KR100899175B1 - 기판합착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판합착장치는 상부기판을 홀딩하는 상부 챔버, 상부 기판과 합착될 하부 기판을 홀딩하고 상부 챔버와 결합하여 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버, 하부 챔버를 지지함과 아울러 기판들의 정렬을 위해 하부 챔버를 이동시키도록 하부 챔버의 하부에 배치되는 정렬 스테이지 및, 정렬 스테이지에 다수의 체결부를 통해 체결되되 체결부들 중 일부는 정렬 스테이지가 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결되며 하부 챔버가 승강되도록 정렬 스테이지를 승강시키는 다수의 승강모듈을 포함한다. 따라서, 제공되는 기판합착장치에 의하면, 하부 챔버를 지지하는 정렬 스테이지가 다수의 체결부를 통해 다수의 승강모듈에 체결되되 그 체결부들 중 일부는 정렬 스테이지가 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결되기 때문에, 공정진행공간인 챔버 내부의 공기를 진공 배기할 시 그 챔버 내부와 챔버 외부의 압력차로 인하여 하부 챔버가 움직일 경우에도 하부 챔버를 지지하는 정렬 스테이지는 일정간격만큼 유동될 수 있으므로 그 하부 챔버의 움직임에 따른 충격은 일정부분 상쇄되어 그 하부 챔버에 체결되는 부분은 손상되지 않게 된다.
기판, 챔버

Description

기판합착장치{Apparatus for joining of substrate}
본 발명은 기판합착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 상태의 기판합착공간을 형성하고 그 내부에서 기판을 합착시키는 공정을 진행하는 기판합착장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전하면서 정보통신기기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 정보통신기기에 필수적인 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양해지고 있다. 이에 따라 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 등의 여러 가지 표시 장치가 개발되고 있다. 이러한 표시 장치의 사용자는 고화질화, 경량화 등과 함께 대형화를 요구하고 있다. 따라서, 최근에는 50인치 이상의 초대형 LCD가 개발되어 상용화되고 있다.
LCD는 액정(Liquid Crystal)의 굴절률의 비등방성(anisotropy)을 이용하여 화면에 정보를 표시하는 표시 장치이다. LCD는 두 기판 사이에 액정을 첨가하고 합착하여 생산된다. 두 기판 중 하나는 구동소자 에레이(Array) 기판이며, 다른 하나는 칼라필터(Color Filter) 기판이다. 구동소자 에레이 기판에는 다수개의 화소가 형성되어 있으며, 각 화소에는 박막트랜지스터(Tin Film Transistor)와 같은 구동 소자가 형성된다. 칼라필터 기판에는 칼라를 구현하기 위한 칼라 필터층이 형성되어 있으며, 화소전극, 공통전극 및 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포된다.
이러한 표시 장치의 제조공정에서 두 기판을 합착하는 공정은 매우 중요하다. 특히, 표시 장치의 대형화에 따라 기판을 합착하는 기판합착장치도 대형화되고 있으며, 이에 따라 기판합착장치에 요구되는 점도 점차 많아지고 있다.
한편, 기판합착장치는 상호 접촉되어 하나의 챔버 곧, 기판 합착 공정이 진행되도록 기판합착공간을 이루는 상부 챔버와 하부 챔버를 구비하며, 기판의 합착 공정은 이러한 상부 챔버와 하부 챔버의 사이에서 진공 상태로 진행된다.
이때, 상부 챔버는 고정되고, 하부 챔버는 하부 챔버의 표면에 수직이 되는 축 곧, Z축을 따라 하부 챔버를 승강시키는 승강모듈에 의해 승강되며, 상부 챔버에 선택적으로 접촉된다. 다시 말하면, 하부 챔버는 볼트에 의해 그 모서리 부분들이 모두 승강모듈에 나사 결합되고, 승강모듈의 구동에 의해 승강되어 상부 챔버에 접촉되거나 상부 챔버로부터 이격된다. 따라서, 합착되기 전의 기판들은 각각 상부 챔버와 하부 챔버에 홀딩된 후, 이상과 같은 하부 챔버 이동에 의해 그 진공 상태가 유지되는 공간인 챔버 내부에서 상호 합착된다.
하지만, 이상과 같은 기판합착장치의 기판 합착 공정은 진공 상태에서 진행되기 때문에, 기판을 합착시키는 공정을 진행하기 위하여 공정진행공간인 챔버 내부의 공기를 진공 배기할 시 공정이 진행되는 챔버 내부와 챔버 외부 사이에는 압력차가 발생된다. 그 결과, 상호 접촉되어 진공 상태를 유지하는 상부 챔버와 하부 챔버 중 승강 가능하게 설치된 하부 챔버에는 상기 압력차로 인하여 중력 반대방향 으로의 힘이 작용하게 되고, 이는 하부 챔버를 움직이게 하는 결과를 초래한다.
따라서, 하부 챔버와 이에 체결되는 부분들은 이러한 하부 챔버의 움직임으로 인하여 손상되거나 파손되어질 수 있다. 특히, 볼트에 의해 나사 결합되는 하부 챔버와 승강모듈 간의 체결부는 별도의 유격 없이 꼭 맞는 형태로 구속 결합되어 있기 때문에, 이상과 같은 하부 챔버의 움직임이 발생될 경우, 매우 용이하게 손상되거나 파손되어지게 된다.
또한, 하부 챔버는 4개의 승강모듈에 의해 Z축 방향으로 승강되도록 되어 있다. 다시 말하면, 하부 챔버는 4개의 모서리를 갖도록 형성되고, 각 모서리에는 승강모듈이 볼트에 의해서 체결되되, 그 체결되는 부분의 각 면들 예를 들면, 하부 챔버의 각 모서리 밑면과 볼트 사이에는 직각을 이루도록 되어 있다. 따라서, 하부 챔버는 상기 4개의 승강모듈들이 동시에 구동됨으로 인하여, Z축 방향으로 승강된다.
하지만, 하부 챔버의 각 모서리들은 승강모듈로부터 전혀 유동되지 않도록 볼트에 의해서 승강모듈에 각각 체결될 뿐만 아니라 그 체결되는 부분의 각 면들과 볼트 사이에는 직각을 이루도록 되어 있기 때문에, 승강모듈들을 구동함에 있어서 승강모듈들의 4축 동기제어가 완벽히 이루어지지 않을 경우나 완벽한 동기제어가 이루어지더라도 볼트가 체결되는 부분의 각 면들과 볼트 사이에 직각도가 이루어지지 않을 경우에는 하부 챔버와 승강모듈들 사이에 부하가 발생하게 되고, 이는 결국 하부 챔버나 승강모듈들에 데미지를 가져오게 하거나 이들을 체결하는 볼트의 파손을 초래하게 된다.
따라서, 본 발명은 이상과 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로써, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정진행공간인 챔버 내부의 공기를 진공 배기할 시 그 챔버 내부와 챔버 외부의 압력차로 인하여 하부 챔버가 움직일 경우에도 그 하부 챔버에 체결되는 부분이 손상되는 것을 방지할 수 있는 기판합착장치를 제공하는데 있다.
그리고, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 승강모듈들을 구동함에 있어서 승강모듈들의 4축 동기제어가 완벽히 이루어지지 않을 경우나 하부 챔버와 승강모듈을 연결하는 부분 곧, 볼트가 체결되는 부분의 각 면들과 볼트 사이에 직각도가 이루어지지 않을 경우에도 하부 챔버와 승강모듈 사이에 부하가 발생되는 것을 방지할 수 있는 기판합착장치를 제공하는데 있다.
이상과 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 관점에 따르면, 상부 기판을 홀딩하는 상부 챔버; 상부 기판과 합착될 하부 기판을 홀딩하고, 상부 챔버와 결합하여 상부 기판과 하부 기판을 합착할 수 있는 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버; 하부 챔버를 지지함과 아울러 기판들의 정렬을 위해 하부 챔버를 이동시키도록 하부 챔버의 하부에 배치되는 정렬 스테이지; 및, 정렬 스테이지에 다수의 체결부를 통해 체결되되 체결부들 중 일부는 정렬 스테이지가 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결되며, 하부 챔버가 승강되도록 정렬 스테이지를 승강시키는 다수의 승강모듈을 포함하는 기판합착장치를 제공한다.
이때, 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분에는 정렬 스테이지가 하부 챔버 방향으로 유동되는 것을 차단하기 위한 고정 블록이 설치될 수 있다.
그리고, 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분은 정렬 스테이지와 승강모듈 중 어느 하나에 형성되되 일정크기의 직경으로 형성된 핀 홀과, 정렬 스테이지와 승강모듈 중 다른 하나에 형성되되 핀 홀의 직경 크기보다 더 적은 직경 크기로 형성된 핀에 의해 상호간 체결되는 것을 포함할 수 있다.
또, 정렬 스테이지는 4곳의 모서리를 갖도록 형성될 수 있고, 승강모듈들과 체결부들은 모서리들에 각각 마련될 수 있으며, 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분은 모서리들 중 서로 이웃하는 2곳의 모서리들 또는 서로 마주보는 2곳의 모서리들에 각각 마련될 수 있다.
한편, 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제2 관점에 따르면, 상부 기판을 홀딩하는 상부 챔버; 상부 기판과 합착될 하부 기판을 홀딩하고, 상부 챔버와 결합하여 상부 기판과 하부 기판을 합착할 수 있는 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버; 하부 챔버를 지지함과 아울러 기판들의 정렬을 위해 하부 챔버를 이동시키도록 하부 챔버의 하부에 배치되는 정렬 스테이지; 정렬 스테이지의 하부를 지지하는 지지암을 각각 구비하고, 하부 챔버가 승강되도록 지지암을 통해 정렬 스테이지를 승강시키는 다수의 승강모듈; 및, 정렬 스테이지와 지지암들을 상호간 체결하되, 그 일부는 정렬 스테이지가 지지암으로부터 유동되지 않도록 구속 체결하 고, 다른 일부는 정렬 스테이지가 지지암으로부터 일정간격 유동될 수 있도록 헐겁게 체결하는 다수의 체결부를 포함하는 기판합착장치가 제공된다.
이때, 지지암에는 정렬 스테이지가 지지암의 상측 방향으로 유동되는 것을 차단하기 위한 고정 블록이 설치될 수 있다. 이 경우, 고정 블록은 헐겁게 체결되는 부분에 설치될 수 있다.
그리고, 체결부들에서 정렬 스테이지를 구속 체결하는 것은 정렬 스테이지와 지지암을 볼트로 상호간 체결하는 것을 포함할 수 있고, 체결부들에서 정렬 스테이지를 헐겁게 체결하는 것은 정렬 스테이지와 지지암들 중 어느 하나에 형성되되 일정크기의 직경으로 형성된 핀 홀과, 정렬 스테이지와 지지암들 중 다른 하나에 형성되되 핀 홀의 직경 크기보다 더 적은 직경 크기로 형성된 핀에 의해 상호간 체결되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 정렬 스테이지는 4곳의 모서리를 갖도록 형성될 수 있고, 승강모듈들과 체결부들은 모서리들에 각각 마련될 수 있으며, 체결부들에서 정렬 스테이지를 헐겁게 체결하는 부분은 모서리들 중 서로 이웃하는 2곳의 모서리들 또는 서로 마주보는 2곳의 모서리들에 각각 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 기판합착장치에 의하면, 하부 챔버를 지지하는 정렬 스테이지가 다수의 체결부를 통해 다수의 승강모듈에 체결되되 그 체결부들 중 일부는 정렬 스테이지가 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결되기 때문에, 공정진행공간인 챔버 내부의 공기를 진공 배기할 시 그 챔버 내부와 챔버 외부의 압력차 로 인하여 하부 챔버가 움직일 경우에도 하부 챔버를 지지하는 정렬 스테이지는 일정간격만큼 유동될 수 있으므로 그 하부 챔버의 움직임에 따른 충격은 일정부분 상쇄되어 그 하부 챔버에 체결되는 부분은 손상되지 않게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 기판합착장치에 의하면, 정렬 스테이지가 일부 승강모듈에 일정간격만큼 유동될 수 있도록 체결되기 때문에, 승강모듈들을 구동함에 있어서 승강모듈들의 4축 동기제어가 완벽히 이루어지지 않을 경우나 하부 챔버와 승강모듈을 연결하는 부분 곧, 볼트가 체결되는 부분의 각 면들과 볼트 사이에 직각도가 이루어지지 않을 경우에도 하부 챔버를 지지하는 정렬 스테이지는 일정간격만큼 유동될 수 있으므로, 승강모듈들을 구동함에 따른 충격은 일정부분 상쇄되어지게 되어 하부 챔버와 승강모듈 사이에는 부하가 발생되지 않게 되는 효과가 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 기판합착장치의 일실시예를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 기판합착장치의 정렬 스테이지와 승강모듈들 간의 체결부 배치의 일실시예를 도시한 평면도이 다. 그리고, 도 4는 본 발명에 따른 기판합착장치의 정렬 스테이지와 승강모듈들 간의 체결부 배치의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 기판합착장치는 장치의 외관을 형성하는 외부 프레임(100), 외부 프레임(100)에 고정되는 상부 챔버(200), 상부 챔버(200)의 하부에 배치되되 상부 챔버(200)와 결합하여 상ㆍ하부 기판들을 합착할 수 있는 밀폐된 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버(300), 진공을 형성시키는 진공부(500), 기판을 수취하는 기판 수취부(600), 기판의 합착지점을 정렬하는 정렬부(700) 및, 하부 챔버(300)를 승강되게 하는 승강모듈(910)을 구비한다.
외부 프레임(100)에는 기판을 반입 및 반출할 수 있는 도어(110)가 마련된다. 도어(110)는 기판합착장치의 내부로 먼지 등의 이물질이 들어가지 않도록 기판의 반입과 반출시에만 개방된다. 이때, 기판합착장치의 내부로의 기판의 반입 및 반출은 이송 로봇(미도시)이 담당한다. 이송 로봇은 상부 기판(S1)을 이송하는 로봇암과 하부 기판(S2)을 이송하는 로봇암을 구비하여, 순차적으로 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 기판합착장치의 내부로 반입하고, 합착된 기판을 기판합착장치의 외부로 반출한다.
상부 챔버(200)는 지지대(220)를 매개로 외부 프레임(100)의 내벽에 고정된다. 상부 챔버(200)에는 상부 기판(S1)을 홀딩하는 상부 척(210)이 마련된다. 상부 척(210)은 정전기력으로 상부 기판(S1)을 홀딩하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있다. 상부 척(210)은 상부 챔버(200)에 함입되어 구성된 일체형 챔버 구조를 이룰 수 있다.
하부 챔버(300)는 승강모듈(910)과 연결되는 정렬 스테이지(320)의 상부에 마련되어 승강된다. 하부 챔버(300)에는 하부 기판(S2)을 홀딩하는 하부 척(310)이 마련된다. 하부 척(310)은 앞서 설명한 상부 척(210)과 마찬가지로, 하부 기판(S2)을 정전기력으로 홀딩하는 정전척일 수 있다. 그리고, 하부 척(310)은 하부 챔버(300)에 함입되어 구성된 일체형 챔버 구조를 이룰 수 있다.
진공부(500)는 상부 기판(S1)을 수취하는 상부 수취부(610)에 진공흡착력을 제공하는 제 1진공펌프(510) 및, 기판합착공간인 챔버 내부의 진공을 형성시키는 제 2진공펌프(520)를 포함한다. 제 1진공펌프(510)는 외부 프레임(100)에 고정되고, 제 1진공 파이프(515)를 통하여 상부 챔버(200)의 상부 수취부(610)와 연결된다. 제 2진공펌프(520)는 외부 프레임(100)의 외부에 마련되고, 제 2진공 파이프(525)를 통하여 상부 챔버(200)와 하부 챔버(300)가 결합하여 형성하는 기판합착공간에 연결된다. 이때, 진공부(500)의 진공펌프는 드라이 펌프(Dry Pump), 터보모레큘러 펌프(Turbomolecular Pump, TMP), 미케니컬 부스터 펌프(Mechanical booster pump) 등이 될 수 있다. 그리고, 진공펌프는 진공 펌핑한 축출물을 외부로 배출할 수 있는 로터리 베인 펌프(Rotary Vane Pump, RVP)와 연결되는 것이 바람직하다.
기판 수취부(600)는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 이송 로봇에 의하여 챔버 내부로 반입될 때 각 기판을 상부 챔버(200)와 하부 챔버(300)로 안착시키기 위하여 이송 로봇으로부터 각 기판을 수취하는 역할을 함과 아울러, 합착된 기판을 챔버 외부로 반출할 때 합착된 기판을 이송 로봇이 수취할 수 있도록 하부 챔 버(300)로부터 합착된 기판을 분리하는 역할을 하며, 상부 기판(S1)을 수취하는 상부 수취부(610) 및 하부 기판(S2)을 수취하는 하부 수취부(620)를 포함한다. 그러나, 이러한 기판 수취부(600)는 다른 형태로 변경될 수도 있다.
상부 수취부(610)는 기판 수취핀(611)과 구동부(612)를 포함한다. 기판 수취핀(611)은 상부 기판(S1)을 이송 로봇으로부터 수취하여 상부 챔버(200)에 안착시키기 위하여 마련되며, 구동부(612)에 의하여 상부 챔버(200)의 하측으로 돌출됨과 아울러 상부 챔버(200)의 내부로 함입하는 승강 구동한다. 이때, 기판 수취핀(611)은 진공흡착력을 제공하는 제 1진공펌프(510)와 연결되어 진공흡착력으로 상부 기판(S1)을 흡착할 수 있다. 구동부(612)는 기판 수취핀(611)을 구동할 수 있는 구동모터(미도시)와 스크류(미도시)로 구비될 수 있다.
하부 수취부(620)는 하부 챔버(300)의 승강에 상관없이 특정 위치에 고정되어 있는 고정 플레이트(622), 고정 플레이트(622)의 상측 수직 방향으로 형성되는 수직지지대(621), 수직지지대(621)의 말단에 수평 방향으로 형성되는 수평지지대(623) 및 수직지지대(621)의 주위에 설치되는 벨로우즈(bellows; 624)를 포함한다.
이때, 고정 플레이트(622)는 외부 프레임(100)에 고정되어 하부 챔버(300)의 승강에 영향을 받지 않고 특정 위치를 유지하도록 마련된다. 그리고, 수직지지대(621)는 고정 플레이트(622)에 의해 고정되어, 하부 챔버(300)가 하강하면 하부 챔버(300)를 수직 관통하는 관통공을 통과하여 하부 챔버(300)의 상측으로 돌출하고, 하부 챔버(300)가 상승하면 하부 챔버(300)의 관통공으로 함입되도록 마련된 다. 이러한, 수직지지대(621)는 소정의 두께를 가진 복수의 핀(pin) 형태로 구성될 수 있다.
또한, 수평지지대(623)는 수직지지대(621)의 말단에 결합하여 수평 방향으로 형성된다. 이러한, 수평지지대(623)는 복수의 수직지지대(621)와 연결되는 바(bar) 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 수평지지대(623)는 기판을 이송하는 이송 로봇의 로봇팔의 움직임에 영향을 미치지 않도록 로봇팔의 길이 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 하부 챔버(300)의 상측에는 하부 챔버(300)의 상승시 그 수평지지대(623)가 하부 챔버(300)의 내부로 함입되도록 홈이 마련될수 있다.
또, 벨로우즈(624)는 수직지지대(621)의 주위를 감싸되, 벨로우즈(624)의 일단은 하부 챔버(300)의 하단과 연결되고 타단은 고정 플레이트(622)에 연결되도록 마련된다. 벨로우즈(624)는 유연성과 밀봉성을 가진 기밀부재로서, 금속 재질의 용접형 벨로우즈(Welded Bellows), 성형 벨로우즈(Formed Bellows) 등이 사용될 수 있다. 따라서, 벨로우즈(624)는 하부 챔버(300)가 승강에 되더라도 관통공과 수직지지대(621) 사이의 공간을 밀폐시킬 수 있다.
정렬부(700)는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 정확한 합착지점에서 합착되도록 정렬하기 위한 장치로, 상부 챔버(200)의 상단에 설치되는 카메라(710), 하부 챔버(300)의 하단에 설치되는 조명장치(720) 및, 챔버의 위치를 조절할 수 있는 UVW(730)를 포함한다.
카메라(710)는 상부 챔버(200)를 관통하는 촬영공(715)을 통하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)에 표시되는 정렬 마크(align mark)를 촬영하여 기판이 정 확한 합착지점에 위치하였는지를 확인할 수 있도록 한다. 이때, 조명장치(720)는 하부 챔버(300)를 관통하는 조명공(725)을 통하여 카메라(710)가 정렬 마크를 촬영할 수 있도록 조명광을 제공한다.
UVW(730)는 하부 챔버(300)를 지지함과 아울러 상ㆍ하부 기판들(S1,S2)의 정렬을 위해 하부 챔버(300)를 이동시키도록 하부 챔버(300)의 하부에 배치되는 정렬 스테이지(320)의 상부에 설치되고, 복수개로 구성된다. 즉, UVW(730)의 상측은 하부 챔버(300)의 하단에 접하고, UVW(730)의 하측은 하부 챔버(300)를 지지하는 정렬 스테이지(320)에 고정된다. 이때, UVW(730)는 하부 챔버(300)를 X, Y 방향 및 회전 방향으로 이동시킨다. 바람직하게, UVW(730)는 하부 챔버(300)의 세 지점에 구비되어 하부 챔버(300)를 X, Y 방향 및 회전 방향으로 이동시킬 수 있다.
승강모듈(910)은 정렬 스테이지(320)의 하부를 지지하는 지지암(920)을 구비하고, 하부 챔버(300)가 승강되도록 지지암(920)을 통해 정렬 스테이지(320)를 승강시키는 역할을 한다. 이러한, 승강모듈(910)은 정렬 스테이지(320)를 수평으로 유지한 채 승강시킬 수 있도록 다수개로 구성된다. 일실시예로, 정렬 스테이지(320)는 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 4곳의 모서리를 갖는 사각형 형태로 형성될 수 있으며, 승강모듈(910)은 이러한 정렬 스테이지(320)의 각 모서리를 각각 지지할 수 있도록 4개로 구성될 수 있다. 이 경우, 각 승강모듈(910)은 정렬 스테이지(320)의 각 모서리에 배치될 수 있으며, 각각 지지암(920)을 통해 그 대응되는 정렬 스테이지(320)의 각 모서리를 지지하여 정렬 스테이지(320)를 승강시킬 수 있다.
한편, 정렬 스테이지(320)의 각 모서리 즉, 네 모서리에는 정렬 스테이지(320)와 지지암들(920)을 상호간 체결하는 다수의 체결부(800,810)가 마련된다.
이때, 체결부들(800,810)의 일부(810)는 정렬 스테이지(320)가 지지암(920)으로부터 유동되지 않도록 구속 체결하고, 다른 일부(800)는 정렬 스테이지(320)가 지지암(920)으로부터 미세하게 일정간격 유동될 수 있도록 헐겁게 체결된다. 다시 말하면, 체결부들(800,810)의 다른 일부(800)는 정렬 스테이지(320)가 지지암(920)으로부터 미세하게 일정간격 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 상기 체결부들(800,810)에서 정렬 스테이지(320)를 구속 체결하는 것은 도 1에 도시된 바와 같이, 정렬 스테이지(320)와 지지암(920)을 볼트로 상호간 체결하는 것을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 체결부들(800,810)에서 정렬 스테이지(320)를 헐겁게 체결하는 것은 도 2 등에 도시된 바와 같이, 정렬 스테이지(320)와 지지암들(920) 중 어느 하나 예를 들면, 정렬 스테이지(320)에 형성되되 일정크기의 직경으로 형성된 핀 홀(840)과, 정렬 스테이지(320)와 지지암들(920) 중 다른 하나 예를 들면, 지지암(920)에 형성되되 상기 핀 홀(840)의 직경 크기보다 더 적은 직경 크기로 형성된 핀(830)에 의해 상호간 체결되는 것을 포함할 수 있다. 일실시예로, 지지암(920)에 형성된 핀(830)의 직경이 40mm일 경우, 정렬 스테이지(320)에 형성되는 핀 홀(840)의 직경 D는 40mm＜D＜42mm일 수 있다. 따라서, 정렬 스테이지(320)는 이 핀(830)과 핀 홀(840)의 직경 차이로 인하여 지지암(920)으로부터 미세하게 일정간격 유동 될 수 있게 된다.
또한, 상기 체결부들(800,810)에서 정렬 스테이지(320)를 헐겁게 체결하는 부분(800)은 도 3에 도시된 바와 같이, 정렬 스테이지(320)의 네 모서리들 중 서로 대각선으로 마주하는 2곳의 모서리들에 각각 마련될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 정렬 스테이지(320)의 네 모서리들 중 서로 이웃하는 2곳의 모서리들에 각각 마련될 수도 있다.
한편, 지지암(920)에는 지지암(920)에 지지되는 정렬 스테이지(320)가 지지암(920)의 상측 방향 곧, Z축 방향으로 유동되는 것을 차단하기 위한 고정 블록(850)이 설치된다. 이러한, 고정 블록(850)은 정렬 스테이지(320)가 헐겁게 체결되는 부분에 설치되며, 정렬 스테이지(320)의 일부를 누를 수 있도록 '┓'형상이나 '┏'형상 등으로 형성된다. 따라서, 지지암(920)으로부터 일정간격 유동될 수 있도록 헐겁게 체결된 정렬 스테이지(320)는 Z축 방향으로는 자유롭게 유동되지 못하고, 다만, 그 전후 방향과 좌우 방향인 X 방향과 Y 방향으로만 미세한 크기로 자유롭게 유동된다. 이때, 고정 블록(850)은 볼트와 같은 체결부재(860)에 의해 지지암(920)의 상부에 체결될 수 있다.
이상, 도면에서 생략하였으나, 기판합착장치에 기판을 가압하기 위한 가압수단이 포함될 수 있다. 가압수단으로는 기판을 직접 압착하는 기구적 가압과 기체의 압력을 이용한 가압이 있다. 가압수단으로 기체의 압력을 이용할 경우, 질소 가스와 같은 비활성 가스를 공급하는 가스탱크와 가스공급 파이프 및 합착공간으로 가스를 방출할 수 있는 가스 가압공이 포함될 수 있다.
이하, 이러한 구성의 기판합착장치의 작동 상태 및 기판합착 과정에 대하여 도 2 및 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 기판합착장치의 작동 상태들을 도시한 작동도이다. 구체적으로 설명하면, 도 5a는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 기판합착장치에 반입된 상태를 나타내고, 도 5b는 상부 챔버(200)와 하부 챔버(300)가 결합하여 밀폐된 합착공간을 형성하여 기판을 압착하는 상태를 나타내며, 도 5c는 하부 챔버(300)가 하강하여 합착된 기판이 하부 수취부(620)에 안착된 상태를 나타낸다.
도 2 및 5a 내지 도 5c를 참조하면, 기판합착장치 내부로 기판을 반입하기 위하여, 하부 챔버(300)는 하강하여 상부 챔버(200)와 최대 거리로 이격되어 있고, 외부 프레임(100)의 도어(110)는 개방된다.
이후, 개방된 도어(110)로 이송 로봇이 로봇암에 상부 기판(S1)을 흡착한 상태로 상부 기판(S1)을 기판합착장치의 내부로 반입한다. 상부 기판(S1)이 반입되면 상부 챔버(200)의 기판 수취핀(611)이 하강하여 상부 기판(S1)을 진공흡착한다.
다음, 상부 기판(S1)을 진공흡착한 기판 수취핀(611)은 상승하여 상부 기판(S1)을 상부 챔버(200)에 안착시킨다. 이때, 상부 챔버(200)의 상부 척(210)은 정전기력으로 상부 기판(S1)을 홀딩한다.
계속하여, 상부 기판(S1)이 상부 챔버(200)에 흡착되고 이송 로봇의 로봇암이 기판합착장치의 외부로 빠져 나가면, 이송 로봇의 로봇암이 하부 기판(S2)을 안착한 상태로 하부 기판(S2)을 기판합착장치의 내부로 반입한다. 이송 로봇의 로봇 암은 하부 기판(S2)이 기판합착장치의 내부로 반입되어 적절한 위치에 도달하면, 하부 기판(S2)이 하부 챔버(300)로부터 돌출되어 있는 하부 수취부(620)의 수평지지대(623)에 안착되도록 하강한다. 하부 기판(S2)이 수평지지대(623)에 안착되면, 로봇암은 기판합착장치의 외부로 빠져나가고 외부 프레임(100)의 도어(110)는 밀폐된다.
이어서, 승강모듈(910)은 정렬 스테이지(320)를 일정높이만큼 상승시켜 정렬 스테이지(320)에 지지되는 하부 챔버(300)를 상승시킨다. 따라서, 하부 챔버(300)는 소정의 높이로 상승하여 하부 수취부(620)에 안착된 하부 기판(S2)을 하부 챔버(300)에 안착시킨다. 이때, 하부 챔버(300)의 하부 척(310)은 정전기력으로 하부 기판(S2)을 홀딩하며, 하부 수취부(620)는 하부 챔버(300)가 상승함에 따라 하부 챔버(300)로 함입된다.
다음, 하부 기판(S2)이 하부 챔버(300)에 안착되면, 승강모듈(910)은 다시 하부 챔버(300)를 상승시키게 된다. 이에, 하부 챔버(300)는 상승하여 상부 챔버(200)와 결합하게 되고, 상부 챔버(200)와의 사이에 기판합착공간을 형성하게 된다. 이때, 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)은 근접한 상태에 있게 되며, 제 2진공펌프(520)는 진공합착공간의 공기를 외부로 배출하여 진공합착공간을 진공 상태로 유지시킨다.
이후, 정렬부(700)는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 정확한 합착지점에서 합착되도록 정렬한다. 즉, 정렬부(700)의 카메라(710)는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)의 정렬 마크를 촬영하여 기판의 정렬 상태를 확인한다. 이때, 기판의 정렬 상태가 불량한 경우, 정렬 스테이지(320) 상에 다수 설치된 UVW(730)가 하부 챔버(300)를 이동시켜 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 정확한 합착지점에서 합착되도록 정렬한다.
계속하여, 기판의 정렬 상태가 양호하게 되면, 상부 기판(S1)을 흡착하고 있는 상부 척(210)의 정전기력을 제거하여 상부 기판(S1)이 낙하하여 하부 기판(S2)과 접합되도록 한다. 이때, 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)은 밀봉재(sealant)에 의해 가합착된 상태가 된다.
다음, 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 가합착된 상태가 되면, 도시되지 않은 가압수단으로 기판을 가압하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 합착되도록 한다. 이때, 기체의 압력으로 기판을 가압하는 경우, 기판합착공간으로 가스가 유입되고, 소정의 압력으로 유입된 가스의 압력과 가합착된 기판 사이의 압력 차이에 의하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 합착된다.
이어서, 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 합착되면, 하부 챔버(300)는 승강모듈(910)의 구동에 의하여 하강하고, 하부 챔버(300)에 대하여 고정되어 있는 하부 수취부(620)가 하부 챔버(300)로부터 돌출되어 합착된 기판을 하부 챔버(300)로부터 분리한다. 이때, 하부 챔버(300)의 하부 척(310)에는 정전기력이 제거된 상태이어야 한다.
이후, 외부 프레임(100)의 도어(110)가 개방되고, 이송 로봇의 로봇암이 챔버 내부로 들어와서 합착된 기판을 안착하여 챔버 외부로 반출하며, 하나의 기판합착 공정은 완료된다.
한편, 이상과 같은 기판합착공정을 진행함에 있어서 하부 챔버(300)는 승강모듈(910)에 의하여 승강가능하게 설치되기 때문에, 기판합착공정을 진행하기 위하여 공정진행공간인 챔버 내부의 공기를 외부로 진공 배기할 시 그 챔버 내부와 챔버 외부는 압력차가 발생하게 되고, 이 압력차는 결국 하부 챔버(300)를 움직이게 한다. 따라서, 하부 챔버(300)가 전혀 유동될 수 없도록 하부 챔버(300)의 전 연결부분이 볼트 등으로 꼭 맞게 구속 체결되어 있을 경우, 하부 챔버(300)와 이에 체결되는 부분들은 이러한 하부 챔버(300)의 움직임으로 인하여 손상되거나 파손되어질 수 있는데, 본 발명에 따른 기판합착장치의 경우에는 하부 챔버(300)를 지지하는 정렬 스테이지(320)가 그 체결부 구조 등으로 인하여 일정간격만큼 유동될 수 있으므로, 그 하부 챔버(300)의 움직임에 따른 충격은 일정부분 상쇄되어 그 하부 챔버(300)에 체결되는 부분은 손상되지 않게 된다.
또한, 본 발명에 따른 기판합착장치에 의하면, 정렬 스테이지(320)가 일부 승강모듈(910)에 일정간격만큼 유동될 수 있도록 체결되기 때문에, 승강모듈들(910)을 구동함에 있어서 승강모듈들(910)의 4축 동기제어가 완벽히 이루어지지 않을 경우나 하부 챔버(300)와 승강모듈(910)을 연결하는 부분 곧, 볼트가 체결되는 부분의 각 면들과 볼트 사이에 직각도가 이루어지지 않을 경우에도 하부 챔버(300)를 지지하는 정렬 스테이지(320)는 일정간격만큼 유동될 수 있으므로, 승강모듈들(910)을 구동함에 따른 충격은 일정부분 상쇄되어지게 되어 하부 챔버(300)와 승강모듈(910) 사이에는 부하가 발생되지 않게 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 기판합착장치의 일실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 확대도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 기판합착장치의 정렬 스테이지와 승강모듈들 간의 체결부 배치의 일실시예를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기판합착장치의 정렬 스테이지와 승강모듈들 간의 체결부 배치의 다른 실시예를 도시한 평면도이다
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 기판합착장치의 작동 상태들을 도시한 작동도이다.

Claims (9)

  1. 상부 기판을 홀딩하는 상부 챔버;
    상기 상부 기판과 합착될 하부 기판을 홀딩하고, 상기 상부 챔버와 결합하여 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 합착할 수 있는 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버;
    상기 하부 챔버를 지지함과 아울러 상기 기판들의 정렬을 위해 상기 하부 챔버를 이동시키도록 상기 하부 챔버의 하부에 배치되는 정렬 스테이지; 및,
    상기 정렬 스테이지에 다수의 체결부를 통해 체결되되 상기 체결부들 중 일부는 상기 정렬 스테이지가 유동될 수 있도록 일정크기의 유격을 갖고 체결되며, 상기 하부 챔버가 승강되도록 상기 정렬 스테이지를 승강시키는 다수의 승강모듈을 포함하는 기판합착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분에는 상기 정렬 스테이지가 상기 하부 챔버 방향으로 유동되는 것을 차단하기 위한 고정 블록이 설치되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분은 상기 정렬 스테 이지와 상기 승강모듈 중 어느 하나에 형성되되 일정크기의 직경으로 형성된 핀 홀과, 상기 정렬 스테이지와 상기 승강모듈 중 다른 하나에 형성되되 상기 핀 홀의 직경 크기보다 더 적은 직경 크기로 형성된 핀에 의해 상호간 체결되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 정렬 스테이지는 4곳의 모서리를 갖도록 형성되고,
    상기 승강모듈들과 상기 체결부들은 상기 모서리들에 각각 마련되며,
    상기 체결부들 중 일정크기의 유격을 갖고 체결되는 부분은 상기 모서리들 중 서로 이웃하는 2곳의 모서리들 또는 서로 마주보는 2곳의 모서리들에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  5. 상부 기판을 홀딩하는 상부 챔버;
    상기 상부 기판과 합착될 하부 기판을 홀딩하고, 상기 상부 챔버와 결합하여 상기 상부 기판과 상기 하부 기판을 합착할 수 있는 기판합착공간을 형성하는 하부 챔버;
    상기 하부 챔버를 지지함과 아울러 상기 기판들의 정렬을 위해 상기 하부 챔버를 이동시키도록 상기 하부 챔버의 하부에 배치되는 정렬 스테이지;
    상기 정렬 스테이지의 하부를 지지하는 지지암을 각각 구비하고, 상기 하부 챔버가 승강되도록 상기 지지암을 통해 상기 정렬 스테이지를 승강시키는 다수의 승강모듈; 및,
    상기 정렬 스테이지와 상기 지지암들을 상호간 체결하되, 그 일부는 상기 정렬 스테이지가 상기 지지암으로부터 유동되지 않도록 구속 체결하고, 다른 일부는 상기 정렬 스테이지가 상기 지지암으로부터 일정간격 유동될 수 있도록 헐겁게 체결하는 다수의 체결부를 포함하는 기판합착장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 지지암에는 상기 정렬 스테이지가 상기 지지암의 상측 방향으로 유동되는 것을 차단하기 위한 고정 블록이 설치된 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 고정 블록은 상기 헐겁게 체결되는 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 체결부들에서 상기 정렬 스테이지를 구속 체결하는 것은 상기 정렬 스테이지와 상기 지지암을 볼트로 상호간 체결하는 것을 포함하고,
    상기 체결부들에서 상기 정렬 스테이지를 헐겁게 체결하는 것은 상기 정렬 스테이지와 상기 지지암들 중 어느 하나에 형성되되 일정크기의 직경으로 형성된 핀 홀과, 상기 정렬 스테이지와 상기 지지암들 중 다른 하나에 형성되되 상기 핀 홀의 직경 크기보다 더 적은 직경 크기로 형성된 핀에 의해 상호간 체결되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 정렬 스테이지는 4곳의 모서리를 갖도록 형성되고,
    상기 승강모듈들과 상기 체결부들은 상기 모서리들에 각각 마련되며,
    상기 체결부들에서 상기 정렬 스테이지를 헐겁게 체결하는 부분은 상기 모서리들 중 서로 이웃하는 2곳의 모서리들 또는 서로 마주보는 2곳의 모서리들에 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
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