TW202117341A - 靜電荷的監測系統及其監測方法 - Google Patents

Abstract

本發明實施例提供一種監測系統。該監測系統包含一非導電管、一導電帶、一金屬板、及一靜電場計。該非導電管包含一外表面。將該導電帶纏繞在該非導電管之該外表面周圍。該金屬板接觸並延伸遠離該導電帶。將該靜電場計放置於遠離該金屬板之一預定距離處，且可藉由該靜電場計偵測該金屬板之一靜電荷。本發明實施例亦提供一種靜電荷之監測方法。

Description

靜電荷的監測系統及其監測方法

本揭露係關於一種靜電荷的監測系統及其監測方法，且更特定言之，本揭露係關於一種監測系統及其使用方法，其可監測靜電或靜電荷之量且關於電弧對流速之效應分析一流體與一管之一表面之間之一關係。

藉由電子在弱電導體或絕緣材料上之累積產生靜電。此等材料可為氣態、液態或固態且可包含易燃液體、粉末、塑膠膜及顆粒。可由高度絕緣材料藉由摩擦而快速分離或由在一電場中藉由電感從一個高度帶電材料轉移至另一材料而導致靜電之產生。

靜電放電(ESD)係由接觸、一電氣短路或介電擊穿導致之兩個帶電物件之間之突然電流，且可能足以導致嚴重電擊。在半導體製造領域中，歸因於導致良率及可靠性問題之靜電放電損壞之已知問題，已在半導體組裝操作之整個後端製程中仔細應用靜電控制程式。然而，靜電之問題在一些先進半導體製程中可能變得更嚴重。

本發明的一實施例係關於一種監測系統，其包括：一非導電管，其包含一外表面；一導電帶，其纏繞在該非導電管之該外表面周圍；一金屬板，其接觸並延伸遠離該導電帶；及一靜電場計，其經放置於遠離該金屬板之一預定距離處，其中可藉由該靜電場計偵測該金屬板之一靜電荷。

本發明的一實施例係關於一種靜電荷之監測方法，其包括：自纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶收集複數個靜電荷；將該複數個靜電荷感應至接觸並延伸遠離該導電帶之一金屬板；及藉由放置於遠離該金屬板之一預定距離處之一靜電場計偵測該複數個靜電荷。

本發明的一實施例係關於一種靜電荷之監測方法，其包括：藉由一靜電場計自連接至纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶之一金屬板偵測複數個靜電荷；及調整流動通過該非導電管之一流體之一流速以將藉由該靜電場計偵測之該複數個靜電荷保持低於該非導電管或連接至該非導電管之一泵之材料之一崩潰電壓。

以下揭露提供用於實施所提供之標的之不同構件之許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且非意欲限制。舉例而言，在以下描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成在該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各個實例中重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡化及清楚之目的且本身不指示所論述之各項實施例及/或組態之間之一關係。

此外，為便於描述，諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」、「在…上」及類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中繪示。空間相對術語意欲涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或按其他定向)且因此可同樣解釋本文中使用之空間相對描述詞。

如本文中使用，儘管諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語描述各種元件、組件、區、層及/或區段，然此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語可僅用來區分一個元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段。除非由上下文清楚指示，否則諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語當在本文中使用時並不暗示一序列或順序。

在半導體產業製造領域中，諸如光微影及濕式蝕刻之製程已變得對先進製程節點處之金屬更敏感。因此，來自化學遞送系統之提取金屬可能導致嚴重晶圓缺陷且影響生產產率。舉例而言，一些工廠在流體處置系統中利用非金屬材料以減少製程化學品中之提取金屬之量；然而，諸如含氟聚合物之非金屬材料之增加使用引起對組件中之靜電放電之關注。特定言之，半導體產業中使用之溶劑具有低導電率，此使其等能夠產生並保持電荷。

更詳細地，存在廣泛用於半導體製程中之數種高電阻流體，諸如乙酸丁酯及丙二醇單甲基醚乙酸酯(PGMEA)。歸因於摩擦，此等流體在行進通過由具有不同於流體(例如，聚四氟乙烯(PTFE))之電阻之電阻之材料製成之一組件時可誘發靜電荷，且因此可能發生放電或電弧。

更精確地，在一非導電管或組件(例如，一隔膜泵)中流動之一低導電率流體可導致流體及管之介面處之電荷分離。因此，可在此介面處產生或累積負電荷，且可分別緊鄰管之內表面及外表面產生或累積管中之正電荷及負電荷。此電荷分離類似於在兩個材料相對於彼此移動且在電荷在介面處轉移時發生之現象。

存在可能影響在由一非金屬材料製成之一管或組件中產生或累積之靜電荷的數個因素。例如，當管之內徑、長度或單位長度之電阻增加時，靜電荷之產生或累積可增加。此外，管之材料之介電常數、體積電阻率及表面電阻率亦可增加靜電荷之產生或累積。另一方面，管材料之導電率之增加可減少靜電荷之產生或累積。

在一些情境中，舉例而言，當高電阻流體(諸如乙酸丁酯)之流速過高(例如，超過約0.7 m/s)時，靜電荷及總靜電之量將相應地增加。點放電因此可能發生且導致電弧，此可能產生污染粒子且影響產品良率。

在考量放電或電弧可能導致之對組件之損壞，及歸因於此損壞由粒子對晶圓之污染時，應監測靜電荷之量或流體之靜電之總值用於判定是否採取進一步措施，諸如流體之流速之即時減小。

在流體監測領域中，通常，高電阻流體往往係揮發性溶劑，且因此離線取樣係複雜及危險的。另外，可能無法連續執行離線取樣，且靜電之背景值可能容易受來自一附近人體之一磁場及/或一電場的影響。此外，不容易移動由非金屬材料製成之管之表面處之電荷，故管之表面處之電位之分佈不均勻。因此，由一靜電場計提供之量測結果可能不精確。

因此，本揭露之一些實施例提供一種靜電荷的監測系統及其監測方法以替換離線取樣。在一些實施例中，本揭露中揭露之監測系統可包含纏繞在一塑膠管之一外表面周圍且連接至一金屬板的一導電帶。靜電荷可由導電帶收集，感應至金屬板且由一靜電場計偵測。一即時警報可經設定以在靜電值超過一預定值時立即且自動調整流速，使得可根據靜電荷之量之變化調整流速。在一些實施例中，即時警報包含用於調整流速的一閥，該閥可自動或手動操作。

更精確地，由導電帶收集藉由高電阻流體與塑膠管、泵或其他組件之間之摩擦產生之靜電荷，且可使用連接至導電帶之金屬板作為用於偵測之一天線。可藉由靜電場計之紅外感測器偵測由金屬板上之靜電荷產生之電場。為避免導致放電及電弧之情況，可將藉由靜電場計收集或產生之資料傳輸至一電腦。此電腦可藉由發送指令以在靜電荷之一累積超過管或泵之材料之一崩潰電壓之前(即，未由靜電荷之累積觸發崩潰)減緩或停止附近泵而自動控制塑膠管中之高電阻流體之流速。靜電荷與電壓之間之關係可被繪示為Q=C*V，其中Q係電荷量，C係電容，其指涉可藉由一物件保持或儲存電荷量，且V係電壓。因此，靜電荷與電壓成比例。

圖1繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一立體示意圖。如圖中展示，監測系統1可包含一導電帶10、一金屬板20、一靜電場計30、及一非導電管40。非導電管40包含一外表面40A。導電帶10經組態以纏繞在非導電管40之外表面40A周圍。金屬板20接觸導電帶10並延伸遠離導電帶10。將靜電場計30放置於遠離金屬板20之一預定距離處，且因此藉此可藉由靜電場計30偵測金屬板20之一靜電荷。

在一些實施例中，非導電管40經組態用於運輸流體，其中各流體具有大於非導電管40之一電阻的一電阻。如先前提及，靜電荷之產生或累積可能受管之性質之影響；事實上，流體之性質亦可能影響靜電荷之產生或累積。例如，當流體之流動速度、電阻、介電常數或弛豫時間常數增大時，靜電荷之產生或累積可同時增加。另一方面，當流體之電阻減小時，流體之導電率增大，且靜電荷之產生或累積亦可減少。

由於管及流體兩者之性質可能影響靜電荷之產生或累積，故在一些實施例中，靜電荷量之綜合效應係基於管及其中流體之電阻之間之差。即，在兩個材料之間之較大電阻差之情況下，可在其介面附近產生或累積更多靜電荷，且可能發生更嚴重放電或電弧。

可藉由導電帶10累積非導電管40上之靜電荷。在一些實施例中，導電帶10纏繞在非導電管40周圍，而非在未圍繞其表面之情況下簡單地附接至非導電管40。在此等實施例中，可確保完全累積非導電管40之此區段(即，導電帶10之一第一寬度W1)處之全部靜電荷。可藉由將一導電黏著劑施用至一耐久、可撓性支撐本體而製成導電帶10。在一些實施例中，導電帶10由具有一導電丙烯酸黏著劑之銅箔或鋁箔製成。

通常，在工廠中用於運輸流體之管由諸如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基烷烴(PFA)、聚氯乙烯(PVC)、氯化聚氯乙烯(CPVC)、未增塑聚氯乙烯(UPVC)及類似者之塑膠材料製成。在一些情境中，管可由具有玻璃纖維之塑膠材料(諸如纖維增強塑膠(FRP))製成。如先前提及，產生之靜電荷可不沿塑膠管之表面移動，且在由非金屬材料製成之管上展現類似行為。因此，不可能僅藉由透過一接地線將多餘靜電荷感應至接地而克服放電或電弧之問題。因此，需要監測此等靜電荷以便避免發生放電或電弧。

在一些實施例中，可將藉由導電帶10收集之靜電荷感應至金屬板20。金屬板20可由諸如銅、銅合金、鋁、鋁合金或類似者之金屬天線材料製成。在一些實施例中，金屬板20垂直於非導電管40之外表面40A延伸。在一些實施例中，導電帶10之第一寬度W1與金屬板20之一第二寬度W2相同。在一些其他實施例中，導電帶10之第一寬度W1與金屬板20之第二寬度W2不相同但與半導體製造系統中之其他金屬板20之各者之寬度相同。即，金屬板20中之靜電荷之分佈與其大小及形狀有關，且因此半導體製造系統中之金屬板20之各者之幾何形狀可經對準以確保半導體製造系統中之靜電荷之監測結果之一致性。

在一些實施例中，在工廠中用於運輸流體之管由諸如不鏽鋼之金屬製成。靜電荷可在金屬中容易地移動；然而，若金屬管未接地，則靜電荷可累積於管之外表面處，且仍可藉由纏繞在管之外表面周圍之導電帶及連接至其之金屬板監測靜電荷之產生或累積。

在本揭露中，利用金屬板20作為用於監測之一天線。可藉由放置於遠離金屬板20之一預定距離處之靜電場計30監測金屬板20之表面20A處分佈之靜電荷。靜電場計30可被稱為一靜電計且可用於在未接觸之情況下以伏特為單位量測一物件之靜電場。在一些實施例中，靜電場計30可搭配一參數放大器使用。更精確地，在靜電場計30處由靜電感應引起之電荷可被轉換成與場強度成比例之一交流電，且參數放大器可量測電流而無與場強度有關之損耗。

在一些實施例中，可將靜電場計30固定於接近導電帶10及金屬板20之位置的一位置處。靜電場計30之固定可確保維持靜電場計30與金屬板20之間之適合距離而不受重複手動量測下之搖動或搖擺之影響。因此，例如，可排除諸如使用一法拉第杯之手動量測。在一些實施例中，靜電場計30可連接至一電力供應器且因此其可被連續供電。

在一外部環境中，靜電監測可能受到電場及磁場之極大影響。例如，自因人類行走之摩擦產生之電位可高至約2000 V，且因此如圖2中展示，在一些實施例中，本揭露之監測系統1可包含覆蓋導電帶10及金屬板20用於屏蔽目的的一金屬盒50。在一些實施例中，金屬盒50包含與靜電場計30及金屬板20對準用於監測的一開口501，即，開口501面向靜電場計30。此外，將開口501放置於金屬板20與靜電場計30之間，例如，開口501可位於金屬板20與靜電場計30之間之一線性路徑之一中間點處。

利用金屬盒50來形成一法拉第籠且因此一外部電場及/或一磁場(例如，來自一移動人體上之電荷)可導致金屬盒50之導電材料內之電荷分佈，使得電荷可抵消金屬盒50內部中之場效應。換言之，可屏蔽金屬盒50內之組件使之免受外部電場及磁場之干擾。在一些實施例中，將靜電場計30固定成接近開口501，使得藉由金屬盒50屏蔽金屬板20與靜電場計30之間之大部分線性路徑。在一些實施例中，金屬盒本身50接地。

如圖3A中展示，在一些實施例中，被導電帶10纏繞之非導電管40之各端部可連接至一第一金屬管401及一第二金屬管402且放置於其等間。在此等實施例中，非導電管40係由諸如塑膠之非金屬材料製成。換言之，可將由塑膠製成之非導電管40添加至主要使用金屬管之一半導體製造系統。在此等實施例中，可利用由塑膠製成之非導電管40以監測在半導體製造系統中之一特定區段內產生或累積之靜電荷，即使第一金屬管401及第二金屬管402接地。在此等實施例中，導電帶10之第一寬度W1可小於非導電管40之一第三寬度W3，故導電帶10可不與第一金屬管401及第二金屬管402接觸。另外，金屬板20之電位將被量測為接地電位而非靜電電位。

如圖3B中展示，在一些實施例中，被導電帶10纏繞之非導電管40可連接至一隔膜泵60。廣泛用於半導體製造系統中之隔膜泵60係一正排量泵，其可利用兩個可撓性隔膜，其等來回往復運動，從而形成透過泵汲入及排出流體之一臨時腔室。隔膜可充當空氣與液體之間之一分離壁。隔膜泵60之材料包含塑膠，且歸因於流體之流動，可在隔膜泵60處產生或累積靜電荷。因此，可藉由隔膜泵60旁邊之被導電帶10纏繞之非導電管40監測隔膜泵60處產生或累積之靜電荷。

如圖4中展示，在一些實施例中，半導體製造系統可包含耦合至靜電場計30的一電腦70。在此等實施例中，可使用電腦70以根據由靜電場計30產生之一資料來調整流動通過非導電管40之一流體之一流速。即，本揭露可監測靜電荷量並分析流體(例如，具有高電阻之化學液體)之流速與由流體導致之電弧之間之關係。因此，在一些實施例中，一即時警報可經設定以在一靜電值超過一警告值時自動調整流體之流速，使得可根據非導電管40處產生或累積之靜電荷量智能地調整流速。此外，因此可利用先前在圖2中展示之金屬盒50以避免由外部干擾導致之錯誤警報。

可在一半導體製造系統中利用本揭露之監測系統用於維持用於半導體處理之流體之品質。如圖5中展示，在一些實施例中，半導體製造系統可包含複數個儲存槽701及702及經組態以連接複數個儲存槽701及702的複數個非導電管40。在一些實施例中，複數個儲存槽可包含至少一第一儲存槽701。第一儲存槽701係一槽車儲存槽且經配置於半導體製造系統之前端處且係用於儲存來自一槽車之液體之儲存槽。即，藉由槽車運輸之化學液體可首先被泵抽至第一儲存槽701中以供稍後使用。在一些實施例中，監測系統1包含如先前圖1中展示之放置於第一儲存槽701附近之金屬板10、導電帶20、及靜電場計30。在一些實施例中，可將導電帶10纏繞在連接至第一儲存槽701之一進口701A之非導電管40之表面周圍。可使用第一儲存槽701附近之監測系統1以控制自槽車流入第一儲存槽701中之流體之流速。若在進口701A附近迅速產生或累積靜電荷，則因此可能發生電弧，且藉此產生之雜質或污染物可能污染第一儲存槽701中之流體。因此，在一些實施例中，可藉由電腦70 (先前在圖4中展示)基於由靜電場計30產生之監測資料即時自動調整注入第一儲存槽701中之流體之流速。

在一些實施例中，複數個儲存槽可包含至少一第二儲存槽702。通常，第二儲存槽702係一日用儲存槽且用於儲存燃料，且在一些實施例中，第二儲存槽702可用於儲存用於半導體處理之液體。為迫使液體離開第二儲存槽702，在一些實施例中，可將諸如氮(N₂ )之一些氣體泵抽至第二儲存槽702中。由於管與氮氣之間之摩擦可產生靜電荷，故藉由監測系統監測之物件可進一步包含一氣管上之金屬板，且可基於藉由靜電場計偵測之靜電荷即時調整氣體之流速。在一些實施例中，可將導電帶10纏繞在連接至第二儲存槽702之一進口702A或一出口702B之非導電管40之表面周圍。

在一些實施例中，半導體製造系統可包含連接至非導電管40的至少一泵703，且可根據藉由靜電場計偵測之靜電荷即時調整由泵703泵抽之液體之流速。此外，泵703可包含由塑膠製成之一些組件，且藉由調整液體(例如，乙酸丁酯)之流速，可將由泵703處產生或累積之靜電荷感應之電壓保持低於泵703之材料之一崩潰電壓。

圖6繪示根據本揭露之一些實施例之監測靜電荷之一流程圖。在一些實施例中，量測包含一操作601：自纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶收集複數個靜電荷；一操作602：將複數個靜電荷感應至接觸並延伸遠離導電帶之一金屬板；及一操作603：藉由放置於遠離金屬板之一預定距離處之一靜電場計偵測複數個靜電荷。

在執行操作601、602及603時，可利用圖1中揭露之監測系統，且此處為簡潔起見省略監測系統之特徵及功能之重複描述。另外，為即時調整液體之流速，在一些實施例中，監測靜電荷之方法可進一步包含操作，該等操作包含將藉由靜電場計產生之一資料傳輸至一電腦及藉由電腦調整流動通過管之一流體之一流速。

在執行即時調整流速之操作時，在一些實施例中，當由藉由靜電場計偵測之複數個靜電荷感應之總電壓幾乎等於或大於非導電管或連接至非導電管之一泵之材料之一崩潰電壓時，流速可降低。

在於包含一半導體製造系統之一工廠中使用本揭露中之監測系統的情境中，方法之操作可參考圖7，圖7繪示根據本揭露之一些實施例之監測靜電荷之一流程圖。此方法可包含一操作701：由複數個導電帶纏繞緊鄰複數個儲存槽之複數個非導電管之各者之一外表面；一操作702：將一金屬板放置於導電帶之各者上；及一操作703：將一靜電場計固定於遠離金屬板之各者之一預定距離處。

在執行操作701、702及703時，可利用圖5中揭露之半導體製造系統，且此處為簡潔起見省略監測系統之特徵及功能之重複描述。藉由由導電帶纏繞非導電管且在數個位置使用金屬板及靜電場計，即使在其中迅速且連續地運輸大量高電阻流體，亦可容易、安全且自動監測半導體製造系統中產生或累積之靜電荷之變化。

根據本揭露，揭露一種靜電荷的監測系統及其監測方法。在考量工廠中之管之一大部分由塑膠製成，且塑膠管中之化學材料之運輸可能歸因於摩擦而產生靜電荷時，特定言之，當化學材料之電阻為高的時，本揭露使用纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶以累積靜電荷，且使用連接至導電帶之一金屬板作為用於監測之一天線。自導電帶感應之靜電荷可分佈於金屬板之表面處且藉由放置於遠離金屬板之一預定距離處之一靜電場計進行偵測。靜電場計可將一資料提供至一電腦用於調整非導電管中之一流體之一流速。因此，可藉由即時調整流速而控制靜電荷量，且因此可提高半導體產品之良率及生產率，此係因為可減輕或避免電弧之產生或藉此形成之污染粒子。

在一個例示性態樣中，提供一種監測系統。監測系統包含一非導電管、一導電帶、一金屬板、及一靜電場計。非導電管包含一外表面。將導電帶纏繞在非導電管之外表面周圍。金屬板接觸並延伸遠離導電帶。將靜電場計放置於遠離金屬板之一預定距離處，且可藉由靜電場計偵測金屬板之一靜電荷。

在另一例示性態樣中，提供一種靜電荷之監測方法。該方法包含如下操作。自纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶收集複數個靜電荷。將複數個靜電荷感應至接觸並延伸遠離導電帶之一金屬板。藉由放置於遠離金屬板之一預定距離處之一靜電場計偵測複數個靜電荷。

在又另一例示性態樣中，提供一種靜電荷之監測方法。該方法包含如下操作。藉由一靜電場計自連接至纏繞在一非導電管之一外表面周圍之一導電帶之一金屬板偵測複數個靜電荷。調整流動通過非導電管之一流體之一流速以將藉由靜電場計偵測之複數個靜電荷保持低於非導電管或連接至非導電管之一泵之材料之一崩潰電壓。

前述內容概述數項實施例之結構，使得熟習此項技術者可更佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為用於設計或修改用於實行本文中介紹之實施例之相同目的及/或達成相同優點之其他製程及結構之一基礎。熟習此項技術者亦應瞭解，此等等效構造不背離本揭露之精神及範疇，且其等可在不背離本揭露之精神及範疇之情況下在本文中作出各種改變、置換及更改。

1:監測系統 10:導電帶 20:金屬板 30:靜電場計 40:非導電管 40A:外表面 50:金屬盒 60:隔膜泵 70:電腦 401:第一金屬管 402:第二金屬管 501:開口 601:操作 602:操作 603:操作 701:第一儲存槽/操作 701A:進口 702:第二儲存槽/操作 702A:進口 702B:出口 703:泵/操作 W1:第一寬度 W2:第二寬度 W3:第三寬度

當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據產業中之標準實踐，各種結構未按比例繪製。事實上，為了清楚論述可任意增大或減小各種結構之尺寸。

圖1繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一立體示意圖。

圖2繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一立體示意圖。

圖3A繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一部分之一立體示意圖。

圖3B繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一部分之一立體示意圖。

圖4繪示根據本揭露之一些實施例之一監測系統之一立體示意圖。

圖5繪示根據本揭露之一些實施例之一半導體製造系統之一管線圖。

圖6繪示根據本揭露之一些實施例之監測靜電荷之一流程圖。

圖7繪示根據本揭露之一些實施例之監測靜電荷之一流程圖。

1:監測系統

10:導電帶

20:金屬板

30:靜電場計

40:非導電管

40A:外表面

W1:第一寬度

W2:第二寬度

Claims (1)

1. 一種監測系統，其包括： 一非導電管，其包含一外表面； 一導電帶，其纏繞在該非導電管之該外表面周圍； 一金屬板，其接觸並延伸遠離該導電帶；及 一靜電場計，其經放置於遠離該金屬板之一預定距離處，其中可藉由該靜電場計偵測該金屬板之一靜電荷。

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