CN1857867A - 用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置及其方法，装载取出装置包括表面带有气孔能对平板玻璃基板实现真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构、利用伺服电机驱动真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构实现装载和取出平板玻璃基板的装置，在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构中，在工作台与平板玻璃间含有承载平板玻璃基板的疏松微孔刚性材料来作为垫块，由于微孔陶瓷垫块的使用，可以实现玻璃板的自动装载取出，提高了工作效率，减少加工缺陷，保证了质量，特别是针对于面积在1M²以上超薄玻璃板，节省大量劳动。

Description

用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置及其方法

技术领域：

本实用新型涉及一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置及其方法，通过微孔疏松结构刚性材料来吸附和分离玻璃，并设有装载与取出位置，实现平板玻璃自动装载与取出，特别推荐应用于超薄玻璃领域TFT较大面积基板(面积大于1M²)的研磨抛光工序。

技术背景：

对TFT液晶显示制造过程中，为了形成在电路中使用的薄膜的可靠的半导体连接，需要基板玻璃表面较高的平坦性，基板凸凹不平会在凸起部位形成配线断线的不良情况，采用化学机械抛光(CMP)可进行非常精细的研磨，使加工表面获得高度平坦化。TFT液晶基板在成型过程中由于温度变化而造成玻筋，进行CMP研磨可有效消除，获得100埃左右的表面粗糙度。与其它平板玻璃不同，液晶基板厚度为0.7mm，属于超薄玻璃，容易产生变形，并且面积较大，对于4代以上基板，面积在1M²以上，在装载、取出和研磨时要避免基板的变形，还要避免新鲜玻璃表面吸附细小颗粒，因此所采用的工艺条件必须保证基板不变形而且防止颗粒粘附。液晶玻璃基板在抛光过程中，获得普遍使用的方式是将玻璃板放置在具有一定弹性系数并具有一定强度的垫块上，例如聚氨酯材料垫块，厚度1mm左右，聚氨酯垫块粘贴在刚性工作台表面，依赖玻璃板与聚氨酯垫块之间紧密贴合形成“气井”从而使玻璃板固定。玻璃板的装载与取出需要反复的步骤，占用较长的时间。如附图1所示，通常的步骤为：1、将玻璃基板1放置在具有一定弹性的聚氨酯垫块2上，该垫块下表面粘贴在刚性工作台3表面。2、用碾压装置4使基板与聚氨酯垫块上表面贴合。3、研磨头5对基板表面研磨。4、研磨结束，辅助装置通过管6吹送双流体，由人工揭起玻璃板送入清洗设备。第一和第二步现在采用移载机和自动碾压装置，效率比人工操作有所提高，但揭除全部为人工进行。以五代液晶基板为例，研磨时间7分钟，而装载与取出需要3分钟，同时人工操作造成生产效率的降低和成本的提高，因取出时间较长，容易使料浆干化吸附，影响产品质量。即便如此，对于面积1M²以上玻璃基板，上述方法遇到很大困难，操作时基板会变形。为了保证玻璃板研磨质量，要求玻璃板能够与垫块紧密贴合，在研磨时研磨盘和玻璃板均匀接触并防止移位，聚氨酯必须具有一定的密度和表面平坦度，事实上增加了揭除的难度。玻璃板面积加大，揭除难度更高。对于较大面积基板，揭除占用相当长时间，成为研磨工序的瓶颈。根据以上情况，工程技术人员在相关方面进行了很多努力，力图提高效率。市场上出现了这样的研磨设备，采用金属材料工作台直接吸附玻璃板，在工作台里预制通孔，一端连接在选择阀上，另一端开口于工作台上表面。在研磨时选择阀接通真空气路，使基板吸附在金属工作台上，研磨结束方式选择阀接通压力空气，使基板悬浮起来，便于取出。这种方法理论上能够实现玻璃的自动装载和取出，但在实际使用中发现有以下问题：1、在研磨后，在玻璃背面对应于气孔位置，料浆干燥并吸附，产生痕迹，不容易除去。2、对于面积在1M²以上基板，受研磨盘与玻璃摩擦产生热量影响，工作台会因热胀冷缩产生变形，工作台表面保证平坦度不容易，在没有弹性垫块作为调整情况下，基板加工会有变形产生。并且，因为气孔之间有一定距离，会在吸附时有变形产生，如附图2所示。同时，使用金属材料作为垫块来承载玻璃基板，在基板分离时，压力空气使基板悬浮，这种方法容易在压力气流与基板接触部位发生料浆或污染物干燥，进一步加重了料浆的干燥和吸附。

同时，在液晶基板的生产过程中，基板表面会有一些轻微污染物吸附，使用金属工作台承载基板在加工时玻璃背面形成痕迹的原因主要是因为机械形成孔直径较大，同时又为直孔，对局部吸附力量过大造成污迹干燥，基板悬浮时再通过压力空气吹扫而产生痕迹。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置及其方法，通过在工作台上放置一块具有良好流体透过率的微孔陶瓷，直接吸附或悬浮玻璃基板，并且具有装载和取出的两个位置，实现平板超薄玻璃的自动装取，特别针对较大面积玻璃基板的装取。

本发明的目的是这样实现的：一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，包括表面带有气孔能对平板玻璃基板实现真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构、利用伺服电机驱动真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构实现装载和取出平板玻璃基板的装置，在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构中，在工作台与平板玻璃间含有承载平板玻璃基板的疏松微孔刚性材料来作为垫块。

所述的疏松微孔刚性材料选用具备疏松的结构和良好的流体透过率的微孔陶瓷，陶瓷垫块固定在工作台上，在工作台上预制有一定数量气孔，开口于工作台表面，另一端通过选择阀连接到真空气路或压力空气，当在研磨时方式选择阀接通真空气路，使平板玻璃基板吸附在陶瓷工作台上，研磨结束后选择阀接通压力空气，使平板玻璃基板悬浮起来，便于取出。

工作台机构采用微孔陶瓷作为承载平板玻璃基板的垫块，其显气孔率在40％-60％之间。工作台机构上的微孔陶瓷垫块气孔平均直径在30-70微米之间。微孔陶瓷垫块厚度在40-80mm之间，抗压强度在4-6Mpa之间。

在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构及实现装载和取出平板玻璃基板的装置中，工作台用于安装陶瓷垫块，微孔陶瓷垫块用来承载平板玻璃基板，工作台表面预制有通孔，其一端开口于工作台上表面，另一端连接在平板玻璃基板的装取控制回路上，在装载和研磨时接通真空气路，使平板玻璃基板吸附在陶瓷垫块上，研磨结束取出时接通压力空气，使平板玻璃基板悬浮起来便于取出。工作台作X、Y方向独立运动，分别由伺服电机通过变速后驱动，实现在横向导轨和纵向导轨上移动，工作台由伺服电机驱动在研磨位置工位和装取工位之间往返，

平板玻璃基板的装取控制回路分为压力空气、真空两个支路，在移载机将平板玻璃基板放置在陶瓷垫块上后，真空电磁通断阀打开，平板玻璃基板被吸附，当平板玻璃基板研磨结束，工作台运行到装取位置，真空电磁通断阀关闭，压力电磁通断阀打开，压力空气通过调压阀和单向阀以预定的压力进入微孔陶瓷垫块悬浮平板玻璃基板，移载机取出平板玻璃基板，气水分离器能及时分离出水分，保持吸附力量的稳定。

一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出方法，包括以下步骤：

(1)、移载机将待研磨平板玻璃基板放置在工作台机构上的陶瓷垫块上，真空将平板玻璃吸附在陶瓷垫块上；(2)、工作台进入到研磨位置进行研磨；(3)、研磨结束后，工作台机构移出至装取位置，压力空气将平板玻璃悬浮，由移载机将平板玻璃取出。

本发明通过一种疏松微孔刚性材料实现基板的吸附与悬浮，避免玻璃基板在研磨时出现吸附印。本案选用微孔陶瓷作为垫块来承载玻璃板，其具备疏松的结构，良好的流体透过率。经过试验对比，使用微孔陶瓷有以下优点：(1)陶瓷微孔直径为30-70微米，吸附和悬浮时气流分布均匀，消除了集中在局部气流过快，在基板背面不会产生料浆干燥情况，有利于以后清洗和检验。(2)陶瓷材料具有良好的热稳定性，在研磨时保持基板平坦度。利用本发明的研磨工作台，可以实现平板玻璃装载与取出的自动化，不用人工辅助，同时设备有装载与取出不同位置，移载机直接进行装取，效率提高，在研磨过程中不产生吸附印，玻璃基板不变形，质量稳定。

附表6提供了使用刚性PAD垫块(微孔陶瓷材质)和使用弹性PAD垫块(聚氨酯材质)研磨液晶玻璃基板的平坦度试验数据(SEMI规格Wfpd表示)，在同一台机器上，经过详细的试验对比。测验数据证明抛光效果相同，使用微孔陶瓷作垫块在研磨时能保证基板玻璃平坦度。由于微孔陶瓷垫块的使用，可以实现玻璃板的自动装载取出，提高了工作效率，保证了质量。特别是针对于面积在1M²以上超薄玻璃板，节省大量劳动。附表6如下：

附图说明：

图1为使用聚氨酯垫块加工示意图。

图2为金属材料工作台吸附玻璃板示意图。

图3为本发明的一个应用例(研磨一取出)。

图4为微孔陶瓷结构示意图。

图5为工作台工作原理示意图。

具体实施方式：

如图3、4、5所示，本发明用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，包括表面带有气孔并能对平板玻璃基板实现真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构、利用伺服电机驱动真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构实现装载和取出平板玻璃基板的装置，在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构中，在工作台与平板玻璃之间含有承载平板玻璃基板的疏松微孔刚性材料用来作为垫块。

如附图5所示，所述的疏松微孔刚性材料选用具备疏松的结构和良好的流体透过率的微孔陶瓷，陶瓷垫块固定在工作台上，在工作台上预制有一定数量气孔，开口于工作台表面，另一端通过选择阀连接到真空气路或压力空气，当在研磨时方式选择阀接通真空气路，使平板玻璃基板吸附在陶瓷工作台上，研磨结束后选择阀接通压力空气，使平板玻璃基板悬浮起来，便于取出。

通过一种疏松微孔刚性材料实现基板的吸附与悬浮，可以避免玻璃基板在研磨时出现吸附印。本案选用微孔陶瓷作为垫块来承载玻璃板，其具备疏松的结构，良好的流体透过率。陶瓷垫块固定在工作台上，工作台在预制有一定数量气孔，开口于工作台表面，另一端通过选择阀连接到真空气路或压力空气。当在研磨时方式选择阀接通真空气路，使基板吸附在陶瓷工作台上，研磨结束方式选择阀接通压力空气，使基板悬浮起来，便于取出。经过试验对比，使用微孔陶瓷有以下优点：(1)陶瓷微孔直径为30-70微米，吸附和悬浮时气流分布均匀，消除了集中在局部气流过快，在基板背面不会产生料浆干燥情况，有利于以后清洗和检验。(2)陶瓷材料具有良好的热稳定性，在研磨时保持基板平坦度。利用本发明的研磨工作台，可以实现平板玻璃装载与取出的自动化，不用人工辅助，同时设备有装载与取出不同位置，移载机直接进行装取，效率提高，在研磨过程中不产生吸附印，玻璃基板不变形，质量稳定。

本发明较佳实施例将结合附图进行具体叙述，其中相同标号所指为相应或相同的部件。附图3是本发明的一个应用例，工作台100用于承载平板玻璃，陶瓷垫块50用来安装和固定玻璃基板，选用微孔陶瓷制作。工作台100表面预制有通孔(未示出)，其一端开口于工作台上表面，另一端连接在控制回路上(未示出)，在装载和研磨时接通真空气路，使基板G吸附在陶瓷垫块50上，研磨结束，取出时接通压力空气，使基板悬浮起来，便于取出。工作台100还可以作X、Y方向的独立运动，分别由伺服电机52、56通过变速后驱动，实现在横向导轨54和纵向导轨58上精确移动，纵向导轨设计较长，工作台100由伺服电机56驱动，可以在研磨位置1工位和装取0工位之间往返。

具体实施过程如下：在0工位，移载机将待加工玻璃板放置在陶瓷工作台50上，方向阀工作，连接到真空气路，待玻璃板牢固吸附(检测装置确认真空值达到一定数值以上，图中未示出)，伺服电机56运转，工作台沿导轨58运动到达1工位，研磨装置工作加工表面。研磨结束，伺服电机56运转，工作台沿导轨58运动回到0工位，停止后，方向阀工作，连接到压力空气，玻璃板处于轻微悬浮状态，移载机(图中未示出)将玻璃板取出，一个工作循环结束。

基板的装取控制回路如附图5所示，分为压力空气、真空两个支路。图中26为工作台，12、20为电磁通断阀，常态下闭合。14为单向阀，22为气水分离器，10为调压阀。在移载机将玻璃板放置在陶瓷垫块上后，阀20打开，基板被吸附；当基板研磨结束，工作台运行到装取位置，阀20关闭，阀12打开，压力空气通过调压阀10以预定的压力进入微孔陶瓷垫块悬浮基板，移载机取出基板。气水分离器22能及时分离出水分，避免影响真空，保持吸附力量的稳定。

本发明所使用微孔陶瓷的材料特性具有很关键作用。如前所述，整个加工过程中陶瓷垫块要吸附基板；在研磨时承受一定的来自于研磨头的压力；在取出时压力空气能够穿过陶瓷从而悬浮基板；在研磨时通常使用具有一定碱性的氧化铈水溶液，根据研磨的工作特点，同时考虑工作效率，微孔陶瓷相关参数为微孔直径、显气孔率、抗压强度、耐碱度、透气度、垫块厚度，各特性参数依照中华人民共和国建材标准进行测量。

陶瓷垫块表面所形成微孔直径关系到真空和气悬浮，较大的孔径会产生吸附痕迹，尤其是较大面积玻璃板，因为加工时间较长，同时真空数值较大，更容易产生吸附痕迹。较小孔径会因为研磨料颗粒如氧化铈堵塞而影响使用，如液晶基板研磨所用氧化铈颗粒直径在0.5-3微米，容易粘附。同时较小孔径气悬浮时需要时间较长，影响取出时的效率，也造成动力消耗的增加。依照GB/T1967-1996方法进行测定，微孔直径在30--50微米较为理想，以30微米最佳。最大孔径要求不大于70微米。

作为吸附基板的微孔陶瓷垫块，必须保证一定的气孔数量来吸附和悬浮基板，显气孔率非常重要，依照GB/T1966-1996方法进行测定，应在40％-55％之间，最佳控制在45％，保证真空吸附的效果并且充分考虑在气悬浮时的工作效率，较小的显气孔率会造成产生真空和和气悬浮工作效率下降，同时也会使垫块的重量增加，维护和更换带来不便。显气孔率超过60％，将会使垫块强度受到影响，在研磨时产生变形并且有可能发生陶瓷颗粒脱落。

对于液晶基板，在研磨时主要承受压应力，因为通常采用较小的压力，所以垫块的抗压强度要求不高，而且陶瓷的硬度与抗压强度成正比，过高的抗压强度意味着硬度较高，在吸附玻璃基板时不容易形成真空，同时基板可能在装载和取出时被划伤，形成隐患。而较低的抗压强度会在研磨时造成陶瓷颗粒的脱落，同样会增加划伤的危险。理想的范围在4-6MPa之间(GB/T1964-1996)。

基板厚度参数，对于装载与取出的要求，陶瓷垫块薄一些会使工作效率提高，同时成本也会下降，但是会降低基板整体强度。较大的厚度会影响流体穿过时的效率。较佳厚度在40mm-70mm之间。

微孔陶瓷耐酸性和耐碱性，研磨时使用3％--5％的氧化铈水溶液，经测定PH值在8-11之间，因此属于弱碱性，较为理想的状态为耐碱性80％-85％之间(GB/T1970-1996)。

透气率是陶瓷的一个很重要参数，对于研磨来说，较高透气率可以保证玻璃板牢固吸附，但是会造成刚性下降，经过测试，透气率在2-3m³/m²*h(国家标准GB1968-1980)较为合适。

热稳定性：液晶基板抛光时间通常为5-8分钟，减量只有2-4微米，在研磨时发热量较小，料浆温度也不高，陶瓷垫块工作温度一般在摄氏50度以下，热稳定性为200摄氏度即可满足要求。

需要说明的是，所使用陶瓷垫块面积大小与所加工基板面积相关，一般周边在长宽方向比基板大10-15mm，超出部分使用环氧树脂覆盖。防止外界空气的渗透。

陶瓷垫块表面要求一定的平坦度(flatness)，保证玻璃基板加工时不变型。要求为10微米。实验证明完全能保证基板的平坦度。

附表6提供了使用刚性垫块(微孔陶瓷材质)和使用弹性垫块(聚氨酯材质)研磨液晶玻璃基板的平坦度试验数据(SEMI规格Wfpd表示)，使用如附图3所示设备，在同一台机器上，经过详细的试验对比。测验数据证明抛光效果相同，使用微孔陶瓷作垫块在研磨时能保证基板玻璃平坦度。

Claims (9)

1、一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，包括表面带有气孔并能对平板玻璃基板实现真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构、利用伺服电机驱动真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构实现装载和取出平板玻璃基板的装置，其特征在于：在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构中，在工作台与平板玻璃之间含有承载平板玻璃基板的疏松微孔刚性材料用来作为垫块。

2、根据权利要求1所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：所述的疏松微孔刚性材料选用具备疏松的结构和良好的流体透过率的微孔陶瓷，陶瓷垫块固定在工作台上，在工作台上预制有一定数量气孔，开口于工作台表面，另一端通过选择阀连接到真空气路或压力空气，当在研磨时方式选择阀接通真空气路，使平板玻璃基板吸附在陶瓷工作台上，研磨结束后选择阀接通压力空气，使平板玻璃基板悬浮起来，便于取出。

3、根据权利要求2所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：工作台机构采用微孔陶瓷作为承载平板玻璃基板的垫块，其显气孔率在40％-60％之间。

4、根据权利要求2所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：工作台机构上的微孔陶瓷垫块气孔平均直径在30--70微米之间。

5、根据权利要求2所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：微孔陶瓷垫块厚度在40-80mm之间，抗压强度在4-6Mpa之间。

6、根据权利要求2所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：陶瓷垫块的周边在长宽方向比基板大10-15mm，超出部分使用环氧树脂覆盖。

7、根据权利要求2所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：在真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构和利用伺服电机驱动真空吸附和压力空气悬浮的工作台机构实现装载和取出平板玻璃基板的装置中，工作台用于承载平板玻璃基板，微孔陶瓷垫块用来安装和固定平板玻璃基板，工作台表面预制有通孔，其一端开口于工作台上表面，另一端连接在平板玻璃基板的装取控制回路上，在装载和研磨时接通真空气路，使平板玻璃基板吸附在陶瓷垫块上，研磨结束，取出时接通压力空气，使平板玻璃基板悬浮起来，便于取出，工作台作X、Y方向的独立运动，分别由伺服电机通过变速后驱动，实现在横向导轨和纵向导轨上移动，工作台由伺服电机驱动并在研磨位置工位和装取工位之间往返，

8、根据权利要求7所述的用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出装置，其特征在于：平板玻璃基板的装取控制回路分为压力空气、真空两个支路，在移载机将平板玻璃基板放置在陶瓷垫块上后，真空电磁通断阀打开，平板玻璃基板被吸附，当平板玻璃基板研磨结束，工作台运行到装取位置，真空电磁通断阀关闭，压力电磁通断阀打开，压力空气通过调压阀和单向阀以预定的压力进入微孔陶瓷垫块悬浮平板玻璃基板，移载机取出平板玻璃基板。

9、一种用于平板超薄玻璃研磨工序的装载取出方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、移载机将待研磨平板玻璃基板放置在工作台机构上的陶瓷垫块上，真空将平板玻璃吸附在陶瓷垫块上；

(2)、工作台进入到研磨位置进行研磨；

(3)、研磨结束后，工作台机构移出至装取位置，压力空气将平板玻璃悬浮，由移载机将平板玻璃取出。

Images