KR20130054307A - 기판합착장치 및 기판합착방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 기판합착장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착척으로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착척에서 분리하기 위하여 팽창하는 다이아프램을 가지는 상부 정반; 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 하부점착척으로 점착하고, 상기 하부 기판을 상기 하부점착척에 안착 및 분리하기 위하여 승하강하는 리프트 핀을 가지는 하부 정반; 상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부; 상기 하부 정반에 길이가 긴 형태로 형성되어 상기 하부 정반에 안착되는 상기 하부 기판을 평탄한 형태로 흡착하기 위한 복수개의 흡착홈을 포함하는바 상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면 기판이 안착될 경우 중심부분에서 외곽부분으로 펼치듯 흡착하여 기판을 평탄하게 유지할 수 있어 기판의 파손이 방지되고, 정확한 합착에 따라 수율이 향상되는 효과가 있다.

Description

기판합착장치 및 기판합착방법{Substrate bonding apparatus and substrate bonding method}

본 발명은 기판합착장치 및 기판합착방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판을 평탄하게 유지하여 흡착할 수 있는 기판합착장치 및 기판합착방법에 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 기판을 평탄하게 흡착할 수 있는 기판합착장치 및 기판합착방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 기판합착장치는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착척으로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착척에서 분리하기 위하여 팽창하는 다이아프램을 가지는 상부 정반; 상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 하부점착척으로 점착하고, 상기 하부 기판을 상기 하부점착척에 안착 및 분리하기 위하여 승하강하는 리프트 핀을 가지는 하부 정반; 상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부; 상기 하부 정반에 길이가 긴 형태로 형성되어 상기 하부 정반에 안착되는 상기 하부 기판을 평탄한 형태로 흡착하기 위한 복수개의 흡착홈을 포함한다.

상기 흡착홈은 상기 하부 기판의 중심에서 외곽으로 흡착이 진행되고, 상기 흡착홈은 상기 하부 기판을 기준으로 상하 대칭되는 형태로 형성되거나 좌우 대칭되는 형태로 형성될 수 있다.

상기 흡착홈은 상기 하부 기판의 대각선 부분에 형성되는 것이 가장 길게 형성되고, 상기 하부 정반에는 상기 흡착홈에 흡착력을 제공하기 위해 상기 하부 정반을 수직 관통하여 상기 흡착홈에 연결되는 흡착홀이 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 기판합착방법은 상부 기판을 상부 정반에 설치된 상부점착척에 점착하고, 하부 기판을 하부정반에 안착하여 상기 하부 기판의 중심에서 외곽으로 흡착하여 하부점착척에 점착할 수 있다.

상기 하부 정반에는 중심에서 외곽으로 길이가 긴 형태의 흡착홈을 통해 흡착하며, 상기 하부 정반에는 상기 하부 정반을 수직 관통하여 상기 흡착홈에 연결되는 흡착홀을 통해 상기 흡착홈에 흡착력을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 기판합착장치와 기판합착방법은 기판이 안착될 경우 중심부분에서 외곽부분으로 펼치듯 흡착하여 기판을 평탄하게 유지할 수 있어 기판의 파손이 방지되고, 정확한 합착에 따라 수율이 향상되는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 본 실시예에 따른 기판합착장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 기판합착장치를 구성하는 하부정반의 사시도이다.
도 4는 도 2의 I-I 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 실시예에 따른 기판합착장치의 하부정반에 기판이 흡착되는 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 기판합착장치의 동작 상태를 설명하기 위한 순서도이다.

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 1과 도 2에 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. 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. 점착부재(114)는 상부점착척(120) 및 후술할 하부점착척(212)에 공통적으로 사용된다. 점착부재(114)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(114)는 압축성형이나 주입성형, 사출 성형, 타발 등에 의해 직접 외형이 형성될 수 있다.

그리고 점착부재(114)의 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.

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. 리프트 핀(162)이 설치되는 하단부분에는 리프트 핀(162)의 승강을 가이드 함과 동시에 챔버(100)(200) 내부의 진공유지를 위한 벨로우즈(167)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.

또한, 하부 정반(210)에는 중심부분에서 외곽부분으로 길이가 긴 형태로 형성되어 하부 정반(210)에 안착되는 하부 기판(S2)을 평탄화하기 위한 흡착홈(228)이 형성된다. 흡착홈(228)을 통해 하부 기판(S2)은 중심부분에서 외곽부분으로 흡착이 진행되어 평탄화가 진행된다.

흡착홈(228)은 도시된 바와 같이, 하부 정반(210)의 하부점착척(212) 주변에도 형성되어 있고, 단순히 흡착홈(228)만 형성되어 있는 부분도 있다. 흡착홈(228)은 하부 기판(S2)을 안정적으로 평탄화하기 위해 하부 기판(S2) 또는 하부 정반(210)의 중심부분을 기준으로 상하 및 좌우 대칭되는 형태로 형성될 수 있다.

흡착홈(228)의 길이는 일반적인 직사각형 형태의 하부 기판(S2)을 기준으로 대각선 부분이 가장 길게 형성될 수 있다.

이러한 흡착홈(228)에는 흡착력이 제공되도록 하부 정반(210)을 수직으로 관통하여 흡착홈(228)에 연결되는 흡착홀(232)이 형성된다. 흡착홀(232)은 도시된 도면을 기준으로 하부 정반(210)의 테두리 부분에 제일 근접한 흡착홈(228) 부분에 형성되어 하부 정반(210)의 중심부분에서부터 흡착력이 작용하여 외곽부분으로 순차적으로 진행되게 한다.

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 촬영홀을 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) 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 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.

한편, 본 실시예의 기판합착장치는 상부점착척(120)에 에어를 공급하는 점착척 에어 공급부(400)를 구비한다. 그리고 점착척 에어 공급부(400)와 승강 구동부(240)의 동작을 제어하는 제어부(500)를 구비한다. 이 제어부(500)는 기판합착장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성의 본 실시예에 따른 기판합착방법에 대하여 설명한다.

도 7은 본 실시예에 따른 기판합착장치의 동작 상태를 설명하기 위한 순서도이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 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(193)이 하강하여 상부 기판(S1)을 진공흡착한 후 상승하여 상부 정반(110)에 설치된 점착척(120)에 상부 기판이 점착된다.(S100)

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)에 하부 기판(S2)을 안착시킨다.

이때, 진공펌프(미도시)가 작동하여 배관(279)이 연결된 흡착홀(232)을 통해 흡착홈(228)에 흡착력이 작용한다. 이러한 흡착력에 의해 흡착홈(228)에 위치한 하부 기판(S2)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 중심부분에서 외곽부분으로 순차적으로 흡착되어 평탄화가 진행된다.

중심부분에서 흡착력에 의해 평탄화가 진행되는 하부 기판(S2)은 평탄화가 되는 동시에 하부점착척(212)에 점착된다.(S200)

이후 챔버 승강부(300)에 의해 상부 챔버(100)가 하강하여 하부 챔버(200)와 밀착됨으로 공정 공간이 형성된다. 공정 공간이 형성되면 드라이 펌프와 고진공분자펌프에 의해 공정 공간 내부가 진공상태를 형성하게 된다.

계속해서 상부 정반(210)이 하강하여 단계적으로 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)의 정렬을 실시하게 된다. 그리고 상부 기판(S1)과 하부 기판(S2)의 정렬이 완료되면 상부 기판(S1)을 지지하고 있는 상부점착척(120)의 다이아프램(112)이 팽창되어 상부 기판(S1)이 하부 기판(S2) 측으로 떨어져 합착된다.(S300)

이와 동시에 또는 소정 시간 이후부터 제어부(500)는 승강 구동부(240)를 동작시켜 하부 정반(210)을 저속인 제 1속도로 하강시킨다. 이때 하부 정반(210)의 저속 하강 속도는 0.05 ~ 0.5mm/sec 이다.

이후 상술한 바와 같은 과정이 완료되면, 상부 챔버(100)와 하부 챔버(200)는 이격되고, 하부 챔버(200)의 리프트 핀(162)은 상승하게 된다. 그리고 외부에서 로봇이 반입되어 합착된 패널을 반출하는 과정을 수행함으로써 합착공정은 완료된다.

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 228...흡착홈
240...승강 구동부 400...점착척 에어 공급부
500...제어부

Claims (8)

1. 챔버;
   상기 챔버 내부에 설치되며 상부 기판을 상부점착척으로 점착하고, 상기 상부 기판을 상기 상부점착척에서 분리하기 위하여 팽창하는 다이아프램을 가지는 상부 정반;
   상기 챔버 내부에 설치되어 상기 상부 정반과 마주하고, 상기 상부 기판과 합착되는 하부기판을 하부점착척으로 점착하고, 상기 하부 기판을 상기 하부점착척에 안착 및 분리하기 위한 리프트 핀을 가지는 하부 정반;
   상기 리프트 핀을 승하강시키는 리프트 핀 구동부;
   상기 하부 정반에 길이가 긴 형태로 형성되어 상기 하부 정반에 안착되는 상기 하부 기판을 평탄한 형태로 흡착하기 위한 복수개의 흡착홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 흡착홈은 상기 하부 기판의 중심에서 외곽으로 흡착이 진행되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 흡착홈은 상기 하부 기판을 기준으로 상하 대칭되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 흡착홈은 상기 하부 기판의 대각선 부분에 형성되는 것이 가장 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하부 정반에는 상기 흡착홈에 흡착력을 제공하기 위해 상기 하부 정반을 수직 관통하여 상기 흡착홈에 연결되는 흡착홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
6. 상부 기판을 상부 정반에 설치된 상부점착척에 점착하고,
   하부 기판을 하부정반에 안착하여 상기 하부 기판의 중심에서 외곽으로 흡착하여 하부점착척에 점착하는 것을 특징으로 하는 기판합착방법.
7. 제 6항에 있어서, 상기 하부 정반에는 중심에서 외곽으로 길이가 긴 형태의 흡착홈을 통해 흡착하는 것을 특징으로 하는 기판합착방법.
8. 제 7항에 있어서, 상기 하부 정반에는 상기 하부 정반을 수직 관통하여 상기 흡착홈에 연결되는 흡착홀을 통해 상기 흡착홈에 흡착력을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판합착방법.
   

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