CN102646930A

CN102646930A - 除电装置及方法

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Publication number: CN102646930A
Application number: CN2012100322881A
Authority: CN
Inventors: 深田佳成
Original assignee: K K KOGANEI
Current assignee: K K KOGANEI; Koganei Corp
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: KR20120095306A; US8730641B2; JP2012186148A; US20120212874A1; TW201236514A; CN102646930B; JP5914015B2

Abstract

本发明提供一种能够缩短除电时间的除电装置及方法；将带电的对象物(T)的静电除去的除电装置，具备：通过放电而生成与对象物(T)相反极性的离子化空气的放电电极(12)，具有使离子化空气通过的孔的辅助电极(13)，在辅助电极(13)和对象物(T)之间的空间形成电场的电场形成机构(15、16、17、18)；在开始除电时，电场形成机构使辅助电极(13)产生与对象物(T)相反极性的电位而产生电场，在对象物(T)的电位的绝对值成为规定的值以下时，使辅助电极(13)的电位比除电开始时小而减小电场。

Description

除电装置及方法

技术领域

本发明涉及通过由电晕放电生成的离子化空气将通过静电而带电的对象物除电的除电装置及方法。

背景技术

在进行半导体基板等电子部件的制造及组装时，如果使电子部件或用于对其进行处理的器件等带静电，则有时灰尘等异物附着于电子部件上，或因放电而将电子部件内的电路破坏。为防止该情况，目前正在使用通过对由静电带电的对象物吹附离子化空气而将对象物除电的称作“静电除电器”的除电装置(参照专利文献1～4)。

为生成离子化空气，通常利用直流或交流的电晕放电。通过电晕放电生成的离子化空气通常通过压缩空气或风扇朝向对象物吹附。

作为利用交流的电晕放电的除电装置，如专利文献3、4所示。这些文献中公开有如下的技术：防止由交流的电晕放电产生的离子的平衡失衡(disparity)，防止不能将被除电体(对象物)完全除电而带电为负或正的电位。例如，专利文献3的图4中表示了在交流电晕放电电极与接地的板电极上的被除电体之间设有格子状的栅电极的构成。栅电极经由二极管和电阻而接地。另外，专利文献4中公开有根据带电体(对象物)的带电电位而可变地控制与放电电极对置的接地电极和接地电位之间的电阻值。

专利文献1：JP特开2007-287368号公报

专利文献2：JP特开2006-196380号公报

专利文献3：JP特开昭52-30440号公报

专利文献4：JP特开平04-206378号公报

在直流型的电晕放电型除电装置中，输送离子量的调整通常通过对放电电极施加的施加电压进行。也就是说，对放电电极施加的施加电压越高则输送离子量越多。在此所述的“直流型”，不仅包含作为电源电压使用恒定的正或负的电压的情况，而且还包含使交流电压向正侧或负侧移动、即对交流电压赋予直流偏压，从而使正或负的一方的离子占优的情况。

在此，例如使对象物带正电。该情况下，对放电电极施加负的电压。在除电开始时，带正电的对象物和施加了负的电压的放电电极的电位差大，能够向对象物输送大量的离子。但是，如果将对象物进行某程度的除电而使其电位变低，则对象物的周围的电场弱，离子向对象物移动的力减弱。如果离子移动的力减弱，则除电耗费时间。

发明内容

本发明的目的在于，解决这种课题，提供能够缩短除电所需的时间的除电装置及方法。

根据本发明第一方面，提供一种除电装置，将带电的对象物的静电除去，其特征在于，具备：放电电极，其通过放电而生成与对象物相反极性的离子化空气，辅助电极，其具有使由放电电极生成的离子化空气通过的孔，以及电场形成机构，其在辅助电极和对象物之间的空间形成电场；在开始除电时，电场形成机构使辅助电极产生与对象物相反极性的电位而产生电场，在对象物的电位的绝对值成为规定的值以下时，使辅助电极的电位比除电开始时小而减小电场。

电场形成机构可以具有使辅助电极和接地电位之间的电阻值变化而使辅助电极的电位变化的电阻值可变机构。电阻值可变机构具有：电阻器和开关，在除电开始时，该开关经由电阻器而将辅助电极与接地电极连接，在除电结束时，该开关不经由电阻器而将辅助电极与接地电位连接。

作为辅助电极，可以使用至少一部分形成为网状的电极。

可以具备测定对象物的电位的电位传感器，并利用该电位传感器检测对象物的电位成为规定的值的时刻。另外，在由放电电极生成的离子化空气所产生的对象物的电位的时间变化特性已知的情况下，也可以通过除电开始后的时间来判定对象物的电位成为规定的值的时刻。

根据本发明第二方面，提供一种除电方法，由来自放电电极的放电生成与所带电的对象物相反极性的离子化空气，使用所生成的离子化空气从对象物除去静电，其特征在于，在放电电极和对象物之间配置具有使离子化空气通过的孔的辅助电极，在开始除电时，使辅助电极产生与对象物相反极性的电位而产生电场，在对象物的电位的绝对值成为规定的值以下时，使辅助电极的电位比除电开始时小而减小电场。

根据本发明，在直流型的电晕放电型除电装置及方法中，能够缩短除电所需的时间。

附图说明

图1是说明本发明的实施方式的除电装置的构成例的图；

图2是表示辅助电极的构成例的图；

图3是表示除电装置的除电性能的例子的图；

图4是表示测定除电装置的除电性能的评价装置的构成例的图；

图5是说明用于缩短除电时间的原理的图；

图6是说明辅助电极的极性为与对象物相反极性的理由的图；

图7是表示相对于电阻器的值的除电性能的测定结果的图；

图8表示说明空间电场控制处理的流程图；

图9是说明空间电场控制下的除电性能的图；

图10是说明放电电极的变形例的图。

符号说明

T对象物

10除电装置

11高压电源

12、12-1、12-2、31放电电极

13、32辅助电极

14电位传感器

15开关(电场形成机构的一部分)

16、33电阻器(电场形成机构的一部分)

17接地线(电场形成机构的一部分)

18控制装置(电场形成机构的一部分)

21、22金属板

23、24绝缘体

25高压电源

26表面电位计

27显示装置

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

[实施方式]

图1是说明本发明实施方式的除电装置10的构成例的图。该除电装置10是通过生成与由于静电而带电的对象物T相反极性的离子化空气并将该离子化空气向对象物T输送，而将对象物T除电的直流型的电晕放电型除电装置，构成为具有高压电源11、放电电极12、辅助电极13、电位传感器14、开关15、电阻器16、接地线17及控制装置18。

为进行电晕放电，需要与放电电极12对置的接地电极。作为这样的接地电极，可以兼用辅助电极13，也可以与辅助电极13分体设置。例如，可以以包围从放电电极12向辅助电极13的线的方式设置接地电极。另外，也可以使与辅助电极13分体设置的电极和辅助电极13均作为用于进行电晕放电的接地电极来进行动作。

另外，构成除电装置10的这些各部被适当配置在与使用该除电装置10的状况相对应的规定位置上。

高压电源11将与对象物T的电位相反极性的直流电压供给放电电极12。放电电极12在与上述的接地电极之间进行电晕放电，生成与对象物T相反极性的离子化空气。所生成的离子化空气由于具有与放电电极12相同的极性，所以与放电电极12排斥，向辅助电极13的方向移动。到达了辅助电极13附近的离子化空气，一部分通过辅助电极13的孔向相反侧移动，剩余的一部分被辅助电极13捕捉而作为电流流动。如后所述，因该电流而在辅助电极13上产生电位，利用在辅助电极13的电位和对象物T的电位之间形成的电场的力，离子化空气被加速，到达对象物T。

辅助电极13具有使由放电电极12生成的离子化空气通过的孔，在放电电极12和对象物T之间与对象物T相对配置。

电位传感器14测定对象物T的电位和极性。开关15根据控制装置18的控制，将辅助电极13经由电阻器16或接地线17而接地。控制装置18执行使放电从放电电极12开始或停止的控制、或者后述的空间电场控制处理。

电位传感器14、开关15、电阻器16、接地线17及控制装置18构成形成辅助电极13和对象物T之间的空间的电场的电场形成机构。在开始除电时，通过将辅助电极13经由电阻器16而接地，使辅助电极13产生与对象物T相反极性的电位而在辅助电极13和对象物T之间产生电场。另外，在通过电位传感器14测定的对象物T的电位的绝对值达到规定的值以下时，通过将辅助电极13经由接地线17而接地，使得辅助电极13的电位比除电开始时小，从而减小辅助电极13和对象物T之间的电场。

[辅助电极13的构成例]

图2是表示辅助电极13的构成例的图。作为辅助电极13，可以使用至少其一部分形成为网状的电极。作为这样的电极的例子，在图2中表示了将线状的导体进行编织的金属丝网(图2(A))、将板材机械加工成网眼(菱形)状的膨胀合金(图2(B))、以及将导体板进行了冲切加工的穿孔金属板(图2(C))。在图2中表示了整体呈网状的电极的例子，但是，这表示辅助电极13中的网状的部分，而并不是指辅助电极13的整体为网状。作为电极材料通常为金属，但也可以使用导电性的树脂等。通过将这种形成为网状的电极作为辅助电极13的至少一部分而使用，能够使离子化空气通过，并且在与对象物T之间产生电场。

[除电装置的性能评价]

在此，在对图1所示的实施方式的除电装置10的动作进行说明之前，对除电装置的性能评价进行说明。

通常，除电装置的除电性能通过对象物的带电电压从+1000V至+100V或从-1000V至-100V的衰减时间(也称作“除电时间”)和达到离子平衡而使对象物的带电电位成为恒定的最终电位(将此时的电压称为“偏移电压”)来表示。衰减时间越短且偏移电压越接近0V，则作为除电装置的性能越优异。定义衰减时间的+100V或-100V这样的值，为通常用途的简单的指标，根据用途有时要求快速除电至比其小的值。

图3是表示除电装置的除电性能的例子的图。在该情况下，衰减时间为t₂-t₁，偏移电压为U₀[V]。

除电性能的测定例如通过图4中表示其构成例的被称作CPM(Charged Plate Monitor、带电平板监测仪)的评价装置来进行。该评价装置具备平行的金属板21、22、绝缘体23、24、高压电源25、表面电位计26及显示装置27。金属板21对对象物T进行模拟。金属板21的至少与金属板22相反侧的面露出于外部，其以外的部分收纳于未图示的筐体内。来自未图示的除电装置的离子化空气与金属板21的露出的面接触。表面电位计26的传感器部被配置于能够测定金属板21的表面电位的位置。

金属板21、22被图4中作为绝缘体23、24而表示的一个以上的绝缘体保持为平行。金属板21、22使用150mm×150mm、电容20pF±2pF的金属板。这些尺寸及电容是模拟了8英寸晶片而得的数据。金属板21在浮起的状态下使用，金属板22接地。

在评价除电装置的性能时，从高压电源25向金属板21和22之间施加正或负的1000V以上的电压，使金属板21带电。之后，将金属板21设为漂浮状态，从除电装置向金属板21输送相反极性的离子化空气，将金属板21除电。此时，金属板21的电位由表面电位计26以非接触方式进行测定。测定结果例如在显示装置27上作为时系列的图表进行表示。图3相当于在显示装置27上显示的测定结果的例子。

[除电时间的缩短]

图5是说明用于缩短除电时间的本发明的原理的图。放电电极31通过电晕放电而生成离子化空气。辅助电极32具有使由放电电极31生成的离子化空气通过的孔，在放电电极31和对象物T之间与对象物T相对地配置。通过了孔的离子化空气由辅助电极32与对象物T之间的电场输送。

假设如图5(A)所示使对象物T带电1000V且辅助电极32接地的情况、和如图5(B)所示使对象物T带电1000V且辅助电极32的电位达到与对象物T相反极性的-300V的情况。

在设离子化空气的流速为v₀、移动度为μ、电场为E的情况下，离子向对象物T的输送速度v由下式表示。

v＝v₀+μE

另一方面，在对象物T和辅助电极32为间隔d的平行平板时，对象物T与辅助电极32之间的电场E和对象物T与辅助电极32之间的电压V存在下式所示的关系。

V＝Ed

因此，使对象物T带电1000V且使辅助电极32接地的情况下的电场E，为E＝1000/d。

另一方面，辅助电极32的电位为-300V时的电场E为E＝1300/d。

即，在放电电极31和对象物T之间设置辅助电极32，使辅助电极32的极性为与对象物T相反的极性，由此辅助电极32和对象物T的空间的电场增大，从而能够加快离子向对象物T的输送速度v。由于通过使输送速度v加快而使得离子在更短的时间到达对象物T，因此，除电时间缩短。

图6是说明辅助电极32的极性成为与对象物T相反极性的理由的图。在该例中，辅助电极32经由电阻器33而接地。来自放电电极31的离子的一部分流向辅助电极32并经由电阻器33流向接地电位。将该电流设为I。此时，在辅助电极32上产生成为V＝RI的电压。即，通过从放电电极31生成与对象物T相反极性的离子并将辅助电极32经由电阻器33而接地，能够将辅助电极32的电位设为与对象物T相反的极性(与放电电极31同极性)。

另外，生成的离子化空气具有与放电电极31相同的极性，因此与放电电极31排斥。另外，离子化空气彼此间也排斥。由于这些的斥力大，因此，即使辅助电极32如上述那样成为与离子化空气相同的极性，离子化空气也朝向辅助电极32流动。未被辅助电极32捕捉而通过了孔的离子化空气，受到来自辅助电极32和对象物T之间的电场的力而到达对象物T。

辅助电极32的电位也可以在辅助电极32上连接电源而设定。但是，另外需要用于此的电源，成本升高。通过将辅助电极32经由电阻器33而接地，能够在辅助电极32和对象物T之间以低成本产生电场。

[将辅助电极经由电阻而接地的情况下的评价]

图7是表示将图6所示的电阻器33的值设为1GΩ或100MΩ的情况和不经由电阻器33而接地的情况下的除电性能的测定结果的图。曲线L1表示电阻器33的电阻值为1GΩ的情况下的除电性能，曲线L2表示电阻器33的电阻值为100MΩ的情况下的除电性能，曲线L3表示不经由电阻器33而接地的情况(即，辅助电极32和接地电位之间的电阻值为约0Ω的情况)下的除电性能。

图7所示的测定结果是通过图4所示的评价装置进行测定而得到的。对于经由电阻器33而接地的情况，将图4所示的评价装置的金属板21设定在相当于图6的例子所示的对象物T的位置，使金属板21带电为-1000V以上的负电压，通过放电电极31产生正的离子化空气。所产生的离子化空气通过辅助电极32和金属板21之间的电场输送。对于不经由电阻器33而直接接地的情况(0Ω的情况)，基本上与经由电阻器33而接地的情况相同地测定，但辅助电极32经由未图示的接地线直接接地。在图7中，纵轴表示金属板21的电位，横轴表示时间。

根据图7所示的测定结果可知，相比于将辅助电极32直接接地的情况下的(即，辅助电极32和接地电位之间的电阻值为约0Ω的情况下的)除电时间，经由100MΩ或1GΩ的电阻器33将辅助电极32接地的情况(曲线L1、L2)下的除电时间短。

另外，在将电阻器33的电阻值设为1GΩ的情况下，相比于将电阻器33的电阻值设为100MΩ的情况，除电刚刚开始之后的除电的趋势减缓。这认为是由于辅助电极32的电压变高，放电电极31上的离子的产生量减少。

另一方面，根据图7所示的测定结果可知，在将辅助电极32经由电阻器33而接地的情况下，相比于不经由电阻器33而直接接地的情况，对象物T的偏移电压成为相反极性。这是由于，在对象物T的电位达到大致0V后，也因电流I而在辅助电极32产生电位，通过基于其电位差的电场来将离子向对象物T输送。在此，虽然由衰减时间定义的除电时间缩短，但之后对象物T带电为相反极性，不能缩短实际至完成除电的时间。

为解决该问题，图1所示的除电装置10在对象物T的电位高时，将辅助电极13的电位保持为高，增加所输送的离子的量，使通过衰减时间定义的除电时间缩短，在对象物T的电位的绝对值成为某程度以下后，减小辅助电极13的电位，抑制所输送的离子的量，进行减小偏移电压的处理(将其称作“空间电场控制处理”)。

[除电装置31的动作]

图8是说明除电装置10的空间电场控制处理的流程图。

在对除电装置10加入电源时，在步骤S1中，控制装置18使电位传感器14启动，开始对象物T的电位的测定，取得其测定结果(对象物T的电位)。在此，对象物T的电位为1000V以上(正的值)。

其次，在步骤S2中，控制装置18将开关15连接于电阻器16侧(在初期状态下开关15连接于电阻器16侧的情况下，维持其状态)，使辅助电极13经由电阻器16而接地(在辅助电极13和接地电位之间连接电阻)。

其次，在步骤S3中，控制装置18启动高压电源11，调整其输出电压和极性。由此，高压电源11将用于进行电晕放电的直流电压以与对象物T的带电电位相反的极性向放电电极12供给。放电电极12进行电晕放电，生成与对象物T相反极性(该例子的情况为负)的离子化空气。

与参照图6说明的相同，在辅助电极13(图6中为辅助电极32)上产生与对象物T相反极性的电位，其中，该与对象物T相反极性的电位由从辅助电极13经由电阻器16(图6中为电阻器33)流向接地电位的电流值和电阻器16的电阻值之积表示。例如，到达辅助电极13的离子电流的90％～98％左右被辅助电极13捕捉并经由电阻器16流向接地电位，离子电流的10％～2％通过辅助电极13的孔而向相反侧移动并流向对象物T。另外，来自放电电极12的负离子产生的电流为-1μA。在该情况下，在电阻器16的电阻值为100MΩ时，在辅助电极13上产生-90～-98V的电压。

这样，在辅助电极13上产生与对象物T相反极性的规定的电位时，通过辅助电极13和对象物T的空间的电场的力，将所生成的离子化空气向对象物T输送，开始除电。

当这样开始除电时，在步骤S4中，控制装置18判定是否除去了对象物T所带的静电，重复该判定处理直到判定为除去。该判定处理，例如通过根据电位传感器14的测定结果来判定对象物T的带电电位是否达到0V或0V附近的规定的电压而进行。

在判定为除去了对象物T的静电时，控制装置18在步骤S5将开关15连接于接地线17侧，将辅助电极13不经由电阻器16而直接接地。

之后，结束处理。如上进行空间电场控制处理。

[实施方式的效果]

图9是说明上述的空间电场控制下的除电性能的图。实线所示的曲线L 1、L2、L3与图7所示的相同。虚线所示的曲线L11表示基于空间电场控制处理已除电时的除电性能。在该例子中，在时刻t₁₁，将开关15从电阻器16切换为接地线17侧。

即，在开始除电时，使辅助电极13产生与对象物T相反极性的电位(步骤S2、S3)，使辅助电极13和对象物T之间产生大的电场。由此，离子以更快的输送速度到达对象物T，因此能够缩短衰减时间。

另外，在对象物T的电位除电至规定的值、例如0V附近时(图9的例子中为时刻t₁₁)，将开关15连接于接地线17侧，将辅助电极13不经由电阻器16而直接接地(步骤S5)，将辅助电极13的电位设为0(零)V。由此，能够减小辅助电极13和对象物T之间的电场，抑制了向对象物T输送的离子的量，从而能够使离子平衡在0V附近稳定。

另外，为将由电晕放电生成的离子化空气向对象物T吹附，在公知技术中使用由压缩空气或风扇生成的风。相对于此，在上述的实施方式中，设置辅助电极13并经由电阻器16而接地，由此在辅助电极13和对象物T之间产生空间电场，因此，即使没有压缩空气或风扇也能够产生离子流，能够将对象物T除电。

[两极性的离子产生]

图10是说明放电电极的变形例的图。在上述的实施方式中，以放电电极为一个(放电电极12或31)的情况为例进行了说明，但如图10所示，也可以使用极性相反的两个放电电极12-1、12-2。

即，放电电极12-1为用于仅产生正离子的电极，放电电极12-2为仅产生负离子的电极。电压向放电电极12-1、12-2的施加既可以由不同的高压电源进行，也可以切换与共用的高压电源的连接来进行。另外，也可以同时向放电电极12-1、12-2施加相反极性的电压。也能够通过调整同时向放电电极12-1、12-2施加的电压，来调整所产生的离子的平衡。

[变形例]

如上所述，配置于放电电极12和对象物T之间的辅助电极13通过开关15且经由电阻器16而接地，或通过接地线17直接接地，但只要为能够可变地设定辅助电极13和接地电位的电阻值的构造，则可以是任意的结构。例如，也可以使用可变电阻器来代替开关15、电阻器16。另外，也可以为将辅助电极13与电阻器16常时连接，开关15作为相对于电阻器16的迂回路而将辅助电极13和接地线17连接的构成。如果与电阻器16的电阻值相比小，则也可以在辅助电极13和开关15之间或接地线17上有电阻。

另外，在以上的情况中，以高压电源11为直流电源，但可以使用交流电源。在该情况下，可以调整放电电极12的电压，移动为与对象物T的带电电位相反极性的电压，产生正或负离子。

在以上的说明中，辅助电极13的电位的切换根据电位传感器14的测定结果来进行，但在已知基于由放电电极12生成的离子化空气的对象物T的电位的时间变化特性的情况下，也可以通过开始除电后的时间来进行判定。

Claims

1.一种除电装置，将带电的对象物的静电除去，其特征在于，具备：

放电电极，其通过放电而生成与所述对象物相反极性的离子化空气，

辅助电极，其具有使所述离子化空气通过的孔，以及

电场形成机构，其在所述辅助电极和所述对象物之间的空间形成电场；

在开始除电时，所述电场形成机构使所述辅助电极产生与所述对象物相反极性的电位而产生所述电场，在所述对象物的电位的绝对值成为规定的值以下时，使所述辅助电极的电位比除电开始时小而减小所述电场。

2.如权利要求1所述的除电装置，其特征在于，

所述电场形成机构具有电阻值可变机构，该电阻值可变机构使所述辅助电极和接地电位之间的电阻值变化而使所述辅助电极的电位变化。

3.如权利要求2所述的除电装置，其特征在于，

所述电阻值可变机构具有：

电阻器，以及

开关，在除电开始时，该开关经由所述电阻器而将所述辅助电极与接地电极连接，在除电结束时，该开关不经由所述电阻器而将所述辅助电极与接地电位连接。

4.如权利要求1～3中任一项所述的除电装置，其特征在于，

所述辅助电极为至少一部分形成为网状的电极。

5.如权利要求1～4中任一项所述的除电装置，其特征在于，

具备测定所述对象物的电位的电位传感器，并利用该电位传感器检测所述对象物的电位成为规定的值的时刻。

6.一种除电方法，由来自放电电极的放电生成与所带电的对象物相反极性的离子化空气，使用所述离子化空气从所述对象物除去静电，其特征在于，

在所述放电电极和所述对象物之间配置辅助电极，该辅助电极具有使所述离子化空气通过的孔，

在开始除电时，使所述辅助电极产生与所述对象物相反极性的电位而在所述辅助电极和所述对象物之间产生电场，

在所述对象物的电位的绝对值成为规定的值以下时，使所述辅助电极的电位比除电开始时小而减小所述电场。