CN112710905A - 静电荷的监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例涉及静电荷的监测系统及其监测方法。本发明实施例提供一种监测系统。所述监测系统包含非导电管、导电带、金属板及静电场计。所述非导电管包含外表面。将所述导电带缠绕在所述非导电管的所述外表面周围。所述金属板接触并延伸远离所述导电带。将所述静电场计放置在远离所述金属板的预定距离处，且可通过所述静电场计检测所述金属板的静电荷。本发明实施例还提供一种静电荷的监测方法。

Description

静电荷的监测系统及其监测方法

技术领域

本揭露涉及一种静电荷的监测系统及其监测方法，且更特定来说，本揭露涉及一种监测系统及其使用方法，其可监测静电或静电荷的量且关于电弧对流速的效应分析流体与管的表面之间的关系。

背景技术

由电子在弱电导体或绝缘材料上的积累产生静电。此类材料可为气态、液态或固态且可包含易燃液体、粉末、塑料膜及颗粒。可由高度绝缘材料通过摩擦而快速分离或由在电场中通过电感从一个高度带电材料转移到另一材料而导致静电的产生。

静电放电(ESD)是由接触、电气短路或介电击穿导致的两个带电物体之间的突然电流，且可能足以导致严重电击。在半导体制造领域中，归因于导致良率及可靠性问题的静电放电损坏的已知问题，已在半导体组装操作的整个后端工艺中仔细应用静电控制程序。然而，静电的问题在一些高级半导体制造工艺中可能变得更严重。

发明内容

本发明的实施例涉及一种监测系统，其包括：非导电管，其包含外表面；导电带，其缠绕在所述非导电管的所述外表面周围；金属板，其接触并延伸远离所述导电带；及静电场计，其经放置在远离所述金属板的预定距离处，其中可通过所述静电场计检测所述金属板的静电荷。

本发明的实施例涉及一种静电荷的监测方法，其包括：从缠绕在非导电管的外表面周围的导电带收集多个静电荷；将所述多个静电荷感应到接触并延伸远离所述导电带的金属板；及通过放置在远离所述金属板的预定距离处的静电场计检测所述多个静电荷。

本发明的实施例涉及一种静电荷的监测方法，其包括：通过静电场计从连接到缠绕在非导电管的外表面周围的导电带的金属板检测多个静电荷；及调整流动通过所述非导电管的流体的流速以将通过所述静电场计检测的所述多个静电荷保持低于所述非导电管或连接到所述非导电管的泵的材料的击穿电压。

附图说明

当结合附图阅读时，从以下详细描述最佳理解本揭露的方面。应注意，根据产业中的标准实践，各种结构未按比例绘制。事实上，为了清楚论述，可任意增大或减小各种结构的尺寸。

图1说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的立体示意图。

图2说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的立体示意图。

图3A说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的一部分的立体示意图。

图3B说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的一部分的立体示意图。

图4说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的立体示意图。

图5说明根据本揭露的一些实施例的半导体制造系统的管线图。

图6说明根据本揭露的一些实施例的监测静电荷的流程图。

图7说明根据本揭露的一些实施例的监测静电荷的流程图。

具体实施方式

以下揭露提供用于实施所提供的标的物的不同构件的许多不同实施例或实例。下文描述元件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且不希望具限制性。举例来说，在以下描述中的第一构件形成于第二构件上方或上可包含其中所述第一构件及所述第二构件经形成为直接接触的实施例，且还可包含其中额外构件可形成在所述第一构件与所述第二构件之间，使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各个实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简化及清楚的目的且本身不指示所论述的各项实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，例如“在……下面”、“在……下方”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……上”及类似者的空间相对术语可在本文中用于描述一个元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中说明。空间相对术语希望涵盖除在图中描绘的定向以外的使用或操作中的装置的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或按其它定向)且因此可同样解释本文中使用的空间相对描述词。

如本文中使用，尽管例如“第一”、“第二”及“第三”的术语描述各种元件、组件、区、层及/或区段，但这些元件、组件、区、层及/或区段不应受此类术语限制。此类术语可仅用来区分一个元件、组件、区、层或区段与另一元件、组件、区、层或区段。除非由上下文清楚指示，否则例如“第一”、“第二”及“第三”的术语当在本文中使用时并不暗示序列或顺序。

在半导体产业制造领域中，例如光刻及湿式蚀刻的工艺已变得对高级工艺节点处的金属更敏感。因此，来自化学递送系统的提取金属可能导致严重晶片缺陷且影响生产产率。举例来说，一些工厂在流体处置系统中利用非金属材料以减少工艺化学品中的提取金属的量；然而，例如含氟聚合物的非金属材料的增加使用引起对组件中的静电放电的关注。特定来说，半导体产业中使用的溶剂具有低导电率，此使其能够产生并保持电荷。

更详细地，存在广泛用于半导体制造工艺中的数种高电阻流体，例如乙酸丁酯及丙二醇单甲基醚乙酸酯(PGMEA)。归因于摩擦，此类流体在行进通过由具有不同于流体(例如，聚四氟乙烯(PTFE))的电阻的电阻的材料制成的组件时可诱发静电荷，且因此可能发生放电或电弧。

更精确地，在非导电管或组件(例如，隔膜泵)中流动的低导电率流体可导致流体及管的界面处的电荷分离。因此，可在此界面处产生或积累负电荷，且可分别紧邻管的内表面及外表面产生或积累管中的正电荷及负电荷。此电荷分离类似于在两个材料相对于彼此移动且在电荷在界面处转移时发生的现象。

存在可能影响在由非金属材料制成的管或组件中产生或积累的静电荷的数个因素。例如，当管的内径、长度或单位长度的电阻增加时，静电荷的产生或积累可增加。此外，管的材料的介电常数、体积电阻率及表面电阻率也可增加静电荷的产生或积累。另一方面，管材料的导电率的增加可减少静电荷的产生或积累。

在一些情境中，举例来说，当高电阻流体(例如乙酸丁酯)的流速过高(例如，超过约0.7m/s)时，静电荷及总静电的量将相应地增加。点放电因此可能发生且导致电弧，此可能产生污染粒子且影响产品良率。

在考虑放电或电弧可能导致的对组件的损坏，及归因于此损坏由粒子对晶片的污染时，应监测静电荷的量或流体的静电的总值用于确定是否采取进一步措施，例如流体的流速的实时减小。

在流体监测领域中，通常，高电阻流体往往是挥发性溶剂，且因此离线取样是复杂及危险的。另外，可能无法连续执行离线取样，且静电的背景值可能容易受来自附近人体的磁场及/或电场的影响。此外，不容易移动由非金属材料制成的管的表面处的电荷，所以管的表面处的电势的分布不均匀。因此，由静电场计提供的测量结果可能不精确。

因此，本揭露的一些实施例提供一种静电荷的监测系统及其监测方法以替换离线取样。在一些实施例中，本揭露中揭露的监测系统可包含缠绕在塑料管的外表面周围且连接到金属板的导电带。静电荷可由导电带收集，感应到金属板且由静电场计检测。实时警报可经设置以在静电值超过预定值时立即且自动调整流速，使得可根据静电荷的量的变化调整流速。在一些实施例中，实时警报包含用于调整流速的阀，所述阀可自动或手动操作。

更精确地，由导电带收集通过高电阻流体与塑料管、泵或其它组件之间的摩擦产生的静电荷，且可使用连接到导电带的金属板作为用于检测的天线。可通过静电场计的红外传感器检测由金属板上的静电荷产生的电场。为避免导致放电及电弧的情况，可将通过静电场计收集或产生的数据传输到计算机。此计算机可通过发送指令以在静电荷的积累超过管或泵的材料的击穿电压之前(即，未由静电荷的积累触发击穿)减缓或停止附近泵而自动控制塑料管中的高电阻流体的流速。静电荷与电压之间的关系可被说明为Q＝C*V，其中Q是电荷量，C是电容，其是指可通过物体保持或存储电荷量，且V是电压。因此，静电荷与电压成比例。

图1说明根据本揭露的一些实施例的监测系统的立体示意图。如图中展示，监测系统1可包含导电带10、金属板20、静电场计30及非导电管40。非导电管40包含外表面40A。导电带10经配置以缠绕在非导电管40的外表面40A周围。金属板20接触导电带10并延伸远离导电带10。将静电场计30放置在远离金属板20的预定距离处，且因此借此可通过静电场计30检测金属板20的静电荷。

在一些实施例中，非导电管40经配置用于运输流体，其中每一流体具有大于非导电管40的电阻的电阻。如先前提及，静电荷的产生或积累可能受管的性质的影响；事实上，流体的性质还可能影响静电荷的产生或积累。例如，当流体的流动速度、电阻、介电常数或弛豫时间常数增大时，静电荷的产生或积累可同时增加。另一方面，当流体的电阻减小时，流体的导电率增大，且静电荷的产生或积累也可减少。

由于管及流体两者的性质可能影响静电荷的产生或积累，所以在一些实施例中，静电荷量的综合效应是基于管及其中流体的电阻之间的差。即，在两个材料之间的电阻差较大的情况下，可在其界面附近产生或积累更多静电荷，且可能发生更严重放电或电弧。

可通过导电带10积累非导电管40上的静电荷。在一些实施例中，导电带10缠绕在非导电管40周围，而非在未围绕其表面的情况下简单地附接到非导电管40。在此类实施例中，可确保完全积累非导电管40的此区段(即，导电带10的第一宽度W1)处的全部静电荷。可通过将导电粘合剂施用到耐久、柔性支撑本体而制成导电带10。在一些实施例中，导电带10由具有导电丙烯酸粘合剂的铜箔或铝箔制成。

通常，在工厂中用于运输流体的管由例如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烃(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、未增塑聚氯乙烯(UPVC)及类似物的塑料材料制成。在一些情境中，管可由具有玻璃纤维的塑料材料(例如纤维增强塑料(FRP))制成。如先前提及，产生的静电荷可不沿塑料管的表面移动，且在由非金属材料制成的管上展现类似行为。因此，不可能仅通过经由接地线将多余静电荷感应到接地而克服放电或电弧的问题。因此，需要监测此类静电荷以便避免发生放电或电弧。

在一些实施例中，可将通过导电带10收集的静电荷感应到金属板20。金属板20可由例如铜、铜合金、铝、铝合金或类似物的金属天线材料制成。在一些实施例中，金属板20垂直于非导电管40的外表面40A延伸。在一些实施例中，导电带10的第一宽度W1与金属板20的第二宽度W2相同。在一些其它实施例中，导电带10的第一宽度W1与金属板20的第二宽度W2不相同但与半导体制造系统中的其它金属板20中的每一者的宽度相同。即，金属板20中的静电荷的分布与其大小及形状有关，且因此半导体制造系统中的金属板20中的每一者的几何形状可经对准以确保半导体制造系统中的静电荷的监测结果的一致性。

在一些实施例中，在工厂中用于运输流体的管由例如不锈钢的金属制成。静电荷可在金属中容易地移动；然而，如果金属管未接地，那么静电荷可积累于管的外表面处，且仍可通过缠绕在管的外表面周围的导电带及连接到其的金属板监测静电荷的产生或积累。

在本揭露中，利用金属板20作为用于监测的天线。可通过放置在远离金属板20的预定距离处的静电场计30监测金属板20的表面20A处分布的静电荷。静电场计30可被称为静电计且可用于在未接触的情况下以伏特为单位测量物体的静电场。在一些实施例中，静电场计30可搭配参数放大器使用。更精确地，在静电场计30处由静电感应引起的电荷可被转换成与场强度成比例的交流电，且参数放大器可测量电流而无与场强度有关的损耗。

在一些实施例中，可将静电场计30固定在接近导电带10及金属板20的位置的位置处。静电场计30的固定可确保维持静电场计30与金属板20之间的适合距离而不受重复手动测量下的摇动或摇摆的影响。因此，例如，可排除例如使用法拉第杯的手动测量。在一些实施例中，静电场计30可连接到电力供应器且因此其可被连续供电。

在外部环境中，静电监测可能受到电场及磁场的极大影响。例如，从因人类行走的摩擦产生的电势可高到约2000V，且因此如图2中展示，在一些实施例中，本揭露的监测系统1可包含覆盖导电带10及金属板20用于屏蔽目的的金属盒50。在一些实施例中，金属盒50包含与静电场计30及金属板20对准用于监测的开口501，即，开口501面向静电场计30。此外，将开口501放置在金属板20与静电场计30之间，例如，开口501可位于金属板20与静电场计30之间的线性路径的中间点处。

利用金属盒50来形成法拉第笼且因此外部电场及/或磁场(例如，来自移动人体上的电荷)可导致金属盒50的导电材料内的电荷分布，使得电荷可抵消金属盒50内部中的场效应。换句话来说，可屏蔽金属盒50内的组件使之免受外部电场及磁场的干扰。在一些实施例中，将静电场计30固定成接近开口501，使得通过金属盒50屏蔽金属板20与静电场计30之间的大部分线性路径。在一些实施例中，金属盒本身50接地。

如图3A中展示，在一些实施例中，被导电带10缠绕的非导电管40的每一端部可连接到第一金属管401及第二金属管402且放置在其间。在此类实施例中，非导电管40是由例如塑料的非金属材料制成。换句话来说，可将由塑料制成的非导电管40添加到主要使用金属管的半导体制造系统。在此类实施例中，可利用由塑料制成的非导电管40以监测在半导体制造系统中的特定区段内产生或积累的静电荷，即使第一金属管401及第二金属管402接地。在此类实施例中，导电带10的第一宽度W1可小于非导电管40的第三宽度W3，所以导电带10可不与第一金属管401及第二金属管402接触。另外，金属板20的电势将被测量为接地电势而非静电电势。

如图3B中展示，在一些实施例中，被导电带10缠绕的非导电管40可连接到隔膜泵60。广泛用于半导体制造系统中的隔膜泵60是正排量泵，其可利用两个柔性隔膜，其来回往复运动，从而形成通过泵汲取及排出流体的临时腔室。隔膜可充当空气与液体之间的分离壁。隔膜泵60的材料包含塑料，且归因于流体的流动，可在隔膜泵60处产生或积累静电荷。因此，可通过隔膜泵60旁边的被导电带10缠绕的非导电管40监测隔膜泵60处产生或积累的静电荷。

如图4中展示，在一些实施例中，半导体制造系统可包含耦合到静电场计30的计算机70。在此类实施例中，可使用计算机70以根据由静电场计30产生的数据来调整流动通过非导电管40的流体的流速。即，本揭露可监测静电荷量并分析流体(例如，具有高电阻的化学液体)的流速与由流体导致的电弧之间的关系。因此，在一些实施例中，实时警报可经设置以在静电值超过警告值时自动调整流体的流速，使得可根据非导电管40处产生或积累的静电荷量智能地调整流速。此外，因此可利用先前在图2中展示的金属盒50以避免由外部干扰导致的错误警报。

可在半导体制造系统中利用本揭露的监测系统用于维持用于半导体处理的流体的质量。如图5中展示，在一些实施例中，半导体制造系统可包含多个存储槽701及702及经配置以连接多个存储槽701及702的多个非导电管40。在一些实施例中，多个存储槽可包含至少第一存储槽701。第一存储槽701是槽车存储槽且经布置在半导体制造系统的前端处且是用于存储来自槽车的液体的存储槽。即，通过槽车运输的化学液体可首先被泵抽到第一存储槽701中以供稍后使用。在一些实施例中，监测系统1包含如先前图1中展示的放置在第一存储槽701附近的金属板10、导电带20及静电场计30。在一些实施例中，可将导电带10缠绕在连接到第一存储槽701的进口701A的非导电管40的表面周围。可使用第一存储槽701附近的监测系统1以控制从槽车流入第一存储槽701中的流体的流速。如果在进口701A附近迅速产生或积累静电荷，那么因此可能发生电弧，且借此产生的杂质或污染物可能污染第一存储槽701中的流体。因此，在一些实施例中，可通过计算机70(先前在图4中展示)基于由静电场计30产生的监测数据实时自动调整注入第一存储槽701中的流体的流速。

在一些实施例中，多个存储槽可包含至少第二存储槽702。通常，第二存储槽702是日用存储槽且用于存储燃料，且在一些实施例中，第二存储槽702可用于存储用于半导体处理的液体。为迫使液体离开第二存储槽702，在一些实施例中，可将例如氮气(N₂)的一些气体泵抽到第二存储槽702中。由于管与氮气之间的摩擦可产生静电荷，所以通过监测系统监测的物体可进一步包含气管上的金属板，且可基于通过静电场计检测的静电荷实时调整气体的流速。在一些实施例中，可将导电带10缠绕在连接到第二存储槽702的进口702A或出口702B的非导电管40的表面周围。

在一些实施例中，半导体制造系统可包含连接到非导电管40的至少一泵703，且可根据通过静电场计检测的静电荷实时调整由泵703泵抽的液体的流速。此外，泵703可包含由塑料制成的一些组件，且通过调整液体(例如，乙酸丁酯)的流速，可将由泵703处产生或积累的静电荷感应的电压保持低于泵703的材料的击穿电压。

图6说明根据本揭露的一些实施例的监测静电荷的流程图。在一些实施例中，测量包含操作601：从缠绕在非导电管的外表面周围的导电带收集多个静电荷；操作602：将多个静电荷感应到接触并延伸远离导电带的金属板；及操作603：通过放置在远离金属板的预定距离处的静电场计检测多个静电荷。

在执行操作601、602及603时，可利用图1中揭露的监测系统，且此处为简洁起见省略监测系统的特征及功能的重复描述。另外，为实时调整液体的流速，在一些实施例中，监测静电荷的方法可进一步包含操作，所述操作包含将通过静电场计产生的数据传输到计算机及通过计算机调整流动通过管的流体的流速。

在执行实时调整流速的操作时，在一些实施例中，当由通过静电场计检测的多个静电荷感应的总电压几乎等于或大于非导电管或连接到非导电管的泵的材料的击穿电压时，流速可降低。

在本揭露的监测系统被使用于包含半导体制造系统的工厂中的情境中，方法的操作可参考图7，图7说明根据本揭露的一些实施例的监测静电荷的流程图。此方法可包含操作701：由多个导电带缠绕紧邻多个存储槽的多个非导电管中的每一者的外表面；操作702：将金属板放置在导电带中的每一者上；及操作703：将静电场计固定在远离金属板中的每一者的预定距离处。

在执行操作701、702及703时，可利用图5中揭露的半导体制造系统，且此处为简洁起见省略监测系统的特征及功能的重复描述。通过由导电带缠绕非导电管且在数个位置使用金属板及静电场计，即使在其中迅速且连续地运输大量高电阻流体，也可容易、安全且自动监测半导体制造系统中产生或积累的静电荷的变化。

根据本揭露，揭露一种静电荷的监测系统及其监测方法。在考虑工厂中的管的大部分由塑料制成，且塑料管中的化学材料的运输可能归因于摩擦而产生静电荷时，特定来说，当化学材料的电阻为高的时，本揭露使用缠绕在非导电管的外表面周围的导电带以积累静电荷，且使用连接到导电带的金属板作为用于监测的天线。从导电带感应的静电荷可分布在金属板的表面处且通过放置在远离金属板的预定距离处的静电场计进行检测。静电场计可将数据提供到计算机用于调整非导电管中的流体的流速。因此，可通过实时调整流速而控制静电荷量，且因此可提高半导体产品的良率及生产率，这是因为可减轻或避免电弧的产生或借此形成的污染粒子。

在一个示范性方面中，提供一种监测系统。监测系统包含非导电管、导电带、金属板及静电场计。非导电管包含外表面。将导电带缠绕在非导电管的外表面周围。金属板接触并延伸远离导电带。将静电场计放置在远离金属板的预定距离处，且可通过静电场计检测金属板的静电荷。

在另一示范性方面中，提供一种静电荷的监测方法。所述方法包含如下操作。从缠绕在非导电管的外表面周围的导电带收集多个静电荷。将多个静电荷感应到接触并延伸远离导电带的金属板。通过放置在远离金属板的预定距离处的静电场计检测多个静电荷。

在又另一示范性方面中，提供一种静电荷的监测方法。所述方法包含如下操作。通过静电场计从连接到缠绕在非导电管的外表面周围的导电带的金属板检测多个静电荷。调整流动通过非导电管的流体的流速以将通过静电场计检测的多个静电荷保持低于非导电管或连接到非导电管的泵的材料的击穿电压。

前述内容概述数项实施例的结构，使得所属领域的技术人员可更佳地理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本揭露作为用于设计或修改用于实行本文中介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优点的其它工艺及结构的基础。所属领域的技术人员还应了解，此类等效构造不背离本揭露的精神及范围，且其可在不背离本揭露的精神及范围的情况下在本文中作出各种改变、置换及更改。

符号说明

1:监测系统

10:导电带

20:金属板

30:静电场计

40:非导电管

40A:外表面

50:金属盒

60:隔膜泵

70:计算机

401:第一金属管

402:第二金属管

501:开口

601:操作

602:操作

603:操作

701:第一存储槽/操作

701A:进口

702:第二存储槽/操作

702A:进口

702B:出口

703:泵/操作

W1:第一宽度

W2:第二宽度

W3:第三宽度

Claims (1)

1.一种监测系统，其包括：

非导电管，其包含外表面；

导电带，其缠绕在所述非导电管的所述外表面周围；

金属板，其接触并延伸远离所述导电带；及

静电场计，其经放置在远离所述金属板的预定距离处，其中可通过所述静电场计检测所述金属板的静电荷。

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