CN1210452A - 用于基片架的基片支承装置 - Google Patents

Abstract

一种基片支承装置,用于在一基片载架(100)内支承至少一个基片(124),以实现基片下垂的量最小。第一支杆(128)沿第一支承接触线支承基片的一侧,而第二支杆(128)沿第二支承接触线支承基片的另一侧。第一和第二支承接触线在基片中心线的两侧偏置,具体偏置量通过为实现下垂量最小而对基片进行的有限元分析来确定。每个杆支承臂最好包括安装于每个支杆两侧的两个悬臂梁。此外,为在载架内支承多个所需的基片,设有多个支杆和相应的杆支承件。

Description

用于基片架的基片支承装置

本发明涉及联网装置的领域，更具体地说，涉及一种具有多总线结构的网络转接装置。

玻璃或半导体基片，如晶片、掩模、平板显示器(FPD)等，通常在处于充分洁净的环境的一个或多个自动处理站之间传送，并接受处理。平板显示器通常为由非晶态玻璃制的平的矩形板，具有多种尺寸，包括尺寸为550mm×650mm×1.1mm的较大的平板显示器。然而，平板显示器的行业趋势是朝着更大的基片发展，尺寸为700mm×1000mm、850mm×1050mm和更大的尺寸。此外，行业趋势还朝着厚度为0.7mm的更薄的基片方向发展。本发明总的涉及任一类型的基片的搬运，且不局限于在此所列或所述的基片。

一个或多个上述基片通常被插入一个盒状的塑料匣内，该塑料匣具有多个共面槽，用来保存和支承相互间隔开的基片。每个匣供特定类型的基片使用，并通常具有一个敞开面，用来通常是利用自动处理系统插入、移出及访问插入其中的基片。上述匣在处理期间为基片提供支承并提供接触基片的途径，这样，处理系统能够更容易地取回或存放。这种匣能使基片在工作环境中从一个处理站至另一个处理站传送更为方便。通常，操作者用运货车在处理站间搬运一个或多个上述匣，然后将匣从处理站取走和/或将新匣装载在处理站上。

对基片尤其是大的玻璃基片提出的一个重要挑战是因其自身重量引起的在载架内基片的重力下垂。一般的匣在基片的靠外的侧边处支承基片，这时，基片的前边和后边未被支承。这些未被支承的边，尤其在这些边的中心或中心附近，容易因重力而产生明显的下垂。然而，前边和后边是自动处理设备，如自动拾取和放置装置接近基片以便取出和处理的地方。此外，这种设备在靠近下垂最大的未支承边的的中心处接近基片。这些问题对较大然而较薄的基片尤为恶化。较大的平板显示器较重。减小基片的厚度降低了重量并改进了基片的电气特性。例如，与厚度为1.1mm厚的平板显示器相比，现在的趋势是朝着0.7mm厚平板显示器方向发展。然而，尺寸增大且厚度减小，导致基片的固有机械强度降低，这在基片被支承于传统匣内时进一步导致下垂加大。例如，一个基片在其600mm边未被支承的情况下该边中心处下垂高达8至12毫米。

这种下垂因诱导玻璃内以及不同金属和处理材料的薄层和/或薄膜内的残余应力而危及基片，上述薄层或薄膜沿基片的表面和/或在基片的内层上形成小型电路。该应力增大了损坏薄层的可能性，薄层厚度通常处于一微米的范围。上述损坏常常造成基片失效。此外，损坏的概率增大使基片的总的生产成品率减低。

明显下垂大大使自动化过程复杂化。例如，为将基片从下垂位置提起，自动系统必须使基片移动较大的距离。由于需要具有较大移动范围的机械手，上述增大的距离加大了自动机械成本。此外，下垂还引起基片的对齐问题。下垂的基片的侧边不垂直于基片的底表面和顶表面，这样导致一个限定得不好的平面。于是，下垂的基片由于基片成弧形而显得变窄。这一特性使得难于为对齐而定位基片的边缘。

一种可能的方案是支承基片的整个下表面。然而，这一方案是不理想的，因为基片的大小要求它们被需要接触基片下表面的自动处理设备搬运。

提供一种用于没有明显下垂地支承多个基片的基片架或匣是所期望的。

通过下面结合附图对优选实施例的详细说明，将会更好地理解本发明。附图中：

图1为按本发明的包括多个基片支架的基片载架的透视图；

图2为图1所示基片载架的主视图；

图3为示于图2的基片支架的进一步详图；

图4为图1所示基片载架的俯视图；

图5为图1所示基片载架的侧视图；

图6为现有技术支承系统的侧视图；

图7A和7B示出按本发明的支承系统。

现参见图1，该透视图示出按本发明的包括多个基片支架132的基片匣即基片载架100。基片载架100优选为一个盒形、敞开式装置，用于接收、支承多个相互间间隔开的矩形基片并使之对齐，以便在处理站之间运送基片并将对齐的基片送至一处理站。然而，需要指出的是，本发明还可应用于在传送基片期间保持洁净环境的封闭式载架。基片载架100可以具有任何适宜的尺寸，这要视被搬运的基片类型和尺寸而定。处理站(未示出)最好具有自动拾取和放置装置，用以把基片插入基片载架100和/或将基片从中抽出。

基片优选为平板显示器(flat panel display,FPD)、半导体晶片、掩模及微片模块(MCM)等。在优选实施例中，基片优选为通常用于加工平板显示器等的较薄的玻璃基片。然而，应当指出，本发明并不局限于玻璃基片，而是可应用于任何类型的基片，如由铝、Mylar、半导体材料等制成的基片。此外，本发明可应用于诸如由FR-4或1060材料或其他玻璃纤维材料等制成的薄板的印刷电路板(PCB)。基片优选为较大的基片，尺寸为650mm×550mm、700mm×1000mm、850mm×1050mm等。而且，基片可具有任何所需的厚度，如1.1mm、0.7mm等。然而，本发明并不局限于基片的任何特殊的类型、尺寸或厚度。

对于平板显示器而言，行业趋势是朝着更大、更薄的玻璃基片方向发展。直到现在，基片载架沿基片边缘支承基片，这样在基片被装入载架中时导致基片明显下垂。在厚度减小时，基片更趋“纸状”，这时这一下垂问题随着基片长度和宽度的增大而增大。图中示出了一例示的玻璃基片124被装入基片载架100，这里，基片124的尺寸为650mm×550mm×0.7mm。

基片载架100具有一个基本上为矩形的顶板102和一个基本上为矩形的底板104，它们分别被安装在两个基片支承框架106的顶部和底部。每一支承框架106包括两个相互平行安装的平的侧架108以及许多联板110。每个侧架108具有两个支柱112，它们与顶梁114和底梁116安装成一体(图2)而形成较平的矩形构架。这样，每个支承框架106包括两个矩形侧架108及两个顶梁114和两个底梁116，其中，侧架108利用联板110基本上被相互平行地安装在一起。利用若干螺钉或其他适当类型的紧固装置，将顶板102安装至四个顶梁114上，将底板104安装至四个底梁116上，使支承框架106基本上相互对齐。如图1所示，基片载架100构成一个敞开式的、盒状结构，它具有敞开的前端120和敞开的后端122，用以接纳和支承一个或多个基片，如基片124。为清楚起见，图中仅示出了一个基片124，但应理解为，可将一个或多个基片安装入基片载架100中。

在此优选实施例中，多个支臂126一体地被安装在每个支承框架106的各支柱112上，由此为各支柱112形成在一个从基片载架100的底部至顶部延伸的正交平面内对齐的一组支臂126。各支臂126通常为一个从相应的支柱112向基片载架100内部水平延伸的梁状臂。各支臂126最好与在同一侧架108的相对支柱112上的另一支臂126沿平行于顶板102和底板104的一个水平平面对齐。

设有多个支杆128，其中，各支杆128在相对的支柱112之间安装在两两对齐的支臂128之间。此外，各支臂126最好与同一支承框架106的相邻侧架108上的另一支臂126水平对齐，其中，上述另一支臂126本身与在相对支柱112上的又一支臂126水平对齐，这些相对的支臂126还具有安装在其间的一个支杆128。此外，两个支承框架106相互对齐，使一组八个支臂126和四个相应的支杆128在一水平平面内对齐，而另八个支臂126和四个相应的支杆128则在一个平行的第二水平平面内对齐，由此在基片载架100内形成多个平行的槽130(图2)。把由每个槽130的八个支臂126和四个相应的支杆128所构成的各组称为基片支架132。于是，为每个槽130，亦即为每个基片124，设有四个基片支架132。

在一个或多个基片124被装入基片载架100中后，设有一个包括一个前接合组件134和一个后接合组件136的基片对准器，用于接合并约束基片124使其处于对齐的位置。该基片对准器在一相关申请中有描述，该相关申请题为“基片载架对准器”，中请日为1995年11月27日，申请号为08/563134，与本申请具有相同的发明人和相同的受让人，该相关申请在此引述供参考。

图2为图1所示基片载架100的主视图。图2更为清楚地表示了由基片支架132形成的各平行槽130。在图示实施例中，上述槽有20个，用于支承多达20个基片124，但是，本发明适用于任何数量的槽130。而且，图2更为清楚地表示出优选实施例，其中，矩形侧架108由两个侧支柱112、一个顶梁114和一个底梁116构成。最下面的槽具有较厚支臂200，并具有设在臂200之间的支梁202以及底梁116，为侧架108提供附加的机械支承。各支臂126均为悬臂的，最好与其相应的支柱112形成一体，伸入相应槽130的基片载架100的内部。于是，各个支臂126、200向内延伸成足以在离基片中心较近的位置如位置206支承基片124。这与现有支承装置相比形成鲜明对照，现有支承装置仅在基片的边缘或者靠近其边缘的处支承基片，由此使基片靠近中心如中心线204所示部位下垂。这一点对较大、较薄的基片尤为明显。在较为接近其中心的部位支承住基片显著减小了上述下垂。在此优选实施例中，对宽度为550mm的基片124而言，位置206相对中心线204偏移约155-160mm。最好是，各基片支承框架106和相应的多个支臂用铝制成，从而在重量轻的同时提供出色的刚度。然而，提供足够刚度支承基片124的任何材料均是考虑的对象。

尽管铝为支臂126、200提供用于支承基片124的足够的刚度，但是，铝对接触基片来说不理想，因为擦伤基片表面的危险增大。为降低擦伤基片124表面的危险，设有支杆128来接触和支承基片124。特别是，支杆128安装在支臂126、200的端部，用于接触基片124。最好是，各支杆128用与基片124接触具有足够化学、磨损和机械特性的塑料制造。在优选实施例中，基片124为玻璃，这样，杆支架最好由热塑性材料如聚醚醚酮(PEEK)等制造。当然，具有足够化学、磨损和机械特性的任何材料均可采用。

图3为图2所示基片支架132的支臂126、200和支杆128的进一步详图。通常，支杆128比支臂126厚，并被安装成在支臂126的上、下伸出，以保护基片124。在优选实施例中，支臂126的厚度最好约为4mm，而支杆128为圆杆，直径大于6mm，特别是为6.35mm。对最下端的支臂200而言，支杆128安装成高出支臂200，以免支臂200与基片124接触。

图4为顶板102已被除去的图1所示基片载架100的俯视图。如图所示，基片124在基片载架100的两侧之间延伸的宽度约为550mm。基片124具有两个侧边124c和124d，它们相对从基片载架100的前部向后部延伸的中心线400大致等距。基片124还有前边124a和后边124b，基片124在基片载架100之前后延伸的长度约为650mm。基片124的前边124a和后边124b最好对齐并相对另一从基片载架100的一侧向另一侧延伸的中心线402等距。

最好是，基片支承框架106平行于中心线402对准，但相对中心线402偏置，其中，每个支承框架106距中心线402最近的侧架108安装成距中心线402偏置约100mm。两个基片支承框架106的两个侧架108安装成彼此相距约150mm，结果，各基片支承框架106的最远的侧架108相对中心线402偏置约250mm。此外，每个支杆128约150mm长。各支杆128与中心线400平行对齐，并相对中心线400偏置约150mm。为支承每个基片124设有四个支杆128。因此，各支杆128与侧边124c和124d平行对齐，其中，对每个基片124而言，支杆128中的两个共线并距侧边124c偏置约115-120mm，而另两个支杆128共线并距侧边124d偏置约115-120mm。如图4所示，每组四个中的两个支杆128a和128b沿线404共线，线404相对基片124的中心线402偏移约155-160mm。此外，另两个支杆128c和128d沿线406共线，线406相对基片124的中心线402偏移约155-160mm。

图5为基片载架100的侧视图，示出各基片支承框架106以及用于各槽130的相应的对齐支杆128。

图6为按现有技术的基片600支承系统的侧视图。通常设有两个支承602和606来支承基片600，其中，支承602沿较为靠近基片600一边600a的支承接触线604放置，而支承606沿较为靠近基片600另一边600b的支承接触线608放置。按现有技术的这种支承方法使基片600因重力而下垂。此下垂在基片中心610或接近中心610的位置最大。随着基片变大，包括尺寸为650mm×550mm、700mm×1000mm、850mm×1050mm等，以及，随着基片变薄，从1.1mm至0.7mm等，基片固有的机械强度降低，因而基片更容易受到重力的影响。这使基片600的下垂加大。此下垂出于多种原因是不希望有的。基片600的下垂诱导玻璃内以及不同金属和处理材料的薄层和/或薄膜内的残余应力，上述薄层或薄膜沿基片的表面和/或在基片的内层上形成小型电路。该应力增大了损坏薄层的可能性，薄层厚度通常处于一微米的范围。上述损坏常常造成基片600失效。此外，损坏的概率增大使基片600的总的生产成品率降低。

图7A和7B示出基片700的按本发明的支承系统。图7A为示出两个用来支承基片700的支承702和706的侧视图。支承702沿一条支承接触线704放置，支承接触线704平行于基片700的中心线710并相对边700a偏移。同样，支承706沿另一条支承接触线708放置，支承接触线708平行于基片700的中心线710并相对边700b偏移。最好是，支承线704和708与中心线710间的偏移量相等。具体偏移量的大小通过利用有限元分析确定基片700上减少下垂的离散点或线而确定。支承线704和708表示基片700的最佳支承接触线。然而，业已确定的是，对任一特定的基片而言，限定一个范围，在此范围内下垂量沿基片的整个表面均减小为可以接受的程度。例如，在支承线704两侧的两个偏移线712a和712b以及在支承线708两侧的两个偏移线714a和714b，分别代表针对各支承702和706的一个可接受的范围。图7B为一俯视图，示出支承702和706可沿基片700的全长延伸。

在基片载架100内可用一对支承702和706取代一组四个基片支架132。这样，单根的支杆或支梁取代各对支杆132并沿基片124的长度延伸。支承702、706用与支杆128同样的材料制造，如用与基片124接触具有足够的化学、磨损和机械特性的塑料制造。支承702、706优选用热塑性材料如聚醚醚酮等制造。两个支臂，如两个支臂126，安装在每个支承102、706的两端，以将支承702、706保持于用于支承基片124所期望的位置。这样，为每个基片，仅仅需要四个这种支臂而不是八个。

图1-5所示的基片124最好为厚度约为0.7mm的550mm×650mm的基片。业已确定，基片124可沿这样两条支承线支承，即，两条支承线彼此分开约315mm，与一平行于650mm侧边的中心线等距。这些最佳支承线支承基片124结果沿基片124的整个表面下垂不超过1mm。然而，进一步的试验表明，各支承线在25mm宽亦即距最佳支承线12.5mm的可接受支承区域内居中。于是，在这一区域内任何位置定位的平行支承均使得沿基片124的整个表面的下垂不超过1mm。对于图7B所示的基片700而言，这一区域限定在线712a与712b之间和线714a与714b之间。

试验还表明，接触的平行支承线不必沿基片的全长延伸。实际上，支承线可以分成几段，这几段的总长为全长支承线的35％至50％。例如，基片124的每条支承线为650mm长。每个支杆128约150mm长，每侧接触的支承线总长约300mm，约为各全长接触支承线的45％。

按本发明的基片支承系统为基片尤其是玻璃平板显示器的支承和处理提供了许多优点。通过使基片的下垂最小化，大大减小了玻璃内和作用于薄膜的应力，这提高了基片的成品率和性能。基片被放置在一个较小、更精确并可预测的平面上，这对自动的处理设备如自动拾取和放置装置有利。自动处理系统可以在较小且容限更紧的基片平面处运作，不需要较大的基片平面。此外，自动处理系统还可以减少将基片从载架上取出的提升位移。在现有技术中，为将基片从下垂位置提起，自动系统必须使基片移动较大的距离。由于需要具有较大移动范围的机械手，上述增大的距离加大了自动机械成本。另外，由于利用按本发明的支承系统基片不下垂，各基片的侧边明显更垂直于基片的底表面和顶表面，由此为了对齐较好地限定了侧边的位置。

尽管已经结合优选实施例对本发明的系统和方法进行了说明，但是，本发明并不限于在此所述的具体形式，而应覆盖合理地包括在所附权利要求术所限定的本发明的精神和范围内的替换、修改和等同方案。

Claims (19)

1．一种基片支承装置，用于在一基片载架内支承至少一个基片，它包括：

第一支杆，定位成沿与基片的中心线平行并相对该中心线偏置的第一支承接触线支承基片的一侧；

第二支杆，定位成沿与基片的上述中心线平行并相对该中心线偏置的第二支承接触线支承基片的另一侧；

至少一个杆支承件，安装于上述第一支杆和第二支杆的每个上，并用于安装于上述基片载架；

其中，上述第一和第二支承线利用对基片的有限元分析来确定，以便下垂量最小地支承基片。

2．如权利要求1所述的基片支承装置，其特征在于：上述至少一个杆支承件为上述第一和第二支杆的每一个具有两个悬臂梁；上述两个悬臂梁安装在上述第一和第二支杆的各个端部。

3．如权利要求1所述的基片支承装置，其特征在于，它还包括：多个上述第一和第二支杆和相应的多个杆支承件，用来支承相应多的基片。

4．如权利要求3所述的基片支承装置，其特征在于：上述多个杆支承件为上述第一和第二支杆的每一个具有两个悬臂梁；上述两个悬臂梁安装在上述多个第一和第二支杆中的一个相应支杆的各个端部。

5．如权利要求4所述的基片支承装置，其特征在于：上述多个杆支承件的每一个均用铝制造。

6．如权利要求1所述的基片支承装置，其特征在于：上述第一和第二支杆用热塑性材料制造。

7．如权利要求1所述的基片支承装置，其特征在于：上述第一和第二支杆每个均支承基片的全长。

8．一种基片支承装置，用于在一基片载架内支承至少一个基片，它包括：

第一支杆和第二支杆，定位成沿与基片的中心线平行并相对该中心线偏置的第一支承接触线支承基片的一侧；

第三和第四支杆，定位成沿与基片的上述中心线平行并相对该中心线偏置的第二支承接触线支承基片的另一侧；

至少一个杆支承件，安装于上述第一、第二、第三和第四支杆的每个上，并用于安装于上述基片载架；

其中，上述第一和第二支承线利用对基片的有限元分析来确定，以便下垂量最小地支承基片。

9．如权利要求8所述的基片支承装置，其特征在于：上述至少一个杆支承件为上述支杆的每一个具有两个悬臂梁；上述两个悬臂梁安装在上述第一和第二支杆的各个端部。

10．如权利要求8所述的基片支承装置，其特征在于：上述至少一个杆支承件用铝制造。

11．如权利要求8所述的基片支承装置，其特征在于：上述第一和第二支杆所具有的长度之和小于上述第一支承接触线的一半；上述第三和第四支杆所具有的长度之和小于上述第二支承接触线的一半。

12．如权利要求8所述的基片支承装置，其特征在于：上述第三和第四支杆用热塑性材料制造。

13．如权利要求8所述的基片支承装置，其特征在于，它还包括：多个上述第一、第二、第三和第四支杆和相应的多个杆支承件，用来支承相应多的基片。

14．一种基片载架，用于支承彼此分开的多个基片，它包括：

一个壳架；

多个支杆，定位成沿第一和第二支承接触线在每个基片的各自的两侧支承每个基片的的两侧，上述第一和第二支承接触线与每个基片的中心线平行并相对该中心线在两侧偏置；以及

多个杆支承件，安装于上述多个支杆中的相应支杆上，并安装于上述壳架；

其中，上述支承线利用对基片的有限元分析来确定，以便下垂量最小地支承每个基片。

15．如权利要求14所述的基片载架，其特征在于：上述多个杆支承件安装在一基片支承框架上与之成一体；上述基片支承框架为上述多个支杆的每一个具有两个杆支承件。

16．如权利要求15所述的基片载架，其特征在于：上述基片支承框架为每个基片具有四个杆支承件，其中，两个杆支承件对应于上述第一支承接触线，两个杆支承件对应于上述第二支承接触线。

17．如权利要求16所述的基片载架，其特征在于：上述基片支承框架还包括两个侧架，上述侧架的每一个用于安装上述四个杆支承件中对应于上述第一和第二支承接触线的各两个杆支承件；上述多个支杆被安装在上述两个侧架之间。

18．如权利要求17所述的基片载架，其特征在于：上述两个侧架的每一个还包括安装于一顶梁和一底梁之间的两个支柱；每个上述支柱安装于上述四个杆支承件中位于每个基片的一侧的两个上，并与之成一体。

19．如权利要求18所述的基片载架，其特征在于：上述多个杆支承件安装在分别朝向基片载架的前部和后部的两个基片支承框架上；为支承每个基片提供四个上述支杆。

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