JP4444846B2 - 静電容量を制御する製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶表示装置や各種半導体などの製造工程において、静電気による障害を除去するために、製造工程での静電容量を制御する製造装置に関する。

液晶表示装置や各種半導体などの製造工程において、静電気の発生により、製品の信頼性の低下や歩留まりの低下が問題になっており、その対策として、除電装置からの電荷供給による除電が行われている。

しかし、製造工程によっては、除電装置の取り付けが困難な場所や除電装置からの電荷供給が困難な場所は、製造品の電位が高くなっているにもかかわらず、除電が一部行われず、製造品の電位を静電気障害が起きない所望の範囲に、常に制御することができていなかった。そのために、静電気障害の完全制御は達成されていない。

下記特許文献１には、帯電電荷を一気に中和させないことで、同一基板面内での電位差を、ある範囲内に制御しようとするものが記載されている。その達成手段として、コロナ放電電極での放電が、所定の基板電位以上でしか発生しないようにすることで、除電が行われても、基板電位がある電位に到達した時点で停止するような工夫がなされている。

しかし、除電装置をローラ間に、所定の間隔で連続的に設置する必要があり、膨大な数になる。さらに、放電電極自身が接地されるタイプでは、原理的に数十Ｖレベルの制御は困難である。また、放電電極に電圧を印加する場合においては、基板電位を０Ｖ近くまで除電することは、原理的には可能となるが、反面、放電電極自身が、帯電物体として基板側に静電気障害を発生させる障害源（デバイス破壊の代表的な破壊モデルの一つ）となる。つまり、連続的に除電装置を設置しなければならないばかりか、制御電位に関しても、数十〜１００Ｖレベルの高性能な除電が困難といえる。

また、下記特許文献２には、帯電電荷に対して、帯電電荷量よりも多い電荷を強制的に過剰に被帯電物体に供給することで、まずは、電荷の分布を緩和し、次に、逆極性の電荷を供給することで、一様な除電を可能とし、最終的に面内電荷分布をなくすと同時に電位を下げるものが記載されている。ここで、最後の一様な除電を可能にする手段として、被帯電物の静電容量を小さくすることで電位を上昇させ、被帯電面からの一様な強い電界を形成させることで、一様な短時間での除電を可能にしている。これは、最終的に、製品の不均一な残留電荷を防止することを目的としたもので、帯電電荷量及び電位とも上昇させることで達成しうるもので、電位を常に所定の電位以下に制御すること、及び、同一面内における電位差を低減するものではない。

特開２００２−３２３６８６号公報 特開平８−６４３８４号公報

このような背景技術の静電気対策には、以下（１）（２）（３）のような課題がある。

（１）ローラ搬送などのように、連続的に帯電が生じるところでは、帯電電位が厳しい場合、非常に多くの除電装置を必要とし、除電装置の設置スペース確保のための製造装置の大型化及び除電装置数の増加によりコストが高くなる。

（２）除電装置の設置台数を少なくした場合は、除電前の部位の電位が高くなるばかりか、同じ基板面内で除電後の部位との電位差が生じることによる障害が顕在化する。

（３）ステージからの剥離帯電時の除電においては、被帯電物体は剥離上昇により、一気に電位が上昇する。しかし、従来の除電では、電位が制御電位を一時的に超えるかどうかは評価しておらず、その場所から搬出されるまでに、管理電位まで除電されていることを確認し、実施しているだけである。例えば、ステージからの剥離上昇で１ｋＶ以上に帯電する基板を１００Ｖ以下に除電する場合、通常のステージからの基板の上昇は１秒前後で完了する場合が多く、このような速度で上昇する基板の電位を一時的にも１００Ｖを超えないで除電することは困難である。通常は、上昇で管理電位が一時的に超えた後に、管理電位以下に減衰している。

そこで、本発明は、静電容量制御と除電との組み合わせを最適化した製造装置を提供することを目的とする。

除電が困難でかつ静電気の発生が避けられない工程、あるいは、除電は可能であるが、除電装置の設置数が膨大になる工程や除電装置の設置台数削減のために除電装置が設置されない工程においては、帯電する製造品の静電容量を大きくすることで、電位を所望のレベル以下に制御し、静電気障害の発生を防止する。

一方、除電が可能な工程、あるいは、集中的に除電を行いたい工程においては、高効率な除電を可能にするため、除電中の電位を除電に有効な電界強度に上昇させるべく、帯電物体の静電容量をより小さく制御する。ただし、除電中に低下させていく静電容量の制御条件は、除電中においても除電対象物体の帯電電位を超えない範囲である。

このような制電技術を半導体や液晶などの電子デバイス製造装置及びフィルムなど、静電気の発生によって製造品に障害をもたらしうる製造装置に組み込むことで、静電気障害の発生をほぼ完全に防止する。

このように、除電が困難な工程、あるいは、除電箇所の低減を目的として除電を行わない工程において、静電気障害が生じない電位以下となるように、被帯電物体の静電容量を制御する。同時に、除電が可能な工程、あるいは、最小限の設置台数とした除電装置の設置箇所においては、被帯電物体の静電容量を小さくすることで、効率の良い除電を行い、それまで蓄積されていた電荷の中和を図る。なお、短時間でも管理値以上への電位上昇を防止したい場合は、静電容量の変化速度を、使用する除電装置の性能によって個々に制御することで達成可能である。つまり、除電性能が低い場合は、容量変化速度を遅くする。

以上、本発明によると、除電が困難な工程においても静電気障害リスクを確実に削減できる。また、除電箇所の削減が可能で、コスト削減及び製造装置の小型化が達成できる。さらに、電位の制御が机上の検討で可能となったことから、信頼性の高い制電製造装置が達成できる。

以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。

液晶ディスプレイ製造工程においては、工程内における基板の搬送にローラ搬送が多く使用されており、かつ、その搬送距離は基板の大型化により長くなっている。ローラ搬送では、連続で静電気が発生するため、全てで除電を行うには膨大な数の除電装置が必要となり、かつ、除電スペース確保のため装置は大型化する。コスト的には、除電装置台数の増加と製造装置サイズの大型化により大幅に上昇する。

まず、従来の製造装置について、図４を用いて説明すると、同図（ａ）に示すように、搬送ローラ３１で搬送されるガラス基板３２について、ローラ搬送部での除電を行わないで、搬出ロボット３３による収納室３４の収納スタック３５への搬出直前に、すなわち、搬出ロボット３３がガラス基板３２を搬送ローラ３１から搬出ピン３６でピンアップする際、同図（ｂ）に示すように、搬送ローラ３１の両側に設置した２台の除電装置３７からの軟Ｘ線３８を照射することによって、除電している場合が多い。なお、収納室３４には、粒子除去ファンユニット３９が設けられている。

ここで、帯電したガラス基板３１の静電気管理値は、±２００Ｖとするのが望ましいが、この従来の製造装置においては、ローラ搬送時は、除電を行っていないために、同図（ｃ）に示すように、ローラ搬送中は、ガラス基板３２の電位は１ｋＶ程度あり、この管理値を超えている。

なお、搬出ロボット３３が、帯電したガラス基板３２を搬送ローラ３１から搬出ピン３６でピンアップする際に、帯電したガラス基板３２が、搬送ローラ３１から上昇することに伴って、搬送ローラ３１と帯電したガラス基板３２との間の静電容量が急激に減少することにより、帯電したガラス基板３２の電位は急増するが、２台の除電装置により除電を行っているので、同図（ｃ）に示すように、その電位は減少し、上昇完了後まもなく管理値以下に減衰する。

このような従来の製造装置においては、信頼性の高い製造は期待できず、特に、製造品の仕様が変わるたびに歩留まり低下のリスクが付きまとう。

そこで、ローラ搬送部において、除電装置を設置することなく、信頼性の高い製造を達成するために、本発明を適用した実施例を図１に示す。同図において、従来の製造装置では、静電気管理値を超えていたローラ搬送部において、本実施例では、ガラス基板の静電容量を増大させることで、ガラス基板の電位を低減し、常に管理値以内になるように、また、除電装置の設置台数を３台以上に増やすことのないように改良した。

具体的には、改良前には、ガラス基板３２のローラ搬送時の帯電電位が１ｋＶ程度まで上昇していた事実から、管理値±２００Ｖ以内に制御するために、帯電したガラス基板３２の静電容量を５倍以上になる条件で、ガラス基板３２の近傍直下に金属メッシュからなる接地導体１１を配置した。

例えば、製造品(ガラス基板など)の電荷発生量をＱ（Ｃ）、製造品の静電気障害を回避できる電位をＶlim（Ｖ）としたとき、製造品の近傍に接地導体を設置することで形成される製造品との静電容量Ｃ（Ｆ）は、Ｃ＞Ｑ／Ｖlimの条件を満足する。また、接地導体の体積抵抗率が、体積抵抗率＜１０¹¹Ω・cmである。

なお、ローラ搬送終了後、次の工程に移送される際に、ガラス基板３２を上昇させるポイントにおいて、２台の除電装置３７からの軟Ｘ線３８による除電を行うところは、従来と同様で、また、図１において、図４で用いた符号と同じ符号は同じものを示す。

図１（ａ）において、ローラ搬送時は除電を行っていないが、接地導体１１を配置することで、同図（ｃ）に示すように、静電気管理値を±２００Ｖとしている。なお、ガラス基板３２の上昇に伴う急激な静電容量の減少により、電位は急増するが、同図（ｂ）に示すように、２台の除電装置３７からの軟Ｘ線３８で除電を行っているため、電位は減少し、上昇完了後まもなく管理値以下に減衰する。ただし、電位上昇速度が速く一時的に管理値を超えるが、ガラス基板３２の面内電位分布が小さく問題ない。

本実施例では、ガラス基板の容量を増加させる接地導体１１として、金属線を平行に２〜５ｃｍの間隔でガラス基板面より１ｃｍ離して設置したが、接地導体１１の構造は、ガラス基板の静電容量が５倍以上になるものであれば特に問わない。例えば、ワイヤーメッシュ、パンチング板、開口のない平板などでも適用できる。ただし、接地導体１１側に過度な電界集中が生じコロナ放電が発生しやすい構造は好ましくない。

また、本実施例では、除電に使用する除電装置として、軟Ｘ線除電装置を用いているが、他に、放電式イオナイザ、α線除電装置、真空紫外線除電装置、プラズマ除電装置、電子銃除電装置が使用できる。

本実施例においては、ガラス基板上昇時に一時的ではあるが管理値（±２００Ｖ）を超えているが、この場合は、ガラス基板面全体の電位が一様に上昇しており、面内に大きな電位差が発生しないため許容されるものである。ただし、このような条件の可否は、ガラス基板に限られず、デバイス毎に決定されるもので、デバイスによっては、絶対電位を厳格に管理する必要がある。

本実施例において、実施例１との相違点は、より静電気耐性の低いデバイスが成膜されたガラス基板を除電する場合に、除電装置をさらに減らして１台とし、常時、許容電位内に維持すると共に、面内電位差も最小限に抑制できる手段を提供するものである。

まず、実施例１において、除電装置を１台に減らした場合の基板電位の変化を、除電装置に近いＡ点と最遠部のＢ点の電位を代表して示すと図２のようになる。

図２（ａ）において、搬出ピン３６によるガラス基板３２の上昇時には、ガラス基板３２は水平のまま上昇するので、除電装置３７からの軟Ｘ線３８によるＢ点の除電性能は、Ａ点より低く、除電過程において、同図（ｃ）に示すように、Ｂ点の電位が一時的にかなり高くなると共に、ガラス基板３２の面内に大きな電位差も発生する。なお、この例においては、ガラス基板３２の搬送は、搬送ローラに代えて搬送コロ４１を用いている。

次に、図２（ｂ）に示すように、ガラス基板３２の上昇完了時は、上昇完了した時点でのガラス基板３２と接地導体１１との静電容量は最小になり、同図（ｃ）に示すように、電位は最大値を示し、その後、電位は減少に転じる。

この場合、除電装置３７が１台による除電で、かつ、静電容量変化速度が速いため、同図（ｃ）に示すように、Ａ点とＢ点共に、除電過程において一時的に管理値を超えている。しかも、Ａ点とＢ点では、除電速度に大きな差があるため、両点間の電位差も非常に大きくなっている。なお、除電装置を搬送部の両サイドに２台設置した場合の電位変化の例を同図（ｃ）に示した。この場合も、Ａ点とＢ点共に、除電過程において一時的に管理値を超えている。

このように、Ａ点では、実施例１の場合とほぼ同じ電位変化を示すが、Ｂ点では除電性能が低いため、除電過程での一時的な電位上昇が大きくなる。この場合、同図（ｃ）に示すように、絶対電位は１ｋＶ、面内電位差は６００Ｖにまで達した。

次に、最少の１台の除電装置で厳しい除電条件を達成できる手段を図３に示す。同図において、照射近傍で除電性能の高いＡ側に対して、除電性能の低いＢ側の上昇速度を遅くすることで、絶対電位及び面内電位差共に管理値以内に常時維持することができる。上昇速度は、ガラス基板の帯電レベルと除電装置の除電性能により事前に設計計算することで上昇速度を設定する。

以下、図３を用いて、詳細に説明すると、同図（ａ）において、搬出ピン３６によるガラス基板３２の上昇時、除電性能の低いＢ点側での搬出ピン３６の上昇速度を遅くしながら除電を行う。搬出ピン３６によるＡ点側とＢ点側の上昇速度は、ガラス基板３２の電位が管理値を超えない範囲で設定する。

次に、同図（ｂ）に示すように、ガラス基板３２の上昇完了時、上昇完了した時点でのガラス基板３２と接地導体１１との静電容量は最小になり、次工程に搬出されるまでに除電は完了する。

その結果、同図（ｃ）に示すように、除電性能によって、個別に上昇速度を設定することで、ガラス基板３２の面内全体において、帯電電位を常時管理値以内に維持することができると共に、面内電位差も許容値以内に維持することができる。

以上、説明したように、本発明に係る製造装置は、半導体製造装置、各種ディスプレイ製造装置、ハードディスク製造装置、フィルム製造装置、繊維製造装置、プラスチック製品製造装置を含む全ての各種製造品の製造工程において、静電気の発生が問題になる製造装置に適用できるのは明らかである。

本発明に係る製造装置の概略図 図１に示すガラス基板３２の除電過程図 図１に示すガラス基板３２の他の除電過程図 従来の製造装置の概略図

符号の説明

１１…接地導体、３１…搬送ローラ、３２…ガラス基板、３３…搬出ロボット、３４…収納室、３５…収納スタック、３６…搬出ピン、３７…除電装置、３８…軟Ｘ線、３９…粒子除去ファンユニット、４１…搬送コロ

Claims (1)

1. ガラス基板を搬送する搬送コロと、該搬送コロで搬送される前記ガラス基板の近傍直下に設置された接地導体と、前記ガラス基板の帯電を除去する除電装置を有し、搬送されてきた前記ガラス基板を次の工程に移送するために該ガラス基板を前記搬送コロから上昇させるポイントで該ガラス基板の静電容量を制御する製造装置であって、
   前記次の工程に移送させるために前記ガラス基板を前記搬送コロから上昇させるポイントに、前記除電装置による除電性能が高い側に対して除電性能が低い側の上昇速度を遅く前記ガラス基板を前記搬送コロから上昇させる搬出ピンを設けて前記ガラス基板の静電容量を制御することを特徴とする製造装置。