JP3707990B2

JP3707990B2 - 基板組立装置

Info

Publication number: JP3707990B2
Application number: JP2000097873A
Authority: JP
Inventors: 正行齊藤; 聡八幡; 潔今泉; 明平井
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2001282126A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貼り合せるべき基板同士をそれぞれ上下に保持して対向させ、位置決めを行うと共に間隔を狭めて貼り合せる基板組立装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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付けた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接着剤（以下、シール剤ともいう）で貼り合わせ(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。
【０００３】
この液晶の封止を行うものとして、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下基板上に液晶を滴下しておいて、真空チャンバ中で上基板をピン上に保持して上基板を上に配置し、上基板を手動で位置決めしてから、ピンを下降させてシール剤を介して上下基板を接触させ、真空をリークすることによって接触時との差圧を利用して上下基板を加圧し貼り合わせを行うものが特開平１０−２６７６３号公報で提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、上基板をピン上に保持して下基板に対する位置合わせを行うので、上基板の下面に設けられた透明電極や薄膜トランジスタアレイなどがピンで損傷する恐れがある。
【０００５】
そこで、下基板を位置決め用のＸＹθテーブル上に配置し、上基板は移動させないようにすることが考えられるが、従来のＸＹθテーブルはＸ，Ｙ，θの各個別テーブルを多段重ねに設け、アクチュエータでそれぞれを駆動し、Ｘ，Ｙ，θの各方向へ移動する構成となっており、このような構成では、ＸＹθテーブルは垂直方向の寸法が大きくなるため、真空チャンバが大型化し、また、ねじ穴やテーブル同士の連結部などの細かな隙間に入り込んだガスが抜けるのに時間がかかるため、真空チャンバ内が目標の真空度に到達するまでの時間が著しく遅くなるという問題がある。
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、真空チャンバ内において基板を損傷することなく高精度に位置合わせでき、速やかに貼り合せることが可能な基板組立装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、貼り合せるべき基板同士をそれぞれ上下に保持して対向させ、位置決めを行うと共に間隔を狭めて、いづれかの基板に設けた接着剤により真空中で両基板を貼り合せる基板組立装置において、上面または下面に上記基板の何れか一方を脱着自在に固着させる単一のテーブルが真空チャンバ内に配置され、該真空チャンバ外に配置した複数のアクチュエータの各々から前記テーブルの側面部にＸＹの各方向に伸びたアームがあり、該各アームはＸＹの交差する他の方向の動きに対してはテーブルの側面部においてスライドし得る端部を有し、前記テーブルは前記各アクチュエータの動作によりアームを介してＸＹおよびθの各方向に水平移動し得るるようになっており、さらに下面または上面に上記基板の他方を脱着自在に固着させる加圧板が前記真空チャンバ内に配置され、前記テーブルを前記各アクチュエータにより水平移動させて基板同士の位置決めを行い、次いで加圧板をテーブルの方向に移動させ、両基板の対向間隔を狭めて両基板を貼り合せるように構成されていることにある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
【０００９】
図１乃至図４において、本発明になる基板組立装置は、液晶滴下部Ｓ１と基板貼合部Ｓ２から構成され、この両部分は架台２上に隣接して配置される。架台２の上方には基板貼合部Ｓ２を支持するフレーム３がある。また、架台２の上面には、Ｘステージ４が備えられている。Ｘステージ４は、駆動モータ５により、図面上で左右のＸ軸方向に、即ち、液晶滴下部Ｓ１と基板貼合部Ｓ２間を往来できるようになっている。Ｘステージ４の上には下チャンバ６が固定されている。下チャンバ６内にはボールベアリング７が敷いてあり、その上には単一（１段構成）のテーブル８が設置してある。テーブル８のＸ方向、すなわち、駆動モータ５に面した側面には、下チャンバ６の側面に固定された２個のアクチュエータ９から伸ばしたアームが取り付けてある。また、図示を省略したが、このアームと直角をなすＹ方向の側面には、同じく下チャンバ６の側面に固定された２個のアクチュエータ１０から伸ばしたアームが取り付けてある。
【００１０】
図３はそれぞれのアクチュエータ９，１０から伸びたアーム９ａまたは１０ａとテーブル８のＴ字状レール８ａの接続部分（端部）を示している。
【００１１】
テーブル８は方形であり、Ｘ，Ｙ各方面におけるそれぞれ一方の側面部にＴ字状レール８ａがあって、各アーム９ａ，１０ａの端部にローラ９ｂ，１０ｂがテーブル８とそれぞれの側面部におけるＴ字状レール８ａの間に位置するようにとりつけてある。
【００１２】
従って、アクチュエータ１０は不変で、アクチュエータ９がアーム９ａをＸ方向に前後させてテーブル８をＸ方向に移動させようとする場合、アクチュエータ１０に接続されたアーム１０ａのローラ１０ｂが回転することによって、テーブル８とアーム１０ａはスライドするだけでアクチュエータ１０の拘束を受けず、テーブル８をＸ方向に移動させることができる。また、逆の場合にはテーブル８をＹ方向に移動させることができる。さらに、アクチュエータ９，１０の移動量を同時に適宜量だけ変えた場合、テーブル８をθ方向に回転させることができる。
【００１３】
よってテーブル８は、Ｘステージ４とは別に下チャンバ６内で自由にＸ，Ｙおよびθの各方向に移動させることができる。
【００１４】
テーブル８上には下基板１Ａを搭載する吸着部１１がある。
【００１５】
液晶滴下部Ｓ１は、テーブル８に保持された下基板１Ａに所望量の液晶剤を滴下するためのディスペンサ１３，これを上下移動させるためのＺ軸ステージ１４，それを駆動するモータ１５，Ｚ軸ステージ１４とともにディスペンサ１３をＸ軸ステージ４と直角に移動させるためのＹ軸ステージ１６とこれを駆動するモータ１７とで構成され、フレーム３に固定されている。
【００１６】
Ｘステージ４を駆動モータ５によりＸ方向に、ディスペンサ１３を駆動モータ１７によりＹ方向に移動させることにより、下基板１Ａ上の任意の個所に所望量の液晶剤が滴下される。
【００１７】
液晶滴下後の下基板１Ａを搭載保持したＸステージ４は、基板貼合部Ｓ２の下部に駆動モータ５によって移動する。
【００１８】
基板貼合部Ｓ２では、上チャンバ２１とその内部の加圧板２７及び静電吸着板２８とがそれぞれ独立して上下動できる構造になっている。即ち、上チャンバ２１は、リニアブッシュと真空シールを内蔵したハウジング３０を有しており、シャフト２９をガイドとしてフレーム３に固定されたシリンダ２２により上下のＺ軸方向に移動する。
【００１９】
Ｘステージ４が基板貼合部Ｓ２に移動していて上チャンバ２１が下降すると、下チャンバ６の周りに配置してあるＯリング４４に上チャンバ２１のフランジが接触し一体となり、この時真空チャンバ１００として機能する状態になる。
【００２０】
ハウジング３０は、上チャンバ２１が下チャンバ６と真空チャンバ１００を形成して変形しても、シャフト２９に対し真空漏れを起こさないで上下動可能な真空シールを内蔵しているので、真空チャンバの変形がシャフト２９に与える力を吸収することができ、シャフト２９に固定され静電吸着板２８を保持した加圧板２７の変形がほぼ防止でき、後述するように静電吸着板２８に保持された上基板１Ｂとテーブル８の吸着部１１に保持された下基板１Ａとの平行を保って貼り合せが可能となる。
【００２１】
２３は真空バルブ、２４は配管ホースで、図示していない真空源に接続され、これらは真空チャンバを減圧し真空にする時に使用される。また、２５はガスパージバルブ、２６はガスチューブで、Ｎ₂やクリーンドライエアー等の圧力源に接続され、これらは真空チャンバを大気圧に戻す時に使用される。
【００２２】
上基板１Ｂは静電吸着板２８の下面に密着保持されるが、大気下においては上基板１Ｂは真空吸着で静電吸着板２８に保持されるようになっている。即ち、４１は真空吸着用継手、４２は吸引チューブであり、図示していない真空源に接続され、静電吸着板２８面には、それにつながる複数の吸引孔が設けられている。
【００２３】
尚、周りが大気の場合、静電吸着を併用してもよいし、静電吸着力が大きい場合は、真空吸着を不要としてもよい。
【００２４】
静電吸着板２８はシャフト２９で支持された加圧板２７に取付けられており、シャフト２９はハウジング３１に固定されている。ハウジング３１はフレーム３に対してリニアガイド３４で取付けられ、静電吸着板２８は上下動可能な構造になっている。その上下駆動はフレーム３とつながるフレーム３５上にブラケット３８で固定されたモータ４０により行う。駆動の伝達はボールねじ３６とナットハウジング３７で実行される。
【００２５】
ナットハウジング３７は荷重計３３を介してハウジング３１とつながり、その下部の静電吸着板２８と一体で動作する。
【００２６】
従って、モータ４０によってシャフト２９が下降し、上基板１Ｂを保持した静電吸着板２８が下降し、上基板１Ｂがテーブル８上の下基板１Ａと密着して、加圧力を与えることのできる構造となっている。この場合、荷重計３３は加圧力センサとして働き、逐次、フィードバックされた信号を基にモータ４０を制御することで、上下基板１Ａ，１Ｂに所望の加圧力を与えることが可能となっている。
【００２７】
下基板１Ａは重力方向の搭載なので、図４に示すようにテーブル８の吸着部１１に設けた位置決め部材８１に押付ローラ８２による水平方向での押付けによる位置決めの固定で十分であるが、貼り合わす直前の微小位置決めの際、上基板１Ｂが下基板１Ａ上のシール剤や液晶剤と接触した影響で、下基板１Ａがずれたり持上がる可能性があることや真空チャンバ１００内が減圧され真空になる過程で下基板１Ａとテーブル８の吸着部１１との間に入り込んでいる空気が逃げて下基板１Ａが踊りずれる可能性があるので、吸着部１１に対しても静電吸着の機能を持たせると良い。そして、テーブル８に上下Ｚ軸方向に移動できるピンを設けて接地しておくと、基板貼り合わせ後のセルの帯電防止とテーブル８からのセル取り外しを容易に行なうことができる。
【００２８】
図４に示す６０は、静電吸着板２８が真空吸着をしていて真空チャンバが減圧され真空吸着力が消えて上基板１Ｂが落下するときに静電吸着板２８の僅か下の位置で受け止める受止爪で、上基板１Ｂの２個の対角の位置にあって下方に伸びたシャフト５９で釣り下げた形に支持されている。具体的には、シャフト５９は上チャンバ２１のハウジングを介して真空シールされて回転と上下移動が独立してできるようになっている。
【００２９】
次に、基板を吸着する静電吸着板２８について説明する。
【００３０】
静電吸着板２８は絶縁物の板であり、方形の凹部を２個有していて、各凹部に内蔵された平板電極を誘電体で覆ってその誘電体の主面が静電吸着板２８の下面と同一平面になっている。埋め込まれた各平板電極はそれぞれ正負の直流電源に適宜なスイッチを介して接続されている。
【００３１】
従って、各平板電極に正あるいは負の電圧が印加されると、静電吸着板２８の下面と同一平面になっている誘電体の主面に負あるいは正の電荷が誘起され、それら電荷によって上基板１Ｂの透明電極膜との間に発生するクーロン力で上基板１Ｂが静電吸着される。各平板電極に印加する電圧は同極でもよいしそれぞれ異なる双極でもよい。
【００３２】
次に、本基板組立装置で基板を貼り合わせる工程について説明する。
【００３３】
先ず、液晶滴下部Ｓ１において、テーブル８の吸着部１１に上基板１Ｂを保持した治具を搭載し、駆動モータ５でＸステージ４を基板貼合部Ｓ２に移動させる。そこでモータ４０によりシャフト２９を介して加圧板２７や静電吸着板２８を降下させ、上基板１Ｂを真空吸着させてからモータ４０で上昇させて、上基板１Ｂを待機状態とする。
【００３４】
Ｘステージ４は液晶滴下部Ｓ１に戻って、空になった治具が外され、テーブル８上に下基板１Ａを搭載し、図４に示すように位置決め部材８１と押付ローラ８２による水平方向での押付けで、所望位置に固定保持させる。
【００３５】
図２には示していないが、Ｙ軸ステージ１４にはシール剤を吐出するディスペンサがあって、駆動モータ５で下基板１ＡをＸ方向に、シール剤ディスペンサをＹ方向に移動させつつシール剤を吐出させると、下基板１Ａ上にクローズ（閉鎖）したパターンでシール剤を描画できる。
【００３６】
その後、ディスペンサ１３から液晶剤を下基板１Ａ上に滴下する。この場合、シール剤がダムとなって、滴下した液晶剤は流失しない。
【００３７】
次に、Ｘステージ４を基板貼合部Ｓ２に移動させ、シリンダ２２で上チャンバ２１を降下させ、そのフランジ部をＯリング４４に当接させて、図１のように下チャンバ１０と真空チャンバ１００を形成させる。
【００３８】
そして、真空バルブ２３を開放して真空チャンバ１００内を減圧していく。
【００３９】
この減圧はテーブル８が単一構成であるため、従来の多段重ねで複雑な構成になっている細部から空気が染み出してくるような事はなく、速やかに所望の真空度に到達する。
【００４０】
この減圧時に上基板１Ｂは静電吸着板２８に真空吸着された状態になっているので、減圧が進んでチャンバ内の真空化が進行していくと上基板１Ｂに作用していた真空吸着力は消えて行き、上基板１Ｂが自重で落下する。これを図４に示すように受止爪６０で受け止めて、図５に示すように静電吸着板２８の僅か下の位置に保持しておく。
【００４１】
真空チャンバ１００内が充分真空になった時点で、静電吸着板２８に電圧を印加して受止爪６０上の上基板１Ｂを静電吸着板２８にクーロン力で吸引保持する。
【００４２】
この場合、既に真空になっているので、静電吸着板２８と上基板１Ｂの間に空気が残るようなことは無いし、その空気が逃げるときに上基板１Ｂが踊ることもない。より重要なことは空気を介在させることなく、静電吸着板２８に上基板１Ｂが密着していることである。そのため、誘起電荷で放電を発生することがない。
【００４３】
空気を残したまま放電を生じると空気が膨張し、上基板１Ｂを静電吸着板２８から剥離させたり、上基板１Ｂ上のパターンを破壊することがあるが、本実施形態によれば空気が存在しないので、そのような異常事故は発生しない。
【００４４】
その後、昇降アクチェータでシャフト５９を下降させ、次に、回転アクチェータでシャフト５９を回転させ、受止爪６０が上下両基板１Ａ，１Ｂの貼り合わせの邪魔にならぬようにしてから、モータ４０で加圧板２７を降下させ、荷重計３３で加圧力を計測しつつモータ４０を制御して上下両基板１Ａ，１Ｂを所望間隔に貼り合わせる。
【００４５】
この場合、上基板１Ｂは静電吸着板２８に密着していて中央部が垂れ下がっていることはないから、液晶剤中のスペーサに悪影響を与えたり、基板同士の位置合わせが不可能になることはない。また、上下両基板１Ａ，１Ｂを平行に維持して加圧して貼り合わせるから、シール剤による接合部にリーク個所を形成してしまう恐れはなく、液晶剤を上下両基板１Ａ，１Ｂ間に密封できるとともに外気が侵入してボイドを形成し表示機能を阻害することもない。
【００４６】
上下両基板１Ａ，１Ｂの位置合わせは、図５に示すように、上チャンバ２１に設けた覗き窓２１ａからシャフト２９に設けた画像認識カメラ３２で上下各基板１Ａ，１Ｂに設けられている位置合わせマークを読み取って画像処理により位置を計測し、テーブル８をアクチュエータ９，１０により微動させて、高精度な位置合わせを行う。この場合、上下両基板１Ａ，１Ｂは貼り合わせられる対向面が何物にも接触しないで保持されているので、損傷を受けない
この微動位置合わせにおいて、テーブル８は真空チャンバ１００内にあり上下チャンバ６，２１が移動することはないので、真空チャンバ１００内の真空度を維持することができる。
【００４７】
貼り合わせが終了すると、真空バルブ２３を締めてガスパージバルブ２５を開き、真空チャンバ１００内にＮ₂やクリーンドライエアーを供給し、大気圧に戻してからガスパージバルブ２５を閉じて、シリンダ２２で上チャンバ２１を上昇させ、Ｘステージ４を液晶滴下部Ｓ１に戻して、テーブル８からセルを外し次の貼り合わせに備える。
【００４８】
ここで、貼合後のセルは帯電している場合があるので、接地した除電バーに接触させたりイオン風を吹き当てるなどの除電処理をしてから、テーブル８からセルを外すと良い。テーブル８から外したセルは下流のＵＶ光照射装置や加熱装置などでシール剤が硬化される。
【００４９】
以上の実施形態では、シール剤を吐出して液晶を滴下した後直ちに貼り合せに移行するので、基板が塵埃を受けづらく生産歩留まりを向上できる。また、Ｘステージ４を上基板１Ｂの真空チャンバ１００内への搬送に利用でき、装置の小型化が図られている。またさらに、Ｘステージ４を単一のステージとすることで、真空チャンバ内の容積を最小とすることができ、これにより目的の真空度に速やかに到達することができる。
【００５０】
本発明は以上説明した実施形態に限らず、以下の様に実施しても良い。
【００５１】
（１）上基板１Ｂの静電吸着板２８への供給は、Ｘステージ４に上下方向に伸縮可能な複数の受止爪（図４の受止爪６０相当のもの）を設けておいて、Ｘステージ４が液晶滴下部Ｓ１にあるときにその複数の受止爪上に上基板１Ｂを載せて、Ｘステージ４を基板貼合部Ｓ２に移動させるようにしてもよい。
【００５２】
（２）ロボットハンドから直接静電吸着板２８に吸引吸着させてもよい。
【００５３】
（３）上記（１）で説明したＸステージ４に設けた受止爪で、減圧が進む際に落下する上基板１Ｂを受け止めるようにしてもよい。
【００５４】
（４）図４の受止爪６０や上記（１）で説明したＸステージ４に設けた受止爪で、上基板１Ｂが落下する前に上基板１Ｂを静電吸着板２８に押し付けておいて、静電吸着板２８に吸引吸着された状態から減圧を進めて、静電吸着に切替えてもよい。この場合、物理的に上基板１Ｂが静電吸着板２８に密着しているということがないようにしておくことで、上基板１Ｂと静電吸着板２８の間の空気を減圧とともに真空化することができる。
【００５５】
（５）図４の受止爪６０や上記（１）で説明したＸステージ４に設けた受止爪で、上基板１Ｂを静電吸着板２８から僅かに離れた位置に保持しておいて、真空吸着をしないで減圧を進める途中で静電吸着を行なってもよい。
【００５６】
（６）図４では受止爪６０により上基板１Ｂの２個の角部（対角を構成する２隅）を保持しているが、上基板１Ｂの４個の角部（４隅）を保持したり、上基板１Ｂの４辺あるいは長手方向の２辺または幅方向の２辺を適宜な手段で保持するようにしてもよい。
【００５７】
（７）アーム９ａ，１０ａとテーブル８との接続部分は、アーム９ａ，１０ａとテーブル８がアーム９ａ，１０ａの取り付け方向に対して直角に移動できれば良いので、アーム９ａ，１０ａに固定するローラ９ｂ，１０ｂの代りに、回転しなくても、テフロンなどの滑りやすいものを使ってもよい。
【００５８】
（８）テーブル８は下チャンバ６内で滑らせることができればよいので、テーブル８の下面にテフロンなどを貼れば、ボールベアリングはなくてもよい。
【００５９】
（９）図示の実施形態は、テーブル８を下チャンバ側とし、加圧板２７を上チャンバ側とし、加圧板２７を降下させて両基板を貼り合せるものについて説明したが、その逆に、テーブル８を上チャンバ側とし、加圧板２７を下チャンバ側とし、下基板を上基板に対して持ち上げるようにしてもよい。この場合、画像認識用のカメラは下チャンバ側とし、上チャンバ側のテーブル８を微動させて位置合わせを行う。
【００６０】
（10）液晶表示パネルの製造だけでなく、その他の基板の貼り合わせに適用できる。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、真空チャンバ内において基板を損傷することなく高精度に位置合わせして、速やかに貼り合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す基板組立装置の概略図である。
【図２】図１に示した基板組立装置の真空チャンバを開放し上下各基板を貼り合わせのためにセットするときの状況を示す図である。
【図３】図１に示した基板組立装置のテーブルとこれを水平移動させるアームの構成を示す図である。
【図４】真空チャンバ内で上基板を受止爪上に保持した状況を示す斜視図である。
【図５】真空チャンバ内で上下基板の位置合わせを行う状況を示す要部断面図である。
【符号の説明】
Ｓ２基板貼合部
１Ａ下基板
１Ｂ上基板
６下チャンバ
８テーブル
８ａＴ字状レール
９，１０アクチュエータ
９ａ，１０ａアーム
９ｂ，１０ｂローラ
２１上チャンバ
２３真空バルブ
２７加圧板
２８静電吸着板
１００真空チャンバ

Claims

貼り合せるべき下基板を保持するテーブルと、上基板を保持する加圧板とを備え、該テーブル及び該加圧板にそれぞれ基板を保持して対向させ、位置決めを行うと共に間隔を狭めて、いずれかの基板に設けた接着剤により真空中で両基板同士を貼り合せる基板組立装置において、
下基板を着脱自在に保持する前記テーブルが真空チャンバ内に、該真空チャンバの内面上をスライド可能に、配置され、該真空チャンバ外に配置した複数のアクチュエータの各々から該真空チャンバ内の前記テーブルの側面部にＸＹの各方向に伸びたアームが設けられ、該各アームにより前記テーブルをＸＹ方向に移動力を作用させることができ、それぞれのアームの伸長方向に対して交差する方向にはスライド機構を備えていることを特徴とする基板組立装置。
請求項１において、
前記スライド機構が、前記テーブルの側面部にはＴ字状レールが設けられ、前記アームの端部にはローラが前記テーブルと前記Ｔ字状レールとの間に位置するよう配置した構成であることを特徴とする基板組立装置。
請求項１又は２において、
前記真空チャンバは上チャンバと下チャンバとで構成され、前記上チャンバに前記加圧板が、下チャンバに前記テーブルがそれぞれ内蔵され、前記加圧板には上基板を保持するための真空吸着手段と静電吸着手段とを備えていることを特徴とする基板組立装置。