KR101622328B1 - 길고, 연속적인 플렉시블 기판들을 프로세싱하는 장치 및 방법 - Google Patents

길고, 연속적인 플렉시블 기판들을 프로세싱하는 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

드럼으로부터 풀리고 그리고 프로세싱 이후에는 다른 드럼으로 되감기는 플렉시블 기판 재료의 불연속 길이들 상에 박막 필름들의 정밀하게 기록된, 고해상도의 패터닝을 허용하는 장치 및 방법이 설명된다. 기판들의 불연속 길이들은 척에 클램프되고 그리고 상기 척은 상기 기판의 길이 방향에 평행한 방향으로 이동된다. 상기 척의 상향 그리고 하향 둘 다의 기판에서의 길이 변화들을 조절하기 위해서 조절 유닛들이 제공된다. 프로세싱 헤드는 기판이 척에 클램프될 때에 기판의 폭을 가로질러서 이동되며 그리고 패턴 형성은 감하는 프로세스 그리고 추가하는 프로세스 중의 어느 하나 또는 두 가지 모두를 이용하는 잉크젯 프린팅, 레이저 노광 또는 레이저 절제의 어느 하나 또는 결합에 의해서 이루어진다.

Description

길고, 연속적인 플렉시블 기판들을 프로세싱하는 장치 및 방법{Apparatus and method for processing long, continuous flexible substrates}
본 발명은 드럼에서 풀려서 프로세싱 후에 드럼으로 다시 감기는, 계속적인 길이의 플렉시블한 엉키지 않는 기판 상에서 다중 레이어의 박막 필름들에서 가는 스케일의, 정밀하게 기록된 패턴들을 생성하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 기판은 2차원 패터닝을 할 수 있는, 마스크 없는 직접 쓰기 방법에 의해 불연속의, 한정된 길이로 프로세싱 된다. 특히 상기 방법은 플렉시블 디스플레이들, 광기전성 (photovoltaic) 패널들 그리고 다른 마이크로 전자 기기들에서 발견되는 다중 레이어의 박막 필름 (thin film)들 사이에서 그리고 그 위에서의 전기적 상호연결들 및 절연성 컴포넌트들의 형성에 적합하다.
패키징 및 프린팅 산업들에서 긴 길이의 플렉시블 폴리머 그리고 종이 재료 상에 프린팅 잉크들을 적용하기 위해서 여러 해 동안 오픈릴식 (reel to reel) 프로세스 방법들이 사용되었다. 이런 경우에, 소위 재료 웹 (web)이 계속해서 이동되고 그리고 반복 잉크 패턴들이 플렉소 인쇄, 옵셋 인쇄, 그라비어 인쇄와 같은 다양한 롤러 전달 프로세스들에 의해서 선택된 영역들에 적용된다. 전달 롤러 직경은 상기 웹 흐름 방향에 따른 패턴의 최대 반복 피치를 세팅한다. 최근에, 낮은 가격의 플렉시블 전자 기기들에 대한 증가하는 요구에 따라, 전기적인 기능성을 구비한 잉크들의 옵셋 인쇄 및 플렉소 인쇄를 이용하는 연속적인 오픈릴식 프로세스가 개발되었다. 상기 웹이 연속하여 이동하고 그리고 풀고 되감는 릴들이 연속하여 동작되는 경우인 이런 "온 더 플라이 (on the fly)" 프린팅 프로세스들은 매우 빠르며 그리고 분당 수백 미터까지의 속도로 웹에 잉크 패턴들을 묻힐 수 있다. 그러나, 제품 재료와 설계 그리고 신뢰성 있게 프린트될 수 있으며 그리고 상기 기판 상에 존재하는 패턴들에 상대적으로 빈약한 기록 정밀도를 가진 최소의 라인 폭을 변경하기 위해서는 한정된 융통성만이 존재하며 그리고 결국에는 그것들은 이제 필요로 하는 가장 진보된 다중-레이어 플렉시블 마이크로 전자 기기들의 패터닝을 위해서는 적합하지 않다. 이런 경우에, 수십 마이크론의 최소 라인 폭 그리고 이것보다 양호한 기록 정밀도들이 필요하다. 이런 유형들의 연속적인 프린팅 프로세스들의 다른 불리한 점은 잉크 패턴을 정의하기 위해 구조적인 플레이트 또는 롤러를 생성하기 위한 필요성으로 인한 것이며, 그런 것들은 매우 긴 프로세스 실행들에만 적합하다.
마이크로 전자 그리고 의약 산업들은 태양광 패널과 센서들과 같은 플렉시블 전자 기기들을 제조하기 위해서 오픈릴식 프로세스 방법들을 또한 이용한다. 이런 경우에, 더 높은 기록 정밀도를 종종 필요로 하며 그리고 스크린 프린팅의 기술은 이를 달성하기 위해서 종종 사용되는 한가지 방법이다. 이런 경우에, 한정된 길이의 플렉시블 기판이 드럼으로부터 끌어당겨져서 프로세스 척 (chuck) 상에 지지된다. 적합한 마스킹 스크린이 기판에 기록되고 그러면 보통은 약간의 전기적인 기능성을 가진 잉여의 잉크가 공급되고 그리고 상기 척의 길이에 걸친 하나의 1차원적인 블레이드 (blade) 모션에 의해서 상기 스크린 마스크를 통해서 강제로 유포되어 필요로 하는 패턴의 경계를 정한다. 상기 스크린이 상기 기판에 접촉한다는 필요성으로 인해서, 상기 두 가지 아이템들 모두는 프린트하는 주기 동안에 움직이지 않은 상태로 유지되며 이때에 상기 블레이드는 상기 스크린을 가로질러 이동한다. 그래서 스크린 프린팅은 연속적인 프로세스가 아니라 불연속적인 기판 영역들 상에서 동작하며 그리고 풀림 그리고 되감기 릴들은 보통은 간헐적으로 동작하며 또는 웹 축적기 (web accumulator) 유닛들은 상기 스크린 프린터의 양 측면에 배치되어 생산 라인의 나머지 그리고 풀림 릴 및 되감기 릴이 계속해서 동작하도록 한다. 스크린 프린팅은 약 100 μm의 최소 라인 폭들로 제한되며 그래서 수십 마이크로까지 떨어진 라인 폭들을 필요로 하는 진보된 플렉시블 마이크론-전자 기기들을 위해서는 사용될 수 없다. 추가로, 패턴을 한정하기 위해서 스크린을 생성하려는 필요성으로 인해서, 스크린 프린팅은 긴 반복적인 프로세스 실행들을 위해서는 더욱 적합하다.
짧은 프로세스 실행들을 위해서, 패턴 디자인이 변경될 때마다 스크린 또는 패턴 롤러 또는 플레이트를 변경할 것을 필요로 하는 것은 심각한 장애이다. 이런 제한은 전기적으로 작용하는 그리고 장식적인 잉크들 모두에 적용되는 드롭온디맨드 (drop on demand) 잉크젯 프린팅을 기반으로 하는 마스크 없는 프린팅 프로세스들을 도입함으로써 극복되었다. 이 프로세스에서, 노즐들의 행 또는 노즐들의 행들을 갖춘 프린트 헤드는 한정된 영역을 커버하기 위해서 2차원 래스터 (raster) 궤적으로 상기 기판에 걸쳐서 뒤로 그리고 앞으로 이동된다. 노즐들로부터 잉크 비말 (droplet; 飛沫)을 발사하는 것은 전기적인 펄스들에 의해서 적절한 시각들에서 활성화되어, 원하는 패턴이 침전된 잉크 내에서 정해지도록 한다. 이런 유형의 프린팅은 "디지털 프린팅"으로서 종종 언급된다. 그것은 이전에 설명된 더욱 전통적인 프린팅 방법들보다 매우 더 느리지만, 상기 비말 덕분에 위치 제어에 있어서는 더욱 고도의 기록 정확도를 달성할 수 있다. 50μ 아래의 최소 라인폭들 역시 달성 가능하다. 그래서, 이런 유형의 프린팅은 정밀한 플렉시블 마이크로-전자 기기들을 만들기 위해서 기능적인 잉크들을 프린트하기 위한 통상적인 방법이 되어 간다.
이런 유형의 잉크젯 프린팅 프로세스가 시트 (sheet) 기판들에 적용되면, 그 기판들을 척 (chuck) 상에 고정시키는 것이 일반적이며, 그 척은 상기 기판을 하나의 축에서 이동시키며, 상기 잉크젯 헤드는 다른 방향에 수직으로 세팅되며 그리고 그 다른 방향에서 이동된다. 그런 "교차된 축" 시스템들은 빠르고, 정밀하고 그리고 고도로 반복 가능하도록 설계될 수 있다. 그러나, 잉크젯 프린팅이 플렉시블한 재료의 연속적인 웹들에 적용될 때에, 상기 기판은 고정되도록 유지되고 그리고 프린트 헤드는 동력화된 이중 받침 시스템에 의해서 전체 프로세스 영역에 걸쳐서 2차원에서 이동되는 모드에서 동작하는 것이 일반적이다. 그런 배치들은 "교차된 축" 구조에 비교하면 속도, 정밀도 그리고 반복 가능성에서 손실이 있다.
설명된 모든 프린팅 방법들은 상기 기판이 표면에 박막 필름이 인가된 기판인 경우를 제외하면 부가적인 패턴 형성 프로세스들이며, 펄스 레이저 절제 (ablation) 또는 레이저 노광을 포함하는 감하는 (subtractive) 프로세스들이 마이크로 전자 기기들을 형성하기 위해서 종종 사용된다. 이런 경우들에서, 필요한 패턴을 형성하기 위해, 박막 필름 코팅의 영역들이나 박막 필름 코팅 내의 라인들을 선택적으로 제거하기 위해서 직접 레이저 절제의 프로세스에 의해서 펄스 레이저들이 사용되며 또는 필요한 패턴을 구비한 저항성 레이어를 노광시키기 위해서 CW 또는 유사 CW UV 레이저들이 대안으로 사용되며, 상기 필요한 패턴은 그러면 다음의 현상 (development) 프로세스 및 에칭 프로세스에 의해서 밑에 있는 필름으로 전달된다.
이런 레이저 프로세스들이 시트 기판에 패턴을 넣기 위해서 사용될 때에, 상기 레이저와 상기 기판 사이에서 필요한 상대적인 모션을 획득하기 위해서 다양한 상이한 방법들이 사용된다. 작은 기판들에 대해서, 척 상에서 두 축들에서 움직이는 기판과 함께 하는 고정 레이저 빔이 가장 일반적이다. 고정 레이저와 프로세스 헤드 사이의 거리가 고정되기 때문에 고정 레이저로부터 프로세스 헤드까지 빔을 전달하는 면에 있어서 이것은 가장 바람직한 배치이다. 큰 시트들에 대해서, 풋프린트 (footprint)를 최소화하기 위해서, 상기 레이저 헤드를 고정 기판에 걸쳐서 두 개의 축들에서 이동시키는 것이 일반적이다. 고정 레이저로부터 프로세스 헤드까지 빔을 전달하는 면에서는 이는 가장 덜 바람직한 배치이며, 이 경우에서, 경로 길이는 크게 변할 수 있기 때문에 상기 프로세스 헤드는 두 축들에서 어느 정도의 거리에 걸쳐서 이동된다. 상기 레이저 헤드는 하나의 축에서 이동하고 그리고 상기 기판은 다른 축에서 이동하는 경우인 교차된 축 접근 방법은, 헤드와 기판의 가장 빠른 속도들 그리고 가장 높은 정밀도 및 반복 가능성의 면에서 그리고 고정 레이저와 이동하는 프로세스 헤드 사이에서의 경로 길이에 대한 일차원의 변화에 수락 가능한 광학적인 해결책을 가지는 것에 있어서 가장 공통적인 것이 일반적이다.
그러나, 레이저 프로세싱이 플렉시블 재료의 연속적인 웹에 적용될 때에, 연관된 풀림 드럼 및 되감기 드럼에 의해서 초래된 한계들로 인해서, 상기 기판은 움직이지 않게 유지되고 그리고 상기 프로세스 헤드는 동력화된 이중 받침 시스템에 의해서 전체 프로세스 영역에 걸쳐서 두 축들에서 이동하는, 모드에서 동작하는 것이 일상적이다. 그런 배치는 "교차된 축" 구조에 비교하면 속도, 정밀도 및 반복 가능성의 손실에 이르게 하고 그리고 두 축들에서 광학저인 경로 길이들을 변경하는 것에 관련된 빔 전달 문제들을 겪게 한다.
그래서, 부가하는 프로세스 및 감하는 (subtractive) 프로세스 둘 모두에 의한 플렉시블 마이크로전자 기기들의 제조를 위해서 필요한 박막 필름들에 고해상도의 정밀하게 기록된 패턴들을 생성하기 위해서, 릴들로부터 풀리고 그리고 릴들로 되감기는 연속적인 웹 플렉시블 기판들의 정밀하게 위치가 정해진 섹션들의 불연속적인 길이들의 표면에 관하여 잉크젯 헤드들 또는 레이저 헤드들 또는 둘 모두의 어느 한 가지를 이동시킬 수 있는 장치에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명의 목적은 상기에서 설명된 것과 같은 필요성이 있는 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 첫 번째 모습에 따르면, 기판 상에 직접 씀으로써 높은 레벨의 위치 정밀도를 가지는 고해상도의 2차원 패턴들을 형성하기 위해서 플렉시블 기판의 길고, 연속적인 길이들을 불연속의 한정된 길이들로 프로세싱하는 장치가 제공되며, 상기 장치는,
a. 한정된 길이의 플렉시블 기판을 풀림 드럼 (unwind drum)으로부터 제1 방향으로 주기적으로 분배하며, 이때에 기판의 제1 방향으로의 장력을 일정하게 유지하는, 분배 유닛;
b. 척 (chuck)으로서, 불연속의 한정된 길이의 기판이 프로세싱을 위해서 상기 척으로 주기적으로 클램프 (clamp)되는, 척;
c. 제1 방향에서의 길이 변화들을 조절하고 척의 기판 상향 방향에서 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 제1 조절 유닛;
d. 불연속 길이의 기판의 전체 길이에 걸쳐서 제1 방향의 후방 및 전방으로 상기 척 그리고 부착된 불연속 길이의 기판을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 제1 메커니즘;
e. 직접 쓰기 프로세스에 의해서 기판의 한정된 길이 상에 고해상도의 2차원 패턴을 형성하기 위해서 척 위에 설치된 프로세싱 유닛;
f. 기판의 전체 폭에 걸쳐서 제1 방향에 수직인 제2 방향의 후방 및 전방으로 상기 프로세싱 유닛을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 제2 메커니즘;
g. 척의 기판 하향 방향의 한정된 길이에서 제1 방향으로 길이 변화들을 조절하고 일정한 장력을 유지하는 제2 조절 유닛;
h. 프로세싱 이후에 기판에서 제1 방향으로의 일정한 장력을 유지하면서 한정된 길이의 플렉시블 기판을 되감기 드럼 (rewind drum)으로 주기적으로 되감는 되감기 유닛; 및
i. 제어 시스템을 포함하며,
상기 제어 시스템은,
i) 불연속의 한정된 길이의 기판을 프로세싱을 위해서 척으로 주기적으로 클램핑하는 것 그리고 풀림 드럼과 되감기 드럼은 고정하면서 제1 방향에서의 척의 이동;
ii) 척과 프로세싱 유닛 두 가지 모두의 동시적이며, 연속적인 모션에 의한 것이나 또는 한 방향에서 척과 프로세싱 유닛 중 하나의 일련의 연속적인 모션들이 다른 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의한 것 중의 어느 하나에 의해서 척과 프로세싱 유닛을 이동시킴;
iii) 프로세싱 유닛의 작동;
iv) 불연속의 한정된 길이의 기판을 척으로부터 주기적으로 언클램프 (unclamp)하는 것 그리고 한정된 길이의 기판을 되감기 드럼으로 되감고 그리고 추가의 한정된 불연속 길이의 기판을 분배 드럼으로부터 풀기 위한, 풀림 드럼과 되감기 드럼 작동;
을 제어하도록 구성된다.
바람직하게는, 상기 장치는 다음의 컴포넌트들을 구비한다:
a. 상기 웹 기판을 클램프 (clamp)하거나 또는 프로세싱되지 않은 플렉시블 웹 기판의 한정된 불연속 길이를 프로세싱을 위해서 실린더 모양의 드럼으로부터 주기적으로 분배하기 위한 능력을 가진 장력 제어 시스템 및 연관된 웹 브레이크를 갖춘 웹 풀림 (unwind) 유닛 ;
b. 모든 길이 변화들을 조절하고 그리고 불연속 길이의 분배된 프로세싱 되지 않은 기판에서의 일정한 장력을 유지하여 웹 신장 (elongation)의 정도가 한정되도록 하는, 웹 길이 보상 유닛;
c. 서보 모터 구동 단 (stage)에 부착된 평 플레이트 척으로서, 서보 모터 구동 단은 상기 척으로 하여금 상기 웹에 평행한 방향으로 이동하도록 하는, 평 플레이트 척;
d. 프로세싱 동안에 프로세싱되지 않은 기판의 길이 방향을 부착하기 위한 상기 척의 상단 표면 내의 진공 채널들;
e. 상기 척 위에 걸쳐서 설치되는 프로세스 유닛으로, 상기 웹의 폭을 가로질러서 상기 프로세스 유닛이 이동하도록 하는 서보 모터 구동 단에 부착된, 프로세스 유닛;
f. 프로세스 헤드들에 부착되어 기판 제일 위 표면을 볼 수 있도록 하는 하나 또는 그 이상의 카메라 유닛들;
g. 상기 프로세스 유닛에 부착되어 상기 척 상의 상기 기판의 제일 위 표면에서 동작하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 레이저 헤드, 잉크젯 헤드 또는 다른 헤드들;
h. 모든 길이 변화들을 조절하고 그리고 불연속 길이의 프로세싱된 기판에서 일정한 장력을 유지하여 웹 신장의 정도가 한정되도록 하는, 제2 웹 길이 보상 유닛;
i. 상기 웹 기판을 클램프하거나 또는 한정된 길이의 플렉시블 기판을 주기적으로 집고 그리고 프로세싱 이후에 그것을 실린더 모양의 드럼으로 감을 수 있는 웹 되감기 유닛 및 연관된 웹 브레이크와 장력 제어 시스템;
j. 프로세스 유닛과 척의 프로그램된, 조절된 모션 그리고 웹 길이 보상기들과 풀림 유닛 및 되감기 유닛의 동작을 허용하는 제어 시스템.
동작 시에, 상기 장치는 다음과 같이 동작하는 것이 바람직하다:
a) 풀림 유닛 및 되감기 유닛 상의 브레이크들은 둘 다 릴리즈 (release)되고 그리고 두 유닛들 모두는 동작하여 불연속 길이의 웹 기판이 장력 제어 하에 앞으로 나가서 한정된 길이의 기판이 상기 척 위에 위치하도록 한다;
b) 상기 척 표면 내의 채널들, 홀들 또는 작은 구멍들을 경유하여 진공이 적용되어, 한정된 길이의 기판 재료가 척 표면에 강하게 클램프되도록 한다;
c) 상기 풀림 드럼 및 되감기 드럼은 둘 다 중단되고 그리고 브레이크가 걸린다;
d) 웹 길이 보상기들 둘 모두는 웹 방향으로의 척의 모션으로 인하여 척의 각 측면에서 생긴 과잉의 웹 재료를 집고 그리고 릴리즈하도록 활성화된다;
e) X 단 (stage) 및 Y 단은 상기 척과 프로세스 유닛을 이동시키고 그래서 상기 프로세스 유닛에 부착된 카메라 유닛은 기준 마크들이나 다른 패턴 레퍼런스들의 위치를 정할 수 있다;
f) 레퍼런스 마크들의 정확한 위치들이 측정된다;
g) 표준 위치로부터의 상기 기판의 위치상의 오프셋들 또는 어떤 측정된 각도를 위해서 보상하기 위해 단 (stage) 제어 소프트웨어에서 교정이 이루어진다;
h) 상기 척 상의 기판은 상기 프로세스 헤더와 척의 적절한 모션에 의해서 프로세싱된다;
i) 척 진공이 릴리즈된다;
j) 풀림 유닛 브레이크 및 되감기 유닛 브레이크는 릴리즈되고 그리고 둘 모두는 장력 제어 하에서 동작하며 그래서 프로세싱된 길이의 기판이 상기 척 영역으로부터 이동된다;
k) 상기 단계 a부터 i까지가 반복된다.
본 발명의 두 번째 모습에 따라, 기판 상에 직접 씀으로써 높은 레벨의 위치 정밀도를 가지는 고해상도의 2차원 패턴들을 형성하기 위해서 플렉시블 기판의 길고, 연속적인 길이들을 불연속의 한정된 길이들로 프로세싱하는 방법이 제공되며, 상기 방법은,
a. 한정된 길이의 플렉시블 기판을 풀림 드럼 (unwind drum)으로부터 제1 방향으로 주기적으로 분배하며, 이때에 기판의 제1 방향으로의 장력을 일정하게 유지하는, 분배 유닛을 동작시키는 단계;
b. 척 (chuck)으로서, 불연속의 한정된 길이의 기판이 프로세싱을 위해서 상기 척으로 주기적으로 클램프 (clamp)되는, 척을 제공하는 단계;
c. 제1 방향에서의 길이 변화들을 조절하고 척의 기판 상향 방향에서 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 단계;
d. 불연속 길이의 기판의 전체 길이에 걸쳐서 제1 방향의 후방 및 전방으로 상기 척 그리고 부착된 불연속 길이의 기판을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 단계;
e. 직접 쓰기 프로세스에 의해서 기판의 한정된 길이 상에 고해상도의 2차원 패턴을 형성하기 위해서 척 위에 프로세싱 유닛을 제공하는 단계;
f. 기판의 전체 폭에 걸쳐서 제1 방향에 수직인 제2 방향의 후방 및 전방으로 상기 프로세싱 유닛을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 단계;
g. 척의 기판 하향 방향의 한정된 길이에서 제1 방향으로 길이 변화들을 조절하고 일정한 장력을 유지하는 단계;
h. 프로세싱 이후에 기판에서 제1 방향으로의 일정한 장력을 유지하면서 한정된 길이의 플렉시블 기판을 되감기 드럼 (rewind drum)으로 주기적으로 되감는 단계; 및
i. 제어 시스템을 제공하는 단계;를 포함하며,
상기 제어 시스템은,
i) 불연속의 한정된 길이의 기판을 프로세싱을 위해서 척으로 주기적으로 클램핑하는 것 그리고 풀림 드럼과 되감기 드럼은 고정하면서 제1 방향에서의 척의 이동;
ii) 척과 프로세싱 유닛 두 가지 모두의 동시적이며, 연속적인 모션에 의한 것이나 또는 한 방향에서 척과 프로세싱 유닛 중 하나의 일련의 연속적인 모션들이 다른 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의한 것 중의 어느 하나에 의해서 척과 프로세싱 유닛을 이동시킴;
iii) 프로세싱 유닛의 작동; 및
iv) 불연속의 한정된 길이의 기판을 척으로부터 주기적으로 언클램프 (unclamp)하는 것 그리고 한정된 길이의 기판을 되감기 드럼으로 되감고 그리고 추가의 한정된 불연속 길이의 기판을 분배 드럼으로부터 풀기 위한, 풀림 드럼과 되감기 드럼 작동;
을 제어하는, 방법.
이 장치와 함께 사용되는 웹 포일 (foil) 재료는 마이크로 전자 기기나 센서 기기를 지지하기에 적합한 임의의 플렉시블 재료로 만들어질 수 있다. 일반적으로 상기 재료는 폴리에스터와 같은 폴리머일 것이지만 금속 포일 또는 종이 포일 역시 사용될 수 있다는 것이 예견된다. 포일 두께들은 수십 마이크론부터 수백 마이크론 범위에 있을 것이라는 것이 보통 예견되지만, 더 두꺼운 포일들이 요청되고 그리고 드럼들로부터 프로세싱될 수 있다면 더 두꺼운 포일들이 가능하며 그리고 더 얇은 포일들 역시 가능하다.
웹 폭들은, 길이들이 수 킬로미터까지이면서, 필요하다면 수백 mm부터 1m를 넘는 범위에 있을 것이라고 예견되지만, 더 좁은, 더 폭 넓은 그리고 더 긴 웹들이 상기에서 설명된 장치들을 이용하여 또한 사용될 수 있다.
상기 기판 재료가 척으로부터 릴리즈되고 그리고 한정된 길이들의 기판을 프로세싱을 위해서 앞으로 보내기 위해서 사용될 때에만 풀림 유닛 및 되감기 유닛이 동작한다. 척 상의 기판이 프로세싱되고 있을 때에 상기 풀림 유닛 및 되감기 유닛은 폐쇄된 루프 장력 제어 하에서 움직이지 않고 유지되며 그리고 웹 브레이크들이 걸린다. 양 유닛들 상의 드럼들은 서보 모터들에 의해서 구동되며 그리고 신장 (elongation)을 제어하기 위해 상기 웹에서 적절한 장력을 유지하기 위해서 웹 장력 센서들로부터의 피드백을 가진다. 불연속의 프로세스 영역 길이들에 대응하는 전형적인 웹 진행 거리들은 수백 mm로부터 1미터까지의 범위 내에 있을 것이라는 것이 예견되지만 다른 더 짧은 그리고 더 긴 진행 거리 및 프로세스 거리가 또한 가능하다. 본 발명에 관한 중요한 점은 상기 장치는 매우 플렉시블하며 그리고 상기 프로세스 길이는 상기 풀림 유닛 및 되감기 유닛의 모션을 적합하게 프로그래밍 함으로써 변경될 수 있다는 것이다. 이런 유닛들이 동작할 때마다 웹의 동일한 길이를 매번 풀고 그리고 되감는다면, 그러면 상기 프로세스 길이는 여전히 동일하다. 그것들이 그 풀린 것과 다른 길이를 되감도록 된다면, 그러면 상기 프로세스 길이는 변경될 수 있다.
상기 장치의 구조는 소위 교차된 축 유형으로, 프로세스 헤드는 상기 웹을 가로질러 한 축으로 움직이고 그리고 기판은 상기 웹 방향을 따라서 직교하는 축으로 움직인다. 전체 기판 영역 커버리지는 a) 상기 프로세스 유닛 단과 척 단 둘 모두가 간헐적으로 이동하는 경우인, 스텝 및 스캔 모드, b) 상기 프로세스 유닛이 웹을 가로지르는 패스를 완료할 때마다 상기 프로세스 유닛이 전체 웹 폭을 가로질러 일련의 연속적인 이동들을 하고 그리고 상기 척이 전체 이동보다는 작은 일련의 스텝 이동들을 하는 웹을 가로지르는 경우인, 래스터 스캔 모드, c) 상기 척이 완전한 패스를 완료할 때마다 상기 척이 자신의 이동의 전체 길이 방향을 따라서 일련의 연속적인 이동을 하고 그리고 상기 프로세스 유닛이 전체 웹 폭 보다는 작은 일련의 스텝 이동들을 하는 웹을 따르는 경우인, 래스터 스캔 모드 그리고 d) 프로세스 유닛 단 및 척 단이 조정된 방식으로 동시에 동작하는 경우인, 벡터 쓰기 모드의 어느 하나에서 수행된다.
상기 장치가 이 네 가지 모드들 중의 어느 하나에서 동작하고 있을 때에 그리고 상기 기판은 움직이는 척에 부착되기 때문에, 척 어셈블리의 양 측면 상에서 과잉의 기판 재료를 처리할 필요가 있다. 이는 두 개의 특수한 고속 웹 길이 보상기 유닛들에 의해서 행해진다. 하나의 유닛은 척 어셈블리와 풀림 유닛 사이에 위치하며 그리고 다른 유닛은 척 어셈블리와 되감기 유닛 사이에 위치한다. 이런 두 유닛들의 기능은 상기 척이 웹 방향에서 척의 전체 이동의 일부 또는 모두에 걸쳐서 상기 단의 정밀도와 속도를 방해하지 않고 이동할 때에, 충분한 드래그를 상기 웹으로 전달하지 않아서 척에 클램프 (clamp)된 기판 진공의 길이 방향으로 하여금 척 표면에 관하여 이동하도록, 그리고 기판에 손상을 입히지 않고 또는 상기 기판 상에 어떤 프로세싱되지 않은 또는 프로세싱된 필름에 손상을 입히지 않으면서 과잉의 기판 재료를 집고 그리고 릴리즈하는 것이다. 상기 장치가 상기 척이 척의 이동의 전체 길이 방향을 따라서 일련의 연속적인 이동을 하는 웹을 따르는 래스터 스캔 모드에서 동작하고 있을 때에 상기 길이 보상기 유닛들은 가장 집중적으로 수행할 필요가 있다. 이런 경우에, 상기 길이 방향 보상기 유닛들은 느슨한 웹 재료를 초당 1미터까지의 속도로 반복적으로 집고 그리고 릴리즈하도록 요청될 수 있을 것이다. 실제로, 상기 길이 방향 보상기 유닛들은 근접하게 배치된 평행 롤러들의 배치로 구성될 것 같으며, 그 경우에 하나의 이동 가능한 롤러는 두 개의 고정된 롤러들 사이에 배치되어서 상기 이동 가능한 롤러가 상기 고정된 롤러들에 관하여 옮겨질 때에 일부 길이의 웹이 집혀지거나 또는 분배되도록 한다. 상기 롤러들이 이격되어서 상기 이동 가능한 롤러의 양 측면 상의 웹 길이들이 평행하면, 그러면 릴리즈된 또는 집혀진 웹의 길이는 상기 롤러의 이동 거리의 두 배와 같다. 롤러의 수동적인 이동 또는 능동적인 이동의 어느 하나가 가능하다. 수동의 경우에, 상기 롤러는 웹 장력을 유지하기 위해서 중력에 의존한다. 능동의 경우에 상기 롤러는 웹 장력 센서를 통합하는 메커니즘에 의해서 구동되어 작동하거나 다운된다. 웹 길이 보상기 유닛들의 다른 배치가 가능하다. 수평으로 또는 수직으로 설치된 하나 또는 다중의 이동 롤러들을 구비한 유닛들은 특별한 요청 사항들을 적합하게 하기 위해서 사용될 수 있다.
다양한 상이한 패터닝 유닛들이 상기 프로세스 헤드에 부착될 수 있다. 이것들은 다음의 것들을 포함한다:
1. 기판 상의 박막 필름들의 절제를 위해서 웹 표면 상에 펄스 레이저 빔을 직접적으로 초점을 맞추거나 또는 이미징하기 위한 광학 시스템.
2. 기판 상의 박막 필름들의 절제를 위해서 웹 표면 상에 펄스 레이저 빔을 초점을 맞추거나 또는 이미징하기 위한 스캐너와 f-세타 렌즈 광학 시스템.
3. 박막 필름 경화 (cure) 또는 노광을 위해서 기판 표면 상에 CW 또는 유사 CW 레이저 빔을 직접적으로 초점을 맞추거나 또는 이미징하기 위한 광학 시스템.
4. 박막 필름 경화 또는 노광을 위해서 기판 표면 상에 CW 또는 유사 CW 레이저 빔을 직접적으로 초점을 맞추거나 또는 이미징하기 위한 스캐너와 f-세타 렌즈 광학 시스템.
5. 연속적인 영역들 또는 가는 라인들 형상의 얇은 레이어의 재료를 적용함으로써 기판 표면 상에 패턴을 형성하는 드롭온디맨드 잉크젯 프린트 헤드.
6. 가는 라인들 형상의 얇은 레이어의 재료를 적용함으로써 기판 표면 상에 패턴을 형성하는 연속적인 흐름의 잉크젯 프린트 헤드.
7. 열 경화 프로세스 또는 UV 경화 프로세스에 의한 기판 상 잉크젯 인쇄된 비말들을 세팅하는 건조 (drying) 헤드.
8. 기판 표면 상 박막 필름들에 절연 라인들을 새기는 기계적인 스크라이버 (scriber).
동일한 유형의 다중 헤드들 또는 상이한 유형의 헤드들의 조합을 상기 장치 상에서 사용될 수 있다.
상기 프로세스 헤드들은, 상기 프로세스 유닛과 상기 척 둘 모두의 동시적인 연속적 모션 또는 상기 프로세스 헤드나 상기 척 중의 어느 하나의 한 방향으로의 일련의 연속적인 모션들이 어느 하나의 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의한 것 또는 상기 척 그리고 상기 프로세스 헤드 둘 모두에 의한 일련의 간헐적인 모션들에 의한 것의 어느 하나를 이용하여 여러 상이한 모드들로 상기 기판 표면상 박막 필름에 패턴을 만들기 위해서 사용될 수 있다. 상기 프로세스 유닛이 하나 또는 그 이상의 초점을 맞추는 유형의 레이저 빔 전달 유닛들을 포함한다면, 한정된 길이의 웹의 전체 영역은 상기 레이저 헤드와 상기 척 둘 모두의 동시적인 연속적 모션들의 어느 하나에 의해 또는 상기 레이저 헤드나 상기 척 중 어느 하나의 어느 한 쪽 방향에서의 일련의 연속적인 모션들이 다른 하나의 어느 한 쪽 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해서 프로세싱된다. 상기 프로세스 유닛이 2D 스캐너와 렌즈 유닛들로 구성된 하나 또는 그 이상의 레이저 빔 전달 유닛을 포함한다면, 한정된 길이의 기판의 전체 영역은 상기 프로세스 유닛 그리고 상기 척이 둘 모두의 어느 하나의 방향에서의 일련의 간헐적인 모션을 구비한 스텝 및 스캔 모드에서 상기 레이저 유닛들에 의해서 프로세싱될 수 있다. 2D 스캐너 및 렌즈 유닛들을 포함한 대안의 배치가 가능하다. 이런 경우에, 한정된 길이의 기판의 전체 영역은 상기 스캐너 및 렌즈 유닛 또는 상기 척의 어느 하나의 어느 한 방향에서의 일련의 연속적인 모션들이 다른 하나의 어느 한 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해 래스터 모드에서 밴드들 내에서 프로세싱된다.
상기 프로세스 유닛이 하나 또는 그 이상의 드롭온디맨드 잉크젯 프린트 헤드들을 포함할 때에, 이것들은 두 가지 방식으로 동작할 수 있다. 상기 헤드들이 제한된 개수의 노즐들로부터의 연속적인 비말 흐름으로 동작할 때에, 침전된 재료들의 일련의 평행한 라인들이 생성된다. 상기 라인들의 피치는 사용된 노즐들의 피치를 선택함으로써 대강 조절될 수 있으며 그리고 유효 피치를 필요한 정도까지 축소시키는 이동 방향에 관련하여 상기 잉크젯 헤드를 기울어지게 함으로써 정확한 값으로 세팅될 수 있다. 대안으로, 모든 노즐들이 디지털 조절된 비말을 뿌리면서 동작할 때에 상기 한정된 길이의 기판의 전체 영역은 상기 잉크젯 헤드 또는 상기 척 중 어느 하나의 어느 한 방향으로의 일련의 연속적인 모션들이 다른 하나의 어느 한 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해서 일련의 평행한 밴드들에서 래스터 모드로 프로세싱된다. 그런 래스터 모드 잉크젯 프로세싱은 생성될 전체 기판 영역에 걸쳐서 완전하게 기록된 2차원 패턴들을 가능하게 한다.
상기 프로세스 유닛은 드롭온디맨드 프린트 헤드들보다는 하나 또는 그 이상의 연속 흐름 (continuous flow) 잉크젯 프린트 헤드들을 포함할 수 있을 것이다. 그런 헤드들은 침전된 잉크 재료로 라인 패턴들을 생성하기에 이상적이다. 이런 경우에, 한정된 길이의 기판의 전체 영역은 상기 잉크젯 헤드나 상기 척 중 어느 하나의 어느 한 방향에서의 일련의 연속적인 모션들이 다른 하나의 어느 한 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해, 침전된 재료의 일련의 평행한 라인들로 프로세싱된다.
기판 상의 어떤 현존하는 패턴에 새롭게 적용된 패턴을 정확하게 기록하는 것은 본 발명의 가장 중요한 모습들 중의 하나이며, 이는 본 발명의 장치가 적합한 많은 마이크로 전자 기기 제조 동작들에 있어서 재료의 하나의 레이어에서의 패턴이 하나 또는 그 이상의 밑에 있는 패턴 레이어들의 제일 위에 정확하게 중첩될 것을 필요로 하기 때문이다. 이것은 실제로는 상기 프로세스 유닛에 부착된 하나 또는 그 이상의 카메라 유닛들을 이용한 선 (pre)-프로세스 정렬 절차를 수행함으로써 달성된다. 상기 카메라는 기판 표면을 관찰하며 그리고 그 기판 상에서 존재하는 패턴들이나 기준 마크들의 관찰을 위한 적합한 광학적 특성들 및 조명 소스들을 갖추고 있다. X 축 및 Y 축에서 두 개의 서보 모터 구동 단의 모션을 프로그램함으로써, 상기 척에 클램프된 기판 영역의 어떤 포인트도 기준 또는 레퍼런스 마크 위치 식별을 위해서 상기 카메라 유닛들에 의해서 액세스될 수 있다. 각각의 정렬 마크 위치에서, 카메라 시야 관찰의 범위 내에서 상기 마크의 정확한 위치가 기록되고 그리고 레퍼런스 위치로부터 그 마크까지의 오프셋이 계산된다. 각 불연속의 기판 영역 상의 둘 또는 그 이상의 마크들의 정확한 위치가 식별된 이후에, 프로세싱될 상기 척 상의 웹의 영역의 각도 이동 및 공간 이동이 계산될 수 있으며 상기 프로세스 유닛과 척의 모션들 제어하는 프로그램에 교정 (correction)들이 도입될 수 있다.
상기 웹은 플렉시블하고 그리고 다중의 핸들링 및 프로세싱 동작의 대상이 될 것이기 때문에, 프로세싱될 상기 기판의 영역이 비틀어질 수 있을 것이라는 것이 가능하다. 그 길이와 폭은 둘 다 작은 양만큼 변할 수 있으며 그리고 상기 영역은 심지어는 비-선형적으로 비틀어질 수 있을 것이다. 이런 기판의 비틀어짐 영향들은 상기 기판 영역 상의 충분한 개수의 정렬 마크들의 정확한 위치를 결정하기 위해서 정렬 카메라 또는 정렬 카메라들을 이용함으로써 모두 보상될 수 있을 것이며, 이런 정확한 위치 결정은, 새로운 패턴이 현재의 비틀어진 패턴에 정확하게 부합하도록 하기 위해서 상기 프로세스 유닛과 상기 척의 모션을 교정함으로써, 후속되는 정확한 형상의 계산을 허용하도록 한다.
상기 제안된 장치의 극히 중요한 부분은 상기 프로세스 유닛과 상기 척의 프로그램된, 조정된 모션 그리고 또한 상기 웹 길이 보상기들과 풀림 유닛 및 되감기 유닛의 동작을 허용하는 제어 시스템이다. 또한 상기 시스템은 상기 정렬 카메라들로부터의 데이터를 캡쳐하고, 기준 마크 오프셋들을 식별하고, 기판 상의 현존하는 패턴의 모습과 위치를 계산하고 그리고 상기 척과 프로세스 헤드 서보 모터들을 제어하는 프로그램에 교정을 할 수 있어서, 새로운 패턴이 현존하는 패턴을 정확하게 덮도록 할 필요가 있다. 또한 상기 제어 시스템은 필름 절제를 위해서 사용되는 레이저나 레이저들로부터 펄스들을 트리거하는 것, 필름 노광이나 경화를 위해서 사용되는 레이저 빔이나 빔들의 게이팅 (gating), 빔 스캐너 유닛 또는 유닛들 내의 편향 거울들의 작동, 상기 드롭온디맨드 잉크젯 헤드 또는 헤드들로부터의 비말 뿌리기 그리고 연속 흐름 잉크젯 헤드 또는 헤드들로부터의 비말들의 굴절을 제어할 필요가 있다.
상기 프로세스 유닛이 몇몇 유형의 잉크젯 헤드를 포함하는 경우에, 프로세싱된 길이의 기판이 상기 척으로부터 릴리즈되고 그리고 상기 되감기 드럼을 향하여 나아간 이후에 포토 경화 또는 열 경화에 의해서 상기 침전된 잉크 재료를 말리는 것을 수행하기 위한 상기 장치에 관한 요구 사항이 존재할 것이라는 것이 가능하다. 그런 유닛이 요청된다면, 그것은 두 가지 상이한 위치들에 위치될 수 있다; 상기 척과 상기 되감기 측 웹 길이 보상기 사이에 또는 상기 되감기 웹 길이 보상기와 상기 되감기 드럼 사이. 상기 유닛이 상기 척과 상기 웹 길이 보상기 유닛 사이에 위치하고 그리고 프로세싱된 웹 재료의 길이가, 추가 재료가 상기 척 상에서 프로세싱되고 있을 때와 동시에 경화되는 것이 요청된다면, 그러면 경화 유닛은 상기 웹 방향에서 이동하고 있는 웹 재료 위에 걸쳐서 위치할 것이며 그리고 상기 웹 방향의 상기 경화 유닛의 길이는 상기 프로세스 동안에 상기 척의 이동 거리만이 아니라 프로세싱된 재료의 길이를 조절하기에 충분할 필요가 있다. 실제로, 이는 상기 프로세스 시간이 상기 경화 시간을 초과하는 경우에 상기 프로세스 영역 길이의 최소한 두 배만큼 긴 경화 유닛이 요청된다는 것을 의미한다. 만일 상기 경화 시간이 상기 프로세스 시간을 초과하면 그러면 더 긴 경화 유닛이 요청된다. 상기 경화 유닛은 상기 프로세스 길이의 몇 배인 길이를 가질 것 같으며, 상기 경화 유닛이 기판 프로세싱 동안에 움직이는 웹 재료 위에 걸쳐서 위치된 경우 최소의 배수는 2이다.
상기 잉크젯 헤드들에 의해 적용되는 재료가 상기 길이 방향 보상기 유닛을 통해서 경화되지 않은 상태로 이동할 수 있다면, 열 또는 UV 건조 유닛을 상기 웹 길이 보상기 유닛과 상기 되감기 드럼 사이에 위치시키는 것이 가능하다. 이 위치는 이득이 되며, 이는 상기 척 상의 추가의 재료는 프로세싱되고 있을 때에 그것이 움직이지 않는 웹 재료 위에 걸쳐서 위치하고 있기 때문이다. 이는 경화 시간이 상기 프로세스 시간보다 더 작은 한은 X 방향에서의 상기 경화 유닛의 길이는 상기 프로세스 영역의 길이를 간신히 초과할 필요만이 있다는 것을 의미한다. 상기 경화 시간이 상기 프로세스 시간을 초과하는 경우에는 분명히 상기 경화 유닛의 길이는 더 길 필요가 있다. 상기 경화 유닛은 상기 프로세스 길이의 몇 배인 길이를 가질 것 같으며, 상기 경화 유닛이 기판 프로세싱 동안에 고정되어 있는 웹 재료 위에 걸쳐서 위치된 경우에 최소의 배수는 1이다.
상기 건조 유닛은 사용하지 않을 때에는 불필요한 웹 가열을 피하기 위해서 웹으로부터 멀리 떨어진 도킹 위치로 이동하는 그런 유형일 수 있다.
본 발명의 효과는 본 명세서의 해당되는 부분들에 개별적으로 명시되어 있다.
본 발명에 따른 장치의 모습들은 첨부된 도면들을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1은 상기 장치의 측면 모습을 보여준다.
도 2는 상기 장치의 위의 모습을 보여준다.
도 3은 후 (post) 프로세스 경화를 허용하기 위한 상기 장치의 변형을 보여준다.
도 4는 후 프로세스 경화를 허용하기 위한 상기 장치의 대안의 버전을 보여준다.
도 1
도 1은 상기 제안된 장치의 측면 모습을 보여주며, 이는 상기 장치의 한 쪽 측면에서 풀림 드럼 또는 릴 (12)로부터 주기적으로 풀리며 그리고 상기 장치의 다른 측면에서 되감기 드럼이나 릴 (13)로 주기적으로 되감기는 플렉시블 재료의 연속적인 웹을 보여준다. 이 도면에서, 상기 풀림 유닛 및 되감기 유닛은 둘 모두 시계 방향으로 회전하는 것으로 보이며, 그래서 상기 웹은 왼쪽에서 오른쪽으로 주기적으로 진행된다. 상기 두 유닛들은 모두 서보 모터들에 의해서 구동되며 그리고 상기 웹에서 항상 적절한 장력을 유지하기 위해서, 도시되지는 않은 웹 장력 센서들로부터 피드백을 받는다. 상기 장치는 플랫 척 (14)을 구비하며, 이 척은 서보 모터 구동 단 (15)에 부착되어서 상기 웹 이동 방향에 평행한 X축 방향으로 정밀하게 제어되는 방식으로 이동할 수 있다. 상기 장치는 상기 웹 위에 걸쳐있는 받침대 상 서보 모터 구동 단 위의 운반대에 부착된 프로세스 유닛 (16)을 포함한다. 프로세스 헤드를 운반하는 상기 단의 이동의 방향은, X축 방향에 직교하며 그리고 도면에서 종이 방향에 수직으로 향하는 Y축 방향이며, 상기 프로세스 유닛은 상기 기판 상에서 존재하는 패턴들이나 기준 마크들을 관찰하기 위해서 프로세스 유닛에 부착된 카메라 유닛 (17)을 구비한다. X축 및 Y축에서 두 개의 서보 모터 구동 단들의 프로그램된 모션에 의해, 상기 척에 클램프된 기판의 영역 상의 포인트는 상기 프로세스 유닛에 의한 프로세싱을 위해서 또는 상기 카메라에 의한 기준 마크 위치 식별을 위해서 액세스될 수 있다. 웹 길이 보상기 유닛 (18)은 풀림 유닛 그리고 척 어셈블리 사이에 위치하여, X 방향에서 상기 척의 모션 그리고 부착된 기판으로 인해서 생긴 느슨한 프로세싱되지 않은 기판 재료를 잡고 그리고 릴리즈한다. 두 번째 웹 길이 보상기 (19)는 상기 척 어셈블리와 상기 되감기 유닛 사이에 위치하여, 상기 척의 모션 그리고 부착된 기판의 X축 방향에서의 모션으로 인해서 생긴 느슨한 프로세싱된 기판 재료를 잡고 그리고 릴리즈한다.
도 2
도 2는 축 (23) 상에서 회전하는 풀림 드럼이나 릴 (22)로부터 상기 장치의 한쪽 측면 상으로 풀리는 플렉시블 재료 (21)의 연속적인 웹을 보여주는 본 발명의 제안된 장치의 위에서 본 모습을 보여준다. 상기 웹은 웹 진행 방향에 평행한 X 축 방향에서 이동할 수 있는 프로세스 척 (25)을 통해서 지나가기 이전에 "웹 길이 보상기" 유닛 (24)을 통해서 지나간다. 한정된 길이의 기판은 프로세싱을 위해서 상기 척 표면에 진공으로 클램프되어 있다. 프로세스 유닛 (26)은 상기 웹 위에 걸친 받침대 (27) 상의 단 위의 운반대에 부착된다. 상기 단은 서보 모터로 제어되며 그리고 상기 프로세스 헤드가 Y축 방향으로 상기 웹의 전체 폭을 가로질러서 이동하도록 한다. 단들의 쌍의 조절된 모션에 의해, 상기 척에 클램프된 상기 한정된 길이의 기판 전체 영역 (28)은 상기 프로세스 유닛에게 액세스 가능하며 그리고 프로세싱될 수 있다. 프로세싱이 완료된 이후에, 상기 척 상의 진공은 릴리즈되고 그리고 상기 웹은 제어 유닛에 의해서 앞으로 이동되어, 상기 풀림 유닛 및 되감기 유닛이 활성화되도록 한다. 두 번째 웹 길이 보상기 유닛 (29)을 통해서 지나간 이후에, 상기 웹은 되감기 드럼 또는 릴 (210)로 결국 되감긴다. 도면에서, 상기 풀림 유닛 및 되감기 유닛은 둘 모두 회전하여 그래서 상기 웹이 왼쪽에서 오른쪽으로 주기적으로 이동되도록 하는 것으로 도시된다.
도 3
도 3은 상기 장치의 되감기 측면을 보여주며, 이는 후 (post) 프로세스 경화 (cure) 유닛이 어떻게 배치되는가를 표시한다. 플렉시블 웹 (31)은 도면에서는 도시되지 않은 웹 길이 보상기 유닛을 통해서 드럼으로부터 풀린다. 척 (32) 상으로 클램프된 이후에 기판 영역 (33)은 X 축 및 Y 축에서의 상기 프로세스 헤드와 상기 척의 결합된 이동에 의해, 프로세스 유닛 (34)에 의해서 프로세싱된다. 상기 척이 X 축 방향으로 이동할 때에 릴리즈되거나 또는 집어지는 느슨한 웹 재료는 상기 길이 방향 보상기 유닛 (35)에 의해서 조절된다. 되감기 드럼 (36)은 기판 프로세싱 동안에 움직이지 않은 채로 유지되지만, 프로세싱된 영역이 상기 척으로부터 릴리즈될 때에는 한정된 길이의 웹을 되감기 위해서 활성화된다. 잉크젯 프린팅에 의해서 침전된 재료의 포토 경화 또는 열 경화를 위한 후 프로세스 경화 유닛 (37)은 상기 척과 상기 길이 방향 보상기 유닛 사이에 위치한다. 이런 위치에 배치된 것은 상기 척 상의 추가의 재료가 프로세싱되고 있을 때에 상기 경화 유닛이 상기 X 축 방향에서 이동하고 있는 웹 재료의 위쪽에 걸쳐서 위치하며 그래서 상기 경화 유닛의 길이는 프로세싱되고 있는 웹 길이보다 더 길 필요가 있다는 것을 의미한다.
도 4
도 4는 상기 장치의 되감기 측의 추가의 모습을 보여주며, 이는 후 프로세스 경화 유닛이 위치될 수 있는 대안의 방식을 보여준다. 플렉시블 웹 (41)은 도면에서는 도시되지 않은 길이 방향 보상기 유닛을 경유하여 드럼으로부터 풀린다. 척 (42)에 클램프된 후에, 기판 영역 (43)은 X 축 및 Y 축에서 상기 척과 상기 프로세스 헤드의 결합된 이동에 의해 프로세스 유닛 (44)에 의해서 프로세싱된다. 상기 척이 X축 방향으로 이동할 때에 릴리즈되거나 또는 집어지는 느슨한 웹 재료는 상기 길이 방향 보상기 유닛 (45)에 의해서 조절된다. 되감기 드럼 (46)은 기판 프로세싱 동안에는 고정된 상태로 유지되지만, 프로세싱된 영역이 상기 척으로부터 릴리즈될 때에는 한정된 길이의 웹을 되감기 위해서 활성화된다. 열 경화 유닛 또는 UV 경화 유닛 (47)이 상기 길이 방향 보상기 유닛 그리고 상기 되감기 드럼 사이에 위치한다. 이런 위치에 배치하는 것은, 상기 척 상의 추가의 재료가 프로세싱되고 있는 동안에 경화 유닛이 움직이지 않는 웹 재료 위쪽에 걸쳐서 위치하기 때문에, 이득이 된다. 이는 경화 시간이 프로세싱 시간보다 더 작은 한은, X축 방향에서의 상기 경화 유닛의 길이는 프로세스 영역의 길이를 가까스로 초과할 필요가 있다는 것을 의미한다.
상기에서 설명된 장치에서, 두 개 축의 모션이 제공되며, 예를 들면, 상기 프로세스 헤드는 상기 기판을 가로질러 여러 포인트들에서 상기 빔의 위치를 정하기 위해서 상기 척에 직교하여 이동하며, 그리고 상기 척은 상기 기판의 길이 방향에 평행하게 이동한다. 그래서 상기 장치는 벡터 쓰기에 의해서 수행될 프로세싱을 가능하게 하여, 프로세싱될 필요가 있는 장소들에서만 프로세싱이 수행되도록 한다. 상기 기판의 상대적으로 작은 영역들만이 프로세싱될 필요가 있다면 이것은 더 효율적이다.
설명된 상기 장치에서, 두개의 축들에서의 움직임은 상이한 모드들로 존재할 수 있을 것이다: (1) 두 가지 모두 함께 연속적으로 또는 (2) 하나는 연속적이고 그리고 다른 하나는 간헐적으로 또는 (3) 두 가지 모두 간헐적으로. 또한, 왕복하는 모션이, 예를 들면, 상기 기판의 폭을 가로질러서 전방으로 그리고 후방으로의 상기 프로세스 유닛의 이동에 의해서 적어도 하나의 방향에서 제공된다.
상기에서 설명된 설비들은 기판 상에 직접 씀으로써 높은 레벨의 위치 정밀도를 가지는 고해상도의 2차원 패턴들을 형성하기 위해서 플렉시블 기판의 길고, 연속적인 길이들을 불연속의 한정된 길이들로 프로세싱하는 장치를 제공하며, 상기 장치는,
한정된 길이의 플렉시블 기판을 풀림 드럼 (unwind drum)으로부터 제1 방향으로 주기적으로 분배하며, 이때에 기판의 제1 방향으로의 장력을 일정하게 유지하는, 유닛;
제1 방향에서의 모든 기판 길이 변화들을 조절하고 그리고 분배된 프로세싱되지 않은 기판의 불연속 길이에서, 프로세싱 동안에 고정되어 유지되는 드럼에 가까운 말단과 이동하는 다른 말단으로 인해서 상기 길이가 변할 때에, 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 유닛;
평 플레이트 척 (chuck)으로서, 불연속 길이의 플렉시블 기판이 프로세싱을 위해서 진공에 의해서 주기적으로 상기 평 플레이트 척으로 클램프되는, 평 플레이트 척;
상기 척 그리고 부착된 불연속 길이의 기판을 프로세싱 동안에 연속적인 또는 간헐적인 왕복 모션으로 어느 하나의 방향에서 상기 불연속 기판의 전체 길이에 걸쳐서 제1 방향에서 여러 차례 정밀하게 이동시키는 메커니즘;
상기 척 위에 설치된 프로세스 유닛;
프로세스 유닛을 위한 메인터넌스 도킹 위치;
상기 프로세스 유닛을 제2 방향으로 한번 또는 그 이상 정밀하게 움직이는 메커니즘으로서, 제2 방향은 상기 기판의 전체 범위에 걸쳐서 상기 제1 방향에 수직이며, 상기 제2 방향에서 모션은 프로세싱 동안에 연속적인 또는 간헐적인 왕복 모션으로 어느 하나의 방향인, 메커니즘;
제1 방향에서의 모든 기판 길이 변화들을 조절하고 그리고 프로세싱된 기판의 불연속 길이에서, 프로세싱 동안에 고정되어 유지되는 일 단과 프로세싱 동안에 움직이는 다른 단으로 인해서 길이가 변할 때에, 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 유닛;
상기 플렉시블 기판에서 제1 방향으로의 일정한 장력을 유지하면서, 상기 플렉시블 기판의 한정된 불연속 길이를 프로세싱 이후에 제1 방향에서 실린더 모양의 드럼으로 주기적으로 되감는 유닛; 및
제어 시스템을 포함하며,
상기 제어 시스템은,
한정된 불연속 길이의 기판을 프로세싱을 위해서 상기 척에 주기적으로 클램프하고 그리고 풀림 드럼과 되감기 드럼을 움직이지 않게 유지하면서 상기 제1 방향으로의 상기 척의 정밀한 모션을 허용하고;
상기 프로세스 유닛이 상기 제2 방향에서 상기 웹의 폭을 가로질러 임의 포인트에 정확하기 위치하도록 하며;
척과 프로세스 유닛을 프로세스 유닛과 척 둘 모두의 동시적이며 연속적인 모션에 의해서 또는 한 방향에서 척과 프로세스 유닛 중 하나의 일련의 연속적인 모션들이 한 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해서, 이동시키고;
상기 프로세스 유닛을 작동시키고;
프로세싱된 영역의 전체 길이를 포함하는 길이의 기판을 되감고 그리고 한정된 불연속 길이의 프로세싱되지 않은 영역을 기판을 풀기 위해서 프로세싱된 불연속 길이의 기판을 상기 척으로부터 주기적으로 언클램프하고 그리고 상기 풀림 드럼 유닛과 되감기 드럼 유닛을 동시에 작동시키며, 풀린 한정된 길이의 프로세싱되지 않은 기판은 되감긴 것과는 동일하거나 또는 상이하다.

Claims (16)

  1. 기판 상에 직접 씀으로써 높은 레벨의 위치 정밀도를 가지는 고해상도의 2차원 패턴들을 형성하기 위해서 플렉시블 기판의 길고, 연속적인 길이들을 불연속의 한정된 길이들로 프로세싱하는 장치로서,
    a. 한정된 길이의 플렉시블 기판을 풀림 드럼 (unwind drum)으로부터 제1 방향으로 주기적으로 분배하며, 이때에 기판의 제1 방향으로의 장력을 일정하게 유지하는, 분배 유닛;
    b. 척 (chuck)으로서, 불연속의 한정된 길이의 기판이 프로세싱을 위해서 상기 척으로 주기적으로 클램프 (clamp)되는, 척;
    c. 제1 방향에서의 길이 변화들을 조절하고 척의 기판 상향 방향에서 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 제1 조절 유닛;
    d. 불연속 길이의 기판의 전체 길이에 걸쳐서 제1 방향의 후방 및 전방으로 상기 척 그리고 부착된 불연속 길이의 기판을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 제1 메커니즘;
    e. 직접 쓰기 프로세스에 의해서 기판의 한정된 길이 상에 고해상도의 2차원 패턴을 형성하기 위해서 척 위에 설치된 프로세싱 유닛;
    f. 기판의 전체 폭에 걸쳐서 제1 방향에 수직인 제2 방향의 후방 및 전방으로 상기 프로세싱 유닛을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 제2 메커니즘;
    g. 척의 기판 하향 방향의 한정된 길이에서 제1 방향으로 길이 변화들을 조절하고 일정한 장력을 유지하는 제2 조절 유닛;
    h. 프로세싱 이후에 기판에서 제1 방향으로의 일정한 장력을 유지하면서 한정된 길이의 플렉시블 기판을 되감기 드럼 (rewind drum)으로 주기적으로 되감는 되감기 유닛; 및
    i. 제어 시스템을 포함하며,
    상기 제어 시스템은,
    i) 불연속의 한정된 길이의 기판을 척에 주기적으로 클램핑하여 상기 프로세싱 유닛에 의해 상기 불연속의 한정된 길이의 기판을 프로세싱하는 동안에 상기 불연속의 한정된 길이의 기판이 상기 척에 대해 고정되어 유지되도록 하는 것 그리고 풀림 드럼과 되감기 드럼은 고정하고 상기 불연속의 한정된 길이의 기판은 상기 척에 클램프되어 있도록 하며 제1 방향에서의 척의 이동;
    ii) 척과 프로세싱 유닛 두 가지 모두의 동시적이며, 연속적인 모션에 의한 것이나 또는 한 방향에서 척과 프로세싱 유닛 중 하나의 일련의 연속적인 모션들이 다른 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의한 것 중의 어느 하나에 의해서 척 및 상기 척에 클램프된 상기 불연속의 한정된 길이의 기판 그리고 프로세싱 유닛을 이동시킴;
    iii) 프로세싱 유닛의 작동;
    iv) 불연속의 한정된 길이의 기판이 상기 척에 대해 이동하고 상기 척을 떠나는 것을 허용하기 위해서 상기 불연속의 한정된 길이의 기판을 척으로부터 주기적으로 언클램프 (unclamp)하는 것 그리고 한정된 길이의 기판을 되감기 드럼으로 되감고 그리고 추가의 한정된 불연속 길이의 기판을 분배 드럼으로부터 풀기 위한, 풀림 드럼과 되감기 드럼 작동;
    을 제어하도록 구성된, 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 절제 (ablation) 프로세스에 의해서 기판 표면 내에 가는 (fine) 패턴을 생성하기 위해서 기판 표면으로 레이저빔들을 향하게 하기 위한 하나 이상의 광학 기기들을 포함하는, 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 노광 (photo-exposure) 또는 열 경화 (thermal curing) 프로세스에 의해서 기판 표면 내에 가는 (fine) 패턴을 생성하기 위해서 기판 표면으로 레이저빔들을 향하게 하기 위한 하나 이상의 광학 기기들을 포함하는, 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 연속적인 영역들이나 가는 라인들을 형성하기 위해서 유착하는 기능성 또는 비-기능성 재료의 마이크로 유체 패킷들을 침전시킴으로써 상기 기판 표면상에 패턴을 형성하기 위한 하나 이상의 드롭온디맨드 (drop on demand) 잉크젯 프린트 헤드들을 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 가는 라인들을 형성하기 위해서 유착하는 기능성 또는 비-기능성 재료의 마이크로 유체 패킷들을 침전시킴으로써 상기 기판 표면상에 패턴을 형성하기 위한 하나 이상의 연속 흐름 (continuous flow) 잉크젯 프린트 헤드들을 포함하는, 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 잉크젯 프린트 헤드들은 전기적으로 도전하는 (conducting), 반도전하는, 또는 비-도전 기능성의 마이크로 유체 패킷들을 침전시키도록 구성되며 그리고 유기물, 무기물, 금속성 또는 유기-금속성 유형인, 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 레이저 헤드들, 잉크젯 프린트 헤더들 그리고 건조 (drying) 헤드들의 조합을 포함하는, 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 하나 이상의 레이저 빔 전달 유닛들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 상기 척과 프로세싱 유닛의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판 전체 영역이, 프로세싱 유닛과 척 둘 모두의 동기적이며 연속적인 모션들에 의해서 또는 프로세싱 헤드나 척 중의 하나의 한 방향에서의 일련의 연속적인 왕복 모션들이 다른 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의해서, 프로세싱되도록 하는, 장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 하나 이상의 레이저 빔 전달 유닛들을 포함하며 그리고 이 레이저 빔 전달 유닛들은 2차원 스캐너와 렌즈 유닛들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 상기 척과 프로세싱 헤드의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판 전체 영역이 프로세싱 유닛과 척 두 가지 모두의 어느 한 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들로 레이저 유닛들에 의해서 스텝 및 스캔 모드에서 프로세싱되도록 하는, 장치.
  10. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 하나 이상의 레이저 빔 전달 유닛들을 포함하며 그리고 이 레이저 빔 전달 유닛들은 2차원 스캐너와 렌즈 유닛들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 상기 척과 프로세싱 헤드의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판 전체 영역이, 프로세싱 헤드나 척 중 어느 하나의 한 방향에서의 일련의 연속적인 왕복 모션이 프로세싱 헤드나 척 중의 다른 하나의 다른 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합한 것에 의해서 래스터 (raster) 모드에서 밴드 (band)들 내에서 프로세싱되도록 하는, 장치.
  11. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 한정된 개수의 노즐들로부터의 연속적인 비말 (droplet; 飛沫) 흐름으로 동작 가능한 하나 이상의 드롭온디맨드 잉크젯 프린트 헤드들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 척과 프로세스 헤드의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판의 전체 영역이 침전된 재료의 평행한 라인들로 구성된 일련의 평행 밴드들에서, 프로세싱 헤드나 척 중 어느 하나의 한 방향에서의 일련의 연속적인 왕복 모션이 프로세싱 헤드나 척 중의 다른 하나의 다른 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합한 것에 의해서 프로세싱되도록 하는, 장치.
  12. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 모든 노즐들로부터의 조절된 비말 흐름으로 동작 가능한 하나 이상의 드롭온디맨드 잉크젯 프린트 헤드들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 척과 프로세스 헤드의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판의 전체 영역이, 프로세싱 헤드나 척 중 어느 하나의 한 방향에서의 일련의 연속적인 왕복 모션이 프로세싱 헤드나 척 중의 다른 하나의 다른 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합한 것에 의해서 일련의 평행한 밴드들에서 래스터 모드로 프로세싱되도록 하는, 장치.
  13. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 기판 상으로의 연속적인 비말 흐름으로 동작 가능한 하나 이상의 드롭온디맨드 잉크젯 프린트 헤드들을 포함하며 그리고
    상기 제어 시스템은 척과 프로세싱 헤드의 결합된 모션을 제어하도록 구성되어, 한정된 길이의 기판의 전체 영역이, 침전된 재료의 일련의 평행한 라인에서 프로세싱 헤드나 척 중 어느 하나의 한 방향에서의 일련의 연속적인 왕복 모션이 프로세싱 헤드나 척 중의 다른 하나의 다른 방향에서의 일련의 간헐적인 모션들과 결합한 것에 의해서 프로세싱되도록 하는, 장치.
  14. 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱 유닛은 척에 클램프될 때에 기판 상의 기준 마크들의 위치를 식별하기 위한 하나 이상의 카메라들을 포함하여, 상기 프로세싱 유닛이 기판에 대해서 정확하게 위치가 정해지도록 하는, 장치.
  15. 기판 상에 직접 씀으로써 높은 레벨의 위치 정밀도를 가지는 고해상도의 2차원 패턴들을 형성하기 위해서 플렉시블 기판의 길고, 연속적인 길이들을 불연속의 한정된 길이들로 프로세싱하는 방법으로서,
    a. 한정된 길이의 플렉시블 기판을 풀림 드럼 (unwind drum)으로부터 제1 방향으로 주기적으로 분배하며, 이때에 기판의 제1 방향으로의 장력을 일정하게 유지하는, 분배 유닛을 동작시키는 단계;
    b. 척 (chuck)으로서, 불연속의 한정된 길이의 기판이 프로세싱을 위해서 상기 척으로 주기적으로 클램프 (clamp)되는, 척을 제공하는 단계;
    c. 제1 방향에서의 길이 변화들을 조절하고 척의 기판 상향 방향에서 제1 방향으로 일정한 장력을 유지하는 단계;
    d. 불연속 길이의 기판의 전체 길이에 걸쳐서 제1 방향의 후방 및 전방으로 상기 척 그리고 부착된 불연속 길이의 기판을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 단계;
    e. 직접 쓰기 프로세스에 의해서 기판의 한정된 길이 상에 고해상도의 2차원 패턴을 형성하기 위해서 척 위에 프로세싱 유닛을 제공하는 단계;
    f. 기판의 전체 폭에 걸쳐서 제1 방향에 수직인 제2 방향의 후방 및 전방으로 상기 프로세싱 유닛을 1회 이상 정밀하게 이동시키는 단계;
    g. 척의 기판 하향 방향의 한정된 길이에서 제1 방향으로 길이 변화들을 조절하고 일정한 장력을 유지하는 단계;
    h. 프로세싱 이후에 기판에서 제1 방향으로의 일정한 장력을 유지하면서 한정된 길이의 플렉시블 기판을 되감기 드럼 (rewind drum)으로 주기적으로 되감는 단계; 및
    i. 제어 시스템을 제공하는 단계;를 포함하며,
    상기 제어 시스템은,
    i) 불연속의 한정된 길이의 기판을 척에 주기적으로 클램핑하여 상기 프로세싱 유닛에 의해 상기 불연속의 한정된 길이의 기판을 프로세싱하는 동안에 상기 불연속의 한정된 길이의 기판이 상기 척에 대해 고정되어 유지되도록 하는 것 그리고 풀림 드럼과 되감기 드럼은 고정하고 상기 불연속의 한정된 길이의 기판은 상기 척에 클램프되어 있도록 하며 제1 방향에서의 척의 이동;
    ii) 척과 프로세싱 유닛 두 가지 모두의 동시적이며, 연속적인 모션에 의한 것이나 또는 한 방향에서 척과 프로세싱 유닛 중 하나의 일련의 연속적인 모션들이 다른 방향에서 다른 하나의 일련의 간헐적인 모션들과 결합된 것에 의한 것 중의 어느 하나에 의해서 척 및 상기 척에 클램프된 상기 불연속의 한정된 길이의 기판 그리고 프로세싱 유닛을 이동시킴;
    iii) 프로세싱 유닛의 작동;
    iv) 불연속의 한정된 길이의 기판이 상기 척에 대해 이동하고 상기 척을 떠나는 것을 허용하기 위해서 상기 불연속의 한정된 길이의 기판을 척으로부터 주기적으로 언클램프 (unclamp)하는 것 그리고 한정된 길이의 기판을 되감기 드럼으로 되감고 그리고 추가의 한정된 불연속 길이의 기판을 분배 드럼으로부터 풀기 위한, 풀림 드럼과 되감기 드럼 작동;
    을 제어하는, 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판은 레이저에 의해서 노광되거나, 경화되거나 또는 절제되는 박막 필름 (thin film)들을 포함하며,
    상기 박막 필름들은 전기적으로 도전 (conducting), 반도전 (semiconducting), 또는 비-도전 기능성의 어느 하나를 구비하며 그리고 유기물, 무기물, 금속성 또는 유기-금속성 유형인, 방법.
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