시되지 않음) 내의 플라즈마(217)에 노출될 수 있다. 플라즈마(217)로부터 발산되는 광학 방사선(215)은 센서 장치(200)를 향할 수 있다.
광학 요소(205)는 커버(203)의 상부 표면에서 비롯된 광학 요소(205) 급접한 광학 방사선(215)을 선택적으로 수집하도록 구성될 수 있다. 다르게 말하면, 광학 요소(205)는 커버(203) 표면 근방에 위치된 광학 방사선(215)을 포착하도록 구성될 수 있다. 이것은 센서 장치(200)에 의해 결정되는 광학 방사선(215)의 스펙트럼 방출 특성을 워크피스 프로세싱 툴 컨디션을 모니터링하고 최적화하는데 가장 관련되는 영역(예를 들면, 커버 표면)에 타겟팅하도록 한다.
한정이 아닌 예시로서, 광학 요소(205)는 원하는 범위에서 광학 방사선에 대해 실질적으로 투명해지는 사파이어 또는 석영 또는 임의의 다른 재료로 구성된 윈도우일 수 있다. 본 발명의 특정 실시예에 대하여, 윈도우(205)는 100㎚ 내지 2㎛의 범위 내의 파장을 갖는 광학 방사선(즉, 심자외선으로부터 근적외선까지) 및 여기서 포함되는 모든 파장을 갖는 광학 방사선에 대해 투명해질 수 있다. 광학 요소(205)는 또한 기판 커버(203)의 상부 표면에서 비롯되는 광학 방사선(215)의 수집에 선택적으로 집중하도록 구성된 렌즈와 같은 하나 이상의 광학 요소를 포함할 수 있다.
도 2a에 예시된 센서 장치(200)는 기판 커버(203) 내에 형성된 단일 광학 요소(205)만을 나타내지만, 복수의 상이한 위치에서 광학 방사선 스펙트럼 방출 특성의 공간적 모니터링을 용이하게 할 수 있도록 다수의 광학 요소가 커버(203) 내의 다양한 위치에서 형성될 수 있다.
광학 요소(205)에 의해 포착된 광학 방사선(215)는, 도 1a 및 도 1b에 관해 상술된 바와 같이 파장 선택적 검출 시스템에 직접적으로 전송되는 것보다, 광 도파관(207)을 통과하여 전송될 수 있다. 광 도파관(207)은 커버(203) 및 기판(201)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치될 수 있다. 도파관(207)은 광학 요소(205)에서 모여진 광학 방사선(215)을 수신하여 커버(203)의 평면에 평행하는 방향으로 전송하도록 구성될 수 있다. 광 도파관(207)은 커버(203)에 의해 프로세싱 환경으로부터 보호될 수 있다. 광 도파관(207)에 의해 전송되고 있는 광학 방사선(215)은 또한 커버(203)에 의해 광학 노이즈로부터 보호될 수 있다. 그러므로, 파장 선택적 검출 시스템(210)에 의해 측정되고 있는 광학 방사선(215)은 윈도우 형태로 광학 요소(205)에 의해 포착되고 있는 광학 방사선(215)과 실질적으로 동일할 수 있다.
광 도파관(207)은 광 결정 구조의 투명 기판일 수 있다. 대안적으로, 광 도파관(207)은 광섬유 또는 광섬유 번들일 수 있다. 그러한 실시예에서, 광학 요소(205)는 광 결정 구조나 광섬유 또는 광섬유 번들의 단부에 부착될 수 있다. 대안적으로, 광 도파관(207)은 이러한 어플리케이션에 적합한 유전체 슬래브 도파관 또는 임의의 다른 도파관에 의해 구현될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 도파관(207)은 1미크론 내지 500미크론의 두께를 가질 수 있다.
한정이 아닌 예시로서, 파장 선택적 검출 시스템(210)은 하나 이상의 협대역 통과 필터 검출 시스템을 이용하여 구현될 수 있다. 그러한 필터 기반의 검출 시스템은 광학적으로 전송하는 어퍼처-제한 디바이스(213)를 통하여 대응하는 포토다이오드 어레이(211)에 광학적으로 결합된 광학 파장 선택기(209)(예를 들어, 광학 대역 통과 필터)의 일반적인 래머너 어레이(generally laminar array)를 포함할 수 있고, 그것은 슬래브 형태일 수 있다. 파장 선택기(209)는 검출기 어레이(211)에 관심 광학 방사선(215) 부분만 전송하고, 다수의 상이한 파장 선택기를 이용함으로써 광(215)의 특성 세트가 추측될 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(213)는 도파관(207)과 파장 선택기(209)의 조합의 결과로서 파장 식별 도파관의 광학 성능을 유지하기 위해 쓰일 수 있다.
한정이 아닌 예시로서, 홀을 갖는 얇은 흑유리 층이 어퍼처-제한 디바이스(213)로서 사용될 수 있다. 예시로서, 홀 깊이에 대한 홀 직경의 종횡비는 대략 1:10(예를 들면, 유리 층을 통하여 연장하는 20미크론 직경 홀을 갖는 200미크론 두께의 유리 층)일 수 있다. 광학 방사선(215)을 적절히 검출하기 위한 검출기 어레이(211)를 위해, 어퍼처-제한 디바이스의 표면 상의 홀의 영역은 전체 영역의 대략 50% 이상일 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(213)는 센서 어레이(211)의 일체로 된 부분으로서 선택적으로 제조될 수 있다.
더 짧은 파장에 대하여 광학 변환 재료(212)가 더 높은 변환 효율을 돕도록 검출기 어레이(211)와 어퍼처-제한 디바이스(213) 사이에 개재될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 재료는 인광체, 형광 또는 발광 재료일 수 있고, 그 목적은 이용가능한 단파장 에너지의 일부를 검출기 어레이(211)에 의해 검출될 수 있는 더 긴 파장으로 모두 또는 부분적으로 변환하는 것을 돕는 것이다.
로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210)은 전송된 광학 방사선(215)의 스펙트럼 방출 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210)은 포착된 광학 방사선(215) 내에 하나 이상의 관심 화학종에 대응하는 하나 이상의 방출 대역을 식별하도록 구성될 수 있다. 파장 선택적 검출 시스템(210)은 커버(203) 및 기판(201)에 의해 형성되는 인클로저 내에 위치될 수 있다. 파장 선택적 검출 시스템(210)은 커버(203)에 의해 포착된 광학 방사선(215)의 스펙트럼 방출 특성의 결정을 어지럽힐 수 있는 임의의 전자기(EM) 노이즈로부터 보호된다. 파장 선택적 검출 시스템(210)은 또한 측정 전자 기기에 간섭할 수 있는 임의의 RF 노이즈로부터 보호된다. EM 및 RF 노이즈가 파장 선택적 검출 시스템(210)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
한정이 아닌 예시로서, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210) 내의 파장 선택기(209)는 대응하는 검출기 어레이(211)에 주어진 좁은 파장 범위의 광을 선택적으로 결합하도록 구성되고, 도 1a 및 도 1b에 관해 상술된 바와 같이 수행하는, 폴리머 필름, 반도체 재료 또는 유리 슬래브로 나노 제작되는(nanofabricated) 광 결정 패턴(예를 들어, 규칙적으로 배열된 홀 또는 보이드의 패턴)의 어레이로서 구현될 수 있다. 대안적으로, 파장 선택기(209)는 박막 간섭 필터, 컬러 유리 필터, 또는 마이크로 공진기로서 구현될 수 있다. 파장 선택기(예를 들어, 박막 간섭 필터 또는 마이크로 공진기 등)는 검출기 어레이(211)에 일체로 형성될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 마이크로 공진기의 경우에, 검출기 어레이(211)는 공통 구조체로서 마이크로 공진기에 일체로 형성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 파장 선택적 검출 시스템(210)은 광 도파관(207) 아래에 위치될 수 있다. 그러나, 파장 선택적 검출 시스템(210)은 대안적으로 포착된 광학 방사선 내에 하나 이상의 관심 화학종에 대응하는 하나 이상의 방출 대역을 식별하도록 구성되는 한, 커버(203) 및 기판(201)에 의해 형성된 인클로저 내의 임의의 위치에 위치될 수 있다. 측정 전자 기기(219)가 파장 선택적 검출 시스템(210)에 의해 생성된 전기 신호의 분석(예를 들어, 방출 스펙트럼으로의 강도 맵의 변환)을 허용하기 위해 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(210)에 접속될 수 있다. 당업자는 센서 장치(200)와 함께 사용하기에 적합한 상업적으로 이용가능한 수많은 제어기가 있다는 인지하고 있다. 한정이 아닌 예시로서, 측정 전자 기기(219)는 파장 선택적 검출 시스템(210)에 의해 생성된 전기 신호를 분석하기 위해 마이크로프로세서와 같은 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 측정 전자 기기(219)는 데이터 및 명령어를 저장하기 위해 컴퓨터 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 측정 전자 기기(219)는 무선 통신과 같은 방법을 이용하여 제 2 위치로 데이터 및 명령어를 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 특정 실시예는 센서 장치가 워크피스와 유사한 특성을 갖도록 구성될 때 유용한 정보를 획득하기에 적합하다. 반도체 웨이퍼 프로세싱 어플리케이션에 대하여, 이것은 프로세스가 이용되는 반도체 웨이퍼의 특성의 일부를 센서 장치(100, 200)가 가질 수 있다는 것을 의미한다. 특히, 본 발명의 가장 바람직한 실시에에 대하여, 센서 장치는 프로세서가 이용되는 워크피스의 전기적, 기계적, 열적, 및 화학적 특성을 모방할 수 있다.
한정이 아닌 예로서, 센서 장치(100, 200)는 센서 장치(100, 200)의 치수 및 형상이 프로세서에서 사용되는 워크피스의 치수에 근사하도록 구성될 수 있다. 반도체 웨이퍼 프로세싱의 어플리케이션에 대하여, 이것은 센서 장치(100, 200)가 반도체 웨이퍼의 형상 및 근사한 치수를 가질 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 센서 장치(100, 200)는 센서 장치가 반도체 웨이퍼 프로세스에 이용될 때 실질적으로 원형이고 반도체 웨이퍼와 거의 동등한 직경을 가질 수 있다. 표준 반도체 웨이퍼 직경은 예를 들어 150㎜, 200㎜, 300㎜, 및 450㎜를 포함하지만, 그것에 한정되지 않는다. 게다가, 센서 장치, 예를 들어 기판(101, 201) 및/또는 커버(103, 203)의 재료는 표준 반도체 웨이퍼에 사용되는 것과 동일한 재료일 수 있다. 예를 들어, 표준 웨이퍼가 실리콘으로 제작되었다면 기판 및 커버도 또한 실리콘으로 제작될 수 있다.
플랫 패널 디스플레이의 프로세싱을 수반하는 어플리케이션에 대하여, 센서 장치(100, 200)는, 센서 장치의 두께와 플랫 패널 디스플레이 기판의 두께에서의 가능한 차이를 제외하고, 플랫 패널 디스플레이 기판과 대략 동일한 치수를 갖고 동일한 재료로 제작될 수 있다. 유사하게, 포토리소그래피 마스크의 프로세싱을 수반하는 어플리케이션에 대하여, 센서 장치(100, 200)는, 센서 장치(100, 200)의 두께가 포토리소그래피 마스크 기판의 두께와 상이할 수 있다는 가능성을 제외하고, 포토리소그래피 마스크 기판과 대략 동일한 치수를 갖고 동일한 재료로 제작될 수 있다.
반도체 웨이퍼 프로세스에 대한 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 센서 장치(100, 200)는 반도체 웨이퍼 또는 다른 워크피스가 로딩되거나 언로딩되는 것과 실질적으로 동일한 방식으로 프로세스 툴에 로딩되거나 프로세스 툴로부터 언로딩될 수 있다. 가장 최근의 반도체 프로세싱 설비 및 장비는 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하기 위해 로봇식 시스템을 사용하기 때문에, 그것은 센서 장치(100, 200)가 프로세싱을 위한 반도체 웨이퍼를 로딩 및 언로딩하기 위해 사용되는 로봇식 시스템에 의해 수용될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다는 것을 의미한다. 다르게 말하면, 센서 장치(100, 200)의 바람직한 실시예는 실제 프로세싱 컨디션 하에서 실질적으로 프로세싱 장비에 대한 수정이나 작은 변화없이 스펙트럼 방출 특성을 결정하도록 구성된다.
예를 들면, 대략 반도체 웨이퍼, 플랫 패널 디스플레이 기판, 및 리소그래피 마스크의 사이즈의 기판들 및 상술된 실시예와 같은 상대적으로 작은 기판을 수반하는 어플리케이션은 적당히 작은 사이즈를 갖는 측정 전자 기기(119, 219)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 어플리케이션에 대하여, 측정 전자 기기(119, 219)는 전기 신호 인가, 전기 신호 측정, 데이터 프로세싱, 데이터 저장, 및 정보 전송과 같은 태스크를 위한 마이크로프로세서 동작을 지원하기 위한 보조 컴포넌트 및 마이크로프로세서를 포함할 수 있다.
도 3은 로우 프로파일 광 결정 파장 선택적 검출 시스템(300)의 동작을 예시하는 3차원 개략도를 제공한다. 광 결정 파장 선택적 검출 시스템(300)은 광 결정 구조를 형성하기 위해 유리 기판 상에 도파관 기재(base material)(303), 예를 들면 폴리머 필름 또는 상이한 굴절률의 필름에서 나노 제조되는 광 결정 패턴(305)(예를 들면, 상이한 굴절률 재료의 보이드, 홀 또는 인클루전)의 어레이로서 구현될 수 있다. 예시에 있어서, 광학 방사선(301)이 투명한 기재(303)의 가장자리로 도입된다. 4개의 상이한 격자 상수를 갖는 광 결정(305)이 기재(303) 위의 층에서 패터닝된다. 그러한 패턴들 각각은 상이한 대역의 파장을 외부결합(outcouple)하고 그것은 화살표(307)에 의해 예시된다. 도 3에 예시된 예는 4개의 상이한 결정 패턴만을 제공하지만, 임의의 수의 상이한 광 결정 패턴이 들어오는 광학 방사선의 스펙트럼 방출 특성을 결정하는 것을 돕는데 이용될 수 있다는 점이 중요하다. 복원된(recovered) 방출 스펙트럼의 정확도는 더 많은 광 결정 패턴을 사용하여 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치(400)를 예시하는 상면 개략도이다. 도 4에 도시된 센서 장치(400)는, 커버(403) 및 기판(도시되지 않음)이 도 1c 및 도 2b에 도시된 원형 형태보다는 직사각형 형태로 구성된다는 것을 제외하고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 센서 장치(200)와 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 센서 장치(400)를 위한 직사각형 또는 정사각형 형태는 플랫 패널 디바이스를 제조하는데 사용되는 기판 및 리소그래피 마스크를 제조하는데 사용되는 기판과 같은 직사각형 또는 정사각형 기판들을 프로세싱하기 위한 것과 같은 어플리케이션에 유용할 것이다.
도 5a는 본 발명의 대안의 실시예에 따른 센서 장치(500)의 단면도이다. 센서 장치(500)는 기판(501)을 포함한다. 그 다음에, 광학 요소(505)를 구비한 커버(503)가 기판(501)에 부착될 수 있고, 그들 조합은 인클로저를 형성한다. 기판(501) 및 커버(503)는 그 어플리케이션에 적합한 임의의 접착 재료를 이용하여 접해 있을 수 있다. 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(510) 및 (선택적으로) 측정 전자 기기(519)가 기판(501) 및 커버(503)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치결정된다. 센서 장치(500)는 또한 기판(501) 및 커버(503)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치되는 추가의 광 도파관(507)을 포함한다.
여기에 예시된 바와 같이, 도파관(507), 파장 선택적 검출 시스템(510) 및 측정 전자 기기(519)가 기판(501) 내에 위치된다. 대안적으로, 도파관(507), 파장 선택적 검출 시스템(510) 및 측정 전자 기기(519)는 커버(503) 내에, 또는 커버(503)와 기판(501) 모두 내에 위치될 수 있다. 커버(503)에 의해 도파관(507), 파장 선택적 검출 시스템(510) 및 측정 전자 기기(519)는 워크피스 프로세싱 툴의 프로세싱 컨디션에 노출되는 것으로부터 보호된다. 워크피스 프로세싱 컨디션이 파장 선택적 검출 시스템(510)과 측정 전자 기기(519)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
센서 장치(500)는 광학 방사선을 수반하는 프로세스 동안에 워크피스에 의해 받게 되는 스펙트럼 방출 특성을 측정하도록 구성된다. 센서 장치(500)는 워크피스 프로세싱 툴(도시되지 않음) 내의 플라즈마(517)에 노출된다. 플라즈마(517)로부터 발산되는 광학 방사선(515)은 센서 장치(500)를 향한다.
광학 요소(505)는 커버(503)의 상부 표면에서 비롯된 광학 요소(505) 근방의 광학 방사선(515)의 모음을 선택적으로 수집하도록 구성될 수 있다. 다르게 말하면, 광학 요소(505)는 커버(503) 표면 근방에 위치된 광학 방사선(515)을 포착하도록 구성될 수 있다. 이것은 센서 장치(500)에 의해 결정되는 광학 방사선(515)의 스펙트럼 방출 특성을 워크피스 프로세싱 툴 컨디션을 모니터링하고 최적화하는데 가장 관련되는 영역(예를 들면, 커버 표면)에 타겟팅하도록 한다.
광학 요소(505)는 원하는 범위에서 광학 방사선에 대해 실질적으로 투명해지는 사파이어 또는 석영 또는 임의의 다른 재료로 구성될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 광학 요소(505)는 100㎚ 내지 2㎛의 범위 내의 파장을 갖는 광학 방사선(즉, 심자외선으로부터 근적외선까지) 및 여기서 포함되는 모든 파장을 갖는 광학 방사선에 대해 투명해지는 윈도우일 수 있다. 광학 요소(505)는 또한 기판 커버(503)의 상부 표면에서 비롯되는 광학 방사선(515)의 모음을 선택적으로 집중하도록 구성된 렌즈와 같은 하나 이상의 포커싱 디바이스를 포함할 수 있다.
도 5a에 예시된 센서 장치(500)는 기판 커버(503) 내에 형성된 단일 광학 요소(505)만을 나타내지만, 복수의 상이한 위치에서 광학 방사선 스펙트럼 방출 특성의 공간적 모니터링을 용이하게 할 수 있도록 다수의 광학 요소가 커버(503) 내의 다양한 위치에서 형성될 수 있다.
광학 요소(505)에 의해 포착된 광학 방사선(515)는, 도 1a 및 도 1b에 관해 상술된 바와 같이 파장 선택적 검출 시스템에 직접적으로 전송되는 것보다, 광 도파관(507)을 통하여 전송된다. 광 도파관(507)은 커버(503) 및 기판(501)에 의해 형성된 인클로저 내에 위치된다. 도파관(507)은 광학 요소(505)에서 모여진 광학 방사선(515)을 수신하여 커버(503)의 평면에 평행하는 방향으로 전송하도록 구성된다. 광 도파관(507)은 커버(503)에 의해 프로세싱 환경으로부터 보호된다. 광 도파관(507)에 의해 전송되고 있는 광학 방사선(515)은 또한 커버(503)에 의해 광학 노이즈로부터 보호된다. 그러므로, 파장 선택적 검출 시스템(510)에 의해 측정되고 있는 광학 방사선(515)은 광학 요소(예를 들면, 윈도우)(505)에 의해 포착되고 있는 광학 방사선(515)과 실질적으로 동일하다.
광 도파관(507)은 광 결정 구조의 투명 기판 또는 광섬유 또는 광섬유 번들일 수 있다. 그러한 실시예에서, 광학 요소(505)는 광 결정 구조나 광섬유 또는 광섬유 번들의 단부에 부착될 수 있다. 대안적으로, 광 도파관(507)은 이러한 어플리케이션에 적합한 유전체 슬래브 도파관 또는 임의의 다른 도파관에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 도파관(507)은 광학 방사선(515)을 다시 반사하도록 그 하나의 단부 상에 반사성 코팅(521)을 선택적으로 가질 수 있고, 광학 방사선(515)은 광학 요소(505)로부터 도파관(507)을 모두 통과하여 단부까지의 경로를 만든다.
도 5a에 도시된 광 도파관(507)은 하나의 단부에서 벤드(bend)되고, 벤드된 단부에 가까운 광학 요소(505)를 통하여 방사선(515)을 수신한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 그러한 구성에 한정되지 않는다. 도 5c에 도시된 대안의 예에서, 도파관(507)은 양측 단부에서 벤드될 수 있고, 양측 단부에 가까운 광학 요소를 통하여 방사선(515)을 수신할 수 있다.
한정이 아닌 예시로서, 파장 선택적 검출 시스템(510)은 하나 이상의 광학 파장 선택기(예를 들면, 광 결정)(509) 및 검출기를 이용하여 구현될 수 있다. 광학 파장 선택기(509)는 어퍼처-제한 디바이스(513)를 통하여 검출기 어레이(511) 내의 대응하는 광학 검출기(예를 들면, 포토다이오드)에 광학적으로 결합되어 있는 어레이 내의 각 파장 선택기(509)를 갖는 파장 선택기의 일반적인 래머너 어레이로서 일반적으로 구현될 수 있다. 파장 선택기(509)는 검출기 어레이(511)에 관심 광학 방사선(515) 부분만 전송하고, 다수의 상이한 파장 선택기를 이용함으로써 광(515)의 특성 세트가 추측될 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(513)는 도파관(507)과 파장 선택기(509)에 의해 형성된 파장 식별 도파관의 광학 성능을 유지하기 위해 쓰일 수 있다. 이러한 구성에서, 어퍼처-제한 디바이스(513)는 예를 들면 파장 선택기(509)가 광 결정으로 구현된다면 파장 선택기(509)를 떠난 광각 방사선이 검출기 어레이(511)에 도달하는 것을 방지하도록 쓰일 수 있다.
한정이 아닌 예시로서, 홀을 갖는 얇은 흑유리 층이 어퍼처-제한 광학 디바이스(513)로서 사용될 수 있다. 예시로서, 홀 깊이에 대한 홀 직경의 종횡비는 대략 1:10(예를 들면, 유리 층을 통하여 연장하는 20미크론 직경 홀을 갖는 200미크론 두께의 유리 층)일 수 있다. 광학 방사선(515)을 적절히 검출하기 위한 검출기 어레이(511)를 위해, 어퍼처-제한 디바이스(513)의 표면 상의 홀의 영역은 전체 영역의 대략 50% 이상일 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(513)는 센서 어레이(511)의 일체로 된 부분으로서 선택적으로 제조될 수 있다. 어퍼처-제한 디바이스(513)는 센서 어레이(511)의 일체로 된 부분으로서 선택적으로 제조될 수 있다.
더 짧은 파장에 대하여 광학 변환 재료(512)가 더 높은 변환 효율을 돕도록 검출기 어레이(511)와 어퍼처-제한 디바이스(513) 사이에 개재될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, 재료는 인광체, 발광체 또는 발광 재료 또는 형광 재료일 수 있고, 그 목적은 이용가능한 단파장 에너지의 일부를 검출기 어레이(511)에 의해 검출될 수 있는 더 긴 파장으로 모두 또는 부분적으로 변환하는 것을 돕는 것이다.
로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(510)은 전송된 광학 방사선(515)의 스펙트럼 방출 특성을 결정하도록 구성될 수 있다. 특히, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(510)은 포착된 광학 방사선(515) 내에 하나 이상의 관심 화학종에 대응하는 하나 이상의 방출 대역을 식별하도록 구성될 수 있다. 파장 선택적 검출 시스템(510)은 커버(503) 및 기판(501)에 의해 형성되는 인클로저 내에 위치될 수 있다. 파장 선택적 검출 시스템(510)은 커버(503)에 의해 포착된 광학 방사선(515)의 스펙트럼 방출 특성의 결정을 어지럽힐 수 있는 임의의 전자기(EM) 노이즈로부터 보호된다. 파장 선택적 검출 시스템(510)은 또한 측정 전자 기기에 간섭할 수 있는 임의의 RF 노이즈로부터 보호된다. EM 및 RF 노이즈가 파장 선택적 검출 시스템(510)이 기능하는 것을 실질적으로 방해하지 않는다면 커버는 생략될 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
이러한 실시예에 따르면, 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(510)은 광 결정 파장 선택기를 이용하여 구현될 수 있다. 도 5b에 예시된 바와 같이, 광 결정 파장 선택기는 도파관(507) 기재의 평탄화된 표면 상에 에칭되고 대응하는 포토다이오드 어레이(511)에 결합되는 광 결정 패턴(509)(예를 들면, 규칙적으로 배열된 홀 또는 보이드의 패턴)의 어레이를 포함하고, 도 2a 및 도 2b에 관해 상술된 바와 같이 수행할 수 있다. 도 5b는 그 평편한 저부 표면에 에칭된 광 결정 패턴(509)을 갖는 평탄화된 광섬유로서 구현되는 도파관(507)의 일부의 투시도이다. 평편한 저부 표면은 예를 들어 광섬유의 측부를 연마함으로써 형성될 수 있다. 대안적으로, 광 결정 패턴(509)은 도파관의 저부 표면 사에 얇은 PMMA 층을 형성하고 도파관 대신에 PMMA을 에칭함으로써 형성될 수 있다. 한정이 아닌 예시로서, PMMA 층은 단지 수 미크론의 두께를 가질 수 있고, 전자 빔으로 에칭될 수 있다.
측정 전자 기기(519)가 파장 선택적 검출 시스템(510)에 의해 생성된 전기 신호의 분석(예를 들어, 방출 스펙트럼으로의 강도 맵의 변환)을 허용하기 위해 로우 프로파일 파장 선택적 검출 시스템(510)에 접속될 수 있다. 당업자는 센서 장치(500)와 함께 사용하기에 적합한 상업적으로 이용가능한 수많은 제어기가 있다는 인지하고 있다. 한정이 아닌 예시로서, 측정 전자 기기(519)는 파장 선택적 검출 시스템(510)에 의해 발생된 전기 신호를 분석하기 위해 마이크로프로세서와 같은 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 게다가, 측정 전자 기기(519)는 데이터 및 명령어를 저장하기 위해 컴퓨터 판독가능한 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 측정 전자 기기(219)는 무선 통신과 같은 방법을 이용하여 제 2 위치로 데이터 및 명령어를 전송하도록 구성될 수 있다.
여기서 센서 장치가 반도체 웨이퍼 또는 플랫 패널 기판과 같은 워크피스에 부합하도록 사이즈화되고 형상화된 기판을 이용하는 예시가 설명되었지만, 본 발명의 실시예는 그러한 구현에 한정되지 않는다. 예를 들어, 센서 장치는 예를 들어 임상 진단 어플리케이션에서 사용될 수 있는 랩-온-어-칩(lab-on-a-chip) 디바이스에서 장치가 구현될 수 있도록 랩-온-어-칩과 실질적으로 동등한 치수를 갖도록 구성될 수 있다. 전형적인 랩-온-어-칩 치수는 몇 평방 센티미터까지의 면적 및 몇 밀리미터까지의 두께를 포함할 수 있다. 랩-온-어-칩의 측면 치수(길이 및 폭)의 전형적인 범위는 약 1센티미터 내지 약 10센티미터, 및 여기에 포함되는 모든 범위일 수 있다. 랩-온-어-칩 디바이스에 대한 전형적인 두께 범위는 약 0.5밀리미터 내지 약 5밀리미터, 및 여기에 포함되는 모든 범위이다. 상기 설명과 관련 도면들에 제시된 기술들의 혜택으로 본 발명이 적용되는 분야의 당업자에게 본 발명의 많은 수정 및 다른 실시예가 생각나게 할 것이다. 그러므로, 본 발명은 개시된 특정 실시예에 한정되지 않고, 수정 및 다른 실시예는 첨부된 청구항의 범위 내에 포함되도록 의도된다. 여기서 특정 용어가 채용되었지만, 그들은 단지 포괄적이고 기술적인 의미에서 사용되고, 한정의 목적이 아니다.
본 발명의 특정 실시예가 설명되고 예시되었지만, 구체적으로 예시되고 설명된 본 실시예의 상세에서의 변경이 첨부되는 청구항 및 그들의 합법적인 동등물에서 정의된 바와 같이 본 발명의 진정한 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것은 명백할 것이다.
상기 명세서에서, 본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 당업자는 이하의 청구항에 기술된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어남없이 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 인지한다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미보다는 예시로서 간주될 것이고, 그러한 모든 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.
특정 실시예에 대하여 이익, 다른 이점, 및 문제 해결책이 상기 설명되었다. 그러나, 그 이익, 이점, 문제 해결책, 및 임의의 이익, 이점, 또는 해결책이 발생하거나 더욱 표명되게 할 수 있는 임의의 요소(들)이 임의의 또는 모든 청구항의 중요한, 필요한, 또는 필수적인 특징 또는 요소로서 해석되지 않아야 한다.
다음의 청구항에 있어서, 부정 관사("A" 또는 "An")는 달리 명시적으로 언급한 경우를 제외하고 관사에 따라오는 항목 중 하나 이상의 수량을 말한다. 첨부되는 청구항은 "~을 위한 수단"이란 구절을 이용하여 주어진 청구항에서 그러한 제한이 명시적으로 인용되지 않는 한, 수단 + 기능 제한을 포함하는 것으로서 해석되지 않는다. 특정 기능을 수행하는 "수단"을 명시적으로 언급하지 않은 청구항에서의 어떤 요소는 35 USC§112,¶6에서 특정된 바와 같은 "수단" 또는 "단계" 조항으로서 해석되지 않는다. 특히, 청구항에서의 "단계"의 사용은 여기서 35 USC§112,¶6의 제공을 적용하도록 의도되지 않는다.
Claims (32)
- 센서 장치로서,
a) 기판;
b) 상기 기판 내에 위치된 대응하는 광학 검출기들의 어레이에 광학적으로 결합된 광학 파장 선택기들의 일반적인 래머너 어레이(generally laminar array)를 포함하는 스펙트럼 선택적 검출 시스템(spectrally selective detection system);
c) 커버로서, 상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 상기 기판 및 상기 커버 사이에 끼워진 것인, 상기 커버; 및
d) 어퍼처-제한 디바이스로서, 상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이 및 상기 광학 검출기들의 어레이 사이에 있거나, 또는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이는 상기 어퍼처-제한 디바이스 및 상기 광학 검출기들의 어레이 사이에 있거나 제1 어퍼처-제한 디바이스 및 제2 어퍼처-제한 디바이스 사이에 있는, 상기 어퍼처-제한 디바이스
를 포함하는, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 커버 내에 형성된 광학 요소를 더 포함하고,
상기 광학 요소는 상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템에 광학적으로 결합되는, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 커버의 일부로서 형성되는 광학 요소를 더 포함하고,
상기 광학 요소는 상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템에 광학적으로 결합되는, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 나노 제조되고(nanofabricated) 대응하는 포토다이오드 어레이에 결합되는 광 결정 패턴들의 어레이를 포함하는 광 결정 분광기를 포함하는, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 하나 이상의 박막 간섭 필터들을 포함하는, 센서 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 하나 이상의 박막 간섭 필터들은 상기 광학 검출기들의 어레이에 일체로 되어 있는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 파장 선택기들은 하나 이상의 일련의 컬러 유리 필터인 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 광학 파장 선택기들은 하나 이상의 일련의 마이크로 공진기들인 것인, 센서 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 광학 검출기들의 어레이는 상기 광학 파장 선택기들에 일체로 되어 있는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이 및 광학 검출기들의 어레이 사이에 있고,
상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이 및 상기 광학 검출기들의 어레이 사이에 끼워진 재료 층인 것인, 센서 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 재료 층은 상기 광학 파장 선택기들로부터 상기 광학 검출기들의 어레이로 전송된 광의 어퍼처를 제한하도록 구성된 홀들(holes)의 어레이를 가지는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이 및 상기 광학 검출기들의 어레이 사이에 있고,
상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 검출기들의 어레이와 일체로 형성되는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 어퍼처-제한 디바이스는 상기 광학 파장 선택기들의 어레이 및 상기 광학 검출기들의 어레이 사이에 있고,
상기 센서 장치는 추가의 어퍼처-제한 디바이스를 더 포함하고, 상기 광학 파장 선택기들의 어레이는 상기 어퍼처-제한 디바이스와 상기 추가의 어퍼처-제한 디바이스 사이에 끼워진 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템에 광학적으로 결합된 광학 요소를 더 포함하는, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 석영을 포함하는 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 사파이어를 포함하는 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 윈도우인 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 반사성 빔-조향 요소인 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 광 도파관인 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 어퍼처-제한 디바이스를 제공하기 위해 패터닝되는 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 광학 렌즈인 것인, 센서 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 광학 요소는 100㎚ 내지 2미크론의 범위 내의 파장을 가지는 광학 방사선에 대해 투명한 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 장치는 원형이고, 상기 센서 장치는 반도체 웨이퍼의 특성 직경과 동등한 특성 직경을 가지는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 장치는 플랫 패널 디스플레이 기판의 특성 길이 및 폭 치수와 동등한 특성 길이 및 폭 치수를 가지는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 장치는 리소그래피 마스크 제조를 위한 리소그래피 기판의 길이 및 폭 치수와 동등한 길이 및 폭 치수를 가지는 것인, 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 센서 장치는 랩-온-칩(lab-on-chip)의 치수와 동등한 치수를 가지는 것인, 센서 장치. - 센서 장치로서,
a) 기판;
b) 상기 기판 내에 위치된 대응하는 광학 검출기들의 어레이에 광학적으로 결합된 광학 파장 선택기들의 일반적인 래머너 어레이(generally laminar array)를 포함하는 스펙트럼 선택적 검출 시스템(spectrally selective detection system);
c) 커버로서, 상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 상기 기판 및 상기 커버 사이에 끼워진 것인, 상기 커버; 및
d) 상기 기판 및 상기 커버 사이에 위치된 광 도파관으로서, 상기 광 도파관은 스펙트럼 선택적 방식으로 상기 광학 검출기에 광학 방사선을 전송하도록 구성되고, 상기 광 도파관은 상기 광학 파장 선택기들의 일반적인 래머너 어레이를 제공하는, 광 결정 구조가 위에 형성된 광섬유 또는 광섬유 번들 또는 투명 기판인 것인, 상기 광 도파관
을 포함하는, 센서 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 광 도파관은 광섬유이고, 상기 광섬유의 단부에 부착된 광학 요소를 더 포함하는, 센서 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 광 도파관은 석영을 포함하는 것인, 센서 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 광 도파관은 사파이어를 포함하는 것인, 센서 장치. - 제 27 항에 있어서,
상기 광 도파관은 1미크론 내지 500미크론의 두께를 갖는 것인, 센서 장치. - 센서 장치로서,
a) 기판;
b) 상기 기판 내에 위치된 대응하는 광학 검출기들의 어레이에 광학적으로 결합된 광학 파장 선택기들의 일반적인 래머너 어레이(generally laminar array)를 포함하는 스펙트럼 선택적 검출 시스템(spectrally selective detection system);
c) 커버로서, 상기 스펙트럼 선택적 검출 시스템은 상기 기판 및 상기 커버 사이에 끼워진 것인, 상기 커버; 및
d) 상기 기판 및 상기 커버 사이에 위치된 광 도파관으로서, 상기 광 도파관은 스펙트럼 선택적 방식으로 상기 광학 검출기에 광학 방사선을 전송하도록 구성되고, 상기 광 도파관은 평탄화된 측부를 갖는 광섬유이고, 상기 광학 파장 선택기들의 일반적인 래머너 어레이는 상기 평탄화된 측부 상에 형성되는 것인, 상기 광 도파관
을 포함하는, 센서 장치.
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