JP2005134687A - 基板の組立方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
粘着シートを用いて基板を保持した場合、垂直方向の保持力は強いが水平方向の保持力は小さく、加圧時に基板間に位置ずれを発生しやすい。
【解決手段】
少なくともテーブル４側に、複数の粘着パッドと摩擦パッドを配置することで、加圧力を加えたときに、水平方向の力が作用しても、テーブルに対して基板が水平方向にずれことが防止できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空チャンバ内で貼り合せる基板同士をそれぞれ保持して対向させ、減圧雰囲気中で間隔を狭めて貼り合わせる基板の組立方法とその装置に関する。

液晶表示パネルの製造方法として、シール剤をクローズしたパターンに描画した一方の基板上に液晶を滴下しておいて他方の基板を一方の基板上に配置し減圧雰囲気中で上下の基板を接近させて貼り合せるものがある。

ところで、基板同士を貼り合せる装置として、特許文献１に記載のように、加圧力を加える前に上側基板を保持する方法として、大気中で粘着手段を用いて上基板を保持し、その後、チャンバ内を減圧した後、基板間の間隔を狭めて貼り合せる装置が開示されている。また、具体的な実施例として、粘着手段は粘着シートを用いる方法と、加圧板内に開口部を設けて、その開口部を粘着部材が上下するよう、加圧板上部にアクチュエータを設けた構成が開示されている。

特開２００１−１３３７４５号公報

上記従来技術では、加圧板側に粘着部材を設けて支持することが開示されているが、下側のテーブルに関しては詳細の記載はないが加圧板と同じように粘着部材を用いて支持するものと考えられる。ところで、粘着部材を用いて上下両基板を保持して、加圧板を降下させて基板同士を貼り合せると、粘着部材は、上下方向には確実に保持することができるが、前後左右（水平方向）に不均一な力が作用すると、簡単に位置ずれを起こしてしまうという問題が発生する。

特に基板サイズが大型化すると、貼り合わせ時に均一に力が作用せず、基板に水平方向に力が作用する場合がある。また、基板間を貼り合せるためのシール部材の塗布状態が不均一な場合均一に力を作用させても、基板には水平方向に力が作用する場合がある。粘着保持している場合は、このように水平方向に力が作用すると基板間が水平方向にずれるという問題が発生する。

また、上下基板共に粘着部材を用いて全面保持した場合、基板は粘着材の表面にならいうねりが発生し、この状態で貼り合わされるためうねりが矯正されないまま貼り合わされることになる。これにより表示むらや、シールやぶれ等が発生し不良となってしまう。

それゆえ本発明の目的は、基板サイズが大型化、薄板化しても、基板支持に粘着保持方式を用いても水平方向に基板間のずれを発生せず、且つうねりを矯正し、高精度に貼り合わせの可能な基板貼り合わせ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、剛体で構成された平坦なテーブルに複数の粘着パッドと、複数の摩擦パッドを配置し、平坦なテーブルに基板を置くことで、うねりを矯正し、粘着パッドと摩擦パッドで基板を保持し貼合せを行なうようにしたものである。

吸引吸着と粘着パッド及び摩擦パッドを併用することで、真空状態で上下基板を粘着パッドで支持して加圧力を加えたときに、加圧力の不均一又は接着剤の不均一等により発生する水平方向の力による、基板の位置ずれを、摩擦パッドにより防止して、高精度に基板貼り合せを行うことができる。また、ずれの発生がほとんどなくなるために、加圧時に基板間の位置補正を繰り返し行う必要がなくなり、作業時間を短縮することが可能となる。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。

図１に本発明の基板貼合せ装置の一実施例の部分断面図を示す。

図１において、本発明になる基板組立装置は、下チャンバ部Ｔ１と上チャンバ部Ｔ２から構成され、下チャンバ部Ｔ１の下側には、図示していないＸＹθ駆動機構が備えられている。このＸＹ駆動機構により、下チャンバ部Ｔ１は、図面上で左右のＸ軸方向と、Ｘ軸と直交するＹ軸方向に往来できるようになっている。また、θ駆動機構により、シャフト２から真空シール３を介して下基板１ａを搭載するテーブル４を下チャンバユニット５に対して水平に回動可能としてある。テーブル４には複数の基板保持機構が設けてある。

この基板保持機構は、プレート４１ａとその上に接着固定された粘着部材である粘着シート４２ａ及び上下駆動軸６０とその駆動機構から構成された複数の粘着パッドからなる。すなわち、プレート４１ａは、上下駆動軸６０によって図示していない駆動機構で上下に移動可能に設けてある。また、テーブル４には複数の吸引口１７が設けてあり、この吸引口は負圧供給通路に連結されていて、供給通路には図示していない負圧源又は正圧源に切換え弁を介して接続されている。下基板１ａは、テーブル４上に設けた基板保持機構上に搭載される。搭載された下基板１ａは、テーブル面に設けた複数の吸引口１７に負圧を供給することで吸引吸着される。吸引吸着されると共に、粘着シート４２ａを設けたプレート４１ａを駆動（上昇）させて、粘着シート４２ａが下基板１ａのテーブル搭載面側に予め設定した押し付け力で押し付けることで粘着固定される。

またテーブル４の端部側には摩擦パッド７０が設けてある。図２にテーブル面の粘着シート４２ａと摩擦パッド７０の配置例を示す。図２（ａ）はテーブルの外周側（基板の外周側）に摩擦パッド７０（摩擦シート）を周囲を取り囲むように環状に設けた例を示す。この場合全周を取り囲まずに、一部に切れ目を設けたほうが、吸引吸着時に基板中央部側に空気が残留することはない。即ち、図２（ｂ）のように円形又は四角形の摩擦パッド７０を複数所定の間隔を開けて配置することで吸着保持時に基板中央側に空気の残留が発生にくい。また図２（ｂ）のように摩擦パッド７０を外周側に設けるだけでなく、粘着パッド間にも複数配置することにより、摩擦パッド７０の効果を増すことができる。

図３には粘着シート４２ａの表面の形状の一例を示す。本実施例では粘着シート４２ａは略６角形の凸部（突起）を複数設けた構成としてある。この６角形の各角部は切り欠かれた状態として、真空にした場合に内部（凹部）に残留空気が発生しないようにしてある。なお凸部の配置形状は６角系に限らず３画以上の多角形に構成し各角部を切り落とした形状とすれば確実に基板を保持することができる。

上チャンバ部Ｔ２は、上チャンバユニット６と、その内部に加圧板７を設けた構成となっており、上チャンバユニット６と加圧板７とはそれぞれ独立して上下動できる構造になっている。即ち、上チャンバユニット６は、リニアブッシュと真空シールを内蔵したハウジング８を有しており、シャフト９をガイドとして図示しない架台に設けられた柱を跨いで設けたフレームに固定されたシリンダにより上下のＺ軸方向に移動する。また、加圧板７はシャフト９に設けた駆動装置(図示せず)により上下（Ｚ軸方向）に移動する。また、加圧板７のテーブル４に対向する面側には、加圧板用の基板保持機構が設けてある。この基板保持機構は加圧板７側に鉄製プレート４１ｂがテーブル４側に粘着シート４２ｂを設けた構成としてある。

加圧板７には図示していないが吸引吸着用の吸引口が複数設けてある。この吸引口は基板保持機構である鉄製プレート４１ｂと粘着シート４２ｂにも連通するように設けてある。また、上基板１ｂは、粘着シート４２ｂの下面に設けた吸引口に吸引吸着される。なお、吸引口は、加圧板側に設けた配管の一端側が接続され、この配管の他端側には図示していないバルブを介して負圧源が接続されている。この負圧源から負圧を供給することで、上基板１ｂが粘着シート４２ｂ面に吸引吸着され、粘着により固定される構造になっている。

この加圧板側の基板保持機構は、加圧板７内に配設した複数のマグネットと、位置合わせ用のストッパ４４ｂと、加圧板７に設けたブラケット４６ｂを介して鉄製プレート４１ｂの端面を押す押しねじ４５ｂによって加圧板７に位置決めされ保持される。

ＸＹθ駆動機構上の下チャンバ部Ｔ１が上チャンバー部Ｔ２の直下に移動して上チャンバユニット６が下降すると、下チャンバユニット５の周りに配置してあるＯリング１２に上チャンバユニット６のフランジが接触して一体となる。これにより、真空チャンバとして機能する状態になる。ここで、下チャンバユニット５の周囲に設置されたボールベアリング１３は、真空によるＯリング１２のつぶれ量を調整するもので、上下方向の任意の位置に設定可能となっている。Ｏリング１２のつぶれ量が真空チャンバ内を所定の減圧状態に保つことができ、かつ、最大の弾性が得られるように、ボールベアリング１３の位置を設定する。チャンバ内を減圧することにより発生する大きな力は、ボールベアリング１３を介して下チャンバユニット５が受けている。そのため、後述する上下基板の貼り合わせ時に下チャンバ部Ｔ１をＯリング１２の弾性範囲内で容易に微動させ精密に位置決めすることができる。

ハウジング８は、上チャンバユニット６が下チャンバユニット５と合体して真空チャンバを形成し、内部を減圧することで上チャンバユニットが変形しても、シャフト９に対し圧力漏れを起こさないで上下動できるように真空シールを内蔵している。このため、真空チャンバの変形がシャフト９に与える力を吸収することができ、シャフト９に支持された加圧板７の変形がほぼ防止できる。このため、加圧板７の下面に粘着シート４２ｂにより貼り付けて固定された上基板１ｂと、テーブル４上の粘着シート４２ａに保持された下基板１ａとを平行を保った状態で貼り合せが可能となる。尚、前述のように加圧板７の上下動は、シャフト９の上部に設置された図示を省略した駆動機構で行う。

上チャンバユニット６の側面には図示していない真空配管が設けてあり、この配管は、図示していない真空バルブと配管ホースで負圧源に接続されている。これらは真空チャンバ内を所定圧に減圧する時に使用される。また、同様に上チャンバ側にはリークバルブが設けてある。このリークバルブは、真空チャンバ内の真空（減圧）度を増圧方向で任意に調整するために設けてある。さらに真空チャンバ内を大気圧に戻すために、ベントバルブを備えたチューブが設けてあり、これにより窒素ガス（Ｎ_２）やクリーンドライエアー等の圧力源から圧縮気体が供給される。

その他に、基板の位置合せ用に画像認識カメラ等が設けてある。

また、加圧板７には、夫々に設けた粘着シート４２ｂを基板面から剥がすため、剥離機構を設けてある。この剥離機構は加圧板７の内部に、加圧面側に突出させた複数の押しピン４８を取り付けたピン支持板５５を、加圧板７の加圧面板７ｎに設けた押しバネ支持ピン５６押しバネ５４とピン支持板用ストッパ５３によって上下に可動可能なように取り付けてある。このピン支持板５５の上側（加圧面側とは反対の面側）に受板５７が設けてあり、この受板５７部分を加圧板を駆動するシャフト９に設けた駆動板に取り付けたシリンダ５０により伸び縮みするピン支持押し棒５１を押すことで、押しピン４８で基板１面を押して粘着部材４２ｂを基板面から剥離するようにしたものである。また、ピン支持板押し棒５１と上チャンバンユニット６との間にもシール部材５２が設けてあり、チャンバ内の減圧状態を保持できる。

尚、上基板１ｂは、粘着シート４２ｂの下面にその粘着作用で加圧板７の下面に吸引吸着をしなくても密着した形で保持できるようになっている。即ち、粘着シート４２ｂは、上基板１ｂを下基板１ａに対して水平に対向させるべく保持できるように、上基板１ｂの大きさ、形状に合せて、適宜な粘着面積や間隔、位置で形成されている。また、本実施例では、下基板１ａもテーブル４に対して上基板と同様の支持構造となっている。

次に、基板を貼り合わせる工程について図４を用いて説明する。図４は貼り合せ手順のフローチャートである。まず、上基板１ｂはロボットハンド等で搬入し（Ｓ１）加圧板７の下部にある粘着シート４２ｂに対して粘着と吸引吸着で保持される（Ｓ２）。なおこのように、吸引口に負圧を印加して吸引吸着すると共に、粘着シート４２ｂに粘着して保持するようにしたため、吸引吸着しないで粘着だけで基板を保持する場合に比べて、吸引用の負圧の影響で基板と粘着シートとの間に空気層の残る確率が低減される。もし、空気層のある状態から基板周囲を減圧した場合、粘着シート４２ｂと上基板１ｂの間に残った空気が膨張し、粘着力が低下して上基板１ｂが落下する可能性がある。先に説明した実施形態では粘着シートの基板と接する面は平坦な状態としている。そのため、更に基板落下に対する安全性を上げるには、粘着シート面に基板より大きい範囲で凹部が基板外部に連通するように複数の凸部を形成する。これにより、負圧が粘着面に作用して残留空気層ができないようにすると共に、もし、残留空気層がある場合でも、周囲を減圧することにより残留空気層が膨張しても、粘着面の凹部から空気が基板の外に逃げ易くしたものである。この方法では、基板を吸引吸着するための吸引口は凹面側に形成することが好ましい。他の方法として、凹凸や溝の範囲を基板の外周よりもやや小さく形成し、かつ吸引口を凹面に形成し空気を凹面から吸引することにより、粘着部材の凸部と基板間に吸引力による力が作用し確実に粘着力が基板に作用するようにしてもよい。これにより、基板落下を防止することもできる。この場合、凸面にも吸引口を形成すると、凸面に残って膨張した空気が凹面から吸引されるだけでなく、凸面からも吸引されるので、より効果的になる。

下基板１ａも、ロボット等で搬入し（Ｓ３）テーブル４の面上に載置され、その後、真空吸着力及び粘着シート４２ｂを設けたプレート４１ａをテーブル面上に突出する程度まで上昇させ粘着保持すると共に、真空吸着も用いて固定される（Ｓ４）。本実施形態では、下基板側に、液晶２０滴下しさらに周囲をシールするための接着剤１９が予め塗布されている。ここでも、基板周囲を減圧した場合、粘着シート４２ａと下基板１ａの間に残った空気が膨張し、下基板１ａが暴れる可能性があるため、上基板１ｂの場合と同様に粘着シート面に凸部や溝を形成する。さらに、基板１ａは摩擦パッド７０上に位置するように載置してある。

この状態から図１に示すように、ＸＹθ駆動機構上の下チャンバ部Ｔ１が上チャンバ部Ｔ２の直下に移動（Ｓ５）する。下基板１ａと上基板１ｂが対向し、上チャンバユニット６を下降させ、下チャンバユニット５の周りに配置してあるＯリング１２に上チャンバユニット６のフランジを接触させ上下チャンバ部Ｔ１、Ｔ２を一体にする（Ｓ６）。その後、真空配管から減圧排気を行う（Ｓ７）。上チャンバユニット６と下チャンバユニット５が一体となった真空チャンバ内の減圧が進むにつれ、加圧板７から上基板１ｂを吸着する減圧度と真空チャンバ内の減圧度の差が小さくなり、加圧板７からの吸引吸着作用は無くなる。しかし、上基板１ｂは、粘着シート４２ｂにより粘着保持されている。この時、粘着シート４２ｂの粘着面は、上記したような凸部や溝が形成されているので、減圧中に空気の膨張による粘着力の低下や上基板１ｂが落下するという問題は起こらない。また、下基板１ａに対しても粘着シート４２ａの粘着面も上記したような凸部や溝が形成されているので、減圧中に空気の膨張による粘着力の低下は発生しない。さらに、摩擦パッド７０が基板の外周部側に設けてあるため粘着と摩擦パッド７０の作用で下基板１ａの暴れは発生しない。

さて、真空チャンバ内が所定の減圧度に達したら、上下両基板１ｂ、１ａの位置合わせを行いながらシャフト９上の図示していない上下駆動機構を動作させ加圧板７を降下させ、上下両基板１ｂ、１ａを所望の加圧力で貼り合わせる（Ｓ８）。

因みに、基板同士の位置合わせは、まず、上チャンバユニット６に設けた画像認識カメラで上下各基板に設けられている位置合わせマークを読み取る。画像処理部では、カメラより送られてきた画像信号を画像処理してマーク位置を計測し、下チャンバＴ１の図示していないＸＹθ駆動機構を微動させて、高精度な位置合わせを行なう。この微動において、Ｏリング１２が極端に変形しないで所望の減圧状態が維持されるように、ボールベアリング１３が上下チャンバユニット６、５の間隔を維持している。

加圧板７を下降させて貼り合せを行うときに、テーブル４に摩擦パッド７０を設けていないと、基板の押し付け力の不均一が発生した場合や、接着剤１９が均一に塗布されていないと基板に水平方向に力が作用して基板の位置ずれを発生する。すなわち、粘着力では上下方向には強固に基板を保持することは出来るが前後左右方向（水平方向）は簡単に移動しやすい。このため、粘着保持する場合基板の水平方向の移動を防止するために摩擦パッド７０が必要となるものである。

貼り合わせ終了後に上基板側、即ちセルから粘着シート４２ｂを剥離する時の動作に移る。まず、スポットＵＶ装置で基板を仮固定して、上基板１ｂに対し、アクチュエータ５０により押し軸５１を下降させ、ピン支持板５５に設けた受板５７を押すことによって、複数の押ピン４８を所定の圧力で貼り合わされた上基板１ｂ面を加圧し（Ｓ９）、その状態で加圧板７を上昇させる（Ｓ１０）。この時、押し軸４８は、セルｐｃの上基板１ｂを所定の圧力で加圧しながら下方に押し付けているので、上基板１ｂから粘着シート４２ｂを剥がすことができる（この剥離方法を以後、加圧剥離と呼ぶ）（Ｓ１１）。この後、押し軸５１を上昇させセルｐｃの上基板１ｂから離す（Ｓ１２）。次にチャンバ内を大気に戻し上チャンバユニット６を上昇させる（Ｓ１３）。残ったセルｐｃは、下側の駆動軸６０を下降させ粘着シート４２ａをテーブル面より下側に移動させることによって剥がすことができる（Ｓ１４）。その後、下チャンバを横移動し貼り合せた液晶基板（液晶セルｐｃ）を搬出する（Ｓ１５）。

また他の方法として、貼合せ終了後、（スポットＵＶにより仮止めして、）上下基板が接触した状態のまま、大気開放を行なう。大気圧は粘着の凹部があるため、基板全面に均一に掛かかり、上下基板は最終ギャップまで加圧される。ギャップが狭まる時の上基板の移動は、加圧テーブル側の粘着の弾性により、加圧テーブルが移動しなくてもシール、液晶のつぶれ具合に応じて追従が可能である。大気解放後チャンバ内が所定の圧力まで上昇したところで、下粘着パッドを下降させ剥離する。下基板剥離後、上基板１ｂに対し、アクチュエータ５０により押し軸５１を下降させ、上基板から０．１ｍｍ離れた位置で停止させる。次に押しピンの位置を固定したまま、加圧テーブルを上昇させ貼り合わせた基板を加圧テーブルの粘着シートから剥離を行なう。

以上のように、本実施例では加圧板側は粘着シートを取付けプレートに貼り付けて、取付けプレートを加圧板に固定支持する方式を、テーブル側は上下駆動軸に設けた粘着シートを上下して支持する方式で説明した。尚、先の実施例では加圧板側には摩擦パッドを設けていないが、加圧板の基板端部側に摩擦パッドを複数設けると、加圧時にさらに基板の水平方向の移動を防止することが可能となり、高精度の貼り合せを短持間に行なえるようになる。

また、加圧板７もテーブル４に設けたように複数の粘着パッドと複数の摩擦パッドを配置した構成とすると良い。さらに、摩擦パッドもテーブル又は加圧板の中心を向く方向に傾斜させて配置すると、基板を設置したときに、中心側に向かって力が作用し、横ずれを確実に防ぐことができる。

以上のように、本発明では、加圧板及びテーブルの少なくともいづれか一方に複数の吸着孔からなる吸引吸着機構と、シート状の粘着部材と摩擦パッドを備えた基板保持機構を設け、大気中で基板を吸着保持すると共に粘着保持させ、チャンバ内を減圧していく過程で吸引吸着力が減少しても粘着力で基板を保持し、所定の減圧状態で基板を加圧した場合に、水平方向の力が作用しても、基板同士のずれが発生せず、確実に精度良く基板の一次貼り合せを行うことができる。

さらにまた、一次貼り合せ終了後、複数の押しピンを備えた剥離機構を用いて加圧板（粘着部材）から基板を剥離して、その後大気を導入することで２次加圧することができ、２次加圧後テーブル面から粘着パッドをテーブル下部側に引き込むことで粘着パッドから基板を確実に剥離することが可能となる。

なお、加圧状態を保持した状態で、大気を導入して２次加圧を実行する。この時粘着保持面にはそれぞれ、気体が通過できるように切り欠き部が設けてあり、この部分から大気が導入されて基板面に大気圧が加わり、２次加圧をおこなうことができる。その後、テーブル面から粘着パッドを引き込み剥離して、加圧板側から剥離ピンを基板面から０．１ｍｍの位置に移動して、その状態で加圧板を持ち上げることで加圧板面（粘着面）から基板（セル）を剥がすことができる。このように、基板から粘着部材を剥がす方法が複数あるが、出来上がったセルを損傷することなしに粘着部材を引き剥がすことができればどのような手順でも可能である。

本発明の基板貼り合せ装置の部分断面図である。 テーブル面に設けた粘着シートと摩擦パッドの配置例を示した図である。 粘着パッド表面の形状の一例を示した図である。 本発明の貼り合せ動作手順の一例を示したフローチャートである。

符号の説明

１ａ…下基板、１ｂ…上基板、４…テーブル、５…下チャンバユニット、６…上チャンバユニット、７…加圧板、１７…吸着口、１２…Ｏリング、４１ｂ…鉄製プレート、４２ａ、４２ｂ…粘着シート、４３ｂ…磁石、４７ｂ…押しピン、４８ｂ…アクチュエータ、７０…摩擦パッド。

Claims (5)

1. 真空チャンバ内で貼り合わせる一方の基板を加圧板の下面に粘着力を作用させて保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブル上に保持して対向させ、少なくともいずれか一方の基板に設けた接着剤により真空中で間隔を狭めて貼り合わせる基板の組立方法において、
   前記一方の基板を加圧板に脱着可能に設けた粘着保持機構で保持し、他方の基板を複数の粘着パッドと複数の摩擦パッドで構成されるテーブル上に保持して、両基板の位置決め、および貼り合わせを行った後、加圧板に設けた粘着保持機構から基板を剥離し、真空チャンバ内を大気解放後、テーブル上の粘着パッドを待避させて貼り合わされた他方側基板の粘着パッドから剥離することを特徴とする基板の組立方法。
2. 真空チャンバ内で貼り合わせる一方の基板を加圧板の下面に粘着力を作用させて保持し、貼り合わせる他方の基板をテーブル上に保持して対向させ、少なくともいずれか一方の基板に設けた接着剤により真空中で間隔を狭めて貼り合わせる基板の組立方法において、
   前記一方の基板を加圧板に脱着可能に設けた粘着保持機構で保持し、他方の基板を複数の粘着パッドと複数の摩擦パッドで構成されるテーブル上に保持して、両基板の位置決め、および貼り合わせを行った後、粘着保持し位置合わせしたまま大気開放して、大気開放中または、大気解放後、テーブル上の粘着パッドを待避させて基板から粘着パッドを剥離させ、加圧板に設けた粘着保持機構から基板を剥離することを特徴とする基板の組立方法。
3. 真空チャンバ内の上方に一方の基板を保持する加圧板と、貼り合わせる他方の基板を真空チャンバ内の下方に保持するテーブルとを備え、両基板を対向させ、少なくともいづれかの基板に設けた接着剤により減圧雰囲気中で両基板の間隔を狭めて基板同士を貼り合わせる基板組立装置において、
   前記テーブルに他方の基板を保持する複数の粘着パッドと、複数の摩擦パッドを配置し、該粘着パッドは、前記テーブル面に突出およびテーブル面より内側に待避する駆動機構を備えていることを特徴とする基板組立装置。
4. 請求項３に記載の基板組立装置において、
   前記加圧板にも前記複数の摩擦パッドを設けた構成としたことを特徴とする基板組立装置。
5. 請求項３、又は４記載の基板組立装置において、
   前記加圧板及びテーブルに複数の吸引吸着用の吸引口を設けると共に、前記加圧板に設けた粘着保持機構にも、前記吸引口に合わせて基板吸着側にまで連通するように吸引吸着用の貫通孔を設けてあり、前記テーブルは前記粘着パッド及び摩擦パッド以外の部分に吸引吸口が設けてあることを特徴とする基板組立装置。
   

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