TWI431285B - Electrostatic charge measuring device and method - Google Patents

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Description

靜電荷測量裝置及方法
本發明係一種在實際生產條件下測量光罩之操作範圍之靜電荷的裝置及方法，以及將測量值記錄在數據記錄器中，以供日後之使用。
在製造半導體元件時，為了在基板(例如晶圓)上形成層狀結構，會在微影過程中使用一種進行結構化加工用的光阻劑。為此必須以一種波長盡可能短的適當的光線穿過光罩照射光阻劑，然後再顯影，最後再根據所使用之光阻劑的種類將未被照射或被照射的部分去除。光罩必須非常精確的成像在基板上。由於圖案的微縮化趨勢，因此光學原圖(也就是光罩)的由鉻構成的圖案也必須相應的縮小。
光罩上的圖案愈小，圖案對干擾影響就愈敏感。尤其是半導體工業用的光罩對於鉻圖案之間未受控制的靜電放電(ESD)特別敏感。只要數百伏特的電位差(在正常操作條件下很容易就會達到這個電位差)就可能因為圖案之間出現的火花放電對圖案造成損害。尤其是因為位於光罩附近之充電物件(也就是與光罩根本沒有直接接觸的物件)的感應作用造成的電位差，經常會對半導體的製造帶來很大的危險。
此外，近年來還發現鉻圖案有其他的損害機制，此種損害機制會經由電位差造成明顯的圖案改變，此電位差高出火花放電之門檻兩個數量級。這種所謂的電場感應鉻遷移(EFM=electric field induced migration of chrome)會使圖案間距極小且造價昂貴之光罩的使用壽命明顯縮短。
測量光罩之靜電荷及/或靠近光罩之物件的靜電荷的工作 變得愈來愈困難，因為整個操作過程(包括光罩的存放及運送)都是在封閉且狹窄的設備(堆料機，運送保護箱，步進機，掃瞄器)中進行。
由於微縮化趨勢的關係，光罩對靜電荷的敏感性變得愈來愈大。同時近年來光罩的製作費用也變得愈來愈貴。
因此測量靜電荷的裝置需要能夠和生產光罩一起被存放、運送、操作、以及處理，同時又要能夠測量在光罩上形成的靜電荷，並以時間-數值組的方式儲存，以便日後在讀取數據(包括以無線傳輸方式讀取)時，可以確定形成靜電荷的位置。
本發明的目的是提出一種能夠在光罩的整個操作過程中測量靜電荷及儲存測量值的裝置及方法，以便能夠在事後查出靜電荷被測量裝置測得的位置及時間點。
為達到上述目的，本發明提出之靜電荷測量裝置之機殼的形狀及尺寸都和一般的生產光罩相同，同時該機殼具有兩片以絕緣材料製成並安裝在一個框架上的板子，這兩片板子彼此平行並相隔一定的間距，其中一片板子在板子的外表面上至少有兩個相鄰但彼此絕緣的導電傳感面，同時導電傳感面與一個位於機殼內的計算及儲存電路直接或間接耦合。
前面提及的板子可以是由石英玻璃或其他適當的絕緣材料製成，而且兩片板子是經由框架連接在一起。框架並非一定必須以絕緣材料製成，而是可以由其他適圍材料製成，例如一種易於加工的材料(例如塑膠)。
位於一片板子上的導電傳感面是由鉻、另外一種適當的金屬、或是一種半導體材料所構成。
此外，傳感面被位於板子邊緣部分的一個由導電材料製成的實心框架環繞住，此實心框架是由鉻、另外一種適當的金屬、或是一種半導體材料所構成。
根據本發明的一種改良方式，傳感面從外面經由一個電容耦合與一個位於機殼內的計算電路間接耦合，以便經由相應的計算電路避免儲存在傳感面上的電荷發生錯誤。
傳感面的電容耦合是由位於機殼內的微縮的場傳感器形成，這些場傳感器的位置在位於一片板子上的傳感面的對面。
為了測量傳感元件上相對而言相當小的電荷，本發明是以一個用磁簧繼電器作為振動片電容器的振動片電容器靜電表作為計算電路的構件。
此外，計算電路與機殼內的一個數據記錄器連接，因此可以在事後讀取及處理被儲存的數據。
此外，機殼還具有通風裝置，其作用是與周圍環境進行氣體交換。
為了便於修理位於機殼內的構件、更換電池、以及進行必要的校正工作，板子及框架是經由一種可逆的黏貼彼此連接在一起。
此外，本發明的範圍還包括一種測量靜電荷的方法，這種方法是在光罩的操作過程中加入一個或多個本發明的測量裝置；按照給定的時間間隔測量靜電荷；將測量值及測得該測量值的時間一併儲存到一個數據記錄器中；將儲存的測量值/時間組與相應的位置搭配在一起。
根據本發明之方法的第一種實施方式，操作過程結束後是 以無線方式讀取儲存的數據。
這種方式是在測量裝置的測量工作結束後，與其餘的過程光罩一起在通過曝光設備或是完成其他的操作過程之後，利用無線電技術或發射機應答器技術讀取儲存在數據記錄器中的數據。
本發明是將本發明之靜電荷測量裝置應用於對半導體晶圓上的光阻劑進行曝光之曝光設備、堆料機、運送保護箱、檢驗儀器、或掃瞄器中。
以下配合圖式及一個實施例對本發明的內容作進一步的說明。
本發明之靜電測量裝置是由機殼(1)構成，機殼(1)之外形尺寸、製造材料、以及構造均與一個真實的生產光罩幾乎完全相同。機殼(1)主要是由石英玻璃構成。除了石英玻璃外，也可以用其他的絕緣材料製作機殼。
第1圖顯示機殼(1)的一般結構。從第1圖可以看出，機殼(1)是由兩片彼此平行並安裝在一個框架(2)上的板子(3，4)組成，其中在機殼(2)的板子(3)的正面(第1圖上方部分)上有一個帶有圖案的鉻層。鉻層的圖案是設計成至少有兩個彼此絕緣的傳感面(5a，5b，5c，5d)。傳感面(5a，5b，5c，5d)也可以是由其他的導電材料構成的彼此絕緣的面。
和一般的光罩一樣，有一個實心框架(7)將板子(3)上的2個或4個鉻面(5a，5b，5c，5d)環繞住，使其與板子(3)絕緣。機殼(1)內有一個與傳感面(5a，5b，5c，5d)間接耦合的計算電路(6)。如第2圖所示，為形成這個間接耦合，在機殼(1)內設有 一個或多個微縮的場傳感器(8a，8b)，這些場傳感器(8a，8b)各自位於板子上的一個鉻面(5a，5b，5c，5d)的對面。場傳感器(8a，8b)能夠經由電容耦合以無接觸的方式測量彼此絕緣之鉻面(5a，5b，5c，5d)之間的電位差。
以振動片電容器靜電表(9)測量靜電荷。不像簡單的電表，振動片電容器靜電表(9)不會有零點漂移的問題。可以用一種微縮的磁簧繼電器(9a)作為振動片電容器，其舌簧在振動時會偏移，因而不會接觸到固定在舌簧旁邊的接點。
絕緣的鉻面(5a，5b，5c，5d)之間的電位差經由場傳感器(8a，8b)的電容耦合感應生成的交流電壓會被一個靈敏的放大器(15)放大，然後經由二極體(16)被檢波。
此外，在經過放大器(15)放大後，可以經由相位鑑別器(17)賦予半波極性。
測量值會以時間/數值-數據組的方式被記錄在一個數據記錄器(18)。
機殼(1)在具有鉻面(5a，5b，5c，5d)的板子(3)的對面具有另外一片板子(4)，例如一片石英玻璃板，前面提及測量電位差及儲存測量值的計算電路(6)及數據記錄器(18)均位於這兩片石英板之間。
此外，機殼(1)還可以具有一個通風裝置(13)，例如一種簡單的方式是在框架(2)上鑽孔，以作為機殼(1)之內部空間與周圍環境之間進行氣體交換之用。
為了便於修理位於機殼內的構件，板子及框架是經由一種可逆的黏貼(11，12)彼此連接在一起。
將上述裝置與製造半導體晶圓所需的光罩同時應用在光罩的操作過程中，即可毫無困難的進行靜電荷的測量工作。也就是說可以在操作過程中的裝置(例如半導體晶圓曝光設備、步進機、堆料機、運送保護箱、檢驗儀器、掃瞄器)內按照給定的時間間隔測量進入傳感面(5a，5b，5c，5d)的電荷。
在測量值被放大器(15放大及經由二極體(16)檢波後，接著將合併時間的測量值儲存到數據記錄器(18)中，同時將儲存的測量值-時間組與相應的位置搭配在一起。
操作過程結束後，可以利用無線電技術或發射機應答器技術或其他適當的數據傳輸技術讀取儲存的數據。
原則上可以利用無線電立刻將測量值顯示出來(尤其是奇特的測量值)，以便快速排除可能的干擾因素。
1‧‧‧機殼
2‧‧‧框架
3、4‧‧‧板子
5a、5b、5c、5d‧‧‧傳感面
6‧‧‧計算電路
7‧‧‧實心框架
8a、8b‧‧‧場傳感器
9‧‧‧振動片電容器靜電表
9a‧‧‧磁簧繼電器
10‧‧‧數據記錄器
11、12‧‧‧黏貼
13‧‧‧通風裝置
14‧‧‧振動片電容器
15‧‧‧放大器
16‧‧‧二極體
17‧‧‧相位鑑別器
18‧‧‧數據記錄器
第1圖：本發明之靜電荷測量裝置的一個立體透視圖。
第2圖：測量靜電荷及電位差以及將測量值儲存到數據記錄器的電路佈置圖。
2‧‧‧框架
3、4‧‧‧板子
5a、5b‧‧‧傳感面
6‧‧‧計算電路
7‧‧‧實心框架
8a、8b‧‧‧場傳感器
9‧‧‧振動片電容器靜電表
9a‧‧‧磁簧繼電器
11、12‧‧‧黏貼
13‧‧‧通風裝置
14‧‧‧振動片電容器
15‧‧‧放大器
16‧‧‧二極體
17‧‧‧相位鑑別器
18‧‧‧數據記錄器

Claims (17)

  1. 一種具有一個機殼的靜電荷測量裝置，其特徵為：機殼(1)的形狀及尺寸都和一個一般的生產光罩相同，機殼(1)具有兩片以絕緣材料製成並安裝在一個框架(2)上的板子(3，4)，這兩片板子(3，4)彼此平行並相隔一定的間距，其中一片板子(3或4)在板子(3)的外表面上至少有兩個相鄰但彼此絕緣的導電傳感面(5a，5b，5c，5d)，同時導電傳感面(5a，5b，5c，5d)與一個位於機殼(1)內的計算電路(6)間接耦合。
  2. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中：板子(3，4)是以石英玻璃製成。
  3. 如申請專利範圍第2項的裝置，其中：板子(3，4)經由框架(2)彼此連接在一起。
  4. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中：在一片板子(3或4)上的導電傳感面(5a，5b，5c，5d)是由鉻、另外一種適當的金屬、或是一種半導體材料所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項的裝置，其中：導電傳感面(5a，5b，5c，5d)被位於板子(3)之邊緣部分的一個由導電材料製成的實心框架(7)環繞住。
  6. 如申請專利範圍第5項的裝置，其中：實心框架(7)是由鉻、另外一種適當的金屬、或是一種半導體材料所構成。
  7. 如申請專利範圍第1項及第2項的裝置，其中傳感面(5a，5b，5c，5d)從外面經由一個電容耦合與一個位於機殼(1)內的計算電路(6)間接耦合。
  8. 如申請專利範圍第7項的裝置，其中：傳感面(5a，5b，5c，5d)的電容耦合是由位於機殼(1)內的微縮的場傳感器(8a，8b)形成，場傳感器(8a，8b)的位置在位於一片板子(3)上的至少兩個傳感面(5a，5b，5c，5d)的對面。
  9. 如申請專利範圍第8項的裝置，其中：以一個用磁簧繼電器作為振動片電容器的振動片電容器靜電表(9)作為計算電路(6)的構件，以測量電荷。
  10. 如申請專利範圍第9項的裝置，其中：計算電路(6)與機殼(1)內的一個數據記錄器(10)連接。
  11. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中：機殼(1)還具有通風裝置(13)。
  12. 如申請專利範圍第1項的裝置，其中：板子(3，4)及框架(2)經由一種可逆的黏貼(11，12)彼此連接在一起。
  13. 一種如申請專利範圍第1項至第12項中任一項的靜電荷測量裝置用於對半導體晶圓上的光阻劑進行曝光的曝光設備中的用途。
  14. 一種如申請專利範圍第1項至第12項中任一項的靜電荷測量裝置用於步進機、堆料機、運送保護箱、檢驗儀器、或掃瞄器中的用途。
  15. 一種利用如申請專利範圍第1項至第10項中任一項的裝置測量靜電荷的方法，其特徵為：-- 在光罩的操作過程中加入一個或多個測量裝置；-- 按照給定的時間間隔測量靜電荷；-- 將測量值及測得該測量值的時間一併儲存到一個數據 記錄器中；-- 將儲存的測量值/時間組與相應的位置搭配在一起。
  16. 如申請專利範圍第15項的方法，其中：操作過程結束後，以無線方式讀取儲存的數據。
  17. 如申請專利範圍第16項的方法，其中：在測量裝置的測量工作結束後，與其餘的過程光罩一起在通過曝光設備或是完成其他的操作過程之後，利用無線電技術或發射機應答器技術讀取儲存在數據記錄器中的數據。
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