KR101268397B1 - 기판합착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 기판합착장치는 챔버 및 상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착부재로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착부재에서 분리하기 위하여 자력에 의해 출몰하는 푸셔(PUSHER)를 구비하는 상부점착척을 가지는 상부 정반 및 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 점착하는 하부점착부재를 구비하는 하부점착척을 가지는 하부 정반 및 상기 하부 기판을 상기 하부점착부재에 안착 및 분리하기 위하여 상기 하부 정반에서 승하강하는 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부를 포함한다.

Description

기판합착장치{Substrate bonding apparatus and substrate bonding method}
본 발명은 기판합착장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점착척을 이용하여 기판을 유지하고, 자력에 의해 기판을 박리하는 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 기판을 지지하는 기판척을 구비한다. 기판척에는 여러 종류가 있는데, 주로 사용되는 것이 정전척이다. 정전척은 정전력을 이용하여 기판을 척킹한다. 따라서 정전척은 정전력을 발생시키기 위하여 전력을 소모한다. 정전척은 전력이 필요하고, 또한 제조와 제어가 매우 어렵다. 그리고 정전척의 제조비용은 매우 고가이다.
또한, 정전척은 잔류 정전기력에 의한 문제가 발생한다.
이러한 문제는 합착공정을 위해 새로운 기판을 스테이지에 안착 시킬 경우 앞선 공정에서 기판을 유지하기 위한 정전척의 잔류 정전기력에 의해 새로운 기판이 평탄하게 안착되지 않게 된다.
이로 인해 기판이 파손되기도 하였으며, 정확한 합착공정이 이루어지지 않아 공정수율이 저하되는 문제가 발생한다.
본 발명은 자력에 의해 출몰하는 푸셔를 통해 기판을 점착척에서 완전하게 박리가 가능한 기판합착장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 기판합착장치는 챔버 및 상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착부재로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착부재에서 분리하기 위하여 자력에 의해 출몰하는 푸셔(PUSHER)를 구비하는 상부점착척을 가지는 상부 정반 및 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 점착하는 하부점착부재를 구비하는 하부점착척을 가지는 하부 정반 및 상기 하부 기판을 상기 하부점착부재에 안착 및 분리하기 위하여 상기 하부 정반에서 승하강하는 리프트 핀 및 상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부를 포함한다.
상기 상부점착척은 둘레에 상기 상부점착부재가 구비되며 중심부분에 상기 푸셔가 위치하는 상부하우징, 상기 상부 기판을 일측면이 푸싱하는 상기 푸셔의 타측면에 구비되는 제 1 자석, 일단이 상기 제 1 자석에 연결되고 타단이 상기 상부하우징에 연결되는 탄성부재를 포함하고, 상기 리프트 핀의 상부에는 제 2 자석을 포함할 수 있다.
상기 하부점착척은 둘레에 상기 하부점착부재가 구비되며 수직방향으로 핀 홀이 형성된 하부하우징을 포함하고, 상기 리프트 핀은 상기 핀 홀에서 상하 승강할 수 있다.
상기 상부점착척은 둘레에 상기 상부점착부재가 구비되며 중심부분에 상기 푸셔가 위치하는 상부하우징, 상기 상부 기판을 일측면이 푸싱하는 상기 푸셔의 타측면에 구비되는 제 1 자석, 일단이 상기 제 1 자석에 연결되고 타단이 상기 상부하우징에 연결되는 탄성부재를 포함하고, 상기 하부점착척은 둘레에 상기 하부점착부재가 구비되며 수직방향으로 핀 홀이 형성된 하부하우징, 상기 하우징에 설치되는 제 2 자석을 포함하고, 상기 리프트 핀은 상기 핀 홀에서 상하 승강할 수 있다.
본 발명에 따른 기판합착장치는 자력에 의해 출몰하는 푸셔에 의해 기판이 점착척으로부터 완전하게 박리되어 기판의 합착효율이 증가되는 효과가 있다.
이상과 같은 본 발명의 기술적 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 기판합착장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 상부점착척의 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 상부점착척의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 다른 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 상부점착척의 작동상태를 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 또 다른 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 상부점착척 및 하부점착척을 나타낸 도면이다.
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 기판을 점착 및 분리하기 위하여 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(미부호)에 고정되고, 상부 챔버(100)는 유니버셜 조인트 또는 볼스크류 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. 도 4a 에 도시된 바와 같이, 상부점착척(120)은 다수개가 상부 정반(110)에 분포 설치된다. 이 상부점착척(120)은 상부 정반(110)에 몰입되는 형태로 설치되며, 중심부분에 홈(121a)이 형성된 상부하우징(121)을 구비하고, 상부하우징(121)의 둘레에는 상부점착부재(123)가 구비된다. 상부점착척(120)의 홈(121a)에는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 합착할 경우 상부 기판(S1)을 하부 기판(S2) 측으로 떼어내기 위해 자력에 의해 출몰하는 푸셔(112, pusher)가 구비된다.
상부하우징(121) 홈(121a)에는 제 1 자석(125)과 제 2 자석(127)이 구비된다. 제 1 자석(125)은 푸셔(112)의 타측면에 설치되며, 제 2 자석(127)은 홈(121a)의 바닥 부분에 설치된다. 홈(121a)에는 스프링 형태의 탄성부재(129)가 구비되며, 탄성부재(129)의 양단은 각각 제 1 자석(125)과 제 2 자석(127) 또는 제 1 자석(125)과 홈(121a)에 연결되어 푸셔(112)가 돌출된 후 몰입되는 것을 탄성 지지한다.
제 1 자석(125)과 제 2 자석(127)은 전자석으로 사용할 수 있으며, 이 경우 상부 기판(S1)이 상부점착부재(123)에 부착된 경우 제 1 자석(125)과 제 2 자석(127)은 반대 극성이 되어 인력(引力)이 작용하여 푸셔(112)가 홈(121a)의 내측에 위치한다.
이후 합착을 위해 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 정렬하고, 챔버(100)(200)를 밀착시킨 상태에서 진공을 형성한다. 진공상태 및 정렬이 완료된 후 상부 기판(S1)을 밀착시켜 하부 기판(S2) 측으로 떨어뜨리기 위해 제 1 자석(125)과 제 2 자석(127)의 극성이 동일하도록 전환하여 척력(斥力)에 의해 제 1 자석(125)이 부착된 푸셔(112)가 도 4b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(S1)을 밀도록 상부하우징(121)의 외부로 돌출된다.
푸셔(112)에 의해 상부 기판(S1)이 박리되면, 제 1 자석(125)과 제 2 자석(127)은 다시 반대 극성으로 전환되어 푸셔(112)는 상부하우징(121)의 내부로 몰입된다.
상부점착부재(123)와 후술할 하부점착부재(223)는 동일한 형태 및 재질로 사용된다. 점착부재(123)(223)는 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 점착부재(123)(223)는 압축성형이나 주입성형, 사출 성형, 타발 등에 의해 직접 외형이 형성될 수 있다.
그리고 점착부재(123)(223)의 기판(S1)(S2)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.
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. 하부점착척(212)은 하부하우징(221) 및 하부하우징(221)의 주변에 배치되는 하부점착부재(223)를 포함한다.
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. 리프트 핀(162)이 설치되는 하단부분에는 리프트 핀(162)의 승강을 가이드 함과 동시에 챔버(100)(200) 내부의 진공유지를 위한 벨로우즈(167)가 설치된다.
그리고 상부 챔버(100)에는 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)에 표시된 정렬마크(Align mark)를 촬영하여 기판들이 정확한 합착지점에 위치하였는지를 확인할 수 있도록 하는 카메라(미도시)가 설치될 수 있다. 카메라는 상부 챔버(100)를 관통하는 촬영홀(미도시)을 통하여 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)에 형성된 정렬 마크를 촬영한다. 이때, 카메라가 정렬 마크를 촬영할 수 있도록 조명장치(미도시)가 하부 챔버(200)의 하측에 설치되어 카메라로 조명을 제공하도록 할 수 있다.
상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)의 밀착에 의해 이들 사이의 공간은 공정 공간을 이룬다. 그리고 이 공정 공간 내부를 진공 분위기로 구현하기 위하여 고진공분자펌프(Turbo Molecular Pump, TMP) 및 드라이 펌프(Dry pump)가 챔버(100)(200)에 연결될 수 있다.
그리고 하부 챔버(200)의 외측 하부에는 하부 정반(210)과 연결된 하부 정반 정렬장치(230)가 설치된다. 하부 정반 정렬장치(230)는 UVW 스테이지일 수 있다. 그리고 하부 정반 정렬장치(230)의 하부에는 하부 정반 정렬장치(230)와 하부 정반(210)을 상하로 구동시키는 승강 구동부(240)가 설치된다. 이 승강 구동부(240)는 리니어 모터 또는 유압 액추에이터일 수 있다.
제어부(500)는 기판합착장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
상부 기판(S1)을 자력에 의해 박리시키는 방법은 도 5a 및 도 5b와 같은 형태로도 가능하다. 이 경우 제 2 자석(127)은 하부 정반(210)에 구비된다.
이에 따라, 하부 정반(210)에 구비된 제 2 자석(127)은 상부 정반(110)에 위치한 제 1 자석(125)과 동일한 극성을 유지하고 있다.
이후 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 정렬하고, 챔버(100)(200)가 진공이 형성된 후 합착을 위해 두 기판(S1)(S2)이 밀착한 상태에서 제 2 자석(127)이 제 1 자석(125)과 반대 극성이 되게 전환하여 인력을 발생시켜 상부 기판(S1)을 박리한다.
상부 기판(S1)을 자력에 의해 박리시키는 방법은 도 6과 같은 형태로도 가능하다. 이 경우 제 2 자석(127)은 리프트 핀(162)의 상부에 구비된다.
이에 따라, 리프트 핀(162)의 상부에 구비된 제 2 자석(127)은 상부 정반(110)에 위치한 제 1 자석(125)과 동일한 극성을 유지하고 있다.
이후 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 정렬하고, 챔버(100)(200)가 진공이 형성된 후 합착을 위해 두 기판(S1)(S2)이 밀착한 상태에서 제 2 자석(127)이 제 1 자석(125)과 반대 극성이 되게 전환하여 인력을 발생시켜 상부 기판(S1)을 박리한다.
이 경우 제 2 자석(127)의 상부에는 제 2 자석(127)이 하부 기판(S2)에 접촉하여 하부 기판(S2)에 긁힘 등이 발생하지 않도록 엔지니어링 플라스틱 또는 PEEK(141)등의 재질을 추가로 설치한다.
또한, 상부 기판(S1)을 자력에 의해 박리시키는 방법은 도 7과 같은 형태로도 가능하다 이 경우 제 2 자석(127)은 하부점착척(212)의 하부하우징(221)에 구비된다.
이에 따라, 하부하우징(221)에 구비된 제 2 자석(127)은 상부 정반(110)에 위치한 제 1 자석(125)과 동일 극성을 유지하고 있다.
이후 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)을 정렬하고, 챔버(100)(200)가 진공이 형성된 후 합착을 위해 두 기판(S1)(S2)이 밀착한 상태에서 제 2 자석(127)이 제 1 자석(125)과 반대 극성이 되게 전환하여 인력을 발생시켜 상부 기판(S1)을 박리한다.
이상의 본 발명의 일 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 212...하부점착척의 사시도이다.

Claims (4)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착부재로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착부재에서 분리하기 위하여 자력에 의해 출몰하는 푸셔(PUSHER)를 구비하는 상부점착척을 가지는 상부 정반;
    상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 점착하는 하부점착부재를 구비하는 하부점착척을 가지는 하부 정반;
    상기 하부 기판을 상기 하부점착부재에 안착 및 분리하기 위하여 상기 하부 정반에서 승하강하는 리프트 핀; 및
    상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부를 포함하되,
    상기 상부점착척은 둘레에 상기 상부점착부재가 구비되며 중심부분에 상기 푸셔가 위치하는 상부하우징과, 상기 상부 기판을 일측면이 푸싱하는 상기 푸셔의 타측면에 구비되는 제 1자석과, 일단이 상기 제 1자석에 연결되고 타단이 상기 상부하우징에 연결되는 탄성부재를 포함하고, 상기 리프트 핀의 상부에는 제 2자석이 구비되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  2. 삭제
  3. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착부재로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착부재에서 분리하기 위하여 자력에 의해 출몰하는 푸셔(PUSHER)를 구비하는 상부점착척을 가지는 상부 정반;
    상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 점착하는 하부점착부재를 구비하는 하부점착척을 가지는 하부 정반;
    상기 하부 기판을 상기 하부점착부재에 안착 및 분리하기 위하여 상기 하부 정반에서 승하강하는 리프트 핀; 및
    상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부를 포함하되,
    상기 하부점착척은 둘레에 상기 하부점착부재가 구비되며 수직방향으로 핀 홀이 형성된 하부하우징을 포함하고, 상기 리프트 핀은 상기 핀 홀에서 상하 승강하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  4. 챔버;
    상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착부재로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착부재에서 분리하기 위하여 자력에 의해 출몰하는 푸셔(PUSHER)를 구비하는 상부점착척을 가지는 상부 정반;
    상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 점착하는 하부점착부재를 구비하는 하부점착척을 가지는 하부 정반;
    상기 하부 기판을 상기 하부점착부재에 안착 및 분리하기 위하여 상기 하부 정반에서 승하강하는 리프트 핀; 및
    상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부를 포함하되,
    상기 상부점착척은 둘레에 상기 상부점착부재가 구비되며 중심부분에 상기 푸셔가 위치하는 상부하우징과, 상기 상부 기판을 일측면이 푸싱하는 상기 푸셔의 타측면에 구비되는 제 1 자석과, 일단이 상기 제 1 자석에 연결되고 타단이 상기 상부하우징에 연결되는 탄성부재를 포함하고, 상기 하부점착척은 둘레에 상기 하부점착부재가 구비되며 수직방향으로 핀 홀이 형성된 하부하우징과, 상기 하부하우징에 설치되는 제 2 자석을 포함하고, 상기 리프트 핀은 상기 핀 홀에서 상하 승강하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.



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