JP3894192B2 - 基板の組立方法およびその装置 - Google Patents

Description

本発明は、真空チャンバ内で貼り合せる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、減圧雰囲気中で間隔を狭めて貼り合わせる基板の組立方法とその装置に関する。

液晶表示パネルの製造方法として、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他方の基板を一方の基板上に配置し減圧雰囲気中で上下の基板を接近させて貼り合せるものがある。

ところで、基板同士を貼り合せる装置として、特許文献１に記載のように、加圧力を加える前に上側基板を保持する方法として、大気中で粘着手段を用いて上基板を保持し、その後、チャンバ内を減圧した後、基板間の間隔を狭めて貼り合せる装置が開示されている。また、具体的な実施例として、粘着手段は粘着シートを用いる方法と、加圧板内に開口部を設けて、その開口部を粘着部材が上下するよう、加圧板上部にアクチュエータ設けた構成が開示されている。

特開２００１−１３３７４５号公報

上記従来技術では、加圧板側に粘着部材を設けて支持することが開示されているが、下側のテーブルに関しては詳細の記載はないが加圧板と同じように粘着部材を用いて支持するものと考えられる。ところで、粘着部材を用いて上下両基板を保持して、加圧板を降下させて基板同士を貼り合せる場合に、基板を加圧板側に貼り合せるとき、ロボットハンド等で基板を搬入するが、ロボット把持の状態で変形している場合、加圧板の保持面に平行に保持することが難しい。また、粘着部材を基板組み立て後剥離する場合は、基板外周側から剥離した方が基板に応力等が発生せずに確実に剥離することができる。また粘着保持する場合は、上下方向には確実に保持することができるが、前後左右（水平方向）に不均一な力が作用すると、簡単に位置ずれを起こしてしまうという問題が発生する。

また粘着部材を基板に接触させたり又は剥すための機構をテーブルに設けると、従来の機構では複雑で大型になると言う問題がある。

それゆえ本発明の目的は、基板サイズが大型化、薄板化しても、基板支持に粘着保持方式を用いても水平方向に基板間のずれを発生せず、小型で簡単な構成の粘着保持機構を備えた基板組立装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、真空チャンバ内で貼り合わせる一方の基板を加圧板の下面に粘着力を作用させて保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブル上に保持して対向させ、少なくともいずれか一方の基板に設けた接着剤により真空中で間隔を狭めて貼り合わせる場合に、
一方の基板を加圧板に脱着可能に設けた面状の粘着保持機構で保持し、テーブル設けた複数の粘着パッドの吸引吸着口に吸着力を作用させることで、複数の粘着パッドをテーブル上の他方の基板面に移動させ、他方の基板を粘着パッドと吸引吸着でテーブル上に保持して、部分的に両基板の貼り合わせを行った後、加圧板に設けた粘着保持機構から基板を剥離し、真空チャンバ内を大気解放後、テーブル側の粘着パッドを待避させて貼り合わされた他方側基板の粘着パッドから剥離するようにした。
また、真空チャンバ内の上方に一方の基板を保持する加圧板と、貼り合わせる他方の基板を真空チャンバ内の下方に保持するテーブルとを備え、両基板を対向させ、少なくともいずれかの基板に設けた接着剤により減圧雰囲気中で両基板の間隔を狭めて基板同士を貼り合わせるものにおいて、テーブルに他方の基板を保持する複数の粘着パッドと、複数の摩擦パッドを配置し、粘着パッド部に吸引吸着力で基板を保持する吸引吸着口とを備え、吸引吸着力を作用させることで粘着パッドをテーブル面に載置された基板裏面に突出させ、基板面に粘着パッドが接触して保持すると、粘着パッドがテーブル面から移動しないように粘着パッドを保持する保持機構を備えた構成とした。

吸引吸着と粘着パッド及び摩擦パッドを併用し、真空中で上下基板を荷重制御と、位置制御を併用して制御することによって、高精度の貼り合せを実現できる。また、基板を粘着保持するときに、該基板を摩擦パッド又は機械保持して水平方向の移動を抑制することで、加圧時に基板間の位置補正を繰り返し行う必要がなくなり、作業時間を短縮することが可能となる。

以下図面を用いて本発明を説明する。

次に、図１に本発明の基板組立装置の一実施例の部分断面図を示す。

図１において、本発明になる基板組立装置は、真空チャンバ１内に上テーブル２と下テーブル３が間隔を開けて設けてある。真空チャンバ１の外側下部には、下テーブル３をＸＹθ方向に移動させる駆動機構部４が設けてある。また、真空チャンバ１の外側上部には上テーブルを上下に移動させる駆動機構が設けてある。上テーブルの駆動機構は、梁に支持される上フレーム２２に取り付けたエンコーダ２０付のサーボモータ２１と、サーボモータ２０の回転軸とカップリング２３とベアリング２４を介して接続されたボールネジ２５と、基板を押し付ける荷重を測定するためのロードセル２６とが複数の取り付け脚を備えた上テーブル支持部に連結した構成となっている。取り付け脚は、上テーブル２に固定されている。なお、取り付け脚と真空チャンバ１との間は真空遮断シール２８が設けてあり、これにより真空チャンバ内を真空状態にした場合に真空漏れが発生しないようにしてある。

上テーブル２と下テーブル３にはそれぞれ基板を保持するための基板保持機構を備えている。

まず本実施例では、下テーブル３に設けた基板保持機構は、複数の粘着パッド９と、複数の摩擦パッド１０及び複数の吸引吸着機構（真空吸着口）１６とで構成してある。複数の粘着パッド９は粘着パッド取り付け部材３５に設けてあり、この取り付け部材３５を複数設けた粘着パッド昇降シリンダ５によってテーブル面上に持ち上げることで下基板１２を粘着保持するものである。尚このとき、下基板１２には吸引吸着力を作用させておくことで、下基板１２が粘着パッド９にて上に押し上げられることはない。なお、粘着パッド９では、基板１２は上下方向に強固に保持できる。しかし、粘着保持では水平方向の保持力は小さい。このため、基板１２に左右方向の力が作用しても下テーブル３からずれないように、複数の粘着パッド９と別に複数の摩擦パッド１０を下テーブル面に接着固定して設けてある。

次に、上テーブル２に設けた基板保持機構について説明する。上基板側の基板保持機構は、粘着保持機構と吸引吸着保持機構の２種類の保持機構を備えている。粘着保持機構は、粘着シート８を粘着保持部材に取り付け、それを上テーブル２に固定してある。本実施例では粘着保持部材の上テーブル２への固定はボルトで締結している。しかし、他の締結方法として、粘着保持部材を鉄板で構成しテーブル側に磁石を配置しておき磁力で保持部材を保持する方法も可能である。この場合は、吸引吸着機構等の位置合わせ等のために、ガイド部材と補助支持具等を設けると精度良く簡単に粘着部材の交換が行える。なお、吸引吸着機構は上テーブル２に設けた負圧供給配管３６が粘着シート８表面に設けた複数の吸着口まで連通して設けてある。さらに、基板貼り合せ終了後基板面から粘着シート９を剥すために複数の剥離部材７を備えた剥離機構が設けてある。この剥離機構は複数の剥離部材を備えた押し部材を複数の剥離シリンダ２７を駆動することで、上テーブルを上昇させながら基板表面を剥離部材で押すことで、基板表面から粘着シートを剥すことが出来る。尚粘着シートは、詳細は後述するが、その表面（基板に接触する面側）に凹凸が設けてある。吸引吸着口はこの凹部に設けてある。

なお、上基板の水平方向の移動防止機構としては、図１の摩擦パッドを複数箇所に設けることも考えられるが、図２に示すように、上テーブル２の基板保持面側に保持爪４１と、リニアガイド４２と、保持爪駆動シリンダ４０とからなる基板保持機構を複数備えた構成とすることも可能である。すなわち上基板１３を本実施例では、保持爪４１と保持爪駆動シリンダ４０の間には弾性部材で連結してあり、上テーブル２が上下に移動しても保持爪４１が上テーブル２の動きに連動するようにしてある。

上記のように、上テーブル２側の粘着保持機構をシート状の粘着材として、下テーブル３側の粘着保持機構を粘着パッドして保持するようにしたのは、基板のうねり等による影響を取り除いて水平に基板を保持するためである。なお、上下のテーブルに設ける粘着保持機構の配置を逆して、上テーブル側に粘着パッド方式を、下テーブル側に粘着シート方式を採用しても良い。しかしこの場合は、上テーブル側の粘着パッドが、基板が落下しない粘着力を備えている必要があることは云うまでもない。

基板貼り合せにおいては、どちらか一方の基板にシール剤２９を環状に継ぎ目無く塗布し、その後下基板８に液晶３０を所望の量滴下しておき、その状態で上下基板の位置を合わせて、チャンバ内を減圧して貼り合わせを行うものである。

次に、本発明の貼り合せ装置を用いた時の動作を説明する。

まず、図示していない、シール剤塗布装置において、上下どちらか一方の基板の貼り合せ面側にシール剤を環状に継ぎ目無く塗布する。またこの時、仮固定用のシール剤を環状に設けたシール剤の外側に塗布しておいても良い。次に、下基板１２を貼り合せ面を上にして、液晶塗布装置のテーブルに載置して、そこで所定量の液晶を滴下する。なお、シール剤の塗布を下基板に行うと、液晶滴下も同じ装置に組み込んで行うことができ、作業時間の短縮を図ることが可能である。

次に、真空チャンバ１の基板搬入口を開く。そして、図示していないロボットハンド５０にて、上基板１３を貼り合せ面を下にして上テーブル２位置まで搬入する。なお、ロボットハンド５０の構成によっては、上下両基板を同時に真空チャンバ内に搬入することも可能である。

次に、上基板の吸引吸着機構の負圧供給配管３６に負圧を供給し上基板１３を吸い上げて上テーブルに保持する。この時の吸い上げ力によって、上テーブル表面側に設けた粘着シート１３に上基板１３が押し付けられ粘着保持される。ところで、ロボットハンド５０で大型の上基板を搬入すると、図３に示すように基板が変形する。このため、吸引吸着が確実に行えない場合が発生する。そこで、吸引吸着機構を図３に示すように伸び縮み可能な複数の吸着パッド５１構造として上基板１３の中央部又は上基板一端部側から順次吸引吸着して、吸引パッド５１を粘着シート８部分まで引き上げて粘着保持させる。このようにして、粘着保持させることで、上基板にはうねりを発生せず平らに保持することが出来る。これにより、アライメントマークも正規の位置に配置することができるため、位置合せ精度の向上を図ることが可能である。なお吸着パッド方式にする場合には、粘着支持機構部（粘着シート及び粘着支持部材）に吸着パッドが上下に移動できるだけの開口を開けておく。

次に下テーブル３上に下基板１２を搭載する。下基板１２を搭載するに当たって、図示していない下テーブルに設けた受け取り爪をテーブル面から突出させてロボットハンドから液晶を滴下した下基板１２を受け取り、その後受け取り爪をテーブル面より下に降下させることで基板をテーブル面上に搭載する。次に、吸引口に負圧を供給すると共に、粘着パッド９を設けた粘着パッド保持部材３５を、粘着パッド上昇シリンダ５を動作させて基板面に向かって上昇させる。これによって、基板を粘着保持する。

なお、下テーブル３の粘着部材駆動機構としては図１の構成の他に図４の構成としても良い。すなわち、図４においては、下テーブル３に粘着パッド９を設けたパッド支持部材３９が設けてある。さらに、このパッド支持部材３９は、昇降ガイド３８に沿って上下に移動可能に取り付けてある。この粘着パッド９及びパッド支持部材３９にはその略中心部に粘着パッド９の表面に設けた吸引口まで負圧を供給するための配管が設けてある。この吸引口に負圧を供給すると、その吸着力によりパッド支持部材全体が上昇して基板面に粘着パッドが所定の力で押し付けられる。その状態で、その状態を維持できるようにパッド固定機構３７によってパッド支持部材３９を挟み込むことで固定される。また、パッド剥離機構はパッド支持部材の下部に設けた突起部に爪部３２が引っかかるようにしたパッド剥離ロッド３５を、図示していない駆動機構により下方に押し下げることで、パッド支持部材３９を押し下げて基板面から粘着パッドを引き剥がす構成としてある。なおこのとき、パッド固定機構３７は開放状態としてある。なおパッド剥離機構３７を設けずに、吸引口に大気圧を供給することで、基板面から粘着パッドを下方に押し下げることも可能である。このように構成することで、粘着パッドを駆動するための両利きのシリンダ等を設ける必要がなくなり、装置の小型化を図ることができる。

図４は真空吸着力を粘着パッドの駆動機構に使用した例を示したが、粘着パッド９の部分を摩擦パッド１０に置き換えることことで、摩擦パッドを固定方式でなく可動方式にすることができる。摩擦パッドを固定すると、摩擦パッドが摩擦パッドを上下に可動できるようにすると、基板をテーブル面に水平に確実に保持することができる。

前述のように、図４の構成とすると、図１の構成では粘着パッドの高さを粘着パッド取り付け部材３５に取り付けるときに調整する必要があったが、図４の構成とすることで粘着パッド９又は摩擦パッド１０の高さを自動調整することが可能となる。粘着パッド９及び粘着シート８の表面は、図５に示すように逆切頭四角錐形状の凹部を格子状に設け、その底部に負圧又は正圧を供給するための気体供給口６、１６を設けてある。なお形状はこのこの形状に限らず形成しやすい多角形、形状又は円形形状の凹部としても良い。

以上、上下両基板１２、１３を上テーブル２と下テーブル３に粘着保持した後、ロボットハンドを真空チャンバ外に退避させ、真空チャンバの基板搬入口を閉じる。その後、チャンバ内を減圧して所定の真空度にする。そして、図示していないカメラを用いて上下両基板に設けた位置合せマークを計測して、駆動機構部４を動作させて下テーブル３を動かし位置合わせする。次に上テーブル２のサーボモータ２１をロードセル２６の測定値エンコーダ２０を見ながら両基板に掛かる荷重と位置（基板間隔）を検出して荷重制御及び位置制御行いながら貼り合せを行うようにしている。

ところで、貼り合せるときに必要以上に高い加圧力が加えられると、貼り合されたパネル内のスペーサがつぶれ表示むらが発生する。荷重のみ検出して一定の加圧としても、基板の厚さのばらつきや、加圧テーブル表面のわずかな突起等により局所的にスペーサがつぶれる程の高い面圧が発生していた。これらを防止するためには、どちらかに描画されているシール剤と対向する基板が接触した位置を検出する必要があった。荷重検出器だけでは、チャンバの内外を遮蔽しながら加圧テーブルをチャンバ内で昇降させているため、遮蔽部の摩擦等により検出器の値が安定せず、上下基板が接触した位置を正確に判定することは困難であった。

予め基板の厚さ、シール剤の高さをデータとして制御装置に入力しておけば、およそ接触する高さまでは位置制御により上下間隔を狭め、最終の接触位置は、基板の厚さのバラツキ（一般的に１５〜３０マイクロメートルと言われている）やシール剤の高さのバラツキがあるため貼り合わせる基板毎に異なっているが、５マイクロメートル程度の一定の間隔で上下間を狭め、その都度検出器の値の変化量を計測すれば、一定以上の変化が現れた位置を接触した高さと判定することができる。よって、本実施例のように位置制御と荷重制御を併用することではじめて上下基板の接触位置を正確に判定することができ、これにより表示むらのない良好なパネルを安定して生産することが可能となる。なお、荷重検収器の取り付け位置は加圧テーブル側でも、対向するテーブル側でも構わない。

基板間間隔が所定量になると上テーブル２を上下に駆動するサーボモータ２１を停止する。ここで、仮固定用に複数点設けたシール剤に紫外線を照射して固化させる。その後、上テーブル２の粘着シート剥離機構を動作させると共に、上テーブル２の上下駆動を行うサーボモータ２１を動作して、上テーブルを上方に移動させ、基板と粘着部材間に数ｍｍの隙間を設ける。この状態で真空チャンバ内に正圧の気体を導入する。この時、上テーブルに設けた吸引口からも同時に正圧の気体を基板表面に吹き付けることで、貼り合された上基板全面に均一に圧力が加わり、この圧力によりさらに基板が加圧（２次加圧）されて基板間隔が最終基板間隔となる。

真空チャンバ内が大気開放されたあとでシール剤に紫外線を照射してシール剤を固着させる。シール剤の固着が終了すると、下基板を保持していた粘着パッド９をテーブル面より下側に押し下げて粘着パッドを基板面から剥離させる。次に貼り合せの終了した基板（パネル）を下テーブルに設けた基板持ち上げ部材を動作させて、テーブル面から持ち上げ、ロボットハンドで真空チャンバ外に取り出す。

以上のように、真空中で粘着保持することで、真空吸着だけで保持している場合は真空状態で保持できない基板を保持でき、位置合せを正確に行った後で、位置制御と圧力制御を併用して貼り合せを行うことで、精度の良い１次加圧ができる。また、テーブルで加圧した後、少しの隙間を空けて気体を基板面に吹き付けるようにしたため、均一に２次加圧ができ、高精度のパネルを形成できる。

上記の実施例では基板から粘着シート８を剥離する場合に、機械的にテーブル側から基板を押してテーブルを持ち上げることで行った。他の剥離方法として、真空チャンバ内を大気圧に戻す際に、サーボモータ２０を駆動して上テーブル２を若干（数１００μｍｍ〜数ｍｍ）持ち上げ、この時真空吸着を行っていた吸着口から正圧の気体を供給することで、基板と粘着シート間にシートをはがす方向の力が作用して、粘着シートを剥すことができる。また、そのまま吸着口から正圧の気体を噴出することで基板全面に均一な圧力を加えることができる。

次に本発明の他の実施例として図６に示す構成のものがある。図６（ａ）には従来の基板支持構成を示したものである。基板を硬質のテーブルに保持すると、テーブル表面のうねりや基板の厚みのバラツキにより基板同士のテーブル間隔を狭めて加圧すると、局所的に面圧が高くなり出来上がったパネルに表示むらを発生するという問題がある。そこで、図６（ｂ）のように上テーブル２と粘着シート８の間に弾性体６０を設けて、粘着保持するようにしたものである。なお本図では、上テーブル２に弾性体を設ける構成としたが、下テーブル３側の粘着パッド９を設けていないテーブル面に弾性体を設ける構成としてもよい。なお本実施例で用いている粘着シートや粘着パッドの代わりに静電チャックを上下テーブルに設けた構成、又はどちら一方を粘着部材、他方を静電チャックとした構成に、弾性体を設ける構成としても良い。

さらに、上テーブル２に設けた粘着シート８の剥離機構の他の実施例を図７に示す。本実施例の剥離機構では、剥離部材７（ピン）の外周側を長くして、内側に行くに従い短く構成としたものである。すなわち、基板から粘着シートを剥離する際、外周部から基板中央に向かって剥離するようにしたものである。通常粘着シート８で基板を保持していると、基板周辺部に比べて基板中央部ほど粘着力が強くなる傾向にある。特に基板中央部はパネルのアクティブエリアが設けてあり、この部分に剥離部材7が強く当たると表示むらの発生原因となる恐れがある。そのため、周辺部から徐々に剥離するとピーリングも作用して、一斉に剥離した場合よりもはるかに小さな力で剥離することが可能となるものである。

本発明の基板貼り合せ装置の部分断面図である。 上テーブルの機械的水平方向保持機構の説明図である。 ロボットハンドから上基板を受け渡す状態の一例を示した図である。 粘着パッド駆動機構の一例を示した図である。 粘着シート、及び粘着パッドの表面の状態の一例を示した図である。 テーブル面と粘着シート間に弾性体を設けた構成例を示す図。 テーブルの基板剥離機構の他の例を示す図である。

符号の説明

１…真空チャンバ、２…上テーブル、３…下テーブル、５…粘着パッド駆動シリンダ、８…粘着シート、９…粘着パッド、６、１６…吸着口、１０…摩擦パッド。

Claims (4)

1. 真空チャンバ内で貼り合わせる一方の基板を加圧板の下面に粘着力を作用させて保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブル上に保持して対向させ、少なくともいずれか一方の基板に設けた接着剤により真空中で間隔を狭めて貼り合わせる基板の組立方法において、
   前記一方の基板を加圧板に脱着可能に設けた面状の粘着保持機構で保持し、前記テーブル設けた複数の粘着パッドの吸引吸着口に吸着力を作用させることで、前記複数の粘着パッドをテーブル上の前記他方の基板面に移動させ、前記他方の基板を粘着パッドと吸引吸着でテーブル上に保持して、部分的に両基板の貼り合わせを行った後、加圧板に設けた粘着保持機構から基板を剥離し、真空チャンバ内を大気解放後、テーブル側の粘着パッドを待避させて貼り合わされた他方側基板の粘着パッドから剥離することを特徴とする基板の組立方法。
2. 真空チャンバ内の上方に一方の基板を保持する加圧板と、貼り合わせる他方の基板を真空チャンバ内の下方に保持するテーブルとを備え、両基板を対向させ、少なくともいずれかの基板に設けた接着剤により減圧雰囲気中で両基板の間隔を狭めて基板同士を貼り合わせる基板組立装置において、
   前記テーブルに他方の基板を保持する複数の粘着パッドと、複数の摩擦パッドを配置し、前記粘着パッド部に吸引吸着力で基板を保持する吸引吸着口とを備え、前記吸引吸着力を作用させることで前記粘着パッドを前記テーブル面に載置された基板裏面に突出させ、基板面に粘着パッドが接触して保持すると、該粘着パッドがテーブル面から移動しないように粘着パッドを保持する保持機構を備えていることを特徴とする基板組立装置。
3. 請求項２に記載の基板組立装置において、
   前記加圧板に粘着シートを取り付けた粘着保持部材を固定し、加圧板に上下に移動可能に真空吸着パッドを複数設け、前記真空吸着パッドが上下に移動可能に前記粘着シートと粘着保持部材を複数の開口部を備え、上基板を保持する場合に基板中央部の前記真空吸着パッドから順次基板端部の真空吸着パッドを動作させて基板を保持することを特徴とする基板組立装置。
4. 請求項２又は３に記載の基板組立装置において、
   前記加圧板側に複数の荷重計を、また上下基板の間隔を測定する間隔測定手段を設け、前記荷重計と前記間隔測定手段の測定結果に応じて加圧板の移動を制御することを特徴とする基板組立装置。

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