KR100994497B1 - 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법 - Google Patents

Abstract

두 기판의 정밀한 간격조절이 가능하도록 하는 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법이 개시된다. 기판합착장치는 제1 기판을 지지하는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 대향되는 제2 챔버와, 상기 제2 챔버의 내측에 배치되어 제2 기판을 지지하는 기판 스테이지와, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 사이에 배치되어 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 간격을 측정하여 측정값을 제공하는 간격측정기와, 상기 기판 스테이지를 지지하며, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시키는 간격조절기를 포함한다.

Description

기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법{Apparatus for joining of substrate and Method for joining of substrateusing the same}

본 발명은 반도체 및 디스플레이 장치의 제조장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 두 기판을 합착시키는 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되어 왔다. 이에 근래에는 LCD(Lipuid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display)등 여러 가지 평판 디스플레이 장치가 연구되어 왔고 그 일부는 이미 실생활에 널리 사용되고 있다.

그 중 LCD의 경우에는 CRT(Cathode Ray Tube)에 비하여 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징에 따른 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 많이 사용되고 있다.

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

따라서 LCD를 제조함에 있어서, TFT기판 및 CF 기판을 각각 제조한 후에 양 기판을 합착하고 그 사이의 공간에 액정 물질을 주입하는 공정이 필수적으로 필요하며 이중 기판을 합착시키는 공정은 LCD의 품질을 결정하는 중요한 공정 중에 하나이다.

이러한 기판합착공정은 내부를 진공 상태로 형성시킬 수 있는 상부챔버와 하부챔버로 구성되는 기판합착장치에 의하여 수행된다. 기판합착장치는 두 기판을 정렬시키고 정렬된 두 기판을 접촉시킨 후, 압력을 가하여 합착시킨다.

이때 정렬되는 두 기판의 간격은 매우 정밀한 정렬이 필요하다. 왜냐하면 상부에 위치한 기판과 하부에 위치한 기판 사이의 간격을 일정하게 유지한 후 상부의 기판을 자유 낙하시켜 기판을 합착하기 때문에 기판사이의 정밀한 간격유지가 요구된다.

본 발명의 목적은 두 기판의 정밀한 간격조절이 가능하도록 하는 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법를 제공하기 위한 것이다.

기판합착장치는 제1 기판을 지지하는 제1 챔버와, 상기 제1 챔버에 대향되는 제2 챔버와, 상기 제2 챔버의 내측에 배치되어 제2 기판을 지지하는 기판 스테이지와, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 사이에 배치되어 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 간격을 측정하여 측정값을 제공하는 간격측정기와, 상기 기판 스테이지를 지지하며, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시키는 간격조절기를 포함한다.

상기 기판합착장치는 상기 제1 챔버를 승강시키는 챔버승강기를 더 포함할 수 있다.

상기 간격측정기는 상기 제1 챔버에 고정되는 몸체와, 상기 제1 챔버의 승강에 따라 상기 제2 챔버에 접촉되어 상기 몸체로부터 승강되는 로더를 포함할 수 있다.

상기 간격측정기는 상기 제2 챔버에 고정되는 몸체와, 상기 제1 챔버의 승강에 따라 상기 제1 챔버에 접촉되어 상기 몸체로부터 승강되는 로더를 포함할 수 있다.

상기 간격측정기는 리니어 게이지(linear gauge)를 포함할 수 있다.

상기 간격측정기는 복수로 마련되어 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버 사이의 테두리부에 배치될 수 있다.

상기 간격조절기는 복수로 마련되어 상기 기판 스테이지의 테두리부를 지지하며, 각각 개별 작동될 수 있다.

상기 간격조절기는 유압 실린더, 공압 실린더 중 어느 하나일 수 있다.

상기 기판합착장치는 상기 제1 챔버의 내측에 배치되어 상기 제1 챔버로부터 이격되는 상기 제1 기판을 지지하는 정반과, 상기 제1 챔버와 상기 정반의 사이에 배치되어 상기 제1 정반을 회전 및 평면 이동시키는 정렬 스테이지를 더 포함할 수 있다.

기판합착방법은 제1 챔버 내에 제1 기판을 지지하고, 제2 챔버 내측에 배치되는 기판 스테이지에 제2 기판을 지지하는 기판 지지단계와, 상기 제1 챔버를 승강시키는 챔버 승강단계와, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 간격을 측정하여 측정값으로 제공하는 간격 측정단계와, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시키는 간격 조절단계와, 상기 제1 기판을 상기 제2 기판에 접촉시키는 기판 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착방법.

상기 간격 조절단계는 기 설정된 기준값보다 상기 측정값이 작은 경우 상기 기판 스테이지를 상기 제1 챔버 측으로 승강시킬 수 있다.

상기 간격 조절단계는 기 설정된 기준값보다 상기 측정값이 큰 경우 상기 기판 스테이지를 상기 제2 챔버 측으로 승강시킬 수 있다.

상기 간격 측정단계는 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 각 테두리부의 간격을 각각 개별 측정할 수 있다.

상기 간격 측정단계는 상기 기판 스테이지의 각 테두리부 각각 개별 승강시킬 수 있다.

본 발명에 따른 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법는 두 기판의 정밀한 간격조절이 가능하여 공정 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 실시예에 따른 기판합착장치에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 도 1은 본 실시예에 따른 기판합착장치를 나타낸 종단면도이고, 도 2는 본 실시예에 따른 기판합착장치를 나타낸 횡단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기판합착장치는 서로 대향되어 배치되는 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)를 포함한다. 제1 챔버(110)는 상부챔버이며, 제2 챔버(120)는 하부챔버이다. 그리고 제1 챔버(110)는 상판(110a)과, 상판(110a)의 테두리부를 지지하는 상부측벽(110b)으로 이루어질 수 있으며, 제2 챔버(120)는 하판(120a)과, 하판의 테두리부에 지지되는 하부측벽(120b)으로 이루어질 수 있다.

제1 챔버(110)는 제2 챔버(120)의 주변부에 배치되는 챔버승강기(130)에 의해 지지된다. 챔버승강기(130)는 제2 챔버(120)에 대해 제1 챔버(110)를 승강시킨다. 챔버승강기(130)는 스크류와 회전모터, 유압 실린더, 공압 실린더 중 어느 하나로 실시될 수 있다.

제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)는 제1 챔버(110)의 승강에 따라 개폐되는 처리공간을 형성한다. 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 사이에는 밀폐된 처리공간의 기밀을 유지하기 위한 오링(O-ring)과 같은 제1 기밀부재(140)가 배치된다.

도시되지 않았지만 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 테두리부에는 두 기판(S1, S2)의 정렬을 위한 얼라인마크가 형성되어 제공된다. 제1 챔버(110)의 상부에는 제1 챔버(110)을 관통하는 촬영홀(151)을 통해 두 얼라인마크를 촬영하는 카메라(150)가 배치된다.

제1 챔버(110)의 내측에는 제1 기판(S1)을 지지하는 정반(111)이 배치되며, 제2 챔버(120)의 내측에는 제2 기판(S2)을 지지하는 기판 스테이지(121)가 배치된 다. 제1 챔버(110)와 정반의 사이에는 정렬 스테이지(160)가 배치된다. 정렬 스테이지(160)는 제1 챔버(110)로부터 정반(111)을 지지하며, 정반(111)을 회전 또는 평면 이동시킨다. 정렬 스테이지(160)는 본 출원인에 의해 출원되어 공개된 "공개번호 10-2006-0055703;기판 합착기"에 개시된 바 있으므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도시되지 않았지만 정반(111) 및 기판 스테이지(121)는 기판을 고정하는 기판 척을 포함하는 것이 바람직하다. 기판 척은 진공척, 정전척, 점착척 중 어느 하나로 실시될 수 있다.

제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 사이에는 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 간격을 감지하는 간격측정기(170)가 배치된다. 간격측정기(170)는 제1 챔버(110)에 고정되는 몸체(171)와, 제1 챔버(110)의 승강에 따라 제2 챔버(120)에 의해 가압되어 승강되는 로더(172)를 포함한다. 다른 실시예로 몸체(171)는 제1 챔버(110)에 결합되고, 로더(172)는 제1 챔버(110)의 승강에 따라 제1 챔버(110)에 의해 가압되어 승강될 수 있다.

간격측정기(170)는 로더(172)의 변위량을 기준으로 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 간격을 산출하여 측정값으로 제공한다. 간격측정기(170)는 리니어 게이지(linear gauge)로 실시될 수 있다. 간격측정기(170)는 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 각 테두리부의 간격을 각각 개별 측정할 수 있도록 복수로 마련되는 것이 바람직하다.

제2 챔버(120)의 하부에는 제2 챔버(120)를 관통하여 기판 스테이지(121)를 지지하며, 기판 스테이지(121)를 승강시키는 간격조절기(180)가 배치된다. 간격조절기(180)는 측정값에 따라 기판 스테이지(121)를 승강시킨다. 간격조절기(180)는 유압실린더, 공압실린더 중 어느 하나로 실시될 수 있다. 간격조절기(180)는 기판 스테이지(121)의 각 테두리부를 각각 개별 승강시킬 수 있도록 복수로 마련되는 것이 바람직하다.

제2 챔버(120)와 간격조절기(180)의 사이에는 밀폐된 처리공간의 기밀을 유지하기 위한 벨로우즈(bellows)과 같은 제2 기밀부재(190)가 배치된다.

이하, 본 실시예에 따른 기판합착장치의 작동에 대해 설명하도록 한다.

도 3은 본 실시예에 따른 기판합착방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 실시예에 따른 기판합착장치에서 두 기판의 개략정렬 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 챔버승강기(130)에 의해 제1 챔버(110)가 상승되어 처리공간은 개방된다. 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)은 개방된 처리공간으로 반입된다. 제1 기판(S1)은 정반(111)에 지지되며, 제2 기판(S2)은 기판 스테이지(121)에 지지된다.(단계;S11)

두 기판(S1, S2)의 개략정렬을 위해 카메라(150)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 두 얼라인마크(미도시)를 촬영한다. 정렬 스테이지(160)는 두 얼라인마크(미도시)의 촬영결과에 따라 두 얼라인마크(미도시)가 오차범위, 예를 들어 수mm 내에서 일치하도록 정반(111)을 회전 또는 평면 이동시킨다.

도 5는 본 실시예에 따른 기판합착장치에서 두 기판의 정밀정렬 상태를 나타낸 단면도이다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 챔버승강기(130)는 제1 챔버(110)를 하 강시킨다. 제1 챔버(110)는 제1 기밀부재(140)의 상단에 접촉되며, 챔버승강기(130)는 제1 챔버(110)의 하강을 정지시킨다. 처리공간은 제1 기밀부재(140)에 의해 밀폐되며, 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)는 제1 기밀부재(140)에 의해 이격된다. (단계;S13)

이때 간격측정기(170)의 로더(172)는 제2 챔버(120)에 접촉된다. 제2 챔버(120)에 접촉된 로더는 제1 챔버(110)에 의해 가압되어 상승한다. 간격측정기(170)는 로더(172)의 변위량을 기준으로 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 간격을 산출하여 측정값으로 제공한다.

상술한 바와 같이 간격측정기(170)와 간격조절기(180)는 각각 복수로 배치된다. 이에 따라 복수의 간격측정기(170)는 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 각 테두리부의 간격을 각각 개별 측정한다. (단계;S15)

복수의 간격조절기(180)는 복수의 간격측정기(170)의 각 측정값에 따라 기판 스테이지(121)의 각 테두리부를 개별 승강시킨다. 즉, 측정값이 기 설정된 기준값보다 작은 경우, 해당 테두리부에 배치되는 간격조절기(180)는 기판 스테이지(121)의 해당 테두리부를 하강시킨다. 반면 측정값이 기준값보다 큰 경우, 해당 테두리부에 배치하는 간격조절기(180)는 기판 스테이지(121)의 해당 테두리부를 상승시킨다.

이와 같이 복수의 간격측정기(170)는 제1 챔버(110)와 제2 챔버(120)의 간격을 측정하고, 복수의 간격조절기(180)는 기판 스테이지(121)를 승강시켜 두 기판(S1, S2)의 간격을 정렬한다. (단계;S17)

두 기판(S1, S2)의 정밀정렬을 위해 카메라(150)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)의 두 얼라인마크를 촬영한다. 정렬 스테이지(160)는 두 얼라인마크(미도시)의 촬영결과에 따라 두 얼라인마크(미도시)가 오차범위, 예를 들어 수㎛ 내에서 일치하도록 정반을 회전 또는 평면 이동시킨다.

두 기판(S1, S2)의 정밀정렬이 종료되면 제1 기판(S1)은 정반(111)으로부터 낙하되어 제2 기판(S2)에 접촉된다.(단계;S19)

이후, 서로 접촉된 두 기판(S1, S2)에 압력을 가해 두 기판(S1, S2)을 합착시킨다.

도 1은 본 실시예에 따른 기판합착장치를 나타낸 종단면도이다.

도 2는 본 실시예에 따른 기판합착장치를 나타낸 횡단면도이다.

도 3은 본 실시예에 따른 기판합착방법을 나타낸 순서도이다.

도 4는 본 실시예에 따른 기판합착장치에서 두 기판의 개략정렬 상태를 나타낸 단면도이다.

도 5는 본 실시예에 따른 기판합착장치에서 두 기판의 정밀정렬 상태를 나타낸 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

110 : 제1 챔버 120 : 제2 챔버

121 : 기판 스테이지 170 : 간격측정기

180 : 간격조절기

Claims (14)

1. 내측에 제1 기판을 지지하는 제1 챔버;

   상기 제1 챔버에 대향되는 제2 챔버;

   상기 제2 챔버의 내측에 배치되어 상기 제1 기판에 대향되도록 제2 기판을 지지하는 기판 스테이지;

   상기 제1 챔버를 지지하며, 상기 제1 챔버를 승강시키는 챔버승강기;

   상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 사이에 배치되며, 상기 제1 챔버가 승강됨에 따라 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버에 의해 형성되는 처리공간의 기밀을 유지시키는 기밀부재;

   상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 사이에 배치되되, 상기 기밀부재의 외측에 배치되어 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버의 간격을 측정하여 측정값을 제공하는 간격측정기;및

   상기 기판 스테이지를 지지하며, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 간격을 조절하는 간격조절기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
2. 삭제
3. 측벽과 상기 측벽에 테두리부가 지지되는 상판으로 이루어지며, 상기 측벽의 내측에 제1 기판을 지지하는 상부챔버;

   상기 상부챔버에 대향되는 하부챔버;

   상기 하부챔버의 내측에 배치되어 상기 제1 기판에 대향되도록 제2 기판을 지지하는 기판 스테이지;

   상기 상부챔버를 지지하며, 상기 상부챔버를 승강시키는 챔버승강기;

   상기 측벽과 상기 하부챔버의 사이에 배치되어 상기 상부챔버와 상기 하부챔버의 간격을 측정하여 측정값을 제공하는 간격측정기;및

   상기 기판 스테이지를 지지하며, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 간격을 조절하는 간격조절기;를 포함하되,

   상기 간격측정기는

   상기 측벽에 고정되는 몸체와,

   상기 상부챔버의 승강에 따라 상기 하부챔버에 접촉되어 상기 몸체로부터 승강되는 로더를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
4. 내측에 제1 기판을 지지하는 상부챔버;

   하판과 상기 하판의 테두리부에 지지되는 측벽으로 이루어지며, 상기 상부챔버에 대향되는 하부챔버;

   상기 하부챔버의 내측에 배치되어 상기 제1 기판에 대향되도록 제2 기판을 지지하는 기판 스테이지;

   상기 상부챔버를 지지하며, 상기 상부챔버를 승강시키는 챔버승강기;

   상기 상부챔버와 상기 측벽의 사이에 배치되어 상기 상부챔버와 상기 하부챔버의 간격을 측정하여 측정값을 제공하는 간격측정기;및

   상기 기판 스테이지를 지지하며, 상기 측정값에 따라 상기 기판 스테이지를 승강시켜 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 간격을 조절하는 간격조절기;를 포함하되,

   상기 간격측정기는

   상기 측벽에 고정되는 몸체와,

   상기 상부챔버의 승강에 따라 상기 상부챔버에 접촉되어 상기 몸체로부터 승강되는 로더를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
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9. 삭제
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