CN101916003A - 衬底键合设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种衬底键合设备和方法。衬底键合设备可包括具有与固定到其一侧的衬底相对的接收表面的板、位于板的接收表面和衬底之间多个夹持件、以及用来将衬底从夹持件分离的衬底分离器。衬底分离器包括用于推衬底使衬底从夹持件分离的推力器和安装在板的接收表面上的基底板,基底板具有在其内形成的用以安装推力器的安装空间。推力器经过位于安装空间一端的进出端口伸出基底板,以对衬底施压。

Description

衬底键合设备
本发明是申请号为2008101758726、申请日为2008年11月7日、发明名称为“衬底键合设备”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种衬底键合设备,更具体地说,涉及一种包括衬底分离器的衬底键合设备。
背景技术
随着基于信息技术的社会的发展,对显示器件的需求越来越多。各种平板显示器件,诸如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)、电致发光显示器(ELD)和真空荧光显示器(VFD),已经被开发出来。与更早的阴极射线管(CRT)技术相比,在这些显示器中,LCD具有优异的图像质量,轻且薄,而且能够在低能耗下运行。对关联的制造技术的改进,可以帮助LCD获得更广泛的应用。
发明内容
本发明提供了一种衬底键合设备,其能够将由夹持件保持的衬底从该夹持件分离。
本申请包含并概括性描述的衬底键合设备包括:板,所述板具有一个主表面,所述主表面与固定到所述板一侧的衬底相对;多个夹持件,位于所述板的所述一个主表面和所述衬底之间,用于保持衬底;以及衬底分离单元,用以从所述夹持件分离所述衬底。
衬底分离单元可包括用于推所述衬底使所述衬底从所述夹持件分离的推力器和安装在所述板的所述一个主表面上的基底板,所述基底板具有在其内部形成的用以安装所述推力器的安装空间。所述推力器经过位于所述安装空间一端的进出端口伸出所述基底板,以对所述衬底施压。
夹持件可围绕着所述进出端口设置。
衬底分离单元还可以包括弹性件,用以向伸出所述基底板的所述推力器提供回复力。
衬底分离单元还可以包括能够在从外面供给的气体作用下膨胀以对所述推力器施压的膜片。
衬底分离单元还可以包括活塞,用以对推力器施压,所述活塞包括活塞杆、用以盖住所述推力器顶部和侧面的盖子、和置于所述盖子中与所述推力器顶部接触的推力部。
在所述推力器的侧面和所述盖子的内侧可以安装O型圈。
衬底分离单元可包括置于所述夹持件之间的膨胀件,使得所述膨胀件在从外面供给的气体作用下膨胀,以对所述衬底施压。
所述衬底分离单元还可以包括具有通孔的基底块和将气体供给到所述通孔一侧的气体供给器,所述膨胀件位于所述通孔的另一侧,所述膨胀件的一侧和另一侧固定到所述基底块。
所述膨胀件可以按照基本上平行于所述板的所述一个主表面延伸的杆状形成。
衬底分离单元可包括用以向形成在所述板上的柱形沟槽的一端供给气体的气体供给器和置于所述柱形沟槽中用于在气体作用下移向所述柱形沟槽开放的另一端以对所述衬底施压的活塞。
所述板可包括形成在所述柱形沟槽的内周用以防止所述活塞从所述柱形沟槽分离的阻截突起。
附图说明
下面将参照附图详细描述实施例,其中,相同的附图标记表示相同的元件。附图中,
图1是本申请包含并概括性描述的衬底键合设备的剖视图;
图2是包含在图1所示衬底键合设备中的板上的衬底夹具布局的俯视图;
图3是根据本申请概括性描述的一个实施例的衬底夹具的局部切除的透视图;
图4和图5表示的是图3所示衬底夹具的操作;
图6是根据本申请概括性描述的一个实施例的衬底夹具的局部去除透视图;
图7和图8表示的是图6所示衬底夹具的操作;
图9是根据本申请概括性描述的另一实施例的衬底键合设备的剖视图;
图10是本申请包含并概括性描述的布置在板上的静电夹具俯视图;
图11是图10所示上板和静电夹具内部结构的前剖视图;
图12是图10所示上板的侧剖视图;
图13是根据本申请概括性描述的另一实施例的上板和静电夹具内部结构的前剖视图;以及
图14和图15表示的是图10所示静电夹具和图9所示衬底键合设备的操作。
具体实施方式
下面将参照图1~15更详细地描述示例性实施例。因为可以按各种形式修改实施例,所以,本发明范围不应理解为受到本申请概括性描述的实施例的限制。
通过在上面形成有电极的薄膜晶体管(TFT)衬底和上面施加有荧光物质的滤色器(CF)衬底之间注入液晶,可以制造LCD面板。可以在衬底外周施加密封剂,以防止液晶泄漏。在衬底之间可以设置分隔件,以维持衬底间的预定距离。
为了制造LCD,首先进行单独制备TFT衬底和CF衬底的工艺,接着是键合衬底的工艺,然后是向衬底间限定的空间内注入液晶材料的工艺。键合衬底的工艺在决定LCD质量方面是重要的。
衬底键合工艺可以由衬底键合设备来执行。衬底键合设备包括上腔室和下腔室,上、下腔室形成了里面产生真空并执行该工艺的键合空间。衬底键合设备可以对TFT衬底和CF衬底施压来键合衬底。为此,衬底键合设备可包括沿竖向彼此相对设置的两个静电夹具(ESC)。TFT衬底和CF衬底可以由各自的静电夹具保持。在键合衬底时,静电夹具可以彼此相向移动,同时精确地维持静电夹具之间的平行度,使衬底键合到一起。
图1所示的衬底键合设备可包括接收第一衬底S1的第一腔室100和接收第二衬底S2的第二腔室200。第二腔室200可以固定到基底,第一腔室100可以在移动装置240的作用下向上或者向下运动。
第一腔室100可设有第一衬底夹具300以保持第一衬底S1,第二腔室200可设有第二衬底夹具210以保持第二衬底S2。第一衬底夹具300和第二衬底夹具210可分别安装在第一腔室100的第一板101上和第二腔室200的第二板201上。第一衬底夹具300可利用范德瓦尔斯力来保持第一衬底P1,第二衬底夹具210可利用静电力保持第二衬底P2。其他的手段也是合适的。
图2是第一衬底夹具300的俯视图。如图2所示,第一衬底夹具300可以安装在第一板101上。第一衬底夹具300可包括底板310、以暴露的方式设置在底板310表面上的多处粘结剂320、以及衬底分离器330,衬底分离器330设置在粘结剂320之间,用于在必要的时候将附着到粘结剂320上的第一衬底S1从粘结剂320分开。
在一些实施例中,取决于第一衬底S1的尺寸和第一板101的尺寸,可以在第一板101上安装多个第一衬底夹具300。
下面将描述第一衬底夹具300的各种实施例。图3是第一衬底夹具第一实施例的局部去除透视图,图4和图5表示的是根据第一实施例的第一衬底夹具的操作。
如图3所示,第一衬底夹具300可包括金属制成的底板310。底板310可设有安装空间311,安装空间311具有形成在其下部的进出端口321。在安装空间311的内侧下面部分可形成台阶部322。围绕着底板310的进出端口321,可布置多处粘结剂320来保持衬底S1。
衬底分离器330可以被安装在安装空间311内。衬底分离器330可包括推力器331,推力器331包括支承部331a和推力部331b,支承部331a位于安装空间311内,使得支承部331a接合安装空间311的台阶部322,推力部331b的直径小于支承部331a的直径。
衬底分离器330还可包括膜片332和若干弹簧333。膜片332促使推力器331的推力部331b伸向进出端口321,弹簧333被置于推力器331的支承部331a和安装空间311的台阶部322之间,以使推力器331弹性回复到安装空间311内。在台阶部322上可形成支承突起323,用以支承弹簧333。位于推力器331上的膜片332可以响应气体压力而膨胀或收缩。在膜片332的顶部,气管332a可以向膜片332供给气体压力。气管332a可从底板310向外延伸。
下面将参照图4和图5描述图3所示第一衬底夹具300的操作。当如图4所示,第一衬底S 1被粘结剂320保持时,推力器331被弹簧333保持在安装空间311内。这时,不向膜片332施加气体压力。当第一衬底S1要从第一夹具300分离进行键合时,如图5所示,向膜片332施加气体压力,造成膜片332膨胀。
随着膜片332的膨胀,推力器331的推力部331b被推向进出端口321,因而弹簧333被压缩。结果,推力器331的推力部331b经过进出端口321向第一衬底S1前进,并沿着与第一衬底S1被粘结剂320保持的方向相反的方向推第一衬底S1。推操作的结果是,第一衬底S1与粘结剂320分离。一旦第一衬底S1被分离,则可从膜片332释放压力,然后,弹簧333的回复力使推力器331缩回到安装空间311内。
图6是第一衬底夹具第二实施例的局部去除透视图,图7和图8表示的是根据第二实施例的第一衬底夹具的操作。
如图6所示,第一衬底夹具300可包括金属制成的底板310。底板310可设有安装空间411,安装空间411具有形成在其下部的进出端口421。在安装空间411的内侧下面部分可形成台阶部422。围绕着底板310的进出端口421,可设置多处粘结剂320来保持第一衬底S1。
衬底分离器330可以被安装在安装空间411内。衬底分离器330可包括推力器431,推力器431包括支承部431a和推力部431b,支承部431a位于安装空间411内,使得支承部431a接合安装空间411的台阶部422,推力部431b的直径小于支承部431a的直径。
衬底分离器330还可包括用以促使推力器431的推力部431b经进出端口421伸出的活塞432以及被置于推力器431的支承部431a和安装空间411的台阶部422之间用以使推力器431弹性回复到安装空间411内的若干弹簧433。在台阶部422上可形成支承突起423以支承弹簧433。
衬底分离器330的活塞432可包括活塞杆432a和盖住推力器431的顶部和侧面的盖子432b。在盖子432b的里面,推力突起432c可接触推力器431的顶部。在推力器431的支承部431a的侧面,设置O型圈431c。多处粘结剂320可围绕着进出端口421定位。
下面参照图7和图8描述图6所示衬底分离器330的操作。当如图7所示第一衬底S1被粘结剂320保持时,推力器431位于安装空间411内,弹簧433处于非工作状态,活塞431被升起。
当第一衬底S1要从第一夹具300分离进行键合时,如图8所示,活塞432下降。随着活塞432向下运动,推力器431的推力部分431b被推动经过进出端口421并且弹簧433被压缩。结果,推力器431的推力部431b经进出端口421向第一衬底S1前进,并沿着与第一衬底S1被粘结剂320保持的方向相反的方向推第一衬底S1。推操作的结果是,第一衬底S1会从粘结剂320分离。
下面将讨论图1所示衬底键合设备的操作。
在第一腔室100和第二腔室200彼此分开时,机器人(未示出)将第一衬底S1供给到第一腔室100和第二腔室200之间限定的空间内。随后,设在第一腔室100的真空夹具120下降,以吸附并升起第一衬底S1。由于第一衬底S1响应于真空夹具120的吸附而升起,第一衬底P1被附着到粘结剂320或者第一板101。
机器人然后将第二衬底S2供给到第一腔室100和第二腔室200之间限定的空间内。一个销220或者若干销220升起来接收第二衬底S2。在第二衬底S2由销220支承时,机器人从衬底键合设备退出。随后,销220下降以将第二衬底S2放置在第二板201上。这时,第二衬底S2附着到第二衬底夹具210。
接下来,第一腔室100在移动装置240的作用下下降,结果,第一腔室100与第二腔室200紧密接触,以在第一腔室100和第二腔室200之间限定处理空间。在限定了处理空间后,由干式泵、高真空分子泵或者其他合适系统在处理空间中产生真空。这时,第一板101下降以粗略对准第一衬底S1和第二衬底S2。完成第一衬底S1和第二衬底S2的粗略对准后,在第一衬底S1和第二衬底S2之间执行精密对准。完成第一衬底S1和第二衬底S2的精密对准后,结束对准工艺。
结束对准工艺后,在腔室100和200之间限定的空间内产生真空,结果,第一衬底S1非常贴近第二衬底S2。随后,第一衬底S1通过衬底分离器330与粘结剂320分离,然后落向位于第一衬底S1下方的第二衬底S2,这样,第一衬底S1被键合到第二衬底S2。
当第一衬底S1被键合到第二衬底S2时,腔室100和200之间限定的空间通气,使得该空间处于大气压力条件下。这时,尽管没有示出,从第一腔室100侧供应N2气,以更牢固地键合第一衬底S1和第二衬底S2。
当上述工艺完成时,第一腔室100和第二腔室200彼此相背运动,第二腔室200的销200升起,机器人进入第一腔室100和第二腔室200之间限定的空间内,以将键合后面板从衬底键合设备撤出。这样,就完成了衬底键合工艺。
图9是根据本申请包含并概括性描述的另一实施例的衬底键合设备1100的示意性剖视图,该设备包括上腔室1200、下腔室1300和驱动器1400。上腔室1200可以由驱动器1400向上或者向下移动,而使上腔室1200的底部紧密接触下腔室1300,并在二者之间限定键合空间。形成为板的上板1210可设置在上腔室1200的底部,上夹具1220可附着到上板1210的底部。第一衬底P1可附着到上夹具1220的底部。上夹具1220可以是利用静电力保持第一衬底S1的静电夹具(ESC)。在某些实施例中,可以在上板1210的底部嵌置多个上夹具1220,使多个上夹具1220均匀地分布在整个上板1210,以利用静电力保持第一衬底P1。
可以在上腔室1200设置摄像机1230来调整第一衬底P1和第二衬底P2之间的相对位置。衬底分离器1240可吸附或者施压于第一衬底P1,使第一衬底P1固定到上夹具1220或者从上夹具1220分离。
摄像机1230可通过形成于上腔室1220和上板1210中的通孔1231观察第一衬底P1和第二衬底P2的对准状态,这将在后面介绍。摄像机1230可在使第一衬底P1和第二衬底P2重叠时观察设在第一衬底P1和第二衬底P2上的对齐标记(未示出)。在可替换的实施例中,摄像机单元1230可以在使第一衬底P1和第二衬底P2重叠时观察第一衬底P1和第二衬底P2的至少两个斜对角。可以在下腔室1300的底部安装照明器件1330,以给摄像机1230提供照明,使摄像机1230能对对准标记拍照。
衬底分离器1240可以包括多个延伸经过上腔室1200和上板1210的销1241以及置于上腔室1200的外面用以上下移动分离销1241的致动件1242。每个销1241可按中空管的形状形成。在每个销1241中,可以产生真空压力以吸附并保持第一衬底P1。
还有,虽然没有示出,但是可以连接真空泵以在上腔室1200和下腔室1300之间限定的键合空间中产生真空压力。真空泵可以是例如干式泵、涡轮分子泵(TMP)、机械式增压真空泵(BMP)或者其他合适的泵。
上腔室1200可以被驱动器1400移向下腔室1300,使得在上腔室1200和下腔室1300之间限定出键合空间。下板1310可置于下腔室1300的顶部。下夹具1320可置于下板1310的顶部。第二衬底P2可由下夹具1320保持。下夹具1320可以是一种用静电力保持第二衬底P2的静电夹具(ESC)。密封件1340可设置在下腔室1300的边缘处以接触上腔室1200的底部,使键合空间得以气密封。
在下腔室1300的底部可设置衬底移动器件1350,以将第二衬底P2固定到下夹具1320,或者使第二衬底P2与下夹具1320分离。
衬底移动器件1350可包括延伸经过下腔室1300和下板1310的多个销1351以及置于下腔室1300外面用以上下移动销1351的致动件1252。
当将第二衬底P2供给到在上腔室1200和下腔室1300之间限定的键合空间中时,销1351可被升起以支承第二衬底P2,然后被降下以将第二衬底P2放置在下夹具1320上。另外,当完成键合工艺后要从键合空间撤出键合后的衬底P1、P2时,销1351可从下腔室1300升起键合后衬底P1和P2。
驱动器1400将上腔室1200移向下腔室1300,使得在上腔室1200和下腔室1300之间限定出键合空间。
图10是根据本申请概括性描述的另一实施例的静电夹具和上板的俯视图,图11是图10所示上板和静电夹具内部结构的前剖视图,图12是图10所示上板的侧剖视图。
参见图10~12,多个静电夹具1220可以按矩阵形式置于上板1210上。静电夹具1220的这种矩阵布局可以提高保养和维修的方便性。进一步,与使用单个静电夹具的情况相比,使用多个静电夹具1220吸附第一衬底P1可以减少第一衬底P1的变形。而且,由于静电夹具1220的均匀分布可以减少用来吸附衬底的功率数量,由此提高了经济性和效率。
上板1210还可包括空气膨胀器件1250,用以供应空气,使得第一衬底P1能够从静电夹具1220分离,以实现第一衬底P1和第二衬底P2的键合。
静电夹具1220仅仅利用静电力保持第一衬底P1。静电夹具1220可以利用例如在位于电极和第一衬底P1之间的绝缘层中产生的约翰逊-拉贝克(Johsen-Rahbeck)力和库伦力来吸附衬底。静电夹具1220可被分为聚酰亚胺型静电夹具1220或者陶瓷型静电夹具1220。
每个空气膨胀器件1250可包括基底块1251、空气供给器(未示出)和膨胀件1252。空气可以经基底块1251中形成的通孔供给膨胀件1252。另外,当空气被泵出通孔时,膨胀件1252收缩到其原始状态,并且基底块1251的通孔用来防止膨胀件1252的变形,例如膨胀件1252的过度收缩。空气供给器向通孔的一侧供给空气,膨胀件1252位于通孔的另一侧。膨胀件1252向着附着到静电夹具1220的衬底膨胀。
对于膨胀件1252没有特别的限制,只要膨胀件1252用较软材料制成。例如,膨胀件1252可以是膜片。如图10所示,膨胀件1252可置于静电夹具1220之间。每个膨胀件1252都可以按照沿着上板1210的底部(结合)面延伸的杆状形成。杆式膨胀件1252可沿着上板1210的底部均匀分布,因此与点式分离机构相比,能够更有效地从静电夹具1220分离第一衬底P1。
因为键合空间处于真空下,所以,在从空气供给器供给的空气作用下,膨胀件1252可向着压力低的键合空间膨胀。同时,来自静电夹具1220的静电力被中断,于是将第一衬底P1从静电夹具1220分离。在图10所示实施例中,由于杆式膨胀件1252置于静电夹具1220之间,所以,当第一衬底P1被从静电夹具1220分离时,来自静电夹具1220的残余静电力被破坏,并且,第一衬底P1还被有效地从静电夹具1220分离。当同时进行膨胀件1252的膨胀和来自静电夹具1220的静电力中断时,能够更有效地从静电夹具1220分离第一衬底P1。
在某些实施例中,可在每个基底块1251的外面,象例如上板1210中限定的空气通道处,安装热丝,使得空气能更快地膨胀。空气经基底块1251的通孔被输送到膨胀件1252,结果,膨胀件1252膨胀,因此将第一衬底P1从静电夹具1220分离。
图13是根据本申请概括性描述的另一实施例的上板和静电夹具内部结构的前剖视图,其中,每个空气膨胀器件1250包括柱形沟槽1253、空气供给器(未示出)、活塞1254和阻截突起1255。柱形沟槽1253可以形成在上板1210中。空气供给器向柱形沟槽1253的一侧供给空气。活塞1254从柱形沟槽1253的一侧滑向另一侧。阻截突起1255在柱形沟槽1253的底部截止中心位置处将活塞1254支承在柱形沟槽1253内。
随后,供给的空气使活塞1254滑动,并且通过活塞1254的滑动运动,第一衬底P1被从静电夹具1220分离。这时,来自静电夹具1220的静电力被中断,因此,第一衬底P1更易于从静电夹具1220分离。
下面将描述图9所示衬底键合设备1100的操作。
首先,通过衬底供给设备(未示出)在上腔室1200和下腔室1300之间供给第一衬底P1和第二衬底P2。具体地说,第一衬底P1进入上腔室1200和下腔室1300之间,并且销1241被降下以吸附并保持第一衬底P1。随后,销1241升起第一衬底P1,并将第一衬底P1附着到静电夹具1220。
当供给第二衬底P2时,置于下腔室1300处的销1351由相应的致动件1352从下腔室1300向上运动,并用向上运动的销1351支承第二衬底P2。当销1351由相应的致动件1352向下运动时,由销1351支承的第二衬底P2也向下运动,并且由下夹具1320的附着力将第二衬底P2附着到下夹具1320。
当完成第一衬底P1和第二衬底P2的附着时,上腔室1200由驱动器1400移向下腔室1300,并因此使上腔室1200的底部紧密接触下腔室1300的顶部,于是在二者之间限定出键合空间。这时,通过置于上、下腔室1200、1300之间的密封件1340,在上腔室1200和下腔室1300之间建立气密封。
限定键合空间之后,由对准器件(未示出)执行第一衬底P1和第二衬底P2的对准。
当完成对准后,在键合空间中产生真空压力,并将第一衬底P1移动到非常靠近第二衬底P2(见图14)。随后,膨胀件1252膨胀,如图15所示。结果,第一衬底P1从静电夹具1220分离并自由落向第二衬底P2的顶部,使第一衬底P1暂时键合到第二衬底P2(见图15)。
具体地说,空气供给器将空气供给到相应基底块1251内,因此膨胀件1252在供给到相应基底块1251内的空气作用下膨胀。由于键合空间处于真空下,所以在从空气供给器供给的空气作用下,膨胀件1251向着压力低的键合空间膨胀。同时,来自静电夹具1220的静电力被中断,结果第一衬底P1从静电夹具1220分离,第一衬底P1暂时键合到第二衬底P2。
向暂时键合的第一衬底P1和第二衬底P2组件施加压力,同时向包围着暂时键合的第一、第二衬底P1、P2的键合空间供给N2气,使得第一衬底P1和第二衬底P2牢固地键合在一起。也就是说,暂时键合的第一、第二衬底P1、P2内部和外部之间的压力差通过增加键合空间内的压力而被增大,结果是第一衬底键合到第二衬底P2。
当完成第一衬底P1和第二衬底P2的键合后,键合空间中的压力恢复到大气压力条件,并将键合后衬底P1和P2从衬底键合设备1100撤出。将键合空间内的压力恢复到大气压力是因为容易控制大气压力而且随后的衬底撤出是在大气压力下进行的,由此,不需要额外的工艺。
如上述描述中清楚知晓的,本发明能够将由夹持件保持的衬底从该夹持件分离。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”、“某些实施例”、“替换性实施例”等等,指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中任何地方出现这种表述不是一定都指的是该同一个实施例。进一步,结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时,所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点,落在本领域技术人员的范围内。
尽管参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说,在本申请公开、附图和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的。

Claims (5)

1.一种衬底键合设备,该衬底键合设备包括:
具有接收表面的板,所述接收表面接收固定在其上面的衬底;
在所述板的所述接收表面设置的多个夹持件,其中,所述多个夹持件保持位于所述板的所述接收表面上的所述衬底的匹配表面;以及
衬底分离器,所述衬底分离器包括位于所述板上的相邻夹持件之间的膨胀件,
其中,所述膨胀件接收来自外部源的气体并向所述衬底施加相应的压力以从所述多个夹持件分离所述衬底。
2.如权利要求1所述的衬底键合设备,其中,所述衬底分离器进一步包括:
里面形成有通孔的基底块,其中,所述膨胀件的相对两端固定到所述基底块;以及
向所述通孔的第一端供给气体的气体供给器,其中,所述通孔将气体从所述第一端传送到位于所述通孔第二端的所述膨胀件。
3.如权利要求1所述的衬底键合设备,其中,所述膨胀件为膜片。
4.如权利要求1所述的衬底键合设备,其中,所述衬底分离器还包括:热丝,该热丝沿着一通道安装,通过该通道供给所述空气,以加热所述空气从而使所述空气快速膨胀。
5.如权利要求1所述的衬底键合设备,其中,所述膨胀件按照基本平行于所述板的所述接收表面延伸的杆状形成。
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