JP4389474B2

JP4389474B2 - 基板の組立方法

Info

Publication number: JP4389474B2
Application number: JP2003143670A
Authority: JP
Inventors: 聡八幡; 潔今泉; 正行齊藤; 幸宏川隅; 明平井
Original assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2019-06-18
Also published as: JP2003302614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は基板の組立方法に係わり、特に貼り合せる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、位置決めを行なうと共に間隔を狭めて貼り合せる基板の組立方法に関する。
【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他方の基板を一方の基板上に配置し、真空中で上下の基板を接近させて貼り合せる特開昭６２−１６５６２２号公報で提案された方法や、一方の基板上に注入口を設けるようにシール剤をパターン描画して真空中で基板を貼り合わせその後にシール剤の注入口から液晶を注入する特開平１０−２６７６３号公報で提案された方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記両従来技術では、シール剤のパターンに係わらず、基板を真空中で貼り合せている。その場合、それぞれの基板に設けた少なくとも２個所の合わせマーク同士を数μｍ以下の精度で一致させて貼り合せる必要がある。この精度を実現するために、一般には上下のどちらか一方の基板側を動作させて他方の基板の合わせマークと一致させるため、真空チャンバ内部に水平微動機構、例えば、ＸＹステージを設置しなければならない。
【０００５】
しかし、ＸＹステージのような水平微動機構は構造が複雑で、ボルトやネジ穴、他の穴、溝、すきま等が多く、真空チャンバ内を減圧し所定の真空度に到達するまでに非常に時間がかかり生産性が著しく低下する。
【０００６】
それゆえ、本発明の目的は、各基板に設けられた合わせマーク同士を高精度に一致させて速やかに貼り合せることが可能な基板の組立方法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方法の特徴とするところは、貼り合せる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、位置決めを行なうと共に間隔を狭めていずれか一方の基板に設けた接着剤により真空チャンバ中で基板同士を貼り合せるものにおいて、真空チャンバは上チャンバ及び下チャンバから形成され、上チャンバ内には、加圧板が配置され、さらに、下チャンバは、水平面内での移動が可能なステージ上に固定して配置されて、ステージ上にテーブルが設けられ、かつ下チャンバの周りにＯリングが配置されるとともに、下チャンバのフランジ部に、上チャンバがＯリングに当接することによって形成された真空チャンバ内を減圧したときのＯリングのつぶれ量を調整して、Ｏリングの弾性変形可能にし、Ｏリングの弾性範囲内でステージとともに下チャンバの水平面内での微動を可能に、真空チャンバ内を減圧したときの上チャンバ，下チャンバ間に掛かる大気圧を負担して上チャンバと下チャンバとの間隔を維持する耐圧手段が設けられており、上チャンバ内に配置された加圧板及び下チャンバ内に配置されたテーブルに上基板及び下基板を保持する工程と、上チャンバを、上チャンバのフランジ部が下チャンバでのＯリングに接触するまで、降下させて下チャンバと合体させ、真空チャンバを形成する工程と、真空チャンバ内を減圧する工程と、減圧によって下チャンバの耐圧手段が上チャンバと下チャンバとの上記間隔を維持した状態で、ステージを水平面内で移動させることにより、上基板及び下基板の位置合わせを行なう工程と、加圧板を降下させて上基板と下基板とを貼り合わせる工程とを含むことにある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の一実施形態を図１，図２に基づいて説明する。
【００１０】
図１，図２において、本発明による基板の組立方法を用いる基板組立装置は、液晶滴下部Ｓ１と基板貼合部Ｓ２から構成され、この両部分Ｓ１，Ｓ２は架台２上に隣接して配置される。
【００１１】
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、ＸＹθステージＴ１が備えられている。Ｘステージ４ａ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。Ｙステージ４ｂはＸステージ４ａ上にあり、駆動モータ６によりＸステージ４ａと直交するＹ軸方向に往来できるようになっている。θステージ４ｃはＹステージ４ｂ上にあり、回転ベアリング７を介して駆動モータ８によりＹステージ４ｂに対して水平に回転可能になっていて、θステージ４ｃ上に基板を搭載するテーブル９が固定されている。また、Ｙステージ４ｂにプレート１３で下チャンバユニット１０が固定されている。
【００１２】
θステージ４ｃは、下チャンバユニット１０に対し回転ベアリング１１と真空シール１２を介して回転自由に取付けられ、θステージ４ｃが回転しても、下チャンバユニット１０は連られて回転しない。
【００１３】
液晶滴下部Ｓ１は、テーブル９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フレーム３から突出したブラケット１４で支持されたディスペンサ１７と、これを上下移動させるためのＺ軸ステージ１５と、それを駆動するモータ１６で構成される。下基板１ａをテーブル９上に保持搭載したＸＹθステージＴ１は、液晶剤を滴下するディスペンサ１７のノズル１８に対し、ＸおよびＹ方向に移動する。これにより、下基板１ａ上の任意の個所に所望量の液晶剤を滴下することができる。図１には示していないが、液晶剤を滴下するディスペンサ１７とは別のシール剤を吐出するデイスペンサがフレーム３にあって、ＸＹθステージＴ１の各モータ５，６で下基板１ａをＸＹ軸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。シール剤で形成したパターンの中に液晶剤を滴下する。
【００１４】
液晶滴下後の下基板１ａを搭載保持したＸＹθステージＴ１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。
【００１５】
基板貼合部Ｓ２では、上チャンバユニット２１とその内部の加圧板２７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、上チャンバユニット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、フレーム３に固定されたシリンダ２２のシャフトにより上下のＺ軸方向に移動する。
【００１６】
図２に、ＸＹθステージＴ１が基板貼合部Ｓ２に移動していて上チャンバ２１が下降した状態を示す。上チャンバユニット２１が下降すると下チャンバユニット１０の周りに配置してあるOリング４４に上チャンバユニット２１のフランジが接触し合体して、真空チャンバとして機能する状態になる。
【００１７】
ここで、下チャンバユニット１０のフランジ部に全周に渡って適宜な間隔で設置されたボールベアリング８７は、真空チャンバを減圧することによって上下チャンバユニット１０，２１間に掛かる大気圧を負担してOリング４４がつぶれる量を調整するもの（耐圧手段）で、ボルトナットの締め具合などで上下方向の任意の位置に設定可能となっている。
【００１８】
Oリング４４のつぶれ量は、真空チャンバ内を真空に保つことができ、かつ、最大の弾性が得られるものとする。このような手段がない場合、上チャンバユニット２１は上チャンバユニット２１の垂直投影面積に対応する大きな真空力(約１kgf/cm²)でOリング４４をほとんどつぶしてしまうので、弾性変形が不可能になり、上下のチャンバユニット１０．２１がかじり合ってＸＹθステージＴ１の微動ができなくなる。本実施形態では、真空により発生する大きな力は、ボールベアリング８７を介して下チャンバユニット１０で受けており、Oリング４４の弾性変形が可能で、また、下チャンバユニット１０に設置されたボールベアリング８７のボールはあらゆる方向に回転自在なので、後述するように基板貼合せ時にＸＹθステージＴ１をOリング４４の弾性範囲内で容易に微動させ、基板同士の精密位置決めをすることができる。尚、ＸＹθステージＴ１の微動量は、画像認識カメラ４６により以下のようにして設定する。即ち、画像認識カメラ４６は、ブラケット５１を介してシャフト２９に固定されており、加圧板２７とともに上下動作する。図中、４７は上チャンバユニット２１の開孔４８に真空漏れを起こさないように固定されたガラス製の覗き窓で、加圧板２７にも開孔４９があって、透視できるようになっている。また、画像認識カメラ４６の作動距離（焦点距離）Ｌ１は、上基板１ｂ上の基板合せマーク５０ｂに合わせておく。この状態で上基板１ｂが加圧板２７とともに下降し、焦点深度Ｌ２の範囲に下基板１ａの基板合せマーク５０ａが入ると、上下両基板1ａ，１ｂのそれぞれの合せマーク５０ａ，５０ｂを同時にカメラ４６で認識できる。この画像認識カメラ４６は、例えば、上チャンバユニット２１の対角位置に２台設置し、上下各基板1ａ，１ｂの２ヶ所の合せマークについて画像処理をして、そのずれ量をＸＹθステージＴ１の微動量として換算し、ＸＹθステージＴ１の微動させ、上下両基板1ａ，１ｂの位置合せをすることができるようになっている。
【００１９】
図１に戻って、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、これらは上下のチャンバユニット１０，２１を合体して形成される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等の圧力源に接続され、これらは真空チャンバ内を大気圧に戻す時に使用される。
【００２０】
上基板１ｂは加圧板２７の下面に密着保持されるが、大気下において上基板１ｂは吸引吸着で保持されるようになっている。即ち、４１は吸引吸着用継手、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、加圧板２７の下面には、それにつながる複数の吸引孔が設けられている。また、周りが真空の場合、上基板１ｂは加圧板２７の下面に機械的あるいは静電気的な作用で密着保持される。
【００２１】
加圧板２７はシャフト２９で支持されており、シャフト２９はハウジング３１、３２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、加圧板２７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上のブラケット３８に固定されたモータ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。ナットハウジング３７は荷重計３３を介してハウジング３２とつながり、その下部の加圧板２７と一体で動作する。
【００２２】
従って、モータ４０によってシャフト２９が降下し、上基板１ｂを保持した加圧板２７が降下し上基板１ｂがテーブル９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。尚、下基板１ａも大気下では吸引吸着、真空下では機械的あるいは静電気的な手法などでテーブル９に密着保持される。
【００２３】
次に、本発明による基板の組立方法の一実施形態として、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。
【００２４】
先ず、テーブル９に上基板１ｂを搭載し、駆動モータ５でＸＹθステージＴ１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を降下させ、テーブル９上の上基板１ｂを吸引吸着させてから、モータ４０で上昇させて、上基板１ｂを待機状態とする。
【００２５】
ＸＹθステージＴ１は液晶滴下部Ｓ１に戻って、テーブル９上に下基板１ａが搭載され、所望位置に固定保持される。
【００２６】
図１には示していないシール剤のデイスペンサで、ＸＹθステージＴ１の各モータ５，６で下基板１ａをＸＹ軸方向に移動させつつシール剤を吐出させ、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する。その後、デイスペンサ１７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することはない。
【００２７】
次に、ＸＹθステージＴ１を基板貼合部Ｓ２に移動させ、シリンダ２２で上チャンバユニット２１を降下させ、そのフランジ部２１ａを図２に示すようにOリング４４に当接させて下チャンバユニット１０と合体させて真空チャンバを形成させる。そして、真空バルブ２３を開放して真空チャンバ内を減圧していく。
【００２８】
この間、基板1ａ，１ｂ同士の位置合わせは、上チャンバユニット２１に設けた覗き窓４７から画像認識カメラ４６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、ＸＹθステージＴ１の各ステージ４ａ乃至４ｃを微動させて、高精度な位置合わせを行なう。この微動において、Oリング４４が極端に変形しないで真空が維持されるように、ボールベアリング８７が上下チャンバユニット１０，２１間に作用する大気圧を負担して上下チャンバユニット１０，２１の間隔を維持しているとともに、ボールベアリング８７のボールの回転により、上下チャンバユニット１０，２１間の摩擦抵抗を軽減し、ＸＹθステージＴ１における各ステージ４ａ乃至４ｃの下チャンバユニット１０ごとのスムーズな微動を可能にしている。
【００２９】
基板同士の位置合せ後にモータ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。加圧板２７を降下させる際、ハウジング３０にはリニアブッシュが内蔵されているので、仮に上下チャンバユニット１０，２１間に作用する大気圧で上チャンバユニット２１が変形を起こしたとしても、シャフト２９には影響を与えることはなく、位置合せ通りに基板１ａ，１ｂを貼り合すことができる。
【００３０】
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、真空チャンバ内にＮ₂やクリーンドライエアを供給し、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で上チャンバユニット２１を上昇させ、ＸＹθステージＴ１を液晶滴下部Ｓ１に戻して、貼り合せで製作した表示パネルをテーブル９から外し、次の貼り合わせに備える。
【００３１】
以上のように、減圧時に空気を放出する基板位置合せステージは真空チャンバの外にあり、しかも真空チャンバ容積は小さくなることによって、真空チャンバの減圧真空化は急速に進み、位置合せ精度も高く維持できて、組立の生産性は向上する。
【００３２】
この実施形態ではＸＹθステージＴ１を基板の搬送手段としても利用しているので、装置は単純化し小型軽量化が図られている。
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。
【００３３】
（１）ボールベアリング８７の代わりに、真空チャンバに掛かる大気圧を耐えうるものであれば何でもよい。例えば図３に示すように、小径のバー８８を適宜な間隔で下チャンバユニット１０のフランジ部に立設してOリング４４のつぶれ量を調整し、ＸＹθステージＴ１の水平方向の微動は、小径のバー８８の曲げ弾性の範囲で行わせるようにしてもよい。あるいは、下チャンバユニット１０のフランジ部にOリング４４を取り囲むように設けられ上チャンバユニットのフランジ部の全周に衝合して弾性変形する蛇腹などでもよい。
【００３４】
（２）ＸＹθステージＴ１は基板貼合部Ｓ２においてのみ微動でき、基板へのシール剤描画や液晶剤滴下は上流における設備機器で行って、基板の組立のみを行なうようにすることもできる。この場合、基板の搬入搬出はロボットハンドなどで実行する。
【００３５】
（３）シール剤が液晶剤の性能を阻害するようなものであり、シール剤パターンの内側にシール剤と液晶剤を遮断する物質のパターンを設ける表示パネルに対しては、フレーム３にそのような遮断物質のディスペンサを設けて、ＸＹθステージＴ１を利用して描画をしてもよい。
【００３６】
（４）液晶表示パネルの製作だけでなく、位置合せをして真空中で貼り合せを行うものであれば、対象物は限定されない。
【００３７】
（５）上下真空チャンバユニット１０，２１を合体させ、基板１ａ，１ｂの位置合せをしてから、真空チャンバの減圧真空化を行い、その後基板１ａ，１ｂの貼り合せをしても良い。この場合には真空チャンバの減圧真空化の前に位置合せが済んでいるために、耐圧手段は上下真空チャンバユニット１０，２１相対移動を許容する機能は不要で、耐圧機能を達成する単純な構成のもので済む利点がある。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各基板に設けられた合わせマーク同士を高精度に一致させ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】本発明による基板の組立方法の一実施形態を用いた基板組立装置を示す概略縦断面図である。
【図２】図１に示した基板組立装置における要部を示す図である。
【図３】図２に示した基板組立装置における要部の他の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
１ａ下基板
１ｂ上基板
９テーブル
１０下チャンバユニット
２１上チャンバユニット
２２シリンダ
２３真空バルブ
４０モータ
４４Ｏリング
８７ボールベアリング
Ｓ１液晶滴下部
Ｓ２基板貼合部
Ｔ１ＸＹθステージ

Claims

貼り合せる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、位置決めを行なうと共に間隔を狭めていずれか一方の基板に設けた接着剤により真空チャンバ中で基板同士を貼り合せる基板の組立方法において、
該真空チャンバは上チャンバ及び下チャンバから形成され、該上チャンバ内には、加圧板が配置され、さらに、該下チャンバは、水平面内での移動が可能なステージ上に固定して配置されて、該ステージ上にテーブルが設けられ、
かつ該下チャンバの周りにＯリングが配置されるとともに、該下チャンバのフランジ部に、該上チャンバが該Ｏリングに当接することによって形成された該真空チャンバ内を減圧したときの該Ｏリングのつぶれ量を調整して、該Ｏリングを弾性変形可能にし、該Ｏリングの弾性範囲内で該ステージとともに該下チャンバの水平面内での微動を可能に、該真空チャンバ内を減圧したときの該上チャンバ，該下チャンバ間に掛かる大気圧を負担して該上チャンバと該下チャンバとの間隔を維持する耐圧手段が設けられており、
該上チャンバ内に配置された該加圧板及び該下チャンバ内に配置された該テーブルに上基板及び下基板を保持する工程と、
該上チャンバを、該上チャンバのフランジ部が該下チャンバでの該Ｏリングに接触するまで、降下させて該下チャンバと合体させ、真空チャンバを形成する工程と、
該真空チャンバ内を減圧する工程と、
該減圧によって該下チャンバの該耐圧手段が該上チャンバと該下チャンバとの該間隔を維持した状態で、該ステージを水平面内で移動させることにより、該上基板及び該下基板の位置合わせを行なう工程と、
該加圧板を降下させて該上基板と該下基板とを貼り合わせる工程と
を含むことを特徴とする基板の組立方法。
請求項１に記載の基板の組立方法において、
前記テーブルに保持されている前記下基板には、所望量の液晶剤が滴下されていることを特徴とする基板の組立方法。
請求項２に記載の基板の組立方法において、
前記上チャンバと前記加圧板とは夫々独立して上下動可能であることを特徴とする基板の組立方法。
請求項２または３に記載の基板の組立方法において、
前記上基板及び前記下基板の位置合わせを行なう工程では、前記上基板と前記下基板とに設けられた位置合わせマークを画像認識カメラで撮像して、該位置合わせマークのずれ量を求め、該ずれ量を前記テーブルの移動量に換算して前記テーブルを移動させることを特徴とする基板の組立方法。
請求項２または３に記載の基板の組立方法において、
前記加圧板を降下させて前記上基板と前記下基板とを貼り合わせる工程では、荷重計で加圧力を計測して前記上基板と前記下基板とを所望間隔で貼り合わせることを特徴とする基板の組立方法。