JP2006147926A - 静電吸着システム及びそれを用いたアライメント方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高抵抗のハンドリング対象物の静電吸着力の発生時間を短縮させること。
【解決手段】電極１０３ａ、１０３ｂに電圧を印加させ、印加電圧によりハンドリング対象物としての高抵抗体１０４の表面１０４ａに表面分極を発生させることによりハンドリング対象物１０４と電極面１０２ａとの界面に静電気吸引力を発生させてハンドリング対象物１０４を吸着する静電吸着システムである。電極面１０２ａとハンドリング対象物１０４との間に分極加速液体１０６を離散的に介在させた状態で電圧を印加させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、高抵抗体の吸着を速やかに行える静電吸着システム及びそれを用いたアライメント方法に関する。

従来から、電極に電圧を印加させ、該印加電圧によりハンドリング対象物の表面に表面分極を発生させることによりハンドリング対象物と電極面との界面に静電気吸引力を発生させてハンドリング対象物を吸着する静電吸着システムが知られている。

しかしながら、このような静電吸着システムにおいては、吸着面の表面抵抗が高いほど、静電吸着力の誘起に時間がかかるという課題があった。

このような静電吸着システムにおいては、電極に印加した電圧によって、吸着面に静電界が形成され、この静電界によって、吸着面の表面分極が進み、この表面分極が進むに連れて、電極面とハンドリング対象物間との間の吸引力が上昇している。

しかしながら、ハンドリング対象物が高抵抗の場合には、吸着面の表面分極に時間を要する。そして、これが起因して、高抵抗のハンドリング対象物では、表面抵抗が高いハンドリング対象物ほど静電気力の誘起に時間がかかるという課題があった。

そこで、本発明は、高抵抗のハンドリング対象物の静電吸着力の発生時間を短縮させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者が鋭意研究した結果、エタノールのような有機極性溶剤又は水を吸着面に霧状で少量噴霧することにより、吸着力の発生が高められることを見出した。

すなわち、本発明は、電極に電圧を印加させ、該印加電圧によりハンドリング対象物としての高抵抗体の表面に表面分極を発生させることによりハンドリング対象物と電極面との界面に静電気吸引力を発生させてハンドリング対象物を吸着する静電吸着システムにおいて、前記電極面とハンドリング対象物との間に分極加速液体を離散的に介在させた状態で電圧を印加させることを特徴とする静電吸着システムである。

本発明によれば、電極面とハンドリング対象物との界面に分極加液体を離散的に介在させた状態で電圧を印加させることにより、高抵抗のハンドリング対象物の静電吸着力の発生時間を短縮させることができる。

以下に本発明に係る静電吸着システムの一例につき図面に基づき説明する。

図４は、従来例に係る静電吸着システムを説明する図である。

この図において、符号１０１は、電極１０３を片面に有する構造部材であり、この電極１０３は、絶縁層１０２により埋設された二群の電極要素群１０３ａ，１０３ｂとから構成されている。これらの二群の電極要素群１０３ａ，１０３ｂは、互いに交互に隣接してその表面が平面を形成するように配設されている。

これらの電極要素群１０３ａ、１０３ｂが埋設されている絶縁材料の下表面（電極面）は保持対象物としての高抵抗体１０４を保持する面となるので、本発明においては、以下保持面１０２ａと呼称し、この保持面１０２ａに対向する高抵抗体１０４の表面は、保持面１０２ａに吸着される面であるので、吸着面１０４ａと呼称する。

各電極要素群１０３ａ、１０３ｂにはそれぞれ印加電圧制御部１０５が接続固定されている。この印加電圧制御部１０５は、各電極要素群１０３ａ，１０３ｂへ印加される電圧を制御している。

このような静電吸着システムにおいては、印加電圧制御部１０５から電極要素群１０３ａ，１０３ｂのそれぞれに正負の電圧（Ｖａ＝＋Ｖ１；Ｖｂ＝−Ｖａ）を印加させることにより、高抵抗体１０４の吸着面１０４ａが保持面１０２ａとしての絶縁材料１０２の下面に相対向して静電吸着されるようになっている。

ここで、本発明においては、図１に示すように、この吸着面１０４ａと保持面１０２ａとの間にハンドリング対象物の表面分極を促進し、静電気力の誘起を加速する霧状液体１０６が離散的に点在されている。

この分極加速液体としては間に介在されて、高抵抗体の分極を加速する液体であれば特には制限されない。例えば、極性溶剤が一例として例示され、より具体的には、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類、水等が例示される。

このような分極加速液体は、表面に離散的に付与される必要がある。このような離散的な付与は液体の粒子を分散して付与することにより付与できる。

例えは、電極吸着面又はハンドリング対象物の一方又は双方に分極加速液体を微粒子状に噴霧させて付与させることができる。この場合の噴霧は、吸着面又は電極面の全面に離散的に付与すれば足り、かつ、離散的に付与することが必要である。例えば、付与させるべき面積に対して、１パーセント程度以上付与されれば、効果が発揮されるが、ハンドリング対象物を分極加速液体中に浸漬するなどして全面に付与すると十分には効果が発揮されない。

これにより、本発明においては、分極加速液体１０６が離散的に介在された状態で、印加電圧制御部１０５から電極要素群１０３ａ，１０３ｂのそれぞれに正負の電圧（Ｖａ＝＋Ｖ１；Ｖｂ＝−Ｖａ）を印加させることにより、ハンドリング対象物の吸着面１０４ａと保持面１０２ａとの間に離散的に介在された分極加速液体１０６が分極され、この分極によって放出されるエネルギーが初期エネルギーとして働き、ハンドリング対象物の表面（吸着面１０４ａ）の表面分極が促進され、吸着面１０４ａが保持面１０２ａとしての絶縁材料１０２の下面に相対向して素早く静電吸着される。

以上により形成される静電吸着システムは、高抵抗体であるガラス基板に対して適用することができ、また、本発明により得られる吸着力はその後にシステム全体を減圧にするなどして分極加速液体を除去した後にも維持されることが実権により確認されている。それ故、例えば、高真空下でアライメントが必要なアライメント方法に適用すれば、常圧又は減圧下で静電吸着した後、高真空下に減圧を移行し、高真空下でアライメントを行うアライメント方法へ適用すると特に効率的である。このようなアライメント方法は、次世代基板を模索する大面積液晶の組立工程に用いられるアライメントが一例として好適に利用が可能である。

つぎに、本発明の効果を実証するために図１及び図４に示す静電吸着システムを用いて実施例により説明するが、本発明は以下の実施例の数値に限定されるものではない。

図４に示す静電吸着システムを用い、電極への印加電圧は±１ＫＶで、電圧印加してから４０秒後に、１０¹⁶Ωの表面抵抗を有する高抵抗体ガラス基板に対して発生する吸引力は約３ｇ／ｃｍ²であるのに対して、図１に示す静電吸着システムを用いて、高抵抗体ガラス基板の吸着面にエタノールを噴霧した直後の吸着実験では、電圧印加してから４０秒後には、３１ｇ／ｃｍ²の吸着力が確認できた。

また、図１の静電吸着システムの全体をチャンバー内に配設し、静電吸着された状態のままで、システム全体を１Ｐａ程度に真空引きし、界面に介在されるエタノールを全て揮発させた。その後、吸着力を再測定したところ、同様に３１ｇ／ｃｍ²の吸着力が確認できた。

この結果、ガラス基板を１Ｐａ程度の真空下でアライメントを行うアライメント装置における上基板ワークの保持に、本発明の静電吸着システムを適用することが可能であると示唆された。

次に、(1)エタノールを吸着面１０４ａに噴霧する。(2)電極に電圧を印加して吸着面１０４ａを保持面１０２ａに吸着させる。(3)真空引きして界面間のエタノールを除去する。(4)吸着力を測定する。(5)印加電圧を遮断してガラス基板１０４の吸着を解除して、保持面１０２ａ及び吸着面１０４ａ間を切り離す。(6)エタノールを噴霧せずに、同一ガラス基板１０４を再度保持面１０２ａに当接して、電極に電圧を印加して吸着面１０４ａを保持面１０２ａに吸着させる。(7)吸着力を測定する。の７工程を順次１０回繰り返した。

この結果、工程(4)では、常に３１ｇ／ｃｍ²程度の吸着力が得られるのに対して、工程(7)では、常に３ｇ／ｃｍ²程度の吸着力しか得られなく、いずれの吸着力も安定していた。

この結果、界面にエタノールが介在されている場合のみ、ガラス基板面の表面分極を加速していることが確認された。

なお、このエタノールは、霧状のような微粒子状で付与することにより、界面に離散的に付与することが必要であるが、界面での均一な表面分極の発生を期待する場合には、均一に付与されることが好ましい。

このような分極加速液体が界面に占める面積は、特には限定されないが、１％以上で効果があり、例えば、１０％程度で十分であろうと推定される。

また、以上の実験は、エタノールで行ったが、これに限定されずに、例えば、イソプロパノールＩＰＡのような他の極性の有機溶剤や、ガラス基板に比べて抵抗の低いものを用いることが可能である。

また、同様な実験を水滴を用いて行ったところ、水滴の場合には、吸着面に水を少量噴霧することにより、水の微粒子（微細な水滴）を互いの水滴間が離間するように離散的に付与した場合、その状態を維持することが容易であることが確認された。また、エタノールと同様の初期での吸着力の増大が確認された。これにより、水は取り扱いも容易であるので、本発明を遂行するに際しての好適な分極加速液体の一つであることが確認される。

つぎに、本発明に係る静電吸着システムと従来型の静電吸着システムとの高抵抗体をハンドリング対象物とした場合の静電気力の誘起速度を測定し、結果を図２に示した。本発明によれば、初期の静電気力の誘起速度の立上りが従来型の静電吸着システムに比べて早いことが確認された。

ここで、高抵抗体に対する吸着力の誘起速度が環境湿度に影響されているということが報告されているので、本発明との関連性を確認するために、湿度を種々変化させた場合の高抵抗体をハンドリング対象物とする場合における、静電吸着力の誘起速度と湿度との関係を測定し、図３に示した。

この結果、湿度が高いほど、吸着力の立上りが急激に早くなることが確認された。一例を挙げると、３０％の相対湿度下での実験では、吸着力が平衡に達するまでに必要な時間は約２０分必要であったが、６０％の相対湿度の環境下では、吸着力が平衡に達するまでの所要時間が３０秒程度であった。

この現象の最も重要な原因は、湿度が高い程、ハンドリング対象物としてのガラス基板の吸着面１０４ａに付着している水分の量が多く、印加電圧に対して、これらの水分が高速に分極し、この分極によって発生するエネルギーを受けて、高抵抗体の表面（吸着面１０４ａ）の表面分極が促進され、湿度の低い場合に比べて、分極が促進され、吸引力の立上りが早くなったと推定された。

本発明においては、積極的に分極加速液体を付与しているので、環境湿度のコントロールに比べて更に著しく分極加速が進行していると考えられる。

以上、この発明の実施の形態を図面及び実施例により詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

産業上の利用の可能性

本発明に係る静電吸着システムによれば、ガラス基板などの高抵抗体のハンドリング装置としての有用性が確認されたので、ＬＣＤ用のガラス基板などの各種の薄板材料のアライメントに用いることができる他、例えば、フラットパネルディスプレイ用の各種基板や半導体ウエハ、ＣＤ基板、ガラス基板、フォトマスク、プリント基板等のアライメントを含め、その他の高抵抗体としての薄膜材料や各種デバイスのアライメント装置としての応用が期待される。

それらは、例えば、液晶表示装置の組立工程、半導体チップなどの各種電子部品の組立工程、パッキング工程等である。

本発明に係る静電吸着システムを説明する図である。 本発明に係る静電吸着システムと従来型の静電吸着システムとの高抵抗体をハンドリング対象物とした場合の静電気力の誘起速度を比較する図である。 高抵抗体をハンドリング対象物とする場合における、静電吸着力の誘起速度と湿度との関係を示す図である。 従来型の静電吸着システムを説明する図である。

符号の説明

１０１：構造部材
１０２：絶縁層
１０２ａ：保持面（電極面）
１０３：電極
１０３ａ，１０３ｂ：電極要素群
１０４：ハンドリング対象物（高抵抗体）
１０４ａ：吸着面
１０５：印加電圧制御部
１０６：霧状液体

Claims (5)

1. 電極に電圧を印加させ、該印加電圧によりハンドリング対象物としての高抵抗体の表面に表面分極を発生させることによりハンドリング対象物と電極面との界面に静電気吸引力を発生させてハンドリング対象物を吸着する静電吸着システムにおいて、
   前記電極面とハンドリング対象物との間に分極加速液体を離散的に介在させた状態で電圧を印加させることを特徴とする静電吸着システム。
2. 前記分極加速液体は、極性溶剤であることを特徴とする請求項１記載の静電吸着システム。
3. 前記極性溶剤は、水又はアルコール類であることを特徴とする請求項１記載の静電吸着システム。
4. 前記分極加速液体は、電極吸着面又はハンドリング対象物の一方又は双方に噴霧されて付与されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の静電吸着システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の静電吸着システムを用いたアライメント方法。

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