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专利名称：用于衬底和离子束照射装置的充电电压测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于充电电压测量装置和具有充电电压测量装置的离子束照射装置，在衬底上进行离子注入、离子掺杂或等离子处理的过程或设备中或在传送或干燥衬底的过程或设备中使用这种离子束照射装置，在这些过程或设备中人们担心衬底的表面起电。
背景技术：
在人们担心在衬底的表面上起电的过程或设备中，重要的是测量在衬底表面上的充电电压以防止在充电表面上的电介质击穿。
在保持衬底的衬底保持单元上使用静电夹盘的专用设备中，在相关技术中已经提出了从流经静电夹盘的电极的吸收电流中获取在衬底表面上的电位的技术(参考JP-A-9-54130(第0010-0014段，附图1)和JP-A-10-27566(第0010-0015段，附图1))，但是在不使用静电夹盘时这种技术不适用。
参考附图1和2，下文通过举例的方式描述在典型的相关技术中不使用静电夹盘的充电电压测量方法。
首先，在处理衬底6时，不提供测量电极8，保持要处理的衬底6并通过夹持器(未示出)固定在衬底保持单元4上，并以离子束2照射它。这样，通过离子注入和离子掺杂处理衬底6。
衬底保持单元4例如是金属板。衬底6是例如用于液晶显示器的玻璃衬底，但它也可以是半导体衬底等。
如果离子束2施加到衬底6上，则由于在离子束2中的离子的正电荷引起衬底6的表面起电(充电)。特别是，在衬底6具有绝缘特性(电绝缘特性)时，衬底6的表面更可能起电。玻璃衬底和在表面上具有绝缘层的半导体衬底是实例性的。同时，在衬底表面上的充电电压简单地由在离子束2照射的离子和连同离子束2一起提供到衬底6的电子之间的平衡决定。如下文所描述，电子可以是在离子束2周围存在的等离子体中的那些电子或者从电子源提供的那些电子。
如上文所描述的为了测量在衬底6的表面上的充电电压，金属测量电极8紧密地放置在衬底6的表面上，离子束2施加给测量电极8以通过电压表10测量电极8的电压，由此将所测量的电压作为在衬底表面上的充电电压。当通过将离子束2施加到其中实际处理衬底6时，去除成为障碍的测量电极6。
通过应用如上文所描述的相关技术的测量方法，要求将测量电极8放置在衬底6的表面上，由此在实际的处理(例如，离子注入)的过程中不能测量在衬底6的表面上的充电电压。
此外，在测量充电电压的过程中，将离子束2施加到金属测量电极8上，由于在衬底6的表面和在测量电极8的表面之间的材料中的差异，因此不能正确地测量在衬底表面上的充电电压。
本发明的概述本发明的一个目的是提供一种能够精确地测量在实际处理的衬底表面上的充电电压的装置。
根据本发明的第一方面，提供一种充电电压测量设备，用于测量在衬底保持单元中的衬底的表面上的充电电压Vs，包括测量电极，用于与所述衬底形成静电电容Cs，并且设置在所述衬底保持单元上以与所述所保持的衬底的背面接触或接近，并且所述测量电极与所述衬底保持单元电绝缘。
测量电容器，连接在所述测量电极和地电位部分之间，具有静电电容Cm；电压测量单元，用于测量在所述测量电容器的两端之间的测量电压Vm；和计算单元，基于通过所述静电电容器Cs和Cm的关系所确定的分压比的倒数K和所述测量电压Vm根据下面的数值表达式1或它的在数学上等效数值表达式，该计算单元计算所述充电电压Vs，[数值表达式1]Vs＝K·Vm其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
这个数值表达式1与权利要求1的数值表达式相同。
在根据本发明的第一方面的这个充电电压测量装置中，两个静电电容Cs和Cm彼此串联，因此在通过在两个静电电容Cs和Cm之间的关系确定的分压比进行分压处理的过程中，在衬底表面上的充电电压Vs出现在测量电容器上。通过电压表测量这个电压作为测量电压。
因此，如数值表达式1所示，通过将测量电压乘以分压比的倒数K，根据测量电压Vm可以精确地获得在实际的处理过程中在衬底表面上的充电电压。
根据本发明的第二方面，提供一种充电电压测量设备，用于测量在衬底保持单元中的衬底的表面上的充电电压Vs，包括测量电极，用于与所述衬底形成静电电容Cs，并且设置在所述衬底保持单元上以与所述所保持的衬底的背面接触或接近，并且所述测量电极与所述衬底保持单元电绝缘。
连接在所述测量电极和地电位部分之间的测量电容器，所述测量电容器具有静电电容Cm；测量在所述测量电容器的两端之间的测量电压Vm的电压测量单元；和计算单元，用于基于通过所述静电电容器Cs和Cm之间的关系所确定的分压比的倒数K、在时间t1时的所述测量电压Vm(t1)，和包括所述电压表的内阻并与所述测量电容器并联设置的电阻的电阻值Rm，根据下面的数值表达式2或它的在数学上等效的数值表达式，在时间是t、测量开始时间是t＝0以及测量时间是t1时，计算在时间t1时所述充电电压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)。
这个数值表达式2与权利要求2的数值表达式相同。
Vs=K[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
在数值表达式2的大括号中的第一项乘以K的部分具有与数值表达式1几乎相同的值。
在数值表达式2的大括号中的第二项用于校正在通过将它转换为电压的测量过程中通过与测量电容器并联的电阻泄漏到地电位部分的在衬底表面上的电荷量。通过测量电容器获得在第二项上的电压并通过将第二项乘以K将其转换为在衬底表面上的电压。这样，校正了由在电压表中的内阻泄漏的电荷引起的误差电压，由此精确地测量在实际的处理过程中在衬底表面上的充电电压Vs。
根据本发明的第三方面，提供一种用于将离子束照射到保持在衬底保持单元上的衬底上的离子束照射设备，包括等离子体产生源，用于产生电子并将其提供到所述衬底以抑制在所述衬底的表面上通过照射所述离子束引起的起电；根据本发明的第一或第二方面的用于衬底的充电电压测量装置；和基于通过所述充电电压测量装置所测量的充电电压Vs控制从所述电子供应源产生的电子数量的控制单元；其中在所述充电电压Vs在参考电压范围内时，所述控制单元控制维持从所述电子供应源产生的所述电子数量，其中在所述充电电压Vs高于参考电压范围时所述控制单元控制增加从所述电子供应源产生的所述电子数量，和其中在所述充电电压Vs低于参考电压范围时所述控制单元控制减小从所述电子供应源产生的所述电子数量。
由于这种离子束照射装置具有根据本发明的第一或第二方面的充电电压测量装置，因此能够精确地测量在实际的处理过程中在衬底表面上的充电电压Vs。
此外，控制器对电子放电源进行反馈控制，以在处理的过程中将在衬底表面上的充电电压Vs自动地控制在参考电压范围内。


附图1所示为根据本发明的一种实施例的充电电压测量装置；附图2所示为在附图1的测量电容器周围的等效电路图；附图3所示为根据本发明的另一种实施例的充电电压测量装置；附图4所示为在附图3的测量电容器周围的等效电路图；附图5所示为衬底保持单元、衬底和测量电极的平面形状的一种实例的平面图；附图6所示为获得分压比的倒数的方法的一种实例；
附图7所示为根据说明本发明的一种实施例的离子束照射装置的截面视图；附图8所示为说明在附图7中的控制器的特定的实例的方决图；附图9所示为衬底保持单元、衬底和测量电极连同离子束的平面形状的一种实例的平面图；附图10所示为测量电极的另一实例的平面视图；附图11所示为测量电极的另一实例的平面视图；和附图12所示为相关技术的充电电压测量方法的一种实例的视图。
优选实施例的详细描述附图1所示为根据本发明的一种实施例的充电电压测量装置的附图。附图2所示为在附图1中的测量电容器周围的等效电路图。通过在附图12中的相关技术实例中的相同的数字表示相同或相似的部件，下文主要描述与这种相关技术实例的不同点。
充电电压测量装置12包括测量电极14、测量电容器18、电压测量单元和计算单元。在本实施例中，电压测量和计算单元分别是电压表20和计算器22。
测量电极14设置在衬底保持单元4和衬底6之间。衬底6保持在测量电极14上。测量电极14设置衬底保持单元4上(即，在衬底保持单元4的衬底保持表面上)以与在其上保持的衬底6的背面接触或接近并与衬底保持单元4电绝缘以与衬底6形成静电电容Cs。
测量电极14是板状(特别是薄板状)导体(即导电板)。以薄绝缘层16覆盖测量电极14，在本实施例中包括覆盖它的上表面和下表面。衬底6保持并固定在这个绝缘层上。因此，测量电极14通过绝缘层16定位在衬底6的背面附近。通常，通过固定单元比如夹持器(未示出)保持并固定衬底6。在附图中没有示出该夹持器。
由于衬底保持单元4由导体(比如金属)制成，因此在本实例中绝缘层16也提供在衬底保持单元4和测量电极14之间。然而，如果至少衬底保持单元4的表面是绝缘材料，则不需要在衬底保持单元4和测量电极14之间提供绝缘层16。这是因为即使没有绝缘层16也可以取出测量电极14的电位。在本实施例中衬底保持单元4电连接到地电位部分。
此外，在衬底6由绝缘材料(比如玻璃)制成时，在衬底6和测量电极14之间不需要提供绝缘层16。这是因为，即使不提供绝缘层16，在衬底6和测量电极14之间仍然形成了静电电容Cs。在这种情况下，测量电极14与衬底6的背面接触。当衬底6导电时，绝缘层16可以提供在衬底6和测量电极14之间。
更具体地说，测量电极14由铝箔制成，它与绝缘层16层叠。绝缘层16由聚乙烯制成。在本实施例中测量电极14粘接在衬底保持单元4上。由于这种测量电极14能够在总体上非常薄，因此在衬底6和衬底保持单元4之间具有非常好的导热性，这对于在处理过程中通过衬底保持单元4有效地冷却衬底比较有利。在本实施例中衬底保持单元4通过致冷剂(比如冷却水)冷却以有效地冷却衬底6。
附图5所示为衬底保持单元4、衬底6和测量电极14的平面形状的一种实例。在本实例中，测量电极14稍稍小于衬底6以防止离子束2施加到测量电极14的顶部而没有被衬底6所截获。然而，平面形状并不限于本实例(例如，见附图10和11)。
如附图7所示，当利用机械扫描衬底保持单元4和衬底6时，离子束2可以具有覆盖整个衬底6的较大的面积或者可以具有如在附图9中所示的矩形截面。也可以使用其它的形状。
返回到附图1，测量电容器18连接在测量电极14和地电位部分之间。假设它的静电电容是Cm。地电位部分例如是用于存储并处理衬底保持单元4的真空容器(例如在附图7中的真空容器30)。
电压表20连接在测量电容器18上以测量在测量电容器18上的电压的测量电压Vm。
基于通过电压表20测量的测量电压Vm和静电电容Cs和Cm确定的分压比的倒数K，计算器22根据数值表达式3计算在正处理的衬底6的表面上的充电电压Vs。
现在详细地解释，在充电电压测量装置12中，两个静电电容Cs和Cm串联连接在衬底6和地电位部分之间，因此通过在两个静电电容Cs和Cm之间关系确定的分压比(通过熟知的方法获得)对在处理的衬底6的表面上的充电电压Vs进行分压，经分压的电压出现在测量电容器18上，如附图2所示。通过电压表20测量这个电压作为测量电压Vm。在此，电压表20的内阻足够大并且被忽略掉。
因此，如数值表达式3所示，通过将测量电压Vm乘以分压比K根据测量电压Vm可以精确地计算在实际的处理过程中在衬底表面上的充电电压Vs。计算器22进行这种计算。
通过电压表20测量的测量电压Vm包括极性±和幅值，因此通过计算器22以上述的方式计算的充电电压Vs包括极性±和幅值。如附图3所示的充电电压测量装置12实际上是这样的。
通过下式数值表达式5正确地表示分压比的倒数K。在Cm＞＞Cs(例如，Cm大约是Cs的100至1000倍)，可替换的是，可以使用数值表达式6而对测量精度没有较大的影响。
K＝(Cs+Cm)/Cs[数值表达式4]K＝Cm/Cs在计算器22内计算K的值，或者可以以其它的方式计算并设定在计算器22内，由此计算器22根据数值表达式1或2进行计算。因此，简化了计算器22的算术运算。下文描述K的正确测量方法。
在处理过程中在衬底表面上的充电电压Vs可以达到几百或大约1000V，除非通过电子适当地进行中和。为将这种较高的充电电压Vs分压为适合于测量的大约几百伏特的测量电压Vm，可取的是，确定测量电容器18的静电电容Cm以使K的值可以是100至10000，或者更为可取的是1000。在附图7所示的实例中，在离子束2利用机械扫描衬底保持单元4和衬底6时，可以确认充电电压Vs随时间变化。在这种情况下，为通过增加测量电路的时间常数以提高测量精度，可取的是确定测量电容器18的静电电容Cm以设定K的值为上述的值。对于在附图3中所示的充电电压测量装置12来说这是特别可取的。
如上文所述，与相关的技术相反，通过这种充电电压测量装置12，不需要在衬底6上设置测量电极8，并且利用对于处理衬底6来说不成为障碍的测量电极14，由此实时地测量在实际的处理的过程中在衬底6的表面上的充电电压Vs，如附图12所示。
与如附图12所示的相关的技术相反，应用带有两个静电电容Cs和Cm的分压单元测量在实际处理的衬底6本身的表面上的充电电压Vs，由此可以精确地测量在衬底6上的表面上的充电电压Vs，而不存在由于在表面材料之间的差异引起测量精度下降的危险。
顺便指出，在如附图1中所示的充电电压测量装置12中，电压表20的内阻足够大，由此可以忽略在测量的过程中在衬底6的表面上的电荷通过电压表20的内部泄漏进地电位部分。如果对充电电压Vs校正电荷量，则可以进一步提高在衬底表面上的充电电压Vs的测量精度。下文给出充电电压测量装置12的实例。
附图3所示为根据本发明的另一实施例的充电电压测量装置的附图。附图4所示为在附图3中的在测量电容器周围的等效电路图。在下文中，主要描述它们与附图1和2的实施例的不同点。
在这个充电电压测量装置12中，测量电阻24与测量电容器18并联连接。假设测量电阻24的电阻值是R2，并且电压表20的内阻值是R1，两者的组合的阻值Rm或与测量电容器18关联的电阻的阻值Rm表示在下表中。
Rm＝R1·R2/(R1+R2)为什么提供测量电阻24的原因在于通过理解与测量电容器18并联的电阻的阻值Rm可以提高充电电压Vs的测量精度。因此，在电压表20的内阻值R1是纯电阻时，不需要提供测量电阻24。在这种情况下，Rm等于R1。当提供测量电阻24时，阻值R2优选充分小于(大约1/10)电压表20的内阻值R1。这样，在综合电阻值Rm中，测量电阻24的纯电阻值R2是主要的并且更少受到电压表20的内阻值R1的变化的影响。如果电阻值R2太小，则测量电路的时间常数减小太大，因此入射在衬底6上的电荷的量以及充电电压Vs随时间变化，因此很难测量充电电压Vs，由此测量电阻24的内阻值R2优选从几kΩ到几MΩ。
在计算器22内可以计算电阻值Rm，或者可以以其它的方式计算并设定在计算器22内，由此计算器22根据数值表达式2进行计算。因此，简化了计算器22的算术运算。
在测量的过程中电压表20总是测量在测量电容器18上的测量电压Vm并将它传递给计算器22。计算器22进行如下的计算。即，假设时间为t，并且以Vm(t)作为时间函数表示测量电压Vm，在测量开始时间t＝0时并且在测量中的任意时间(例如，在希望已知充电电压Vs时)是t1时，基于分压比的倒数K、电阻值Rm和在时间t1时的测量电压Vm(t1)，根据数值表达式2计算在处理和测量过程中在任意时间t1时在衬底6的表面上的充电电压Vs。测量开始时间可以是在衬底6的表面确切地没有起电时的时间，并且设定t＝0。在数值表达式2中的单位是SI单位，并且时间单位是秒。
在数值表达式2中在大括号内的第一项Vm(t1)乘以K的部分几乎与在数值表达式1中的内容相同。仅考虑时间概念。
提供在数值表达式2中在大括号内的第二项{1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]>，以在测量过程中通过将它转换为电压，校正在衬底表面上的电子通过电阻值Rm泄漏到地电位部分的电荷量。
更详细地解释，基于数值表达式2的{Vm(t)/Rm}dt是每单位时间通过电阻值Rm泄漏的电荷量，其中从时间t＝0到时间t1的电荷总量是(1/Rm)∫0t1Vm(t)dt,]]>对充电电压校正这个值，由此提高了充电电压Vs的测量精度。为什么将总量乘以1/Cm的原因在于利用电容器的关系式V＝Q/C(Q是电荷，C是电容器的静电电容)将该总量转换为电压。
在测量电容器18的相同的位置上测量在数值表达式2中的大括号内的第二项的电压，并通过乘以分压比的倒数K转换为在衬底6的表面上的电压。通过进行这种转换，通过校正在测量过程中通过电阻值Rm泄漏到地电位部分中的电荷引起的误差，更加精确地测量在实际处理的衬底6的表面上的充电电压Vs。
以下述的方式简单且正确地计算(实际上测量)分压比的倒数K。
即，模拟起电的模拟电极26紧密地放置在衬底6的表面上，来自模拟电源28的模拟电压Vd施加在它和地电位部分之间，以使用电压表20测量在测量电容器18上的测量电压Vm，如附图6所示。模拟电极26是导电板比如铝箔。可取的是，模拟电压Vd是正弦交流电压。这样，简化了模拟电源28，并且反复地施加模拟电压Vd，因此产生了相对接近如下的状态的状态通过离子束2利用机械扫描衬底保持单元4和衬底6。模拟电压Vd不必是正弦交流电压，但仅需要具有其值随时间变化的部分。例如，在施加它的时刻的直流电压或矩形电压也是可以的。
象充电电压Vs一样，将模拟电压Vd施加在衬底6的表面上以模拟在衬底表面上的充电电压Vs，其中认为Vd等于Vs。如果使用这个关系替换数值表达式3或4，则根据下述的数值表达式6或7得出分压比的倒数K。在使用数值表达式3的附图1的充电电压测量装置12中，可以使用数值表达式6，而在使用数值表达式4的附图3的充电电压测量装置12中，可以使用数值表达式7。在使用在数值表达式8中的分压比的倒数K时，不提供测量电阻24。
K＝Vd/Vm[数值表达式7]K=Vd/[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫0t1Vm(t)dt]]]>充电电压测量装置12可以应用于除了以离子束2照射衬底6以便离子注入或离子掺杂以外的其它情况。例如，充电电压测量装置12可以应用于在其中可能使衬底的表面起电的过程或设备，比如在衬底上进行等离子处理的过程或设备，或者输送或干燥衬底的过程或设备。
下文描述离子束照射装置的实例，该离子束照射装置包括如附图1和3所示的充电电压测量装置12，并且进行反馈控制以使在处理(即测量)的过程中在衬底表面上的充电电压Vs落在参考电压范围内。
这种离子束照射装置将离子束2照射在保持在衬底保持单元上的衬底6上，以在真空容器30内进行离子注入或离子掺杂。
构成充电电压测量装置12的测量电极14提供在衬底保持单元4和衬底6之间。在此，没有示出绝缘层16。在附图9中示出了这个测量电极14的平面形状的一种实例。这个附图与附图5相同。测量电容器18、电压表20、计算器22和测量电阻24的部分总体地示为电路17，以上述方式测量的充电电压Vs从电路17中输出。即，充电电压测量装置12由测量电极14和电路17构成。
在本实例中，通过驱动装置32在箭头的X方向上利用机械驱动(扫描)衬底保持单元4、安装在其上的衬底和测量电极14往复运动。
在本实例中不扫描离子束2。这个离子束2的截面形状是在与X方向正交的Y方向上更长的矩形，它的一个实例在附图9中示出。在X方向上离子束2的宽度实际上稍稍更窄，但所示较宽。在Y方向上可以以点的形式扫描离子束2。
等离子体产生装置34作为电子供应源的一种实例，它用于产生电子、将它们提供到衬底6并抑制由离子束照射引起的在衬底表面上起电，将等离子体产生装置34提供在衬底保持单元4和在它的上游侧的衬底6附近。
这个等离子体产生装置34通过如下的方式产生等离子体(自然包含电子)40将气体引入到等离子体产生容器36、在灯丝38和等离子体产生容器36之间产生电弧放电和使气体离子化，由此将等离子体提供到离子束2的通道中以将在沿离子束2的等离子体40中的电子提供到衬底7，以抑制在衬底表面上起电。通过电压可变的灯丝电源42对灯丝38进行加热。在灯丝38和等离子体产生容器36之间施加来自电弧功率源44的电弧放电电压。从在等离子体产生容器36和通向真空容器30的束线管31之间的抽取功率源46施加有利于等离子体抽取的抽取电压。
此外，这个离子束照射装置包括控制器，该控制器基于通过充电电压测量装置12测量的衬底的充电电压Vs进行如下的控制在充电电压Vs落在参考电压范围RV内时维持从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量，在它高于参考电压范围RV时增加从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量，或在它低于参考电压范围RV时减小从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量。
在增加从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量时，将增加指令信号UP从控制器48提供到灯丝电源42以增加它的输出电压。结果，增加了灯丝电流、来自灯丝38的放电电子数量、电弧放电电流和产生等离子体40的量。在减小从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量时，将减少指令信号DN从控制器48提供到灯丝电源42以增加它的输出电压。结果，由于相反的作用，减少了产生等离子体40的量。在维持从等离子体产生装置34中产生的等离子体40的量时，不向灯丝电源42提供增加指令信号UP和减少指令信号DN。
在附图8中示出了控制器48的特定的实例。这个控制器48具有比较器50和比较器52，在比较器50中将在参考电压范围RV中的上限值RV1设定为参考值，在比较器52中将在参考电压范围RV中的下限值RV2设定为参考值。从充电电压测量装置12给两个比较器50和52提供充电电压Vs作为比较对象。在充电电压Vs高于上限值RV1时，从比较器50输出增加指令信号UP。在充电电压Vs低于下限值RV2时，从比较器52中输出减少指令信号DN。在充电电压Vs位于上限值RV1和下限值RV2之间时，既不输出信号UP也不输出信号DN。
包括充电电压Vs的极性±的概念是指通过充电电压测量装置12测量的充电电压Vs高于或低于参考电压范围RV。例如，在参考电压范围RV是-3≤RV≤+3[V]时，(a)如果充电电压Vs在这个范围内则维持产生的等离子体40的量，以及(b)如果充电电压Vs高于+3V(例如为+6V)则增加产生的等离子体40的量。因此，在提供到衬底6的等离子体40中，增加电子数量以使在衬底表面上的正电荷减少，充电电压Vs的绝对值减小。此外，(c)如果充电电压Vs低于-3V(例如为-6V)则降低产生的等离子体40的量。因此，提供到衬底6的等离子体40或电子数量减少，以使在衬底表面上的负电荷减少，并且充电电压Vs的绝对值减小。
因为这个离子束照射装置具有充电电压测量装置12，因此精确地测量了在实际处理的衬底表面上的充电电压Vs。
此外，由于控制器48对等离子体产生装置34进行反馈控制，因此将在正在处理的衬底表面上的充电电压Vs自动地控制在参考电压范围RV内。
对于用于抑制起电的电子供应源，可以使用产生单独提供到衬底6的电子或离子束2的电子产生装置，以替代产生包含电子的等离子体40的等离子体产生装置34。
在每个实施例中构成充电电压测量装置12的测量电极14并不限于单片，它还可以是多片，每片具有测量电容器18(测量电阻24，如果需要的话)，测量在测量电容器18上的测量电压Vm，使用所测量的测量电压Vm并通过根据数值表达式3或4的计算，可以测量在对应于测量电极14的多个位置上在衬底表面上的充电电压Vs。这样，也测量了在衬底表面上的充电电压Vs的分布。为测量在多个位置上的测量电压Vm，可以使用在多个位置上测量电压的数据记录器以替代多个电压表20。
例如，如在附图10中所示的实例中，在X方向上利用机械扫描衬底保持单元时，多个测量电极14可以设置在X方向上。这样，测量了在X方向上在衬底表面上的充电电压Vs的分布。在这种情况下，每个测量电极14的宽度优选稍稍小于离子束2在X方向上的宽度。
此外，例如在附图11所示的实例中多个测量电极14设置在Y方向上。这样，能够测量在Y方向上在衬底表面上的充电电压Vs的分布。
在提供多个测量电极14以测量在多个位置上的充电电压Vs的情况下，控制电子供应源(例如，等离子体产生装置34)以使在多个位置上的充电电压Vs的最大绝对值落在参考电压范围RV内。
此外，本发明应用于使用电离剂以产生提供到衬底6的正和负离子的情况。在大气中传输或干燥衬底6时使用这种电离剂以抑制衬底表面的起电。在这种情况下，通过在用于传输或干燥衬底6的衬底保持单元4上提供测量电极14，可以构造充电电压测量装置12。此外，应用通过充电电压测量装置12测量的在衬底表面上的充电电压Vs，基于如附图7中所示的实施例相同的构思，通过改变从电离剂中产生的正或负离子的百分比，可以对电离剂进行反馈控制，以使充电电压Vs落在参考电压范围内。
本发明以上述的方式构造并具有如下的效果。
根据本发明的第一方面，由于使用了对于衬底的处理来说不成为障碍的测量电极，因此可以实时地测量在实际处理的衬底的表面上的充电电压。此外，通过使用带有两个静电电容的分压单元测量实际处理的衬底本身的表面上的充电电压，由此精确地测量了在衬底表面上的充电电压。
根据本发明的第二方面，由于使用了对于衬底的处理来说不成为障碍的测量电极，因此可以实时地测量在实际处理的衬底的表面上的充电电压。此外，在通过将它转换为在衬底表面上的电压的测量过程中，对电压校正通过与测量电容器并联的电阻(比如电压表的内阻)泄漏到地电位部分的在衬底表面上的电荷量，由此通过校正由于泄漏引起的误差可以精确地测量在实际处理的衬底表面上的充电电压。
根据本发明的第三方面，由于提供了根据本发明的第一和第二方面的充电电压测量装置，因此精确地测量了在实际处理的衬底表面上的充电电压。此外，提供控制器以对电子放电源进行反馈控制以将在实际处理的衬底表面上的充电电压自动地控制在参考电压范围内。
权利要求
1.一种充电电压测量设备，用于测量在衬底保持单元中的衬底的表面上的充电电压Vs，包括测量电极，用于与所述衬底形成静电电容Cs，并且设置在所述衬底保持单元上，以与所述所保持的衬底的背面相接触或接近，并且所述测量电极与所述衬底保持单元电绝缘。连接在所述测量电极和地电位部分之间的测量电容器，所述测量电容器具有静电电容Cm；测量在所述测量电容器的两端之间的测量电压Vm的电压测量单元；和计算单元，用于基于通过所述静电电容器Cs和Cm的关系所确定的分压比的倒数K和所述测量电压Vm，根据下面的数值表达式1或它在数学上等效的数值表达式，计算所述充电电压Vs，[数值表达式1]Vs＝K×Vm其中K＝(Cs+Cm)/Cs或K＝Cm/Cs(如果Cm＞＞Cs)。
2.一种充电电压测量设备，用于测量在衬底保持单元中的衬底的表面上的充电电压Vs，包括测量电极，用于与所述衬底形成静电电容Cs，并且设置在所述衬底保持单元上，以与所述所保持的衬底的背面接触或接近，并且所述测量电极与所述衬底保持单元电绝缘；连接在所述测量电极和地电位部分之间的测量电容器，所述测量电容器具有静电电容Cm；测量在所述测量电容器的两端之间的测量电压Vm的电压测量单元；和计算单元，用于基于通过所述静电电容器Cs和Cm之间的关系所确定的分压比的倒数K、在时间t1时的所述测量电压Vm(t1)，和包括所述电压表的内阻并与所述测量电容器并联设置的电阻的电阻值Rm，根据下面的数值表达式2或它的在数学上等效的数值表达式，在时间是t、测量开始时间是t＝0以及测量时间是t1时，计算在时间t1时所述充电电压Vs，[数值表达式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)。
3.一种离子束照射设备，用于将离子束照射到保持在衬底保持单元上的衬底上的包括等离子体产生源，用于产生电子并将其提供到所述衬底，以抑制在所述衬底的表面上通过照射所述离子束引起的起电；根据权利要求1的用于衬底的充电电压测量装置；和控制单元，用于基于通过所述充电电压测量装置所测量的充电电压Vs控制从所述电子供应源产生的电子数量；和其中在所述充电电压Vs在参考电压范围内时，所述控制单元控制维持从所述电子供应源产生的所述电子数量，其中在所述充电电压Vs高于参考电压范围时，所述控制单元控制增加从所述电子供应源产生的所述电子数量，和其中在所述充电电压Vs低于参考电压范围时，所述控制单元控制减小从所述电子供应源产生的所述电子数量。
4.一种离子束照射设备，用于将离子束照射到保持在衬底保持单元上的衬底上，包括等离子体产生源，用于产生电子并将其提供到所述衬底以抑制在所述衬底的表面上通过照射所述离子束引起的起电；根据权利要求2的用于衬底的充电电压测量装置；和控制单元，用于基于通过所述充电电压测量装置所测量的充电电压Vs，控制从所述电子供应源产生的电子数量；和其中在所述充电电压Vs在参考电压范围内时，所述控制单元控制维持从所述电子供应源产生的所述电子数量，其中在所述充电电压Vs高于参考电压范围时，所述控制单元控制增加从所述电子供应源产生的所述电子数量，和其中在所述充电电压Vs低于参考电压范围时，所述控制单元控制减小从所述电子供应源产生的所述电子数量。
5.根据权利要求1所述的充电电压测量装置，其中所述测量电极是以绝缘层覆盖的导电板。
6.根据权利要求2所述的充电电压测量装置，其中所述测量电极是以绝缘层覆盖的导电板。
全文摘要
一种充电电压测量装置，包括用于与设置在衬底保持单元上的衬底形成静电电容Cs的测量电极、连接在测量电极和地电位部分之间并具有静电电容Cm的测量电容器、测量在测量电容器上的测量电压Vm的电压测量单元和计算单元。基于在时间t1时的测量电压(t1)、分压比的倒数K和与测量电容器18并联设置的电阻的电阻值Rm，该计算单元22根据下面的数值表达式计算在时间t1时在衬底表面上的充电电压Vs，Vs＝K[Vm(t1)+{1/(Cm·Rm)}∫
文档编号G01R29/24GK1492236SQ0315857
公开日2004年4月28日 申请日期2003年9月19日 优先权日2002年9月20日
发明者前野修一 申请人:日新意旺机械股份公司