KR100883588B1 - Roll-to-Roll sputter device - Google Patents
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Abstract
플라즈마의 데미지를 최소화하고, 저온 스퍼터링 공정이 가능한 Roll-to-Roll 스퍼터 장치에 관하여 개시한다. Disclosed is a roll-to-roll sputter device capable of minimizing plasma damage and enabling a low temperature sputtering process.
본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치는 Roll-to-Roll 유닛, 적어도 하나의 스퍼터 건 유닛 및 가스분사 유닛을 구비하여 이루어진다. 상기 Roll-to-Roll 유닛은 플렉시블 기판을 풀어주고, 상기 플렉시블 기판의 일부가 노출되도록 하며, 상기 플렉시블 기판을 잡아준다. 상기 스퍼터 건 유닛은 서로 대향되는 1쌍의 스퍼터 건을 구비하여 자기장에 의해 플라즈마를 형성하며, 형성된 상기 플라즈마를 상기 1쌍의 스퍼터 건 사이에 구속하여 타겟을 스퍼터링한다. 상기 가스분사 유닛은 상기 Roll-to-Roll 유닛의 상기 플렉서블 기판이 노출되는 부분에서 상기 타겟에 의해 성막이 이루어지도록 상기 Roll-to-Roll 유닛으로 가스를 분사한다.The roll-to-roll sputter device according to the present invention comprises a roll-to-roll unit, at least one sputter gun unit and a gas injection unit. The roll-to-roll unit releases the flexible substrate, exposes a portion of the flexible substrate, and holds the flexible substrate. The sputter gun unit includes a pair of sputter guns opposed to each other to form a plasma by a magnetic field, and constrains the formed plasma between the pair of sputter guns to sputter a target. The gas injection unit injects gas into the roll-to-roll unit so that film formation is performed by the target at a portion where the flexible substrate of the roll-to-roll unit is exposed.
스퍼터 장치, Roll-to-Roll, 폴리머 기판 Sputter Device, Roll-to-Roll, Polymer Board
Description
도 1은 종래의 Roll-to-Roll 스퍼터 장치를 나타낸다.1 shows a conventional Roll-to-Roll sputter apparatus.
도 2는 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치의 일실시예를 나타낸다.Figure 2 shows an embodiment of a roll-to-roll sputter apparatus according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치의 다른 일실시예를 나타낸다.Figure 3 shows another embodiment of a roll-to-roll sputter apparatus according to the present invention.
도 4는 본 발명의 스퍼터 건 유닛을 상세히 나타낸다.4 shows the sputter gun unit of the present invention in detail.
도 5는 본 발명의 스퍼터 건 유닛이 상자 형태로 모듈화된 것을 나타낸다.5 shows that the sputter gun unit of the present invention is modular in the form of a box.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
210 : Roll-to-Roll 유닛 230 : 스퍼터 건 유닛210: roll-to-roll unit 230: sputter gun unit
250 : 가스분사 유닛 270 : 타겟250: gas injection unit 270: target
410 : 주철면 420 : 단위자석410: cast iron surface 420: unit magnet
430 : 전원430 power
본 발명은 스퍼터 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 Roll-to-Roll 방식을 이용함에 있어서, 플라즈마의 데미지를 최소화할 수 있는 Roll-to-Roll 스퍼터 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a sputtering apparatus, and more particularly, to a roll-to-roll sputtering apparatus capable of minimizing plasma damage in using a roll-to-roll method.
도 1은 일반적으로 많이 사용되는 Roll-to-Roll 스퍼터 장치를 도시한 것으로, 일반적인 Roll-to-Roll 스퍼터 장치(100)는 일반적인 Roll-to-Roll 유닛(110)과 종래의 스퍼터 건(Sputter Gun, 150)이 결합된 구조를 가지고 있다.1 illustrates a roll-to-roll sputter device that is generally used, and a general roll-to-
도 1을 참조하면, 일반적인 Roll-to-Roll 유닛(110)에서는 폴리머 기판을 언와인더(Un-winder, 111)가 풀어주고, 이를 리와인더(Re-winder, 122)가 잡아주면서, 폴리머 기판이 언와인더(111)에서 가이드 롤러(Guide Roller, 112,119,121), 스프레더 롤러(Spreader Roller, 113,120), 텐션 측정 롤러(Tension Measurement Roller, 114,116,118), 드럼(Drum, 115), 텐션분리롤러(Tension Isolation Roller, 117), 광학측정유닛(Optical Measurement Unit, M) 등을 거치면서 리와인더(122)로 이동을 하게 된다. Referring to FIG. 1, in a general roll-to-roll unit 110, an
이때 드럼(115)을 타고 폴리머 기판이 지날 때 종래의 스퍼터 건(150)을 이용해 원하는 물질을 스퍼터링(sputtering)하여 얻고자 하는 박막을 폴리머 기판 위에 성막하게 된다. 균일한 박막 속도를 유지하기 위하여 롤러들(111~114, 116~112) 간의 텐션(tension)을 서보 모터(미도시)로 제어하게 된다.At this time, when the polymer substrate passes through the
그러나, 종래의 스퍼터 건(150)은 플라즈마가 PES, PC, PET 등의 폴리머 기판을 직접 마주보고 있기 때문에, 높은 에너지를 가진 플라즈마에 의하여 폴리머 기판의 변형이 생긴다. 플라즈마에 노출이 되게 되면 일반적으로 실리콘(Si) 기판이나 유리 기판의 온도가 250℃ ~ 300℃까지 올라가기 때문에, 폴리머 기판을 사용하는 Roll-to-Roll 공정에는 문제를 야기할 수 있다. However, since the
특히, 대부분의 폴리머 기판의 열 변형 온도(Tg)가 100℃ 이하이기 때문에 플라즈마에 노출이 되게 되면 기판의 팽창이 일어나고, 팽창된 기판이 다시 수축하면서 성막된 박막의 특성에 영향을 미치게 된다.In particular, since the thermal deformation temperature (Tg) of most polymer substrates is 100 ° C. or less, exposure to plasma causes the substrate to expand, and the expanded substrate shrinks again to affect the properties of the thin film.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 일반적인 Roll-to-Roll 스퍼터에서 발생하는 플라즈마 데미지 효과를 최소화하여 폴리머 기판의 변형을 최소화하여 저온에서 고속이면서도 안정적인 성막 공정을 수행할 수 있는 Roll-to-Roll 스퍼터 장치를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is a roll-to-roll sputter device capable of performing a stable film formation process at a high speed at a low temperature by minimizing the deformation of the polymer substrate by minimizing the plasma damage effect occurring in a general roll-to-roll sputter To provide.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치는 Roll-to-Roll 유닛, 적어도 하나의 스퍼터 건 유닛 및 가스분사 유닛을 구비하여 이루어진다. Roll-to-Roll sputtering apparatus according to the present invention for achieving the above technical problem is provided with a roll-to-roll unit, at least one sputter gun unit and a gas injection unit.
상기 Roll-to-Roll 유닛은 플렉시블 기판을 풀어주고, 상기 플렉시블 기판의 일부가 노출되도록 하며, 상기 플렉시블 기판을 잡아준다. 상기 스퍼터 건 유닛은 서로 대향되는 1쌍의 스퍼터 건을 구비하여 자기장에 의해 플라즈마를 형성하며, 형성된 상기 플라즈마를 상기 1쌍의 스퍼터 건 사이에 구속하여 타겟을 스퍼터링한다. 상기 가스분사 유닛은 상기 Roll-to-Roll 유닛의 상기 플렉서블 기판이 노출되는 부분에서 상기 타겟에 의해 성막이 이루어지도록 상기 Roll-to-Roll 유닛으로 가스를 분사한다. The roll-to-roll unit releases the flexible substrate, exposes a portion of the flexible substrate, and holds the flexible substrate. The sputter gun unit includes a pair of sputter guns opposed to each other to form a plasma by a magnetic field, and constrains the formed plasma between the pair of sputter guns to sputter a target. The gas injection unit injects gas into the roll-to-roll unit so that film formation is performed by the target at a portion where the flexible substrate of the roll-to-roll unit is exposed.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도 록 한다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치의 일실시예를 나타낸다.Figure 2 shows an embodiment of a roll-to-roll sputter apparatus according to the present invention.
도 2에 도시된 Roll-to-Roll 스퍼터 장치(200)는 Roll-to-Roll 유닛(210), 스퍼터 건 유닛(230) 및 가스분사 유닛(250)을 구비한다.The roll-to-
Roll-to-Roll 유닛(210)은 폴리머 기판과 같은 플렉시블 기판을 풀어주고, 플렉시블 기판의 일부가 노출되도록 하며, 플렉시블 기판을 잡아준다. 이를 위해 Roll-to-Roll 유닛(210)은 적어도 플렉서블 기판을 풀어주는 언와인더(211), 회전하면서 플렉서블 기판을 스퍼터 건 유닛(230)에 노출시키는 드럼(215) 및 플렉서블 기판을 잡아주는 리와인더(222)를 구비한다.The roll-to-
구체적으로는 플렉시블 기판을 언와인더(111)가 풀어준 후, 가이드 롤러(212,219,221), 스프레더 롤러(213,220), 텐션 측정 롤러(214,216,218), 드럼(215), 텐션분리롤러(217), 광학측정유닛(M) 등을 거친 후 리와인더(122)가 플렉시블 기판을 다시 잡아준다. Specifically, after the
드럼(215)을 타고 플렉시블 기판이 회전할 때, 플렉시블 기판의 일부가 스퍼터 건 유닛(230)에 노출되어, 스퍼터 건 유닛(230)에서 나온 물질들이 플렉서블 기판에 성막된다. 도 2에서는 스퍼터 건 유닛(230)이 1개이고, 이 스퍼터 건 유닛(230)에 노출되는 부분도 1곳이지만, 도 3에 도시된 다른 일실시예(300)에서는 스퍼터 건 유닛(230)이 2개이고, 노출되는 부분도 2곳이어서, 노출되는 부분 각각이 스퍼터 건 유닛(230) 각각에 노출된다.When the flexible substrate is rotated by the
적어도 하나의 스퍼터 건 유닛(230)은 서로 대향되는 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b)을 구비한다. 스퍼터 건 유닛(230) 각각은 자기장에 의해 플라즈마를 형성하며, 형성된 플라즈마를 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 사이에 구속하여 At least one
자기장 내에서 전자의 회전운동 및 왕복운동에 의해 타겟(270)을 스퍼터링한다.The
가스분사 유닛(250)은 Roll-to-Roll 유닛(210)의 플렉서블 기판이 노출되는 부분에서 스퍼터링된 타겟 물질에 의해 성막이 이루어지도록 상기 Roll-to-Roll 유닛으로 가스를 아래에서 불어올림으로써, 플라즈마에 의해 발생되는 스퍼터링 효율 및 플렉시블 기판에서 성막의 효율이 높일 수 있다.The
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 스퍼터 건 유닛(230)을 상세히 나타낸다.4 shows the
1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 각각은 대향되는 부분이 서로 다른 극성을 가지는 적어도 하나의 단위자석(420)을 구비한다. 또한, 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 각각에는 동일한 극성의 전위가 인가된다. 도 4에 도시된 예에서는 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 각각에 (-) 전위가 인가되는 것이 나타나 있다.Each of the pair of
또한, 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 각각의 표면에는 주철면(410)이 더 포함될 수 있다. 1쌍의 스퍼터 건(235a,235b) 각각의 표면에 주철면(410)이 형성되어 있을 경우, 주철면(410)에 포함되는 주철의 극은 대부분 N극 또는 S극으로 만들 수 있어, 하나의 스퍼터 건(235a 또는 235b) 내부에 단위자석(420)을 붙일 때 부분적으로 S-N극으로 자화되는 현상을 최소화할 수 있다.In addition, a surface of each of the pair of
타겟(270)은 각각의 스퍼터 건(235,235b) 표면에 장착되어 서로 대향된다. 만일, 도 4에 도시된 예와 같이, 각각의 스퍼터 건(235,235b) 표면에 주철면(410) 이 포함되어 있는 경우에는 타겟(270)은 주철면(410) 표면에 장착되어, 서로 대향된다.The
도 4를 참조하면, 스퍼터 건 유닛(230)의 스퍼터 건(235a,235b)들 사이에 고밀도의 플라즈마가 형성되어 구속되는 원리는 다음과 같다.Referring to FIG. 4, the principle of high density plasma being formed between the
스퍼터 건(235a)과 스퍼터 건(235b) 사이에 일방향의 균일한 자기장(B)를 형성시키고 타겟(270)에 동시에 (-) 전위를 가하게 되면, 전자의 왕복 및 회전운동에 의해 고밀도 플라즈마가 형성된다. 이때 형성된 고밀도 플라즈마의 형태는 자기장(B)의 형태에 의존하게 된다. 일방향의 자기장(B)이 한쪽의 스퍼터 건(235a)에서 다른 한쪽의 스퍼터 건(235b)으로 향하는 형태로 되면, 플라즈마는 항시 타겟(270)과 타겟(270) 사이에서 형성되기 때문에 완벽한 플라즈마의 구속이 일어나게 된다. When a uniform magnetic field B in one direction is formed between the
이렇게 구속된 플라즈마가 타겟(270)을 스퍼터링하여 플렉시블 기판 상에 박막을 성막시키게 된다. 이때, 성막 공정 시 플렉시블 기판이 플라즈마 노출에 의한 영향을 직접적으로 받지 않기 때문에 플라즈마 데미지가 없으며, 따라서 저온 공정이 가능하게 된다. 저온 공정을 통해 플렉시블 기판의 변형을 최소화 할 수 있다.The constrained plasma sputters the
스퍼터 건 유닛(230)은 도 5와 같이, 대향되는 부분이 노출되는 상자 형태(500)로 모듈화되어 있을 수 있다. 이 경우, 스퍼터 건 유닛(230)을 손쉽게 장착 및 탈착할 수 있다. 따라서, 동일한 스퍼터 건 유닛(230)으로 플렉시블 디스플레이, 전자 소자, RFID 등의 Roll-to-Roll 공정 등에 쉽게 적용할 수 있다. As shown in FIG. 5, the
결국, 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치(200,300)는 플라즈마를 완벽하게 구속할 수 있는 스퍼터 건을 내장하였기 때문에 플라즈마의 노출에 의한 기 판 변형 없이 박막을 고속으로 성막할 수 있다. As a result, since the roll-to-
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical spirit of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention has been described by way of example only, and is not intended to limit the present invention. In addition, it is apparent that any person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs may make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치는 스퍼터 건의 효과에 의해 플라즈마 노출에 의한 플렉시블 기판의 온도 상승이 없으므로, 드럼이나 플렉시블 기판의 냉각 장치 없이도 상온이나 저온에서의 공정이 가능하다. 또한, 플라즈마를 구속한 상태에서 스퍼터링 공정이 일어나기 때문에 유기물 박막 상에 플라즈마 데미지가 없이 성막 공정을 진행할 수 있다. As described above, the roll-to-roll sputtering apparatus according to the present invention does not increase the temperature of the flexible substrate due to the plasma exposure due to the effect of the sputter gun, so that the process can be performed at room temperature or low temperature without a drum or a cooling apparatus of the flexible substrate. Do. In addition, since the sputtering process occurs while the plasma is constrained, the film forming process may be performed on the organic thin film without plasma damage.
또한, 본 발명에 따른 Roll-to-Roll 스퍼터 장치는 대향 타겟과 스퍼터 건 유닛에 의해 고밀도 플라즈마를 사용하기 때문에 고속 스퍼터링이 일어나 Roll-to-Roll 공정에 필요한 고속 성막 공정이 가능하다.In addition, the roll-to-roll sputtering apparatus according to the present invention uses high-density plasma by the opposing target and the sputter gun unit, so that high-speed sputtering occurs to enable the high-speed film forming process required for the roll-to-roll processing.
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