DE102007052183A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten stoßempfindlicher Glasplatten in Reinsträumen - Google Patents

Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum kontaminationsfreien Ausrichten von dünnen stoßempfindlichen kristallinen Platten, insbesondere Glasplatten, mit den folgenden Merkmalen: a) Im Reinstraum wird eine Glasplatte (11) über Rollen mit jeweils eigenem Antrieb auf eine Ausrichteinheit befördert, b) zum Ausrichten der Glasplatte (11) wird von unten durch den Freiraum zwischen den Rollen ein Heberahmen (1) mit einem aufliegenden Ausrichtrahmen (2) angehoben, wobei der Ausrichtrahmen (2) mit diesem drehbar gelenkig verbundene Querverstrebungen (7) mit Auflageelementen (8) aufweist, die den Freiraum zwischen den Rollen durchdringen, das Auflage-Niveau der Rollen überragen und die Glasplatte (11) tragen, c) die Glasplatte (11) wird über von einzeln ansteuerbaren Antrieben (4) betätigte und sich in Drehgelenken (6) drehende Schiebeelemente (3) stoßfrei positioniert.

Description

• Die Fertigung und weitere Bearbeitung kristalliner Platten wird zunehmend bei der Herstellung von Flachbildschirmen größerer Bauart und in hoher Stückzahl verlangt.
• Moderne Flachbildschirme verdrängen zunehmend die alten Röhrenmonitore und werden zudem immer preiswerter. Sie basieren auf der TFT/LCD-Technologie. LCD (Liquid Cristal Display = Flüssigkristall-Display) steht dabei für die Verwendung von Flüssigkristallen in den einzelnen Bildpunkten des Bildschirms und TFT steht hierbei für „Thin Film Transistor„. Bei den TFT,s handelt es sich um kleinste Transistor-Elemente, welche die Ausrichtung der Flüssigkristalle und damit deren Lichtdurchlässigkeit steuern.
• Ein Flachbildschirm-Display besteht aus zahlreichen Bildpunkten (Pixeln). Jeder Bildpunkt wiederum besteht aus 3 LCD-Zellen (Sub-Pixel), entsprechend den Farben Rot, Grün und Blau. Ein 15-Zoll großer Bildschirm (diagonal gemessen) enthält etwa 800.000 Bildpunkte oder ungefähr 2,4 Millionen LCD-Zellen.
• Zum Verständnis der Funktionsweise:
• Eine Flüssigkristall-Zelle (LCD-Zelle) funktioniert ähnlich wie eine Polaroid-Sonnenbrille. Hält man 2 Polaroidgläser übereinander und beginnt, sie gegeneinander zu verdrehen, so sieht man zunächst immer weniger und dann gar nichts mehr. Dieser Effekt kommt dadurch zustande, dass Polaroidglas nur für Lichtwellen durchlässig ist, die in einer bestimmten Ebene schwingen. Werden 2 solcher Gläser übereinander gehalten und um 90° gegeneinander verdreht, so kann ein Teil des Lichts zwar noch durch das erste Glas hindurch treten, jedoch nicht mehr durch das zweite, denn dieses steht nun quer zu den ankommenden Lichtwellen und filtert sie aus.
• Eine LCD-Zelle funktioniert nach dem gleichen Prinzip. Sie besteht aus zwei gegeneinander um 90° verdrehten Polaroidgläsern, durch die nach dem oben Erklärten somit kein Licht hindurchgelangen kann. Zwischen diesen beiden Polaroidgläsern befindet sich eine Schicht aus Flüssigkristallen, welche die natürliche Eigenschaft hat, die Schwingungsebene von Licht zu drehen. Diese Flüssigkristall-Schicht ist gerade so dick, dass das Licht, welches durch das erste Polaroidglas gelangt, um 90° zurückgedreht wird, und damit auch durch das zweite Polaroidglas gelangen kann, also für den Betrachter sichtbar wird.
• Werden die Flüssigkristall-Moleküle nun durch das Anlegen einer elektrischen Spannung aus ihrer natürlichen Position weggedreht, so gelangt weniger Licht durch die Zelle und der entsprechende Bildpunkt wird dunkel. Die entsprechende Spannung wird durch ein TFT-Element erzeugt, welches zu jeder LCD-Zelle gehört. Das Licht für das LCD-Display entsteht im hinteren Teil des Bildschirmgehäuses durch kleine Fluoreszenzröhren, wie sie in größerem Maßstab zur Raumbeleuchtung benutzt werden.
• Da jeder Bildpunkt 3 Farbfilter für die Farben Rot, Grün und Blau aufweist kann über die Steuerung der Durchlässigkeit dieser Filter jeder Bildpunkt eine gewünschte Farbmischung bzw. eine gewünschte Farbe annehmen.
• Für Standard-Büroanwendungen haben Flachbildschirme eine hervorragende Schärfe und besitzen eine ausreichende Farbqualität. Auch ergonomisch haben TFT,s viel zu bieten: weniger Platzbedarf, eine Leistungsaufnahme von nur einem Drittel eines Röhrenmonitors und eine wesentlich geringere Strahlenemission.
• Für die Herstellung von TFT-Bildschirmen sind, wie in der Mikroelektronik üblich, so genannte Reinsträume erforderlich. Dies ist deshalb notwendig, da in Anbetracht der geringen Größe der leitungsführenden Strukturen während des Fertigungsprozesses auch Partikel von geringer Größe Leitungsunterbrechungen verursachen können. Im Falle der Fertigung eines TFT-Bildschirms hätte eine solche Leitungsunterbrechung den Ausfall eines Bildpunktes zur Folge.
• Ein Reinraum ist ein Raum, in dem die Konzentration luftgetragener Teilchen geregelt wird. Er ist so konstruiert und wird so verwendet, dass die Anzahl der in den Raum eingeschleppten bzw. im Raum entstehenden und abgelagerten Partikel kleinstmöglich ist und andere Parameter wie Temperatur, Feuchte oder Luftdruck nach Bedarf geregelt werden.
• Einerseits werden die TFT-Bildschirme zurzeit immer preiswerter, andererseits zeichnet sich zunehmend der Bedarf nach Bildschirmen von gigantischen Ausmaßen ab. Dies umso mehr als sich solche Bildschirme einerseits sehr leicht bei Großveranstaltungen verwenden lassen und andererseits durch die moderne Fertigungstechnik in erschwinglichen Preisklassen liegen.
• Die Fertigung von Großbildschirmen erfordert jedoch gerade in Reinsträumen besondere Maschinen zur Handhabung der hierbei benötigten großflächigen dünnen Glasplatten.
• Verwendbar sind zu diesem Zweck in erster Linie Mehrachs-Industrieroboter.
• Die Anwendung verschiedenster Ausführungen von Mehrachs-Industrierobotern in der Fertigungstechnik der unterschiedlichsten Produkte ist zum Stand der Technik zu rechnen.
• Solche Industrieroboter werden in großen Hallen meist zum Transport unhandlicher und schwerer Lasten eingesetzt, können aber auch bei der Fertigung von kleineren Maschinenteilen nutzbringend eingesetzt werden. In allen Fällen kommt es dabei auf die reproduzierbare Exaktheit der Bewegungsabläufe der einzelnen Erfassungsvorgänge, Transportbewegungen und Absetzvorgänge an.
• Unter welchen Umständen diese Bewegungsabläufe stattfinden ist hierbei meist unwichtig. So spielt es meist keine Rolle welche Geräuschentwicklung ein solcher Bewegungsablauf verursacht oder ob mit einem solchen Vorgang Staubbewegungen oder ein mehr oder weniger großer Austritt von Schmiermittel verbunden ist. Auch ein unvermeidlicher Abrieb bewegter und eine Reibung verursachender Maschinenteile ist meist unbeachtlich.
• Ganz anders sind solche natürlichen Begleiterscheinungen bei der Arbeit in kontaminationsgefährdeter Umgebung zu betrachten, wie zum Beispiel in der Nahrungsmittel verarbeitenden Industrie oder in der Pharmaindustrie.
• So ist aus der EP 1 541 296 A1 ein Handhabungsgerät, wie ein Industrieroboter zum Einsatz in kontaminationsgefährdeter Umgebung bekannt mit einer Anzahl von mit einem Spülmedium beaufschlagbaren Spülräumen im Bereich von Antriebseinheiten des Handhabungsgeräts. Bei einem solchen Gerät soll die Aufgabe gelöst werden, das Gerät dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine sichere Einsetzbarkeit des Handhabungsgeräts in kontaminationsgefährdeter Umgebung in konstruktiv einfacher und damit insbesondere kostengünstiger Weise möglich ist.
• Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass einer Mehrzahl von Gruppen von Antriebseinheiten jeweils ein eigener Spülraum zugeordnet ist (Anspruch 1).
• Die Umgebung in der ein derartiger Industrie-Roboter eingesetzt werden soll ist zwar gegenüber einer normalen Umgebung gegen Kontamination empfindlicher und stellt deshalb auch höhere Anforderungen an die konstruktive Ausgestaltung, aber derartige besonderen Anforderungen sind nicht zu vergleichen mit den Bedingungen wie sie in Reinsträumen Vorschrift sind.
• Abgesehen davon sind große dünne Glasplatten, wie sie für die Fertigung großer TFT-Bildschirme verwendet werden, durch ihre kristalline Struktur und gleichzeitige relativ große Masse gegen kleinste Stöße äußerst empfindlich. Ein Industrieroboter ist deshalb auch aus den Gründen fehlender Feinfühligkeit und mangelnder Positioniergenauigkeit zur Handhabung großer dünner Glasplatten in Reinsträumen nicht geeignet.
• Der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei dem Transport großer dünner Glasplatten unter Reinstraum-Bedingungen eine extreme Positioniergenauigkeit zu gewährleisten.
• Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, bzw. einem Verfahren nach Anspruch 6 gelöst.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden näher beschrieben.
• Es zeigen im Einzelnen:
• 1: eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung
• 2: eine zur Positioniervorrichtung führende Transportvorrichtung
• Für Reinsträume, wie sie in der Mikroelektronik Verwendung finden, gibt es mehrere hierarchische Bereiche mit entsprechender Reinraumklasse. So umgibt den Reinstraum (Klasse 10 und besser), in dem mit Substraten hantiert wird, ein abgetrennter Bereich mit den benötigten Anlagen zur Beschichtung und Strukturierung. Benötigte Pumpen für die Vakuumtechnik befinden sich meist in einem darunter liegenden Stockwerk.
• Der Reinsträumen-Zugang erfolgt meist über eine Folge verschiedener Reinraumbereiche mit fallender Reinraumklasse. Zwischen diesen Bereichen wird in der Regel ein Kleiderwechsel verlangt. Um Verschmutzungen von Gegenständen, die mit dem Fußboden in Berührung kommen (z. B. Schuhsohlen), zu minimieren, befinden sich an den jeweiligen Zugängen spezielle klebrige Fußmatten. Der Zugang zum Reinstraum selbst folgt zusätzlich über Personal- und Materialschleusen, in denen wiederum starke Luftströmungen und Filtersysteme vorhandene Partikel aufwirbeln und absaugen, so dass keine zusätzliche Verunreinigung von außerhalb eingetragen wird.
• Materialien, die in Reinräumen eingesetzt werden, müssen über abriebfeste Oberflächen verfügen. Aufgestellte Anlagen und Geräte dürfen die laminare Luftströmung nur minimal stören. Ein Reinraum wird in der Regel mit Überdruck (Überdruckbelüftung) beaufschlagt.
• Die im Reinstraum verwendeten Glasplatten (11) werden in einem der vorgehenden Räume gesäubert und in mehrere Schutzhüllen verpackt.
• Diese Schutzhüllen werden dann entsprechend dem jeweiligen Bearbeitungsvorgang der Glasplatten (11) und entsprechend den geforderten Reinraumbedingungen, bzw. Reinstraumbedingungen, wieder entfernt.
• Der Zugang der Glasplatten (11) zu dem Raum in dem die erfindungsgemäße Ausrichtung und Positionierung erfolgt geschieht über eine Schleuse durch die ein Rollenförderer führt. Ein solcher Rollenförderer besteht aus einer Folge von Rollen (13). Die Rollen (13) können jeweils über einem eigenen Antrieb mit einer eigenen Steuerung sowie Lagern, die entsprechend den geforderten Reinraumbedingungen ausgelegt sind oder indirekt über einen gruppenweise wirkenden Antrieb und eine Glasplatte (11) zu ihrem nächsten Bestimmungsort transportieren.
• Gelangt die jeweilige Glasplatte (11) dann in den Bereich der Ausrichteinheit wird ihre Lage durch Sensoren (12) erfasst und die Glasplatte (11) in einer vorläufigen Stellung zum Halten gebracht.
• Als Sensoren (12) können entsprechend der jeweiligen Anforderungen für einen Fachmann geläufige, verschiedenste Arten und Anordnungen von Sensoren unterschiedlichster Bauart zum Einsatz kommen.
• Zum eigentlichen Ausrichten einer Glasplatte (11) wird unterhalb der Laufrollen ein Heberahmen (1) angehoben der einen Ausrichtrahmen (2) trägt, wobei dieser wiederum Querverstrebungen (7) mit Auflageelementen (8) trägt, die den zwischen den Laufrollen bestehenden Freiraum durchdringen und das Auflage-Niveau der Laufrollen überragen.
• Das Anheben des Heberahmens (1) erfolgt über den Antrieb (5), der über ein Hebelgestänge und die Verkürzung einer Gewindestange die Auslenkung von Hebeelementen bewirkt. Es sind jedoch auch andere dem Fachmann bekannte Möglichkeiten anwendbar die eine Hubwirkung aufweisen und mit den Bedingungen im Reinstraum vereinbar sind.
• Der Ausrichtrahmen (2) trägt auf drehbar gelagerten Querverstrebungen (7) befestigte Auflageelemente (8) die eine abdruckfreie Oberfläche aufweisen und die Glasplatte (11) an der Unterseite berühren und sie auf diese Weise tragen.
• Der Ausrichtrahmen (2) ist einerseits auf Verschiebeauflagen (9) über einzeln durch Antriebe (4) ansteuerbare Verschiebeelemente (3) verschieblich gelagert, wodurch die beiden längs verlaufenden Traversen des Ausrichtrahmens (2), die mit den drehbar gelagerten Querverstrebungen (7) gelenkig verbunden sind, unterschiedlich positionierbar sind.
• Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich nicht nur der Ausrichtrahmen (2) insgesamt parallel verschieben und somit fein justieren lässt, sondern sich auch wie ein Parallelogramm schräg verstellen lässt und der Ausrichtrahmen (2) die auf den Auflageelementen (8) aufliegende Glasplatte (11) in die gewünschte Position bringt.
• Eine Kontrolle der genauen Positionierung der Glasplatte (11) kann über Linien-Laser oder über Markierungen deren Position über Laser und/oder Sensoren überwacht wird, erfolgen.
• Somit lässt sich eine Glasplatte (11) mit einer größtmöglichen Genauigkeit positionieren und unter Reinstraum-Bedingungen der weiteren Bearbeitung zuführen.
• Das geschieht dadurch, dass nach dem Vorgang des genauen, durch Sensoren überwachten, Ausrichtens der Glasplatte (11) der Heberahmen (1) soweit abgesenkt wird, dass die Glasplatte (11) wieder auf den Rollen aufliegt.
• Die interaktive Steuerung der jeweils verwendeten Bewegungselemente und Sensoren (12) erfordert ein spezielles Steuerungsprogramm.

1

Heberahmen für Ausrichteinheit

2

Ausrichtrahmen

3

Verschiebeelemente

4

Antrieb der Verschiebeelemente

5

Antrieb des Heberahmens

6

Drehgelenke des Ausrichtrahmens

7

Querverstrebungen, Aufnahme von Abdrückelementen

8

Abdrückelemente, Auflageelemente

9

Verschiebeauflage für den Ausrichtrahmen

10

Schwenklager für die Hebeeinheit

11

Glasplatte

12

Sensoren

13

Rollen

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• - EP 1541296 A1 [0018]

Claims (12)

1. Vorrichtung zum kontaminationsfreien Ausrichten von dünnen, stoßempfindlichen kristallinen Platten, insbesondere Glasplatten (11) mit den folgenden Merkmalen: a) eine Glasplatte (11) wird über Rollen (13) mit jeweils eigenem Antrieb durch eine Schleuse von einem Reinraum in den Reinstraum transportiert, b) im Reinstraum wird die Glasplatte (11) über Rollen (13) mit jeweils eigenem Antrieb auf eine Ausrichteinheit befördert, c) zum Ausrichten der Glasplatte (11) wird von unten durch den Freiraum zwischen den Rollen (13) ein Heberahmen (1) mit einem aufliegenden Ausrichtrahmen (2) angehoben, wobei der Ausrichtrahmen (2) mit diesem drehbar gelenkig verbundene Querverstrebungen (7) mit Auflageelementen (8) aufweist, die den Freiraum zwischen den Rollen (13) durchdringen, das Auflage-Niveau der Rollen (13) überragen und die Glasplatte (11) tragen, d) die Glasplatte (11) wird über, von einzeln ansteuerbaren Antrieben (4) betätigte, und sich in Drehgelenken (6) drehende, Schiebelemente (3) stoßfrei positioniert, e) nach dem Positionierungsvorgang wird der Heberahmen (1) soweit abgesenkt, dass die Glasplatte (11) wieder auf den Rollen (13) aufliegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben des Heberahmens (1) über den Antrieb (5), der über ein Hebelgestänge und die Verkürzung einer Gewindestange die Auslenkung von Hebeelementen bewirkt, erfolgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (8) aus abdruckfreiem und abriebfreiem Material gefertigt sind.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenklager (10), die Drehgelenke (6) und die Gelenke der Schiebeauflage (9) emissionsfrei gekapselt und aus abriebfestem Material gefertigt sind
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Positionierung der Glasplatte (11) über Laser und/oder Sensoren erfolgt.
6. Verfahren zum kontaminationsfreien Ausrichten von dünnen, stoßempfindlichen kristallinen Platten, insbesondere Glasplatten (11) mit den folgenden Merkmalen: a) eine Glasplatte (11) wird über Rollen (13) mit jeweils eigenem Antrieb durch eine Schleuse von einem Reinraum in den Reinstraum transportiert, b) im Reinstraum wird die Glasplatte (11) über Rollen (13) mit jeweils eigenem Antrieb auf eine Ausrichteinheit befördert, c) zum Ausrichten der Glasplatte (11) wird von unten durch den Freiraum zwischen den Rollen (13) ein Heberahmen (1) mit einem aufliegenden Ausrichtrahmen (2) angehoben, wobei der Ausrichtrahmen (2) mit diesem drehbar gelenkig verbundene Querverstrebungen (7) mit Auflageelementen (8) aufweist, die den Freiraum zwischen den Rollen (13) durchdringen, das Auflage-Niveau der Rollen überragen und die Glasplatte (11) tragen, d) die Glasplatte (11) wird über, von einzeln ansteuerbaren Antrieben (4) betätigte, und sich in Drehgelenken (6) drehende, Schiebelemente (3) stoßfrei positioniert, e) nach dem Positionierungsvorgang wird der Heberahmen (1) soweit abgesenkt, dass die Glasplatte (11) wieder auf den Rollen (13) aufliegt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben des Heberahmens (1) über den Antrieb (5), der über ein Hebelgestänge und die Verkürzung einer Gewindestange die Auslenkung von Hebeelementen bewirkt, erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (8) aus abdruckfreiem und abriebfreiem Material gefertigt sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenklager (10), die Drehgelenke (6) und die Gelenke der Schiebeauflage (9) emissionsfrei gekapselt und aus abriebfestem Material gefertigt sind.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung der Positionierung der Glasplatte (11) über Laser und/oder Sensoren erfolgt.
11. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.
12. Maschinenlesbarer Träger mit dem Programmcode eines Computerprogramms zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wenn das Programm in einem Computer ausgeführt wird.