KR101170740B1 - 기판 합착기 - Google Patents

기판 합착기

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KR101170740B1
KR101170740B1 KR1020060023012A KR20060023012A KR101170740B1 KR 101170740 B1 KR101170740 B1 KR 101170740B1 KR 1020060023012 A KR1020060023012 A KR 1020060023012A KR 20060023012 A KR20060023012 A KR 20060023012A KR 101170740 B1 KR101170740 B1 KR 101170740B1
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황재석
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엘아이지에이디피 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판을 균일하게 흡착할 수 있는 제어부를 구비하는 기판 합착 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 합착기는 상기 기판의 합착이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버부, 상기 챔버부 내에 서로 대면하도록 설치되는 상부 및 하부 스테이지, 상기 상부 및 하부 스테이지 중 적어도 하나에 마련된 다수 개의 흡착 홀, 상기 기판을 흡착시키기 위해 상기 흡착 홀에 제 1 압력을 형성시키는 제 1 진공 수단, 상기 챔버부 내부 공간을 제 2 압력으로 형성시키는 제 2 진공 수단, 상기 제 2 압력을 측정하기 위한 적어도 하나의 압력 측정 센서, 및 상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 일정하게 유지시키는 제어부를 포함한다. 본 발명에 따른 제어부를 구비하는 기판 합착기를 제공함으로써 챔버부 내부의 압력과 흡입 홀의 압력의 차를 일정하게 유지하여 기판을 상부 또는 하부 스테이지에 균일하게 흡착할 수 있다.
압력 측정 센서, 스테이지, 흡착 홀, 기판 합착기

Description

기판 합착기 {SUBSTRATE BONDING DEVICE}
도 1은 종래 기술에 따른 기판 합착기의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 기판 합착기의 개략적 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 기판 합착기의 상부 스테이지의 저면도.
※도면의 주요 부재에 대한 부호의 설명※
30 : 로딩 수단 110 : 챔버부
120 : 상부 스테이지 130 : 흡착 홀
131 : 진공 펌프 300 : 제어부
400 : 표시부
본 발명은 액정 표시 장치용 기판 합착 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기판을 균일하게 흡착할 수 있는 제어부를 구비하는 기판 합착 장치에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시 장치에 대한 요구도 다양한 형태로 점증하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 등 여러 가지 평판 표시 장치가 연구되어 왔고 일부는 이미 여러 장비에서 표시 장치로 활용되고 있다.
상기 표시 장치 중에, 현재 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징에 따른 장점으로 인하여 이동형 화상 표시 장치의 용도로 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하면서 LCD가 가장 많이 사용되고 있으며, 노트북 컴퓨터의 모니터와 같은 이동형의 용도 이외에도 방송 신호를 수신하여 디스플레이하는 텔레비젼 및 컴퓨터의 모니터 등으로 다양하게 개발되고 있다.
이와 같은 액정 표시 소자는 여러 분야에서 화면 표시 장치로서 역할을 하기 위해 여러 가지 기술적인 발전이 이루어졌음에도 불구하고 화면 표시 장치로서 화상의 품질을 높이는 작업은 상기 특징 및 장점과 배치되는 면이 많이 있다. 따라서, 액정 표시 소자가 일반적인 화면 표시 장치로서 다양한 부분에 사용되기 위해서는 경량, 박형, 저소비전력의 특징을 유지하면서도 고휘도, 대면적 등 고품위 화상을 얼마나 구현할 수 있는가에 발전의 관건이 걸려 있다고 할 수 있다.
상기와 같은 액정 표시 장치는 화상을 표시하는 액정 패널과 상기 액정 패널에 구동신호를 인가하기 위한 구동부로 크게 구분될 수 있으며, 상기 액정 패널은 일정 공간을 갖고 상호 합착된 제 1 및 제 2 유리 기판과, 상기 제 1 및 제 2 유리 기판 사이에 주입된 액정층으로 구성된다.
여기서, 상기 제 1 유리 기판(박막 트랜지스터 어레이 기판)에는, 일정 간격을 갖고 일 방향으로 배열되는 복수 개의 게이트 라인과, 상기 각 게이트 라인과 수직한 방향으로 일정한 간격으로 배열되는 복수 개의 데이터 라인과, 상기 각 게이트 라인과 데이터 라인이 교차되어 정의된 화소 영역에 매트릭스 형태로 형성되는 복수 개의 화소 전극과, 상기 게이트 라인의 신호에 의해 스위칭되어 상기 데이터 라인의 신호를 상기 각 화소 전극에 전달하는 복수 개의 박막 트랜지스터가 형성된다.
제 2 유리 기판(컬러 필터 기판)에는, 상기 화소 영역을 제외한 부분의 빛을 차단하기 위한 블랙 매트릭스층과, 컬러 색상을 표현하기 위한 R, G, B 컬러 필터층과 화상을 구현하기 위한 공통 전극이 형성된다. 이와 같은 제 1 및 제 2 기판은 스페이서(spacer)에 의해 일정 거리를 유지하게 되고 그 가장자리가 씨일재(sealant)에 의해 합착된다.
이와 같은 두 기판을 합착하기 위해서는 두 기판이 서로 마주보도록 합착 장치에 두 기판을 로딩하여 합착한다.
종래 기술에 따른 기판 합착기의 개략도인 도 1을 참조하면, 기판의 합착을 수행하는 공간인 챔버부(110)와, 기판을 지지하고 파지하는 스테이지부와, 상기 스테이지부를 상하로 구동시키는 구동 수단(150)을 포함한다.
상기 스테이지부는 상부 스테이지(120)와 하부 스테이지(121)를 포함하며, 두 개의 기판(박막 트랜지스터 어레이 기판과 컬러 필터 기판)(10, 20)을 상기 상부 스테이지(120)와 하부 스테이지(121)에 수평으로 각각 배치한 후 상하로 합착하는 구조로 되어 있다. 전술한 상부 스테이지(120)의 저면에는 기판(20)이 지지되고 일차적으로 가흡착되는 리프트 핀(도시 않음)이 다수 개 설치되어 있다. 상기 리프트 핀의 하단부에는 흡착 패드가 형성되고, 상기 흡착 패드는 진공을 이용하여 기판을 가흡착할 수 있다. 비록 도 1에서 하부 스테이지(121)에는 리프트 핀이 도시되지 않았지만 하부 스테이지(121)에도 기판(10)을 지지할 수 있는 리프트 핀이 마련되며, 하부 스테이지(121)에 구비된 리프트 핀은 상부 스테이지(120)의 것과 동일하게 구성되어 기판(10)을 가흡착할 수도 있다. 종래 기술의 기판 합착기는 합착기를 구성하는 상부 스테이지(120)와 하부 스테이지(121)가 합착기의 챔버(110) 내에 서로 대면하도록 설치되어, 기판 로딩 수단(30)에 의하여 상기 각 스테이지(120, 121)에 로딩된 기판(10, 20)들을 상하로 합착할 수 있는 구조로 되어 있다.
여기서, 흡착 공정은 도 1에 도시된 바와 같이 로딩 수단(30)에 의하여 챔버(110) 내에 설치되어 있는 상부 스테이지(120)에서 승강가능한 리프트 핀의 하부 영역에 기판(20)이 위치되면 진공 펌프(도시 않음)에 의해 전술한 리프트 핀 하단의 흡착 패드에 진공을 형성하여 컬러 필터 기판(20)을 리프트 핀의 하단에 가흡착시킨다. 이후, 리프트 핀이 상승하여 상부 스테이지(120)에 구비된 정전척(도시 않음)과 흡착 홀(130)에 의해 완전 밀착한 상태로 흡착된다. 상기 흡착 홀(130)은 진공 펌프(131)에 연결되어 기판(20)을 흡착할 수 있게 된다. 하부 스테이지(121)도 상부 스테이지(120)와 유사한 과정을 거쳐 박막 트랜지스터 어레이 기판(10)을 흡착하게 된다.
이후, 합착기 챔버(110) 내부가 밀폐된 상태에서 진공 펌프(140)의 구동에 의해 합착기 챔버(110) 내부가 진공을 이루고, 계속해서 스테이지 구동 수단(150) 의 구동에 의하여 상부 스테이지(120)의 하향 이동 및 하부 스테이지(121)의 상향 이동에 의해 각 기판(10, 20) 사이의 합착이 수행된다.
여기서, 기판(20)을 흡착하기 위해 진공 펌프(131)에 의해 발생되는 압력은 챔버부(110) 내부의 압력 보다 낮아야 하며, 상기 두 압력이 균일하게 유지되어야일관되게 기판(20)을 흡착하게 된다. 그러나, 실제로 챔버부(110) 내부가 진공 펌프(140)에 의해 배기될 때 챔버부(110) 내부의 형상이나 상황에 따라 그 분위기가 달라져서 챔버부(110) 내부의 압력을 일정하게 하기 어렵다. 따라서, 챔버부(110) 내의 압력이 상기 진공 펌프(140)에 연결된 압력 측정기(도시 않음)에 의해 계측되지만 실제 챔버부(110) 내의 압력과 진공 펌프(140)에 연결된 압력 측정기에 의해 계측된 압력은 서로 상이하다. 따라서, 진공 펌프(140)로 챔버부(110) 내의 압력을 정확히 제어하기 어렵기 때문에, 기판이 균일하게 합착되지 못하는 경우가 발생한다.
이와 같은 상태에서, 상부 스테이지(120)가 하강하는 중에 기판이 상부 스테이지(120)에서 떨어지는 경우가 발생할 수 있다. 기판이 챔버부 내에서 떨어지게 되면 기판 파손 문제뿐만 아니라, 챔버부 내부가 기판의 파편으로 인해 오염된다. 이러한 오염은 챔버 내부의 세정을 위하여 기판 합착기의 유휴 기간을 증가시키는 등 작업 공정에 악영향을 미치게 된다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 챔버부 내부의 압력과 흡입 홀의 압력의 차를 일정하게 제어하는 제어부를 구비하는 기판 합착기를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 기판 합착기는 상기 기판의 합착이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버부, 상기 챔버부 내에 서로 대면하도록 설치되는 상부 및 하부 스테이지, 상기 상부 및 하부 스테이지 중 적어도 하나에 마련된 다수 개의 흡착 홀, 상기 기판을 흡착시키기 위해 상기 흡착 홀에 제 1 압력을 형성시키는 제 1 진공 수단, 상기 챔버부 내부 공간을 제 2 압력으로 형성시키는 제 2 진공 수단, 상기 제 2 압력을 측정하기 위한 적어도 하나의 압력 측정 센서, 및 상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 일정하게 유지시키는 제어부를 포함한다.
여기서, 상기 상부 스테이지의 하부면 또는 하부 스테이지의 상부면에는 센서 장착홈이 형성되고, 상기 압력 측정 센서는 상기 센서 장착홈 내에 삽입될 수 있다. 상기 장착홈은 상기 압력 측정 센서가 상기 챔버부의 내부 공간과 연통하도록 상기 상부 또는 하부 스테이지의 외주연까지 연장될 수 있다. 상기 제어기는 상기 제 2 압력의 변동에 따라 상기 제 1 압력을 제어한다. 상기 압력 측정 센서는 상기 제어기와 무선 통신할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예들은 단지 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동 일한 부재를 지칭한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 기판 합착기의 개략적 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 합착기는 기판의 합착이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버부(110)와, 기판을 지지하고 파지하기 위해 상부 스테이지와 하부 스테이지로 구성된 스테이지부와, 상기 상부 및 하부 스테이지 중 적어도 하나에 마련된 다수 개의 흡착 홀(130)과, 상기 기판을 흡착시키기 위해 상기 흡착 홀(130)에 제 1 압력을 형성시키는 제 1 진공 펌프(131)와, 상기 챔버부(110) 내부 공간을 제 2 압력으로 형성시키는 제 2 진공 펌프(140)와, 상기 제 2 압력을 측정하기 위한 적어도 하나의 압력 측정 센서(200)와, 그리고 상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 일정하게 유지시키는 제어부(300)를 포함한다. 상기 기판 합착기는 상기 스테이지부를 상하로 구동시키는 제 1 구동 수단(150)과, 상기 제어부(300)와 연결되어 상기 제어부(300)에서 제어된 상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 표시하는 표시부(400)를 더 포함한다.
기판의 합착을 수행하는 내부 공간인 챔버부(110)는 상부 챔버와 하부 챔버로 구성되며, 공기 배출관(141)을 통해 연결된 진공 펌프(140)에 의해 그 내부가 진공 상태로 유지될 수 있다. 상기 공기 배출관(141)에는 개폐 밸브(142)가 마련되어 상기 공기 배출관(141)을 개폐시킨다. 또한, 상기 챔버부(110)에는 벤트관(143)이 마련되어 상기 챔버의 진공 상태를 해제시킨다.
상기 스테이지부는 상부 스테이지(120)와 하부 스테이지(121)를 포함하며, 본 발명에서는 하부 스테이지(121)가 상부 스테이지(120)와 동일하게 구성될 수 있으므로 상부 스테이지(120)에 대해서만 설명하기로 한다. 상기 상부 스테이지(120)는 제 1 구동 수단(150)에 연결되어 상하 이동이 가능하다. 상기 상부 스테이지(120)의 내부에는 상기 기판(20)을 흡착하기 위한 다수 개의 흡착 홀(130)이 마련되어 있다. 상기 흡착 홀(130)은 제 1 진공 펌프(131)에 의해 제 1 압력(P1)으로 설정될 수 있다.
상기 제 1 진공 펌프(131)는 전술한 바와 같이 기판(20)을 흡착하기 위해 상기 흡착 홀(130)에 제 1 압력(P1)을 제공하며, 후술하는 바와 같이 흡착 홀(130) 내의 제 1 압력(P1)과 챔버부(110) 내의 제 2 압력(P2)의 차를 일정하게 유지시키는 제어부(300)에 연결된다.
상기 압력 측정 센서(200)는 상기 챔버부(110) 내에, 바람직하게 상부 스테이지(120)의 하부면에 적어도 하나가 마련되어 상기 챔버부(110) 내의 압력(P2)을 측정한다. 이때, 상기 압력 측정 센서(200)가 상기 챔버부(110) 내의 압력을 측정하기 위해 상기 상부 스테이지(120) 내에는 상기 압력 측정 센서(200)를 장착하기 위한 장착홈(122, 도 3 참조)이 마련된다. 또한, 기판이 상기 상부 스테이지(120)에 흡착되었을 때에도 상기 장착홈(122)에 장착된 압력 측정 센서(200)가 상기 챔버부(110) 내의 압력을 측정하기 위해 상기 장착홈(122)은 상기 상부 스테이지(120)의 외주연까지 연장되어 상기 압력 측정 센서(200)가 상기 챔버부(110)의 내부 공간과 연통하게 된다. 상기 압력 측정 센서(200)는 상하로 이동 가능한 상부 스테이지(120)에 설치되기 때문에 상기 제어부(300)와 배선으로 연결하기가 용이하 지 않을 수 있기 때문에 상기 제어부(300)와 무선으로 신호 전송이 가능한 무선 측정 센서를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제어부(300)는 상기 제 1 진공 펌프(131)와 상기 압력 측정 센서(200)에 연결된 압력 측정기(도시 않음)로 각각 측정된 제 1 압력(P1)과 제 2 압력(P2)의 차를 일정하게 유지시킨다. 이에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 제 1 압력(P1)은 상부 스테이지(120)에 형성된 흡착 홀(130)에서 형성되어 기판(20)을 흡착하는 압력으로서, 제 1 진공 펌프(131)에 의해 형성되고 도시되지 않은 압력 측정기로 계측된다. 상기 제 2 압력(P2)은 제 2 진공 펌프(140)에 의해 형성되는 상기 챔버부(110) 내의 압력으로서, 본 발명의 압력 측정 센서(200)에 의해 측정된다. 상기 제 2 압력(P2)은 챔버부(110) 내부의 압력을 의미하는데, 상기 챔버부(110) 내부의 압력은 챔버부(110) 내부의 형상이나 상황에 따라 그 분위기가 달라지고 상기 제 2 진공 펌프(140)에 연결된 압력 측정기(도시 않음)로 측정되는 값과도 차이가 있기 때문에, 상기 제 2 진공 펌프(140)로 챔버부(110) 내부의 압력을 일정하게 하기는 어렵다. 따라서, 상기 압력 측정 센서(200)를 이용하여 챔버부(110) 내부의 압력을 측정한다. 상기 압력 측정 센서(200)는 상기 제어부(300)와 무선 통신한다. 이와 달리, 제 1 진공 펌프(131)에 의해 형성되는 흡착 홀(130)의 압력은, 흡착 홀(130)이 차지하는 공간이 작기 때문에 제 1 진공 펌프(131)에 연결된 압력 측정기(도시 않음)로 계측된 값과 동일하다고 간주될 수 있다. 따라서, 상기 제어부(300)는 제 1 진공 펌프(131) 및 압력 측정 센서(200)에 연결된 압력 측정기(도시 않음)로 각각 측정된 제 1 압력(P1)과 제 2 압력(P2)의 차가 일정하게 유지되도 록 제 1 압력(P1)을 제어하여 챔버부(110) 내의 압력 변화에 상관 없이 기판(20)이 상부 스테이지(120)에 균일한 힘으로 흡착될 수 있게 된다. 상기 압력차는 기판의 자중을 고려하여 기판(20)을 흡착하기에 충분한 압력차인 것은 물론이다. 상기 제어부(300)는 상기 압력차를 예를 들어, 비례미분적분(PID, proportional integral differential) 방식에 의해 일정하게 제어한다. 상기 제어부(300)에 의해 제어된 압력차는 표시부(400)에 의해 표시된다.
상기 로딩 수단(30)은 상기 챔버(110) 외측에 구비되어 챔버부 내부에 기판을 반입 및 반출하는 역할을 수행한다. 상기 로딩 수단(30)에 대해 보다 구체적으로 설명하면, 상기 로딩 수단(30)은 액정이 적하된 제 1 기판(10)의 반송을 위한 제 1 아암(31)과, 씨일재(도시 않음)가 도포된 제 2 기판(20)의 반송을 위한 제 2 아암(32)을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 아암(31, 32)은 2개 이상의 로봇 핑거(33)를 구비한다. 상기 제 1 및 제 2 기판(10, 20)은 각각 제 1 및 제 2 아암(31, 32)에 안착된 상태로 챔버부 내부를 반입 반출하게 된다. 이때, 상기 챔버부 내부로 상기 기판을 반입하기 전의 대기 상태에서는 상기 제 1 아암(31)이 제 2 아암(32)에 비해 상측에 위치되도록 배치된다. 이는 상기 제 1 아암(31) 상에 안착된 제 1 기판(10)이 그 상면에 액정이 적하된 상태이고 제 2 아암(32)에 안착된 제 2 기판(20)이 그 하면에 씨일재가 도포된 상태 즉, 제 2 기판(20)이 180도 회전되어 씨일재가 하방향을 향하고 있음을 고려할 때 상기 제 2 아암(32)이 제 1 아암(31)에 비해 상측에 위치될 경우 상기 제 2 아암(32)의 움직임에 따라 발생되어 비산될 수 있는 각종 이물질이 상기 제 1 아암(31)에 안착되어 있는 제 1 기판(10)의 액정 에 낙하되어 액정의 오염을 방지하기 위함이다.
도 3은 도 2에 도시된 상부 스테이지의 저면도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 압력 측정 센서(200)는 상부 스테이지(120)의 하부면에 장착된다. 상기 상부 스테이지(200)의 하부면에는 상기 압력 측정 센서(200)를 장착하기 위한 장착홈(122)이 형성되어 있다. 상기 장착홈(122)은 상기 상부 스테이지(120)의 외주연까지 연장되어 상기 챔버부(110)의 내부 공간과 연통되어 있어 상기 압력 측정 센서(200)가 상기 챔버부(110)의 압력을 측정할 수 있다. 상기 장착홈(122)이 상기 챔버부(110) 내부와 연통하도록 상기 상부 스테이지(120)의 외주연까지 연장하는 이유는 그렇지 않을 경우에 상기 상부 스테이지(120)가 기판(20)을 흡착하면 상기 압력 측정 센서(200)가 상기 기판(20)에 의해 밀폐되므로 더 이상 챔버부(110)의 압력을 측정할 수 없게 되는 문제를 방지하기 위함이다.
한편, 본 발명에서는 상기 압력 측정 센서(300)가 상기 상부 스테이지(120) 하부면 마련된 것을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 상기 압력 측정 센서(300)가 하부 스테이지(121)의 상부면을 포함하여 상기 상부 스테이지에 인접한 챔버부(110) 내의 임의 위치에 마련되어 챔버부(110) 내의 압력을 측정할 수도 있다.
또한, 상기 실시예에서는 본 발명의 압력 측정 센서(300)가 1개 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 압력 정밀도 및 챔버부 내의 내부 공간 등을 고려하여 그 개수가 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 제어부를 구비하는 기판 합착기를 제공함으로써 챔버부 내부의 압력과 흡입 홀의 압력의 차를 일정하게 유지하여 기판을 상부 또는 하부 스테이지에 균일하게 흡착할 수 있다.

Claims (5)

  1. 기판 합착기에 있어서,
    상기 기판의 합착이 수행되는 내부 공간을 갖는 챔버부,
    상기 챔버부 내에 서로 대면하도록 설치되는 상부 및 하부 스테이지,
    상기 상부 스테이지의 하부면 또는 하부 스테이지의 상부면에 형성되어, 상기 챔버부의 내부 공간과 연통되도록 상기 상부 또는 하부 스테이지의 외주면까지 연장되는 장착홈;
    상기 상부 및 하부 스테이지 중 적어도 하나에 마련된 다수 개의 흡착 홀,
    상기 기판을 흡착시키기 위해 상기 흡착 홀에 제 1 압력을 형성시키는 제 1 진공 수단,
    상기 챔버부 내부 공간을 제 2 압력으로 형성시키는 제 2 진공 수단,
    상기 장착홈 내에 삽입되어 상기 챔버부의 내부 공간과 연통되며, 상기 제 2 압력을 측정하기 위한 적어도 하나의 압력 측정 센서, 및
    상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 일정하게 유지시키는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제 1 압력과 제 2 압력의 차를 비례미분적분(PID, proportional integral differential) 방식으로 제어하는 수단인,
    것을 특징으로 하는,
    기판 합착기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는 상기 제 2 압력의 변동에 따라 상기 제 1 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    기판 합착기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 측정 센서는 상기 제어부와 무선 통신하는 것을 특징으로 하는,
    기판 합착기.
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