CN1685599A - 静电保持装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种静电保持装置，一种静电保持装置(100)，以被绝缘材料(102)覆盖的多个电极组成的电极群(103)作为保持面，向该电极群(103)施加所定的电压，通过静电力对保持对象物(104)进行接触式或者非接触上浮式保持。此装置具备有内部极化消除装置(施加电压控制部(105))，用于切换施加于电极群(103)的电压极性，以消除绝缘材料(102)内产生的内部极化。该发明提供的静电保持装置在任何使用情况下不会降低静电引力，还可提供一种静电镊子，即使是手工作业的情况下，也不会降低静电引力。

Description

静电保持装置

技术领域

本发明涉及一种静电保持装置以及使用该装置的静电镊子。该静电保持装置通过静电引力，在接触或者非接触的状态下保持薄板等的保持对象物。

背景技术

现有技术，通常采用真空卡盘作为保持对象物的保持装置，但是对于薄板而言，在真空卡盘的周围会出现弯折的缺陷。有鉴于此，如果采用静电卡盘等的静电保持装置的话，由于可以利用电极面整体的静电力来保持对象物，因此即使处理(保持)薄板，周围也不会出现弯折的情况。(例如，参照日本专利特开平7-257751号公报，日本专利特开平9-322564号公报，日本专利特开平10-66367号公报以及日本专利特开平2001-9766号公报)

作为这样的静电保持装置，如图13、15、17所示的习知的装置。

这里如图13所示的接触式静电保持装置(静电卡盘)1100上，符号101是安装电极(静电电极)103的基体材料，由电极元件103a和电极元件103b组成的电极103(电极群)由绝缘材料102覆盖，固定在基体材料101上。这里，各电极元件103a，103b也可以分别为多数个，在多数个的情况下，各电极元件103a，103b分别称为电极元件群103a，103b。

这些电极103连接在控制部(controller)1105上，该控制部1105连接在开关SW上。该控制部1105根据开关SW的开启(ON)、关闭(OFF)操作，如图14所示，ON时输出一定的电压(例如，在电极元件103a上+V1伏，电极元件103b上-V1伏)，OFF时，阻断这些电压。这样，开关SW为ON时，在电极(电极面)103和保持对象物104之间产生静电引力，保持对象物104在静电引力的作用下吸着到绝缘材料102的保持面(吸着保持面)102a上。而且，当开关SW为OFF时，这些静电引力消除。这样，通过静电引力实现吸引导体、半导体以及高阻抗体等保持对象物104，或者解除静电吸引力，使该静电保持装置1100起静电卡盘的作用。

而且，在图15所示的上浮式静电保持装置(静电卡盘)1200中，电极103的表面由绝缘材料102包围，该绝缘材料102固定在基体材料101上。设置变位传感器206实现实时反馈电极面103和导体、半导体以及高阻抗体等保持对象物104件的夹缝g(间隔距离)。

变位传感器206通过通孔207测定保持对象物104和电极面103间的夹缝g，向控制器1205反馈。控制器1205基于测定的夹缝g，控制施加电压，将夹缝g维持在预先设定值。例如，如图16所示，夹缝g比设定值大(夹缝＞设定值)，施加所定的直流电压，产生静电吸引力，吸引保持对象物104，夹缝变小。

另一方面，夹缝g比设定值小时(夹缝＜设定值)，阻断施加到各电极的电压(设为0)，取消对保持对象物104的吸引力，保持对象物104在本身重量的作用下降落，夹缝加大。通过这样的反复操作，于所定的夹缝g保持保持对象物104。

如图17所示的静电保持装置1300，一对电极元件群503a，503b由绝缘材料102覆盖，固定在基体材料101上，来自控制部1305的一定的电压施加在这些电极元件群503a、503b上。这样，产生静电力，使保持对象物104在静电引力的作用下，吸着保持在绝缘材料102的表面(保持面102a)上。

发明内容

但是，图13以及图15所示的静电卡盘1100或者1200，随着工作的进行，可以看到静电引力下降(以下，也简称为吸引力)。而且，这样的吸引力降低的情况随着使用状况不同而有所不同。

例如，把静电卡盘安装到自动机上时，吸引力降低并不显著，但是，如果手工处理该静电卡盘时，可以看到吸引力显著下降。吸引力一旦下降，不能进行有效的处理。因此，希望提供即使手工进行处理也能产生充足的静电吸引力的静电保持装置。

以往提供的静电卡盘，需要绝缘材料102具有高的电阻。这是因为，绝缘材料102的电阻不大的情况下，即使持续向电极面施加电压，随时间的变化，已经产生的静电吸引力也会变小。这是因为，电阻不大时，在电极元件103a和电极元件103b间流有微小电流，电极103的表面和保持对象物104间的静电场随时间变化而降低。而且，通常认为这样的静电力下降是由不能物理破坏卡盘或者处理对象的强度很小的短路现象造成的。

另外，关于绝缘材料102覆盖电极103表面的方法，可采用电极103的一面通过粘着剂粘着绝缘薄片的绝缘方法，或者电极103的一面利用蒸发粘着的方法直接涂上绝缘材料层的绝缘方法。

使用粘着剂的前一种方法，可以很廉价的通过绝缘材料层，覆盖电极03的保持面102a侧的表面，但是在电极元件103a，103b之间存在粘着层。该粘着层一般没有高电阻，因此，在该方法中，电极103的表面和保持对象物104间的可以采用绝缘薄片来绝缘，但是电极元件103a，103b间只通过粘着剂的层片来绝缘，因此绝缘性不好。这样，各电极元件103a，103b间流有微小电流，随着该各电极元件103a，103b间微小电流的流动，静电场发生紊乱。而且，有时各电极元件103a，103b间也会流动大电流，破坏电极103自身表面。

使用蒸发粘着的绝缘方法，可以维持高的绝缘阻抗，但是均匀全面形成150um的吸着保持面102a的绝缘层的厚度(绝缘材料的厚度)d(参照图17)的加工费用很高，最终导致静电保持装置的价格升高。

这里，本发明的目的之一就是要提供一种静电保持装置，在任何使用情况下，静电引力不会降低。

而且，本发明的目的之二就是提供一种静电镊子，即使在手工作业的条件下也不会降低静电引力。

而且，本发明的目的之三就是提供一种静电保持装置，即使使用绝缘阻抗较低的绝缘材料，随着时间的变化，也可也产生充足的静电力。

解决问题所采用的方法

为了解决上述问题，本发明者等通过研究发现手工作业中使用静电保持装置时引力下降的原因是保持对象物104在近乎不存在的状态下，静电保持装置的开关却常常置为ON。

例如，采用体积阻抗为10¹⁵Ω·cm的材料作为绝缘材料102而试制的静电保持装置1100，保持对象物104在近距离(1mm以下)的状态下，吸引力没有明显降低，但是如果保持对象物104不存在的状态下，持续3分钟左右施加电压后，接下来即使再继续施加电压，对于保持对象物104来说，吸引力不起作用。虽然该吸引力随着时间的变化发生恢复，但是需要很长的时间。

因此，本发明者等认为是由于包覆电极表面的绝缘材料102的内部极化造成的。

也就是说，绝缘材料为了满足绝缘目的，采用高阻抗材料。这里，绝缘材料的内部极化一般来说通常由电子极化，原子极化，双极极化以及空间电荷极化等构成。其中，电子极化以及原子极化与分别的电子震动以及原子震动的速度相当，因此，阻断外部电场(阻断施加电压)后，瞬间消除内部极化，因此不会有实质性影响。但是，双极极化或者空间电子极化中，内部极化的产生和进行需要很强的外部电场，同时，一旦发生内部极化，消除该内部极化需要很长的缓和时间。

因此，可以推测以往的静电保持装置的绝缘材料中，也会发生双极极化以及空间电荷极化现象，从而产生不利影响。也就是说，在绝缘材料的内部极化存在的状态下，施加电压，即使能吸引保持对象物104，由于电场发生紊乱，也会减弱对保持对象物104的静电引力。该静电引力的减弱程度，与绝缘材料的双极极化以及空间电荷的存在程度相当。该双极极化以及空间电荷极化的进行程度取决于绝缘材料的构成成分，外部电场(施加电场和电极形状)以及施加时间。

这样，双极极化或空间电荷极化，在反方向没有外部电场的情况下，要消除内部极化需要很长的缓和时间，通过施加与极化方向反方向的外部电场，可以瞬间消除或者缓和。

这里，本发明者等通过研究提出了本发明，即针对这种吸引力降低的静电保持装置，对于同一电极群，在同一电极群上施加与前一次施加的施加电压极性相反的电压，可以直接恢复吸引力。

也就是本发明提供的静电保持装置的改良方法是把用绝缘材料包覆的多个电极组成的电极群作为保持面，向该电极群施加所定电压，通过静电力把保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持。

发明之一是一种静电保持装置，其特征是具有内部极化消除装置，它切换施加到上述电极群的电压的极性，消除上述绝缘材料内产生的内部极化。

发明之二是一种静电保持装置，其特征是，具有起施加电压切换装置作用的施加电压控制部，它在施加到上述电极群的施加电压每次从阻断到施加切换时，在同一电极群上施加与上次施加电压极性相反的电压。

发明之三是一种静电保持装置，其特征在于：具有起极性相反电压发生装置作用的施加电压控制部，它产生与施加在上述电极群的电压的极性相反的电压。在静电力降低时，通过上述极性相反电压发生装置，可以向上述电极群施加产生的极性相反电压。

发明之四是一种静电保持装置，其特征在于具有起电压施加装置作用的施加电压控制部，它施加极性相反交互改变的上述电极群的施加电压。

通过这样的静电保持装置，利用保持面的静电力可以对保持对象物进行接触式或者非接触式(静电上浮)保持。

如第一发明所述：如果具备内部极化消除装置，它切换施加到电极群的电压极性，消除上述绝缘材料内产生的内部极化。在未保持有保持对象物的情况下，向电极群施加电压，即使在绝缘材料内部产生内部极化，该内部极化也可以通过内部极化消除装置消除或者缓和，并能恢复吸引力。

如第二发明所述：如果具有起施加电压切换装置作用的施加电压控制部，它在施加到电极群的电压每次从阻断到施加切换时，向同一电极群施加与前一次施加电压极性相反的电压。在同一电极群上施加与上一次施加电压极性相反的电压，因此，即使绝缘材料内部进行内部极化，也可以瞬时消除或者缓和该内部极化，直接恢复吸引力。

如第三发明所述：如果采用这样的结构：具有起极性相反电压发生装置作用的施加电压控制部，它在处理时间内产生与施加在上述电极群的电压极性相反的电压。当在上述绝缘材料内，发生内部极化降低静电力时，通过上述极性相反电压发生装置，可以向上述电极群施加极性相反的电压。这样，当绝缘材料内部极化引起静电力下降时，利用极性相反电压发生装置，通过向电极群施加极性相反的电压，这样可以瞬间消除或缓和内部极化，直接恢复吸引力。

如第四发明所述：如果具有起电压施加装置作用的施加电压控制部，它在电极群上施加正负极性相反的电压。这样，在电极群上交互施加正负极性相反的电压，因此不会在绝缘材料的内部产生内部极化，防止由于内部极化而导致静电引力降低。

如上所述的静电保持装置，作为保持半导体薄片等的各种薄膜的保持设备，经过很长时间仍能稳定地保持，因此，期望可以用于保持半导体薄片曝光时的半导体薄片的平台(保持台)。也希望可以用在半导体薄片等的薄膜的传送装置上。

上述静电保持装置很适合于以下场合：保持面附近不存在处理对象的状态下，包含很容易不经意向电极面施加电压的静电镊子并通过手工作业安装静电保持装置的场合。本发明中的静电保持装置具有控制向电极施加电压的控制部，通过静电力对保持对象物进行接触式保持，或者非接触上浮式保持。其特征在于：上述电极由通过绝缘邻域邻接排列的一对或多对电极A和电极B组成，上述控制部，在交互向电极A及电极B施加极性相反的电压的同时，在同一电极元件上，交互施加正负极性相反的电压。

通过这样的构成，可以交互向电极A以及电极B施加极性相反的电压，同时向同一电极元件交互施加极性相反的电压，这样，可以抑制绝缘阻抗较低的绝缘层内的微小电流，并维持电极面和处理对象间的高电场。而且，即使使用绝缘阻抗较低的绝缘材料，随着时间的变化，也可以产生足够的静电力，因此提供的静电保持装置，利用静电力可以长时间或者短时间内对保持对象物进行接触式或者非接触式的保持。

该静电保持装置，具有多个具有上述电极的电极模块，该电极模块，一对或者多对分别具有电极A和电极B，因此可以用于保持大面积保持对象物的保持装置。

而且，利用该静电保持装置，通过电极面全体的静电力，可以对对象物进行接触式或者非接触式(静电上浮)的保持。即使保持时间变长，也可以保持所定的保持力，而且即使是处理(保持)薄板，周边也不会弯折。通过适当的方法，可以移动薄膜，作为保持半导体薄片等各种薄膜的保持设备，而且经过长时间仍可以保持稳定，因此希望可以用作保持半导体曝光时的半导体薄片的平台(保持台)。也希望用于半导体薄片的传送。

发明所能达到的有益效果

本发明提供一种在任何使用情况下不会降低静电引力的静电保持装置。而且，该静电保持装置即使使用手工作业，静电力也不会降低，因此可以作为静电镊子使用。

而且，本发明提供一种静电保持装置，使用绝缘阻抗较低的绝缘材料，经过长时间，仍可以产生足够大的静电场，以及足够大的静电引力。在实际应用上发挥有益效果。

附图说明

图1表示本发明中一例接触式静电保持装置的剖面图。

图2表示施加到图1中的静电保持装置的电极的电压的波形图。

图3表示本发明实施方式中一例上浮式静电保持装置的剖面图。

图4表示施加到图3中的静电保持装置的电极的电压的波形图。

图5表示本发明中一例接触式静电保持装置的剖面图。

图6表示施加到图5中的静电保持装置的电极的电压的波形图。

图7表示本发明中一例上浮式静电保持装置的剖面图。

图8表示施加到图7中的静电保持装置的电极的电压的波形图。

图9表示本发明中一例接触式静电保持装置的剖面图

图10表示本发明中一例上浮式静电保持装置的剖面图。

图11表示利用发明的其他实施方式中的图9的静电卡盘时的静电力随时间变化的示意图。

图12表示利用发明的其他实施方式中的图10的静电卡盘时的静电力随时间变化的示意图。

图13表示以往的静电卡盘示意图。

图14是施加在图13的静电卡盘的电极上的电压波形图。

图15是以往的上浮式静电卡盘。

图16是施加在图15的静电卡盘电极上的电压波形图。

图17是以往的薄板吸着处理式静电卡盘示意图。

图18是以往的薄板的上浮处理式静电卡盘示意图。

图19是以往的静电卡盘的发生静电力随时间变化的示意图。

符号100，200，300，400，700，800，1100，1200，1300，1400是静电保持装置，(静电卡盘)，符号101是基体材料，符号102是绝缘材料，符号102a是绝缘材料的保持面，符号103是电极，表示电极群及其电极面，符号103a，103b是电极元件或者电极元件群。

符号104是处理对象物(保持对象物)，符号105，205，305，405，705，805，1105，1205，1305，1405表示控制部(controller)，其中105，205，305，405，705以及805分别单独或者与SW等其他装置一起，构成作为内部电压切换装置，极性相反电压发生装置，内部极化消除装置等来用的施加电压控制部。符号206表示变位传感器，符号207是用于设置变位传感器206的贯通孔。

具体实施方式

以下结合附图，对依据本发明提出的静电保持装置进行说明。对于实质上相同或对等的部位或元件采用相同的编号并省略其详细说明。

图1是本发明具体实施形态之一的接触支持型静电保持装置的原理图。它表示由剖面所剖的静电保持装置的剖面图，该剖面是与电极面垂直，并通过其中心。

图1中符号100代表接触式静电保持装置，在基体材料101的一面上具有绝缘材料102，该绝缘材料102中埋设有周围被覆盖的电极群103。该电极群103由两个电极元件群103a，103b构成。这里，为了使电极元件群103a和电极元件群103b之间，以及电极群103和保持对象物104之间绝缘，绝缘材料102采用了具有高绝缘阻抗的材料。

此时，因为产生的静电引力与保持对象物104和电极群103表面之间的距离(也就是夹缝g，此时与绝缘材料的厚度d相同)的平方成反比，因此为了产生充足的静电引力，绝缘材料102的厚度d在满足绝缘耐压的条件下，尽量做薄是很重要的，通常为100μm左右。

电极群103(电极元件群103a，103b)连接控制器105。如图2所示，该控制器105与开关SW连动，并且当电极群103(电极元件群103a，103b)上所加电压每次从阻断态到施加态切换时，控制器105用于在同一电极上施加与前一次所加电压极性相反的电压。这里，该控制器105是作为施加电压切换装置来用的施加电压控制部。

下面，说明使用该静电保持装置100的保持对象物104的装载及卸载。

例如，在作为保持面102a的绝缘材料102与作为保持对象的保持对象物104接触的状态下，开关SW从切断态(关闭：OFF)转变到施加态(开启：ON)。此时的时刻设为t1，如图2所示，在t1时刻，从控制器105的输出1(output 1)向电极元件群103a施加正电压+V1伏，从输出2(output2)向电极元件群103b输出与输出1极性相反的负电压-V1伏。这样，电极群103表面和保持对象物104之间产生静电，通过静电引力，导体，半导体，高阻抗体等保持对象物104能被吸引到绝缘材料102上(装载)。

接着，时刻2时开关SW处于OFF，各输出1以及输出2的输出变为0伏，静电吸引力消失，解除对保持对象物104的吸引(卸载)。

接着，在时刻3，由于不小心(或者是误操作)保持对象物104近乎不存在时开关SW长时间处于开的状态。于是，造成在保持对象物104不存在的情况下，向电极103持续施加所定电压。这样，在保持对象物104不存在的状态下，例如，持续三分钟以上施加所定电压后，电极群103的表面绝缘材料102上，随时间进行响应各自极性的内部极化，也就是说，电极元件群103a附近的绝缘材料102上，基于输出1(output1)的负电压，进行内部极化。电极群103b附近的绝缘材料102上，基于输出2(output2)的正电压，进行内部极化。结果，由于在作为保持面的绝缘材料102上进行的内部极化，因此之后即使接触到保持对象物104，但由于基于输出1和输出2的静电吸引力变弱，因此不能吸住保持对象物104。

因此，在t4，切断开关SW一次，使保持对象物104接触，在此状态下，在t5再一次打开开关SW。本发明的实施方式1中使用的控制器105的设定功能为：每当开关SW变为ON，同一电极上，施加与前一次为ON时所加的施加电压极性相反的电压。因此，在t5时刻，从输出1(output 1)向电极元件群103a施加与上一次为ON时的极性相反的正电压+1V，从输出2(output 2)向电极群103b输出与前一次为ON时的极性相反的负电压-V1伏。这样，通过施加电压，取消在电极群103表面的绝缘材料102上进行的内部极化，使得内部极化瞬间削减。而且，在该发明中，施加相反极性电压的目的是瞬时取消内部极化，因此，如果极性改变，V1和V2的绝对值也可以不相等。

这样，在时刻t5，根据施加电压，电极群103表面和保持对象物104之间产生正常的静电压，导体、半导体、高阻抗体等保持对象物104再一次通过静电引力被吸引支撑到绝缘材料102上(装载)。

也就是说，在本发明中所用的控制器105的控制方式为：通过响应开关SW为ON或者OFF的状态，在开关SW为ON时，施加与上一次的开关SW变为OFF之前的各电极元件群103a和103b上施加的电压极性相反的电压，即使绝缘材料102中产生缓和时间长的双极极化以及空间电荷极化，也可以瞬时取消内部极化，保持住保持对象物104。

这样，以往的静电保持装置中，在没有保持对象物104的状态下，由于不经意将开关SW处于ON，作为保持面的绝缘材料102上不经意发生内部极化，降低了对保持对象物104的保持力。但是此发明中的静电保持装置100，通过再一次重置开关SW，瞬间消除绝缘材料102中的内部极化，可以维持通常所需的静电吸引力。

而且，像这样的保持对象物104不存在的情况下，不经意把开关SW置为ON的操作，很容易在装置维修或者装置调整时产生。一旦产生内部极化，静电吸引力变得很低，但是本发明实施方式中的装置，只要重置开关SW，就可以消除内部极化，并直接恢复为可用的静电吸引力，产生实用的有意义的效果。

变形例1

以下是关于本发明实施方式的静电保持装置的变形例，结合附图说明非接触式(上浮式)静电保持装置。与发明的实施方式实质相同或等同的部分或元件采用同样的编号说明。

图3是关于本发明实施方式的变形例的非接触上浮式静电保持装置的原理图。它表示由剖面所截的静电保持装置的剖面图，该剖面是与电极面垂直，并通过其中心。

根据变形例1中的静电保持装置200，电极面103由绝缘材料102包围，固定在基板101上。设立了变位传感器206用以实现电极面103和导体，半导体以及高祖抗体等的保持对象物104件的夹缝g(间隔距离)的实时反馈。变位传感器206通过贯通孔207，测定保持对象物104和电极面间的夹缝g，控制器205根据夹缝g的所定值，把大或者小的信号A反馈为ON或者OFF信息。

这里，该变形例中的控制器205是作为本发明的施加电压的切换装置来用的施加电压控制器。如图4所示，根据该信号A，夹缝g如果比设定夹缝值(目标间距)大(夹缝＞设定值)，输入从信号A发出的ON信息，控制器205的输出1，2中输出所定的施加电压；当夹缝g比设定夹缝值小时(夹缝＜设定值)，输入从信号A发出的OFF信息，阻断控制器205的输出1，2。而且，每当输入ON信息时，输出1(或者输出2)输出的施加电压的正负翻转。

例如，在时刻t0，在保持对象物104离得很近的状态下，使主开关处于ON，并使包含控制器205的静电保持装置200动作。

保持对象物104因本身的重量而落下，因此在时刻t1，夹缝g变大，比目标间距还大。

因此，在时刻t1，根据比设定值大的原则，信号A以ON信息向控制器205输入。

控制器205向输出1输出所定的正电压+V1伏，向输出2输出与输出1极性相反的负电压-V1伏，保持对象物104和电极面103间产生静电引力，来吸引保持对象物104，使夹缝g变小。

接着，在时刻t2，夹缝g比目标间距小，此时，信号A输出OFF信息，此输入信息输入到控制器205。控制器205基于输入的OFF信号，阻断各电极的施加电压(处于0)，保持对象物104和电极面103间的静电吸引力消失，保持对象物104因本身的重量而落下，使夹缝g变大。

接着，在时刻t3，夹缝g再一次大于目标间距，但是此时信号A输出ON信息，该输出信息输入到控制器205。控制器205基于该输入的ON信息，向各电极施加所定电压。这里，施加的电压与在时刻t1施加的前一次的各电压群103a、103b上所施加的电压极性相反。也就是说，输出1输出所定的负压-V2，输出2上输出与前一次施加电压极性相反的正电压+V2伏。

因此，各输出1、2的输出电压应该与上一次所施加的电压极性相反，但V1和V2的绝对值可以相同或不同。也就是说，例如，如果输出1所输出的电压如果为负，此电压可以是与先施加的电压+V1伏的绝对值相等即-V1伏。

保持对象物104和电极面103间产生静电引力，吸引保持对象物104，使夹缝g变小。在绝缘材料102中有内部极化时，由于在各电极103上施加极性相反的电压，因此可以缓和或者消除内部极化。

接着，在时刻t4夹缝g比目标间距小，此时，信号A输出OFF的信息，该输出信息输入到控制器205。控制器205基于该输入的OFF信息，阻断各电极所施加的电压(处于0V)，保持对象物104和电极面103的静电引力消失，保持对象物104因本身的重量而落下，使夹缝g变大。

接着，在时刻t5，夹缝g再一次比目标间距大，此时，信号A输出ON的信息，该输出信息输入到控制器205。控制器205基于该输入的ON信息，施加与在时刻t3时所施加的前一次的各电极元件群103a、103b上的施加电压极性相反的电压。这样，在保持对象物104和电极面103间产生静电引力，吸引保持对象物104，使夹缝g变小。而且，绝缘材料102中如果有内部极化，由于在各电极103上施加极性相反的电压，因此可以减缓或者消除内部极化。

接着，在时刻t6夹缝g比目标间距小，此时，信号A输出OFF信息，该输出信息输入到控制器205，根据输入的OFF信息，使保持对象物104的夹缝g变大的方式来感应。

下面同样，时刻t7夹缝g再一次比设定值大，因此信号A输出ON的信息，施加与在时刻t5时所施加的前一次的各电极群103a、103b上的施加电压极性相反的电压，吸引保持对象物104，使夹缝g变小的方式来感应。

根据静电保持装置200，当施加电压进行从阻断到施加交替切换时，从控制器205输出的电压在同一电极上，施加与前一次的施加电压极性不同(相反极性)的电压，因此绝缘材料102内部极化无法进行，而且在存在内部极化的时候，可以减缓或者消除内部极化。

变形例2

下面结合附图说明本发明实施方式中的静电保持装置的变形例。与发明实施形态实质上相同或者等同的部位或零件采用相同的符号进行说明。

图5是本发明实施方式中的静电保持装置的原理图。它表示由剖面所剖的静电保持装置的剖面图，该剖面是与电极面垂直，并通过其中心。

该变形例2的静电保持装置300变为由图1中的静电保持装置100的开关SW和控制器105构成的施加电压控制部，采用由两个开关SW1和SW2以及控制器305构成的作为极性相反电压发生装置使用的施加电压控制部。

这样的根据施加电压控制部，由开关SW1和SW2的ON、OFF操作，输出1(output1)和输出2(output2)可以输出如图6所示的施加电压。

根据这样的静电保持装置300，由开关SW1的ON、OFF操作，输出1和输出2可以输出相反电压，这样，开关SW1为ON的状态(时刻t1-t2以及时刻t3-t4间)下，可以向电极元件群103a上施加正施加电压+V1伏，向电极元件群103b上施加负的施加电压-1V。这样，通过电极面103和保持对象物104间的静电吸引力，可以将保持对象物104保持到保持面上。而且，当开关SW1为OFF(时刻t2或t4)，可以阻断输出1以及输出2的施加电压，消除静电吸引力，取消保持力，实现保持对象物104的装载或者卸载的处理操作。下面，将该开关SW1引起的装载或者卸载状态简称为处理操作时进行说明。

当开关SW1为OFF(时刻t4-t7)时，通过使开关SW2为ON(时刻t5)，可以从输出1输出与的处理操作时极性不同的负电压-V2伏，从输出2输出与的处理操作时极性相反的正电压+V2伏。这样，该变形例2中的施加电压控制部的作用为：是作为在处理时产生与电极103上的施加电压极性相反的电压的极性相反电压发生装置。

根据上述静电保持装置300，处理操作时在电极元件群103a或者103b上施加同一极性的电压，如果在绝缘材料102上产生内部极化使静电保持力变弱的，那么将开关SW2置为ON，这样可以恢复静电保持力。

也就是说，由该变形例2中的极性相反电压发生装置，开关SW1在OFF的状态下，如果将开关SW2置为ON，就可以各电极103上施加与处理操作时相反极性的电压。这样，这样可以减缓或者消除使静电保持力减小的绝缘材料102内的内部极化，恢复静电保持装置的静电引力。

变形例3

下面结合非接触式静电保持装置的附图说明本发明实施方式中的静电保持装置的变形例。与变形例2相同或者一致的部位或者元件采用相同的符号说明。

图7是本发明实施方式中的非接触式静电保持装置400的原理图。它表示由截面所截的静电保持装置的截面图，该截面是与电极面垂直，并通过其中心。

该变形例3中的静电保持装置400中，在图3中静电保持装置200的控制器205构成的施加电压控制部的基础上，采用了即使根据开关SW2的控制信号也可以控制施加电压的控制器405作为施加电压切换装置的施加电压控制部。

这样，根据施加电压控制部，由信号A的ON、OFF以及开关SW2的信息，输出1(output1)以及输出2(output2)可以输出如图8所示的施加电压。

也就是说，根据这样的静电保持装置400，基于信号A的ON，OFF信息，从输出1以及输出2输出极性互反的施加电压。也就是说，开关SW2在OFF的状态下，例如，t1时刻，输入了信号A的ON信息的控制器405，从输出1输出正电压+V1，从输出2输出负电压-V1，通过静电吸引力使夹缝g变小。而且，在时刻t2时，根据输入信号A的OFF信息及阻断施加电压(输出1和输出2同时为0)，保持对象物104因本身的重量而落下，使夹缝g变大。

在时刻t3输入了信号A的ON信息的控制器405，从输出1输出正电压+V1，从输出2输出负电压-V1，在时刻t4，根据输入信号的OFF信息，阻断施加电压(输出1和输出2同时为0)。

接着，在开关2为ON的状态下，例如，在时刻t5输入了信号A的ON信息的控制器405，从输出1输出负电压-V2，从输出2输出正电压+V2，通过静电吸引力，使夹缝g变小。

在时刻t6由于信号A的OFF信息以及阻断施加电压(输出1和输出2同时为0)，保持对象物104因本身的重量而落下，使夹缝g变大。

在时刻t7，输入了信号A的ON信息的控制器405，从输出1再次输出正电压+V1，从输出2输出-V1。在时刻t8，根据信号A的OFF信息，阻断施加电压(输出1以及输出2同时为0)。

通过这样的反复控制，可以在所定的距离上保持保持对象物104。

因此，在该变形例3中的静电保持装置400，在开关SW2为ON状态的时刻t5-t6间输出的施加电压与时刻t1-t4间施加的电压的极性相反，这样时刻t1-t4间绝缘材料102内即使产生内部极化，由于在时刻t5-t6施加极性相反电压，可以缓和或者消除内部极化。

这样，处理操作时，当在同一电极元件群103a或者103b上施加同一极性的电压，在绝缘材料102内产生内部极化，使静电保持力变弱的时，通过将开关SW2置为ON，由各电极103上施加的极性相反电压，可以消除或者缓和内部极化，恢复静电保持装置的静电吸引力。

这里，是根据开关SW2的操作，对同一电极施加的电压极性的变更进行控制，其控制的形式和控制时间是自由的。例如，也可以不管开关SW2的操作，每经过处理操作时间的一定时间，通过改变施加电压的正负来进行控制。

变形例4和5

下面结合附图，说明本发明的实施形态的变形例4和5。与实施形态1以及变形例1相同或等同的部位或元件采用相同的编号进行说明。

这里，图9和图10是本发明实施方式的变形例中的静电保持装置的原理图。它表示由截面所截的静电保持装置的截面图，该截面是与电极面垂直，并通过其中心。这里，图9表示接触支持式的静电保持装置，图10是非接触支持式(上浮式)的静电保持装置。

(接触式静电保持装置)

在图9中，符号700是接触式的静电保持装置，基体材料101的一面上形成绝缘材料102。该绝缘材料102形成周围被覆盖的电极103。该电极103由两个电极元件群103a、103b构成。各电极103(电极元件群103a、103b)连接如图9所示的产生波形的施加电压的控制器705。

也就是说，在该控制器705中，在电极元件群103a和电极元件群103b上施加正、负极性互反的电压的同时，在同一电极元件上交互施加正负极性相反的电压(施加交互电场)。

具有这样的控制器705，通过反向改变施加电压的极性，保持对象物104表面上瞬时产生极性相反的电荷，这样在绝缘材料102的内部不会产生内部极化，通常可以获得一定的静电引力。

该施加电压的变换频率没有特别的限制，例如数百Hz以下。该交互电场的波形，最好使用图中所示的矩形波。

(上浮式的静电保持装置)

如图10所示的本发明的变形例5中的静电保持装置800中，采用在同一电极元件上不断交互施加正、负极电压的控制器805。

这样，通过使用控制器805，当欲加大与保持对象物104间的夹缝g(距离)时，阻断施加电压，保持对象物104因本身的重量而落下，欲减小夹缝g时，如图10所示，交互施加极性不同的2电压，这样不会引起绝缘材料102内的内部极化，可以防止静电引力的连续下降，实现稳定的上浮支持。

如果采用在上述实施形态以及实施方式中所述的静电保持装置，由于不需使用保持设备，可以自由的使对象物保持或者解除保持，因此，希望可以用在薄膜材料的处理装置，静电上浮系统等处，同时也希望可以用在电子束加工或者曝光装置中的定位用的各种平台，精密机械或者零件的防震，以及硬盘等的静电上浮装置上。

利用上浮式静电保持装置，由于不需使用保持设备，在对象物上浮的状态下，可以自由的使对象物保持或解除保持，因此希望可以用到半导体薄片等的薄膜处理装置，静电传送装置，各种上浮系统等。而且，这样的上浮型静电保持装置，也希望可以用到没有磨耗、烟尘的静电卡盘上。

上述静电保持装置，在处理对象物几乎没有靠近时，即使开关为ON，也可以缓和或者消除绝缘体内产生的内部极化。或者不使内部极化产生，因此通常可以得到稳定的静电保持力。因此，将本发明的静电保持装置应用于例如静电镊子等手工进行处理的装置可以得到很好的效果。

发明的其他方式

下面请参阅附图对本发明的实施例进行说明。

图9和图10是本发明实施方式中的静电保持装置的原理图，它表示由截面所截的静电保持装置的截面图，该截面是与电极面垂直，并通过其中心。这里，图9表示接触支持式静电保持装置700，图10表示非接触支持式(上浮式)静电保持装置800。无论是哪个例子，绝缘材料102中含有相等的粘结剂，即使电阻不高，也可以把绝缘层内的电流控制到最小，并维持保持对象物104和电极103表面间的高的电场强度。

(接触式静电保持装置)

图9中符号700是接触式静电保持装置，基体材料101的一面上形成层状的绝缘材料102。该绝缘材料上形成周围被覆盖的电极103，该电极103由两个电极元件群103a，103b构成。

通过在电极103的表面(电极面103)和保持对象物104间产生静电，保持对象物104在静电引力作用下可以吸附在绝缘材料102的保持面上。作为该保持对象物104的物体可以是导体、半导体、或者高阻抗体等任何材料。

此时发生的静电引力与保持对象物104和电极103间的距离(绝缘材料的厚度d或者夹缝g)的平方成反比，因此，为了产生足够的静电引力，绝缘材料102在满足绝缘耐压的条件下，尽量做得薄一些是很重要的。例如，欲向电极面施加1KV的电压，绝缘材料的厚度(绝缘层的厚度)d约为150μm，公差要求为20μm以内。为了在面积为1m²的电极面上完全形成符合该厚度以及公差要求的绝缘薄膜，可以通过粘着层把绝缘薄片固定在电极面上来实现，这样的方法比较简单而且价格便宜。

但是，如果利用粘着剂形成绝缘层，会使绝缘性能下降。这是因为为了提高粘着剂的粘着能力，将粘着剂中加入各种微量的溶剂成分，通常认为这些溶剂成分降低了绝缘阻抗。

在临近的极性不同的两个电极群103a，103b间，或者电极面和保持对象物104间存在粘着层的情况下，如图19所示，随时间变化，静电力降低。这是因为，如果绝缘性不够充分，在一定的电压下，即使向电极面施加电压，随时间变化，产生内部极化同时流出微小电流。该微小电流的流动，伴随着粘着层内部极化的进行，不断激化，扰乱电极面和保持对象物104间形成的静电场，以至于使作用于保持对象物104的静电引力变弱。而且，根据情况的不同，随着绝缘层的完全破坏，也可能发生瞬间大电流，电极面或者保持对象物104产生物理破坏。

这样，即使分别在各电极群103a、103b上施加不同的电压，但对于那些电压极性通常是同一极性的情况，在一定的电压下即使持续施加，随时间变化，原有的静电力也会随时间不断下降。

因此，本发明的其他的实施例中所用的控制器705，即使绝缘层内存在微小电流，但该微小电流的流量值(破坏电流)在达到某值以上之前，采用改变施加电压极性的方法。这样，控制器705如图11所示，由于产生极性交互改变、波形的施加电压，因此可以防止随时间变化静电力下降的现象。

如上所述，静电力下降的原因是随着向电极元件间存在的绝缘层长时间持续施加同一强电场，由弱绝缘破坏引起电流(以下简称为破坏电流)增大所致。随着该破坏电流的增大，静电场发生紊乱，静电力下降。

本发明其他实施例中所用的控制器705，不仅向电极元件群103a和电极元件群103b施加正负极性相反的电压，而且同一电极元件上也交互施加正负极性不同的电压(施加交互电场)。

如果具备这样的控制器705，即使绝缘层绝缘度不高，绝缘层内存在微小电流，该微小电流的流量值(破坏电流)会在达到某值以上之前改变施加电压的极性。也就是说，破坏电流在达到某值之前，如果施加改变电极元件间的电场极性的电压，由于改变了电极元件间的绝缘层的极化方向，因此可以消除绝缘破坏，阻止破坏电流。

而且，随着施加电压相反极性的改变，保持对象物104表面上，瞬间产生相反极性的电荷，再一次恢复原来的静电引力。反复进行此操作，即使经过很长的时间，也不会降低静电力，并可以确实保持住保持对象物104。这样可以将静电力维持在一定值以上。

该施加电压的变化频率取决于绝缘层的电绝缘阻抗值(绝对值)。因此，绝缘层的阻抗越低，频率就应该越高，绝缘层的阻抗如果很高，就可以降低频率。一般来说，实施方式中所采用的频率大约在数百Hz以下就可以了。

也就是说在所定的时间内，形成让施加电压的极性发生交互变化的施加电压，这样可以抑制破坏电流，而且如图11所示，静电引力在某一范围变动，可以防止静电力的下降。而且，交互电流的波形最好是如图所示的矩形波。

这样的接触式静电保持装置700由于不采用保持设备也可以保持住保持对象物104而且可以自由的解除保持。因此希望可以用到半导体薄片等薄膜的静电传送装置，薄膜的处理装置等。

而且，该接触式静电保持装置700，希望可以应用到长时间不发生弯折地保持大面积的薄膜的保持设备或者保持台，例如，包括电极束加工的各种曝光装置中，长时间保持半导体薄膜的平台等。

(上浮式静电保持装置)

如图18所示，根据上浮式静电保持装置1400(实质上与图15所示的静电保持装置1200相同)，电极面103由绝缘层102包围，固定在基体材料101上。设置了一个变位传感器，其可以实时反馈电极面103和导体、半导体或者高阻抗体等的保持对象物104间的夹缝g(间隔距离)。

变位传感器206通过通孔207，测定保持对象物104和电极间的夹缝g，反馈到控制器1405。控制器1405基于测定的夹缝g控制施加电压，维持夹缝g为预先设定电压。例如，如图所示，夹缝g比设定值大时(夹缝＞设定值)，施加所定的直流电压，产生静电力，吸引对象物104，使夹缝g变小。另一方面，夹缝g比设定值小时(夹缝＜设定值)降低各电极的施加电压(设为0V)，降低保持对象物104的吸引力，使夹缝g变大。通过反复进行此操作，可以使保持对象物104保持所定的夹缝g。

但是，如果绝缘阻抗降低，伴随着连续的一定的电压施加，有时也会出现已经产生的静电力降低，得不到所需的支持力。

针对这种情况，如图10所示本发明的静电保持装置800，在同一电极元件上不断交互施加正负电压，这样即使绝缘层内存有微小电流，该微小电流的流量值(破坏电流)在达到某值以上之前，采用控制器805可以改变施加电压的极性。

这样，即使采用绝缘阻抗较低的绝缘层，也可以实现稳定的处理。

通过利用控制器805，即使采用绝缘阻抗较低的绝缘层也可以实现稳定处理。如果想扩大保持对象物104和夹缝g(距离)，就阻断施加电压，使保持对象物104因本身的重量而落下；如果想减小夹缝g，如图10及12所示，通过交互施加极性不同的2电压，阻止静电力的连续下降，可以实现稳定上浮支持。

这样的上浮式静电保持装置800可以用到由于磨耗或者尘土的原因而希望采用非接触式的各种静电卡盘上。

采用这样的静电保持装置800，由于不需使用保持设备，可以自由的保持或者解除保持对象物，因此希望可以用到薄膜材料的处理装置，静电上浮系统等，也希望可以用到电子束加工或者曝光装置中定位用的各种平台上，精密机械或者零件的防震等，以及硬盘的静电上浮装置等。

采用这样的静电保持装置800，由于不需保持设备，可以在上浮状态下，自由保持或者解除保持对象物，因此希望可以用到半导体薄片等的薄膜处理装置，静电传送装置，以及各种上浮系统等。

以上，结合附图对本发明进行了详细阐述，但此仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，在不脱离本发明技术方案范围内，利用上述揭示的技术内容作出些许的变更，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种静电保持装置，把由绝缘材料覆盖的多个电极组成的电极群作为保持面，向该电极群施加所定的电压，通过静电力对保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持，其特征在于：包括内部极化消除装置，用于切换向上述电极群施加的电压的极性，消除上述绝缘材料内产生的内部极化。

2.一种静电保持装置，把由绝缘材料覆盖的多个电极组成的电极群作为保持面，向该电极群施加所定的电压，通过静电力对保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持，其特征在于：包括起施加电压切换装置作用的施加电压控制部，用于使上述电极群的施加电压每次从阻断到施加交替时，在同一电极群上施加与前一次的施加电压极性相反的电压。

3.一种静电保持装置，把由绝缘材料覆盖的多个电极组成的电极群作为保持面，向该电极群施加所定的电压，通过静电力对保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持，其特征在于：包括起极性相反电压发生装置作用的施加电压控制部，用于在保持时产生与施加到上述电极群的电压极性相反的电压，当静电力降低时，可以把通过上述极性相反电压发生装置产生的极性相反电压施加到上述电极群。

4.一种静电保持装置，把由绝缘材料覆盖的多个电极组成的电极群作为保持面，向该电极群施加所定的电压，通过静电力对保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持，其特征在于：包括起电压施加装置作用的施加电压控制部，用于施加极性相反交互改变的上述电极群的施加电压。

5.一种静电镊子，使用权利要求1至4中任意一权利要求所述的静电保持装置，其特征在于将上述保持面作为镊子吸引部。

6.一种静电保持装置，具有控制向电极施加所定的电压的控制部，通过静电力对保持对象物进行接触式或者非接触上浮式保持，其特征在于：上述电极，通过绝缘邻域由邻接排列的一对或者多数对的电极A以及电极B构成；

上述控制部，向上述电极A以及电极B施加相互极性相反的电压，同时，同一电极元件上，交互施加正负极性相反的电压。

7.根据权利要求1所述的静电保持装置，其特征在于：上述保持对象物，直接或者通过其他材料接触并保持在上述电极上。

8.根据权利要求1所述的静电保持装置，其特征在于：上述静电保持装置，具有检测上述电极和保持对象物之间距离的距离检测装置，上述控制装置基于由上述距离检测装置所检测出的距离信息，控制上述保持对象物和上述电极间离开一设定距离，并上浮保持。

9.一种传送装置或者平台，利用权利要求1、2、3、4或6中所述的静电保持装置。

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