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KR100917798B1 - 기판합착장치 및 기판합착방법 - Google Patents

기판합착장치 및 기판합착방법 Download PDF

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KR100917798B1
KR100917798B1 KR1020080009441A KR20080009441A KR100917798B1 KR 100917798 B1 KR100917798 B1 KR 100917798B1 KR 1020080009441 A KR1020080009441 A KR 1020080009441A KR 20080009441 A KR20080009441 A KR 20080009441A KR 100917798 B1 KR100917798 B1 KR 100917798B1
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Abstract

본 발명에 따른 기판합착장치는, 기판의 합착공간을 형성하기 위한 상부챔버와, 상부챔버에 접하여 기판의 합착공간을 형성하는 하부챔버와, 상부챔버 또는 하부챔버를 승강시키는 수직이동수단 및 상부챔버 또는 하부챔버에 마련된 점착척을 포함하고, 점착척은, 일측면에 슬라이드슈가 마련되고 타측면에는 점착하고자 하는 기판에 분자간 인력으로 점착되는 점착돌기가 마련된 점착판과, 슬라이드슈가 삽입되어 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴가능하도록 가이드홈이 마련된 지지판과, 지지판에 마련되어 점착판을 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴시키는 수평이동수단을 포함한다.
Figure R1020080009441
점착척, 수평이동수단, 점착돌기, 기판, 기판합착장치

Description

기판합착장치 및 기판합착방법{APPARATUS AND METHOD FOR BONDING SUBSTRATES}
본 발명은 기판합착장치 및 기판합착방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 분자 간 인력을 이용하여 기판을 점착하는 기판합착장치 및 기판합착방법에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시장치에 대한 요구도 다양한 형태로 증가되어 왔다. 이에 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Pannel), ELD(Electro Luminescent Display)등 여러가지 평판표시장치가 연구되어 왔고 그 일부는 이미 실생활에 널리 사용되고 있다.
그 중 LCD의 경우에는 CRT(Cathode Ray Tube)에 비하여 화질이 우수하고 경량, 박형, 저소비 전력의 특징에 따른 장점으로 인하여 이동형 화상 표시장치의 용도로 많이 사용되고 있다. LCD에 사용되는 액정표시패널의 대표적인 예로써 TFT-LCD 패널이 있다. TFD-LCD 패널은 복수의 TFT(Thin Film Transistor)가 매트릭스형 으로 형성된 어레이 기판과, 컬러 필터나 차광막등이 형성된 컬러 필터 기판이 수 ㎛ 정도의 간격을 가지고 서로 대향하여 합착되고, 합착 전, 합착 중 또는 합착 후에 액정이 주입되어 봉지됨으로써 패널의 제조가 이루어진다.
따라서, LCD에 사용되는 액정표시패널을 제조함에 있어서는 어레이 기판 및 컬러 필터 기판을 각각 제조한 후에 양 기판을 합착하고 그 사이의 공간에 액정 물질을 주입하는 공정이 필수적으로 필요하며, 이 중에서 기판을 합착시키는 공정은 LCD의 품질을 결정하는 중요한 공정 중에 하나이다.
기판 합착은 압력을 이용하여 어레이 기판과 컬러 필터 기판을 서로 가압함으로써 이루어진다. 이를 위하여 기판합착장치는 상하에 서로 대향하여 배치되는 두 개의 정전척(ESC; Electrostatic Chuck)을 구비하고, 이 정전척들에 기판을 접착한다. 그리고 양 정전척의 평행도를 정밀하게 유지시키면서 서로 근접시킨 후 두 기판의 합착을 진행한다.
이러한 기판합착장치는 기판의 합착시 진공 분위기로 조성하여 공정을 진행하는 경우가 대부분이다. 따라서 최초 기판이 반입될 때에는 기판합착장치 내부가 대기압 상태이므로 진공 흡착기를 이용하여 기판을 흡착하고, 이후 기판합착장치 내부가 진공 분위기로 조성되면 정전척을 이용하여 기판을 접착한다. 즉, 두 가지의 서로 다른 물리적인 힘을 이용하여 기판을 지지한다. 이러한 기판합착장치에 대해 선행하는 기술은 (주)후지쯔에 의하여 출원된 국제공개번호“WO2004/097509”,“접합기판제조장치”, (주)신에츠 엔지니어링에 의하여 출원된 국제공개번호“WO2003/091970”,“플랫 패널용 기판의 접합장치”등에 개시되어 있다.
한편, 기판합착장치에 사용되는 정전척은 반도체 제조공정 및 디스플레이 패널 제조공정에서 기판을 지지하기 위하여 가장 보편적으로 사용되는 것이다. 이 정전척 및 정전척을 이용한 기판 접착에 대해 선행하는 기술로는 (주) 동경일렉트로론에 의하여 출원된 국제공개번호“WO2004/084298”,“정전척을 이용한 기판 유지 기구 및 그 제조 방법”을 참조할 수 있다.
정전척은 주로 알루미나 소결체 또는 알루미나 용사로 이루어지는 세라믹으로 제조되고, 내부에는 직류 전원에 접속되는 전극판이 개재되어 직류 전원으로부터 인가된 고전압에 의해 발생하는 정전기력으로 기판을 흡착한다.
그런데, 이러한 정전척의 사용에는 다수의 문제점이 있다. 즉, 기판의 접착시에 지속적으로 직류 전원이 정전척에 제공되어야 하므로 소비전력이 크고, 정전기력에 의하여 기판이 흡착될 경우 정전척의 전극 모양의 패턴에 의한 잔류 정전기로 인하여 액정 표시 패널상에 얼룩이 발생할 수 있고, 정전기의 축적에 의한 안전상의 문제가 발생할 수 있다.
또한, 정전척은 정밀한 기계적 그리고 전기적 구조를 가지므로 그 제조 비용이 고가이다. 또한, 폴리이미드 필름이 도포된 정전척의 경우는 공정 진행시 기판이 파손되었을 때, 파손된 기판의 파티클에 의하여 정전척의 표면에 도포된 폴리이미드 필름이 손상될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 분자 간 인력인 반데르발스 힘을 이용하여 기판의 얼라인먼트가 안정적으로 유지된 상태로 기판이 합착되도록 한 기판합착장치 및 이를 이용한 기판합착방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 분자 간 인력인 반데르발스 힘을 이용하여 복수의 점착돌기에 기판을 점착하되, 기판과 점착돌기의 접촉시 원활한 점착을 위해 점착돌기에 경사를 줄 수 있는 수평이동수단을 이용한 점착척을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판합착장치는, 기판의 합착공간을 형성하기 위한 상부챔버; 상기 상부챔버에 접하여 상기 기판의 합착공간을 형성하는 하부챔버; 상기 상부챔버 또는 상기 하부챔버를 승강시키는 수직이동수단; 및 상기 상부챔버 또는 상기 하부챔버에 마련된 점착척;을 포함하고, 상기 점착척은, 일측면에 슬라이드슈가 마련되고 타측면에는 점착하고자 하는 기판에 분자간 인력으로 점착되는 점착돌기가 마련된 점착판과, 상기 슬라이드슈가 삽입되어 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴가능하도록 가이드홈이 마련된 지지판과, 상기 지지판에 마련되어 상기 점착판을 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴시키는 수평이동수단을 포함한다.
또한, 진퇴방향에 대하여 복원력을 제공하도록 상기 슬라이드슈의 일측면과 상기 가이드홈 내측면에는 스프링이 마련될 수 있다.
또한, 상기 수평이동수단은 실린더와, 상기 실린더 내부에서 진퇴가능한 피스톤을 포함할 수 있다.
또한, 상기 점착판은 복수개 마련되며, 상기 수평이동수단은 상기 점착판을 방사상으로 진퇴시킬 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 기판합착방법은, 제1기판을 합착공간 내부로 반입하는 단계; 점착돌기에 경사를 주도록 상기 제1기판에 점착판의 점착돌기를 접촉시키면서 기판면에 대하여 수평이동시켜서 상기 제1기판을 점착하는 단계; 상기 합착공간 내부로 제2기판을 반입하는 단계; 상기 제2기판과 상기 제1기판을 서로 대향하는 위치로 정렬시키는 단계; 상기 점착돌기의 경사를 제거하도록 상기 점착판을 상기 수평이동방향의 반대방향으로 이동시켜서 상기 제1기판을 분리시키고 상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착시키는 단계; 및 합착된 상기 제1기판과 상기 제2기판을 외부로 반출하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1기판을 점착하는 단계와 상기 제1기판 및 상기 제2기판을 합착시키는 단계는 수평이동수단에 의하여 복수의 점착판을 방사상으로 진퇴시켜서 상기 점착돌기에 경사를 줄 수 있다.
본 발명은 추가적인 외부 동력 및 전력의 사용을 최소화하여 기판을 점착 및 분리하도록 함으로써 종래의 정전척에 비하여 사용효율이 높은 이점이 있다. 그리고 정전척의 사용시 발생하는 잔류 정전기에 의해 디스플레이 패널 상에 얼룩이 발생하는 문제점을 해소할 수 있다. 또한, 전기적인 안전상의 문제점이 거의 발생하 지 않으므로 높은 안전성과 효율을 발휘할 수 있고, 상대적으로 종래의 정전척에 비하여 저렴한 비용으로 제조할 수 있는 효과가 있다. 게다가, 기판과 점착돌기의 원활한 점착 및 분리를 위해 수평이동수단을 사용함으로써 점착척의 구성을 보다 단순하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판합착장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 1을 참조하면, 기판합착장치(100)는 상부 챔버(110), 하부 챔버(120), 점착척(111, 121) 및 수직이동수단(122, 123)을 포함한다.
기판합착장치(100)는 외관을 형성하는 베이스 프레임(130)을 구비하고, 베이스 프레임(130)의 내측으로는 하부 챔버(120)가 구비되고, 하부 챔버(120)의 상측에 상부 챔버(110)가 구비된다. 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120) 사이에는 기판(P1, P2)이 합착되는 처리실(Processing room)이 형성된다. 즉, 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120)는 기판(P1, P2)의 합착공간을 형성한다. 상부 챔버(110)는 하부 챔버(120)에 설치된 리프트 스크류(122)와 리프트 모터(123)에 의하여 지지되어 상하 승강이 가능하게 설치된다. 리프트 스크류(122)와 리프트 모터(123)는 기판(P1, P2)의 합착을 위한 수직이동수단(122, 123)을 구성한다.
수직이동수단(122, 123)은 그 외에 후술하는 리니어 액츄에이터(Linear actuator; 112)등과 기판(P1, P2)의 합착시에 상호 연동한다. 수직이동수단(122, 123)은 기계적인 가압 또는 가스에 의한 가압 등의 방법을 채용함에 따라 다양하게 변형 적용될 수 있다.
상부 챔버(110)의 중앙 하측에는 제 1점착척(111)이 설치된다. 제 1점착척(111)은 제 1기판(P1)이 분자간 인력인 반데르발스 힘으로 제 1점착척(111)에 점착되도록 하기 위하여 높은 밀도로 표면에 복수의 제 1점착돌기(113)를 구비한다. 제 1점착척(111)은 알루미늄 계열의 금속으로 된 제 1지지판(114)과 제 1지지판(114)에 결합되며 제 1점착돌기(113)가 형성된 제 1점착판(115)을 포함한다.
그리고 기판(P1, P2)은 어레이 기판 또는 컬러 필터 기판일 수 있다. 또한, 상부 챔버(110)의 상부에는 기판(P1, P2)의 얼라인먼트를 위한 다수개의 카메라(116)가 설치된다. 카메라(116)는 미리 형성된 기판(P1, P2)의 얼라인 마크들을 촬영한다. 그리고 카메라(116)의 촬영을 위하여 상부 챔버(110)를 상하로 관통한 촬영홀(117)이 상부 챔버(110)에 형성된다. 또한, 상부 챔버(110)의 외연부에는 리니어 액츄에이터(112)가 설치된다. 상기 리니어 액츄에이터(112)는 기판(P1, P2)들의 합착시에 기판(P1, P2) 사이의 간격 조정을 위하여 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120) 사이의 간격을 미세 조절한다.
하부 챔버(120)의 중앙 상측에는 제 2기판(P2)이 분자 간 인력으로 점착되도록 하기 위하여 표면에 복수의 제 2점착돌기(124)가 구비된 제 2점착척(121)이 설치된다. 상기 제 2점착척(121)은 알루미늄 계열의 금속으로 된 제 2지지판(125)과 상기 제 2지지판(125)에 결합되며 제 2점착돌기(124)가 형성된 제 2점착판(126)으로 구성된다. 그리고 제 2점착척(121)에 점착되는 제 2기판(P2)은 제 1기판(P1)과 다른 기판으로 컬러 필터 기판 또는 어레이 기판일 수 있다.
계속해서 제 2기판(P2)의 하부에는 제 2기판(P2)의 상하 이송을 위하여 리프트 구동부(127)와, 리프트 구동부(127)에 결합되며 하부 챔버(120)와 제 2점착척(121)을 상하 관통하는 다수의 리프트 핀(128)이 구비된다.
따라서, 제 2기판(P2)은 리프트 핀(128)과 리프트 구동부(127)에 의하여 제 2점착척(121)에 결합된다. 또한, 하부 챔버(120)의 하부에 설치되어 있는 조명장치(129)는 기판(P1, P2)의 얼라인 마크들을 카메라(116)로 촬영하기 위한 조명을 제공한다. 그리고 조명이 카메라(116) 측으로 제공될 수 있도록 하부 챔버(120)에는 상하로 관통하는 조명홀(131)이 형성된다. 조명홀(131)과 전술한 촬영홀(117)은 서로 연통하여 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)에 형성된 얼라인 마크를 카메라(116)가 촬영할 수 있도록 한다.
그리고 하부 챔버(120)의 제 2점착척(121) 주변에는 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120) 사이의 간격 측정을 위한 리니어 게이지(132)와, 얼라인먼트를 위한 UVW 테이블(133)이 구비된다.
한편, 제 1점착척(111)과 제 2점착척(121)은 달리 특별한 것을 제외하고는 동일한 구성을 가진다. 따라서, 이하의 설명에서는 제 1점착척(111)과 제 2점착척(121)을 구분하여 설명하지 않고, 제 1점착척(111)에 대하여 설명하며 제 2점착척(121)의 다른 구성에 대해서는 제 1점착척(111)의 설명시 부가적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 점착척의 내부구조를 정면에서 바라본 단면도이다. 도 3a는 도 2의 “A”부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 3b는 도 2의“ A”부분의 측면부 절개 사시도이다. 도 4는 도 2의 “B”부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 점착척을 나타낸 평면도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점착척을 나타낸 평면도이다.
도 2를 참조하면, 제 1점착척(111)은 제 1지지판(114), 제 1점착판(115) 및 수평이동수단(118)을 포함한다.
제 1지지판(114)은 알루미늄 금속 계열로 이루어져 있으며, 제 1지지판(114)은 제 1지지판(114)의 하면에 형성된 가이드 홈(119)을 포함한다. 가이드 홈(119)은 제 1점착판(115)에 부착된 슬라이드 슈(134)가 미끄러질 수 있도록 한다. 도 3a와 도 3b를 참조하면, 가이드 홈(119)의 형태는 요홈의 형태가 일반적이며, 그 이외에도 슬라이드 슈(134)가 미끄러질 수 있는 형태이면 가이드 홈(119)의 형태에는 제한이 없다. 또한, 슬라이드 슈(134)의 이동 방향을 슬라이드 방향으로 볼때, 가이드 홈(119)의 슬라이드 방향의 선단부와 슬라이드 슈(134)의 슬라이드 방향의 선단부 사이에는 가이드 홈 스프링(135)이 삽입되어 고정된다. 가이드 홈 스프링(135)은 슬라이드 슈(134)의 이동에 의해 압축 또는 팽창된다.
제 1점착판(115)은 제 1지지판(114)의 하방에 배치되며, 제 1점착판(115)의 상면에는 가이드 홈(119)에 접촉하는 슬라이드 슈(134)가 결합하고, 제 1점착판(115)의 하면에는 점착하고자 하는 기판에 분자 간 인력으로 점착되는 복수의 점착돌기(113)로 되어 있다. 도 3a와 도 3b를 참조하면, 슬라이드 슈(134)는 가이드 홈(119)과 접촉해서 미끄러질 수 있는 형태가 된다. 따라서, 가이드 홈(119)은 요홈 형태를 가지고, 슬라이드 슈(134)는 가이드 홈(119)의 요홈에 결합되어 가이드 홈(119)을 따라 이동하면서 슬라이드된다. 가이드 홈(119)과 슬라이드 슈(134)는 서로 미끄러질 수 있는 관계가 성립한다면, 가이드 홈(119) 및 슬라이드 슈(134)의 형태에는 제한이 없다.
제 1점착판(115)에서 각각의 제 1점착돌기(113)들은 0.5 ~ 20 마이크로미터(micrometer) 정도의 길이와 50 ~ 2,000 나노미터(nanometer)의 직경으로 제조될 수 있고, 제 1점착돌기(113) 사이의 간격은 수십 ~ 수천 마이크로미터를 가질 수 있다.
후술하겠지만, 제 1점착돌기(113)의 점착력은 분자 간의 인력인 반데르발스 힘에 기인한다. 따라서, 제 1점착돌기(113)와 제 1기판(P1)은 분자 간 인력에 의해 점착된다. 제 1점착돌기(113)와 제 1기판(P1) 사이의 점착력은 하나의 제 1점착돌기(113)에 대해 최대 200μN 정도의 점착력을 발휘한다고, 2000년 6월 8일자 “NATURE”지, VOL 405,“Adhesive force of a single gecko foot-hair”에서“Kellar Autumn”등이 밝히고 있다. 따라서 제 1점착돌기(113)는“1㎠”당 수만개 이상 형성할 수 있으므로,“1㎠”당 200g.f, 약 1.9N 이상의 점착력을 발휘할 수 있다. 반면에 종래의 정전척의 경우는 통상적으로“1㎠”당 2g.f 정도의 정전기 접착력을 가지는 것으로 알려져 있기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 제 1점착척(111)은 대형 기판의 경우에도 충분히 점착과 지지 그리고 이송이 가능함을 알 수 있다. 또한, 제 1점착돌기(113)의 밀도를 낮춤으로써 점착력을 조절할 수 있다.
제 1점착판(115)에 일체로 돌출 형성된 제 1점착돌기(113)의 끝단은 구 형상으로 형성될 수도 있고, 다르게는 주걱(spatula) 형상으로 형성될 수도 있다. 이러 한 제 1점착판(115)과 제 1점착돌기(113)의 제조는 용융(melted)이 가능한 왁스등을 이용하여 몰딩에 의해 마이크로 또는 나노 크기의 구조로 제작될 수 있다.
제 1점착판(115)과 제 1점착돌기(113)의 제조방법에 대하여 보다 구체적으로 설명하면, 경화된 왁스판에 고선택비(high aspect ratio)를 가지는 나노 크기의 홈을 반응성 이온 식각등의 방법으로 형성한다. 그리고 왁스판에 열 또는 UV(ultraviolet)에 의하여 경화가 가능한 액상의 몰딩물인 섬유체(fiber), 수지물 또는 액상으로 가공된 탄소계 물질을 투입하여 각각의 홈에 몰딩물이 채워지도록 한다. 이후 열이나 UV를 조사하여 몰딩물을 경화시키고, 최종적으로 왁스판을 제거한다. 왁스판의 제거는 별도의 용해제를 사용하거나 또는 식각 등의 방법으로 제거할 수 있다. 그리고 왁스판의 제거에 의하여 최종적으로 제 1점착판(115)과 제 1점착돌기(113)가 일체로 형성된다.
그리고 이 밖에도 제 1점착판(115)과 제 1점착돌기(113)는 전자빔 노광공정과 식각, 열산화와 식각 공정, 나노 레이저 가공등의 반도체 제조공정 및 MEMS(micro-electro-mechanical systems) 제조공정등을 이용하여 제조가 가능하다. 그리고 최초 제조된 제 1점착판(115)을 마스터로 하여 제 1점착판(115)을 대량 반복 제조할 수도 있다.
도 4를 참조하면, 수평이동수단(118)은 제 1지지판(114)과 제 1점착판(115)을 관통하고 외연부가 제 1지지판(114)과 제 1점착판(115)에 접촉한다. 수평이동수단(118)은 공기 공급 장치(미도시), 실린더(136) 및 피스톤(137)을 포함한다. 공기 공급 장치는 외부로부터 실린더(136)에 공기를 공급 또는 차단한다. 실린더(136)는 제 1지지판(114) 및 제 1점착판(115)을 관통한다. 또한, 실린더(136)의 외연부는 제 1지지판(114)과 제 1점착판(115)에 접촉한다.
피스톤(137)은 피스톤 본체(138)와 피스톤 돌기(139)를 포함한다. 피스톤 본체(138)는 실린더(136)의 하단부에 위치한다. 피스톤 돌기(139)는 피스톤 본체(138)의 외주면에 고정되어 실린더(136)의 외측에 배치된다. 공기의 차단 및 배기에 의해 피스톤(137)이 이동을 할때, 피스톤 돌기(139)는 피스톤(137)이 원래의 위치로 복원할 수 있도록 한다. 피스톤 돌기(139)가 형성된 피스톤(137)의 일단부는 실린더(136)의 외부에 존재하여 제 1점착판(115)에 접촉해 있고, 피스톤(137)의 타단부는 실린더(136)의 내부에 위치한다.
실린더(136)에 공급된 공기에 의해 실린더 외부와 실린더 내부의 압력차가 발생하고, 상기 압력차에 의해 피스톤(137)은 실린더(136) 외부로 이동한다. 또한, 실린더(136)에 공급된 공기가 차단되고 실린더(136) 외부로 상기 공기가 배기되면, 실린더 내부의 압력이 실린더 외부의 압력보다 낮아지므로 피스톤(137)은 실린더 (136) 내부로 이동한다.
도 5a 및 도 5b는 제 1점착척(111)을 제 1기판(P1) 방향에서 상부 챔버(110) 방향으로 바라본 평면도를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b에서 보는 바와 같이, 수평이동수단(118)의 외주면에 접촉해 있는 제 1점착판(115)은 2개 이상일 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점착돌기의 점착과 분리가 이루어지는 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6을 참조하여 두 개의 분자 모형에 대하여 반데르발스 힘인 분자 간 인력 이 어떻게 작용하는지를 설명한다. 먼저, 척력은 분자 간 거리가 가장 근접할 때 가장 크고, 분자 간 거리가 멀어지면서 급격히 감소한다. 이 때의 척력(energy of repulsion; +)은 반발상호작용 즉, 파울리(Pauli)의 배타 원리에 의하여 발생한다. 따라서 분자 간 거리가 점차 이격됨에 따라 반발상호작용인 척력은 급격히 감소한다. 반대로, 인력(energy of attraction; -)은 척력이 거의 소실되는 분자 간 최소 에너지 거리에서 최대가 된다. 그리고 분자 간 거리가 더욱 이격되면 분자 간 인력은 완만하게 줄어들게 된다. 따라서, 분자 중심부 사이의 거리가 가장 근접해 있을 때, 전체 상호작용력(Total energy of interaction)은 가장 큰 척력으로 발생한다. 또한 분자 중심부 사이의 거리가 최소 에너지 거리에 있을 때, 척력이 급격히 손실되고 인력이 최대가 되므로 전체 상호작용력은 최대 인력이 된다. 그 후, 분자 중심부 사이의 거리가 멀어짐에 따라 인력이 줄어들어 전체 상호작용력은 완만하게 줄어든다.
따라서, 제 1기판(P1)의 점착은 제 1점착돌기(113)가 형성된 제 1점착판(115)에 제 1기판(P1)을 근접하여 밀착시킴으로써 이루어진다. 하지만, 점착 후 제 1기판(P1)의 분리 시에는 별도의 작용이 이루어져야 한다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예에 따른 점착척에서 기판이 점착 및 분리하는 동작 상태를 도시한 단면도이다.
도 7a 내지 7c를 참조하면, 제 1점착돌기(113)와 제 1기판(P1)의 원활한 점착을 위해 실린더(136)는 공기 공급 장치로부터 공기를 공급받는다. 그리고 실린더(136) 내에 존재하는 피스톤(137)은 상기 공기에 의해 압력을 받아서 제 1점착 판(115)을 실린더(136) 외부로 이동시킨다. 따라서, 제 1점착판(115)의 슬라이드 슈(134)는 제 1지지판(114)의 가이드 홈(119)을 따라 이동한다. 이 때, 제 1점착판(115)에 형성되어 있는 제 1점착돌기(113)는 관성력에 의해 반대방향으로 경사가 생겨 기울어진다. 따라서, 제 1점착돌기(113)에 접촉되어 있던 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와 함께 이동하게 되고, 결국 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와의 거리가 가까워짐에 따라 분자 간 인력에 의해 원활한 점착이 이루어진다.
도 7d를 참조하면, 실린더(136)는 공기 공급 장치로부터 공기의 공급이 차단되고, 실린더(136)는 공기를 배기시킨다. 그리고 실린더(136) 내에 존재하는 피스톤(137)은 공기의 차단 및 배기에 의해 압력이 낮아져서 원래의 위치로 복원된다. 따라서, 제 1점착판(115)의 슬라이드 슈(134)는 제 1지지판(114)의 가이드 홈(119)을 따라 원래의 위치로 복원된다. 이 때, 슬라이드 슈(134)의 원활한 복원을 위해 슬라이드 슈(134)와 제 1지지판(114)에 형성되어 있는 가이드 홈 스프링(135)이 탄성력을 작용시킨다. 제 1점착판(115)은 실린더(136) 방향으로 이동하고 제 1점착판(115)에 점착되어 있는 제 1점착돌기(113)는 관성력에 의해 제 1점착판(115)과 반대 방향으로 이동한 후 원래의 위치로 복원된다. 따라서, 제 1점착돌기(113)에 점착되어 있는 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와의 분자 간 거리가 멀어짐에 따라 분자 간 인력이 약해지기 때문에, 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)로부터 분리된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판합착장치를 이용한 기판합착방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, 먼저 제 1기판(P1)을 챔버(110, 120) 사이의 처리실 내부로 반입한다(S110). 제 1기판(P1)의 반입은 진공 흡착으로 제 1기판(P1)을 지지한 로봇암에 의하여 수행될 수 있다. 그리고 수평이동수단(118)의 피스톤(137)에 의해 제 1점착척(111)의 제 1점착판(115)에 형성된 제 1점착돌기(113)는 경사가 생기고, 그로 인해 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)에 점착된다(S120). 즉, 제 1기판(P1)을 제 1점착돌기(113)에 접촉시킨 후, 실린더(136)는 공기 공급 장치에 의해 공기를 공급받는다. 상기 공기에 의해 실린더(136) 내에 있는 피스톤(137)은 실린더 (136) 외부로 이동한다. 상기 이동에 의해 피스톤(137)에 접촉해 있는 제 1점착판(115)은 수평이동수단(118)으로부터 멀어지게 되고, 제 1점착판(115)에 형성된 제 1점착돌기(113)는 관성력에 의해 반대방향으로 경사가 생겨 기울어진다. 따라서, 제 1점착돌기(113)에 접촉되어 있던 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와 함께 이동하게 되고, 결국 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와 원활한 점착이 이루어진다.
다음으로, 제 2기판(P2)이 챔버(110, 120) 내부로 로봇암에 의하여 반입된다(S130). 그리고 제 2기판(P2)이 소정 위치에 반입되면 리프트 핀(128)이 상승하여 제 2기판(P2)의 하부를 지지한다. 이후 로봇암은 챔버(110, 120) 외부로 반출된다. 이후 리프트 핀(128)이 하강하면 제 2기판(P2)은 제 2점착척(121)의 상부에 접촉한다. 그리고, S120 단계처럼, 수평이동수단의 피스톤의 이동에 의해 제 2점착돌기(124)는 경사가 생겨 기울어지고, 제 2기판(P2)은 제 2점착돌기(124)와 함께 이동하게 되고, 결국 제 2기판(P2)은 제 2점착돌기(124)와 원활히 점착된다.
이후, 상부 챔버(110)가 하강한다. 상부 챔버(110)의 하강으로 제 1점착척(111) 또한 함께 하강한다. 이에 따라 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)은 설정된 거리까지 근접하여 서로 대향하여 정렬 위치하게 된다(S140). 이때의 근접거리는 센서에 의하여 측정된다. 그리고 카메라(116)는 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 얼라인 마크를 촬영하여 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 얼라인 상태를 확인하고, UVW 테이블(133)은 UVW 구동부(미도시)에 의하여 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 얼라인 상태를 조절한다. 이러한 얼라인먼트의 조절은 최종적으로 기판(P1, P2)이 합착되기 전까지 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2) 사이의 간격에 따라 사전 얼라인먼트, 최종 얼라인먼트 등으로 다수 회 반복적으로 실시할 수 있다.
그리고 상부 챔버(110)가 계속적으로 하강하여 하부 챔버(120)와 밀착되면 챔버(110, 120) 내부의 처리실은 대기 상태와 차단된다. 그리고 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 사전 얼라인먼트가 이루어지면 챔버(110, 120) 내부의 처리실은 강제 배기에 의한 진공 상태가 된다. 진공 상태는 드라이 펌프 및 TMP(Turbo Molecular Pump)에 의한 강제 배기로 이루어질 수 있다.
그리고 소정 압력의 진공 분위기가 이루어지면 제 1점착척(111)은 더욱 하강하여 제 1기판(P1)이 제 2기판(P2) 상의 최단 설정 간격까지 근접하고, 이때 카메라(116)로 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 얼라인 마크를 활용하여 최종 얼라인먼트가 이루어지도록 한다.
그리고 최종 얼라인먼트가 완료되면 제 1점착척(111)에 점착된 제 1기판(P1)을 제 1점착척(111)으로부터 분리한 후, 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)을 합착시킨 다(S150). 이때의 분리는 이미 언급한 바와 같이 실린더가 공기를 차단하고 상기 공기를 배기시킴으로써 행해진다. 즉, 수평이동수단(118)의 피스톤(136)이 복원 운동을 하게 되고, 제 1점착판(115)에 형성되어 있는 제 1점착돌기(113)가 원상태로 복원된다. 따라서, 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와의 분자 간 인력이 약해지기 때문에 제 1기판(P1)은 제 1점착돌기(113)와 분리된다.
따라서, 제 1기판(P1)이 제 1점착척(111)으로부터 분리되면 제 1기판(P1)은 제 2기판(P2) 측으로 낙하하여 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2) 사이에 도포된 실런트에 의하여 밀착된다. 그리고 제 1기판(P1)의 낙하 후에 배기관(미도시)을 통하여 고압의 질소가스가 분사되어 제 1기판(P1)을 가압한다. 이에 따라 챔버(110, 120) 내부는 다시 진공 상태에서 대기압 상태로 기압 변화가 발생한다. 즉, 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2) 사이는 진공 상태이고, 챔버(110, 120) 내부의 처리실은 대기압 상태가 되므로 서로 밀착된 기판(P1, P2) 내부와 외부의 압력 차이와, 가압 가스의 가압력에 의하여 합착이 이루어진다. 그리고 합착과 동시에 실런트와 함께 도포된 액정의 주입이 이루어진다. 액정의 주입은 합착 후에 별도로 이루어질 수도 있다. 그리고 이후 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)의 합착 상태에 대한 검사를 수행할 수도 있고, 또한 UV를 조사하여 실런트의 추가적인 경화가 이루어지도록 할 수 있다.
합착된 제 1기판(P1)과 제 2기판(P2)을 챔버(110, 120) 외부로 반출한다(S160). 합착이 완료되면 상부 챔버(110)를 리프트 스크류(122)와 리프트 모터(123)로 상승시켜 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120) 사이를 개방시킨다. 그리고 상부 챔버(110)와 하부 챔버(120) 사이가 개방되면 리프트 핀(128)을 상승시켜 합착된 기판(P1, P2)을 상승시킨다. 이때, 제 2점착척(121)과 제 2기판(P2)은 분리 동작이 함께 또는 사전에 진행된다. 즉, 제 2점착척(121)에 위치하는 실린더가 공기를 차단하고 상기 공기를 배기시키면, 수평이동수단의 피스톤이 복원 운동을 하게 된다. 그 후, 제 2점착판(126)에 형성되어 있는 제 2점착돌기(124) 또한 원상태로 돌아오고 상기 제 2점착돌기(124)에 점착되어 있던 제 2기판(P2)과 제 2점착돌기(124) 사이의 분자 간 인력은 약해진다. 따라서, 분자 간 인력이 약해진 상태에서 리프트 핀(128)을 상승시키면 제 2기판(P2)은 제 2점착척(121)으로부터 무리없이 분리된다. 이후, 리프트 핀(128)이 더욱 상승하여 합착된 기판(P1, P2)이 반출 위치에 위치하면 챔버(110, 120) 외부에서 로봇암이 기판(P1, P2)의 하부로 진입하여 기판(P1, P2)을 반출시킨다. 그 후, 챔버(110, 120) 외부에 대기중인 다른 기판들에 대한 합착공정이 반복적으로 진행된다.
전술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 점착척, 이를 이용한 기판합착장치 및 기판합착방법은 당업자에 의하여 구성 요소의 일부 또는 방법의 일부를 변형하여 다르게 실시할 수 있을 것이다.
변형된 실시예의 형태로는 점착척을 반도체 제조공정 및 대기압 상태에서 합착을 진행하는 합착장치 및 이들 외에 다른 디스플레이 제조공정에 사용되는 장치들에도 적용될 수 있으며, 또한 기판을 이송시키는 로봇암등에도 적용할 수 있을 것이다.
또한 기판합착장치의 경우에 두 개의 기판 접착수단 중에서 하나의 접착수단 으로는 정전척을 사용하고, 다른 하나의 접착수단으로는 본 발명의 실시예에 따른 점착척을 사용하거나, 또는 하나의 정전척에 정전기력이 부분적으로 발생하도록 하고, 나머지 정전기력이 발생하지 않는 부분에는 점착돌기를 구비시켜 정전기와 분자 간 인력으로 기판을 접착하도록 할 수 있을 것이다.
이 경우에는 기판의 정전기력에 의한 접착과 점착돌기에 의한 점착공정을 조정하여 기판 합착공정을 진행할 수 있을 것이다. 또한 기판합착장치의 경우 상술한 실시예와 다른 형태의 기판합착장치에도 적용이 가능하다. 따라서, 변형된 다른 실시예가 본 발명의 점착척 또는 기판합착장치의 필수구성요소를 포함하는 것이라면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판합착장치를 도시한 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 점착척의 내부구조를 정면에서 바라본 단면도이다.
도 3a는 도 2의 “A”부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3b는 도 2의“A”부분의 측면부 절개 사시도이다.
도 4는 도 2의 “B”부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 점착척을 나타낸 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 점착척을 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 점착돌기의 점착과 분리가 이루어지는 상태를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7a 내지 7d는 본 발명의 실시예에 따른 점착척에서 기판이 점착 및 분리하는 동작 상태를 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 기판합착장치를 이용한 기판합착방법을 설명하기 위한 순서도이다.
**도면의 주요 부분의 부호에 대한 설명**
100: 기판합착장치
110: 상부 챔버
111: 제 1점착척
113: 제 1점착돌기
114: 제 1지지판
115: 제 1점착판
118: 수평이동수단
120: 하부 챔버
121: 제 2점착척
124: 제 2점착돌기
125: 제 2지지판
126: 제 2점착판
130: 베이스 프레임

Claims (6)

  1. 기판의 합착공간을 형성하기 위한 상부챔버;
    상기 상부챔버에 접하여 상기 기판의 합착공간을 형성하는 하부챔버;
    상기 상부챔버 또는 상기 하부챔버를 승강시키는 수직이동수단; 및
    상기 상부챔버 또는 상기 하부챔버에 마련된 점착척;을 포함하고,
    상기 점착척은, 일측면에 슬라이드슈가 마련되고 타측면에는 점착하고자 하는 기판에 분자간 인력으로 점착되는 점착돌기가 마련된 점착판과, 상기 슬라이드슈가 삽입되어 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴가능하도록 가이드홈이 마련된 지지판과, 상기 지지판에 마련되어 상기 점착판을 기판면에 대하여 평행방향으로 진퇴시키는 수평이동수단을 포함하는 기판합착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    진퇴방향에 대하여 복원력을 제공하도록 상기 슬라이드슈의 일측면과 상기 가이드홈 내측면에는 스프링이 마련된 기판합착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수평이동수단은 실린더와, 상기 실린더 내부에서 진퇴가능한 피스톤을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판합착장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 점착판은 복수개 마련되며, 상기 수평이동수단은 상기 점착판을 방사상으로 진퇴시키는 기판합착장치.
  5. 제1기판을 합착공간 내부로 반입하는 단계;
    점착돌기에 경사를 주도록 상기 제1기판에 점착판의 점착돌기를 접촉시키면서 기판면에 대하여 수평이동시켜서 상기 제1기판을 점착하는 단계;
    상기 합착공간 내부로 제2기판을 반입하는 단계;
    상기 제2기판과 상기 제1기판을 서로 대향하는 위치로 정렬시키는 단계;
    상기 점착돌기의 경사를 제거하도록 상기 점착판을 상기 수평이동방향의 반대방향으로 이동시켜서 상기 제1기판을 분리시키고 상기 제1기판과 상기 제2기판을 합착시키는 단계; 및
    합착된 상기 제1기판과 상기 제2기판을 외부로 반출하는 단계를 포함하는 기판합착방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1기판을 점착하는 단계와 상기 제1기판 및 상기 제2기판을 합착시키는 단계는 수평이동수단에 의하여 복수의 점착판을 방사상으로 진퇴시켜서 상기 점착돌기에 경사를 주는 것을 특징으로 하는 기판합착방법.
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