JP4661716B2 - 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て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。特に２枚の基板を予備室へ搬入および予備室から貼り合せ室に搬入する場合は、１枚ずつ搬送するために、予備室から貼り合せ室まで大気状態にする必要がある。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。さらに、貼り合せ室の加圧板に基板を保持する際に、吸引吸着機構を用いて上基板を吸上げ、その後静電吸着力を作用させてテーブル面に保持する構成としているが、２つの吸着機構を備えているために加圧板の構成が複雑になり、吸引吸着と静電吸着の切り替え制御する際に基板が加圧板面からはずれて落下する可能性もあり、基板受け等を予備に設ける必要がある。

それゆえ本発明の目的は、真空状態でロボットハンドから上基板を確実に受け取り、かつ上テーブル面に保持するための基板受け取り保持機構を設け、それにより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、
第２チャンバ内の上テーブルに上下移動可能に静電吸着機構を設け、ロボットハンドより基板を受けるときに、前記静電吸着機構をテーブル面から降下させてロボットハンド上の基板面に接触させ、静電吸着機構に通電して基板を保持し、その状態で、静電吸着機構を上テーブル面まで引き上げて保持を維持する構成とすると共に、
貼り合せ前の２枚の基板を搬入する第１チャンバと、基板の貼り合せを行う第２チャンバと、貼り合せ後の基板の搬出を行う第３チャンバとからなり、第１チャンバン内と第３チャンバ内とは大気圧から中真空状態にまで可変制御し、第２チャンバは中真空から高真空まで可変制御するように構成した。

本発明の基板貼合装置によれば、中真空状態で上基板を上テーブルに確実に受け取り保持でき、かつ、貼り合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、本発明の一実施例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、上下どちらか一方の基板にシール剤（接着剤）を塗布し、液晶を滴下した下基板と、上基板とを搬入する第１チャンバＣ１（基板前処理室、又は基板搬入室という場合もある）と、上下２枚の基板を貼り合せる真空貼合室である第２チャンバＣ２と、貼り合せた基板（液晶パネル）を搬出する第３チャンバＣ３（基板後処理室又は基板搬出室という場合もある）を備えている。第１チャンバ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のロボットハンドＲ１と下基板搬入用のロボットハンドＲ２が設けてある。また、第３チャンバＣ３には貼り合せの終わった液晶パネルを搬出するための搬出用のロボットハンドＲ３が設けてある。さらに、第１チャンバＣ１の入口側に第１ドアバルブ２が、第１チャンバＣ１と第２チャンバ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Ｃ２と第３チャンバＣ３との間には第２ゲートバルブ４が第３チャンバ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Ｃ１を減圧するための真空ポンプ６と、各上下基板搬入用ロボットハンド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。なお、それぞれのチャンバ内に窒素ガスを供給するためのそれぞれの配管にはバルブ(ＮＶ１〜３)が設けてある。

第２チャンバＣ２には、下基板３１を載置する下テーブル８と上基板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Ｃ２の外側には第２チャンバ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。

さらに図２に示すように、上テーブル９にはテーブル面に対して上下に移動する移動機構を備えた静電吸着機構２５（可動式静電吸着機構）が１つ又は複数設けてある。この移動可能な静電吸着機構２５で上基板３０を上基板搬入用ロボットハンドＲ１から受け取り、上テーブル９面まで持ち上げるものである。静電吸着機構２５の吸着面は、所定の面積を有している。本実施例では吸着電極を形成できるように、上テーブル９の長手方向と略同じ長さで所定の幅を有するように形成している。このため、上テーブル９面の上基板
３０を保持する面側には移動可能な静電吸着機構２５の静電吸着面が上テーブル面と一致するように凹部が設けてある。図示していないが、この静電吸着機構２５を支持する支持腕２６の先には、静電吸着機構２５を上下に移動させるための駆動機構が設けてある。この駆動機構を動作させることで、静電吸着機構２５を上テーブル９面より突出させたり、また、元の位置に戻すことができる。

上基板搬入用ロボットハンドＲ１から上テーブル９に上基板３０を受け取るときには、上基板搬入用ロボットハンドＲ１上の上基板３０面に静電吸着機構２５の面が接触する位置まで、静電吸着機構２５を降下させて、静電吸着力を作用させて静電吸着機構２５で上基板３０を保持し、その状態で静電吸着機構２５を上テーブル９面まで上昇させる。上テーブル９面には、この移動可能な静電吸着機構２５の他に、上基板３０を上テーブル９面に固定するための保持機構１７として、上テーブル面に固定した固定式静電吸着機構又は粘着吸着機構が設けてある。移動可能な静電吸着機構２５を上昇させ上基板３０の基板保持面が上テーブル９面に接触すると固定の保持機構１７が動作して、上テーブル面に確実に上基板を保持するようになっている。尚、上基板受け取り用に設けた静電吸着機構２５は第２チャンバ内が中真空状態であり、上基板３０の保持面側と静電吸着機構面との間に隙間があっても放電を発生することはほとんどない。

また、下テーブル８には、下基板３１を受け取り一時保持するための複数の吸引吸着孔が設けられ真空ポンプ１２に接続されている。また高真空中で固定保持するための保持チャック１８として静電吸着機構又は粘着吸着機構が設けてある。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側には下基板搬送用ロボットハンドＲ２から下基板３１を受け取り、かつ搬出用ロボットハンドＲ３に貼り合せ後の基板（液晶パネル）を受け渡すため、液晶パネルを下テーブル８面から離間させ、搬出用ロボットハンドＲ３が下テーブル８面と液晶パネル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Ｃ３には貼り合せた基板を搬出する際に搬出用ロボットハンド
Ｒ３に乗せた液晶パネル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、第１〜第３の各チャンバ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、貼り合せを行う第２チャンバＣ２は、貼り合せ後の基板を搬出入する際も所定の真空度（２０Ｋｐａ程度：以降中真空と称する）を維持するようにして、貼り合せを行う上下基板を搬入後に第２チャンバＣ２を高真空（０.７Ｐａ ）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（中真空）に維持されている状態で、第１チャンバＣ１から第２チャンバＣ２に搬入する際に、上又は下基板搬入用ロボットハンドに上又は下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３，図４，図５に示すフローチャートを用いて説明する。

図３〜図５には本発明の基板の貼り合せ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Ｃ１内の上下基板搬入用のロボットハンドＲ１，Ｒ２に受け渡すために第１チャンバ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基板搬入用ロボットハンドＲ１，Ｒ２の基板保持部に送る。そして、第１チャンバＣ１内の上基板搬送用のロボットハンドＲ１に上基板３０を吸引吸着して、第１チャンバＣ１内に搬入する（ステップ１０１）。同じく第１チャンバＣ１内の下基板搬送用のロボットハンドＲ２に下基板３１を吸引吸着して、第１チャンバＣ１内に搬入する（ステップ１０２）。第１チャンバＣ１内に上下基板３０，３１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Ｃ１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バルブＮＶ１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Ｃ１〜Ｃ３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、バルブＮＶ１〜ＮＶ３を開閉して、窒素を供給，停止して各チャンバの内圧が一定になるように制御している。

第１チャンバＣ１を中真空にする間は、第２チャンバＣ２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上下基板３０，３１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（液晶パネル）の搬出作業（この場合は第２チャンバＣ２，第３チャンバＣ３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Ｃ２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Ｃ１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３０，３１をそれぞれ保持している上又は下基板搬送用のロボットハンドＲ１，Ｒ２を動作させて、第２チャンバＣ２内の上テーブル９と下テーブル８とにそれぞれの上又は下基板３０，３１を受け渡す。なお、上テーブル９には、上テーブル９の面に対して上下に移動可能に複数の静電吸着機構２５が設けてある。移動可能な静電吸着機構２５が上基板搬送用ロボットハンドＲ１から上基板３０を受け取る際に、上テーブル９の面から静電吸着機構２５を降下させて上基板３０の保持面に静電吸着面を接触又は近接させて吸着し、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、上基板３０を静電吸着機構２５に受け渡し後退する。その後、移動可能な静電吸着機構２５が上テーブル９の面に一致するまで上昇する。移動可能な静電吸着機構２５が上テーブル９の面まで上昇したら、上テーブル９に設けてある固定用の基板保持機構１７を動作させ、上基板３０が上テーブル９の面に保持される。なお、このとき、移動可能な静電吸着機構２５は静電力を維持した状態としている。同様に、下基板搬送用のロボットハンドＲ２を動作させて、ハンドＲ２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を上昇させて下基板搬入用のロボットハンドＲ２から下基板３１を受け取る。その後、上下基板搬入用のロボットハンドＲ１，Ｒ２を第１チャンバに戻すと共に、基板リフタ１９を下げて、下テーブル８の面に下基板３１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８の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を下テーブル８に負圧を供給する側に開放して下基板３１が下テーブル８の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３１が下テーブル８の面に固定される。なお、上下基板３０，３１の第２チャンバＣ２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４に示すように、第１チャンバＣ１は第１ドアバルブ２を開放して（ステップ１１０）、第１チャンバ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Ｃ２内では、上下基板３０，３１の粗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８の駆動機構は摩擦摺動部を含めて第２チャンバＣ２の外に設ける構成としてある。下テーブル８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Ｃ２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Ｃ２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）、高真空になった場合には、精密に上下基板３０，３１の位置決めを行う（ステップ１１５）。その後、上テーブル９を下テーブル８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せを実行する（ステップ１１６）。なお、この貼り合せを行う途中（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９を上下に移動して貼り合せを行うこととしたが、上テーブル９は固定して、下テーブル８を上昇させて貼り合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）。なお、仮止めは大気開放後（図５のステップ１２２）に第３チャンバＣ３内にて行っても良い。そして上テーブル９を上昇させる。次に、第２チャンバＣ２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。第２チャンバ内が中真空になったかどうかを判断し、中真空になると、第２ゲートバルブ４を開く（図５のステップ１１８）。

そして、第２チャンバ内の基板リフタ１９を動作させて下テーブル８面から貼り合せの完了した基板（液晶パネル）を持ち上げる。次に、第３チャンバＣ３内の貼り合せ搬出用ロボットハンドＲ３を動作させ、基板を受け渡し位置まで伸ばす。搬出用のロボットハンドＲ３に液晶パネルが受け渡されると、真空ポンプ１５を動作させて、搬出用ロボットハンドＲ３上に貼り合せの完了した基板を固定する。そして、搬出用のロボットハンドＲ３を縮めて第３チャンバＣ３内に基板を搬入する（ステップ１１９）。第３チャンバＣ３内に基板が搬入されると、第２ゲートバルブ４を閉じ（ステップ１２０）、窒素をパージして大気圧まで加圧する（ステップ１２１）。真空中で仮止めしない場合は、本ステップにてＵＶ光を照射して仮止めを行う。その後、第３チャンバＣ３内が大気圧になると（ステップ１２２）、第２ドアバルブ５を操作してドアバルブを開け（ステップ１２３）、貼り合せの完了した基板を第３チャンバＣ３から搬出して次の工程に送る（ステップ１２４）。第３チャンバンＣ３から貼り合せた基板が搬出されると、第２ドアバルブ５を閉の状態とする（ステップ１２５）。次に、真空ポンプ１６を動作させて第３チャンバＣ３内を真空排気して中真空状態とする（ステップ１２６）。第３チャンバＣ３内が中真空状態か否かを判定して（ステップ１２７）、中真空状態であれば、その状態を維持する（ステップ１２８）。

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Ｃ２への基板３０，３１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Ｃ１〜Ｃ３内の真空度は中真空状態となっており、上下基板３０，３１を吸引吸着でも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チャンバンと第３チャンバとを大気圧から中真空状態に可変制御し、第２チャンバ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化も図ることが可能となる。また、第２チャンバ内が中真空状態で、上テーブルがロボットハンドから上基板を受け取る際に、上下駆動機構を備えた静電吸着機構を用いてロボットハンドから上基板を受けるようにしたために、確実に上基板を受け取りかつ上テーブルの面まで引き上げることが可能となった。また、上テーブルの面には、保持用の吸着機構（静電吸着機構又は粘着吸着機構）が設けてあるため、受け取り用の静電吸着機構に加えて保持用の吸着機構により、高真空状態にしても確実に基板を保持できる。

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。 上テーブルに設けた可動式静電吸着機構の概略図である。 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。 図４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、Ｃ２…第２チャンバ、Ｃ３…第３チャンバ、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３…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、６，７，１０，１２…真空ポンプ、８…下テーブル、９…上テーブル、１１…ターボ分子ポンプ、２５…静電吸着機構、３０…上基板、３１…下基板。

Claims (4)

1. 搬入される上基板の保持面を吸引吸着して該上基板を保持する吸引吸着機構を備えて保持した該上基板を搬送する上基板搬入用ロボットハンドと、搬入される下基板を吸引吸着して保持する吸引吸着機構を備えて保持した該下基板を搬送する下基板搬入用ロボットハンドとを設けた第１チャンバと、
   第１チャンバ内を大気圧から該上基板搬入用ロボットハンドと該下基板搬入用ロボットハンドとの該吸引吸着機構がそれぞれ該上下基板を吸引吸着して保持できる中真空状態にする真空ポンプと、
   上テーブルの面に形成された複数の凹部にそれぞれ収納されて該上テーブルの面と一致する静電吸着面を有し上下移動可能な複数の可動式静電吸着機構と、該上テーブルの面に固定された固定式静電吸着機構とを設け、該中真空状態で該上基板搬送用ロボットハンドによって該第１チャンバから搬送されてきた該上基板を、該可動式静電吸着機構が該上テーブルの面の該凹部から降下して該静電吸着面が該上基板の該保持面を静電吸着することにより、該可動式静電吸着機構が受け取り保持し、該可動式静電吸着機構を該上テーブルの面の該凹部まで引き上げて、該可動式静電吸着機構と該固定式静電吸着機構とで該上基板の該保持面を静電吸着して該上基板を該上テーブルの面に保持し、該中真空状態で該下基板搬送用ロボットハンドによって該第１チャンバから搬送されてきた該下基板を下テーブルの面から上昇して受け取り、降下して該下テーブルの面に載置するための基板リフトを備え、該下テーブルの面に載置された該下基板を静電吸着して保持する基板保持機構を有し、該中真空状態よりも高い真空度の高真空状態で、上下いずれか一方の該テーブルを水平方向に移動して、上下２枚の該基板の位置合せをし、上下いずれか一方の該テーブルを上下に動作させて基板間隔を狭めて上下２枚の該基板の貼り合せを行う第２チャンバと、
   該中真空状態で、貼り合せた上下２枚の該基板を吸引吸着して該第２チャンバから搬出する基板搬出用ロボットハンドを備え、貼り合せた該上下２枚の基板を該基板搬出用ロボットハンドにより大気状態で室外に搬出する第３チャンバと
   を備え、
   前記第１チャンバと第２チャンバと第３チャンバとにそれぞれの室内の圧力を計測する計測手段を備え、それぞれの該室内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チャンバが大気状態から中真空状態において、前記上基板や前記下基板を前記それぞれのロボットハンド及び前記下テーブルに吸引吸着するための真空ポンプを備え、吸引吸着系を前記それぞれのチャンバ内と接続し、そ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チャンバ内の前記上テーブルの面に前記高真空状態で前記上基板を保持するのに、前記固定式静電吸着機構に代えて、粘着力を用いた粘着吸着機構を設けた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、
   貼り合せ後の前記上下基板の位置ずれを防止するために、貼り合せ後の前記上下基板の前記第２チャンバから前記第３チャンバへの搬送時に前記第２チャンバ内を前記中真空状態にすることを特徴とする基板貼合装置。

Images