JP2002267707A - 静電気検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気的な動作によりリアルタイムに周囲３６
０度の静電気の電位を簡易的に表示したり、警告を促す
静電気検出装置を提供する。 【解決手段】 碍子２で絶縁した金属棒のアンテナ１の
下端から保護抵抗器３で演算増幅器４の＋入力端子に入
力し、出力端子は−の入力端子に接続して演算増幅器４
をバッファアンプとして動作させる。バッファアンプの
出力はアナログ出力端子Ｊ１−１に接続されるとともに
絶対値回路２３に入力される。アンテナ１に電荷を持つ
ものが近づくと、それによる入力がバッファアンプを介
して絶対値回路２３から出力され、それによりトランジ
スタ２４がオンになり、アナログ出力端子Ｊ１−１また
はデジタル出力端子Ｊ１−２から出力が得られるととも
に発光ダイオード２５が点灯しブザー２７が鳴り響いて
電荷の接近を警告する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気に弱い半導
体素子等を取り扱う生産工程において静電気の検出に使
用される静電気検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体等のプロセスにおいて微細
化が進み、静電気による素子破壊や劣化が問題にされる
ようになってきており、生産工場においては静電対策が
徹底されている。従来、静電気を測定する装置は静電気
の電位を測定するものが知られている。

【０００３】図３は従来の静電気測定装置の構成を示す
ブロック図、図４は同じくその外観を示す斜視図であ
る。図３、図４において、振動板電極５０とバイアス電
極板５１とが静電シールドのためのシールド外装ケ−ス
５２内に納められている。このシールド外装ケ−ス５２
は、装置全体の外装ケース５３の端部に取り付けられ、
静電気の電位を検出するための共通の開口部５４に接近
した物体の静電気による電荷５５を検出する。

【０００４】バイアス電極板５１は絶縁体５６で固定さ
れ、振動板電極５０は交流電源５７で振動するアクチュ
エータ５８に挟まれて保持されている。そしてシールド
外装ケ−ス５２は接地されグランド電位に固定されてい
る。振動板電極５０には、振動板電極５０のＤＣ成分を
除去するためのコンデンサ５９を介して交流増幅器６０
の入力に接続され、交流増幅器６０の出力にはレベルを
指示するメ−タ６１が接続されている。バイアス電極板
５１にはバイアス電位を供給するバイアス電源６２が接
続されている。バイアス電極５１と振動板電極５０の間
隙６３とバイアス電源６２の電圧の積及び被測定物から
振動板電極５０までの距離と被測定物の静電気による電
位の積が比例関係をもっており、これにより被測定物の
静電気から受ける電位を測定することが可能となる。

【０００５】以上のように構成された静電気測定装置に
ついて、以下その動作を説明する。まず、電荷５５がな
い状態においては、静電結合された振動板電極５０を開
口部５４（すなわち０Ｖ）と、バイアス電源６２が印加
されたバイアス電極板５１（例えば−３０Ｖ）との間に
生ずる電界中で、アクチュエ−タ５８により一定の機械
振動を与えると、電界強度の変化が生じ、振動板電極５
０から交流信号として取り出すことができる。この交流
信号が、レベルメ−タの指示位置で中央になるようにバ
イアス電源６２で調整する。

【０００６】電荷５５がある場合、例えば電荷５５がプ
ラスで開口部５４の相対的な電位が＋３０Ｖの場合、バ
イアス電極板５１との間に生ずる電位差は２倍となり、
電界強度も比例して高くなり、この電界中で一定振幅で
振動している振動板電極５０から得られる交流信号は大
きくなり、レベルメ−タはフルスケ−ル方向に振らせ
る。また電荷５５がマイナスの場合、例えば電荷５５が
マイナスで開口部５４の相対的な電位が−３０Ｖの場
合、バイアス電極板５１との間に生ずる電位差は０とな
り、電界強度は無くなり、一定振幅で振動している振動
板電極５０から得られる交流信号は０となり、レベルメ
−タは０となる。

【０００７】電荷５５の大きさは静電気の電位に比例す
ることから、静電気の電位をメ−タで表示できるように
している。このように従来の装置は静電気の電位を測定
することを目的として構成されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような静電気測定
装置においては、静電気の極性および電位を測定するこ
とができるが、機械的な動作を用いているので、環境変
化による電極のたわみや隙間の中に粉塵が入ることによ
る精度悪化や、電極の機械的経時劣化等の影響を受けや
すく、信頼度に欠けるという問題がある。また、静電気
測定装置の外周はシ−ルドケ−スで遮蔽され、一方向に
開口部があり、その構造から指向性を有し、常時連続使
用するものではなく、定期的に測定するものである。生
産現場においては、静電気に帯電した作業者は、リアル
タイムで静電気の帯電レベルが変動し、また作業者はあ
らゆる方向に移動するため、周囲３６０度の静電気の電
位を検出する静電気の監視システムが必要であり、異常
時には警告を発するシステムが必要である。

【０００９】本発明は、純電気的な構造の検出システム
であり、リアルタイムに周囲３６０度の静電気の電位を
簡易に表示したり、警告を促すための静電気検出装置を
提供することを目的としてなされたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の静電気検出装置の請求項１の構成は、絶縁さ
れたアンテナと、出力端子から負の入力端子に接続され
バッファアンプとしての演算増幅器と、前記アンテナの
一端と前記演算増幅器の正の入力端子との間に接続され
た保護抵抗器と、前記アンテナの一端とグランドとの間
に接続され、前記保護抵抗器に比べて非常に高い抵抗値
を有する放電抵抗器と、前記バッファアンプの正の入力
端子とグランドとの間に接続された小容量のコンデンサ
と、前記バッファアンプの出力端子に接続されたアナロ
グ出力端子とを備えたものである。

【００１１】この構成によって全く機械的動作を使用せ
ず電気回路構成により環境変化や粉塵等による精度悪化
という弊害もなく、かつ機械的経時劣化がなく、周囲３
６０度にわたってリアルタイムに静電気を帯びた作業者
や物体を検出できることとなる。

【００１２】また本発明の請求項２の構成は、請求項１
の構成に加えて、前記バッファアンプの出力端子の出力
を入力し正負いずれの入力からも正の整流出力を得る絶
対値回路と、前記絶対値回路の出力をベースに加えたト
ランジスタとを備え、前記アンテナへの正負いずれかの
電荷が与えられたときは前記絶対値回路により整流され
た出力により前記トランジスタがオンになることを特徴
とするものである。

【００１３】この構成によって、請求項１の作用に加え
て所定電圧以上の電荷が近づいた場合、トランジスタの
オン状態の変化を利用して作業者に光や音などで注意を
喚起させることや静電気レベルの変化を工程履歴のデ−
タとして残すことができるという作用を有する。

【００１４】また本発明の請求項３の構成は、請求項２
の構成に加えて、前記絶対値回路と前記トランジスタの
ベースとの間にあらかじめ定めた電圧と入力電圧とを比
較するコンパレータ回路をさらに備え、入力電圧があら
かじめ定めた電圧を超えることによる前記コンパレータ
の出力を受けた前記トランジスタのオン動作に応じて光
または音響で警告することを特徴とするものである。

【００１５】さらに本発明の請求項４の構成は、請求項
２における前記絶対値回路または請求項３における前記
コンパレータ回路と前記トランジスタのベースとの間に
入力信号を一定時間保持するピークホールド回路をさら
に備え、前記絶対値回路の出力または前記入力電圧があ
らかじめ定めた電圧を超えることによる前記コンパレー
タの出力を一定時間保持し、その保持出力による前記ト
ランジスタのオン動作に応じて光または音響で警告する
ことを特徴とするものである。

【００１６】これらの構成によりリアルタイムに周囲３
６０度の静電気の電位が一定以上のレベルに達した時に
異常状態を警告ランプ又は警告音で警告を促すように作
用し、生産現場でリアルタイムに周囲３６０度の静電気
の電位が異常状態であることを人間の視覚及び聴覚に訴
えることができるという作用を有する。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）以下本発明の実
施の形態１について、図１を用いて説明する。図１は本
発明の実施の形態１における静電気検出装置のブロック
図を示し、図１において、アンテナ１はたとえば長さ４
０センチメートル程度の金属棒を碍子２で絶縁して垂直
に立てたもので、その下端に保護抵抗器３の一端が接続
され、保護抵抗器３の他端は演算増幅器４の＋入力端子
に接続され、この接続点からは１０ｐＦの小容量のコン
デンサ５でグランドに接続されている。この保護抵抗器
３とコンデンサ５とで外部から誘導される電磁波のフィ
ルタとなる。

【００１８】演算増幅器４には入力電流３０〜３００ｆ
Ａ（フェムトアンペア）の高入力インピ−ダンスを持っ
たものを用い、その出力端子はアナログ出力端子Ｊ１−
１に接続されると共に−入力端子に接続され、１００％
の負帰還によって増幅度１のバッファアンプを形成して
いる。

【００１９】アンテナ１の下端には高い抵抗値の放電抵
抗器６が接続され、その他端は１ＭΩの可変抵抗器７の
可動接点に接続されている。保護抵抗器３はたとえば５
〜１０ＭΩ、放電抵抗器６はたとえば１００〜５００Ｇ
Ωの高抵抗とし、放電抵抗器３＞＞保護抵抗器２の関係
となっていて、放電抵抗器６はアンテナにたまった電荷
を放電させる。

【００２０】可変抵抗器７は４個の１ＭΩの抵抗器８，
９，１０，１１とともにブリッジを形成し、抵抗器８と
１０の接続点に第１の電源２８から電圧＋９Ｖを印加
し、抵抗器９と１１の接続点に第１の電源から電圧０Ｖ
を印加する。抵抗器１０と１１との接続点は第２の演算
増幅器１２の＋入力端子に接続され、第２の演算増幅器
１２の出力端子は−入力端子とグランドに接続されてい
る。これによって第１の電源２８の中点はグランド電位
となり、また可変抵抗器７を調節することによって演算
増幅器４のオフセット電圧を調整することができる。

【００２１】抵抗値４．７〜１０ＫΩ程度の抵抗器１３
〜１７、第３の演算増幅器１８、１０００ｐＦのコンデ
ンサ１９、ダイオード２０，２１、第４の演算増幅器２
２によって絶対値回路２３を構成する。第３の演算増幅
器１８はダイオード２０，２１の接続点をグランド電位
に定位し、第４の演算増幅器２２は正負両極性の信号を
正極性の信号として整流出力する。抵抗器１３への印加
電圧が＋の極性の場合は信号は第４の演算増幅器２２の
＋入力端子に加えられて増幅され絶対値回路２３の出力
は正の出力となり、抵抗器１３への印加電圧が−の極性
の場合は信号は第４の演算増幅器２２の−入力端子に加
えられて増幅され絶対値回路２３の出力は同じく正の出
力となり、入力信号の正負に関わらず出力端子には正の
極性の出力が得られる。

【００２２】絶対値回路２３の出力はエミッタが接地さ
れたトランジスタ２４のベースに接続され、トランジス
タ２４のコレクタには発光ダイオード２５、１００Ω程
度の抵抗器２６を介して第２の電源２９から、たとえば
３Ｖの正の電圧が印加され、かつコレクタはデジタル出
力端子Ｊ１−２に接続されている。必要があれば発光ダ
イオード２５と抵抗器２６の直列回路に並列にブザー２
７を接続してもよい。

【００２３】以上のように構成された静電気検出装置に
ついて、以下その動作を説明する。上記の条件のもと
で、静電気を帯びた作業者が近づくと作業者に帯電して
いる正または負の電荷の影響でアンテナ１に正、または
負の電位が与えられ、その電位をバッファアンプとなっ
た演算増幅器４で検出し、アナログ出力端子Ｊ１−１に
出力すると共に絶対値回路２３で整流されて、常に＋の
出力が得られ、これが一定電位以上になるとトランジス
タ２４をオンにさせる。出力端子Ｊ１−２の電圧は電荷
が近づかないときは＋３Ｖであるが、アンテナ１に一定
以上の電位を持つものが近づいてトランジスタ２４がオ
ンになると略０Ｖとなる。

【００２４】このようにアナログ出力端子Ｊ１−１に
は、その時々のアンテナ１に近づく正負の電位に比例し
たアナログ出力が得られるとともにデジタル出力端子Ｊ
１−２にはアンテナ１に近づく電荷の電位が一定以上に
なると略０となるデジタル的な検出出力が得られ、トラ
ンジスタ２４のオン動作と共に発光ダイオード２５が点
灯する。このときブザー２７が接続されていれば、発光
ダイオード２５が点灯している間、ブザーが鳴り響く。

【００２５】実験によれば長さ４０ｃｍのアンテナを垂
直にして１００Ｖの電位のものが１ｍに接近したときに
トランジスタ２４がオンになる程度の感度が得られた。

【００２６】以上のように本実施形態によれば、全く機
械的動作を使用しない回路構成により、信頼度が高く、
リアルタイムに周囲３６０度の範囲の静電気の電位を検
出できる静電気検出装置を提供でき、生産現場でリアル
タイムに静電気の電位を検出し、作業者に光や音によっ
て注意を喚起させることができる。出力端子Ｊ１から静
電気の電位を常時出力することにより日常の静電気レベ
ルを工程履歴のデ−タとして残すこともできるという効
果も合わせて持つことができる。

【００２７】（実施の形態２）次に、図２は本発明の第
２の実施形態の静電気検出装置のブロック図を示し、図
２において図１と同じ機能の部分、すなわちアンテナ１
から絶対値回路２３まで、およびトランジスタ２４、発
光ダイオード２５、抵抗器２６、ブザー２７、電源２
８，２９等には同じ符号を付けて説明を省略する。

【００２８】図１と異なる点は、絶対値回路２３の出力
はコンパレータ回路３０に入力され、比較電圧３１と比
較される。比較結果は一定時間内ピ−ク値を保持するピ
−クホ−ルド回路３２を介してトランジスタ２４のベー
スに入力する。

【００２９】保護抵抗器３は５〜１０ＭΩ、放電抵抗器
６は１００〜５００ＧΩで、演算増幅器４によるバッフ
ァアンプが高入力インピ−ダンスを持っていること等は
第１の実施形態の図１と同様である。

【００３０】静電気を帯びた作業者がアンテナ１に近づ
くと、作業者に帯電している電荷の影響でアンテナ１に
電位が与えられ、その電位をバッファアンプで検出し、
アナログ出力端子Ｊ１−１に出力すると共に絶対値回路
２３に与えられる。近づいた電荷が正でも負でも出力が
正の値となってコンパレ−タ回路３０に印加される。こ
の電圧と、あらかじめ設定された比較電圧３１とが比較
されて、絶対値回路２３から出力されたレベルが比較電
圧３１を超えたときに、あるレベルを出力する。そして
コンパレ−タ回路３０の出力信号をピ−クホ−ルド回路
３２に入力し、ある一定の時間範囲内でピ−ク値を保持
する。そしてそのピ−クホ−ルド回路３２の出力信号を
トランジスタ２４のベ−スに入力してトランジスタ２４
をオンにさせて発光ダイオ−ド２５を点灯させる、また
はブザー２７を鳴り響かせる。

【００３１】ピークホールド回路３２により一定時間ピ
ーク値が保持されるので、短時間の入力にも一定時間発
光ダイオード２５が点灯するか、またはブザー２７が鳴
り響くので、確認が容易にできる。

【００３２】以上のように本実施形態によれば、全く機
械的動作を使用しない回路構成により、信頼度が高く、
リアルタイムに周囲３６０度の静電気の電位が一定以上
のレベルに達した時に異常状態を発光ダイオ−ドやブザ
ーなどで人間の視覚及び聴覚に訴えて警告を促す静電気
検出装置を提供できる。

【００３３】第１の実施形態のものに比べてコンパレー
タ回路が入っているので、トランジスタ２４のオン・オ
フがより明確になり、発光ダイオード２５の点灯が確実
に視認できる。もちろん第１の実施形態の図１にこのピ
ークホールド回路だけを付加してもよい。

【００３４】ここでは発光ダイオ−ドを表示のために用
いたが、発光ダイオードの代わりにリレーまたは電子回
路を介して警告ランプを点灯させてもよい。

【００３５】上記各実施形態では静電気を帯びた作業者
が近づくものとして説明したが、作業者に限らず静電気
を帯びた物体や部品の接近を検出することができるのは
いうまでもない。

【００３６】本発明は、このように光や音で警告を発す
るだけでなく、アナログまたはデジタルで記憶できるデ
−タに変換して出力することで、パソコン等にデ−タを
取り込み、静電気の電位変動デ−タを工程履歴として残
せることとなり、品質と静電気レベルとの関係や生産工
程における要求される静電気レベルを決定する貴重なデ
−タ収集として活用することができる。また、指向性が
なく、周囲３６０度を検出エリアとしており、帯電した
作業者または物体がどこから近づいても検出できること
となる。

【００３７】なお回路定数、電圧などの数値は一例であ
り、動作ができる範囲で自由に設定できることはいうま
でもない。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明の静電気検出装置
は、全く機械的動作を使用しない電気回路構成であり、
環境変化や粉塵等による精度悪化という弊害がなく、か
つ機械的経時劣化がなく、信頼度の高い検出ができる。
この出力は静電電荷に対応したデジタル的な出力と、そ
の時々の正負の電位に比例したアナログ出力が得られ、
工程の管理データとしても活用できるものである。

【００３９】そして生産現場においてリアルタイムに周
囲３６０度の静電気の異常状態を検出して、帯電した作
業者や物体がどこから近づいても作業者に注意を喚起
し、静電気による半導体の破壊や半劣化を起こさせない
品質の良い製品を生産することができるという有利な効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の静電気検出装置のブ
ロック図

【図２】本発明の第２の実施形態の静電気検出装置のブ
ロック図

【図３】従来の静電気測定装置の構成図

【図４】従来の静電気測定装置の斜視図

【符号の説明】

１ アンテナ ２ 碍子 ３ 保護抵抗器 ４ バッファアンプとしての演算増幅器 ５ コンデンサ ６ 放電抵抗器 １２，１８，２２ 演算増幅器 ２３ 絶対値回路 ２４ トランジスタ ２５ 発光ダイオード ２７ ブザー ２８ 第１の電源 ２９ 第２の電源 ３０ コンパレータ回路 ３１ 比較電圧 ３２ ピークホールド回路 Ｊ１−１ アナログ出力端子 Ｊ１−２ デジタル出力端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁されたアンテナと、 出力端子から負の入力端子に接続されバッファアンプと
   しての演算増幅器と、 前記アンテナの一端と前記演算増幅器の正の入力端子と
   の間に接続された保護抵抗器と、 前記アンテナの一端とグランドとの間に接続され、前記
   保護抵抗器に比べて非常に高い抵抗値を有する放電抵抗
   器と、 前記バッファアンプの正の入力端子とグランドとの間に
   接続された小容量のコンデンサと、 前記バッファアンプの出力端子に接続されたアナログ出
   力端子とを備えた静電気検出装置。
2. 【請求項２】 前記バッファアンプの出力端子の出力を
   入力し正負いずれの入力からも正の整流出力を得る絶対
   値回路と、 前記絶対値回路の出力をベースに加えたトランジスタと
   を備え、 前記アンテナへの正負いずれかの電荷が与えられたとき
   は前記絶対値回路により整流された出力により前記トラ
   ンジスタがオンになることを特徴とする請求項１記載の
   静電気検出装置。
3. 【請求項３】 前記絶対値回路と前記トランジスタのベ
   ースとの間にあらかじめ定めた電圧と入力電圧とを比較
   するコンパレータ回路をさらに備え、 入力電圧があらかじめ定めた電圧を超えることによる前
   記コンパレータの出力を受けた前記トランジスタのオン
   動作に応じて光または音響で警告することを特徴とする
   請求項２記載の静電気検出装置。
4. 【請求項４】 請求項２における前記絶対値回路または
   請求項３における前記コンパレータ回路と前記トランジ
   スタのベースとの間に入力信号を一定時間保持するピー
   クホールド回路をさらに備え、 前記絶対値回路の出力または前記入力電圧があらかじめ
   定めた電圧を超えることによる前記コンパレータの出力
   を一定時間保持し、その保持出力による前記トランジス
   タのオン動作に応じて光または音響で警告することを特
   徴とする請求項２または３記載の静電気検出装置。