KR20080062424A

KR20080062424A - 기판 합착 장치 및 기판 합착 방법

Info

Publication number: KR20080062424A
Application number: KR1020060138217A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 김점재
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-03
Also published as: KR101319327B1

Abstract

본 발명은, 기판 합착 장치 및 기판 합착 방법에 관한 것으로, 보다 자세히는 상부 스테이지 또는 하부 스테이지 중 적어도 하나는 기판이 고정되는 표면이 곡면구조로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치 및 이를 이용한 기판 합착 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 곡면 구조를 가지는 스테이지를 구비한 기판 합착 장치 및 이를 이용한 기판 합착 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.

제1기판과 제2기판을 합착시키는 기판 합착 장치에 있어서, 상기 제1기판이 상부 스테이지로부터 디척킹될 때 제1기판과 제2기판의 얼라인 상태가 틀어지는 것을 방지하는 효과를 가지고, 제1기판이 기판의 중앙부분부터 바깥쪽으로 순차적으로 탈착되도록 하여 합착된 기판이 미세한 굴곡을 가지지 않게 함으로써, 미세한 굴곡에 의한 표시품위가 저하되는 문제를 방지하는 효과를 가진다.

기판 합착 장치, 스테이지, 곡면

Description

기판 합착 장치 및 기판 합착 방법{Apparatus and Method For Bonding Substrate}

도1은 종래 스테이지에서의 평면형 정반을 도시한 사시도.

도2a 내지 도2e는 평면형 구조의 스테이지를 이용한 종래의 기판 합착 방법의 공정도.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지에서 원통형 곡면 구조의 정반을 도시한 사시도.

도4a 및 도4b는 본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지에서 구면 구조의 정반을 도시한 평면도 및 단면도.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 구조의 스테이지를 구비한 기판 합착 장치의 구성도.

도6a내지 도6f는 본 발명의 실시예에 따른 곡면 구조의 스테이지를 구비한 기판 합착 장치를 이용한 기판 합착 방법의 공정도.

본 발명은, 기판 합착 장치 및 기판 합착 방법에 관한 것으로, 보다 자세히 는 상부 스테이지 또는 하부 스테이지 중 적어도 하나는 기판이 고정되는 표면이 곡률을 가지는 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치 및 이를 이용한 기판 합착 방법에 관한 것이다.

정보화 사회의 발전에 따라, 영상 정보를 출력하는 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양해지면서 기존의 CRT(Cathode Ray Tube)를 대체하는 PDP(Plasma Display Panel), FED(Field Emission Display), OLED(Organic Light Emitting Diode)와 같은 여러 가지 평판표시장치들이 등장하였다.

위와 같은 여러 가지 평판표시장치들 가운데에서 휴대폰 화면에서부터 대형 TV화면에까지 다양하게 쓰이고 있는 LCD(Liquid Crystal Display device, 이하 액정표시장치)는 가장 대표적인 평판표시장치라 할 것이다.

상기 액정표시장치를 제조하는 과정은, 일반적으로 박막 트랜지스터를 구비한 박막 트랜지스터 어레이 기판을 준비하는 단계와, 컬러필터층을 구비한 컬러필터 어레이 기판을 준비하는 단계와, 상기 두 기판을 합착하는 단계를 포함하여 구성되며, 상기 두 기판을 합착하는 단계는 기판 합착 장치에 의하여 수행된다.

상기 기판 합착 장치에는, 기판을 고정시키기 위하여 평면형의 스테이지가 사용되며, 상기 스테이지는 평면형의 정반과, 상기 정반에 장착된 정전척(chuck) 과, 상기 정반에 형성되어 상기 정전척 사이에 배치된 다수의 홀을 포함하여 구성된다.

도1은 정반을 도시한 사시도로써, 상기 정반(10)은 표면이 평면형의 구조로 형성되어 있고, 상기 표면에는 다수의 홀(12)이 형성되어 있다.

상기 홀(12)은 진공력을 전달하여 기판을 흡착시켜 고정시킨다.

다음 도2a 내지 도2e는 상기 평면형의 스테이지를 구비한 기판 합착 장치를 이용한 기판 합착 방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.

먼저 도2a에 도시된 바와 같이, 평면형의 상부 스테이지(10)와 평면형의 하부 스테이지(20) 각각에 제1기판(14a)과 제2기판(14b)이 고정된다.

상기 제1기판(14a)과 제2기판(14b)은 스테이지에 형성된 홀을 통해 전달된 진공력에 의해 스테이지에 고정된다.

상기 제1기판(14a)에는 두 기판을 합착시켜 고정시키는 씨일(seal)층(16)이 형성되어 있고, 상기 제2기판(14b)에는 액정(18)이 적하되어 있다.

다음으로, 도2b에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지(10)를 하강시켜서 제1기판(14a)을 제2기판(14b)에 근접시킨 후, 하부 스테이지(20)를 좌우 및 전후 방향으로 병진운동시키거나 회전운동시켜서 제1기판(14a)과 제2기판(14b)이 서로 얼라인(align) 되도록 한다.

이 때, TMP(Turbo Molecular Pump)나, 메커니컬 부스터 펌프(mechanical booster pump) 등을 사용하여 주변 환경은 진공환경이 되도록 한다.

이와 같이 주변 환경이 진공환경이 되면, 진공력에 의하여 기판이 스테이지 에 고정되지 못하므로, 상기 스테이지에 장착된 정전척에서 공급하는 정전기력에 의하여 기판이 스테이지에 척킹(chucking)됨으로써 고정된다.

다음으로, 도2c에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지에 고정된 제1기판(14a)을 상부 스테이지(10)에서 탈착시킨 후 두 기판을 합착하고, 상부 스테이지(10)를 상승시킨다.

상기 기판을 탈착시키는 과정은, 상기 정전척에서 공급하는 정전기력을 제거하여 기판을 디척킹(dechucking)시킴으로써 이루어진다.

다음으로, 도2d에 도시된 바와 같이, N₂ 가스와 같은 안정한 기체를 사용하여 합착된 기판에 균일하게 압력을 가한다.

다음으로, 도2e에 도시된 바와 같이, 합착된 기판 하부에 UV광(24)을 조사하여 씨일층이 경화되도록 한다.

위에서 설명한 과정들은, 진공 챔버(chamber)와 같은 진공 환경 하에서 수행된다.

그러나, 평면형의 스테이지를 사용하는 기판 합착 장치 및 기판 합착 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 정전기력에 의하여 스테이지에 고정된 기판을 스테이지로부터 분리할 때, 정전기력이 스테이지에 균일하게 분포되어 있지 않아서, 기판의 전면이 스테이지로부터 동시에 분리되지 않는 현상이 발생한다.

이와 같이, 기판이 스테이지로부터 분리될 때 전면이 동시에 분리되지 않으면, 상대적으로 처음 분리된 부분과 나중에 분리된 부분에서의 얼라인 상태가 틀어지는 문제가 있다.

둘째, 평면형의 스테이지에 상기 정전기력이 균일하게 분포되어 있지 않아서, 기판이 미세한 굴곡을 가지도록 스테이지에 고정되는 현상이 발생한다.

이와 같이, 기판이 미세한 굴곡을 가진 상태에서 합착이 되면, 합착된 기판의 표면이 미세하게 굴곡을 가지게 되어서 기판을 통과한 빛의 리타데이션 차이가 발생하게 되어 표시품위가 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 기판이 미세한 굴곡을 가지지 않고 합착되도록 하는 스테이지 구조를 가지는 기판 합착 장치 및 기판 합착 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 기판 합착 장치는, 기판이 고정되는 표면이 곡률을 가지는 구조로 형성된 스테이지를 구비한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 곡률을 가지는 스테이지를 구비한 기판 합착 장치는, 스테이지에 고정된 기판이 정전기력에 의해 미세한 굴곡을 가지면서 합착되는 것을 방지하는 효과를 가진다.

본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지는, 원통형 곡면의 표면을 가지는 정반과, 상기 정반과 대응되도록 원통형 곡면을 가지고 상기 정반에 장착되는 정전척 과, 상기 정반에 형성된 다수의 홀을 포함하여 구성된다.

도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지에 있어서, 원통형 곡면의 표면을 가지는 정반을 도시한 사시도이다.

도3에서 알 수 있듯이, 상기 정반(100)의 표면이 원통형 곡면의 구조를 가지도록 형성된다.

상기 표면에는 다수의 홀(112)이 형성되어 있고, 상기 홀(112)을 통해 진공력이 전달되어 기판이 흡착되어 스테이지에 고정된다.

상기 원통형 곡면의 구조를 가지는 정반은, 곡률을 두께가 가장 두꺼운 부분과 얇은 부분의 차이가 1 내지 2mm가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로 본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지는, 구면구조의 표면을 가지는 정반과, 상기 정반과 대응되도록 구면구조를 가지고 상기 정반에 장착되는 정전척과, 상기 정반에 형성된 다수의 홀을 포함하여 구성된다.

도4a는 본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지에 있어서, 정반을 도시한 평면도이고, 도4b는 도4a의 A~A´부와 B~B´부를 절단한 단면도이다.

도4a 및 도4b에서 알 수 있듯이, 본 발명의 제2실시예에 따른 정반(100)의 표면은 정반의 중앙의 두께가 가장 크고, 상기 중앙에서 동일한 거리에 있는 지점의 정반의 두께는 균일하도록 형성된 구면구조를 가진다.

상기 구면의 구조를 가지는 정반은, 곡률을 두께가 가장 두꺼운 부분과 얇은 부분의 차이가 1 내지 2mm가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도5를 참조로 하여, 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 구조를 가지는 기판 합착 장치에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 기판 합착 장치는, 도5에 도시된 바와 같이, 밀폐된 진공챔버(400)와, 상기 진공챔버(400) 내부에 위치한 상부 스테이지(100) 및 하부 스테이지(200)과, 상기 진공챔버(400) 내부를 진공으로 만드는 진공수단(180)과, 진공상태가 된 진공챔버를 다시 압력을 원상으로 돌리는 압력복원수단(400)과, 상기 상부 스테이지(100)을 상하로 이동시키는 상부 스테이지 이동수단(150)을 포함하여 구성되며,

상기 상부 스테이지(100)는 곡률을 가지는 곡면 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 곡면구조는 원통형 곡면 구조나 구면 구조로 형성되는 것이 가능하다.

또한, 하부 스테이지(200)만 곡면 구조를 가지거나, 상부 스테이지(100) 및 하부 스테이지(200) 모두 곡면 구조를 가지는 것도 가능할 것이다.

다음으로, 본 발명에 따른 기판 합착 장치를 이용한 기판 합착 방법에 대하여 설명하기로 한다.

다음 도6a 내지 도6f 본 발명에 따른 곡면 구조를 가지는 스테이지를 구비한 기판 합착 장치를 이용한 기판 합착 방법을 순서대로 나타낸 공정도이다.

먼저, 도6a에 도시된 바와 같이, 곡면 구조를 가지는 상부 스테이지(100)와 평면형의 하부 스테이지(200) 각각에 제1기판(110)과 제2기판(220)이 고정된다.

도시하지는 않았지만, 상기 곡면 구조를 가지는 상부 스테이지(100)와 평면형의 하부 스테이지(200)는 모두 진공챔버 내에 위치한다.

상기 제1기판(110)과 제2기판(220)은 스테이지에 형성된 홀을 통해 전달된 진공력에 의해 스테이지에 고정된다.

상기 스테이지의 곡면은 제1기판이 견딜 수 있는 스트레스(stress) 정도를 감안하여 설계해야 하며, 상기 곡면은 정반의 두께가 가장 두꺼운 부분과 얇은 부분의 차이가 1 내지 2mm가 되도록 설계하는 것이 바람직하다.

상기 제1기판(110)에는 두 기판을 합착시켜 고정시키는 씨일(seal)층(116)이 형성되어 있고, 상기 제2기판(220)에는 액정(118)이 적하되어 있다.

다음으로, 도6b에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지(100)를 하강시켜서 제1기판(110)을 제2기판(220)에 근접시킨 후, 하부 스테이지(20)를 좌우 및 전후 방향으로 병진운동시키거나 회전운동시켜서 제1기판(110) 과 제2기판(220)이 서로 얼라인(align) 되도록 한다.

이 때, TMP(Turbo Molecular Pump)나, 메커니컬 부스터 펌프(mechanical booster pump)와 같은 진공수단 등을 사용하여 합착 과정이 이루어지는 진공챔버 내부가 진공환경이 되도록 한다.

주변 환경이 진공환경이 되면, 제1기판(110) 과 제2기판(220)은 진공력이 아닌 상기 상부 스테이지(100) 및 하부 스테이지(200)에 장착된 정전척에서 공급하는 정전기력에 의하여 기판이 스테이지에 척킹(chucking)됨으로써 고정된다.

다음으로, 도6c에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지(100)에 고정된 기판에서 하부 스테이지(200)에 고정된 기판과 가장 근접한 부분이 맞닿도록 가합착한다.

다음으로, 도6d에 도시된 바와 같이, 상부 스테이지(100)에 고정된 제1기판(110)을 상부 스테이지(100)에서 탈착시킨 후 두 기판을 합착하고, 상부 스테이지(100)를 상승시킨다.

이 때, 제1기판(110)을 상부 스테이지(100)에서 탈착시키는 과정은, 기판의 중앙부분부터 바깥쪽으로 합착되어지도록 탈착시킨다.

즉, 상기 정전척에서 공급하는 정전기력을 기판의 중앙부분부터 바깥쪽으로 제거하여 기판을 디척킹(dechucking)시킴으로써, 제1기판(110) 및 제2기판(220)이 중앙에서부터 바깥쪽으로 합착되어지도록 한다.

이와 같이, 기판이 동시에 합착되지 않고 기판의 중앙부분부터 바깥쪽으로 순차적으로 합착되어지면, 기판의 표면에 미세한 굴곡을 발생시키지 않고 합착시키는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 도6e에 도시된 바와 같이, 압력복원수단을 이용하여 N₂ 가스와 같은 안정한 기체(222)를 진공챔버 내부에 공급하여, 합착된 기판에 균일하게 압력이 가해지도록 한다.

다음으로, 도6f에 도시된 바와 같이, 합착된 기판 하부에 UV광(224)을 조사하여 씨일층이 경화되도록 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

첫째, 제1기판이 디척킹될 때 상부 스테이지로부터 기판 전면이 동시에 분리되지 않아서, 제1기판과 제2기판의 얼라인 상태가 틀어지는 것을 방지하는 효과를 가진다.

둘째, 기판의 중앙부분부터 바깥쪽으로 순차적으로 합착되도록 함으로써, 합착된 기판이 표면에 미세한 굴곡을 가지지 않으므로, 미세한 굴곡에 의한 표시품위의 저하를 방지하는 효과를 가진다.

Claims

기판을 고정하기 위한 일면이 곡면 구조를 가지는 정반;

상기 정반에 장착되며, 상기 정반의 곡면과 동일한 곡률을 가지는 곡면으로 구성된 정전척;

상기 정반에 형성된 다수의 진공홀을 포함하여 구성된 기판 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 정반의 곡면은 원통형 곡면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 스테이지.
제1항에 있어서,

상기 정반의 곡면은 구면구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 기판 스테이지.
밀폐가 가능한 진공챔버;

상기 진공챔버를 진공상태로 만드는 진공수단.

상기 진공챔버 내부에 구비되고 기판을 고정시키는 상부 스테이지 및 하부 스테이지를 포함하는 기판 합착 장치에 있어서,

상기 상부 스테이지 또는 하부 스테이지 중 적어도 하나는 기판이 고정되는 표면이 곡면구조를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제4항에 있어서,

상기 곡면구조는 원통형 곡면 구조인 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제4항에 있어서,

상기 곡면구조는 구면구조인 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제4항에 있어서,

상기 상부 스테이지는 상부 스테이지를 상하로 이동시키는 상부 스테이지 이동수단을 구비하고, 상기 하부 스테이지는 하부 스테이지를 좌우 및 전후 병진운동시키는 하부 스테이지 이동수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제4항에 있어서,

상기 진공수단은 TMP(Turbo Molecular Pump) 또는 메커니컬 부스터 펌프(mechanical booster pump)인 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제4항에 있어서,

상기 진공챔버는 챔버 내부를 대기압상태로 만드는 압력복원수단을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
챔버 내부에 구비된 상부 스테이지에 제1기판을 고정시키는 단계;

상기 상부 스테이지와 마주보는 하부 스테이지에 제2기판을 고정시키는 단계;

상부 스테이지를 하강시켜 두 기판을 근접시킨 후 얼라인하는 단계;

상기 제1기판의 중앙부분부터 제2기판과 합착되도록 순차적으로 제1기판을 상부 스테이지로부터 분리하는 단계;

상기 기체의 압력을 이용하여 합착된 기판에 균일하게 압력을 가하는 단계를 포함하여 구성되는 기판 합착 방법.
제10항에 있어서,

상기 제1기판 및 제2기판을 고정시키는 단계는, 상부 스테이지 및 하부 스테이지에 형성된 진공홀을 통해 진공력으로 흡착하여 고정시키는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.
제10항에 있어서,

상기 얼라인하는 단계 이후에 챔버 내부를 진공으로 만드는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.
제12항에 있어서,

상기 챔버 내부를 진공으로 만드는 단계는, 제1기판 및 제2기판을 정전기력으로 고정시키는 단계와 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.
제10항에 있어서,

상기 제1기판에는 씨일층이 형성되고, 상기 제2기판에는 액정이 적하된 것을 특징으로 하는 기판 합착 장치.
제14항에 있어서,

상기 기체를 이용하여 합착된 기판에 압력을 가하는 단계 이후에, UV광을 조사하여 상기 씨일층을 경화시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 합착 방법.