专利名称：使用冷氢焰清洁玻璃基片的装置和方法
技术领域：
本发明总地来说涉及平板显示器的玻璃基片的表面清洁，特别是涉及一种使用冷氢焰对用于制造平板显示器的玻璃基片进行表面清洁的装置和方法。
背景技术：
众所周知，平板显示器(FPD)广泛应用于工业设备和消耗设备。最常见的FPD是液晶显示器(LCD)和等离子显示屏(PDP)。与阴极射线管(CRT)显示器相比，FPD的辉迹相对较小，并且能耗更小。FPD生成的图象在边缘无失真。目前，FPD用于几乎所有需要图形显示的技术领域。FPD正快速取代CRT显示器作为个人计算机的输出外设的地位。FPD也正取代传统的CRT电视机。
FPD的一个重要部件是构成显示器的可视屏幕的玻璃基片。对这种玻璃基片的质量要求非常之高。这种玻璃基片必须具有高清晰度、高平坦度、均匀的厚度，并且无杂质。现在这些玻璃基片以约为890mm×680mm的大块基片的形式被制造出来，其厚度约为0.7mm。然后，再根据不同的用途将大块基片切割成小块基片。
FPD制造商通常依赖于服务供应商完成清洁工作，并依赖于服务供应商根据FDP制造商的需求提供现成的玻璃基片，从而减少制造成本。大小为890mm×680mm的玻璃基片所需的典型的洁净度标准约为0.3微米尺寸中包含15,000个颗粒。
在玻璃基片清洁车间，制造出来的玻璃基片在运输时以10到12个为一组，它们由聚氨酯泡沫制成的四个带槽的角固定在一起，以防止玻璃基片之间互相接触。在此阶段，这些玻璃基片表面的污染非常严重。杂质的范围从诸如尘土的小颗粒物质到其它有机化合物和蛋白质。这些有机化合物和蛋白质中的一部分由人为触摸产生，并可能包括皮肤上的天然油脂，或仅仅是“手印”。
在FPD的制造过程中，玻璃基片的清洗或清洁是至关重要的。它确保玻璃基片的表面无杂质。这对于根据不同FPD类型采用适当的涂覆规格是必要的。清洁玻璃基片的重要性主要是保证在FPD最终组装完毕时产生的图像的清晰度。存在于玻璃基片表面的杂质妨碍对FPD进行适当的涂覆，并且杂质将使图像产生失真。
清洁玻璃基片的几个可行的手段或方法是高温去电离水、RadianceProcess、大功率超声清洁和等离子清洁。
当前最成熟的清洁玻璃基片的方法是首先用高温去电离(DI)水清洗玻璃基片，然后进行真空烘干。然后玻璃基片被直接送至净室包装。虽然这种方法有一定效果，但是在一个典型的生产工艺中该方法需要消耗几百万立方米的DI水。因为真空烘干的功率需求非常之高，所以采用真空烘干也会增加成本。研究表明，对于每天清洁5000个FPD零件的车间，每个FPD零件将需要大约1.44立方米的DI水。当颗粒尺寸接近0.3微米时，这种清洗方法的效果将会降低。
Radiance Process采用激光和连续的惰性气体层流去除杂质。激光断开杂质和玻璃基片之间的结合，惰性气体将杂质移走。最近已有演示显示出该方法可急剧减少总的颗粒数量。然而，Radiance Process特别依赖于惰性气体在玻璃基片表面上层流的维持。目前还没有低成本的提供并实施RadianceProcess的设备。
另一种采用的方法是大功率超声清洁。该技术本身并非新的技术。超声清洁已在印刷电路板中有应用。该技术也已经应用于玻璃基片的清洁。然而，这种方法还远不够完美。在超声清洁过程中，清洁液体的空穴导致小水泡形成，该小水泡在玻璃基片的表面上撞击。这种情况有可能导致在玻璃表面上形成微型裂痕，并造成玻璃基片不可用。
等离子清洁技术在高真空系统中实施，将待清洁的零件暴露于激发的等离子体。该方法虽然有效，但是等离子系统需要较高的能源来激发等离子体，以提供高真空环境。这种系统通常十分昂贵，以至于无法仅用于玻璃基片表面的清洁。
因此，需要一种新的、有效且经济的方法和装置去除玻璃基片表面的杂质。
发明内容
本发明试图提供一种使用冷氢焰清洁玻璃基片的方法和装置。
通过在一段预定的持续时间之内将诸如玻璃基片的温度敏感基片的表面暴露于氢表面混合扩散火焰，以去除该表面的杂质。该预定的持续时间不足以充分加热表面，从而避免损坏该温度敏感基片。
在第一方面，本发明提供一种去除温度敏感基片的表面的杂质的方法，该方法包括以下步骤生成氢表面混合扩散火焰，并在一段预定的持续时间之内将该氢表面混合扩散火焰暴露于表面，该预定的持续时间不足以充分加热表面，从而避免损坏该温度敏感基片。
在另一方面，本发明提供一种清洁玻璃基片表面的工艺，该工艺包括以下步骤用去电离水清洗玻璃，烘干玻璃基片，生成氢表面混合扩散火焰；并在一段预定的持续时间之内将该氢表面混合扩散火焰暴露于表面，该预定的持续时间不足以充分加热表面，从而避免损坏该温度敏感基片。
在第三方面，本发明进一步提供一种清洁用于制造平板显示器的玻璃基片的表面的系统，该系统包括一个用于牢固地固定玻璃基片的夹具、一个用于传送夹具的传输工具、一个使用去电离水清洁玻璃基片的清洗单元、一个烘干单元和一个使用氢表面混合扩散火焰的清洁室。
图1示出了根据本发明的装置的方案的俯视平面图。
图2示出了根据图1的A-A部分的氢焰室的正视截面图。
图3示出了根据本发明的清洁玻璃基片的步骤的方框图。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明的清洁用于制造FPD的玻璃基片的系统10。系统10包括传输工具12a和12b、夹具14、DI水箱16、烘干室18、氢清洁室20和净室包装设备22。氢清洁室20设计为真空室。该氢清洁室20在内部气压约为3磅/平方英寸或0.2巴的环境下工作。利用真空泵24实现此工作环境。
参考图2，氢清洁室20包括不锈钢室32、真空泵24和一对氢燃烧器毂35a和35b。夹具14将玻璃基片30固定在与两个氢燃烧器毂35a和35b的距离大致相等的位置上。
氢燃烧器毂35a/35b由多个线性排列的燃烧器喷嘴组成。氢燃烧器毂的长度与待清洁的玻璃基片的长度大致相同。燃烧器喷嘴产生的火焰是柔和的、“冷的”，并且是干净的燃烧。该火焰由纯氢在纯氧中燃烧产生。
然而，氢和氧在被点燃之前并未预先混合起来。燃烧器喷嘴是设计有喷口的管。也就是说，一个主喷嘴喷射氧气，一个位于主喷嘴之内的中央喷嘴喷射氢气。当燃烧器喷嘴工作时，喷射出的氢气被氧气包围。当氢气被点燃时，仅在氢气周围和氧气的接触面燃烧。这样产生的火焰称为表面混合扩散火焰40a和40b。因为火焰的温度远低于常规的预先混合的火焰，所以该火焰被描述为“冷”燃烧火焰。为了确保氢气完全燃烧，从喷嘴中喷射出200％的氧气量。既然氢清洁室20是工作在约3磅/平方英寸环境下的真空室，所以，即使气体没用尽，也没有气体累积的可能性。
参考图1和图3，清洁玻璃基片30的工艺100的步骤从将玻璃基片30安装在夹具14上的步骤110开始。然后传输玻璃基片30至DI水箱16。降低玻璃基片30，或在步骤115将玻璃基片浸入DI水箱中进行初次清洗。任何可溶性的杂质和松散的颗粒物质在此处被去除。然后在步骤120抬高玻璃基片30并传输至用于烘干的烘干室18。使用压缩空气或干燥气流来吹干或移走玻璃基片30上的所有水分。这也有助于去除其它颗粒物质。然后在步骤125传输玻璃基片至使用氢焰对玻璃基片进行最终表面清洁的氢焰室20。参考图2，当玻璃基片30进入氢焰室20时，氢燃烧器毂35a和35b位于玻璃基片30顶部附近的高度。氢燃烧器毂35a和35b已被点燃。表面混合扩散火焰40a和40b正好与玻璃基片30顶部附近的表面接触。然后垂直抬高夹具14，以允许火焰接触到玻璃基片30的其余部分。实际上，火焰轻柔地扫过玻璃基片30的整个表面。火焰以每秒20mm的速度“扫过”表面。这造成所有杂质从玻璃基片的表面蒸发掉。在此速度下，这个系统可以非常好地在不到一分钟的时间内清洁一个玻璃基片，在一天24小时之内能清洁将近1500个玻璃基片。
在本发明的系统中，玻璃基片可移动，燃烧器保持不动。但是完全可以使玻璃基片保持不动，而使燃烧器回转，或者甚至使玻璃基片和燃烧器两者都回转，该回转保证玻璃基片的整个表面被“扫过”。
然后立即将清洁后的玻璃基片30传输进入净室包装设备22。然后，在步骤130中，在惰性气体中包装玻璃基片30，以避免杂质附着并增加玻璃基片的电稳定性。该工艺也称为钝化。此时玻璃基片可输送给FPD制造商了。
使用氢焰清洁汽化的杂质并非一项新技术。然而，待清洁的产品是特殊的890mm×680mm、且厚度约为0.7mm的玻璃基片。常规的预先混合氢焰太热。这种大面积的玻璃基片容易弯曲并失去其平坦性和清晰度。如果在较远的距离保持预先混合的火焰，则无法使杂质蒸发汽化。只有表面混合扩散火焰足够“冷”，使其可直接暴露于玻璃基片，但仍然具有蒸发杂质的能力。
此外，众所周知，氢焰的特性使其具有干净燃烧的效果，不会产生大多数碳氢化合物火焰所产生的烟灰和碳颗粒。在燃烧过程中不存在烟灰也将显著减少氢焰释放的发热量，因此形成“冷”火焰。另外，氢燃烧过程中产生的游离基极具活性，能够有效地快速破坏并去除有机杂质。
为了进一步增加本发明的性能，在系统10中引入化学添加物来强化本发明的清洁工艺的效果。诸如过氧化氢和臭氧之类的化学添加物可增加系统10中游离基的存在，并且，由于游离基能够容易地与有机杂质反应并有效地破坏有机杂质，从而增加了清洁玻璃基片30的性能。
在DI水箱16中加入臭氧，使得DI水臭氧化。DI水中臭氧的强氧化性使其能够非常有效地去除玻璃基片30上的任何有机杂质。可以通过将至少一个气体喷嘴伸入DI水箱16将臭氧加入DI水箱16中。相应地，根据本发明的工艺100在玻璃基片30浸入DI水箱16进行初次清洗之前，进一步包括一个在DI水箱16中加入臭氧的附加步骤。在臭氧化的DI水中清洗玻璃基片30可进一步强化氢清洁室20的性能。
除了表面混合扩散火焰蒸发玻璃基片30上的杂质以外，氢燃烧过程中产生的游离基进一步确保消除有机杂质。可通过在氢清洁室20中额外添加过氧化氢来进一步强化该功能。
由多个喷嘴将过氧化氢以薄雾的形式加入氢清洁室20。优选地，喷嘴位于氢燃烧器毂35a/35b附近，并且确定其方向使得喷嘴指向待清洁的玻璃基片和表面混合扩散火焰40a和40b。也可以排列喷嘴使得喷嘴与氢燃烧器毂35a/35b共轴。由于表面混合扩散火焰40a和40b产生的热量使过氧化氢分裂，所以正对着待清洁的玻璃基片30的过氧化氢薄雾导致形成羟基游离基。所有过氧化氢分裂而形成的水都被表面混合扩散火焰40a和40b转化为蒸汽，并被真空泵24去除。过氧化氢薄雾也正对着玻璃基片30，有助于冷却玻璃基片30的温度，以防止由于表面混合扩散火焰40a和40b的热量使得玻璃基片30过热而导致玻璃基片30弯曲。相应地，根据本发明的工艺100进一步包括一个对着玻璃基片30喷射过氧化氢薄雾的附加步骤。该过氧化氢薄雾喷射与使用表面混合扩散火焰40a和40b清洁玻璃基片30同时发生。
或者，还可通过将臭氧加入氢清洁室20来强化本发明的性能。臭氧通过多个气体喷嘴加入氢清洁室20。气体喷嘴的位置不在氢燃烧器毂35a和35b之处，但是，在玻璃基片经过表面混合扩散的清洁工艺之后，气体喷嘴正对着玻璃基片30。就在传输玻璃基片30至净室包装设备22之前，臭氧对准玻璃基片30。加入的臭氧分裂形成氧游离基和氧气。在步骤130玻璃基片被包装之前，游离基有助于进一步清除玻璃基片30上的任何残留杂质。
此外，清洁玻璃基片30的工艺100在使用氢焰进行清洁的步骤125之后，在包装玻璃基片30的步骤130之前，进一步包括一个将臭氧气体对准玻璃基片30的附加步骤。
使用表面混合扩散火焰的方法有利地克服了其它清洁方法的缺陷。该方法用水少，能耗少，并且无需贵重设备。该方法不在玻璃基片上施加额外的机械应力，并且不降低FPD制造商的质量需求。该方法所需的气体可以方便地获得，并且不会造成高成本。和使用热DI水相比，该方法可更加容易地去除一些诸如“手印”之类的由天然油脂和有机物质组成的更顽固的杂质。
上述根据本发明的一个示例的说明并不用以限制本发明的范围。对于本领域的普通技术人员显而易见，在不偏离本发明的范围的前提下，可对本发明进行改进，或将本发明应用于其它类型的温度敏感基片。
权利要求
1.一种去除温度敏感基片的表面杂质的方法，该方法包括以下步骤产生氢表面混合扩散火焰；和在一段预定的持续时间内将所述氢表面混合扩散火焰暴露于所述表面；所述预定的持续时间不足以充分加热所述表面，从而避免损坏所述温度敏感基片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在真空环境下实施。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度敏感基片包括以下物质中的一个或多个玻璃基片和基于硅的半导体基片。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氢表面混合扩散火焰由纯氢在纯氧中燃烧产生，该纯氢和纯氧没有预先混合。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述暴露氢表面混合扩散火焰的步骤进一步包括向所述氢表面混合扩散火焰和所述温度敏感基片喷射过氧化氢薄雾。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括在一段预定的持续时间之内将所述氢表面混合扩散火焰暴露于所述表面之后，将臭氧对准所述玻璃基片。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述纯氧的量至少比所述纯氢的量多100％。
8.一种清洁玻璃基片表面的工艺，所述工艺包括以下步骤用去电离水清洗所述玻璃基片；烘干所述玻璃基片；产生氢表面混合扩散火焰；和在一段预定的持续时间之内将所述氢表面混合扩散火焰暴露于所述表面；所述预定的持续时间不足以充分加热所述表面，从而避免损坏所述温度敏感基片。
9.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述玻璃基片用于制造平板显示器。
10.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述将氢表面混合扩散火焰暴露于所述表面的步骤在真空环境下实施。
11.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述氢表面混合扩散火焰由纯氢在纯氧中燃烧产生，该纯氢和纯氧没有预先混合。
12.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述纯氧的量至少比所述纯氢的量多100％。
13.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述用去电离水清洗玻璃基片的步骤进一步包括在所述去电离水中加入臭氧。
14.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述暴露氢表面混合扩散火焰的步骤进一步包括向所述氢表面混合扩散火焰和所述玻璃基片喷射过氧化氢薄雾。
15.根据权利要求8所述的工艺，其特征在于，所述工艺进一步包括在将所述氢表面混合扩散火焰暴露于所述表面的步骤之后，将臭氧对准所述玻璃基片。
16.一种清洁用于制造平板显示器的玻璃基片的表面的系统，所述系统包括用于牢固地固定所述玻璃基片的夹具；用于传输所述夹具的传输工具；用于使用去电离水清洁所述玻璃基片的清洗单元；烘干单元；和使用氢表面混合扩散火焰的清洁室。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述清洁室是真空室。
18.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括一个用于钝化和包装所述玻璃基片的净室。
19.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述清洁室内的压力约为0.2巴。
20.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述清洁室包括产生多个氢表面混合扩散火焰的多个燃烧器喷嘴。
21.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述多个燃烧器喷嘴能够以预定方式进行受控的运动。
22.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述氢表面混合扩散火焰由纯氢在纯氧中燃烧产生，该纯氢和纯氧没有预先混合。
23.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述多个燃烧器喷嘴是设计有喷口的管。
24.根据权利要求22所述的系统，其特征在于，所述纯氧的量至少比所述纯氢的量多100％。
25.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述清洁室进一步包括至少一个向所述氢表面混合扩散火焰喷射过氧化氢薄雾的喷嘴。
26.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述清洁室进一步包括至少一个给所述玻璃基片加入臭氧的喷嘴。
全文摘要
通过在一段预定的持续时间内将诸如玻璃基片的温度敏感基片的表面暴露于氢表面混合扩散火焰去除表面的杂质。预定的持续时间不足以充分加热表面，从而避免损坏该温度敏感基片。
文档编号H01J17/16GK1589183SQ02822951
公开日2005年3月2日 申请日期2002年11月20日 优先权日2001年11月21日
发明者大卫·T·梁, 杜蒂·M·林, 陈秀男 申请人:新加坡科技研究局