KR20080015546A - 기판 합착장치 - Google Patents

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KR20080015546A
KR20080015546A KR1020060076989A KR20060076989A KR20080015546A KR 20080015546 A KR20080015546 A KR 20080015546A KR 1020060076989 A KR1020060076989 A KR 1020060076989A KR 20060076989 A KR20060076989 A KR 20060076989A KR 20080015546 A KR20080015546 A KR 20080015546A
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Abstract

기판 합착장치는 챔버와 상기 챔버의 내부에 마련되어 상부기판을 부착하는 상부척과 상기 상부척의 하측에 마련되어 상기 상부기판과 합착되는 하부기판을 부착하는 하부척과 상기 상부기판의 면을 분할 가압할 수 있는 복수의 가압부 및 상기 가압부를 각각 제어하는 제어부를 구비한다. 이러한 기판 합착장치는 합착공간으로 유입되는 가스의 유량을 다수의 가압홀의 일부분에 대해서도 조절할 수 있어서, 기판을 압착시키는 가스가 기판의 전체면에 균일한 압력으로 가해지도록 하여 기판이 균일한 간격으로 합착될 수 있도록 한다. 또한 기판의 크기에 적절한 범위의 가압홀에서 가스가 유입되도록 하여 다양한 크기의 기판의 합착공정에도 적용될 수 있다.

Description

기판 합착장치{Apparatus for assembling substrates}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 상부챔버를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 상부챔버를 도시한 사시도 이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 작동상태를 간략히 도시한 작동상태도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 하부챔버
120 : 상부챔버
130 : 가압부(가압홀)
140 : 승강부
150 : 합착공간
160 : 가스공급부
170 : 제어시스템
본 발명은 기판 합착장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 기체를 이용하여 기판을 합착시키는 기판 합착장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회가 발전하면서 정보통신기기에 대한 관심이 높아지고 있으며, 정보통신기기에 필수적인 디스플레이 장치에 대한 요구도 다양해지고 있다. 소형 휴대폰의 고화질 액정화면에서부터 대형 TV에 사용되는 대형의 LCD(Liquid Crystal Display)가 개발되고 상용화되고 있다.
LCD는 액정(Liquid Crystal)의 굴절률의 비등방성(anisotropy)을 이용하여 화면에 정보를 표시하는 표시장치로서, 상부기판과 하부기판 및 양 기판 사이에 형성된 액정으로 이루어진다. 일반적으로 하부기판은 구동소자 에레이(Array) 기판이며, 상부기판은 칼라필터(Color Filter) 기판이다. 구동소자 에레이 기판에는 다수개의 화소가 형성되어 있으며, 각 화소에는 박막트랜지스터(Tin Film Transistor)와 같은 구동소자가 형성되어 있고, 칼라필터기판에는 칼라를 구현하기 위한 칼라 필터 층이 형성되어 있으며, 화소전극, 공통전극 및 액정분자를 배향하기 위한 배향막이 도포되어 있다.
이러한 표시장치의 제조공정에서 상부기판과 하부기판을 합착하는 공정은 반 드시 필요하다. 기판합착공정은 내부를 진공 상태로 형성시킬 수 있는 기판 합착장치에 의하여 수행된다.
기판 합착장치는 진공 상태를 유지할 수 있는 챔버의 내부에 마련되는 상부척과 하부척에 상부기판과 하부기판을 각각 부착한다. 챔버를 밀폐시키고 구동장치로 상부기판을 하부기판에 접근시키고 상부기판과 하부기판을 정렬한다. 챔버의 내부를 진공상태로 만들고 상부기판을 하부기판으로 낙하하여 밀봉재(sealant)가 접합되도록 한다. 상부기판을 균일한 압력으로 가압하여 양 기판을 합착시키는데, 기판을 가압하는 방법으로는 기구적 가압방식과 기체를 이용하여 가압하는 방식이 있다.
기구적 가압방식은 기판의 대형화에 따라 기판을 지지하는 구성요소들의 평행도 조절에 어려움이 있고, 진공상태에 의한 기판을 지지하는 구성요소들의 변형으로 균일한 가압에 어려움이 있다.
기체를 이용하여 가압하는 방식은 진공상태에서 접합된 기판의 외부에 기체를 공급하여 기체의 압력으로 기판을 압착하는 것이다. 가스공급부에서 상정반에 마련되는 다수의 가압홀로 가스를 공급하여 가압홀에서 상부기판으로 가스를 분사하여 기판을 가압하는데, 종래의 합착장치는 하나의 가스공급관을 통하여 상부척의 다수의 가압홀로 가스를 공급한다.
그러나, 기판의 대형화에 따라 상부척의 크기도 커지고 있어 다수의 가압홀에서 방출되는 가스의 압력을 균일하게 유지하는데 어려움이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 기판을 압착시키는 가스가 기판의 전체면을 균일한 압력으로 가압할 수 있도록 합착공간으로 유입되는 가스의 유량을 다수의 가압홀의 일부분에 대해서도 조절할 수 있는 기판 합착장치를 제공하기 위한 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 합착장치는 챔버와 상기 챔버의 내부에 마련되어 상부기판을 부착하는 상부척과 상기 상부척의 하측에 마련되어 상기 상부기판과 합착되는 하부기판을 부착하는 하부척과 상기 상부기판의 면을 분할 가압할 수 있는 복수의 가압부 및 상기 가압부를 각각 제어하는 제어부를 구비한다.
상기 가압부는 상기 상부척에 마련되어 상기 챔버의 내부로 가스를 방출하는 하나 이상의 가압홀일 수 있다.
상기 제어부는 가스의 유량을 조절하는 유량제어기(Mass flow controller)일 수 있고, 상기 가압홀에 진공을 형성시키는 진공펌프의 작동시 상기 가압홀로 가스가 공급되는 것을 차단하는 밸브를 더 구비할 수 있다.
한편, 상기 가압부는 상기 상부척에서 좌우대칭으로 구비될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하기로 한다.
우선, 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음을 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 합착장치는 하부챔버(110)와 하부챔버(110)와 이격된 상측에 상부챔버(120) 및 상부챔버(120)를 지지하고 승강시키는 승강부(140)를 구비한다.
승강부(140)는 상부챔버(120)를 지지하는 승강스크류(141)와 승강스크류(141)를 승강시켜 상부챔버(120)와 하부챔버(110)가 접합할 수 있도록 하는 승강구동부(142)로 구비된다. 상부챔버(120)와 하부챔버(110) 사이의 공간이 상부기판(S2)과 하부기판(S1)의 합착이 이루어지는 합착공간(150)이 된다.
하부챔버(110)의 상부에는 편평도를 유지하는 하정반(111)과 하부기판(S1)이 안착되는 하부척(112)이 마련된다. 하부척(112)은 하부기판(S1)이 정전기력으로 부착되도록 하는 정전척(Electro Static Chuck)일 수 있다.
상부챔버(120)의 하부에는 편평도를 유지하는 상정반(121)과 상부기판(S2)이 부착되는 상부척(122)이 마련된다. 상부척(122)은 상부기판(S2)이 정전기력으로 부착되도록 하는 정전척일 수 있다.
상부챔버(120)와 하부챔버(110)에는 상부기판(S2)과 하부기판(S1)을 흡착하여 승강시키는 기판승강장치(180)가 구비된다. 기판승강장치(180)는 기판(S1, S2)을 흡착하는 승강핀(181)과 승강핀(181)을 승강시키는 구동장치(182)로 마련된다.
상부척(122)에는 상부기판(S2)을 가압하는 가압부(130)가 마련된다. 가압부(130)는 합착공간(150)으로 가스를 방출하는 다수의 가압홀(130)일 수 있다. 뿐만아니라, 상부척(122)에 마련되는 다수의 승강핀(181)이 후술할 가스공급부(160)와 연결되어 가압홀(130)로써의 역할을 수행할 수 있다.
가압홀(130)은 유량제어기(MFC; Mass Flow Controller; 131)와 연결된다. 유량제어기(131)는 가압홀(130)로 공급되는 가스의 유량을 조절한다. 유량제어기(131)는 가스공급관(161)을 통하여 가스공급부(160)와 연결되는데, 각 유량제어기(131)에는 밸브(132)가 구비되어 가스공급부(160)에서 공급되는 가스를 차단할 수 있다.
가스공급부(160)는 유량제어기(131)로 가스를 공급하는 가스저장탱크로써 공급가스는 기판 합착과정에서 기판(S1, S2)에 영향을 미치지 않는 질소가스가 바람직하다.
한편, 가압홀(130)에 진공을 형성시키는 진공펌프(135)가 마련된다. 진공펌프(135)는 상부척(122)이 진공흡착척으로 작용할 때 진공배기하여 가압홀(130)에 진공을 형성시킨다.
유량제어기(131)와 진공펌프(135)는 제어시스템(170)에 의해 제어된다. 제어시스템(170)은 유량제어기(131)에서 측정된 가스의 유량 정보를 수신하고, 유량제 어기(131)와 진공펌프(135)로 작동명령을 송신한다.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 상부챔버를 도시한 사시도이다. 도 2는 상부챔버의 상측을 보여주고, 도 3은 상부챔버의 하측을 보여준다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상부챔버(120)의 상측에 유량제어기(131)와 밸브(132)가 구비된다. 유량제어기(131)는 상부챔버(120)의 상측에 배열되어 가스공급부(160)와 가스공급관(161)으로 각각 연결된다. 유량제어기(131)는 가압홀(130)과 연결되어 가압홀(130)에 가스를 유입시킨다. 그리고 가압홀(130)은 진공펌프(135)와 연결되어 가압홀(130)에 진공을 형성시킨다.
각 유량제어기(201, 202, 203, 204, 205, 206)는 가스공급부(160)에서 공급되는 가스를 합착공간(150)으로 방출하는 해당 가압홀(130)의 위치의 상부에 구비될 수 있으며, 각 유량제어기(201, 202, 203, 204, 205, 206)와 연결되는 가압홀(130)은 상부척(122)에서 균일하게 배열되고 좌우대칭으로 분포한다. 따라서, 유량제어기(201, 202, 203, 204, 205, 206)는 해당하는 가압홀(130)의 상부에 좌우대칭으로 균일하게 배열될 수 있다.
예를 들어, 제 2유량제어기(202)와 제 5유량제어기(205)를 중심으로 좌측에 제 1유량제어기(201)와 제 4유량제어기(204)가 구비되고, 우측에 제 3유량제어기(203)와 제 6유량제어기(206)가 구비된 경우, 제 2유량제어기(202)와 제 5유량제어기(205)는 제 2가압홀(212)과 제 5가압홀(215)에 연결되어 상부기판(S2)의 중앙부분을 가압하는 가스의 유입량을 조절하고, 제 1유량제어기(201)와 제 4유량제어 기(204)는 제 1가압홀(211)과 제 4가압홀(214)에 연결되어 상부기판(S2)의 좌측부분을 가압하는 가스의 유입량을 조절하며, 제 3유량제어기(203)와 제 6유량제어기(206)는 제 3가압홀(213)과 제 6가압홀(216)에 연결되어 상부기판(S2)의 우측부분을 가압하는 가스의 유입량을 조절한다.
따라서, 상부기판(S2)과 하부기판(S1)의 합착을 위해 상부기판(S2)을 가압하는 가스의 유입량을 각각의 유량제어기(201, 202, 203, 204, 205, 206)가 조절할 수 있다.
한편, 유량제어기(131)에 연결되는 가압홀(130), 즉 가압부(130)의 배열은 상술한 바에 한정되지 않으며, 상부척(122)을 2분할한 좌우대칭으로 구비될 수도 있고, 상부척(122)을 3분할하여 중앙의 가압부(130)를 기준으로 한 좌우대칭으로 구비될 수도 있으며, 2행렬(2by2 matrix) 배열이나 3행렬(3by3 matrix) 배열과 같이 격자형의 좌우대칭으로 구비될 수도 있다.
이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 작용에 대하여 설명한다.
기판 합착장치의 상부챔버(120)와 하부챔버(110)가 형성하는 합착공간(150)으로 상부기판(S2)이 반입되면 상부챔버(120)의 승강핀(181)이 상부기판(S2)을 흡착하여 상부척(122)에 부착하고, 하부기판(S1)이 반입되면 하부챔버(110)의 기판승강장치(180)가 하부기판(S1)을 하부척(112)에 안착시킨다. 이때, 상부척(122)과 하부척(111)에는 정전기력이 생성되어 상부기판(S2)과 하부기판(S1)을 부착한다.
한편, 상부척(121)은 진공흡착척으로서 진공펌프(135)로 가압홀(130)에 진공 을 형성하여 상부기판(S2)을 흡착할 수 있다. 진공펌프(135)가 가압홀(130)에 진공을 생성할 때, 가압홀(130)과 연결된 밸브(132)는 폐쇄되어 가압홀(130)의 진공상태가 유지되도록 한다. 이때, 진공펌프(135)의 작동과 밸브(132)의 작동은 제어시스템(170)의 제어명령에 의해 이루어진다.
양 기판(S1, S2)이 상부척(122)과 하부척(112)에 부착되면, 승강부(140)는 상부챔버(120)를 하강시켜 상부챔버(120)와 하부챔버(110)가 밀착되도록 하여 상부챔버(120)와 하부챔버(110) 사이의 합착공간(150)을 밀폐시킨다. 합착공간(150)이 밀폐되면 진공배기되어 상부챔버(120)와 하부챔버(110)의 내부는 진공상태가 된다. 이때, 상부챔버(120)의 하강상태와 기판(S1, S2)의 정렬상태는 센서(미도시)와 정렬유닛(미도시)에 의해 측정되고 조절된다.
양 기판(S1, S2)의 정렬이 완료되면, 상부척(122)의 정전기력을 제거하여 상부기판(S2)이 낙하하도록 한다. 상부기판(S2)은 낙하하여 하부척(112)의 하부기판(S1)과 접합된다.
가스공급부(160)는 유량제어기(131)로 가스를 공급하는데, 가스는 유량제어기(131)에서 조절되어 가압홀(130)을 통하여 합착공간(150)으로 유입된다. 가스는 상부기판(S2)을 압착하여 기판(S1, S2)의 가장자리에 도포된 밀봉재(sealant)에 의해 양 기판(S1, S2)이 견고히 합착되도록 한다.
각 유량제어기(131)는 제어시스템(170)에 의해 제어되는데, 도면을 참조하여 그 제어과정을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 합착장치의 작동상태를 간략히 도시한 작동상태도이다.
도 4를 참조하면, 각 유량제어기(311, 321, 331)는 통과하는 가스의 유량을 측정하여 제어시스템(170)으로 전달하고, 제어시스템(170)은 각 유량제어기(311, 321, 331)에 제어명령을 송신한다.
제 1유량제어기(311)를 통과하는 가스의 유량이 제 2유량제어기(321)와 제 3유량제어기(331)를 통과하는 가스의 유량보다 적어 각 가압홀(310, 320, 330)에서 방출되는 가스의 유량이 서로 다르게 된 경우의 예를 들어 설명한다.
각 유량제어기(311, 321, 331)는 통과하는 가스의 유량을 측정하여 제어시스템(170)으로 전달하고, 제어시스템(170)은 미리 설정된 가스의 유량과 비교하여 각 유량제어기(311, 321, 331)로 제어명령을 송신하는데, 미리 설정된 가스의 유량이 각 유량제어기(311, 321, 331)에서 동일하도록 설정된 경우, 제 1유량제어기(311)는 제어명령에 따라 통과하는 가스의 유량을 증가시킨다. 또는, 제 2유량제어기(321)와 제 3유량제어기(331)는 통과하는 가스의 유량을 감소시킨다.
각 유량제어기(311, 321, 331)는 통과하는 가스의 유량을 다시 측정하여 제어시스템(170)으로 전달하고, 제어시스템(170)은 설정된 가스의 유량과 다시 비교한다. 이러한 유량제어기(311, 321, 331)의 조절과정은 반복하여 진행될 수 있으며, 유량제어기(311, 321, 331)의 조절과정을 통하여 가압홀(310, 320, 330)에서 방출되는 가스의 유량을 균일하게 조절할 수 있다. 조절된 유량제어기(311, 321, 331)의 상태는 이후 반입되는 기판의 합착과정에서도 적용될 수 있다.
한편, 각 유량제어기(311, 321, 331)를 통과하는 가스의 유량을 각각 다르게 설정할 수도 있다. 상부척(122)의 가장자리에 위치한 가압홀(310, 330)에서 방출되는 가스는 상부기판(S2)의 면 밖으로 벗어나 실제로 가압하는 압력이 중앙의 가압홀(320)에서 방출되는 가스가 상부기판(S2)을 가압하는 압력보다 작을 수 있다. 따라서, 상부챔버(120)의 중앙에 위치한 유량제어기(321)를 통과하는 가스의 유량을 가장자리에 위치한 유량제어기(311, 331)를 통과하는 가스의 유량보다 적게 설정하여 실제로 상부기판(S2)을 가압하는 가스의 압력이 균일하도록 조절할 수 있다.
또한, 합착되는 기판(S1, S2)의 크기에 따라 유량제어기(311, 321, 331)의 작동상태를 미리 설정할 수 있다. 합착되는 기판(S1, S2)의 크기가 상부척(122)의 크기보다 작고 상부척(122)의 중앙에 위치하여 제 2유량제어기(321)를 통과하여 중앙의 가압홀(320)에서 방출되는 가스로 충분히 기판(S1, S2)을 합착시킬 수 있는 경우에는 양측의 밸브(312, 332)를 폐쇄하고 제 2유량제어기(321)에서만 가스를 통과시켜 중앙의 가압홀(320)에서만 가스를 방출하도록 한다.
따라서, 기판 합착장치로 반입되는 기판(S1, S2)의 크기에 따라 유량제어기(311, 321, 331)의 작동상태를 미리 설정하여 기판(S1, S2)의 크기에 적절한 범위에서 가스를 유입시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형 또는, 변경하여 실시할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
이상과 같은 본 발명에 따른 기판 합착장치는 합착공간으로 유입되는 가스의 유량을 다수의 가압홀의 일부분에 대해서도 조절할 수 있어서, 기판을 압착시키는 가스가 기판의 전체면에 균일한 압력으로 가해지도록 하여 기판이 균일한 간격으로 합착될 수 있도록 한다. 또한 기판의 크기에 적절한 범위의 가압홀에서 가스가 유입되도록 하여 다양한 크기의 기판의 합착공정에도 적용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 챔버;
    상기 챔버의 내부에 마련되어 상부기판을 부착하는 상부척;
    상기 상부척의 하측에 마련되어 상기 상부기판과 합착되는 하부기판을 부착하는 하부척;
    상기 상부기판의 면을 분할 가압할 수 있는 복수의 가압부; 및
    상기 가압부를 각각 제어하는 제어부;를 구비하는 기판 합착장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 가압부는 상기 상부척에 마련되어 상기 챔버의 내부로 가스를 방출하는 하나 이상의 가압홀인 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는 가스의 유량을 조절하는 유량제어기(Mass flow controller)인 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제어부는 상기 가압홀에 진공을 형성시키는 진공펌프의 작동시 상기 가압홀로 가스가 공급되는 것을 차단하는 밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 가압부는 상기 상부척에서 좌우대칭으로 구비되는 것을 특징으로 하는 기판 합착장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101937854A (zh) * 2009-06-29 2011-01-05 Ap系统股份有限公司 衬底固持器模块和具有该衬底固持器模块的衬底装配设备
KR101362298B1 (ko) * 2012-12-10 2014-02-13 주식회사 나래나노텍 지그 타입 플렉시블 패드를 이용한 기판 합착 장치 및 합착 방법

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