JP4107316B2 - 基板貼合装置 - Google Patents

Description

本発明は基板貼合装置に係り、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合装置に関する。

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

上記従来技術では、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、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本発明の特徴とすることは、
貼り合わせ前の２枚の基板を搬入する第１チャンバ室と、基板の貼り合わせを行う第２チャンバ室と、貼り合わせ後の基板の搬出を行う第３チャンバ室とからなり、第１チャンバン室内と第３チャンバ室内とは大気圧から中真空状態にまで可変制御し、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。

以上説明したように本発明基板貼合装置によれば、貼り合わせ時に時間の最も必要とする大気圧から高真空状態にする真空排気時間を短時間で行うことができ、かつ、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。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。図１において、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、真空貼合室（第２チャンバ室）Ｃ２、貼り合わせた基板（液晶パネル）を搬出する第３チャンバ室Ｃ３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）をそれぞれ搬入するために上基板搬入用ロボットハンドＲ１と下基板搬入用ロボットハンドＲ２が設けてある。また、第３チャンバ室Ｃ３には貼り合わせの終わった基板を搬出するための搬出用ロボットハンドＲ３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。

さらに第１チャンバ室Ｃ１を減圧するための真空ポンプ６と、各ロボットハンドＲ１，Ｒ２に基板を吸引吸着するための負圧を供給するための真空ポンプ７と、第１チャンバ室Ｃ１内にパージする窒素を供給するための窒素供給源２０が接続されている。

第２チャンバ室Ｃ２には、下側基板３１を載置する下テーブル８と上側基板３０を吸着保持する上テーブル（加圧板）９が内部に設けてある。また第２チャンバ室Ｃ２の外側には第２チャンバ室内部を真空にするための真空ポンプ１０とターボ分子ポンプ１１とが設けてある。なお、ターボ分子ポンプ１１の吸入側には第３ゲートバルブ２１が設けてある。さらにまた、上下テーブルに負圧を供給して上下基板をそれぞれ吸着保持するためのテーブル吸着用の真空ポンプ１２と、上基板３０を上テーブル９面まで吸引吸着保持して持ち上げるための吸上げパッド１３と、吸上げパッド１３に負圧を供給するパッド用真空ポンプ１４が設けてある。なお吸上げパッド１３は複数設けてあり、図示していないが、それぞれが上下に移動できるよう駆動手段が設けてある。また、この第２チャンバ室Ｃ２にも窒素をパージするために窒素供給源２０が接続されている。上テーブル９の下面側には前述の吸引吸着口の他に、高真空状態でも基板を吸着保持できるように静電力または粘着力を作用させる保持チャック１７が設けてある。同様に下テーブル８にも保持チャック１８が設けてある。なお、下テーブル８に用いる保持チャック１８に用いたものが粘着力を作用させるものの場合は、部分的に粘着力を作用させるように構成すればよい。さらに、下テーブル８側にはロボットハンドＲ２から下基板３１を受け取り、かつロボットハンドＲ３に貼り合わ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、ロボットハンドがテーブル面と基板間に挿入できるように複数の受け取り爪を備えた基板リフタ１９が設けてある。

さらに、第３チャンバ室Ｃ３には貼り合わせた基板を搬出する際にロボットハンドに乗せた基板がずれないように吸引吸着するための負圧を供給する吸着用真空ポンプ１５と、第３チャンバ室Ｃ３内を負圧にするための真空ポンプ１６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２０が接続されている。

また、各チャンバ室にはそれぞれ圧力計Ｐ１〜Ｐ３が設けてあり、これらの圧力計により、計測結果に基づいて各真空ポンプ、窒素供給弁、ゲートバルブ等を動作制御することで各部屋の真空状態を制御している。

本実施例では、貼り合わせを行う第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を開放する際には所定の真空度まで戻すようにしている。また、第２チャンバ室Ｃ２は高真空から中真空にする際に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、基板を第１チャンバＣ１内に搬入する時は当然のことながら、所定の真空度に維持されている状態で、第１チャンバ室Ｃ１から第２チャンバ室Ｃ２に搬入する際にロボットハンドに基板を吸引吸着により保持することが可能となる。

次に、本装置の動作を図２、図３、図４に示すフローチャートを用いて説明する。

図２〜図４には本発明の基板貼合を行う場合のフローチャート示したものである。

まず、貼り合せる上下基板３０，３１を第１チャンバ室Ｃ１内の各ロボットハンドＲ１，Ｒ２に受け渡すために第１チャンバ室Ｃ１の入口の第１ドアバルブ２を開放する（ステップ１００）。次に、真空ポンプ７を駆動すると共に、三方弁Ｖ１，Ｖ２を操作して負圧を各ロボットハンドの基板保持部に送る。そして、第１チャンバ室内の上基板搬送用ロボットハンドＲ１に上基板３０を吸引吸着して、第１チャンバ室内に搬入する（ステップ１０１）。同じく第１チャンバ室内の下基板搬送用ロボットハンドＲ２に下基板３１を吸引吸着して、第１チャンバ室内に搬入する（ステップ１０２）。第１チャンバ室内に上下基板の搬入が完了すると第１ドアバルブ２を閉じる（ステップ１０３）。第１ドアバルブ２が閉じると、真空ポンプ６を動作させ第１チャンバ室Ｃ１内を中程度の真空度になるまで排気する（ステップ１０４，１０５）。

第１チャンバ内は吸引吸着により基板を持っているため、常時微小リークによりチャンバ内気体が吸いだされる。このため排出される量と同じ量の窒素をSlowNV1から供給し中真空状態を一定に維持している。第１〜第３チャンバまで、中真空状態で吸引吸着により基板を保持する場合はいずれも微小リークがあるため、常時窒素を供給しチャンバの内圧が一定になるように制御を行っている。

第１チャンバ室Ｃ１を中真空にする間は、第２チャンバ室は中真空状態になっている。また、高真空状態で先に搬入された基板の貼り合せ作業を行っているか、先に搬入され、貼り合せの終わった基板の搬出作業（この場合は第２チャンバ室、第３チャンバ室とも中真空状態である）を行っていても良い。本実施例では、第２チャンバ室内は待機状態として基板等は無い状態として説明している。

第１チャンバ室内が中真空状態となると、第１ゲートバルブ３を開放する（ステップ１０６）。第１ゲートバルブ３が開くと上下基板をそれぞれ保持しているロボットハンドＲ１，Ｒ２を動作させて、第２チャンバ室Ｃ２内の上テーブル９と下テーブル８とにそれぞれの基板３０，３１を受け渡す。なお、上テーブル９には複数の吸上げパッド１３が設けてあり、真空ポンプ１４動作させ、三方弁Ｖ５を吸上げパッド１３に負圧を供給する側に開放し吸着口に負圧を供給する。また、吸上げパッド１３に上基板搬送用ロボットハンドＲ１から基板を受け取る際に、上テーブル面から吸上げパッドを突出させて基板面に吸着口を近接させて吸着し、ロボットハンドR1は三方弁V１をチャンバと導通する側に開放し、吸引吸着力を開放し、基板を吸着パッド１３側に受け渡し後退する。その後吸着パッド１３がテーブル面に位置するまで上昇する。吸上げパッド１３がテーブル面まで上昇したら真空ポンプ１２の負圧を、三方弁V３をテーブル面に負圧を供給する側に開放し、基板を引き寄せ、上基板３０が上テーブル９面に吸引吸着保持される。その後、真空中保持チャック１７を動作させて上基板３０を保持する。同様に、下基板搬送用ロボットハンドＲ２を動作させて、ハンド上の下基板３１を下テーブル８面上に搬入する。下テーブル８では、基板リフタ１９を上昇させてロボットハンドＲ２から下基板３１を受け取る。その後、上下基板搬送用ロボットハンドを第１チャンバ室に戻すと共に、基板リフタを下げて、下テーブル面に下基板を搭載する。また、第１ゲートバルブ３が閉じられる（ステップ１０９）。このとき下テーブル面に設けてある複数の吸引吸着口に真空ポンプ１２を駆動し三方弁Ｖ４をテーブルに負圧を供給する側に開放して下基板３１がテーブル面に吸引吸着保持される。その後、静電吸着機構又は粘着吸着機構からなる真空中保持チャック１８を動作させて下基板がテーブル面に固定される。なお、上下基板を第２チャンバ室内への搬入は上下同時に行っても良いことは言うまでもない。

前述まで工程が終了すると、図３に示すように、第１チャンバ室Ｃ１は第１ドアバルブを開放して（ステップ１１０）、第１チャンバ室Ｃ１内を中真空から大気圧の戻し（ステップ１１１）、次の基板の搬入に備える。また、第２チャンバ室Ｃ２内では、上下基板のあら位置決め処理が行われる（ステップ１１２）。この上下基板の位置決めには、図示していないが、予めそれぞれの基板に設けてある複数の位置決めマークを複数のカメラにより観測して、位置ずれ量を求めて、下テーブル８を水平方向に移動して行えるようになっている。なお、この下テーブルの駆動機構は摩擦摺動部を含めて第２チャンバ室の外に設ける構成としてある。下テーブルに設けられた連結軸と駆動部間とを蛇腹等で構成された弾性体で接続して、第２チャンバ内の真空状態を保持できるようにしてある。

次に、第２チャンバ室内は中真空の状態であるが、真空ポンプ１０とターボ分子ポンプ１１とを動作させて、さらに高真空状態とする（ステップ１１３）。第２チャンバ室内が基板貼合の真空度になったかどうかを判断して（ステップ１１４）、高真空なった場合には精密に上下基板の位置決めを行う（ステップ１１５）。その後、上テーブルを下テーブル側に移動制御して圧力又は基板間隔を計測しながら加圧して貼り合わせを実行する（ステップ１１６）。なお、この貼り合わせを行う途中（加圧を行っている途中）では何度か精密位置決めを行うように制御している。所定の加圧力又は所定の基板間隔に達すると加圧を終了する。

なお、前述の説明では上テーブルを上下に移動して貼り合わせを行うこととしたが、上側テーブルは固定して、下側テーブルを上昇させて貼り合わせを行うように構成しても良いことは言うまでもない。

加圧貼り合わせが終了すると、仮止め用の接着剤の位置にＵＶ光を照射して貼り合せ基板を仮止めする（ステップ１１７）。仮止めは大気開放後（ステップ１２４）にチャンバ３にて行っても良い。そして上テーブルを上昇させる。次に、第２チャンバ室内に窒素ガスをパージして中真空状態になるまで加圧する（ステップ１１８）。第２チャンバ室内が中真空になったかどうかを判断し（ステップ１１９）、中真空になると第２ゲートバルブ４を開く（図４のステップ１２０）。

そして、第２チャンバ室内の基板リフタを動作させて下テーブル面から貼り合せの完了した基板を持ち上げる。次に、第３チャンバ室内の貼り合せ基板搬出用ロボットアームＲ３を動作させ基板を受け渡し位置まで伸ばす。ロボットアームＲ３に基板が受け渡されると、真空ポンプ１５を動作させて、ロボットアーム上に貼り合せの完了した基板を固定する。そして、ロボットアームを縮めて第３チャンバ室内に基板を搬入する（ステップ１２１）。第３チャンバ室内に基板が搬入されると第２ゲートバルブ４を閉じ、窒素をパージして大気圧まで加圧する（ステップ１２３）。真空中で仮止めしない場合、本ステップにてUVによる仮止めを行う。その後、第２ドアバルブ５を操作してドアバルブを開け、貼り合せの完了した基板を第３チャンバ室から搬出して次の工程に送る（ステップ１２６）。第３チャンバン室から貼り合せた基板が搬出されると第２ドアバルブを閉の状態とする（ステップ１２７）。次に、真空ポンプ１６を動作させて第３チャンバ室内を真空排気して中真空状態とする（ステップ１２８）。第３チャンバ室内が中真空状態か否かを判定して（ステップ１２９）、中真空状態であればその状態を維持する（ステップ１３０）。

以上が本装置の一連の動作であるが、第１ゲートバルブ３と第２ゲートバルブ４の操作、
第２チャンバ室への基板の搬入、貼り合せ基板の搬出は略同時に行うことで、基板貼り合わせ時間を大幅に短縮することが可能となる。そのとき第１〜第３チャンバ室の真空度は中真空状態となっており、基板を吸引吸着で保持できる状態となっている。すなわち、吸引吸着用の真空度は高真空状態の負圧を供給する構成としてある。

以上のように、本発明では、第１チャンバン室と第３チャンバ室とを大気圧から中真空状態に可変制御し、第２チャンバ室は中真空状態から高真空状態に可変制御する構成とすることで、各チャンバ室内をそれぞれの真空状態にする時間を大幅に短縮することが可能となり、かつ、各チャンバ室内に窒素ガスをパージするために、真空状態を可変しても水分の影響がなくなり、容量の大きなターボ分子ポンプを設ける必要がなくなり装置全体としての小型かも図ることが可能となる。

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２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。

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、Ｒ１…上基板搬入用ロボットハンド、Ｒ２…下基板搬入用ロボットハンド、Ｒ３…貼り合わせ基板搬出用ロボットハンド、Ｐ１〜Ｐ３…圧力計、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、６…第１室用真空ポンプ、７…第１吸着保持用真空ポンプ上基板、８…下テーブル、９…上テーブル、１０…第２室用真空ポンプ、１１…ターボ分子ポンプ、１２…基板保持用真空ポンプ、１３…吸上げパッド、１４…吸上げパッド用真空ポンプ、３０…上基板、３１…下基板。

Claims (5)

1. 上下２枚の基板をそれぞれ搬入するための搬入用ロボットアームと、大気状態と該搬入用ロボットアームが該上下２枚の基板を吸引吸着で保持可能な中真空状態とを設定する第１の真空ポンプが設けられ、大気圧状態にあるとき、該搬入用ロボットによって該搬入用ロボットアームが該上下２枚の基板を吸引吸着して搬入し、該上下２枚の基板の搬入後、該真空ポンプによって中真空状態が設定されて、該搬入用ロボットアームが搬入された該上下２枚の基板を吸引吸着して保持する状態を継続する第１チャンバ室と、
   吸引吸着作用が可能な中真空状態と高真空状態とを設定する第２の真空ポンプと、上下２つのテーブルとが設けられ、該第２の真空ポンプによって設定される該中真空状態で該搬入用ロボットアームに吸引吸着保持されて中真空状態の該第１チャンバ室から搬送される該上下２枚の基板を受け取り、該第２の真空ポンプによって設定される該高真空状態で該上下２枚の基板をそれぞれ上テーブルと下テーブルとで保持し、上下いずれか一方の該テーブルを水平方向に移動して該上下２枚の基板の位置合わせをし、上下いずれか一方の該テーブルを上下に動作させて該上下２枚の基板の間隔を狭めて貼り合わせを行なった後、該第２の真空ポンプによって該中真空状態にする第２チャンバ室と、
   該第２チャンバ室で貼り合わせた該上下２枚の基板を吸引吸着して保持搬送する搬送用ロボットアームと、大気状態と該搬送用ロボットアームで貼り合わせた該上下２枚の基板の吸引吸着が可能な中真空状態とを設定する第３の真空ポンプとが設けられ、該搬送用ロボットアームが貼り合わせた該上下２枚の基板を吸引吸着可能とする中真空状態を該第３の真空ポンプによって設定して、該搬送用ロボットアームにより、中真空状態にある該第２のチャンバ室から貼り合わせた該上下２枚の基板が吸引吸着保持されて搬入され、貼り合わせた該上下２枚の基板の搬入後、該第３の真空ポンプによって大気状態に設定されて、該搬送用ロボットアームにより貼り合わせた該上下２枚の基板を吸引吸着して室外に搬出する第３チャンバ室と
   を備え、
   該第１チャンバ室と該第２チャンバ室と該第３チャンバ室とにそれぞれの室内の圧力を計測する計測手段を備え、該第１〜第３チャンバ室それぞれの真空度を制御する制御手段を設けたことを特徴とする基板貼合装置。
2. 請求項１に記載の基板貼合装置において、
   前記第１〜第３チャンバ室各々に、前記真空ポンプからの吸引吸着系をチャンバ室内と接続し、該吸引吸着系の中間に設けたバルブの開閉により、吸引吸着力を制御することを特徴とする基板貼合装置。
3. 請求項１に記載の基板貼合装置において、
   前記第２チャンバ室内の前記上テーブルに前記高真空状態で前記基板を保持するのに粘着力を用いたチャックを用いることを特徴とする基板貼合装置。
4. 請求項１に記載の基板貼合装置において、
   前記第２チャンバ室内の前記上テーブルに前記高真空状態で前記基板を保持するのに静電吸着力を用いたチャックを用いることを特徴とする基板貼合装置。
5. 請求項１に記載の基板貼合装置において、
   前記第１，第２，第３チャンバ室は夫々、前記中真空状態にて基板保持に吸引吸着を用いるため、吸引吸着により排気される量と同じ量の気体が常時供給されるようにした機構を有することを特徴とする基板貼合装置。

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