JP3574865B2

JP3574865B2 - 基板の組立方法とその装置

Info

Publication number: JP3574865B2
Application number: JP31689699A
Authority: JP
Inventors: 聡八幡; 潔今泉; 正行齊藤; 明平井
Original assignee: 株式会社日立インダストリイズ
Priority date: 1999-11-08
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2019-11-08
Also published as: JP2001133745A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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真空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。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示パネルの製造には、透明電極や薄膜トランジスタアレイなどを設けた２枚のガラス基板を数μｍ程度の極めて接近した間隔をもって接着剤（以下、シール剤ともいう）で貼り合わせ(以後、貼り合せ後の基板をセルと呼ぶ)、それによって形成される空間に液晶を封止する工程がある。
【０００３】
この液晶の封止には、注入口を設けないように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、真空中で上下の基板を接近させて貼り合せる特開昭６２−１６５６２２号公報で提案された方法や、一方の基板上に注入口を設けるようにシール剤をパターン描画して真空中で基板を貼り合わせた後に液晶を注入口から注入する特開平１０−２６７６３号公報で提案された方法などがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、シール剤のパターン描画の前後に係わらず、いずれも両基板を真空中で貼り合わせているが、真空中では大気状態時のように基板を大気との圧力差で吸引吸着することができない。
【０００５】
そこで、上側に位置する基板（以下、上基板と呼ぶ。）の端部を機械的に保持すると、基板の中央部がたわみ、そのたわみは最近の基板大型化，薄板化傾向が強まるにつれて大きくなっている。
【０００６】
貼り合わせをする前に、上下両基板の周縁部（端部）に設けた位置合わせマークを利用して光学的に位置決めを行うが、たわみが大きくなる程両基板の端部同士の間隔が拡がり、位置合わせマークに焦点を合せ難くなって正確な位置合わせが困難となる。
【０００７】
また、貼り合わせをする時には、上基板のたわんでいる中央部が周縁部よりも先に下側の基板（以下、下基板と呼ぶ。）に接触するので、基板間隔を一定にする為に基板間に散布されているスペーサが動き、基板上に形成されている配向膜などを傷つけてしまう。
【０００８】
また、貼り合せる上下の基板を同一サイズとし、シール剤を基板の周縁部ぎりぎりの位置に設ける傾向にあり、このような場合には上基板の保持代がほとんど取れないという問題もある。
【０００９】
それゆえ、本発明の目的は、基板サイズが大型化，薄板化しても真空中で高精度に貼り合せることが可能な基板の組立方法とその装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、基板周縁部際に接着剤が設けられるものでも容易に上基板を保持でき，しかも配向膜などを傷つけることなく貼り合せることが可能な基板の組立方法とその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、貼り合わせる一方の基板を貼り合わせる他方の基板上に保持して対向させ、いづれかの基板に設けた接着剤により真空中で貼り合わせる基板の組立方法において、一方の基板を粘着シートの下面にその粘着力で加圧板下方に保持させ、他方の基板はテーブル上に保持し、前記粘着シートには一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛けて両基板をほぼ平行に維持し、真空中で前記加圧板とテーブルの間隔を狭めることで粘着シートを介して両基板の貼り合わせを行うことを第１の特徴とし、この基板の組立方法において、チャックで粘着シートの端部を把持し、水平に移動することで粘着シートに一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛け、両基板の貼り合わせ後にカッタで粘着シートを幅方向に切断することを第２の特徴とする。
更に本発明は、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、真空チャンバ内の下方に貼り合わせる他方の基板を保持するテーブルとを設け、前記一方の基板の位置を合わせ、いづれか一方の基板に設けた接着剤により真空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の組立装置において、前記粘着シートには一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛けて両基板をほぼ平行に維持してから前記他方の基板上に位置合わせし、前記真空チェンバ内を真空排気し、前記加圧板と前記テーブル間を狭めることで前記粘着シートに保持された一方の基板とテーブル上の基板を貼り合わせを行うことを第３の特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。
図１，図２において、本発明になる基板組立装置１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の下には、ＸＹθ駆動機構(図示を省略した)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いる。尚、下基板１ａは、テーブル４上に搭載されると、機械的にピンやローラ等で位置決め固定される構造及び吸引吸着される構造になっているが、簡略化のためそれらの構造の図示は省略している。
【００１３】
上チャンバ部Ｔ２では、上チャンバユニット６とその内部の加圧板７が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をガイドとしてフレーム１０に固定されたシリンダ１１により上下のＺ軸方向に移動する。
【００１４】
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一体となり、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のつぶれ量は、真空チャンバ内を真空に保つことができ、かつ、最大の弾性が得られる位置に設定する。真空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で受けており、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位置決することができる。
【００１５】
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と真空チャンバを形成して大気圧で変形しても、シャフト９に対し真空漏れを起こさないで上下動可能な真空シールを内蔵しているので、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、粘着シート１８に貼り付けられた上基板１bとテーブル４に保持された下基板１ａとの平行を保って貼り合せが可能となる。尚、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。
【００１６】
１４は上チャンバユニット６の側面に配置された真空配管で、図示していない真空バルブと配管ホースで真空源に接続され、これらは真空チャンバ内を減圧し真空にする時に使用される。１５はガスパージバルブとチューブで、窒素ガス
（Ｎ₂）やクリーンドライエアー等の圧力源に接続され、これらは真空チャンバを大気圧に戻す時に使用される。
【００１７】
次に、上基板１ｂを保持する粘着シート１８の駆動機構について説明する。
上チャンバユニット６内の１７はスピンドルで、ロール状に巻き付けた粘着シート１８を送り出し方向に駆動回転，自由回転，送り出し方向と逆トルクがかかった状態での送り出し方向への回転及び回転固定が可能になっている。
【００１８】
粘着シート１８は、回転自由のローラ１９を介して反対側の回転自由のローラ２０に向かい、ローラ２０と相対的に位置固定し配置されたスピンドル２１で巻き取り可能となっている。スピンドル２１は、粘着シート１８を巻き取り方向に駆動回転が可能で、かつ、巻き取り方向にトルクがかかった状態での逆回転と回転固定が可能になっている。また、ローラ２０と相対的に位置固定された巻き取り用のスピンドル２１は、粘着シート１８を巻き取り方向に駆動回転しながらスピンドル１７の方向に水平駆動可能になっている。尚、粘着シート１８の粘着面は下側になるように巻き取られているので、上基板１ｂが粘着シート１８に貼り付くと下基板１ａと対向するようになる。
【００１９】
スピンドル１７の上記回転動作は、図２に示しているように、モータ２４により行う。スピンドル２１の上記回転動作は、モータ２５により行い、上記水平動作は、モータ２５が固定されたボールナット２８が、モータ２７の駆動によりボールねじ２６が回転し移動することで実現する。尚、ボールナット２８の水平動作用ガイドは、図示を省略した。２９、３０は、ボールねじ２６のサポート軸受で、サポート軸受２９は上チャンバユニット６に固定され、サポート軸受３０はモータ２４及びローラ１９のシャフトとともにブラケット３１に固定され、ブラケット３１は、上チャンバユニット６に固定される構造となっている。
【００２０】
２２ａ、２２ｂは画像認識カメラで、上下各基板１ａ，１ｂに設けられている位置合わせマークを読み取るために設置される。２３ａ、２３ｂは、透明な覗き窓で、上チャンバユニット６に設けられた穴６ａ、６ｂの真空遮断を行う。
【００２１】
７ａ、７ｂは基板の位置合わせマークを見るため、加圧板７に設けた小径の穴である。ここで、粘着シート１８の幅は、粘着シート１８が画像認識カメラ２２ａ、２２ｂの視野を塞がないよう、図２に示すように、通常基板の対角位置にある位置合わせマーク２４ａ、２４ｂのＹ方向の距離より僅かに小さくしておくと良い。
【００２２】
次に、図３乃至図５で本基板組立装置１で基板を貼り合わせる工程について説明する。
図３(ａ)は上基板１ｂが保持される前の上チャンバ部Ｔ２の初期状態を示しており、スピンドル２１は粘着シート１８を広げた状態で図の右側に移動させてあり、加圧板７は上方に待機している。
【００２３】
図３(ｂ)は加圧板７を下降させ粘着シート１８に接触させた後、更にやや下降させた状態を示している。この時、スピンドル１７と２１に巻き取られている粘着シート１８が両方から送り出されるが、粘着シート１８はスピンドル１７，２１を回転駆動させるそれぞれのモータでトルク制御を行い、常に引っ張り力がかかった状態にする。引っ張り力は上基板１ｂの重量で決定し、図３(ｃ)に示すように，上基板１ｂを貼り付け保持させても加圧板７との間に隙間が殆どできない量に設定する。
【００２４】
このように上基板１ｂを粘着シート１８に貼り付け保持した後、図４に示すように、上基板１ｂと下基板１ａの貼り合わせを行なう。
【００２５】
先ず、図４(ａ)に示すように、下基板１ａをテーブル４上に搭載した下チャンバ部Ｔ１を上チャンバ部Ｔ２の真下に移動させ、図４(ｂ)に示すように、シリンダ１１により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を一体にしてから真空配管１４から真空排気を行う。
【００２６】
尚、下基板１ａはテーブル４上に位置決め固定されており、下基板１ａ上の外周には、シール剤がクローズしたパターンで描画されており、その内側には適量の液晶が滴下されている。
【００２７】
さて、上チャンバユニット６と下チャンバユニット５が一体になってできた真空チャンバ内が所定の真空度に達したら、図４(ｃ)に示すように、上下両基板１ａ，１ｂ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を下降させ、所定の加圧力で上下両基板１ａ，１ｂの間隔を狭めて所望間隔で貼り合わせる。
【００２８】
この時も加圧板７が降下するにつれスピンドル１７と２１に巻き取られている粘着シート１８が両方から送り出されるが、上記したように粘着シート１８は常に適切な引っ張り力が掛かった状態なので、粘着シート１８が伸びたり切れたりしない。また、この引っ張り力により上基板１ｂは粘着シート１８を介して加圧板７にほぼ密着していて上基板１ｂの中央部が極端に垂れ下がっていることはなく、上下両基板１ａ，１ｂはほぼ平行であるから、上基板１ｂの中央部が基板１ａ上に散布されたスペーサに悪影響を与えたり、基板同士の位置合わせが不可能になることはない。
【００２９】
因みに、基板同士の位置合わせは、上チャンバユニット６に設けた覗き窓２３ａ、２３ｂから画像認識カメラ２２ａ、２２ｂで上下各基板１ａ，１ｂに設けられている位置合わせマークを読み取って画像処理により位置を計測し、下チャンバ部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真空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。
【００３０】
貼り合わせが終了すると、真空配管１４につながっている図示していない真空バルブを締めてガスパージバルブ１５を開き、真空チャンバ内にN₂やクリーンドライエアーを供給し、大気圧に戻してからガスパージバルブ１５を閉じて、図５に示す貼り合わせで形成されたセルの取り出し工程に移る。
【００３１】
先ず、図５（ａ）に示すように、シリンダ１１で上チャンバユニット６を上昇させた後、加圧板７を上昇させる。
【００３２】
貼り合せた上基板１ｂの上面には粘着シート１８が貼り付いているので、以下、粘着シート１８を剥がす動作について図５(ｂ)で説明する。
【００３３】
この動作は、スピンドル２１を回転させ粘着シート１８を巻き取ると同時に、巻き取り速度と同期した速さで回転固定したスピンドル１７の方向に水平移動させることにより行う。
【００３４】
この時、粘着シート１８は上基板１ｂの上面から徐々に無理なく剥がされ、スピンドル２１がスピンドル１７に最も近接した時にすべて剥がれるようになっており、スピンドル２１は粘着シート１８の剥取手段としても働いている。
【００３５】
貼り合わされた下基板１ａはテーブル４で吸引吸着させており、粘着シート１８が剥がされている途中でもずれたり持ち上がったりしない。
【００３６】
上記動作が終了すると、図５(ｂ)に示すように下チャンバ部Ｔ１を図の左側に移動させ、テーブル４から上下基板１ｂ，１ａを貼り付けてできたセルｐｃを外すとともに、スピンドル１７から新しい粘着シート１８を送り出すためスピンドル２１を回転固定した状態で右方向に水平移動させ、次の貼り合わせに備える。
【００３７】
次に、図６により本発明の他の実施形態になる基板貼合装置での基板貼り合わせを説明する。
【００３８】
図６で図１乃至図５に示した一実施形態と同一物若しくは相当物には同一符号を付けて、説明は省略する。
【００３９】
この実施形態では、スピンドル２１による粘着シート１８の巻き取りに代えて、粘着シート１８のチャック機構４５を設け、スピンドル１７側のローラ１９の近傍に粘着シート１８のカッタ４０や粘着シート１８のチャックのための駆動機構を設けている。
【００４０】
即ち、図６では簡略化のために上基板１ｂの図示を省略しているが、基板貼り合わせ後に、アクチュエータ４２を介してカッタ台４１を支持したカッタベース４３をアクチュエータ４４でカッタ４０の刃の下端位置まで上昇させる。
【００４１】
次に、セルｐｃの外周部で粘着シート１８の幅方向（図のＹ方向）にカッタ４０を移動させ、上基板１ｂが貼り付いている粘着シート１８を切断する。
【００４２】
チャック４５は粘着シート１８の把持を開放し、粘着シート１８を付けたままセルｐｃを取り出し、適宜な時点でセルｐｃから粘着シート１８を剥ぎ取る。この剥ぎ取りまでは粘着シート１８は、セルｐｃの保護膜として働く。シール剤硬化のためにＵＶ光を照射することがあれば、粘着シート１８の大抵の粘着層はＵＶ光で劣化するので適宜な時点での粘着シート１８を剥ぎ取りは容易である。
【００４３】
セルｐｃを取り出した後は、カッタ台４１をアクチュエータ４２で僅かに下降させ、粘着シート１８の端部にチャック４５のつかみ代を作る。カッタ４０が退行（図の位置に戻ること）してから、モータ２７の駆動でボールねじ２６が回転し、チャック４５がスピンドル１７側のローラ１９のところに行って粘着シート１８の端部を把持する。尚、チャック４５における粘着シート１８の把持を行なう駆動機構は、チャック４５内に内蔵されている。
【００４４】
その後、アクチュエータ４４でカッタベース４３を下降させ、チャック４５をモータ２７で図の右側に移動させて粘着シート１８を繰り出すとともに水平に維持し、次の上基板１ｂの保持に備える。
【００４５】
次に、図７で本発明の更に他の実施形態になる基板貼合装置での基板貼り合わせを説明する。
【００４６】
図７で図１乃至図５に示した一実施形態と同一物若しくは相当物には同一符号を付けて、説明は省略する。
【００４７】
図７において、５０は加圧板７に設けた開孔で、上方にアクチュエータ５１を備え、このアクチュエータ５１から下方に向かって伸びた軸の先に粘着部材５２が設けられている。アクチュエータ５１の動作で、開孔５０内で粘着部材５２が上下する。
【００４８】
上基板１ｂは、粘着部材５２の下面にその粘着作用で加圧板７の下面に密着した形で保持している。即ち、開孔５０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，形状に合わせて適宜な間隔や位置で加圧板７に設けられている。
【００４９】
下基板１ａをテーブル４上に固定した下チャンバ部Ｔ１は上基板１ｂを粘着部材５２で保持している上チャンバ部Ｔ２の下に移動される。
【００５０】
その後、図６（ｂ）で示すように、シリンダ１１で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と真空チャンバを形成してから内部を減圧し、真空にする。
【００５１】
次に、上下両基板１ｂ，１ａの位置合せをして、シャフト９で加圧板７を下降させ、加圧板７で直に上基板１ｂを押して上下両基板１ｂ，１ａの貼り合わせを行なう。この場合、開孔５０には粘着部材５２があるので、加圧力は上基板１ｂに平等に加わる。
【００５２】
貼り合わせてできたセルｐｃの上基板１ｂから粘着部材５２を剥がす時は、アクチュエータ５１により開孔５０内で粘着部材５２を上昇（退行）させる。すると、加圧板７の開孔５０の周縁部が上基板１ｂの移動を阻止するので、簡単に粘着部材５２と上基板１ｂを引き離すことができ、加圧板７が粘着部材５２の剥取手段として働く。
【００５３】
その後、真空チャンバ内に窒素ガスＮ₂やクリーンドライエアー等を供給し内部をパージしつつ大気圧に戻し、加圧板７を上昇させ上チャンバユニット６を上昇させ、下チャンバ部Ｔ１を図の左側に移動させてから、セルｐｃをテーブル４から取り出す。
【００５４】
この実施形態によれば、粘着部材が加圧板７に内蔵されているので、上チャンバユニット６内が簡素化され、真空チャンバの小型化により、減圧真空化の時間を短縮でき、処理枚数を高めることができる。
【００５５】
また、上基板１ｂのたるみを起こす中央部を加圧板７に内蔵した粘着部材で吊り上げておくことができるから、上基板の中央部がたわんで配向膜などを傷つける心配はない。
【００５６】
以上の実施形態に限らず、テーブル４に粘着部材を仕込んで、下基板１ａの固定に利用してもよい。また、粘着シート１８に代えて、上基板１ｂの平行な２辺に沿うように複数本の粘着テープを図１，図２に示した機構の如きもので、上チャンバユニット内で移動可能に設置して、上基板１ｂを下基板１ａに平行となるように保持させてもよい。
【００５７】
いずれの実施形態でも、上基板をその主面側で保持しているので、中央部のたるみを消すことができ、シール剤が基板の周縁部ぎりぎりに設けられていても上基板の保持に支障はない。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、基板サイズが大型化，薄板化しても真空中で高精度に基板同士を貼り合せることができる。
【００５９】
また本発明によれば、基板周縁部際に接着剤が設けられるものでも容易に上基板を保持でき，しかも配向膜などを傷つけることなく貼り合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す基板組立装置の概略断面図である。
【図２】図１に示した基板組立装置における粘着シートの駆動機構の斜視図である。
【図３】図１に示した基板組立装置での上下両基板を貼り合わせる初期の工程を示す要部の断面図である。
【図４】図１に示した基板組立装置での上下両基板を貼り合わせる工程を示す要部の断面図である。
【図５】図１に示した基板組立装置での上下両基板を貼り合わせて形成したセルの取り出し工程を示す要部の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態になる基板組立装置での上下両基板を貼り合わせる工程を示す要部の斜視図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態になる基板組立装置での上下両基板を貼り合わせる工程を示す要部の断面図である。
【符号の説明】
１基板組立装置
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
１２ Oリング
１３ボールベアリング
１４真空配管
１７，２１スピンドル
１８粘着シート

Claims

貼り合わせる一方の基板を貼り合わせる他方の基板上に保持して対向させ、いづれかの基板に設けた接着剤により真空中で貼り合わせる基板の組立方法において、
一方の基板を粘着シートの下面にその粘着力で加圧板下方に保持させ、他方の基板はテーブル上に保持し、前記粘着シートには一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛けて両基板をほぼ平行に維持し、真空中で前記加圧板とテーブルの間隔を狭めることで粘着シートを介して両基板の貼り合わせを行うことを特徴とする基板の組立方法。
上記請求項１記載の基板の組立方法において、
チャックで粘着シートの端部を把持し、水平に移動することで粘着シートに一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛け、両基板の貼り合わせ後にカッタで粘着シートを幅方向に切断することを特徴とする基板の組立方法。
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、真空チャンバ内の下方に貼り合わせる他方の基板を保持するテーブルとを設け、前記一方の基板の位置を合わせ、いづれか一方の基板に設けた接着剤により真空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の組立装置において、
前記粘着シートには一方の基板の主面と平行な方向の引っ張り力を掛けて両基板をほぼ平行に維持してから前記他方の基板上に位置合わせし、前記真空チェンバ内を真空排気し、前記加圧板と前記テーブル間を狭めることで前記粘着シートに保持された一方の基板とテーブル上の基板を貼り合わせを行うことを特徴とする基板の組立装置。