JP4449932B2 - 基板組立装置と基板組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレ形成する場合に、テーブル上の基板に液晶を滴下した後、加圧板側又はテーブル上のどちらか一方の基板に塗布した接着剤で貼り合わせる基板組立装置と基板組立方法に関する。

従来の液晶表示パネルの製造装置として、特許文献１に記載されたものがある。この公報には、透明電極や薄膜トランジスタアレイを設けた２枚のガラス基板の一方側に液晶をコーティングし、更にスペーサを分散配置した後、他方の基板を、上下機構を有するピンで一方の基板上に載せ、その基板を装置の左右方向に設けた位置決めピンで位置合せをした後、チャンバ内を真空にして基板を重ねた後、再度位置合せを行った後に、チャンバ内圧力を大気圧側に戻すことで貼り合せを行うようにしている。

また、特許文献２には、一体構造の真空チャンバ内に上面または下面に両基板の何れか一方を脱着自在に固着させる第一のテーブルと下面または上面に両基板の他方を脱着自在に固着させる第二のテーブルをそれぞれの基板を固着させる上面および下面が対向するように備え、両テーブルの一方は弾性体を介して真空チャンバと気密に移動可能に結合しており、かつ該一方のテーブルは前記弾性体で区画された真空チャンバの大気側に真空チャンバに対して少なくとも水平方向に移動する駆動手段を備える構造が開示されている。

また、特許文献３には、チャンバを上下２つに分割して、下側チャンバを基板の搬送及び液晶滴下装置を備えた基板組立装置が開示されている。

さらに特許文献４に記載には、架台上に下フレームと上フレームとを設け、下フレーム側に上フレームを上下に大きく移動させる第１のＺ軸駆動機構を設け、前記下フレームの内側に下チャンバを、上フレームの内側に上チャンバを設け、上チャンバの内側に上テーブルを設け、前記下チャンバの下側に下チャンバ内に設けた下テーブルを上下に微小移動させる第２のＺ軸駆動機構を、下チャンバ側面に前記下テーブルを水平方向に移動させる駆動機構を設け、上フレームと下フレームを合体させることで上チャンバと下チャンバとをシールリングを介して合体し真空チャンバを形成する構成となっている。

特開平１０−２６７６３号公報 特開２００１−３０５５６３号公報 特開２００１−５４０１号公報 特開２００４−２３３４７３号公報

上記特許文献１では、基板の加圧は基板間と基板外側の気圧差のみを用いて行うもので、この場合、基板間のシール材が上下基板間を確実に埋めた状態となるようにしなけばならない。このため使用するシール材の量が多く必要になると共に、表示部側に広がる恐れもある。また、真空中での基板の保持を下側の基板は平坦なステージに載置しているが、上側の基板はその周縁の適宜な個所をピン状の部材で支えるため、大型基板２ｍ×２ｍ以上の大型基板の場合、撓んで、上下の両基板の正確な位置決めをすることが困難となる。

さらに、上下の基板を真空チャンバの中に直接搬送し、搬送後にチャンバ内を大気圧から真空に排気するため排気に時間がかかり、生産性を高くすることができないという問題もある。

また、特許文献２のように基板の大型化に伴い、真空チャンバ自体も大型になり特に、基板の搬入搬出には従来にゲートバルブを用いる方式では真空チャンバ自体をさらに大型化することになり、基板の搬出入やメンテナンスも難しくなる。また、基版を上テーブル（加圧板）への固定、下テーブルへの固定及び位置決めも、特許文献３のように下チャンバ自体を移動して行うには下チャンバの重量が大きくなり、過大な駆動力が必要となるという問題も発生する。

また、特許文献４に記載の貼合せ装置の構成では上フレームを上下動させるための駆動機構と上テーブルもしくは下テーブルを上下動させるための駆動機構がそれぞれ必要となるため、装置の大型化、重量の増大が避けられないものであった。

また、特許文献４の装置では上フレームを上下動させる際のガイド機構にボールスプラインを用いており、大型の装置の場合に要求される剛性が確保できなくなることも考えられる。

また、貼合せ時の加圧むらを発生させることのないように基板を保持する上下テーブルの表面は高精度の平面であることが求められるが大型の貼合せ装置では要求される平面度を確保することが困難になっている。

本発明は、以上の課題を解決し、小型で、高精度の基板組立が可能な基板組立装置を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明では、架台上の４角に上フレームを上下に動かすためのＺ軸駆動機構を設け、上フレームに吊り下げられ、上テーブルを内側に設けた上チャンバと、架台側に複数の支持脚にて支持された下テーブルを内側に備えた下チャンバとを有し、上下チャンバがシールリングを介して合体することで真空チャンバを構成し、前記上テーブルは前記上フレームと連結され上フレームを介して前記Ｚ軸駆動機構により上下に移動し、前記下テーブルは複数の支持脚とテーブル間に設けたフリージョイントステージと、真空チャンバの外側に設けた横押し機構により水平方向に可動できる構成とした。

本発明によれば、上側のフレーム等を架台側に設けた駆動系で上下させる構成とすることで、装置の構造を簡素化することが出来、従来構造の装置に比べて軽量、小型の貼合せ装置を提供することが出来る。また、上フレームのガイド機構に組合せガイドを使用することで剛性の高いガイド機構が得られ、上フレームおよび上フレームに連結された上テーブルを高精度に上下動させることが出来る。

以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の基板組立装置の一実施例を示したものである。本実施の形態の基板組立装置は下チャンバ部と上チャンバ部から構成されている。上チャンバ部は上フレーム５や上チャンバ７、上テーブル９と支持梁２ｄ等から構成されており、下チャンバ部は架台１や下チャンバ８、下テーブル１０や下シャフト１２やＺ軸駆動機構２等から構成されている。

架台１と上フレーム５を剛体支持部材として、架台１上に設けたＺ軸駆動機構２により上フレーム５を上下移動可能に構成している。架台１と上フレーム５の間に上チャンバ７と下チャンバ８が設けられている。すなわち、上チャンバ部を構成する上フレーム５等は、架台１側に設けたＺ軸駆動機構２を構成するＺ軸駆動モータ２ａのボールネジ２ｂを回転駆動することで、上フレーム５を支持する支持梁２ｄに設けたボールネジ受け部２ｃを介して、架台１に対して上下方向に移動する構成としてある。また、上フレーム５が上下動する際の案内機構３がＺ軸駆動機構２の内側に４組設けられている。
それぞれの案内機構３の一部断面図を図２に示す。図２示すように、架台１側に固定された梁１７にリニアガイド３ａを、上フレーム５側に固定された梁１８にリニア移動部３ｂがそれぞれ２つ設けてある。これにより、上フレーム５をスムーズに上下移動可能に案内されている。

架台１の上方には下テーブル１０を支持するための複数の下シャフト１２が取り付けてある。各下シャフト１２は下チャンバ８内と気密性を保つため真空シールを介して下チャンバ８内に突出している。さらに各下シャフト１２と下テーブル１０の間にはＸＹθ方向にそれぞれ独立に可動可能なように構成された、フリージョイントステージ（以後ＸＹθ移動ユニットと称する場合もある）１３が取り付けてある。尚、ＸＹθ移動ユニット１３は、上下方向に固定で水平方向に自由に移動可能なボールベア等を使用した機構で構成しても良い。詳細構成は後述がするが、下テーブル１０の水平方向（Ｘ，Ｙ方向）には複数の下テーブル水平駆動機構が下チャンバ８の外側に設けてある。この水平駆動機構を動作させてＸＹθ方向の位置決めを行えるように構成してある。また、図示していないが、下テーブル１０にはテーブル面にロボットハンドから基板を受け取たり、ロボットハンドに基板を受け渡すために基板とテーブル面との間に隙間を形成するためのテーブル面上に突出できるサポートピンが複数設けてある。さらに、図示していないが下テーブル１０には、基板を保持するための複数の吸引吸着孔が設けてあり、その吸着孔は負圧源に接続されている。

さらに下チャンバ８と上チャンバ７の接続部には、図示していないが、弾性体で形成されているシールリングが設けてある。このシールリングより上下のチャンバを合体させ、内部を排気した時の空気の漏れを防止している。

上フレーム５とＺ駆動機構２の接続部にはそれぞれロードセル４が設けられている。上フレーム５の内側には、上チャンバ７が取り付けてある。上チャンバ７は上フレーム５から吊り下げられる構造になっており上フレーム５を上下動させることによってチャンバの開閉を行うことが出来る。また上チャンバ７は、上フレーム５に図示していないジョイントで連結されている。また、上フレーム５には、上チャンバ７内に設けられている上テーブル９を支持するため、上チャンバ７内に向かって複数の上シャフト６が設けてある。上シャフト６と上チャンバ７間はチャンバ内の気密を保持するために真空シールで接続されている。さらに上テーブル９は上シャフト６に固定されており、基板を加圧した時の力をロードセル４で検知できる構造となる。また、上チャンバ７と下チャンバ８とが合体してチャンバを構成すると、上チャンバ７と上フレーム５とのジョイントが外れて、上フレーム５に連結されている上テーブル９のみが上下に移動できるように構成されている。

また上記のように本実施の形態では、上テーブル９および下テーブル１０は上チャンバ７および下チャンバ８とは離間して配置している。このため、チャンバ内を減圧した時にチャンバが変形するが、この変形がテーブルに伝達することなく、夫々のテーブルに保持されている基板を水平に保持することが出来る。

上テーブル９には基板を保持するための静電チャック１１が設けてある。図３に静電チャック部の部分断面図を示す。図３に示すように、静電チャック１１は、基板を保持する面にシート状の電極１１ａが設けてある。この電極１１ａは可撓性のある樹脂製のシート上に電極を設け、表面をレジストで被覆したものであり、このため電極１１ａは可撓性を有している。電極１１ａの下には、弾性のある緩衝層１１ｂが設けられ、これにより静電チャックの表面が柔軟で、変形可能な構造としている。緩衝層１１ｂの下には、サブプレート１１ｃが設けられ、電極１１ａと、緩衝層１１ｂおよびサブプレート１１ｃで一つのモジュールが形成される。貼合わせるガラス基板の寸法に合わせた寸法、形状にモジュールを配置してベースプレート１１ｄ上に取り付ける。このベースプレート１１ｄが上テーブル９に埋め込まれている磁石により吸着されて上テーブル９に取り付けられる。なお、放電を防ぐためにはガラス基板の縁部にあたる部分には電極を形成していないモジュールにしておくと良い。

なお、図示していないが上テーブルには、吸引吸着機構も設けてあり、大気状態で上基板を吸引吸着機構でテーブル面に吸着した後に、前述の静電吸着機構を動作させることで基板とテーブル面とが離間している時に発生する放電を抑制する構成としてある。また、この吸引吸着機構は、複数の上下に移動可能な（テーブル表面から突き出て上基板を確実に吸着できるようにしたもの）吸着サポートノズルを備えている。

図４に下テーブル１０の水平方向移動機構の配置を示す。

図４に示すように、本実施例では下テーブル１０の外周部の少なくとも３箇所（長手方向２箇所２０ｂ、幅方向１箇所２０ａ）に、水平方向に下テーブル１０を移動するための駆動機構を備えた横押し機構２０が設けてある。幅方向に１箇所設けた横押し機構２０ａは、及び長手方向の横押し機構２０ｂは、それぞれテーブルの中心軸からずれた位置に設けてある。このように、中心軸とは一致させずに配置することでテーブルにθ方向の変位を作用させることができるようにしてある。この横押し機構２０の配置は、本実施形態に限るものではなく、四角の２辺に２箇所配置するか、又は、四角の各辺に対角状に４箇所配置することも可能である。

また、図４の点線で示すように、本実施の形態では下テーブル１０の下部に設けた下シャフト１２には９個のフリージョイントステージ１３が設けてあり、上記横押し機構２０を動作させたとき、下テーブル１０が容易に水平方向に移動できるようにしてある。

図５に横押し機構２０の詳細構成を示す。図に示すように、横押し機構２０は、下テーブル１０の側面部に固定された補助部材１５を、下チャンバ８の外側に設けた駆動モータ２１でボールネジ２８を回転させ、可動部材２２を図の左右に移動させる。可動部材２２は横押し部材２３に固定されている。横押し部材２３の下部に設けたリニア移動部材２５が、貼り合わせ装置の架台１側に固定されているリニアレール２４上を移動する。横押し部材２３には補助部材１５との結合部２７が設けてある。結合部２７はバネ等の弾性部材２６を介して補助部材１５が紙面に対して上下、左右方向に移動できるようにしてあり、さらに結合部２７は横押し部材２３に対して回転可能に支持されている。また、補助部材１５と下チャンバ８間には真空チャンバ内の真空状態を保つために蛇腹状の弾性体からなる遮蔽部材（ベローズ）１４で密閉されている。さらに、本図には図示していないが、リニアレール２４部にはリニアスケールが設けてあり、横押し部材２３の移動量を測定することで、下テーブル１０と上テーブル９の位置ズレを補正することができる。

図６にはフリージョイントステージ１３の構成を示す。フリージョイントステージ１３は、架台１上に固定される下シャフト１２と、下シャフト１２上にＸ方向に長いリニアレール（リニアガイド）とその上に可動部材からなるＸステージ３２が設けられ、その上にθ方向に回転可能なクロスローラ３３が、そして、クロスローラ３３の上部にＹ方向に長いリニアレールとその上に下テーブル１０に取り付けられた可動部材からなるＹステージ３４からなる。フリージョイントステージ１３を設ける部分の下チャンバ８は貫通穴が設けられている。そのため、下シャフト１２から水平方向に設けた受け台部３５と下チャンバ８との間には蛇腹状の弾性部材からなる遮蔽部材（ベローズ）８ｂを設けて、真空を保持できるようにしてある。

なお、図１には示していないが、下テーブル１０側には、載置された下基板と上基板の位置合せマークを観測するためのマーク観測用のカメラが複数台設置されており、下テーブル１０には、このカメラ観測用の窓が複数箇所設けてある。

次に本装置を用いた液晶基板の組立手順を述べる。

まず、Ｚ軸駆動機構２を動作させて、基板を挿入し、上テーブル９と下テーブル１０に保持できるだけの空間を設けるために、上チャンバ７と上テーブル９とを一緒に上昇させて、下チャンバ８及び下テーブル１０とから離間させる。この動作距離は１００〜２００ｍｍ程度である。なお、チャンバ内のメンテナンスや清掃を行う場合は、２００〜３００ｍｍ程度離間させると作業性が向上する。

次に、ロボットハンドを用いて貼合せ面を下テーブル１０側に向けた上基板を上テーブル９下面に搬入する。上テーブル９から図示していない複数の吸着サポートノズルを下げて上基板を吸着サポートノズルの先端に吸着する。吸着サポートノズルには負圧が供給されており、その負圧にて基板を吸着保持するものである。その後、吸着サポートノズルの先端が上テーブル面位置になるまで吸着サポートノズルを後退させ、その周囲の吸引吸着孔に負圧を供給し基板を上テーブル面に保持する。その状態で静電チャック１１に電圧を印加して静電吸着する。

下テーブル１０に下基板を保持する手順を示す。上テーブル９に上基板を吸着保持した後に、もし、下テーブル１０上に貼合せの完了した基板が存在する場合は、下テーブル１０に設けたサポートピンをテーブル面より突出させて液晶基板を下テーブル１０の面より浮かせ、ロボットハンドを液晶基板の下に挿入出来るようにする。そして、ロボットハンドで液晶基板を真空チャンバの外に取り出す。その後、下基板面に環状に接着剤（シール剤）を塗布し、その接着剤で囲まれた領域に液晶を滴下した下基板を下テーブル１０位置までロボットハンドで搬入し、サポートピン上に載置する。なお、接着剤は上記では下基板に設けることで説明したが、上基板側に設けてもよく、上下両基板に設けても良い。

次にサポートピンを先端部が下テーブル面の位置になるまで下テーブル内に後退させ、下テーブルに設けられた吸着孔に負圧源より負圧を供給し保持する。

上下テーブル９，１０にそれぞれ上下基板を保持し終わると、Ｚ軸駆動機構２を動作させて、上フレーム５および上チャンバ７、上テーブル９を下降させ、上チャンバ７と下チャンバ８とをシールリングを介して合体させ真空チャンバを形成する。なお、この時上テーブル９と下テーブル１０の間隔は数ミリ程度保っておき、上基板と下基板は接触させない。真空チャンバを形成した状態で、下チャンバ８側に設けた焦点深度の深い位置決め用カメラを用いて上基板と下基板に予め設けてある位置決めマークを観測し、そのずれ量を求める。

しかし、カメラの焦点深度の浅い場合は、カメラを上下動作させる機構を設けてまず上基板の位置決めマークを認識してからカメラを下方に移動させ下基板の位置決めマークを認識して上下基板の位置決めマークのずれ量を求める方法をとる。その後、横押し機構２０を駆動することで、下テーブル１０をフリージョイントステージ１３により移動して、上下基板のＸＹθ方向のずれを修正する。

上下基板の位置合せが終了すると、図示していないが下チャンバ８側に設けた排気口から真空チャンバ内の空気を排気して真空チャンバ内を減圧する。真空チャンバ内が貼合せをするための減圧状態になると、上フレーム５に設けた上チャンバ７との連結機構を動作させ、連結を解除する。そして、Ｚ軸駆動機構２を動作させて上フレーム５を介して上テーブル９を下テーブル１０側に移動させて上下基板の貼合せ、加圧を行う。なおこのとき、基板を加圧する際に静電チャックの凸部分が変形する。これによって基板全体を均一に加圧することが出来る。なお加圧時に両テーブル９，１０上に保持している基板が位置ずれを起こす場合もあり、位置決め用のカメラを用いて時々位置決めマークを観測して位置ずれ補正を行ったほうが良い。

上下の基板を加圧して貼合せが終了すると、その状態で、図示していないＵＶ照射機構を動作させて、複数箇所接着剤を硬化させて仮止めを行う。その後、真空チャンバ内に大気を導入して、大気圧に戻す。仮固定して大気圧に戻された基板は、大気圧に戻すことでさらに押し付け力が作用して、規定の厚みまで加圧される。その状態で、ＵＶ照射機構で接着剤全体を硬化させて液晶基板の貼合せが終了する。

一組の基板の貼合せが終了すると、先に述べたように、次の基板を貼合せるための準備と、完成した液晶基板の取り出しを行う。

以上のように、本発明の基板組立装置の構成とすることで、駆動機構を簡素化し、装置全体の小型化および軽量化を図ることができる。

また、上下動の案内機構を剛性の高い構造としたことで上下動の際に外部から加わる力に対しＸＹθ方向のずれを小さく抑えることが出来る。

なお、前記上テーブル９では、負圧を用いた吸引吸着機構と静電吸着機構を併用する構成としているが、さらに粘着力を利用した粘着保持機構を付加しても良いし、粘着保持機構と、吸引吸着機構又は静電吸着機構の、どちら一方を組み合せた構成としても良い。同じく、下テーブル１０についても、吸引吸着機構だけを設けた構成として説明したが、粘着保持機構や静電吸着機構を併用する構成とすることで、真空状態なり吸引吸着力が小さくなり、外乱等により基板が移動することを確実に防止することが可能である。

また、先の説明では、上下のチャンバを合体させて真空チャンバを形成した際に上フレームと上チャンバの連結を解除する構成としたが、基板を貼り合せるために上テーブルを移動させる距離がシールリングの変形量で吸収できる距離の場合は、上チャンバと上フレーム間に連結機構を設けずに上チャンバと上テーブルを一体で移動して貼り合せを行うようにすることもできる。

本発明における基板組立装置の全体構成を示す概略図である。 貼合せ装置の組合せガイドの説明図である。 シート状電極と弾性体シートによる静電チャックの構成の概略図である。 下テーブルの横押し機構の配置例を示した図である。 下テーブルの横押し機構の詳細を示した図である。 下テーブルの下に設けたフリージョイントの詳細を示した図である。

符号の説明

１…架台、２…Ｚ軸駆動機構、２ａ…Ｚ軸駆動モータ、２ｂ…ボールネジ、２ｃ…ボールネジ受け部、２ｄ…支持梁、３…案内機構、３ａ…リニアガイド、４…ロードセル、５…上フレーム、６…上シャフト、７…上チャンバ、８…下チャンバ、９…上テーブル、１０…下テーブル、１１…静電チャック、１１ａ…電極、１１ｂ…緩衝層、１１ｃ…サブプレート、１１ｄ…ベースプレート、１２…下シャフト、１３…フリージョイント。

Claims (5)

1. パネル形成部に液晶が滴下された下基板と上基板と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、減圧状態のチャンバ内で両基板を貼り合せる基板組立装置において、
   上フレームと、
   架台上に設置され、前記下基板を保持する下テーブルを有する下チャンバと、
   前記上基板を保持する上テーブルを有し、前記下チャンバと合体して前記チャンバを形成する上チャンバと、
   前記架台の４角に配置され、前記上フレームを上下に動かす駆動機構と
   を備え、
   前記上フレームは、前記上テーブルが先端に固定された上シャフトを有し、前記上フレームに前記上チャンバがジョイントで連結されて、前記上チャンバと前記下チャンバとが合体して前記チャンバが形成されるとともに、前記上フレームと前記上チャンバとの前記ジョイントが外れ、前記上フレームを上下移動させることによって、前記上チャンバが前記下チャンバと合体して固定したまま、前記上テーブルを上下移動させる構成をなすことを特徴とする基板組立装置。
2. 請求項１に記載の基板組立装置において、
   前記上フレームを上下動させる際の案内機構を前記駆動機構夫々の内側に設け、
   それぞれの前記案内機構は、前記架台側に固定されてリニアガイドが設けられた第１の梁と、前記リニアガイドに対して移動可能なリニア移動部が設けられた第２の梁とを有し、前記第１の梁に対する前記第２の梁の移動により、前記上フレームを上下に移動可能としたことを特徴とする基板組立装置。
3. 請求項１に記載の基板組立装置において、
   前記上フレームを上下に動かす駆動機構は、ボールネジと、このボールネジを回転させるモータである基板組立装置。
4. パネル形成部に液晶が滴下された下基板と上基板と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、減圧状態のチャンバ内で両基板を貼り合せる基板組立方法において、
   前記チャンバを上チャンバ及び下チャンバからなる構造とし、
   前記上チャンバ内に配置された上テーブルが先端に固定された上シャフトを有し、かつ前記上チャンバがジョイントで連結された上フレームを備え、
   前記上チャンバ内に配置された前記上テーブルにより前記上基板を保持し、架台上に設置された前記下チャンバに配置された下テーブルにより前記下基板を保持し、
   前記架台の４角に配置された駆動機構でもって前記上フレームを上下に動作させることにより、前記上チャンバと前記上テーブルとを上下に移動させ、前記上チャンバが前記下チャンバと組み合わされて真空チャンバが形成されるとともに、前記上フレームと前記上チャンバとの前記ジョイントが外れ、前記上フレームを上下移動させることによって、前記上チャンバが前記下チャンバと合体して固定したまま、前記上テーブルを上下移動させることを特徴とする基板組立方法。
5. 請求項４に記載の基板組立方法において、
   前記上フレームを上下に動かす駆動機構は、ボールネジと、このボールネジを回転させるモータであることを特徴とする基板組立方法。

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