專利名稱：用于襯底和離子束照射裝置的充電電壓測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于充電電壓測量裝置和具有充電電壓測量裝置的離子束照射裝置，在襯底上進(jìn)行離子注入、離子摻雜或等離子處理的過程或設(shè)備中或在傳送或干燥襯底的過程或設(shè)備中使用這種離子束照射裝置，在這些過程或設(shè)備中人們擔(dān)心襯底的表面起電。
背景技術(shù)：
在人們擔(dān)心在襯底的表面上起電的過程或設(shè)備中，重要的是測量在襯底表面上的充電電壓以防止在充電表面上的電介質(zhì)擊穿。
在保持襯底的襯底保持單元上使用靜電夾盤的專用設(shè)備中，在相關(guān)技術(shù)中已經(jīng)提出了從流經(jīng)靜電夾盤的電極的吸收電流中獲取在襯底表面上的電位的技術(shù)(參考JP-A-9-54130(第0010-0014段，附圖1)和JP-A-10-27566(第0010-0015段，附圖1))，但是在不使用靜電夾盤時這種技術(shù)不適用。
參考附圖1和2，下文通過舉例的方式描述在典型的相關(guān)技術(shù)中不使用靜電夾盤的充電電壓測量方法。
首先，在處理襯底6時，不提供測量電極8，保持要處理的襯底6并通過夾持器(未示出)固定在襯底保持單元4上，并以離子束2照射它。這樣，通過離子注入和離子摻雜處理襯底6。
襯底保持單元4例如是金屬板。襯底6是例如用于液晶顯示器的玻璃襯底，但它也可以是半導(dǎo)體襯底等。
如果離子束2施加到襯底6上，則由于在離子束2中的離子的正電荷引起襯底6的表面起電(充電)。特別是，在襯底6具有絕緣特性(電絕緣特性)時，襯底6的表面更可能起電。玻璃襯底和在表面上具有絕緣層的半導(dǎo)體襯底是實(shí)例性的。同時，在襯底表面上的充電電壓簡單地由在離子束2照射的離子和連同離子束2一起提供到襯底6的電子之間的平衡決定。如下文所描述，電子可以是在離子束2周圍存在的等離子體中的那些電子或者從電子源提供的那些電子。
如上文所描述的為了測量在襯底6的表面上的充電電壓，金屬測量電極8緊密地放置在襯底6的表面上，離子束2施加給測量電極8以通過電壓表10測量電極8的電壓，由此將所測量的電壓作為在襯底表面上的充電電壓。當(dāng)通過將離子束2施加到其中實(shí)際處理襯底6時，去除成為障礙的測量電極6。
通過應(yīng)用如上文所描述的相關(guān)技術(shù)的測量方法，要求將測量電極8放置在襯底6的表面上，由此在實(shí)際的處理(例如，離子注入)的過程中不能測量在襯底6的表面上的充電電壓。
此外，在測量充電電壓的過程中，將離子束2施加到金屬測量電極8上，由于在襯底6的表面和在測量電極8的表面之間的材料中的差異，因此不能正確地測量在襯底表面上的充電電壓。
本發(fā)明的概述本發(fā)明的一個目的是提供一種能夠精確地測量在實(shí)際處理的襯底表面上的充電電壓的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種充電電壓測量設(shè)備，用于測量在襯底保持單元中的襯底的表面上的充電電壓Vs，包括測量電極，用于與所述襯底形成靜電電容Cs，并且設(shè)置在所述襯底保持單元上以與所述所保持的襯底的背面接觸或接近，并且所述測量電極與所述襯底保持單元電絕緣。
測量電容器，連接在所述測量電極和地電位部分之間，具有靜電電容Cm；電壓測量單元，用于測量在所述測量電容器的兩端之間的測量電壓Vm；和計(jì)算單元，基于通過所述靜電電容器Cs和Cm的關(guān)系所確定的分壓比的倒數(shù)K和所述測量電壓Vm根據(jù)下面的數(shù)值表達(dá)式1或它的在數(shù)學(xué)上等效數(shù)值表達(dá)式，該計(jì)算單元計(jì)算所述充電電壓Vs，[數(shù)值表達(dá)式1]Vs＝K·Vm其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
這個數(shù)值表達(dá)式1與權(quán)利要求1的數(shù)值表達(dá)式相同。
在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的這個充電電壓測量裝置中，兩個靜電電容Cs和Cm彼此串聯(lián)，因此在通過在兩個靜電電容Cs和Cm之間的關(guān)系確定的分壓比進(jìn)行分壓處理的過程中，在襯底表面上的充電電壓Vs出現(xiàn)在測量電容器上。通過電壓表測量這個電壓作為測量電壓。
因此，如數(shù)值表達(dá)式1所示，通過將測量電壓乘以分壓比的倒數(shù)K，根據(jù)測量電壓Vm可以精確地獲得在實(shí)際的處理過程中在襯底表面上的充電電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種充電電壓測量設(shè)備，用于測量在襯底保持單元中的襯底的表面上的充電電壓Vs，包括測量電極，用于與所述襯底形成靜電電容Cs，并且設(shè)置在所述襯底保持單元上以與所述所保持的襯底的背面接觸或接近，并且所述測量電極與所述襯底保持單元電絕緣。
連接在所述測量電極和地電位部分之間的測量電容器，所述測量電容器具有靜電電容Cm；測量在所述測量電容器的兩端之間的測量電壓Vm的電壓測量單元；和計(jì)算單元，用于基于通過所述靜電電容器Cs和Cm之間的關(guān)系所確定的分壓比的倒數(shù)K、在時間t1時的所述測量電壓Vm(t1)，和包括所述電壓表的內(nèi)阻并與所述測量電容器并聯(lián)設(shè)置的電阻的電阻值Rm，根據(jù)下面的數(shù)值表達(dá)式2或它的在數(shù)學(xué)上等效的數(shù)值表達(dá)式，在時間是t、測量開始時間是t＝0以及測量時間是t1時，計(jì)算在時間t1時所述充電電壓Vs。
Vs=K[Vm(t1)+{1/(Cm×Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
這個數(shù)值表達(dá)式2與權(quán)利要求2的數(shù)值表達(dá)式相同。
Vs=K[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
在數(shù)值表達(dá)式2的大括號中的第一項(xiàng)乘以K的部分具有與數(shù)值表達(dá)式1幾乎相同的值。
在數(shù)值表達(dá)式2的大括號中的第二項(xiàng)用于校正在通過將它轉(zhuǎn)換為電壓的測量過程中通過與測量電容器并聯(lián)的電阻泄漏到地電位部分的在襯底表面上的電荷量。通過測量電容器獲得在第二項(xiàng)上的電壓并通過將第二項(xiàng)乘以K將其轉(zhuǎn)換為在襯底表面上的電壓。這樣，校正了由在電壓表中的內(nèi)阻泄漏的電荷引起的誤差電壓，由此精確地測量在實(shí)際的處理過程中在襯底表面上的充電電壓Vs。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于將離子束照射到保持在襯底保持單元上的襯底上的離子束照射設(shè)備，包括等離子體產(chǎn)生源，用于產(chǎn)生電子并將其提供到所述襯底以抑制在所述襯底的表面上通過照射所述離子束引起的起電；根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面的用于襯底的充電電壓測量裝置；和基于通過所述充電電壓測量裝置所測量的充電電壓Vs控制從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的電子數(shù)量的控制單元；其中在所述充電電壓Vs在參考電壓范圍內(nèi)時，所述控制單元控制維持從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，其中在所述充電電壓Vs高于參考電壓范圍時所述控制單元控制增加從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，和其中在所述充電電壓Vs低于參考電壓范圍時所述控制單元控制減小從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量。
由于這種離子束照射裝置具有根據(jù)本發(fā)明的第一或第二方面的充電電壓測量裝置，因此能夠精確地測量在實(shí)際的處理過程中在襯底表面上的充電電壓Vs。
此外，控制器對電子放電源進(jìn)行反饋控制，以在處理的過程中將在襯底表面上的充電電壓Vs自動地控制在參考電壓范圍內(nèi)。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的充電電壓測量裝置；附圖2所示為在附圖1的測量電容器周圍的等效電路圖；附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的充電電壓測量裝置；附圖4所示為在附圖3的測量電容器周圍的等效電路圖；附圖5所示為襯底保持單元、襯底和測量電極的平面形狀的一種實(shí)例的平面圖；附圖6所示為獲得分壓比的倒數(shù)的方法的一種實(shí)例；
附圖7所示為根據(jù)說明本發(fā)明的一種實(shí)施例的離子束照射裝置的截面視圖；附圖8所示為說明在附圖7中的控制器的特定的實(shí)例的方?jīng)Q圖；附圖9所示為襯底保持單元、襯底和測量電極連同離子束的平面形狀的一種實(shí)例的平面圖；附圖10所示為測量電極的另一實(shí)例的平面視圖；附圖11所示為測量電極的另一實(shí)例的平面視圖；和附圖12所示為相關(guān)技術(shù)的充電電壓測量方法的一種實(shí)例的視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施例的充電電壓測量裝置的附圖。附圖2所示為在附圖1中的測量電容器周圍的等效電路圖。通過在附圖12中的相關(guān)技術(shù)實(shí)例中的相同的數(shù)字表示相同或相似的部件，下文主要描述與這種相關(guān)技術(shù)實(shí)例的不同點(diǎn)。
充電電壓測量裝置12包括測量電極14、測量電容器18、電壓測量單元和計(jì)算單元。在本實(shí)施例中，電壓測量和計(jì)算單元分別是電壓表20和計(jì)算器22。
測量電極14設(shè)置在襯底保持單元4和襯底6之間。襯底6保持在測量電極14上。測量電極14設(shè)置襯底保持單元4上(即，在襯底保持單元4的襯底保持表面上)以與在其上保持的襯底6的背面接觸或接近并與襯底保持單元4電絕緣以與襯底6形成靜電電容Cs。
測量電極14是板狀(特別是薄板狀)導(dǎo)體(即導(dǎo)電板)。以薄絕緣層16覆蓋測量電極14，在本實(shí)施例中包括覆蓋它的上表面和下表面。襯底6保持并固定在這個絕緣層上。因此，測量電極14通過絕緣層16定位在襯底6的背面附近。通常，通過固定單元比如夾持器(未示出)保持并固定襯底6。在附圖中沒有示出該夾持器。
由于襯底保持單元4由導(dǎo)體(比如金屬)制成，因此在本實(shí)例中絕緣層16也提供在襯底保持單元4和測量電極14之間。然而，如果至少襯底保持單元4的表面是絕緣材料，則不需要在襯底保持單元4和測量電極14之間提供絕緣層16。這是因?yàn)榧词箾]有絕緣層16也可以取出測量電極14的電位。在本實(shí)施例中襯底保持單元4電連接到地電位部分。
此外，在襯底6由絕緣材料(比如玻璃)制成時，在襯底6和測量電極14之間不需要提供絕緣層16。這是因?yàn)?，即使不提供絕緣層16，在襯底6和測量電極14之間仍然形成了靜電電容Cs。在這種情況下，測量電極14與襯底6的背面接觸。當(dāng)襯底6導(dǎo)電時，絕緣層16可以提供在襯底6和測量電極14之間。
更具體地說，測量電極14由鋁箔制成，它與絕緣層16層疊。絕緣層16由聚乙烯制成。在本實(shí)施例中測量電極14粘接在襯底保持單元4上。由于這種測量電極14能夠在總體上非常薄，因此在襯底6和襯底保持單元4之間具有非常好的導(dǎo)熱性，這對于在處理過程中通過襯底保持單元4有效地冷卻襯底比較有利。在本實(shí)施例中襯底保持單元4通過致冷劑(比如冷卻水)冷卻以有效地冷卻襯底6。
附圖5所示為襯底保持單元4、襯底6和測量電極14的平面形狀的一種實(shí)例。在本實(shí)例中，測量電極14稍稍小于襯底6以防止離子束2施加到測量電極14的頂部而沒有被襯底6所截獲。然而，平面形狀并不限于本實(shí)例(例如，見附圖10和11)。
如附圖7所示，當(dāng)利用機(jī)械掃描襯底保持單元4和襯底6時，離子束2可以具有覆蓋整個襯底6的較大的面積或者可以具有如在附圖9中所示的矩形截面。也可以使用其它的形狀。
返回到附圖1，測量電容器18連接在測量電極14和地電位部分之間。假設(shè)它的靜電電容是Cm。地電位部分例如是用于存儲并處理襯底保持單元4的真空容器(例如在附圖7中的真空容器30)。
電壓表20連接在測量電容器18上以測量在測量電容器18上的電壓的測量電壓Vm。
基于通過電壓表20測量的測量電壓Vm和靜電電容Cs和Cm確定的分壓比的倒數(shù)K，計(jì)算器22根據(jù)數(shù)值表達(dá)式3計(jì)算在正處理的襯底6的表面上的充電電壓Vs。
現(xiàn)在詳細(xì)地解釋，在充電電壓測量裝置12中，兩個靜電電容Cs和Cm串聯(lián)連接在襯底6和地電位部分之間，因此通過在兩個靜電電容Cs和Cm之間關(guān)系確定的分壓比(通過熟知的方法獲得)對在處理的襯底6的表面上的充電電壓Vs進(jìn)行分壓，經(jīng)分壓的電壓出現(xiàn)在測量電容器18上，如附圖2所示。通過電壓表20測量這個電壓作為測量電壓Vm。在此，電壓表20的內(nèi)阻足夠大并且被忽略掉。
因此，如數(shù)值表達(dá)式3所示，通過將測量電壓Vm乘以分壓比K根據(jù)測量電壓Vm可以精確地計(jì)算在實(shí)際的處理過程中在襯底表面上的充電電壓Vs。計(jì)算器22進(jìn)行這種計(jì)算。
通過電壓表20測量的測量電壓Vm包括極性±和幅值，因此通過計(jì)算器22以上述的方式計(jì)算的充電電壓Vs包括極性±和幅值。如附圖3所示的充電電壓測量裝置12實(shí)際上是這樣的。
通過下式數(shù)值表達(dá)式5正確地表示分壓比的倒數(shù)K。在Cm＞＞Cs(例如，Cm大約是Cs的100至1000倍)，可替換的是，可以使用數(shù)值表達(dá)式6而對測量精度沒有較大的影響。
K＝(Cs+Cm)/Cs[數(shù)值表達(dá)式4]K＝Cm/Cs在計(jì)算器22內(nèi)計(jì)算K的值，或者可以以其它的方式計(jì)算并設(shè)定在計(jì)算器22內(nèi)，由此計(jì)算器22根據(jù)數(shù)值表達(dá)式1或2進(jìn)行計(jì)算。因此，簡化了計(jì)算器22的算術(shù)運(yùn)算。下文描述K的正確測量方法。
在處理過程中在襯底表面上的充電電壓Vs可以達(dá)到幾百或大約1000V，除非通過電子適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行中和。為將這種較高的充電電壓Vs分壓為適合于測量的大約幾百伏特的測量電壓Vm，可取的是，確定測量電容器18的靜電電容Cm以使K的值可以是100至10000，或者更為可取的是1000。在附圖7所示的實(shí)例中，在離子束2利用機(jī)械掃描襯底保持單元4和襯底6時，可以確認(rèn)充電電壓Vs隨時間變化。在這種情況下，為通過增加測量電路的時間常數(shù)以提高測量精度，可取的是確定測量電容器18的靜電電容Cm以設(shè)定K的值為上述的值。對于在附圖3中所示的充電電壓測量裝置12來說這是特別可取的。
如上文所述，與相關(guān)的技術(shù)相反，通過這種充電電壓測量裝置12，不需要在襯底6上設(shè)置測量電極8，并且利用對于處理襯底6來說不成為障礙的測量電極14，由此實(shí)時地測量在實(shí)際的處理的過程中在襯底6的表面上的充電電壓Vs，如附圖12所示。
與如附圖12所示的相關(guān)的技術(shù)相反，應(yīng)用帶有兩個靜電電容Cs和Cm的分壓單元測量在實(shí)際處理的襯底6本身的表面上的充電電壓Vs，由此可以精確地測量在襯底6上的表面上的充電電壓Vs，而不存在由于在表面材料之間的差異引起測量精度下降的危險(xiǎn)。
順便指出，在如附圖1中所示的充電電壓測量裝置12中，電壓表20的內(nèi)阻足夠大，由此可以忽略在測量的過程中在襯底6的表面上的電荷通過電壓表20的內(nèi)部泄漏進(jìn)地電位部分。如果對充電電壓Vs校正電荷量，則可以進(jìn)一步提高在襯底表面上的充電電壓Vs的測量精度。下文給出充電電壓測量裝置12的實(shí)例。
附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的充電電壓測量裝置的附圖。附圖4所示為在附圖3中的在測量電容器周圍的等效電路圖。在下文中，主要描述它們與附圖1和2的實(shí)施例的不同點(diǎn)。
在這個充電電壓測量裝置12中，測量電阻24與測量電容器18并聯(lián)連接。假設(shè)測量電阻24的電阻值是R2，并且電壓表20的內(nèi)阻值是R1，兩者的組合的阻值Rm或與測量電容器18關(guān)聯(lián)的電阻的阻值Rm表示在下表中。
Rm＝R1·R2/(R1+R2)為什么提供測量電阻24的原因在于通過理解與測量電容器18并聯(lián)的電阻的阻值Rm可以提高充電電壓Vs的測量精度。因此，在電壓表20的內(nèi)阻值R1是純電阻時，不需要提供測量電阻24。在這種情況下，Rm等于R1。當(dāng)提供測量電阻24時，阻值R2優(yōu)選充分小于(大約1/10)電壓表20的內(nèi)阻值R1。這樣，在綜合電阻值Rm中，測量電阻24的純電阻值R2是主要的并且更少受到電壓表20的內(nèi)阻值R1的變化的影響。如果電阻值R2太小，則測量電路的時間常數(shù)減小太大，因此入射在襯底6上的電荷的量以及充電電壓Vs隨時間變化，因此很難測量充電電壓Vs，由此測量電阻24的內(nèi)阻值R2優(yōu)選從幾kΩ到幾MΩ。
在計(jì)算器22內(nèi)可以計(jì)算電阻值Rm，或者可以以其它的方式計(jì)算并設(shè)定在計(jì)算器22內(nèi)，由此計(jì)算器22根據(jù)數(shù)值表達(dá)式2進(jìn)行計(jì)算。因此，簡化了計(jì)算器22的算術(shù)運(yùn)算。
在測量的過程中電壓表20總是測量在測量電容器18上的測量電壓Vm并將它傳遞給計(jì)算器22。計(jì)算器22進(jìn)行如下的計(jì)算。即，假設(shè)時間為t，并且以Vm(t)作為時間函數(shù)表示測量電壓Vm，在測量開始時間t＝0時并且在測量中的任意時間(例如，在希望已知充電電壓Vs時)是t1時，基于分壓比的倒數(shù)K、電阻值Rm和在時間t1時的測量電壓Vm(t1)，根據(jù)數(shù)值表達(dá)式2計(jì)算在處理和測量過程中在任意時間t1時在襯底6的表面上的充電電壓Vs。測量開始時間可以是在襯底6的表面確切地沒有起電時的時間，并且設(shè)定t＝0。在數(shù)值表達(dá)式2中的單位是SI單位，并且時間單位是秒。
在數(shù)值表達(dá)式2中在大括號內(nèi)的第一項(xiàng)Vm(t1)乘以K的部分幾乎與在數(shù)值表達(dá)式1中的內(nèi)容相同。僅考慮時間概念。
提供在數(shù)值表達(dá)式2中在大括號內(nèi)的第二項(xiàng){1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]>，以在測量過程中通過將它轉(zhuǎn)換為電壓，校正在襯底表面上的電子通過電阻值Rm泄漏到地電位部分的電荷量。
更詳細(xì)地解釋，基于數(shù)值表達(dá)式2的{Vm(t)/Rm}dt是每單位時間通過電阻值Rm泄漏的電荷量，其中從時間t＝0到時間t1的電荷總量是(1/Rm)∫0t1Vm(t)dt,]]>對充電電壓校正這個值，由此提高了充電電壓Vs的測量精度。為什么將總量乘以1/Cm的原因在于利用電容器的關(guān)系式V＝Q/C(Q是電荷，C是電容器的靜電電容)將該總量轉(zhuǎn)換為電壓。
在測量電容器18的相同的位置上測量在數(shù)值表達(dá)式2中的大括號內(nèi)的第二項(xiàng)的電壓，并通過乘以分壓比的倒數(shù)K轉(zhuǎn)換為在襯底6的表面上的電壓。通過進(jìn)行這種轉(zhuǎn)換，通過校正在測量過程中通過電阻值Rm泄漏到地電位部分中的電荷引起的誤差，更加精確地測量在實(shí)際處理的襯底6的表面上的充電電壓Vs。
以下述的方式簡單且正確地計(jì)算(實(shí)際上測量)分壓比的倒數(shù)K。
即，模擬起電的模擬電極26緊密地放置在襯底6的表面上，來自模擬電源28的模擬電壓Vd施加在它和地電位部分之間，以使用電壓表20測量在測量電容器18上的測量電壓Vm，如附圖6所示。模擬電極26是導(dǎo)電板比如鋁箔。可取的是，模擬電壓Vd是正弦交流電壓。這樣，簡化了模擬電源28，并且反復(fù)地施加模擬電壓Vd，因此產(chǎn)生了相對接近如下的狀態(tài)的狀態(tài)通過離子束2利用機(jī)械掃描襯底保持單元4和襯底6。模擬電壓Vd不必是正弦交流電壓，但僅需要具有其值隨時間變化的部分。例如，在施加它的時刻的直流電壓或矩形電壓也是可以的。
象充電電壓Vs一樣，將模擬電壓Vd施加在襯底6的表面上以模擬在襯底表面上的充電電壓Vs，其中認(rèn)為Vd等于Vs。如果使用這個關(guān)系替換數(shù)值表達(dá)式3或4，則根據(jù)下述的數(shù)值表達(dá)式6或7得出分壓比的倒數(shù)K。在使用數(shù)值表達(dá)式3的附圖1的充電電壓測量裝置12中，可以使用數(shù)值表達(dá)式6，而在使用數(shù)值表達(dá)式4的附圖3的充電電壓測量裝置12中，可以使用數(shù)值表達(dá)式7。在使用在數(shù)值表達(dá)式8中的分壓比的倒數(shù)K時，不提供測量電阻24。
K＝Vd/Vm[數(shù)值表達(dá)式7]K=Vd/[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>充電電壓測量裝置12可以應(yīng)用于除了以離子束2照射襯底6以便離子注入或離子摻雜以外的其它情況。例如，充電電壓測量裝置12可以應(yīng)用于在其中可能使襯底的表面起電的過程或設(shè)備，比如在襯底上進(jìn)行等離子處理的過程或設(shè)備，或者輸送或干燥襯底的過程或設(shè)備。
下文描述離子束照射裝置的實(shí)例，該離子束照射裝置包括如附圖1和3所示的充電電壓測量裝置12，并且進(jìn)行反饋控制以使在處理(即測量)的過程中在襯底表面上的充電電壓Vs落在參考電壓范圍內(nèi)。
這種離子束照射裝置將離子束2照射在保持在襯底保持單元上的襯底6上，以在真空容器30內(nèi)進(jìn)行離子注入或離子摻雜。
構(gòu)成充電電壓測量裝置12的測量電極14提供在襯底保持單元4和襯底6之間。在此，沒有示出絕緣層16。在附圖9中示出了這個測量電極14的平面形狀的一種實(shí)例。這個附圖與附圖5相同。測量電容器18、電壓表20、計(jì)算器22和測量電阻24的部分總體地示為電路17，以上述方式測量的充電電壓Vs從電路17中輸出。即，充電電壓測量裝置12由測量電極14和電路17構(gòu)成。
在本實(shí)例中，通過驅(qū)動裝置32在箭頭的X方向上利用機(jī)械驅(qū)動(掃描)襯底保持單元4、安裝在其上的襯底和測量電極14往復(fù)運(yùn)動。
在本實(shí)例中不掃描離子束2。這個離子束2的截面形狀是在與X方向正交的Y方向上更長的矩形，它的一個實(shí)例在附圖9中示出。在X方向上離子束2的寬度實(shí)際上稍稍更窄，但所示較寬。在Y方向上可以以點(diǎn)的形式掃描離子束2。
等離子體產(chǎn)生裝置34作為電子供應(yīng)源的一種實(shí)例，它用于產(chǎn)生電子、將它們提供到襯底6并抑制由離子束照射引起的在襯底表面上起電，將等離子體產(chǎn)生裝置34提供在襯底保持單元4和在它的上游側(cè)的襯底6附近。
這個等離子體產(chǎn)生裝置34通過如下的方式產(chǎn)生等離子體(自然包含電子)40將氣體引入到等離子體產(chǎn)生容器36、在燈絲38和等離子體產(chǎn)生容器36之間產(chǎn)生電弧放電和使氣體離子化，由此將等離子體提供到離子束2的通道中以將在沿離子束2的等離子體40中的電子提供到襯底7，以抑制在襯底表面上起電。通過電壓可變的燈絲電源42對燈絲38進(jìn)行加熱。在燈絲38和等離子體產(chǎn)生容器36之間施加來自電弧功率源44的電弧放電電壓。從在等離子體產(chǎn)生容器36和通向真空容器30的束線管31之間的抽取功率源46施加有利于等離子體抽取的抽取電壓。
此外，這個離子束照射裝置包括控制器，該控制器基于通過充電電壓測量裝置12測量的襯底的充電電壓Vs進(jìn)行如下的控制在充電電壓Vs落在參考電壓范圍RV內(nèi)時維持從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量，在它高于參考電壓范圍RV時增加從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量，或在它低于參考電壓范圍RV時減小從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量。
在增加從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量時，將增加指令信號UP從控制器48提供到燈絲電源42以增加它的輸出電壓。結(jié)果，增加了燈絲電流、來自燈絲38的放電電子數(shù)量、電弧放電電流和產(chǎn)生等離子體40的量。在減小從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量時，將減少指令信號DN從控制器48提供到燈絲電源42以增加它的輸出電壓。結(jié)果，由于相反的作用，減少了產(chǎn)生等離子體40的量。在維持從等離子體產(chǎn)生裝置34中產(chǎn)生的等離子體40的量時，不向燈絲電源42提供增加指令信號UP和減少指令信號DN。
在附圖8中示出了控制器48的特定的實(shí)例。這個控制器48具有比較器50和比較器52，在比較器50中將在參考電壓范圍RV中的上限值RV1設(shè)定為參考值，在比較器52中將在參考電壓范圍RV中的下限值RV2設(shè)定為參考值。從充電電壓測量裝置12給兩個比較器50和52提供充電電壓Vs作為比較對象。在充電電壓Vs高于上限值RV1時，從比較器50輸出增加指令信號UP。在充電電壓Vs低于下限值RV2時，從比較器52中輸出減少指令信號DN。在充電電壓Vs位于上限值RV1和下限值RV2之間時，既不輸出信號UP也不輸出信號DN。
包括充電電壓Vs的極性±的概念是指通過充電電壓測量裝置12測量的充電電壓Vs高于或低于參考電壓范圍RV。例如，在參考電壓范圍RV是-3≤RV≤+3[V]時，(a)如果充電電壓Vs在這個范圍內(nèi)則維持產(chǎn)生的等離子體40的量，以及(b)如果充電電壓Vs高于+3V(例如為+6V)則增加產(chǎn)生的等離子體40的量。因此，在提供到襯底6的等離子體40中，增加電子數(shù)量以使在襯底表面上的正電荷減少，充電電壓Vs的絕對值減小。此外，(c)如果充電電壓Vs低于-3V(例如為-6V)則降低產(chǎn)生的等離子體40的量。因此，提供到襯底6的等離子體40或電子數(shù)量減少，以使在襯底表面上的負(fù)電荷減少，并且充電電壓Vs的絕對值減小。
因?yàn)檫@個離子束照射裝置具有充電電壓測量裝置12，因此精確地測量了在實(shí)際處理的襯底表面上的充電電壓Vs。
此外，由于控制器48對等離子體產(chǎn)生裝置34進(jìn)行反饋控制，因此將在正在處理的襯底表面上的充電電壓Vs自動地控制在參考電壓范圍RV內(nèi)。
對于用于抑制起電的電子供應(yīng)源，可以使用產(chǎn)生單獨(dú)提供到襯底6的電子或離子束2的電子產(chǎn)生裝置，以替代產(chǎn)生包含電子的等離子體40的等離子體產(chǎn)生裝置34。
在每個實(shí)施例中構(gòu)成充電電壓測量裝置12的測量電極14并不限于單片，它還可以是多片，每片具有測量電容器18(測量電阻24，如果需要的話)，測量在測量電容器18上的測量電壓Vm，使用所測量的測量電壓Vm并通過根據(jù)數(shù)值表達(dá)式3或4的計(jì)算，可以測量在對應(yīng)于測量電極14的多個位置上在襯底表面上的充電電壓Vs。這樣，也測量了在襯底表面上的充電電壓Vs的分布。為測量在多個位置上的測量電壓Vm，可以使用在多個位置上測量電壓的數(shù)據(jù)記錄器以替代多個電壓表20。
例如，如在附圖10中所示的實(shí)例中，在X方向上利用機(jī)械掃描襯底保持單元時，多個測量電極14可以設(shè)置在X方向上。這樣，測量了在X方向上在襯底表面上的充電電壓Vs的分布。在這種情況下，每個測量電極14的寬度優(yōu)選稍稍小于離子束2在X方向上的寬度。
此外，例如在附圖11所示的實(shí)例中多個測量電極14設(shè)置在Y方向上。這樣，能夠測量在Y方向上在襯底表面上的充電電壓Vs的分布。
在提供多個測量電極14以測量在多個位置上的充電電壓Vs的情況下，控制電子供應(yīng)源(例如，等離子體產(chǎn)生裝置34)以使在多個位置上的充電電壓Vs的最大絕對值落在參考電壓范圍RV內(nèi)。
此外，本發(fā)明應(yīng)用于使用電離劑以產(chǎn)生提供到襯底6的正和負(fù)離子的情況。在大氣中傳輸或干燥襯底6時使用這種電離劑以抑制襯底表面的起電。在這種情況下，通過在用于傳輸或干燥襯底6的襯底保持單元4上提供測量電極14，可以構(gòu)造充電電壓測量裝置12。此外，應(yīng)用通過充電電壓測量裝置12測量的在襯底表面上的充電電壓Vs，基于如附圖7中所示的實(shí)施例相同的構(gòu)思，通過改變從電離劑中產(chǎn)生的正或負(fù)離子的百分比，可以對電離劑進(jìn)行反饋控制，以使充電電壓Vs落在參考電壓范圍內(nèi)。
本發(fā)明以上述的方式構(gòu)造并具有如下的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，由于使用了對于襯底的處理來說不成為障礙的測量電極，因此可以實(shí)時地測量在實(shí)際處理的襯底的表面上的充電電壓。此外，通過使用帶有兩個靜電電容的分壓單元測量實(shí)際處理的襯底本身的表面上的充電電壓，由此精確地測量了在襯底表面上的充電電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，由于使用了對于襯底的處理來說不成為障礙的測量電極，因此可以實(shí)時地測量在實(shí)際處理的襯底的表面上的充電電壓。此外，在通過將它轉(zhuǎn)換為在襯底表面上的電壓的測量過程中，對電壓校正通過與測量電容器并聯(lián)的電阻(比如電壓表的內(nèi)阻)泄漏到地電位部分的在襯底表面上的電荷量，由此通過校正由于泄漏引起的誤差可以精確地測量在實(shí)際處理的襯底表面上的充電電壓。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，由于提供了根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的充電電壓測量裝置，因此精確地測量了在實(shí)際處理的襯底表面上的充電電壓。此外，提供控制器以對電子放電源進(jìn)行反饋控制以將在實(shí)際處理的襯底表面上的充電電壓自動地控制在參考電壓范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種充電電壓測量設(shè)備，用于測量在襯底保持單元中的襯底的表面上的充電電壓Vs，包括測量電極，用于與所述襯底形成靜電電容Cs，并且設(shè)置在所述襯底保持單元上，以與所述所保持的襯底的背面相接觸或接近，并且所述測量電極與所述襯底保持單元電絕緣。連接在所述測量電極和地電位部分之間的測量電容器，所述測量電容器具有靜電電容Cm；測量在所述測量電容器的兩端之間的測量電壓Vm的電壓測量單元；和計(jì)算單元，用于基于通過所述靜電電容器Cs和Cm的關(guān)系所確定的分壓比的倒數(shù)K和所述測量電壓Vm，根據(jù)下面的數(shù)值表達(dá)式1或它在數(shù)學(xué)上等效的數(shù)值表達(dá)式，計(jì)算所述充電電壓Vs，[數(shù)值表達(dá)式1]Vs＝K×Vm其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
2.一種充電電壓測量設(shè)備，用于測量在襯底保持單元中的襯底的表面上的充電電壓Vs，包括測量電極，用于與所述襯底形成靜電電容Cs，并且設(shè)置在所述襯底保持單元上，以與所述所保持的襯底的背面接觸或接近，并且所述測量電極與所述襯底保持單元電絕緣；連接在所述測量電極和地電位部分之間的測量電容器，所述測量電容器具有靜電電容Cm；測量在所述測量電容器的兩端之間的測量電壓Vm的電壓測量單元；和計(jì)算單元，用于基于通過所述靜電電容器Cs和Cm之間的關(guān)系所確定的分壓比的倒數(shù)K、在時間t1時的所述測量電壓Vm(t1)，和包括所述電壓表的內(nèi)阻并與所述測量電容器并聯(lián)設(shè)置的電阻的電阻值Rm，根據(jù)下面的數(shù)值表達(dá)式2或它的在數(shù)學(xué)上等效的數(shù)值表達(dá)式，在時間是t、測量開始時間是t＝0以及測量時間是t1時，計(jì)算在時間t1時所述充電電壓Vs，[數(shù)值表達(dá)式2]Vs=K[Vm(t1)+{1/(Cm×Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
3.一種離子束照射設(shè)備，用于將離子束照射到保持在襯底保持單元上的襯底上的包括等離子體產(chǎn)生源，用于產(chǎn)生電子并將其提供到所述襯底，以抑制在所述襯底的表面上通過照射所述離子束引起的起電；根據(jù)權(quán)利要求1的用于襯底的充電電壓測量裝置；和控制單元，用于基于通過所述充電電壓測量裝置所測量的充電電壓Vs控制從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的電子數(shù)量；和其中在所述充電電壓Vs在參考電壓范圍內(nèi)時，所述控制單元控制維持從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，其中在所述充電電壓Vs高于參考電壓范圍時，所述控制單元控制增加從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，和其中在所述充電電壓Vs低于參考電壓范圍時，所述控制單元控制減小從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量。
4.一種離子束照射設(shè)備，用于將離子束照射到保持在襯底保持單元上的襯底上，包括等離子體產(chǎn)生源，用于產(chǎn)生電子并將其提供到所述襯底以抑制在所述襯底的表面上通過照射所述離子束引起的起電；根據(jù)權(quán)利要求2的用于襯底的充電電壓測量裝置；和控制單元，用于基于通過所述充電電壓測量裝置所測量的充電電壓Vs，控制從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的電子數(shù)量；和其中在所述充電電壓Vs在參考電壓范圍內(nèi)時，所述控制單元控制維持從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，其中在所述充電電壓Vs高于參考電壓范圍時，所述控制單元控制增加從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量，和其中在所述充電電壓Vs低于參考電壓范圍時，所述控制單元控制減小從所述電子供應(yīng)源產(chǎn)生的所述電子數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電電壓測量裝置，其中所述測量電極是以絕緣層覆蓋的導(dǎo)電板。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電電壓測量裝置，其中所述測量電極是以絕緣層覆蓋的導(dǎo)電板。
全文摘要
一種充電電壓測量裝置，包括用于與設(shè)置在襯底保持單元上的襯底形成靜電電容Cs的測量電極、連接在測量電極和地電位部分之間并具有靜電電容Cm的測量電容器、測量在測量電容器上的測量電壓Vm的電壓測量單元和計(jì)算單元?；谠跁r間t1時的測量電壓(t1)、分壓比的倒數(shù)K和與測量電容器18并聯(lián)設(shè)置的電阻的電阻值Rm，該計(jì)算單元22根據(jù)下面的數(shù)值表達(dá)式計(jì)算在時間t1時在襯底表面上的充電電壓Vs，Vs＝K[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫
文檔編號G01R29/24GK1492236SQ0315857
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月20日
發(fā)明者前野修一 申請人:日新意旺機(jī)械股份公司