KR100960816B1 - 기판 합착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 합착장치에 관한 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치는, 두 기판의 합착공간을 제공하는 챔버;상기 챔버의 내측에 배치되는 정반;상기 정반에 구비되어 상기 기판을 상기 정반에 부착시키키는 기판 척;상기 정반과 상기 기판 척의 사이에 배치되어 상기 기판 척을 승강시키는 간격 조절유닛; 및 상기 챔버의 외부에 배치되며, 상기 챔버를 관통하여 상기 정반을 상기 챔버의 내벽으로부터 이격지지하고, 상기 정반을 평면 상에서 이동시키는 위치 정렬유닛;을 구비함으로써, 기판을 지지하는 정반을 챔버 내벽으로부터 이격 지지하고, 기판의 정렬을 수행함으로써, 기판의 정렬상태를 견고하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

Description

기판 합착장치{Apparatus for assembling substrates}

본 발명은 기판 합착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 두 기판을 합착하는 기판 합착장치에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 다양한 표시장치가 생산되고 있다. 그 중 다른 표시장치들에 비해, 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 장점을 가진 LCD(Liquid Crystal Display)가 각광받고 있다.

LCD는 전극이 형성되어 있는 TFT(Thin Film Transistor) 기판과 형광체가 도포된 CF(Color filter) 기판 사이에 액정(Liquid Crystal)을 주입하여 제조된다. 두 기판의 외주면에는 액정 물질의 누출을 막기 위한 봉인재(Sealer)가 도포되며, 두 기판 사이에는 소정 간격으로 양 기판 사이의 간격을 유지하기 위한 간격재(Spacer)가 배치된다.

LCD 제조 공정은 두 기판의 합착공정과 합착된 두 기판의 사이에 액정 물질을 주입하는 공정을 포함한다. 두 기판의 합착공정은 LCD의 품질을 결정하는 중요 한 공정 중 하나이다. 일반적인 기판합착공정은, 내부를 진공상태로 형성시킬 수 있는 챔버를 구비하는 기판 합착장치에 의해 수행된다.

기판 합착장치는 챔버 내부에서 두 기판을 서로 대향하도록 지지한다. 이후, 기판 합착장치는 두 기판의 평탄도, 평행도 및 위치를 정밀하게 유지시키면서, 두 기판을 근접시켜 두 기판의 합착을 진행한다.

여기서, 최초 기판이 챔버로 반입될 때, 기판 합착장치는 대기압 상태의 챔버 내부에서 두 기판을 지지한다. 이후 기판 합착장치는 챔버 내부를 진공 분위기로 조성하고, 두 기판을 근접시킨다.

이러한 기판 합착장치는 진공 분위기에서 두 기판의 합착 공정을 진행하는 경우가 대부분이며, 여러 주요 요소에 의한 영향을 받게 된다. 이들 중 하나의 주요 요소로 기판의 간격을 유지하고, 두 기판의 정렬이 유지된 상태를 유지하여 합착을 하는 것이 있다.

이러한 공정은 두 기판의 간격이 일정하게 유지되도록 여러 차례의 정렬을 실시하는 것이 선행되며, 이후 두 기판의 간격이 미세하게 정렬되도록 정반을 이동시켜 합착을 실시하게 된다.

종래의 기판 합착장치는 두 기판의 정렬 후 합착을 위해 두 기판을 미세근접 시킬 경우, 정반에 유동이 발생함에 따라 어느 한 기판이 틀어져 정렬도가 저하되 어 불량 패널이 제작되는 문제가 있다.

또한, 종래의 기판 합착장치는 합착공간의 진공배기에 따른 챔버의 변형으로 인한 두 기판 간 정렬이 틀어지는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 최근 기판의 대면적화가 진행됨에 따라 더욱 더 심화되고 있다.

이에 따른 본 발명의 목적은, 합착공간의 진공배기 시, 두 기판의 정렬을 유지되도록 한 기판 합착장치를 제공함에 있다.

본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치는, 두 기판의 합착공간을 제공하는 챔버;상기 챔버의 내측에 배치되는 정반;상기 정반에 구비되어 상기 기판을 상기 정반에 부착시키키는 기판 척;상기 정반과 상기 기판 척의 사이에 배치되어 상기 기판 척을 승강시키는 간격 조절유닛; 및 상기 챔버의 외부에 배치되며, 상기 챔버를 관통하여 상기 정반을 상기 챔버의 내벽으로부터 이격지지하고, 상기 정반을 평면 상에서 이동시키는 위치 정렬유닛;을 구비한다.

상기 간격 조절유닛은 복수 개로 구비되며, 복수 개의 상기 간격 조절유닛은 각각 개별 구동될 수 있다.

상기 위치 정렬유닛은 복수 개로 구비되며, 복수 개의 상기 위치 정렬유닛은 각각 개별 구동될 수 있다.

상기 챔버는 관통공이 형성되며, 상기 위치 정렬유닛은 상기 관통공 내의 평면 상에서 이동되는 이동축을 구비할 수 있다.

상기 기판 합착장치는, 상기 이동축과 상기 관통공의 사이로 상기 합착공간의 기밀이 새어나가는 것을 방지하는 기밀부재를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 합착장치는 두 기판을 지지하는 두 정반을 챔버 내벽으로부터 이격 지지하고, 두 기판 간 정렬을 수행함으로써, 두 기판의 정렬상태를 견고하게 유지할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치를 나타낸 단면도이다. 도 1 을 참조하면, 기판 합착장치(100)는 프레임(110), 제1 챔버(120), 제2 챔버(140), 챔버 승강모듈(150), 간격 조절유닛(160), 위치 정렬유닛(170), 평탄도 조절유닛(180) 및 감지부(190)를 구비한다.

프레임(110)은 기판 합착장치(100)의 외관을 형성한다. 제1 챔버(120)와 제2 챔버(140)는 프레임(110)의 내부에서 서로 대향되도록 배치된다.

제1 챔버(120)는 제2 챔버(140) 측이 개방된 함체형상을 갖는다. 제1 챔 버(120)는 상부챔버일 수 있다. 제1 챔버(120)의 내측에는 제1 기판(10)을 지지하기 위한 제1 정반(121)이 구비된다. 제1 정반(121)은 지지축(130)에 의해 제1 챔버(120)의 내벽으로부터 이격 지지된다. 지지축(130)은 일단부가 프레임(110)에 결합되고 제1 챔버(120)를 관통하여 타단부가 제1 정반(121)에 결합된다.

제2 챔버(140)는 제1 챔버(120) 측이 개방된 함체형상을 갖는다. 제2 챔버(140)는 하부챔버일 수 있다. 제2 챔버(140)의 내측에는 제2 기판(20)을 지지하기 위한 제2 정반(141)이 구비된다. 제2 정반(141)은 위치 정렬유닛(170)에 의해 제2 챔버(140)의 내벽으로부터 이격 지지된다.

제2 챔버(140)의 하측에는 제1 챔버(120)를 지지하는 챔버 승강모듈(150)이 설치된다. 챔버 승강모듈(150)은 제1 챔버(120)를 승강시킨다. 제1 챔버(120)와 제2 챔버(140)는 제1 챔버(120)의 승강에 따라 개폐되는 합착공간(101)을 형성한다.

제1, 제2 정반(121, 141)은 제1, 제2 기판(10, 20)을 각각 부착하기 위한 제1, 제2 기판 척(123, 143)을 구비한다. 제1, 제2 기판 척(123, 143)으로는 정전기력으로 기판을 부착하는 정전척, 진공력에 의해 기판을 흡착하는 진공척, 점착력에 의해 기판을 점착하는 점착척 중 어느 하나가 사용될 수 있다.

평탄도 조절유닛(180)은 제1 정반(121)과 제1 기판 척(123)의 사이에 복수 개로 마련되어, 매트릭스(matrix) 형태로 배치된다. 복수 개의 평탄도 조절유닛(180)은 개별 구동되어, 제1 기판 척(123)을 승강시킨다. 평탄도 조절유닛(180)은 제1 정반(121)에 대한 제1 기판 척(143)의 평탄도를 조절함으로써, 제2 기판(20)에 대한 제1 기판(10)의 개략적인 평탄도를 조절할 수 있도록 한다.

간격 조절유닛(160)은 제2 정반(141)과 제2 기판 척(143)의 사이에 복수 개로 구비된다. 각 간격 조절유닛(160)은 승강축(161)을 구비한다. 간격 조절유닛(160)은 제2 정반(141)에 결합되며, 승강축(161)에 의해 제2 기판 척(143)을 지지한다. 복수 개의 간격 조절유닛(160)은 승강축(161)을 개별 구동시켜, 제2 기판 척(143)을 승강시킨다. 간격 조절유닛(160)은 제2 기판 척(143)을 제1 챔버(120) 측으로 상승시켜 제2 기판(20)을 제1 기판(10)으로 근접시킨다.

위치 정렬유닛(170)은 합착공간(101)의 외부에 복수 개로 구비된다. 각 위치 정렬유닛(170)은 이동축(171)을 구비한다. 위치 정렬유닛(170)은 제2 챔버(140)와 프레임(110)의 사이에 배치되는 지지판(173)에 의해 지지된다. 이동축(171)은 제2 챔버(140)를 관통하여 제2 정반(141)을 지지한다. 복수 개의 위치 정렬유닛(170)은 이동축(171)을 개별 구동시켜, 제2 정반(141)을 평면 이동시킨다. 즉, 복수 개의 위치 정렬유닛(170)은 이동축(171)을 제1, 제2 기판(10, 20)의 반입방향 및 제1, 제2 기판(10, 20)의 반입방향과 교차되는 방향 즉, 도면에 표기된 x축 방향 및 y축 방향으로 이동시킨다. 이에 따라 제2 챔버(140)는 이동축(171)의 이동에 간섭을 끼치지 않도록 공간을 확보하는 제1 관통공(140a) 및 챔버 승강모듈(150)의 승강축의 승강에 간섭을 끼치지 않도록 공간을 확보하는 제2 관통공(140b)이 형성되는 것이 ㅂ바람직하.

이와 같이, 제1 정반(121)과 제2 정반(141)은 각각 제1 챔버(120)의 내벽과 제2 챔버(140)의 내벽으로부터 이격되도록 설치된다. 이는 합착공간(101)의 진공형성에 따른 제1 챔버(120)와 제2 챔버(140)의 변형에 의해 제1 정반(121)과 제2 정반(141)에 간섭을 끼치는 것을 방지하기 위한 것이다.

한편, 기판 합착장치(100)는 밀폐된 합착공간(101)의 기밀을 유지하기 위한 제1 기밀부재(131), 제2 기밀부재(175) 및 제3 기밀부재(102)를 구비한다. 제1 기밀부재(131)는 프레임(110)과 제1 챔버(120)의 사이에 배치되며, 지지축(130)을 감싸는 벨로우즈(bellows)가 사용된다. 제2 기밀부재(175)는 프레임(110)과 제2 챔버(140)의 사이에 배치되며, 위치 정렬유닛(170)을 감싸는 벨로우즈(bellows)가 구비된다. 제3 기밀부재(102)는 제1 챔버(120)와 제2 챔버(140)의 사이에 배치되는 오링(O-ring)이 사용된다.

한편, 제1 기판(10)에는 복수 개의 정렬홀(11)이 형성된다. 제2 기판(20)에는 정렬홀(11)에 대응되는 위치에 정렬마크(21)가 형성된다.

감지부(190)는 정렬홀(11)을 통해 정렬마크(21)를 촬영하여, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 정렬상태를 감지한다. 감지부(190)는 정렬마크(21)를 촬영하는 카메라(191)와, 조명을 제공하는 조명장치(193)를 구비한다. 카메라(191)와 조명장치(193)는 정렬마크(21)와 정렬홀(11)에 대응되는 위치에 복수 개로 구비된다.

제1 챔버(120)의 상측에는 제1 정반(121)에 지지되는 제1 기판(10)의 정렬홀(11)과 연통되는 촬영홀(191a)이 형성된다. 제2 챔버(140)의 하측에는 제2 기판(20)의 정렬마크(21)로 조명을 제공하는 조명홀(193a)이 형성된다. 촬영홀(191a)과 조명홀(193a)은 카메라(191)와 조명장치(193)에 대응되는 위치에 복수 개로 구비된다.

감지부(190)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 평행도 및 위치정렬 여부를 측정한다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 평행도는, 각 카메라(191)로부터 촬영되는 정렬마크(21)의 선명도, 또는 정렬마크(21)를 촬영하는 각 카메라(191)의 초점거리를 이용하여 측정할 수 있다. 또한, 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 위치정렬 여부는, 정렬홀(11)의 내부에 정렬마크(21)가 위치하는지를 촬영하여 판단할 수 있다.

도시되지 않았지만 다른 실시예로, 기판 합착장치(100)는 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 간격을 감지할 수 있는 간격감지센서를 별도로 구비할 수 있다. 제1 기판(10)과 제2 기판(20)의 평행도는 간격감지센서(미도시)에 의해 측정할 수 있다. 이러한 간격감지센서(미도시)로는 비접촉센서인 광센서, 초음파센서, 자기센서 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 정렬 동작에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.

도 2, 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 개략적인 기판 정렬 동작 나타낸 작동도이다. 도 2를 참조하면, 평탄도 조절유닛(180)에 의해, 제1 정반(121)에 대한 제1 기판 척(123)의 평탄도가 조절된 상태에서 제1, 제2 기판(10, 20)이 반입된다.

합착공간(101)으로 반입된 제1, 제2 기판(10, 20)은 제1, 제2 기판 척(123, 143)에 부착되어, 제1, 제2 정반(121, 141)에 각각 지지된다. 즉, 제1, 제2 기판(10, 20)은 합착공간(101)에서 서로 대향되도록 지지된다.

제1, 제2 기판(10, 20)이 합착공간(101)에 위치하면, 제1 챔버(120)는 챔버 승강모듈(150)에 의해 제2 챔버(140) 측으로 하강되며, 합착공간(101)은 밀폐된다.

도 3을 참조하면, 복수 개의 간격 조절유닛(160)은 각 승강축(161)을 동일한 승강거리로 상승시킨다. 각 승강축(161)이 동일한 상승거리로 상승됨에 따라, 제2 기판 척(143)이 상승되어 제2 기판(20)은 제1 기판(10)에 근접된다.

이와 같이 제1, 제2 기판(10, 20)은 간격 조절유닛(160) 및 평탄도 조절유닛(180)에 의해 개략적인 정렬이 수행된다.

도 4, 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 기판 미세정렬 동작 나타낸 작동도이다. 도 4를 참조하면, 제1, 제2 기판(10, 20)의 미세정렬을 위해, 감지부(190)는 제1, 제2 기판(10, 20)의 정렬상태 즉, 제1, 제2 기판(10, 20)의 평행도 및 위치정렬 여부를 측정한다. 다시 말해, 조명장치(193)는 조명홀(193a)을 통해 정렬마크(21)로 조명을 제공하며, 카메라(191)는 촬영홀(191a)을 통해 정렬마크(21)를 촬영한다.

감지부(190)는 제1, 제2 기판(10, 20)의 평행도를 측정한다. 제1, 제2 기판(10, 20)의 간격이 평행한 경우, 각 정렬마크(21)는 각 카메라(191)에 의해 선명하게 촬영된다. 반면, 제1, 제2 기판(10, 20)의 간격이 평행하지 않을 경우, 복수 개의 카메라(191) 중, 어느 카메라(191)는 초점이 정확하게 맺히지 않아 해당 정렬마크(21)가 흐리게 촬영된다.

정렬마크(21)가 흐리게 촬영되는 경우, 제어부(미도시)는 해당 정렬마크(21)가 위치하는 측에 구비되는 간격 조절유닛(160)을 개별 제어한다. 해당 간격 조절유닛(160)은 제2 기판 척(143)을 정렬마크(21)가 선명하게 촬영되는 위치로 승강시 킨다.

다른 실시예로, 제어부(미도시)는 해당 정렬마크(21)가 위치하는 카메라(191)의 초점거리를 조절하여, 해당 정렬마크(21)가 선명하게 촬영되는 초점거리를 얻을 수 있다. 즉, 해당 정렬마크(21)가 흐리게 촬영된 초점거리와, 해당 정렬마크(21)가 선명하게 촬영된 초점거리를 비교하여, 제1, 제2 기판(10, 20)의 간격 조절거리를 산출할 수 있다. 제어부(미도시)는 해당 간격 조절유닛(160)을 제어한다. 해당 간격 조절유닛(160)은 제2 기판 척(143)을 간격 조절거리만큼 승강시킨다.

이와 같이, 감지부(190)는 제1, 제2 기판(10, 20)의 평행도를 측정하며, 각 간격 조절유닛(160)은 제2 정반(141)을 승강시킴으로써, 제1, 제2 기판(10, 20)의 평행도를 미세조절할 수 있다.

도 5를 참조하면, 감지부(190)는 제1, 제2 기판(10, 20)의 위치정렬 여부를 측정한다. 제1, 제2 기판(10, 20)이 정렬위치에 정렬되어 있을 경우, 각 정렬마크(21)는 각 정렬홀(11)의 내부에 위치하여, 각 카메라(191)는 정렬마크(21)를 촬영할 수 있다. 반면, 제1, 제2 기판(10, 20)이 정렬위치에 벗어나 있을 경우, 각 정렬마크(21)는 각 정렬홀(11)의 내부에서 벗어나, 각 카메라(191)는 정렬마크(21)의 일부만을 촬영하거나, 정렬마크(21)를 촬영하지 못할 수 있다.

정렬마크(21)가 정렬홀(11)의 내부에서 벗어난 경우, 제어부(미도시)는 위치 정렬유닛(170)을 제어한다. 위치 정렬유닛(170)은 정렬홀(11)의 내부에 정렬마크(21)가 위치하도록 이동축(171)을 이동시킨다. 이동축(171)의 이동에 따라, 제2 정반(141)은 x축방향 또는, y축방향으로 이동된다.

이와 같이, 감지부(190)는 제1, 제2 기판(10, 20)의 위치정렬 여부를 측정하며, 각 위치 정렬유닛(170)은 제2 정반(141)을 평면 이동시킴으로써, 제1, 제2 기판(10, 20)의 위치를 미세조절할 수 있다.

상술된 설명에서는, 제1, 제2 기판(10, 20) 간 평행도를 조절한 후, 제1, 제2 기판(10, 20) 간 위치를 정렬하는 것으로 설명하고 있으나, 그 순서가 서로 바뀐다 하더라도 그 작용 및 효과는 유사하다고 볼 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 기판 합착장치(100)는 제1 정반(121)과 제2 정반(141)을 제1 챔버(120)의 내벽과 제2 챔버(140)의 내벽으로부터 각각 이격 지지한다. 또한, 기판 합착장치(100)는 제2 기판 척(143)을 승강시키고, 제2 정반(141)을 평면 이동킴으로써, 제1, 제2 기판(10, 20) 간 정렬을 수행할 수 있다. 따라서 기판 합착장치(100)는 합착공간(101)의 진공 형성시에도, 제1, 제2 기판(10, 20)의 정렬상태를 견고하게 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치를 나타낸 단면도이다.

도 2, 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 개략적인 기판 정렬 동작 나타낸 작동도이다.

도 4, 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 기판 미세정렬 동작 나타낸 작동도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 기판 합착장치(100) 110 : 프레임

120 : 제1 챔버 140 : 제2 챔버

150 : 챔버 승강모듈 160 : 간격 조절유닛

170 : 위치 정렬유닛

Claims (5)

1. 제1 챔버;

   상기 제1 챔버의 내측에 배치되고 상기 제1 챔버로부터 이격되는 제1 정반;

   상기 제1 정반으로부터 이격되며, 제1 기판을 지지하는 제1 기판 척;

   상기 제1 챔버와 대향되며, 상기 제1 챔버와 함께 합착공간을 형성하는 제2 챔버;

   상기 제2 챔버의 내측에 배치되고 상기 제2 챔버로부터 이격되는 제2 정반;

   상기 제2 정반으로부터 이격되며, 제2 기판을 지지하는 제2 기판 척;

   상기 제1 챔버를 지지하며, 상기 제1 챔버를 승강시켜 상기 합착공간을 개폐시키는 챔버 승강모듈;

   상기 제1 챔버의 외측에 배치되고 상기 제1 챔버로부터 이격되는 프레임;

   상기 프레임에 결합되어 상기 제1 챔버를 관통하며, 상기 제1 정반을 지지하는 지지축;

   상기 제1 정반과 상기 제1 기판 척의 사이에 배치되며, 상기 제1 기판 척을 승강시켜 상기 제2 기판에 대한 상기 제1 기판의 평탄도를 조절하는 복수의 평탄도 조절유닛;

   상기 제2 정반과 상기 제2 기판 척의 사이에 배치되며, 상기 제2 기판 척을 승강시켜 상기 제1 기판에 대한 상기 제2 기판의 간격을 조절하는 복수의 간격 조절유닛;및

   상기 제2 챔버의 외측에 배치되며, 상기 제2 챔버를 관통하여 상기 제2 정반을 지지하고 상기 제2 정반을 평면 상에서 이동시켜 상기 제1 기판에 대항 상기 제2 기판의 위치를 정렬하는 복수의 위치 정렬유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서, 상기 위치 정렬유닛은 상기 제2 챔버를 관통하여 상기 제2 정반을 종방향으로 지지하며, 평면 상으로 이동되는 이동축을 포함하며,

   상기 제2 챔버는 상기 이동축이 이동할 수 있는 공간을 확보하는 관통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
5. 삭제

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