JP2007241152A - 基板貼り合せ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】真空中での基板の貼り合せを高精度に行うことができる基板貼合装置を提供することである。
【解決手段】上下基板をそれぞれ第２チャンバ室に搬入するための直線移動する移動台を備えた第１チャンバン室と、中真空状態から高真空状態で上基板を受け取り、保持する上テーブルと、同じ中真空状態から高真空状態で下基板を受け取り、保持する下テーブルとを備え、いずれか一方のテーブルを水平方向に移動して、上下２枚の基板の位置合せをし、高真空状態で上下いずれか一方のテーブルを上下に動作させて基板間隔を狭めて貼り合せを行う第２チャンバ室と、中真空状態から高真空状態で、貼り合せた基板を第２チャンバ室から直線移動して貼り合わせた基板を搬出する移動台を備え、大気状態で貼り合せた基板を室外に搬出する第３チャンバ室とを備えた構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は基板貼り合せ装置に係り、特に真空チャンバ内で貼り合わせる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、間隔を狭めて貼り合せる液晶表示パネルなどの組立に好適な基板貼り合せ装置に関する。

液晶表示パネルの製造には、透明電極や薄膜トランジスタアレイを設けた２枚のガラス基板を数μｍ程度の極めて接近した間隔をもって基板の周縁部に設けた接着剤（以下、シール剤ともいう）で貼り合せ（以後、貼り合せ後の基板をセルと呼ぶ）、それによって形成される空間に液晶を封止する工程がある。

この液晶の封止には、注入口を設けないようにシール剤をクローズしたパターンに描画した一方の基板上に液晶を滴下しておいて、真空チャンバ内において他方の基板を一方の基板上に配置し、上下の基板を接近させて貼り合せる方法などがある。この真空チャンバ内に基板を搬入・搬出するために予備室を設け、真空チャンバ内を予備室と同じ雰囲気にして基板の出し入れを行うことが特許文献１に開示されている。

特開２００１−３０５５６３号公報

上記特許文献１では、基板の出し入れの際に予備室と真空チャンバ内を同じ雰囲気にするために、大気状態から真空状態にするまでに時間がかかり、基板の生産性を上げるためにはネックとなっている。また、特許文献１では基板の搬送をコロの上に基板を搭載して搬送するようにしているが、基板を傷つける恐れや、基板がコロ上移動することで摩擦により、塵埃が発生する恐れもある。

それゆえ本発明の目的は、予備室内に同時に２枚の基板を搬入できるようにして、予備室から貼り合せ室に１枚ずつ基板を搬入して、かつ貼り合せ室においては、基板搬送時に発生する塵埃を抑制して、基板の貼り合せを高精度かつ高速に行うことができ、生産性が高い基板貼合装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、予備室（第１チャンバ室）から第２チャンバ室へ上基板，下基板の順に１枚ずつ搬入するため、摩擦摺動部は第１チャンバ室に設けた直動式の基板搬入機構とし、上基板搬送時は貼り合せ面が下向きになるようにセットし、下基板搬送時は貼り合せ面である液晶滴下面が上向きにして搬送する構成とした。

また、基板を第１チャンバ室から第２チャンバ室に搬入するとき、第２チャンバ室から第３チャンバ室に搬出するときは各チャンバ室内を中真空から高真空の状態とし、第２チャンバ室で貼り合せの作業を行っているときは高真空状態する。当然のことながら、第１チャンバ室への基板の搬入時、第３チャンバ室から基板を搬出するときは大気圧の状態とする。

本発明基板貼合装置によれば、第１チャンバ室内に上下基板を搬入して、室内を中真空状態にした後で、貼り合せ室に搬入できるようにしたため、貼り合せ時に時間の最も必要とする高真空状態にする真空排気を短時間で行うことができ、このために、製品のスループットが大幅に向上し、真空中での基板の貼り合せも高精度に行うことができる。

以下、本発明の基板貼合装置の一実施例を図に基づいて説明する。
図１（ａ）には各処理室の横断面図を、（ｂ）には縦断面図を示す。本発明になる基板貼合装置１は、基板を搬入する第１チャンバ室Ｃ１（前予備室），第２チャンバ室Ｃ２
（真空貼合室），貼り合せた基板（液晶パネル）を搬出する第３チャンバ室Ｃ３（後予備室）を備えている。

第１チャンバ室Ｃ１には２枚の基板（上基板３０と下基板３１）をそれぞれ第２チャンバ室Ｃ２内に搬入するために、ラック・ピニオン方式の駆動部を備えた直動式の基板搬送機構が設けてある。この基板搬送機構は後述するように、基板を１枚づつ第１チャンバ室Ｃ１から第２チャンバ室Ｃ２内に直線移動させて搬入する構成となっている。さらに、第１チャンバ室Ｃ１内の上部には、下側基板３１を保持して、基板搬入機構に受け渡すための下基板保持機構が設けてある。この下基板保持機構は、基板を保持する複数のサポートピン７４と、そのサポートピン７４を取り付けた搬送方向に細長い昇降バッファ７３と、昇降バッファ７３を上下に移動させるための昇降用シリンダ７７から構成されている。

また、第３チャンバ室Ｃ３には貼り合せの終わった基板を装置外に搬出するための同じくラック・ピニオン方式の基板搬出機構が設けてある。さらに、第１チャンバ室Ｃ１の入口側に第１ドアバルブ２が、第１チャンバ室Ｃ１と第２チャンバ室Ｃ２の間には第１ゲートバルブ３が設けてある。同様に第２チャンバ室Ｃ２と第３チャンバ室Ｃ３との間には第２ゲートバルブ４が第３チャンバ室Ｃ３の出口側には第２ドアバルブ５が設けてある。また、図示していないが、第１チャンバ室Ｃ１内を真空排気するための真空ポンプが設けてある。

第２チャンバ室Ｃ２内の下テーブル８には基板搬入機構から上下基板３０，３１を受け取るために下テーブル面から突出する複数のサポートピン１９ａを備えた基板リフタ１９が設けてある。この基板リフタ１９は、基板搬出機構に貼り合せ後の基板を受け渡すため、基板をテーブル面から離間させ、テーブル面と基板間に図では第３チャンバ室Ｃ３に待機している基板搬出機構のガイドプレート７２とその上部に設けたサポートピン７４が挿入できるようにした機能も備えている。なお図１では、この基板リフタ１９として１つの取り付け板に複数のサポートピン１９ａを設け、昇降用シリンダ１９ｃを駆動して取り付け板を上下する構成のものを示している。なお、図示していないがこの第２チャンバ内を真空排気するために、真空ポンプとターボ分子ポンプとが設けてある。また、この第２チャンバ室内に窒素をパージする窒素供給源が弁を介して接続されている。

さらに、第３チャンバ室Ｃ３には貼り合せた基板を搬出する際に稼動する直動式の基板搬出機構が備えてある。この基板搬出機構は、本実施例では基板搬入機構と略同様に、基板を載置する細長いのガイドプレート７２とこのガイドプレート上に複数のサポートピン７４とからなり、ラック・ピニオンからなる駆動機構を備えている。また、図示していないが第３チャンバ室Ｃ３内を負圧にするための真空ポンプが設けてある。さらに、第３チャンバ室Ｃ３内に窒素をパージするための窒素供給源が接続されている。また、第３チャンバ室Ｃ３にはスポットのＵＶ光を照射して貼り合せた基板を仮付けして貼り合せた基板にずれが生じないようにＵＶ照射機構８０が設けてある。また、各チャンバ室にはそれぞれ圧力計（図示せず）が設けてあり、これらの圧力計の計測結果に基づいて、各真空ポンプや窒素パージ用の弁を動作させて真空状態を制御している。

本実施例では、貼り合せを行う第２チャンバ室Ｃ２は、基板を搬出入する際も所定の真空度（約１５０Torr程度：以降中真空と称する）を維持するようにして、基板搬入後に第２チャンバ室Ｃ２を高真空（５×１０^-3Torr）に戻すように制御している。そのため、各第１及び第２ゲートバルブ３，４を開放する際には中真空度まで戻すようにしている。また、第２チャンバ室Ｃ２は、中真空にするときは常時窒素がパージすることで、大気中の水分の影響を受けないようにしている。

また、上記のように各チャンバ室内の真空度を制御するために、図示していないが各チャンバ室に設けた圧力計の計測値に基づいて、各チャンバ室内の排気，気体（本実施例では窒素ガス）パージを行う。上下２枚の基板を第１チャンバ室Ｃ１内に搬入する時は、当然のことながら第１チャンバ室内は大気圧として、第１チャンバ室Ｃ１から第２チャンバ室Ｃ２に搬入する際には所定の真空度（中真空）に維持される状態で行い、第２チャンバ室内で貼り合せを行う場合は、第２チャンバ室を高真空の状態とする。また、貼り合せの完了した基板を第２チャンバ室から第３チャンバ室に搬出するときは、第２，第３チャンバ室を中真空状態として、第３チャンバ室から貼り合せ基板を搬出するときは、第３チャンバ室を大気状態とするものである。このように、各チャンバ室は半分の排気，吸気を行う構成とすることで、真空排気にかかる時間を、従来の半分以下の時間に短縮することができ、製品のスループと時間を大幅に短縮することができる。

図１を用いて基板搬入機構について説明する。第１チャンバ室Ｃ１の下側の室外にピニオン軸を駆動するシリンダ７１が設けてある。このシリンダ軸の先端に上下に歯車溝を形成したピニオン７０Ｐが回転可能に取り付けてある。また基板を載置して搬送するため搬送方向に長いガイドプレート７２が部屋の左右に２本設けてある。ガイドプレート７２上には基板に接触して支持するサポートピン７４が複数設けてある。さらに、一方のガイドプレート７２には駆動力を伝達するためのラック７０Ｒ２が直線状に設けてある。このラック７０Ｒ２に前述のピニオン７０Ｐに設けた上側の歯が噛み合うように設置されている。また、ピニオン７０Ｐの下側の歯に噛み合うように部屋側に固定されたラック７０Ｒ１が設けられている。なお、左右に設けられた、ガイドプレート７２は図示していないが互いに連結されており、一方側が駆動されれば他方も一緒に移動するようになっている。ピニオン７０Ｐは第２チャンバ室Ｃ２側に設けてあり、最大移動したときにガイドプレート上の基板が第２チャンバ室のテーブル面に位置するように形成してある。

また、先に述べたように、この第１チャンバ室Ｃ１内の上部には下基板３１を一時保持するための搬送方向に細長い昇降バッファ７３が設けてある。なお、この昇降バッファ
７３の上部には、下基板３１を支持するためのサポートピン７４が複数設けてある。この昇降バッファ７３は、先のガイドプレート７２の外側に位置するように配置され、駆動力を発生するシリンダ７７が搬送方向前後の位置にそれぞれ固定されている。なお図示していないが、シリンダ７７の軸は腕を介して昇降バッファ７３に連結されており、この腕で、シリンダ軸はチャンバ室壁側に位置するようになっている。このため、下基板３１をガイドプレート７２上のサポートピン７４上に受け渡した後で、昇降バッファ７３はそのままの位置に待機させるため、下基板３１を第２チャンバ室Ｃ２に移動する際シリンダ軸が移動を妨げることがないようにしてある。なお、シリンダ７７を駆動することで、ガイドプレート７２のサポートピン上部の水平位置より下側まで降下できるようになっている。

また、本実施例では、第２チャンバ室内に設けてある下テーブル８面には基板は入用又は基板搬出用のガイドプレート７２が移動してきた時に、スムーズに移動できるようにガイドプレート用の溝８ｈが設けてある。さらに、上下基板の水平方向の位置合せを行うために、下テーブルはチャンバの外に設けた駆動機構によりＸＹθ方向に移動可能に構成されている。なお駆動機構の可動部はチャンバ外に設けてあり、その接続部は真空が漏れないように蛇腹形状の弾性部材で接続されている。

次に、基板搬出入機構を備えた貼り合せ装置の動作を図２〜図４のフローチャートを用いて説明する。

まず、第１チャンバ室Ｃ１の入口の第１ドアバルブ２を開放（ステップ１００）して、貼り合せる上基板３０を室内に設けてある基板搬入機構のガイドプレート７２のサポートピン７４上に、貼り合せ面を下向きにして載置する（ステップ１０１）。次に、下基板
３１が基板保持機構を構成する昇降バッファ７３に設けた複数のサポートピン７４上に、接着剤であるシール剤を環状に塗布され、その環状シール剤の内側に液晶を滴下した基板面を上向きにして搬入される（ステップ１０２）。このように、上下基板が第１チャンバ室内へ搬入されると第１ドアバルブ２が閉じられ（ステップ１０３）、第１チャンバ室内の真空排気を開始する（ステップ１０４）。第１チャンバ室内が中真空状態になると真空排気を停止し（ステップ１０５）、第１ゲートバルブ３を開放する（ステップ１０６）。なお、このとき第２チャンバ室内は中真空状態となっている。さらに、上基板と下基板の搬入順序は逆でも良い。また、環状のシール剤は上側基板面に塗布しておいても良く、もし上側基板にシール剤を塗布した場合はサポートピン７４がシール剤に接触しないように配置する必要がある。

次に、上基板３０を搭載した基板搬入機構を動作させて、第１チャンバ室Ｃ１から第２チャンバ室Ｃ２の下テーブル８の位置まで上基板３０を移動させる（ステップ１０７）。第２チャンバ室Ｃ２の上テーブル９を上基板面近傍まで降下させ、真空吸着により上基板３０を吸上げ、上テーブル９面に保持する（ステップ１０８）。次に、基板搬入機構を第１チャンバ室に戻す（ステップ１０９）。そして、昇降バッファ７３を降下させて、基板搬入機構のガイドプレート７２上のサポートピン７４上に下基板３１を受け渡す（ステップ１１０）。

基板搬入機構が下基板３１を受け取ると、基板搬入機構が動作され、第２チャンバ室
Ｃ２に移動される（ステップ１１１）。第２チャンバ室Ｃ２に下基板が搬出されると第１チャンバ室Ｃ１内では、昇降バッファ７３を上昇させ待機位置に戻す。また、第２チャンバ室Ｃ２の下テーブル８上に下基板３１が搬入されると、下テーブル８側に設けてある基板リフタ１９が上昇動作され、下基板をサポートピン１９ａより上に位置させる（ステップ１１２）。次に基板搬入機構を第１チャンバ室に戻し第１ゲートバルブを閉じる（ステップ１１３）。同時に基板リフタ１９を降下させ、下テーブル上に下基板を載置する（ステップ１１４）。下テーブル８に下基板３１が載置されると静電吸着機構が動作され、下テーブル面に基板が固定される。なお、同時に上テーブルの上基板も静電吸着機構を動作させてテーブル面に保持する（ステップ１１５）。上テーブルと下テーブルに保持された基板の位置合せマークをカメラにより観測し、下テーブルを水平に移動して位置合せを行う（ステップ１１６）。第２チャンバ室内を中真空状態から高真空状態にするための真空排気を行う（ステップ１１７）。高真空状態になると再度基板同士の位置ずれを観測し精密位置合せをし、テーブル間隔を狭めて貼り合せを行う（ステップ１１８）。なお貼り合せ実行中は、加圧力又は基板間隔を計測しながら何段回かに分けて位置合せを行いながら貼り合せを行う。図１にはこれらの位置合せ用のカメラや加圧力センサ，基板間隔計測用センサに関しては示していない。

加圧力による貼り合わせが完了すると、上テーブルを上昇又は下テーブルを下降させて、上テーブルと基板を離間させる（ステップ１１９）。なおこのとき、上基板３０を保持している上テーブル９の静電吸着機構を停止させる。前述の実施例では高真空となる第２チャンバの上下テーブルには、真空中での基板保持に静電吸着機構を用いることで説明したが、静電吸着機構に代えて粘着吸着機構を用いる構成としても良いし、両者を組み合せて用いても良い。なお、粘着保持機構を用いた場合でも貼り合せ完了時に、粘着保持機構を上基板面から開放する動作を行う必要がある。

次に、第２チャンバ室Ｃ２内に窒素ガスをパージして、第２チャンバ室Ｃ２内を中真空の状態とする（ステップ１２０）。第２チャンバ室内が中真空の状態になると、基板リフタ１９を上昇させて、加圧貼り合された基板を下テーブル面から離間させる（ステップ
１２１）。同時に、第２ゲートバルブ４を開放して第２チャンバ室Ｃ２と第３チャンバ室Ｃ３とを連通させる（ステップ１２２）。このとき、第３チャンバ室Ｃ３内は予め中真空の状態としてある。中真空にすることでも基板間には圧力が加わり基板間隔は高真空時より狭くなる。

第２ゲートバルブ４が開放されると、第３チャンバ室Ｃ３内の基板搬出機構が移動を開始して、基板搬出機構のガイドプレート７２（サポートピン７４を含む）が第２チャンバ室の下テーブル８と貼り合された基板間に挿入される。ガイドプレート７２が基板を支持する位置に到達すると、そこで基板搬出機構は停止して、次に基板リフタ１９が降下され、ガイドプレート７２のサポートピン７４上に基板が受け渡される（ステップ１２３）。基板の受け渡しが完了すると、基板搬出機構は第３チャンバ室に戻される(ステップ124)。そして、第２ゲートバルブ４が閉じられる（ステップ１２５）。この状態で、第３チャンバ室Ｃ３に設けてあるＵＶ照射機構８０が動作され、基板仮止め用接着剤にＵＶ光を照射して仮止めを行う（ステップ１２６）。仮止めが完了すると第３チャンバ室に窒素ガスがパージするか、又は、大気を導入して大気圧の状態とする（ステップ１２７）。第２ドアバルブ５を開放する（ステップ１２８）。貼り合せ基板を搬出する（ステップ１２９）。

以上が、作業の一連の流れであるが、この中で、基板搬入機構を第１チャンバ室Ｃ１に戻し第１ゲートバルブ３を閉じた時点（ステップ１１３）で、第１チャンバ室Ｃ１では次の貼り合せ基板の搬入作業が開始される。すなわち、第１チャンバ室Ｃ１内を中真空の状態から大気圧に戻し、第１ドアバルブ２を開放して基板搬入を開始する。さらに、第３チャンバ室Ｃ３に貼り合せ基板が搬出され第２ゲートバルブ４が閉じられる(ステップ125)と、第２チャンバ室Ｃ２は中真空状態であるので、第１チャンバ室に基板搬入が完了し第１チャンバ室Ｃ１が中真空状態になっていれば、第２チャンバ室Ｃ２への第１ゲートバルブ３が開放され、ステップ１０６からの動作が実行される。

なお、前記実施例で基板搬入機構及び基板搬出機構がラック・ピニオン構成としてシリンダでピニオンを駆動する構成として説明したが、基板を搭載したガイドプレートをリニアモータで駆動する構成としてもよい。

以上のように、本発明では貼り合せる２枚の基板を第１チャンバ室内に搬入した後で、第１チャンバ室内を中真空状態にして、第２チャンバ室に上下基板を移送して、上下テーブルに保持する構成とすると共に、第２チャンバ室を高真空状態にして貼り合せを行った後、第２チャンバ室を中真空にして、第３チャンバ室に貼り合せた基板を移送し、第３チャンバ室を大気開放して搬出する構成とした。このため、第２チャンバ室は中真空と高真空の繰り返し動作でよく、第１チャンバ室と第３チャンバ室は中真空と、大気間の繰り返しでよい。このため、各真空チャンバ室内を真空状態にする時間が大幅に短縮できる。また、中真空状態では吸引吸着機構を用いることができ、大きな吸引力を必要とする加圧板への基板の吸上げに吸引吸着機構を用いて保持しその後、高真空になっても基板を保持できる静電吸着機構又は粘着機構で基板を保持することが可能となる。

また、第２チャンバ室での上基板の吸着保持（ステップ１０８）を中真空での吸引吸着から静電吸着機構を用いることで、高真空状態で第２チャンバ室での上下基板の受け渡し、受け取りも可能となる。

本発明の一実施形態になる基板貼合装置の構成を示す断面図である。 図１の基板貼合装置における動作のフローチャート図である。 図１の基板貼合装置における動作のフローチャートの続きを示す図である。 図３動作フローチャートの続きを示す図である。

符号の説明

１…基板貼合装置、Ｃ１…第１チャンバ室、Ｃ２…第２チャンバ室（貼り合わせ室）、Ｃ３…第３チャンバ室、２…第１ドアバルブ、３…第１ゲートバルブ、４…第２ゲートバルブ、５…第２ドアバルブ、８…下テーブル、９…上テーブル、７０Ｐ…ピニオン、70R1，７０Ｒ２…ラック、７２…ガイドプレート、７３…昇降バッファ、７４…サポートピン。

Claims (4)

1. 上下基板をそれぞれ搬入するための１枚の基板を第２チャンバ室に搬入する直動式の基板搬入機構と、１枚の基板を保持して前記基板搬入機構に受け渡す基板保持機構とを備えた第１チャンバン室と、第１チャンバ室内を大気圧から中真空状態から高真空状態にする真空ポンプと、
   中真空状態から高真空状態で上基板を受け取り上テーブルに保持し、次に、下基板を下テーブルに受け取り、高真空状態で２枚の基板をそれぞれのテーブルで保持して、いずれか一方のテーブルを水平方向に移動して、上下２枚の基板の位置合せをし、上下いずれか一方のテーブルを上下に動作させて基板間隔を狭めて貼り合せを行う第２チャンバ室と、
   中真空状態で、貼り合せた基板を第２チャンバ室から搬出する基板搬出機構を備え、大気状態で貼り合せた基板を室外に搬出する第３チャンバ室とを備え、
   前記第１チャンバ室内の基板搬入機構及び第３チャンバ室内の基板搬出機構が、細長い１対又は複数のガイドプレートに複数のサポートピンを備え、前記サポートピン上に基板を搭載してチャンバ室外に設けた動力部からの駆動力で第２チャンバ室内に搬入又は搬出すること特徴とする基板貼り合せ装置。
2. 請求項１に記載の基板貼り合せ装置において、
   前記第１チャンバン室内と前記第３チャンバ室内とは大気圧から中真空状態から高真空状態にまで可変制御し、前記第２チャンバ室は中真空から高真空まで可変制御するように構成したこと特徴とする基板貼り合せ装置。
3. 請求項１に記載の基板貼り合せ装置において、
   前記第１チャンバ室内に下基板を室内上部に一時保持する基板保持機構を設けたことを特徴とする基板貼り合せ装置。
4. 請求項１に記載の基板貼り合せ装置において、
   基板搬入機構及び基板搬出機構の駆動力を伝達する手段として、歯車溝を形成したピニオンと直線状のラックを上下段に複数組設けたことを特徴とする基板貼り合せ装置。
   
   

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