JP2000216228A - 基板固定台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体素子、画像表示素子、磁気ディスク・ヘ
ッド素子等の製造時に、基板保持台から固定解除され剥
離帯電した素子基板の静電気を、基板面全体に亘って均
一かつ迅速に除去することが課題である。 【解決手段】基板固定台に、除電機能、基板の帯電量モ
ニタ、除電機能と帯電量モニタの制御機構を備えること
によって、剥離帯電現象によって帯電した基板を迅速か
つ基板面全体に亘って均一に除電することが可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板の固定台と静電
気除去（除電）、特に基板に高電圧を発生せしめる剥離
帯電に対する除電に関わるものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子、磁気ディスク・ヘッド素
子、液晶表示素子に代表される画像表示素子などの生産
に於いて、製造工程中で発生する静電気が素子破壊の一
因として問題視されている。この静電気は、素子基板が
製造装置の基板保持ステージやロボットのアームと接
触、摩擦したり、真空吸着等で固定していた基板をステ
ージやロボットのアームから剥離することによって生じ
るものである。このような真空吸着などによる基板の固
定は、自動化された素子製造ラインに必要不可欠のもの
であり、多用されている。

【０００３】基板の固定を解き、基板をステージやロボ
ットのアームから剥離することによって生じる剥離帯電
現象は未だ理論的にも十分解明されておらず、基板に対
して数ｋＶ〜数十ｋＶと特に高い電圧を発生せしめると
いうこともあり、素子製造工程における静電気対策とし
て大きな課題となっている。特に、素子そのものの帯電
を抑えること、帯電した素子の静電気を如何に均一かつ
迅速に除去するかが課題である。

【０００４】製造ラインに於ける従来の静電気除去方法
として、主としてイオナイザーという空気イオン化除電
装置、或いは除電ブロアという空気イオン化機構と送風
機構を併せ持った除電装置が用いられてきた。また、近
年、軟Ｘ線を空気に照射して、空気を電離することによ
りイオンを発生させ、静電気を中和する、軟Ｘ線除電装
置が開発された。このような静電気の除電装置を（１）
素子製造ラインの天井に取り付け、製造ライン全体を荷
電粒子に富んだ雰囲気にするルーム・イオナイゼーショ
ンという方法と、（２）製造装置の基板保持ステージや
ロボットアーム、すなわち基板の上方もしくは脇に除電
装置を設置し、荷電粒子を含んだ風を帯電した素子基板
に吹き付ける方法が採られてきた。また、特に剥離帯電
に関しては、上記に加え、（３）剥離の速度を遅くする
方法が採られてきた。（参考文献：日経エレクトロニク
ス、１９８９年１０月１６日、No.４８４、２７５−２
８３、並びに、月刊LCD Intelligence、１９９８年１
月号、９０−９３）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は基板そのものの除電は不十分であった。前記静電気の
除電方法（１）の場合、除電装置で発生した荷電粒子
が、基板に達する途中で空気中の水分等によって中和さ
れ、基板を除電する為に必要な電荷量を基板に供給でき
ないという問題があった。また、荷電粒子は基板の上面
にしか供給されないという問題もあった。

【０００６】また、軟Ｘ線のような放射線は人体に影響
を与えるなど、取り扱いに危険を伴うという問題もあっ
た。

【０００７】また、製造装置の脇に除電装置を設置する
為、スペースの関係上、設置する除電装置の数が限られ
る。従って、単位時間当たりの荷電粒子供給量が少なく
なり、基板の静電気を迅速に除電できないという問題も
あった。

【０００８】また、静電気の除電方法（２）のうち、基
板の上方に除電装置を設置した場合、静電気の除電方法
（１）と同様、基板の上面にのみに荷電粒子が供給され
るという問題があった。ここで、基板の上面とは、基板
が基板保持ステージ或いはロボットアーム等と接触して
いない面のことであり、逆に基板の下面とは、基板が基
板保持ステージ或いはロボットアーム等と接触した面の
ことである。

【０００９】また、自動搬送途中の基板が製造装置のト
ラブルなどで停滞するなどした場合、除電装置の荷電粒
子生成量が過剰となったりして、基板の帯電量に対して
荷電粒子の供給量が過剰になり、除電するどころか却っ
て帯電させてしまうという問題もあった。

【００１０】また、静電気の除電方法（２）のうち、基
板の脇に除電装置を設置した場合、荷電粒子は基板の両
面に供給される。しかし、例えば大型液晶表示素子用の
基板面内では、荷電粒子が除電装置に近い側の辺から対
辺に達するまでに一部中和されてしまい、単位時間あた
りの荷電粒子供給量に面内分布が生じてしまい、結果的
に基板面内で帯電圧分布が生じてしまうという問題があ
った。このような基板面内に於ける帯電圧分布は、例え
ば近年大型画面化の顕著な薄膜トランジスタ（TFT:Thin
Film Transistor）型の液晶表示素子の場合、ＴＦＴ
のしきい値電圧の変動量に基板面内分布を発生させる
為、問題であった。

【００１１】次に、特に剥離帯電に関してみれば、基板
と基板保持ステージの接触面、すなわち基板の下面が、
例えば図１のように帯電する。

【００１２】或る工程で基板固定台に真空吸着されてい
た基板（図１−）が、基板持ち上げピンによって基板
固定台から剥離される（図１−）。基板固定台から剥
離された基板は、更に次の工程に移るために、ロボット
等の搬送手段をもって、搬送される（図１−）。その
際、イオナイザーが装置上方等に設置してあり、これに
よって基板の静電気が除電される。例えば液晶表示素子
の基板は、ガラス基板（絶縁体）の上に金属配線を形成
している。すなわち、基板の上面は金属配線面であり、
下面はガラス面である。

【００１３】静電気の除電方法（１）や（２）のように
荷電粒子を基板上面に供給することで、基板自体は見か
け上、静電気が除電されたことになる（図１−）。す
なわち、基板は、基板と周囲の静電容量関係において電
気的に中和されたことになる。静電容量関係が常に同じ
であれば、この状態でも問題はないが、基板が他の製造
装置に搬送されるなど、基板と周囲の静電容量が変動す
れば基板の上面、下面に存在する荷電粒子の均衡が保持
できなくなり、放電を起こし、素子を破壊していた。

【００１４】また、基板のステージやロボットアームが
絶縁体からなる場合、剥離帯電によって生じた電荷がス
テージ面やロボットアーム面に蓄積してしまうという問
題があった。量産の場合は基板の処理枚数が多く、ステ
ージ面やロボットアーム面への電荷蓄積量が気中放電限
界まで達することがあるという問題もあった。

【００１５】また、上記除電方法（３）では、基板を均
一に除電するためには製造のタクトタイムを長く取らね
ばならず、量産方法としては不適切であるという問題が
あった。

【００１６】本発明の目的は、基板保持台から固定解除
され剥離帯電した素子基板の静電気を、基板面全体に亘
って均一かつ迅速に除去することが可能であり、それに
よって素子の静電気起因の不良を低減可能な基板固定台
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による基板固定台は、剥離帯電現象によって
帯電した基板を迅速かつ基板面全体に亘って均一に除電
する機構を備えることを特徴とする。迅速に除電できる
ため、製造のタクトタイムに支障を来たすこともない。

【００１８】基板を真空吸着等によって固定するのであ
って、静電気を除電すべき面はその接触面である。従っ
て、基板の下面のみを除電する、すなわち、基板の下面
のみに荷電粒子を供給すればよい。

【００１９】また、荷電粒子が基板に達するまでに中和
されないように、荷電粒子の生成機構部をできる限り基
板に接近させれば良い。

【００２０】また、基板固定台に埋め込む荷電粒子生成
の為の機構を数多く設けることで、単位時間当たりの荷
電粒子供給量を増やせば良い。

【００２１】また、帯電した基板に対して過剰の荷電粒
子を供給しないように、基板の帯電量を計測する機構を
設け、その計測結果に基づき荷電粒子の生成量及び極性
を自動的に調節する機構を設ければ良い。

【００２２】また、過剰の荷電粒子を基板に供給しない
ように、除電が完了した時点で荷電粒子の放出を停止す
るように設定すれば良い。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いながら説明する。また、本実施の形態に於
いては、本発明の装置を液晶表示素子などに用いられて
いる絶縁体基板に適用した場合について説明する。

【００２４】第一の実施例を示す。図２に本発明の概念
を模式的に示す。

【００２５】図２−Ａ）は本発明の基板固定台を上方か
ら見た図である。基板固定面、すなわち基板と基板固定
台の接触面には、真空吸着用の孔１、荷電粒子放出用の
孔２及び基板を上げ下げする為のピンの孔３がある。荷
電粒子放出用の孔の壁は絶縁体４が覆っている。これに
より、生成された荷電粒子は接地された導体に吸収され
ることなく静電気の除電対象物に到達し、効率的に静電
気除去に使用される。荷電粒子放出用の孔には荷電粒子
発生の為の放電針５が備え付けられている。

【００２６】基板を上げ下げする為のピンは圧縮空気に
よって、基板固定面に対して垂直に可動であり、基板が
固定台に真空吸着されている間は基板に接しない位置ま
で固定台の内部に収まるようにしてある。また、荷電粒
子発生の為の放電針は、その先端が基板固定面よりも固
定台側にくるように固定してある。以上が基板固定台の
台の部分の外観である。

【００２７】図２の基板固定台は、基板を固定する為に
真空吸着を用いているが、基板の固定方法は治具を用い
て基板を押さえつけても、静電チャックを用いてもよ
い。今回は、基板固定台の大きさを700mm×450mm×35mm
とした。今回、材質はステンレス材を用いたが、他の導
体でも良い。基板固定面、直径1mmの真空吸着用の真空
吸引孔と、直径１０ｍｍの荷電粒子放出孔がある。

【００２８】図２−Ｂ）は本発明の固定台の断面図であ
る。荷電粒子生成の為の放電針の先端は、荷電粒子放出
孔の出口から７mmの位置にくるように固定した。ここ
で、荷電粒子放出孔の出口とは、荷電粒子放出孔の基板
固定面に近い側の開放口のことである。放電針が固定し
てあるところよりも荷電粒子放出孔の出口に近い側の荷
電粒子放出孔の内壁は絶縁物で覆われている。今回の場
合、絶縁物としてパイレックスガラス材を用いた。

【００２９】放電針の材質は、今回、異物が発生し難い
と言われている多結晶シリコンを用いたが、廉価なタン
グステン等を用いても良い。放電針は今回の場合、交流
電源に接続されている。電源７としては、交流型電源に
限らず、直流型電源でもよい。電源の電圧及び周波数は
制御部で制御することができ、基板の真空吸着が解除さ
れると同時に放電針に電圧が印可される。本発明の装置
を用いた場合の静電気の除電能力として、基板の各位置
における１／１０減衰時間を図３に示した。

【００３０】図３−Ａ）は本発明の場合、図３−B）及
び図３−Ｃ）は従来方法の場合である。従来型の場合
は、本発明基板固定台の静電気除電機能を用いずに、固
定台の脇に別途、交流型のイオナイザーを除電装置とし
て設置することによって得られた値である。今回は、ガ
ラス基板のサイズは650mm×410mm×0.7mm、基板吸着時
の真空吸引による圧力は通常の大気圧から見て-0.4MP
a、基板の上昇速度は0.2mm/sec、荷電粒子生成針には60
Hz、2.4kVの交流電圧が印可されるようにした。

【００３１】また、荷電粒子放出用の風はオイルフリー
・コンプレッサーからエア・フィルターを通して供給
し、風速は基板の位置で1.6m/secとした。コンプレッサ
ーに近い側から0.2mmのエア・フィルター、レギュレー
ター、0.01 mmのエア・フィルターの順に配列した。ま
た、荷電粒子放出用の気体は液体窒素のタンク等から供
給しても良い。このとき、気体には出来る限り油などの
有機物成分を含まないクリーンな気体を用いるのが望ま
しい。

【００３２】また、実験室温度は約２３℃、湿度は約５
６％であった。表面電位の測定プローブは、基板表面か
ら10mmの位置に固定し、基板と上下するようにした。基
板の初期帯電量はいずれの方法でもほぼ同じであり、面
内ほぼ均一で、約1.8kVであった。しかし、本発明のも
のは従来型のものに比べて１／１０減衰時間が明らかに
短い。しかも、除電時間もほぼ均一である。これによ
り、本発明の基板固定台が従来型のものに対して優れた
静電気の除電性能を持つことが明らかとなった。

【００３３】次に第二の実施例を示す。固定台そのもの
は、第一の実施例と同じものを用いた。放電針が交流電
源に接続されている点は第一の実施例と同じであるが、 （１）交流電源に直流変換が接続され、更にインバータ
が接続されており、電圧及び周波数は制御部で制御する
ことができる （２）制御部には、表面電位計も接続されていおり、先
の交流電源の電圧及び周波数は、表面電位計によって計
測された基板の表面電位に基づいて変換することが可能
である （３）表面電位の絶対値がしきい値（今回は３Ｖに設
定）以下になると、荷電粒子の放出を直ちに停止するの
３点が異なる。図４に本発明の制御系統のブロック図を
示した。

【００３４】この装置を用いて、第一の実施例に示した
条件で実験を行い、基板表面の中心位置に於ける表面電
位を表面電位計で計測した。その結果を図５に示した。

【００３５】図５には比較の為、従来方法の場合と本発
明の場合の両方について、基板表面電位の時間変化を示
した。縦軸は基板表面の中心位置に於ける表面電位であ
り、横軸は基板がピンで持ち上げられた瞬間から計測し
た時刻である。第一の実施例と同様、本発明の方法は従
来方法に比べて静電気除電に要する時間が短い。また、
従来方法では基板の表面電位は一旦０Ｖになるが、さら
に極性が反転し、測定範囲内で基板は＋170Ｖ程度まで
帯電した。これは、イオナイザーの放出するイオンの正
負バランスが、多少正の方向に偏っていたために、基板
に過剰の正電荷が加えられたことによるものである。

【００３６】一方、本発明の方法では、基板の帯電電位
がしきい値程度の値で止まっており、逆極性に帯電する
ことはない。イオナイザーの正負イオンバランスの調整
は微妙であり、本発明のように荷電粒子生成を静電気除
去対象物の帯電量に基づいて自動調節を行う機構を備え
ていれば、静電気除去対象物を却って帯電させてしまう
ことはない。

【００３７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、剥離帯電によっ
て基板の下面に発生する静電気を効率的に、しかも基板
の面内を均一に除電することができる。また、基板に対
して荷電粒子を過剰に付与することがなく、従って基板
を帯電させることも無い。本発明の基板固定台により、
例えば、近年画面の大型化が著しい薄膜トランジスタ型
液晶表示素子の静電気による素子破壊や薄膜トランジス
タのしきい値電圧変動の基板面内分布を抑えることが可
能となった。しかも、除電を迅速に行うことができるた
め、製造タクトタイムを長く取らず、製造に支障を来さ
ない静電気対策を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の基板固定台を用いたときの剥離による基
板の帯電を示す図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は本発明の基板固定台の概略
を示す平面図及び同図（ａ）の側面図。

【図３】（ａ）ないし（ｃ）は従来の基板固定台と本発
明の基板固定台（実施例１）を用いたときの１／１０減
衰時間の差を示す図。

【図４】本発明の基板固定台の電気制御ブロック図（実
施例２）。

【図５】従来の基板固定台と本発明の基板固定台（実施
例２）を用いたときの帯電電位の時間変化を示す特性
図。

【符号の説明】

１…真空吸着用の孔、２…荷電粒子放出用の孔、３…基
板上下用のピンの孔、４…絶縁物、５…放電針、６…基
板、７…表面電位計の測定プローブ、８…従来型イオナ
イザー、９…荷電粒子を含んだ風。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 折付 良二 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 岩田 敏郎 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 廣島 實 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 HA13 JA01 JA45 NA03 NA20 PA21

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を固定するための機構と前記基板の固
   定を解除する機構とを備えた台が、荷電粒子を生成する
   機構を備えることを特徴とする基板固定台。
2. 【請求項２】基板を固定するための機構と前記基板の固
   定を解除する機構とを備えた台が、荷電粒子を生成し、
   前記荷電粒子を放出する機構を備えることを特徴とする
   基板固定台。
3. 【請求項３】基板を固定するための機構と前記基板の固
   定を解除する機構とを備えた台が、荷電粒子を生成し、
   前記荷電粒子を前記基板と台の接触面から放出する機構
   を備えることを特徴とする基板固定台。
4. 【請求項４】基板を固定するための機構と前記基板の固
   定を解除する機構とを備えた台が、正電荷を帯びた荷電
   粒子と負電荷を帯びた荷電粒子とを生成し、前記荷電粒
   子を前記基板と台の接触面から放出する機構を備えるこ
   とを特徴とする基板固定台。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれか１項記載の該荷
   電粒子の生成をコロナ放電によって行うことを特徴とす
   る基板固定台。
6. 【請求項６】請求項１から５のいずれか１項記載の該基
   板固定台は基板の帯電量を計測する機構を備えることを
   特徴とする基板固定台。
7. 【請求項７】請求項６の該基板固定台は基板の帯電量を
   計測した結果に基づき該基板固定台から放出する荷電粒
   子の極性並びに放出量を自動調整する機構を備えること
   を特徴とする基板固定台。
8. 【請求項８】請求項１から７のいずれか１項記載の該基
   板固定台は基板との接触面が導体で構成されかつ接地さ
   れていることを特徴とする基板固定台。
9. 【請求項９】請求項１から８のいずれか１項記載の該基
   板固定台を用いて製造された電子部品及びその製造方法
   であることを特徴とする基板固定台。