衬底贴合设备和方法.pdf

一种衬底贴合设备，包括：第一室，第一室包括第一表面板，在第一表面板上接收第一衬底；表面板升降机，用于升起第一表面板；第二室，第二室包括第二表面板，在第二表面板上接收待贴合于第一衬底的第二衬底；至少一处胶粘剂，包含于第一表面板用来附着到第一衬底；以及胶粘剂升降机，用于独立地升起胶粘剂。

1.  一种衬底卡盘，包括：
表面板，包括用于附着衬底的胶粘剂；以及
分离单元，设置在所述表面板上，用来使所述衬底从所述表面板分离。

2.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，所述分离单元包括：
膨胀构件，所述膨胀构件膨胀到被所述胶粘剂附着的所述衬底的附着表面；
安装单元，在所述安装单元中安装有所述膨胀构件，所述安装单元形成在所述表面板上，用于形成气密空间；
加热单元，用于加热所述安装单元中的空气，以使所述膨胀构件膨胀。

3.  如权利要求2所述的衬底卡盘，其中，所述膨胀构件包括膜片，所述加热单元包括热丝。

4.  如权利要求2所述的衬底卡盘，其中，支承构件被设置在所述安装单元中，以在所述膨胀构件返回到未膨胀位置时防止所述膨胀构件变形。

5.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，所述分离单元包括：
安装单元，形成在所述表面板上；
分离块，设置在所述安装单元中，能够滑动；
膜片，放置在所述安装单元里面，用来将所述分离块移向所述衬底；以及
弹簧，用来支承所述分离块的两端，以使所述分离块返回所述安装单元的里面。

6.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，所述分离单元包括：
安装单元，形成在所述表面板上；
分离块，设置在所述安装单元中，能够滑动；
施压单元，放置在所述安装单元里面，用来将所述分离块移向所述衬底；以及
弹簧，放置在所述分离块和所述施压单元之间，用以在所述施压单元被返回时同时使所述分离块返回。

7.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，所述胶粘剂围绕着所述分离单元的周边形成。

8.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，所述胶粘剂基本上具有椭圆形或者三角形中的一种形状。

9.  如权利要求8所述的衬底卡盘，其中，具有椭圆形或者三角形中一种形状的多处胶粘剂被设置成使所述多处胶粘剂的每个顶点围绕着所述分离单元的周边放置。

10.  如权利要求1所述的衬底卡盘，其中，多处胶粘剂沿着径向围绕着所述分离单元的周边设置。

衬底贴合设备和方法
本申请是申请日为2008年6月20日、申请号为200810126716.0、发明名称为“衬底贴合设备和方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
这里描述的一个或多个实施例涉及贴合(bonding)衬底。
背景技术
现在在市场上可以得到多种平板显示器件。其中，LCD与其他器件相比能产生优良图像质量而且重量轻、厚度薄、功耗低。LCD是通过将液晶注入到薄膜晶体管(TFT)衬底和滤色器(CF)衬底之间制成的。用来贴合这些衬底的工艺所具有的缺点是，这些工艺增加了成本并对性能有负面影响。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种衬底贴合设备，包括：第一室，所述第一室包括第一表面板，在第一表面板上接收第一衬底；表面板升降机，用于升起第一表面板；第二室，所述第二室包括第二表面板，在第二表面板上接收待贴合于第一衬底的第二衬底；至少一处胶粘剂，包含于第一表面板，用于附着到第一衬底；以及胶粘剂升降机，用于独立地升起胶粘剂。
根据本发明的另一方面，提供了一种衬底贴合方法，包括：将第一衬底附着于第一表面板的胶粘剂；将第二衬底附着于第二表面板，使第一衬底和第二衬底对准；使第一衬底从第一表面板分离；以及升起包含于第一表面板的胶粘剂，使第一衬底落到第二衬底上，以使第一衬底和第二衬底被贴合在一起。
根据本发明的另一方面，提供了一种衬底卡盘，包括：表面板，包括用于附着衬底的胶粘剂；以及分离单元，设置在表面板上，用来使所述衬底从表面板分离。
附图说明
图1是表示衬底贴合设备一个实施例的示意图。
图2是表示包含在图1设备中的衬底卡盘放大视图的示意图。
图3到图6是表示胶粘剂例子的示意图。
图7和图8是表示包含在衬底贴合方法的多种实施例中的步骤的流程图。
图9和图10是表示根据前述实施例的衬底卡盘可以如何操作的示意图。
图11是表示衬底贴合设备另一个实施例的示意图。
图12是可以用在图11中的衬底卡盘的俯视图。
图13和图14是表示图11和图12中的衬底卡盘的构造和操作的示意图。
图15到图18是表示可用于根据这里描述的实施例的设备中的胶粘剂布置。
图19和图20是表示衬底卡盘另外的例子的示意图。
具体实施方式
LCD可以用多种工艺制造。例如，一种工艺涉及制备TFT衬底和CF衬底，另一种工艺涉及贴合这两个衬底，又一种工艺涉及将液晶材料注入到两个衬底之间的空间中。贴合这两个衬底的工艺是决定LCD质量和性能的最重要的工艺之一。
衬底贴合工艺可以由衬底贴合设备进行。该设备包括上室和下室，这两个室限定了产生真空的居间空间。由Fujitsu Limited申请的名称为“System forProducing Pasted Substrate”的国际公开第WO/2004/097509、由Shin-EtsuEngineering Co.，Ltd申请的名称为“Sticking Device for Flat Panel Substrate”的国际公开第WO/2003/091970，公开了这种类型的衬底贴合设备的例子。
在这些设备的操作过程中，TFT和CF衬底受压，而使它们贴合在一起。为了实现贴合，两个静电卡盘(ESC)以彼此相对的关系放置。衬底由静电卡盘保持。在贴合过程中，使卡盘相互靠近，同时精确地维持卡盘的平行度。然后，进行衬底的贴合工艺。
但是，在这些设备中使用的静电卡盘非常昂贵。而且各卡盘表面上的聚酰亚胺膜被用来产生静电力。在使用过程中，这种膜常常被衬底贴合工艺中产生的颗粒损坏。
图1表示的是另一种类型的衬底贴合设备的一个实施例。这个设备包括第一室100和第二室200，在这两个室中分别接收第一衬底S1和第二衬底S2。第二室固定于基座上，第一室位于第二室上方并由升降机300沿着上下方向运动。
用于保持第一衬底S1的第一衬底卡盘110设置在第一室的底部。其上接收第二衬底S2的第二衬底卡盘210设置在第二室的顶部。第一衬底卡盘安装在第一室内的第一表面板101上，第二衬底卡盘安装在第二室内的第二表面板201上。
第二衬底卡盘210可以是一种通过静电力保持第二衬底S2的静电卡盘(ESC)。而且，在第二室中设置了多个升降销220，这些升降销220贯穿或者以其他方式穿过第二衬底卡盘210和第二表面板201。
当第二衬底S2被载运进来时，升降销被升起以接收第二衬底S2，然后被降下，使得第二衬底被接收在第二衬底卡盘210上。当顶部的第一衬底S1和底部的第二衬底S2贴合起来形成面板时，升降销220升起贴合后的面板，以使其能够被送出到外面。
在第一室中也可以包含摄像机130，用来拍摄第一衬底S1和第二衬底S2上的对准标记。通过对这些对准标记进行成像，可以决定衬底S1和S2是否位于精确并对准的位置。摄像机经过贯穿第一室的孔100a拍摄标记。照明单元230设置在第二室200的底部，为孔200a提供光，使摄像机130能够更好地拍摄对准标记。
衬底贴合设备还可以包括涡轮分子泵(TMP)或者干式泵，用来在第一、二室被相互紧密靠近时形成的处理空间中产生真空。
第一表面板升降机151、胶粘剂升降机131和升降机300可以做成直线致动器。
图2表示的是用于图1衬底贴合设备的衬底卡盘110的放大视图。衬底卡盘110包括上面接收第一衬底S1的第一表面板101、用于使第一表面板上下运动的第一表面板升降机151、贯穿或者穿过第一表面板101用来附着到第一衬底S1的多处胶粘剂124、以及用于沿上下方向移动胶粘剂124的胶粘剂升降机131。
胶粘剂按照矩阵的形式布置在第一表面板101上。通过按矩阵形式布置胶粘剂，可以容易地维护和修补胶粘剂。除了矩阵形式外，可以根据用户的方便按照各种形式和构造来布置胶粘剂。
通过固化10～75重量份、具有键合到硅原子的烯基(alkenyl groups)的有机聚硅氧烷、5～30重量份有机含氢聚硅氧烷(organhydrogenpolysiloxane)、包括加成固化型(addition-cure)催化剂的可加成固化的硅橡胶合成物，可以获得各胶粘剂124。这些胶粘剂可以通过压力成型、粉浆浇铸(slip casting)或者注射成型，对硅橡胶合成物进行模制形成。或者，可以通过将光照射到作为一种塑料的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)上形成细沟槽，而形成这些胶粘剂，其中细沟槽具有直径大约为400nm的突起和凹陷。
胶粘剂可以按图3到图6所示的各种形状形成。例如，胶粘剂可以按图3所示的圆形、图4所示的四边形、图5所示的五边形或者图6所示的椭圆形形成。
现在来描述衬底贴合设备的操作以及可以根据图1实施例执行的衬底贴合方法。
图7和图8是流程图，示出了包含在衬底贴合方法各种实施例中的步骤，图9和图10是表示衬底卡盘操作的示意图。
开始时，机器人(没有示出)可以把第一衬底S1载运进第一室100和第二室200相互分开的空间中。第一室的胶粘剂升降机131使胶粘剂下降，使第一衬底S1附着到胶粘剂(S100)。胶粘剂升降机然后将胶粘剂和第一衬底S1一起升起。
同时，在接收第一衬底S1的过程中，真空卡盘可以接收第一衬底S1并向上运动，使第一衬底S1粘到胶粘剂上。升降机131上下移动胶粘剂124。在其他实施例中可以使用多个胶粘剂升降机131来执行这种功能。
第一衬底S1被载运进来之后，由机器人载运第二衬底S2。升降销220被升起来接收第二衬底S2。一旦升降销支承到第二衬底S2，机器人就从室移出。然后，升降销运动，使第二衬底S2被接收在第二表面板201上。当第二衬底S2被接收在第二表面板上时，第二衬底S2被静电力附着到第二衬底卡盘210。
随后，第一室100被升降机300降向第二室200，由此形成处理空间。通过干式泵或者涡轮分子泵在处理空间中形成真空。这时，对第一、第二衬底S1、S2进行粗对准。完成了衬底之间的粗对准后，进行衬底S1、S2之间的精确对准，以完成对准(S110)。
在完成了对准步骤之后，处理空间被置于真空状态，并使第一和第二衬底S1和S2相互靠近(见图9)。
在这种状态下，胶粘剂124由胶粘剂升降机131升起，第一表面板101由第一表面板升降机151降下，使得第一衬底S1与胶粘剂分离(见图10)。相应地，第一衬底与胶粘剂分开并落在第二衬底S2上，使得第一衬底S1和第二衬底S2贴合在一起(S120和S130)。
胶粘剂和第一表面板101上下运动的优先顺序可以变化。例如，根据衬底分离方法的一个实施例，胶粘剂先被升起(S120)，然后在胶粘剂被降下的时候第一表面板101被降下(S130)，如图7所示。根据另一个实施例，第一表面板先被降下(S120)，然后，在第一表面板被降下的时候将胶粘剂升起(S130)。根据另一个实施例，胶粘剂和第一表面板同时沿相反方向运动。
当第一衬底S1和第二衬底S2贴合在一起时，将氮注入到处理空间中，使处理空间处于大气压状态。利用氮的注入，第一、二衬底更牢固地贴合在一起。完成了最后的贴合工艺后，第一室和第二室彼此分开，第二室的升降销向上运动以升起贴合后的面板。然后，机器人进入处理空间，取走贴合后的面板。
图11表示的是衬底贴合设备的另一个实施例。该设备包括里面分别接收第一衬底S1和第二衬底S2的第一室300和第二室400。第二室固定到基座上，第一室由升降机490上下运动。
上面接收第一衬底S1的第一衬底卡盘310位于第一室中，上面接收第二衬底S2的第二衬底卡盘410位于第二室中。第一衬底卡盘安装在第一室中的第一表面板301上，第二衬底卡盘410安装在第二室中的第二表面板401上。第一衬底卡盘可以通过范德瓦尔斯力保持第一衬底，第二衬底卡盘可以通过静电力保持第二衬底。
图12表示的是第一衬底卡盘的俯视图，图13和图14表示的是该衬底卡盘的构造和操作。如图12所示，第一衬底卡盘包括在第一表面板301上以矩阵形式布置的多个夹持单元324。当所述多个夹持单元按矩阵形式布置时，可以方便第一衬底卡盘的维护和修理。
如图13和14所示，每个夹持单元都包括用于通过附着力保持第一衬底S1的多处胶粘剂327和用于将第一衬底S1从胶粘剂分离的多个分离单元326。
分离单元326包括膨胀构件328，该膨胀单元328膨胀以接触由胶粘剂保持的第一衬底S1的附着表面；安装单元330，其中膨胀构件安装在附着表面侧以形成气密空间；加热单元332，用来加热安装单元中的空气；以及供给孔335，用来向膨胀构件328供给加热后的空气。膨胀构件可以用任何一种弹性材料形成。例如，膨胀构件可以是膜片(diaphragm)，加热单元332可以是热丝。
在安装单元330的里面设置支承构件334，用来在膨胀构件返回到其原来状态时防止膨胀构件变形。支承构件支承根据安装单元中空气温度的升高和降低而反复膨胀和收缩的膨胀构件，并且用来在反复使用中维持操作精度的可靠性。
胶粘剂327可以在分离单元326外周边按圆形图案布置。每处胶粘剂可以例如基本上按矩形、弧形或者宽度向着膨胀构件变窄的三角形形成，如图15到图17所示。或者，如图18中所示，胶粘剂可以设置在中心位置，分离单元328可以围绕着胶粘剂的周边放置。在其他实施例中，可以实现这些图案的组合。
第二衬底卡盘410可以是一种通过静电力保持第二衬底S2的静电卡盘(ESC)。贯穿第二表面板401和第二衬底卡盘410的多个升降销420设置在第二表面板的底部。
当第二衬底被载运进来时升降销被升起以接收第二衬底S2，然后被降下，使得第二衬底被接收在第二衬底卡盘410上。当第一和第二衬底贴合形成贴合后的面板时，升降销升起贴合后的面板，使其能被送出。
用于拍摄第一和第二衬底上的对准标记的摄像机330，被用来决定衬底是否位于精确位置，该摄像机被设置在第一室中。摄像机经过贯穿第一室的孔拍摄标记。在第二室底部的照明单元430给摄像机提供光，使摄像机能够更好地拍摄对准标记。
用于在第一室和第二室相互靠近时形成的处理空间中产生真空的涡轮分子泵(TMP)或者干式泵，连接于第一室和第二室。
现在描述根据本实施例的衬底贴合设备的操作。开始时，机器人将第一衬底S 1载运进第一室300和第二室400相互分开的空间中。然后，第一室中的真空卡盘320被降下以保持第一衬底S1，接着被升起。当第一衬底被真空卡盘320所保持并升起时，第一衬底被附着到第一表面板301上的胶粘剂327。
然后，用机器人载运第二衬底S2。为了接收第二衬底，升降销420被升起以支承第二衬底，然后机器人从室移出。升降销接着被降下，使第二衬底被接收在第二表面板401上并被第二衬底卡盘410所保持。
随后，第一室300被升降机490运动并紧密地放于第二室400，由此形成了工艺室。当形成工艺室时，由干式泵或涡轮分子泵在工艺室中产生真空。这时，第一表面板301下降，以在第一衬底S1和第二衬底S2之间进行粗对准。完成了粗对准后，进行衬底间的精确对准，因此完成了衬底的对准。
对准之后，如图11所示，在第一衬底S1和第二衬底S2相互靠近时，工艺室被置于真空状态。接下来，当膨胀构件328如图12所示膨胀时，第一衬底S1与胶粘剂327分离并落在第二衬底S2上面，使得第一衬底S1和第二衬底S2被贴合在一起。
当第一衬底S1和第二衬底S2贴合在一起时，空气从室300和400中排出，以产生大气压力状态。可以从第一室供给氮气(N₂)，使第一和第二衬底更牢固地贴合在一起。
完成最终的贴合工艺后，第一室和第二室相互分开，并且第二室的升降销420向上运动，以升起贴合后的面板。接着，机器人进入处理空间，取走贴合后的面板，于是，完成了贴合工艺。
图19和图20表示的是可以与前述衬底贴合设备一起使用的衬底卡盘的其他例子。
在图19所示的例子中，衬底卡盘包括在表面板501上形成的安装单元500、设置在安装单元500中能滑动的分离块510、放置在安装单元500里面用来将分离块510移向衬底的膜片520、以及用于支承分离块的两端以使分离块返回到安装单元里面的弹簧530。在分离衬底的过程中，衬底卡盘将空气注入膜片的里面使其膨胀。当膜片膨胀时，分离块被推出安装单元，而将衬底与胶粘剂524分离。衬底分离后，供给到膜片的空气被截止。结果，弹簧530使分离块返回到安装单元的里面。
在图20所示的例子中，衬底卡盘包括在表面板601上形成的安装单元600、设置在安装单元中能滑动的分离块610、放置在安装单元里面使分离块移向衬底的施压单元630、以及放置在分离块和施压单元之间用于在施压单元返回的同时使分离块返回的弹簧620。并且，O型圈640设在施压单元的两端与分离块侧面之间。
衬底卡盘的施压单元630由作动缸等的驱动源上下移动。当施压单元被降下时，分离块610被施压单元向着安装单元的底部推出，以将衬底与胶粘剂524分离。当施压单元向上运动时，分离块被弹簧的恢复力升起并返回到安装单元的里面。
因此，前述实施例提供了一种形成有带附着力的胶粘剂的衬底卡盘、使用该衬底卡盘的衬底贴合设备、衬底分离的方法以及衬底贴合的方法。
根据一个实施例，一种衬底贴合设备包括：第一室，包括第一表面板，在第一表面板上接收第一衬底；表面板升降机，用于升起第一表面板；第二室，包括第二表面板，在第二表面板上接收待贴合于第一衬底的第二衬底；胶粘剂，穿过第一表面板并附着第一衬底；以及胶粘剂升降机，用于独立地升起胶粘剂。胶粘剂可以是多处胶粘剂，胶粘剂升降机可以同时升起所述多处胶粘剂。
根据另一个实施例，一种衬底卡盘包括：表面板，在表面板上接收衬底；表面板升降机，用于升起表面板；胶粘剂，穿过表面板并附着衬底；以及胶粘剂升降机，用于独立地升起胶粘剂。胶粘剂可以是多处胶粘剂，并且胶粘剂升降机可以同时升起所述多处胶粘剂。
根据另一个实施例，一种衬底分离方法包括：降下表面板，使衬底从表面板分离；以及升起穿过表面板并附着衬底的胶粘剂。胶粘剂可以在表面板被降下的时候升起。表面板可以在胶粘剂被升起的时候降下。胶粘剂和表面板可以同时沿着相反的方向上下运动。
根据另一个实施例，一种衬底贴合方法包括：将第一衬底附着于第一衬底的胶粘剂；将第二衬底附着于第二表面板，使第一衬底和第二衬底对准；降下第一表面板，使衬底从第一表面板分离；以及升起穿过第一表面板并附着第一衬底的胶粘剂，使第一衬底落到待贴合在一起的第二衬底上。胶粘剂可以在第一表面板被降下的时候升起。第一表面板可以在胶粘剂被升起的时候降下。胶粘剂和表面板可以沿着相反的方向同时上下运动。
根据另一个实施例，一种衬底贴合设备包括：第一室，在第一室中接收第一衬底；第二室，与第一室是分开的，在第二室中接收要与第一衬底贴合的第二衬底；胶粘剂，设置在第一室中，用于通过附着力附着第一衬底；以及分离单元，设置在第一室中，用来使第一衬底与胶粘剂分离。胶粘剂可以围绕着分离单元的周边形成。分离单元可以围绕着胶粘剂的周边形成。
根据另一个实施例，一种衬底卡盘包括：表面板，包括用来附着衬底的胶粘剂；以及分离单元，设置在表面板上，用来使衬底与表面板分离。分离单元可以包括：膨胀构件，膨胀构件膨胀到被胶粘剂附着的衬底的附着表面；安装单元，其中安装有膨胀构件，安装单元形成在表面板上以形成气密空间；以及加热单元，用于加热安装单元中的空气以使膨胀构件膨胀。膨胀构件可以是膜片，加热单元可以是热丝。在安装单元中可以设置支承构件，以在膨胀构件返回时防止膨胀构件变形。
分离单元可以包括形成在表面板上的安装单元、设置在安装单元中能够滑动的分离块、放置在安装单元里面用来将分离块移向衬底的膜片、以及用来支承分离块的两端以使分离块返回安装单元里面的弹簧。
分离单元可以包括形成在表面板上的安装单元、设置在安装单元中能够滑动的分离块、放置在安装单元里面用来将分离块移向衬底的施压单元、以及放置在分离块和施压单元之间以在施压单元被返回时同时使分离块返回的弹簧。
胶粘剂可以围绕着分离单元的周边形成。胶粘剂可以按椭圆形形成，多处胶粘剂可以按辐射状围绕着分离的周边设置。胶粘剂可以按弯曲的椭圆形形成，并布置成围绕着分离单元的周边。胶粘剂可以按三角形形成，多处胶粘剂可以设置成使所述多处胶粘剂的每个顶点围绕着分离单元的周边放置。分离单元可以围绕着胶粘剂的周边设置。
根据这里描述的实施例，可以因此以比传统静电卡盘低的成本加工衬底卡盘，还可以更好地方便维护和修理，由此提高了衬底贴合设备的制造和操作效率。
任何谈到“一个实施例”、“实施例”、“举例性实施例”等的地方，意思是结合该实施例描述的具体构件、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处的这种表述形式不一定都指相同的实施例。而且，当结合任何实施例描述具体构件、结构或者特点时，所主张的是，结合其他的实施例实现这样的构件、结构或者特点落在本领域技术人员的范围内。
尽管参照本发明多个解释性实施例对本发明的实施方式进行了描述，但是，应该明白，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围内。更具体地说，在前述公开、附图以及权利要求的范围内，可以在零部件和/或从属组合布局的布局方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，对于本领域技术人员来说，其他的使用也是明显的。