(57)【要約】【課題】被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を計測可能な電荷密度計測装置を提供する。【解決手段】計測プレート１０と、計測プレート１０に誘導された静電荷量を増幅するプローブユニット３０と、計測プレート１０の周囲を取り囲むように設けられたシールド部材２０とを備える。本発明によれば、計測プレート１０に誘導された静電荷量に基づいて電荷密度を計測していることから、被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を計測することが可能となる。しかも、計測プレート１０の周囲にはシールド部材２０が設けられていることから、被計測部材の表面電荷のうち、計測プレート１０と対向する部分の表面電荷のみを正しく計測することが可能となる。【選択図】図１
2007292685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測プレートと、前記計測プレートに誘導された静電荷量を増幅するプローブユニットと、前記計測プレートの周囲を取り囲むように設けられたシールド部材とを備えることを特徴とする電荷密度計測装置。
【請求項２】
前記シールド部材にはグランド電位が与えられていることを特徴とする請求項１に記載の電荷密度計測装置。
【請求項３】
前記シールド部材の端面と前記計測プレートの表面とが実質的に同一平面を構成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の電荷密度計測装置。
【請求項４】
前記シールド部材が筒状であり、前記計測プレートの外周面と前記シールド部材の内周面との間に絶縁体が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電荷密度計測装置。
【請求項５】
被計測部材から前記計測プレートまでの距離と得られる電荷密度との相関情報を保持する記憶手段と、得られた電荷密度を前記記憶手段に保持された前記相関情報に基づいて補正する補正手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電荷密度計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電荷密度計測装置に関し、特に、被計測部材に接触することなく電荷密度を計測可能な非接触型の電荷密度計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップなどの電子デバイスや、液晶表示パネル（ＬＣＤ）の製造ラインにおいては、仕掛かり中の製品や製造装置に静電気が蓄積することがあり、これが放電することによって製品の破壊をもたらすことがしばしばある。
【０００３】
例えば、製造途中の液晶表示パネルには、表面に保護用絶縁フィルムが設けられており、これを剥離する際に強い剥離帯電が発生する。このようにして発生する静電気は、液晶表示パネルのガラス基板自体を絶縁破壊したり、ドライバ回路などの電子デバイスを破壊するおそれがあることから、どの程度の静電気が帯電しているのかを測定することは製造歩留まりを高める上で非常に重要である。
【０００４】
このような背景から、電子デバイスや液晶表示パネルなどの製造ラインにおいては、「表面電位計」と呼ばれる計測装置を用いた電位測定が行われることがある。しかしながら、表面電位計は電界の強さである「電気力線の密度」を測定するものであるところ、表面電位計を近づける前と近づけた後とでは電場の状態が異なることから、正確な計測を行うことは本質的に困難である。
【０００５】
つまり、表面電位計を被計測部材に近づける前の状態においては、被計測部材からの電気力線は全てグランド面に向かっていたはずである。しかしながら、表面電位計を被計測部材に近づけると、電気力線の一部は表面電位計へと方向を変えてしまう。そして、表面電位計は、方向を変えた電気力線の密度を測定していることになる。したがって、表面電位計を近づける前の電気力線の密度については、本質的に測定不可能であると言える。
【０００６】
また、表面電位計へ向かう電気力線の密度は、被計測部材とグランド面との距離に依存することから、得られた計測値の定量的評価を可能とするためには、被計測部材をグランド面から十分に（数十ｃｍ以上）離した状態で計測を行う必要がある。これは、被計測部材とグランド面との距離が数十ｃｍ以上あれば、表面電位計を近づけた場合に、電気力線のほぼ全てが表面電位計に向かうことになるからである。しかしながら、実際の製造ラインにおいてこのような条件を満たすことは困難であり、このため、得られた計測値を定量的に評価できないという問題があった。
【０００７】
しかも、得られた計測値（電位レベル）は、あくまで「電位の高さ」を表しているだけであり、この値をもって放電が発生するか否かを判断することはできない。例えば、液晶表示パネルのガラス基板の裏面にグランド電位をもった金属物体が接触した場合を想定すると、接触前の表面電位と接触後の表面電位は異なっていることから、接触前の表面電位を測定できたとしても、接触によりガラス基板に絶縁破壊が生じるか否かを予想することはできない。
【０００８】
以上説明した問題を解消するためには、表面電位計によって被計測部材の表面電位を計測するのではなく、「電荷密度計」によって被計測部材の表面電荷密度を計測することが好ましいと考えられる。このような背景から、本発明者は、金属棒を用いた接触型の電荷量測定装置をいくつか提案している（特許文献１〜５参照）。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３７１８１７号公報
【特許文献２】特許第２９０８２４０号公報
【特許文献３】特許第３７０１４７０号公報
【特許文献４】特許第３４６６５１８号公報
【特許文献５】特許第３３７９４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、接触型の電荷量測定装置は、被計測部材に傷を付ける可能性があるため、傷の付きやすい被計測部材に対しては使用しにくいという問題があった。また、接触により電荷が移動してしまうため、同一の被計測部材に対して繰り返し計測すると、計測値が変動するという問題もあった。
【００１１】
したがって、本発明は、被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を計測可能な電荷密度計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明による電荷密度計測装置は、計測プレートと、計測プレートに誘導された静電荷量を増幅するプローブユニットと、計測プレートの周囲を取り囲むように設けられたシールド部材とを備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、計測プレートに誘導された静電荷量に基づいて電荷密度を計測していることから、被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を計測することが可能となる。しかも、計測プレートの周囲にはシールド部材が設けられていることから、被計測部材の表面電荷のうち、計測プレートと対向する部分の表面電荷のみを正しく計測することが可能となる。
【００１４】
本発明において、シールド部材にはグランド電位が与えられていることが好ましく、シールド部材の端面と計測プレートの表面とが実質的に同一平面を構成していることがより好ましい。また、シールド部材は筒状であることが好ましく、計測プレートの外周面とシールド部材の内周面との間には絶縁体が配置されていることが好ましい。
【００１５】
また、本発明による電荷密度計測装置は、被計測部材から計測プレートまでの距離と得られる電荷密度との相関情報を保持する記憶手段と、得られた電荷密度を記憶手段に保持された前記相関情報に基づいて補正する補正手段とをさらに備えることが好ましい。これによれば、より正確に電荷密度を計測することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
このように、本発明によれば、被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を計測することが可能となる。しかも、シールド部材を有していることから、計測プレートと対向する部分の表面電荷のみを正しく計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好ましい実施形態による電荷密度計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態による電荷密度計測装置は、計測プレート１０と、計測プレート１０の周囲を取り囲むように設けられたシールド部材２０と、計測プレート１０に接続されたプローブユニット３０と、プローブユニット３０に接続されたコントロールユニット４０と、計測値を表示する表示部５０とを備えて構成される。
【００２０】
図２は、計測プレート１０の形状を示す略斜視図である。
【００２１】
図２に示すように、計測プレート１０は、所定の面積（例えば１ｃｍ２）を持った円板部１１とその裏面から延びる棒状部１２とを有しており、金属材料によって構成されている。実際の計測においては、被計測部材を円板部１１の表面１１ａに近づけ、これによって、計測プレート１０の円板部１１に静電誘導を生じさせる。静電誘導により生じた電荷は、棒状部１２を介してプローブユニット３０に供給される。
【００２２】
図３は、シールド部材２０の形状を示す略斜視図である。
【００２３】
図３に示すように、シールド部材２０は筒状体であり、その内部に計測プレート１０が挿入される。シールド部材２０についても金属材料によって構成され、常にグランド電位が与えられている。シールド部材２０の端面２１と計測プレート１０の円板部１１の表面１１ａとは、図１に示すように同一平面を構成している。
【００２４】
また、計測プレート１０の円板部１１の外周面１１ｂとシールド部材２０の内周面２２との間には、絶縁体１９が配置されている。この絶縁体１９は、シールド部材２０の端面２１と計測プレート１０の表面１１ａとを同一平面に保持しつつ、両者を絶縁する役割を果たす。
【００２５】
図４は、プローブユニット３０の回路図である。
【００２６】
図４に示すように、プローブユニット３０は、抵抗１０１を介して計測プレート１０に接続されたキャパシタ１０２を備えており、このキャパシタ１０２には、計測プレート１０に誘導された静電荷量が蓄積される。また、キャパシタ１０２には、抵抗１０３を介してボルテージフォロア接続されたオペアンプ１０４が接続されており、これによって、インピーダンスが変換される。オペアンプ１０４の出力は、抵抗１０５を介してコントロールユニット４０に供給される。このような回路構成により、プローブユニット３０は、計測プレート１０に誘導された静電荷量を増幅することが可能となる。
【００２７】
キャパシタ１０２に蓄積された電荷をリセットする場合、つまり、一旦計測を行った後、次の計測を行うためには、初期化スイッチ１０６をオンさせる。
【００２８】
図４に示すように、初期化スイッチ１０６の一端はコントロールユニット４０に接続され、所定の電位が与えられている。このため、初期化スイッチ１０６をオンさせると、トランジスタ１０７のベースには抵抗１０８を介して所定の電位が与えられ、トランジスタ１０７がオンする。これにより、フォトカプラを構成する発光素子１０９に抵抗１１０を介して電流が流れ、フォトカプラを構成する受光素子１１１がオンする。その結果、キャパシタ１０２に蓄積されていた電荷が抵抗１１２及び受光素子１１１を介してグランドに排出され、リセットが完了する。
【００２９】
また、図１に示すように、コントロールユニット４０には、記憶回路４１と補正回路４２が設けられている。記憶回路４１は、被計測部材から計測プレート１０までの距離と得られる電荷密度との相関情報を保持するための回路であり、補正回路４２は、得られた電荷密度を相関情報に基づいて補正するための回路である。補正された計測値は表示部５０に表示され、これにより、使用者は被計測部材の表面電荷密度を視覚的に認識することが可能となる。
【００３０】
以上が、本実施形態による電荷密度計測装置の構成である。
【００３１】
次に、本実施形態による電荷密度計測装置を用いた表面電荷の計測方法について説明する。
【００３２】
本実施形態による電荷密度計測装置を使用する場合、実際の計測に先立って、まず被計測部材から計測プレート１０までの距離と得られる電荷密度との相関を特定する。この操作は、図５に示すフローチャートにしたがって行う。
【００３３】
まず、イオナイザーなどを用いて被計測部材を帯電させる（ステップＳ１０）。ここで、帯電させる被計測部材は、実際に計測対象となる部材である必要はなく、相関を測定するための仮の被計測部材であっても構わない。また、帯電させる方法としては、イオナイザーを用いることは必須でなく、例えば、被計測部材の表面を擦過することにより帯電させても構わない。さらに、始めから被計測部材がある程度帯電している場合には、帯電操作自体を省略しても構わない。
【００３４】
次に、被計測部材をできるだけグランド面から離した状態で、計測プレート１０を被計測部材にできるだけ近づける（ステップＳ１１）。そして、得られた計測値を記憶回路４１に格納する（ステップＳ１２）。この場合、計測プレート１０と被計測部材との距離としては、放電が発生しない限度においてできるだけ近接させる。尚、計測プレート１０をある程度近づけると計測値は飽和することから、具体的な距離についてそれほど厳密に定める必要はない。一例として、１ｍｍ程度に設定すればよい。
【００３５】
次に、被計測部材をできるだけグランド面から離した状態で、計測プレート１０と被計測部材との距離を所定の「計測距離」に保持する（ステップＳ１３）。そして、得られた計測値を記憶回路４１に格納する（ステップＳ１４）。ここで、計測距離とは、実際の計測において計測しやすい任意の距離に設定すればよく、例えば、１０ｃｍとすればよい。
【００３６】
以上により、計測プレート１０を例えば１ｍｍまで近づけた場合に得られる計測値と、計測プレート１０を例えば１０ｃｍまで近づけた場合に得られる計測値、つまり、相関情報を得ることができる。一例として、前者が１ｎＣ／ｃｍ２であり、後者が０．１ｎＣ／ｃｍ２であれば、計測距離からの計測で得られる値の１０倍が正しい計測値であると分かるため、実際の計測においては、これに基づいて補正すればよい。
【００３７】
このような補正が必要となるのは、計測距離における電気力線の広がりを正確に予想することが困難だからである。つまり、図６に示すように、計測プレート１０と被計測部材６０との距離が非常に近い場合（例えば１ｍｍ）、静電誘導によって生じる計測プレート１０の電荷量は、直下に存在する電荷にのみ依存する。これは、直下にない電荷からの電気力線Ｅは、計測プレート１０に向かうことなく、シールド部材２０へと向かうからである。
【００３８】
しかしながら、図７に示すように、計測プレート１０と被計測部材６０との距離がある程度離れると（例えば１０ｃｍ）、計測プレート１０の直下に存在する電荷からの電気力線Ｅに広がりが生じ、その結果、計測値が低下する。この低下量を補償するために、上記の操作が必要となるのである。
【００３９】
このようにして記憶回路４１に相関情報を格納すれば、実際の被計測部材に対して計測を行うことが可能となる。つまり、リセット操作を行った後、実際の被計測部材と計測プレート１０との距離を上述した計測距離に保持する。そして、得られた値を、記憶回路４１に格納された相関情報を用いて補正回路４２により補正する（上記の例では得られた値を１０倍する）。このようにして補正された値は、表示部５０に表示される。
【００４０】
これにより、被計測部材に接触することなく、表面の電荷密度を正しく計測することが可能とる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態による電荷密度計測装置によれば、静電誘導により計測プレート１０に生じる電荷をプローブユニット３０によって増幅していることから、被計測部材に接触することなく、被計測部材の表面電荷密度を直接計測することが可能となる。
【００４２】
また、計測プレート１０の周囲には、グランド電位が与えられたシールド部材２０が設けられており、しかも、シールド部材２０の端面２１と計測プレート１０の円板部１１の表面１１ａとが同一平面を構成していることから、計測プレート１０の円板部１１の面積に応じた正確な電荷量を計測することが可能となる。
【００４３】
つまり、図８（ａ）に示すように、計測プレート１０がシールド部材２０から突き出している場合には、計測プレート１０の直下にない電荷からの電気力線Ｅが回り込んで計測プレート１０に達してしまい、逆に、図８（ｂ）に示すように、シールド部材２０が計測プレート１０から突き出している場合には、計測プレート１０の直下にある電気力線Ｅの一部がシールド部材２０に向かってしまう。これらの場合、円板部１１の面積に応じた正しい表面電荷密度を計測することができない。しかしながら、本実施形態では、両者が同一平面を構成していることから、円板部１１の面積に応じた正確な電荷量を計測することが可能となる。
【００４４】
しかも、本実施形態では、電気力線の広がりによる計測値の低下を補正していることから、より正確な計測が可能となる。
【００４５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、計測プレート１０が円板部１１を有しているが、その平面形状が円形であることは必須でなく、四角形であっても構わない。また、上記実施形態では、シールド部材２０が筒状を有しているが、計測プレートの直下にない電荷を確実に遮断可能である限り、例えば、図９に示すように、計測プレート１０に対応する部分が切り欠かれた平板状を有するシールド部材２０を用いても構わない。
【００４７】
また、本発明による電荷密度計測装置が距離に応じた補正機能を備えていることは必須でなく、表示部に実測値がそのまま表示される構成であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の好ましい実施形態による電荷密度計測装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】計測プレート１０の形状を示す略斜視図である。
【図３】シールド部材２０の形状を示す略斜視図である。
【図４】プローブユニット３０の回路図である。
【図５】相関情報を特定するための操作を説明するフローチャートである。
【図６】相関情報を特定するための操作の一部を示す略断面図である。
【図７】相関情報を特定するための操作の他の一部を示す略断面図である。
【図８】（ａ）は、計測プレート１０がシールド部材２０から突き出している場合における電気力線を示し、（ｂ）は、シールド部材２０が計測プレート１０から突き出している場合における電気力線を示す。
【図９】変形例によるシールド部材２０の形状を示す略断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０      計測プレート
１１      円板部
１１ａ    円板部の表面
１１ｂ    円板部の外周面
１２      棒状部
１９      絶縁体
２０      シールド部材
２１      シールド部材の端面
２２      シールド部材の内周面
３０      プローブユニット
４０      コントロールユニット
４１      記憶回路
４２      補正回路
５０      表示部
６０      被計測部材
１０１，１０３，１０５，１０８，１１０，１１２    抵抗
１０２    キャパシタ
１０４    オペアンプ
１０６    初期化スイッチ
１０７    トランジスタ
１０９    発光素子
１１１    受光素子
Ｅ        電気力線
【図１】
2007292685.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007292685.tif 000006
【図５】
2007292685.tif 000007
【図６】
2007292685.tif 000008
【図７】
2007292685.tif 000009
【図８】
2007292685.tif 000010
【図９】
2007292685.tif 000011