KR101261489B1 - 기판합착장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 기판합착장치는 상부 기판을 점착 유지하는 상부점착척이 구비된 상부 정반을 가지는 상부 챔버; 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부 기판을 수취하는 리프트 핀 및 상기 하부 기판을 점착 유지하는 하부점착척이 구비된 하부 정반을 가지는 하부 챔버; 상기 하부 챔버에 구비되어 상기 상부 정반을 승강시키는 정반 승강부; 상기 상부 챔버와 상기 상부 정반 사이에 구비되어 상기 상부 정반 하강 시 상기 상부 정반의 회전을 방지하기 회전 방지부를 포함는바 상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 기판을 하강시킬 경우 상부 정반이 회전이 되지 않는 상태로 안정적으로 하강하여 합착정도가 향상되는 효과가 있다.

Description

기판합착장치{Substrate bonding apparatus}

본 발명은 기판합착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 유지하는 정반이 하강할 경우 정반을 안정적으로 하강시켜 기판의 합착정도가 향상되는 기판합착장치에 관한 것이다.

기판합착장치는 평판 디스플레이 패널의 제조를 위하여 두 개의 기판을 합착하기 위한 장치로써 LCD, PDP, OLED 등과 같은 다양한 평판 디스플레이 패널의 제조에 사용된다.

기판합착장치를 이용하여 기판을 합착하기 위하여 기판합착장치는 상부기판과 하부기판이 각각 유지되는 상부정반과 하부정반을 구비한다.

상부 정반과 하부 정반은 상부 기판과 하부 기판이 각각 유지된 상태에서 상부 기판과 하부 기판을 정렬하며, 상부 정반을 하부 정반 측으로 하강시켜 상부 기판 및 하부 기판을 합착한다.

그러나 종래의 합착장치는 상부 기판이 유지된 상부 정반을 하강시킬 경우 상부 정반이 회전하여 정렬이 흐트러져 합착정도가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 상부 정반의 하강을 안정적으로 유지하여 기판의 합착정도를 향상시킬 수 있는 기판합착장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 기판합착장치는 상부 기판을 점착 유지하는 상부점착척이 구비된 상부 정반을 가지는 상부 챔버; 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부 기판을 수취하는 리프트 핀 및 상기 하부 기판을 점착 유지하는 하부점착척이 구비된 하부 정반을 가지는 하부 챔버; 상기 하부 챔버에 구비되어 상기 상부 정반을 승강시키는 정반 승강부; 상기 상부 챔버와 상기 상부 정반 사이에 구비되어 상기 상부 정반 하강 시 상기 상부 정반의 회전을 방지하기 회전 방지부를 포함한다.

상기 회전 방지부는 상기 상부 정반의 상부에 구비되는 단면이 다각형인 지지축, 상기 지지축이 삽입되도록 상기 상부 정반에 구비되는 삽입홈을 포함할 수 있고, 상기 상부 챔버와 상기 상부 정반에는 상기 상부 정반 하강 시 상기 상부 정반의 회전을 방지하기 위한 판스프링을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 기판합착장치는 기판을 하강시킬 경우 상부 정반이 회전이 되지 않는 상태로 안정적으로 하강하여 합착정도가 향상되는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 기판합착장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 상부 정반 및 상부 챔버의 분해 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하에서 개시되는 실시예에서는 기판합착장치를 실시예로 하여 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 기판합착장치 뿐만 아니라 기판처리를 위한 식각장치, 증착장치 및 기타 다양한 장치에서 사용될 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 기판합착장치는 챔버를 구비한다. 챔버는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 안착되는 상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)를 포함한다. 하부 챔버(200)는 베이스(400)에 고정되고, 상부 챔버(100)는 유니버셜 조인트(Universal joint) 또는 잭 스크류(Jack screw) 등으로 구성된 챔버 승강부(300)에 의해 승강된다.

상부 챔버(100)에는 상부 정반(110)이 설치되고, 상부 정반(110)에는 상부 기판(S1)을 점착하는 상부점착척(120)이 구비된다. 상부점착척(120)은 다수개가 상부 정반(110)에 분포 설치된다. 이 상부점착척(120)의 중심부분에는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 합착할 경우 상부 기판(S1)을 하부 기판(S2) 측으로 떼어내기 위해 에어(AIR)에 의해 팽창하는 다이어프램(112)이 구비된다. 이러한 다이아프램(112)의 주변에는 점착부재(미도시)가 구비된다. 점착부재는 상부점착척(120) 및 후술할 하부점착척(212)에 공통적으로 사용된다. 점착부재는 소량의 규소 원자와 결합하는 알케닐기(alkenyl)를 함유하는 오르가노폴리실록산(10 내지 75 중량부), 오르가노히드로젠폴리실록산(5 내지 30 중량부) 및 부가 반응 촉매 등을 주성분으로 하는 부가 반응 경화형 실리콘 고무 조성물을 경화시킴으로써 제조된다. 또한 점착부재는 압축성형이나 주입성형, 사출 성형, 타발 등에 의해 직접 외형이 형성될 수 있다.

그리고 점착부재의 상부 기판(S1)과 점착되는 표면 외의 다른 표면에는 필요에 따라 밀폐막(미도시)이 코팅될 수 있다. 이 밀폐막은 액상 실리콘 고무(LSR : Liquid Silicone Rubber), 상온 경화(RTV) 탄성체(Room-Temperature-Vulcanizing (RTV ) Elastomers), 고밀도실리콘고무(HCR : High Consistency Silicone Rubber), 실리콘 변성 유기화합물(SMO) 탄성체 에멀젼(Silicon-Modified Organic (SMO) Elastomeric Emulsion) 및 그 외의 밀폐 기능을 수행할 수 있는 성분으로 코팅되어 형성될 수 있다.

그리고 상부 챔버(100)에는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)에 표시된 정렬마크(Align mark)를 촬영하여 기판(S1)(S2)들이 정확한 합착지점에 위치하였는지를 확인할 수 있도록 하는 카메라(181)가 설치될 수 있다. 카메라(181)는 상부 챔버(100)를 관통하는 촬영홀(181a)을 통하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)에 형성된 정렬 마크를 촬영한다. 이때, 카메라(181)가 정렬 마크를 촬영할 수 있도록 조명장치(199)가 하부 챔버(200)의 하측에 설치되어 카메라(181)로 조명을 제공하도록 할 수 있다.

상부 챔버(100)에는 상부 기판(S1)이 내부로 반입되면 하강하여 상부 기판(S1)을 진공흡착하기 위한 진공 흡착핀(139)이 구비된다. 반입된 상부 기판(S1)을 진공흡착한 진공 흡착핀(139)은 이후 상승하여 상부 정반(110)측으로 이동하며, 상부 정반(110)에 구비된 상부 점착척(120)에 상부 기판(S1)이 점착 유지되게 한다. 진공 흡착핀(139)은 흡착핀 승강부(141)에 의해 승강한다.

상부 정반(110)의 양측에는 지지바(111)가 구비된다. 지지바(111)는 후술할 정반 승강부(244)에 의해 지지되어 정반 승강부(244)에 의해 승강하는 상부 정반(110)을 지지한다.

그리고 상부 챔버(100)와 상부 정반(110)의 사이에는 상부 정반(110)이 정반 승강부(244)에 의해 승강할 경우 상부 정반(110)이 회전하는 것을 방지하기 위한 회전 방지부(410)가 구비된다.

회전 방지부(410)는 상부 정반(110)의 상부에 구비되는 단면이 다각형인 지지축(412)과 지지축(412)이 삽입되도록 상부 챔버(100)에 형성되는 삽입홈(101)을 포함한다. 지지축(412)을 다각형 형태로 하는 것은, 상부 정반(110)이 승강 할 경우 상부 정반(110)이 회전하지 않도록 다각형 형태로 지지해주기 위한 것이다. 이에 따라, 상부 정반(110)은 하강 시 회전이 방지되어 하부 기판(S2)에 상부 기판(S1)을 정확하게 위치시켜 합착할 수 있어 합착정도가 향상된다.

또한, 상부 챔버(100)와 상부 정반(110)의 사이에는 상부 정반(110)이 정반 승강부(244)에 의해 승강할 경우 상부 정반(110)이 회전하는 것을 방지하기 위한 판 스프링(522)이 구비된다. 판 스프링(522)은 대략 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 상부 챔버(100)와 상부 정반(110)에 양단이 각각 고정된다.

판 스프링(522)은 복수개가 설치되어, 상부 정반(110)이 하강하면 그 사이가 벌어지고, 상승하면 원래 상태로 복구된다.

하부 챔버(200)에는 하부 정반(210)이 설치되고, 하부 정반(210)에는 하부 기판(S2)을 척킹하는 하부점착척(212)이 설치된다. 하부 정반(210)에 설치되는 하부점착척(212)은 하부 기판(S2)을 안착하여 유지하기 위한 것으로, 본 실시예에서는 점착척으로 설명하나, 정전기력으로 기판을 척킹하는 정전척(Electro Static Chuck, ESC)일 수 있다.

그리고 하부 정반(210)에는 하부 정반(210)과 하부점착척(212)을 관통하여 출몰하는 다수개의 리프트 핀(162, Lift Pin)이 구비된다. 이 리프트 핀(162)은 하부점착척(212)에 안착되는 하부 기판(S2)이 반입될 때 하부 기판(S2)의 저면으로 상승하여 하부 기판(S2)을 받쳐 지지하고, 이후 하강하여 하부점착척(212)에 하부 기판(S2)을 안착시키는 역할을 한다. 그리고 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)이 합착된 후 합착된 패널을 외부로 반출하기 위하여 패널을 상승시키는 역할을 한다. 이러한 리프트 핀(162)은 복수개가 배치되어 하부 기판(S2)을 지지하며, 핀 플레이트(172)에 그룹핑되어 리프트 핀 구동부(290)에 의해 승강한다. 핀 플레이트(172) 및 핀 구동부(290)는 복수개로 구비할 수 있다. 이 경우 필요에 따라 기판(S2)의 외곽부분 및 중심부분을 별도로 지지하는 리프트 핀(162) 및 이들을 그룹핑하는 핀 플레이트(172)를 별도로 구비하고, 별도의 리프트 핀 구동부(290)도 구비하여 작동한다. 리프트 핀(162)이 설치되는 하단부분에는 리프트 핀(162)의 승강을 가이드 함과 동시에 챔버(100)(200) 내부의 진공유지를 위한 벨로우즈(미도시)가 설치된다. 앞서 설명한 리프트 핀(162)은 상술한 바와 같이 핀 구동부(290)에 의해 승강할 수 있으며, 리프트 핀(162)을 고정시킨 상태로 하부 정반(210)을 승강시켜 리프트 핀(162)이 상대적으로 승강하는 형태로 하여 하부 기판(S2)을 수취하는 형태로도 제작할 수 있다.

그리고 하부 챔버(200)의 측벽에는 상부 정반(110)을 승강 시키는 리니어 액추에이터(Linear actuator)와 같은 형태의 정반 승강부(244)가 구비된다. 정반 승강부(244)에는 앞서 설명한 상부 정반(110)의 지지바(111)가 얹히는 상태로 위치하여 정반 승강부(244)의 작동에 의해 상부 정반(110)의 승강을 안정적으로 지지한다.

정반 승강부(244)의 단부에는 지지바(111)가 안정적으로 얹히도록 V자 형태의 노치가 형성된다.

상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)가 밀착되어 이들 사이의 공간은 공정 공간을 형성한다. 그리고 이 공정 공간 내부를 진공 분위기로 구현하기 위하여 고진공분자펌프(Turbo Molecular Pump, TMP) 및 드라이 펌프(Dry pump)가 챔버(100)(200)에 연결된다.

그리고 하부 챔버(200)의 외측 하부에는 하부 정반(210)과 연결된 하부 정반 정렬장치(미도시)가 설치될 수 있다. 하부 정반 정렬장치는 UVW 스테이지일 수 있다. 미설명 부호 622는 기밀형성을 위한 오링(O-ring)이다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성의 본 실시예에 따른 기판합착장치의 작동 상태에 대하여 설명한다.

상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)가 이격된 상태에서 로봇(미도시)이 상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)의 사이의 공간으로 상부 기판(S1)을 반입하면 상부 정반(110)에 설치된 진공흡착핀(139)이 하강하여 상부 기판(S1)을 진공흡착한 후 상승하여 상부 정반(110)에 설치된 상부점착척(120)에 상부 기판(S1)을 점착시킨다.

다음으로 로봇에 의해 하부 기판(S2)이 반입되면 하부 기판(S2)을 받쳐 지지하기 위하여 리프트 핀(162)이 상승하여 하부 기판(S2)을 지지한 상태에서 로봇은 외부로 빠져나간다. 이후 리프트 핀(162)은 하강하여 하부 정반(210)의 하부점착척(212)에 하부 기판(S2)을 안착시킨다.

그리고 챔버 승강부(300)에 의해 상부 챔버(100)가 하강하여 하부 챔버(200)와 밀착되어 기밀 상태가 되며, 펌프에 의해 내부는 진공상태로 전환된다.

상부 챔버(100)가 하강하면 카메라(181)에 의해 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)은 정렬이 실시된다. 또는, 상부 챔버(100)를 하강한 후 정렬을 할 수도 있다.

상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)가 밀착된 상태에서 진공이 형성되는 가운데 카메라(181)에 의해 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)은 계속해서 정렬 상태를 확인하고, 이러한 상태에서 정반 승강부(244)에 의해 상부 정반(110)이 하강하여 상부 기판(S1)이 하부 기판(S2)과 수㎛ 범위 내에서 근접한다. 상기와 같이 상부 정반(110)이 하강할 경우 다각형 형태의 지지축(412)을 포함하는 회전 방지부(410)에 의해 상부 정반(110)은 회전하지 않는 상태로 안정적으로 하강하여 합착 정도가 유지된다.

이후 상부 점착척(120)의 다이아프램(112)이 팽창하여 상부 기판(S1)을 하부 기판(S2) 측으로 박리하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)은 합착된다.

합착이 완료되면, 챔버(100)(200)는 진공상태에서 대기상태로 전환되고, 챔버(100)(200)는 개방된 후 리프트 핀(162)이 상승하여 합착된 기판(S1)(S2)을 받쳐 지지한 상태에서 외부에서 로봇이 진입하여 합착된 패널을 외부로 반출한다.

이상의 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

100...상부 챔버 200...하부 챔버
110...상부 정반 210...하부 정반
120...상부점착척 410...회전 방지부

Claims (3)

1. 상부 기판을 점착 유지하는 상부점착척이 구비된 상부 정반을 가지는 상부 챔버;
   상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부 기판을 수취하는 리프트 핀 및 상기 하부 기판을 점착 유지하는 하부점착척이 구비된 하부 정반을 가지는 하부 챔버;
   상기 하부 챔버에 구비되어 상기 상부 정반을 승강시키는 정반 승강부;
   상기 상부 챔버와 상기 상부 정반 사이에 구비되어 상기 상부 정반 하강 시 상기 상부 정반의 회전을 방지하기 회전 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 회전 방지부는 상기 상부 정반의 상부에 구비되는 단면이 다각형인 지지축, 상기 지지축이 삽입되도록 상기 상부 정반에 구비되는 삽입홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 상부 챔버와 상기 상부 정반에는 상기 상부 정반 하강 시 상기 상부 정반의 회전을 방지하기 위한 판스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.

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