KR101879293B1 - 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템은 유동성을 확보하는 소재를 다수의 롤로 형성된 이송장치에 의하여 공급시키는 공급부와, 상기 공급부에 의하여 공급되는 상기 소재 상부에 적어도 하나 이상의 원료를 적층하기 위한 적층부와, 원료가 적 층되며 발생하는 상기 소재의 레지스터 에러를 측정하여 상기 소재의 위치를 제어하는 위치제어부와, 상기 적층부에서 원료가 적층된 상기 소재를 압착시켜 권취시키는 마감부와, 상기 소재의 공정 속도 및 상기 위치제어부를 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.

Description

롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템{Three Dimensional High Precision Control for Flexible Thin Film in Roll to Roll System}
본 발명은 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소재의 레지스터 에러를 3방향 축으로 정밀하게 제어하며 다양한 원료를 소재에 적층할 수 있는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템에 관한 것이다.
반도체 기술의 출현 이후, 반도체는 더욱더 작은 크기, 더욱더 빠른 속도, 낮은 전력 소모량, 소자 당 낮은 가격을 목표로 개발되어져 왔으며, 최근에는 여러 가지 기능을 하나의 반도체 소자에서 수행을 할 수 있도록 개발되어지고 있다.
그 결과, 반도체 소자에 사용되는 박막은 원자 단위로 제어되면서, 단차 피복성이 우수한 특성을 가져야 하며, 또한 계면에서 확산과 산화가 일어나지 않게 하기 위해서 증착 온도가 낮아야 한다. 기존의 기술로서는 이러한 요구 조건을 충족시킬 수 없게 되어져 한계에 도달하게 되었다. 그러나 원자층 단위로 박막을 증착하는 기술이 개발되어져, 기존의 반도체 기술의 한계를 극복할 수 있게 되었다. 이러한 새로운 기술을 “원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)”라 불리게 된다.
원자층 증착 기술은 1980년에 Tuomo Suntola에 의해서 “Atomic Layer Epitaxy(ALE)”이라는 기술로 개발되어졌다. ALE는 매우 정밀하게 조성을 제어하면서, 매우 얇은 막(100 Å)을 증착시킬 수 있다는 장점을 가지고 있었다. 그러나 그 당시에 반도체 산업에서 사용하는 가장 얇은 막은 1000 Å 두께로서, ALE 기술은 반도체 시장을 위한 기술로서 보여지지 않았다.
그러나 30년이 지난 현재의 상황은 변했다. 반도체의 칩사이즈의 감소는 수 나노시대를 열게 되었으며, 반도체에서 사용하는 가장 얇은 막은 원자 단위로 필요하게 되었다. 예를 들어, 게이트 유전막의 경우, 약 10 Å(약 4개의 원자층과 동일한 두께)의 두께가 필요하게 되었다. 그 결과, Suntola의 발명은 반도체의 디자인 룰이 감소함에 따라서 반도체에 적용되기 시작하였으며, 현재 “Atomic Layer Epitaxy(ALE)” 기술은 “원자층 증착(ALD: Atomic Layer Deposition)”라는 기술로 이름이 변경되어져, 상용화되기 시작하였다.
그러나, 원자층 증착 기술은 기존의 증착법에 비하여 많은 장점을 지니고 있으나, 원료를 한 가지씩 주기적으로 공급하고 여분을 제거하는 과정을 계속 반복하여야 하기 때문에 증착속도가 느리며 레지스터 에러에 따른 인쇄 오차가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 소재의 레지스터 에러를 측정하여 정확한 위치에 원룔를 적층하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 레지스터 에러에 따른 변위에 따라 소재의 위치를 제어할 수 있는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템은 유동성을 확보하는 소재를 다수의 롤로 형성된 이송장치에 의하여 공급시키는 공급부와, 상기 공급부에 의하여 공급되는 상기 소재 상부에 적어도 하나 이상의 원료를 적층하기 위한 적층부와, 원료가 적 층되며 발생하는 상기 소재의 레지스터 에러를 측정하여 상기 소재의 위치를 제어하는 위치제어부와, 상기 적층부에서 원료가 적층된 상기 소재를 압착시켜 권취시키는 마감부와, 상기 소재의 공정 속도 및 상기 위치제어부를 제어하기 위한 제어부를 포함할 수 있다.
상기 공급부는 상기 소재가 권취된 권취롤의 중심에 구비되어 상기 권취롤을 회전하며 상기 소재를 공급하는 풀림롤과, 상기 풀림롤에서 공급되는 상기 소재의 공정 속도를 조절하여 상기 소재에 발생하는 장력을 제어하는 구동롤과, 상기 구동롤에서 이송되는 상기 소재의 높이를 조절하여 상기 소재의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤과, 상기 제어롤에 의하여 높이가 조절된 상기 소재를 압착시켜 상기 소재의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤을 구비할 수 있다.
상기 적층부는 상기 공급부에서 이송되어 원료를 상기 소재의 상부에 적층하는 제 1적층장치와, 상기 제 1적층장치에서 상기 소재의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 1건조장치와, 상기 제 1건조장치에서 건조된 상기 소재가 상기 위치제어부에서 위치가 조절된 후 상기 소재의 상부에 다른 원료를 적층하는 제 2적층장치와, 상기 제 2적층장치에서 상기 소재의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 2건조장치를 구비할 수 있다.
상기 위치제어부는 상기 제 1적층장치와 상기 제 2적층장치 사이에 구비되어 상기 소재의 레지스터 에러에 따라 상기 소재의 위치를 보정하는 위치보정장치와, 상기 위치보정장치에 구비되어 상기 위치보정장치에 의하여 이송되는 상기 소재의 변위를 판단하는 변위센서와, 상기 위치보정장치에서 이송되는 상기 소재의 위치를 측정하여 레지스터 에러를 측정하는 측정장치를 구비할 수 있다.
상기 위치보정장치는 상기 측정장치에서 측정된 레지스터 에러에 따른 상기 소재의 변위값에 따라 상기 이송장치에 의하여 이송되는 상기 소재의 위치를 보정할 수 있다.
상기 위치보정장치는 바닥에 고정되고 일 측면에 제 1볼스크류를 구비하여 상기 소재의 위치를 y축으로 가이드하며 이동시키는 y축가이드와, 상기 y축가이드의 양측 내측면에 구비되는 제 2볼스크류에 결합되며 모터에 의하여 회전하여 상기 소재의 위치를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드와, 상기 x축가이드의 상부에 결합되며 상부에 구비되는 모터에 의하여 회전하는 제 3볼스크류를 구비하여 상기 소재의 위치를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드와, 상기 z축가이드 양측면에 각각 구비되어 상기 z축가이드 사이의 상기 제 3볼스크류에 결합되며 상기 소재의 이송이 원활하도록 회전하는 원형의 보정롤을 구비할 수 있다.
상기 위치보정장치는 바닥에 고정되고 일 측면에 리니어 모터를 구비하여 상기 소재의 위치를 y축으로 가이드하며 이동시키는 y축가이드와, 상기 y축가이드의 양측 내측면에 구비되는 리니어 모터에 결합되어 상기 소재의 위치를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드와, 상기 x축가이드의 상부에 결합되며 상부로 연장되어 리니어 모터에 의하여 상기 소재의 위치를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드와, 상기 z축가이드 양측면에 각각 구비되는 상기 z축가이드 사이에 결합되어 상기 소재의 이송이 원활하도록 회전하는 원형의 보정롤을 구비할 수 있다.
상기 변위센서는 상기 소재를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드 외측에 결합되어 상기 소재의 x축 변위를 측정하는 x축센서와, 상기 x축센서와 수직으로 상기 x축가이드 외측에 결합되어 상기 소재를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드에 의하여 이동되는 상기 소재의 z축 변위를 측정하는 z축센서를 구비할 수 있다.
상기 측정장치는 상기 위치보정장치와 상기 제 1적층장치 사이에 구비되며 상기 소재가 상부와 하부 사이를 관통하며 이송되도록 형성되는 몸체와, 상기 몸체 사이를 관통하는 상기 소재의 단부 위치를 측정하는 측정센서와, 상기 측정센서에 의하여 측정된 상기 소재의 단부 위치와 상기 측정센서의 기준선의 거리 차이를 산정하여 상기 소재의 y축 변위를 판단하는 판단장치를 구비할 수 있다.
상기 측정장치는 상기 제 1적층장치에서 상기 소재에 표기하여 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와, 상기 제 2적층장치에서 상기 소재에 표기된 상기 트리거마크와 소정의 거리에 레지스터 에러를 판단하기 위하여 상기 소재의 상부에 표기되는 레지스터마크와, 상기 제 2적층장치와 상기 제 2건조장치 사이에 구비되어 상기 트리거마크와 상기 레지스터마크의 간격을 촬영하기 위하여 픽셀 카메라, 라인 스켄카메라, 마이크로 센서 중 적어도 하나로 형성되는 에러측정센서와, 상기 에러측정센서에서 측정한 상기 트리거마크와 상기 레지스터마크의 간격을 산정하여 레지스터 에러에 따른 상기 소재의 변위값을 산정하는 산정부를 구비할 수 있다.
상기 마감부는 상기 적층부에서 원료가 적층되어 이송되는 상기 소재를 압착시켜 상기 소재의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤과, 상기 압착롤의 전면 및 후면에 각각 구비되어 상기 소재의 높이를 조절하여 상기 소재의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤과, 상기 제어롤에서 이송되는 상기 소재의 공정 속도를 조절하여 상기 소재에 발생하는 장력을 제어하며 권취롤의 형태로 상기 소재를 감는 권취롤을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템에 의하면, 측정장치에서 측정한 소재의 레지스터 에러에 따라 위치보정장치에서 소재의 위치를 제어할 수 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 나타낸 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공급부를 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 적층부를 나타낸 개념도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치제어부를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 위치보정장치를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 위치보정장치를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 측정장치를 나타낸 단면사시도.
도 9는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 측정장치를 나타낸 개념도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 마감부를 나타낸 개념도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템은 유동성을 확보하는 소재(10)를 다수의 롤로 형성된 이송장치(20)에 의하여 공급시키는 공급부(100)와, 상기 공급부(100)에 의하여 공급되는 상기 소재(10) 상부에 적어도 하나 이상의 원료를 적층하기 위한 적층부(200)와, 원료가 적층되며 발생하는 상기 소재(10)의 레지스터 에러를 측정하여 상기 소재(10)의 위치를 제어하는 위치제어부(300)와, 상기 적층부(200)에서 원료가 적층된 상기 소재(10)를 압착시켜 권취시키는 마감부(400)와, 상기 소재(10)의 공정 속도 및 상기 위치제어부(300)를 제어하기 위한 제어부(500)를 구비할 수 있다.
상기 공급부(100)는 소재(10)가 권취된 권취롤(30)을 다수의 롤로 형성된 이송장치(20)에 의하여 공급하여 소재(10)의 상부에 원료를 적층하여 인쇄할 수 있다.
또한, 상기 공급부(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 소재(10)가 권취된 권취롤(30)의 중심에 구비되어 상기 권취롤(30)을 회전하며 상기 소재(10)를 공급하는 풀림롤(110)과, 상기 풀림롤(110)에서 공급되는 상기 소재(10)의 공정 속도를 조절하여 상기 소재(10)에 발생하는 장력을 제어하는 구동롤(120)과, 상기 구동롤(120)에서 이송되는 상기 소재(10)의 높이를 조절하여 상기 소재(10)의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤(130)과, 상기 제어롤(130)에 의하여 높이가 조절된 상기 소재(10)를 압착시켜 상기 소재(10)의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤(140)을 구비할 수 있다.
이러한 상기 권취롤(30)은 상기 풀림롤(110)에 의하여 회전하며 풀릴 수 있으며 회로 등을 인쇄할 수 있는 롤투롤 장치에서 이송될 수 있도록 유동성이 확보되어 유연하며 얇은 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 소재(10)는 소정의 길이로 형성되거나 길게 형성되어 상기 롤투롤 장치에서 끊기지 않고 이동하며 형성될 수 있다.
상기 구동롤(120)은 상기 풀림롤(110)에 의하여 권취된 권취롤(30)의 단부가 이송장치(20)에 의하여 이송되면 상기 소재(10)의 상부에 구비되어 상기 소재(10)가 이송되며 발생하는 장력을 제어하기 위하여 상기 소재(10)의 공정 속도를 조절할 수 있다.
이 때, 상기 구동롤(120)은 이송장치(20)와의 회전 속도를 조절할 수 있는데, 상기 이송장치(20)와 상기 구동롤(120)의 회전속도는 제어부(500)에 의하여 조절되어 상기 소재(10)의 상부에 적층되는 원료가 소재(10)에 원활히 적층되도록 공정 속도를 조절할 수 있다.
그리고 상기 이송장치(20)는 상기 공급부(100)에서 상기 마감부(400)로 진행되는 소재(10)를 이송시키기 위하여 상기 소재(10)의 하부에 다수가 구비될 수 있으며, 이송장치(20)는 롤 또는 레일로 형성될 수 있다.
상기 제어롤(130)은 상기 소재(10)가 구동롤(120)에서 공정 속도가 조절되며 이송되면 소재(10)의 높이를 조절하여 적층부(200)에서 상기 소재(10)의 상부에 원료가 원활히 적층되도록 유도할 수 있다.
이러한 상기 제어롤(130)은 자기베어링(ACR:Active Control Roll)으로써 소재(10)와 원료가 분사되는 적층부(200)의 갭조절을 위하여 소재(10)의 높이를 능동적으로 제어하여 조절할 수 있다.
상기 제어롤(130)은 다수가 구비될 수 있으며, 상기 소재(10)가 권취되거나 풀리기 전에 소재(10)의 높이를 조절할 수 있다.
상기 제어롤(130)을 제어하기 위하여 제어부(500)에서는 소재(10)의 좌표를 측정하여 소재(10)의 위치를 판단하고 적층부(200)의 위치와 갭을 줄이기 위하여 소재(10)의 높이를 조절할 수 있다.
이러한 제어롤(130)에 의하여 레스터 에러를 조절하여 소재(10)의 상부에 적층되는 원료가 정확한 위치에 인쇄될 수 있으며 오차범위를 줄일 수 있다.
상기 압착롤(140)은 상기 제어롤(130)에 의하여 높이가 조절되어 상기 적층부(200)로 유입되는 상기 소재(10)를 압착시켜 원료가 상기 소재(10)의 상부에 원활히 적층되도록 상기 소재(10)의 상부를 평탄하게 형성할 수 있다.
이러한 상기 압착롤(140)은 상기 이송장치(20)와 달리 상부와 하부에 별도의 롤이 구비되어 상기 압착롤(140)을 지나가는 상기 소재(10)의 두께보다 좁은 간격을 유지하여 상기 소재(10)의 상부가 평탄하게 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 적층부(200)는 상기 공급부(100)에서 이송되어 원료를 상기 소재(10)의 상부에 적층하는 제 1적층장치(210)와, 상기 제 1적층장치(210)에서 상기 소재(10)의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 1건조장치(220)와, 상기 제 1건조장치(220)에서 건조된 상기 소재(10)가 상기 위치제어부(300)에서 위치가 조절된 후 상기 소재(10)의 상부에 다른 원료를 적층하는 제 2적층장치(230)와, 상기 제 2적층장치(230)에서 상기 소재(10)의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 2건조장치(240)를 구비할 수 있다.
상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 1건조장치(220)는 근거리에 구비되어 상기 제 1적층장치(210)에 충진된 원료를 상기 소재(10)의 상부에 적층한 후 상기 제 1건조장치(220)에서 건조시켜 상기 소재(10)의 원료가 원활히 적층될 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 제 2적층장치(230)와 상기 제 2건조장치(240)도 근거리에 구비되어 형성될 수 있다.
이와 같은 상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 2적층장치(230)는 도면에는 도시하지 않았지만 상기 소재(10)의 상부에 원료를 적층한 후 별도의 챔버에 의하여 불필요한 원료를 제거하는 과정을 반복하며 다수의 원료를 상기 소재(10)의 상부에 적층할 수 있다.
이 때, 불필요한 원료를 제거하기 위하여 퍼지 가스(Purge Gas)가 사용될 수 있으며, 상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 2적층장치(230)는 원료의 종류에 따라 제 3적층장치, 제 4적층장치 등 다수가 구비되어 다양한 원료가 소재(10)의 상부에 적층될 수 있다.
예를 들어, 2가지의 원료를 소재(10)의 상부에 적층하기 위해서는 퍼지 가스(Purge Gas)가 구비되고 제 1적층장치(210)에 트리메틸 알루미늄(Trimethyl aluminum, TMA)이 구비되고 제 2적층장치(230)에 물 또는 황산리튬(H2O)이 구비될 경우 제 1적층장치(210)와 제 2적층장치(230)에 의하여 상기 소재(10)의 상부에 원료를 적층하며 퍼지가스에 의하여 불순물을 제거할 수 있다.
그리고 상기 적층부(200)에서 상기 소재(10)의 상부에 원료를 적층하는 방법에 있어서는 AX와 BY라는 기체 형태의 물질을 원료로 이용하여 AB라는 고체물질로 된 박막을 증착하고 부산물로 기체 형태의 XY를 생성하는 경우를 예로 들어 설명한다. 화학식을 간단히 표시하면 [화학식 1]과 같다.
[화학식 1]
AX(기체)+BY(기체) → AB(고체)+XY(기체)
상기 적층부(200)에서 상기 소재(10)의 상부에 원료를 적층하는 공정은 AX 물질을 공급하면 기판 표면에 흡착되고 남는 여분의 AX를 제거한다.
그리고 BY 물질을 공급하고 반응하고 남은 여분의 BY와 부산물 XY를 제거하며 AX 물질을 공급하고 반응하고 남은 것들이 주위에 남을 수 있다.
이상과 같이 AX 공급, 여분 제거, BY 주입, 여분 제거 공정 각각을 제 1적층장치(210)와 제 2적층장치(230) 등 다수의 적층부(200)에서 각각 일정 주기로 되풀이하여 원료층을 한층씩 쌓아서 원하는 두께와 조성의 박막을 제조하게 된다. 여분의 가스를 제거하는 데는 주로 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스를 흘려주는 방법이 이용될 수 있다..
상기 적층부(200)에서 위와 같은 공정에 의하여 상기 원료를 적층하므로 증착과정의 원료 공급 단계에서 원료의 공급이 충분하다면 박막의 성장 속도는 원료 공급 주기의 횟수에만 비례하기 때문에 박막의 두께를 수Å(옹스트롬, Angstrom, 1Å=0.1nm) 단위로 정밀하게 제어할 수 있어 단차피복성(step coverage, 높이 차이가 나는 부분들을 균일하게 증착하는 특성)이 우수하여 복잡한 3차원 구조도 균일하게 증착 가능하다.
도 5를 참조하면, 상기 위치제어부(300)는 상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 2적층장치(230) 사이에 구비되어 상기 소재(10)의 레지스터 에러에 따라 상기 소재(10)의 위치를 보정하는 위치보정장치(310)와, 상기 위치보정장치(310)에 구비되어 상기 위치보정장치(310)에 의하여 이송되는 상기 소재(10)의 변위를 판단하는 변위센서(320)와, 상기 위치보정장치(310)에서 이송되는 상기 소재(10)의 위치를 측정하여 레지스터 에러를 측정하는 측정장치(330)를 구비할 수 있다.
상기 위치보정장치(310)는 상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 2적층사이에 구비되어 상기 변위센서(320)에 의하여 x축과 z축의 변위를 측정하고, 상기 측정장치(330)에 의하여 y축의 변위를 측정한 후, 변위값에 따라 상기 소재(10)의 위치를 제어할 수 있다.
이 때, 상기 위치보정장치(310)는 상기 소재(10)가 이송되는 과정 중에 여러번 변위값을 측정하여 상기 소재(10)의 위치가 변형되지 않고 원활히 원료가 상기 소재(10)에 적층될 수 있도록 할 수 있다.
이러한, 상기 위치보정장치(310)는 도 6에 도시된 바와 같이 바닥에 고정되고 일 측면에 제 1볼스크류(316)를 구비하여 상기 소재(10)의 위치를 y축으로 가이드하며 이동시키는 y축가이드(311)와, 상기 y축가이드(311)의 양측 내측면에 구비되는 제 2볼스크류(317)에 결합되며 모터(315)에 의하여 회전하여 상기 소재(10)의 위치를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드(312)와, 상기 x축가이드(312)의 상부에 결합되며 상부에 구비되는 모터(315)에 의하여 회전하는 제 3볼스크류(318)를 구비하여 상기 소재(10)의 위치를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드(313)와, 상기 z축가이드(313) 양측면에 각각 구비되어 상기 z축가이드(313) 사이의 상기 제 3볼스크류(318)에 결합되며 상기 소재(10)의 이송이 원활하도록 회전하는 원형의 보정롤(314)을 구비할 수 있다.
상기 위치보정장치(310)의 x축가이드(312), y축가이드(311), z축가이드(313)는 모터(315)에 의하여 회전운동하는 제 1볼스크류(316), 제 2볼스크류(317), 제 3볼스크류(318)에 의하여 직선운동으로 변형되어 각각의 축으로 이동할 수 있다.
이 때, 상기 x축가이드(312), y축가이드(311), z축가이드(313)는 상기 제 1볼스크류(316), 제 2볼스크류(317), 제 3볼스크류(318)를 관통하는 나선형의 본체가 양 단부에 구비되어 상기 소재(10)의 위치를 제어할 수 있다.
그리고 도 7을 참조하면, 상기 위치보정장치(310)는 다른 실시 예에 따라 바닥에 고정되고 일 측면에 리니어 모터(319)를 구비하여 상기 소재(10)의 위치를 y축으로 가이드하며 이동시키는 y축가이드(311)와, 상기 y축가이드(311)의 양측 내측면에 구비되는 리니어 모터(319)에 결합되어 상기 소재(10)의 위치를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드(312)와, 상기 x축가이드(312)의 상부에 결합되며 상부로 연장되어 리니어 모터(319)에 의하여 상기 소재(10)의 위치를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드(313)와, 상기 z축가이드(313) 양측면에 각각 구비되는 상기 z축가이드(313) 사이에 결합되어 상기 소재(10)의 이송이 원활하도록 회전하는 원형의 보정롤(314)을 구비할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 리니어 모터(319)를 활용하는 상기 위치보정장치(310)는 나노단위의 변위까지 상기 소재(10)의 위치를 제어할 수 있다.
상기 변위센서(320)는 상기 소재(10)의 x축 변위와 z축 변위를 측정하기 위하여 상기 위치보정장치(310)의 x축가이드(312)에 결합될 수 있다.
이러한 상기 변위센서(320)는 상기 소재(10)를 x축으로 가이드하며 이동시키는 상기 위치보정장치(310)의 x축가이드(312) 외측에 결합되어 상기 소재(10)의 x축 변위를 측정하는 x축센서(321)와, 상기 x축센서(321)와 수직으로 상기 x축가이드(312) 외측에 결합되어 상기 소재(10)를 z축으로 가이드하며 이동시키는 상기 위치보정장치(310)의 z축가이드(313)에 의하여 이동되는 상기 소재(10)의 z축 변위를 측정하는 z축센서(322)를 구비할 수 있다.
각각의 상기 변위센서(320)는 다수가 구비될 수 있으며, 상기 소재(10)의 위치를 판단하여 상기 제어부(500)에서 실시간으로 상기 위치보정장치(310)를 통해 상기 소재(10)에 원료가 원활히 적층되도록 상기 소재(10)의 위치를 보정할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 측정장치(330)는 상기 위치보정장치(310)와 상기 제 1적층장치(210) 사이에 구비되며 상기 소재(10)가 상부와 하부 사이를 관통하며 이송되도록 형성되는 몸체(331)와, 상기 몸체(331) 사이를 관통하는 상기 소재(10)의 단부 위치를 측정하는 측정센서(332)와, 상기 측정센서(332)에 의하여 측정된 상기 소재(10)의 단부 위치와 상기 측정센서(332)의 기준선의 거리 차이를 산정하여 상기 소재(10)의 y축 변위를 판단하는 판단장치(333)를 구비할 수 있다.
상기 몸체(331)는 상기 롤투롤 장치에 외측면이 결합되도록 할 수 있으며, 상기 몸체(331)의 상부와 하부 사이에 상기 소재(10)가 관통되도록 간격이 발생할 수 있다.
상기 측정센서(332)는 상기 몸체(331)의 상부에 구비되어 상기 몸체(331)의 하부로 적외선(338)을 발광하여 상기 적외선(338)을 지나는 상기 소재(10)의 단부의 위치를 판단할 수 있다.
상기 판단장치(333)는 상기 몸체(331)의 하부에 구비되어 상기 몸체(331)의 상부에서 발광하는 적외선(338)이 유입될 수 있으며, 상기 소재(10)의 단부가 상기 적외선(338)에 접근하여 유입되는 적외선(338)이 없으면 상기 소재(10)가 접근하였다 판단하여 상기 소재(10)의 위치를 판단할 수 있다.
이 때, 상기 소재(10)의 y축 위치는 원활히 진행될 때의 상기 소재(10)의 목표 위치를 설정한 후 상기 소재(10)가 상기 측정센서(332)에 의하여 측정되는 상기 소재(10)의 y축 위치를 판단할 수 있다. 그리고 상기 소재(10)의 목표 위치와 상기 소재(10) 단부의 y축 위치의 거리를 판단하여 상기 소재(10)의 y축 변위값을 산정할 수 있다.
이와 같이, 상기 소재(10) 단부의 y축 변위와 상기 변위센서(320)에 의하여 측정되는 상기 소재(10)의 x축 변위와 z축 변위를 실시간으로 측정하여 상기 위치보정장치(310)에서 상기 소재(10)의 위치를 보정할 수 있다.
이와 달리 도 9를 참조하면, 상기 측정장치(330)는 다른 실시 예로 상기 제 1적층장치(210)에서 상기 소재(10)에 표기하여 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크(334)와, 상기 제 2적층장치(230)에서 상기 소재(10)에 표기된 상기 트리거마크(334)와 소정의 거리에 레지스터 에러를 판단하기 위하여 상기 소재(10)의 상부에 표기되는 레지스터마크(335)와, 상기 제 2적층장치(230)와 상기 제 2건조장치(240) 사이에 구비되어 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 간격을 촬영하기 위하여 픽셀 카메라, 라인 스켄카메라, 마이크로 센서 중 적어도 하나로 형성되는 에러측정센서(336)와, 상기 에러측정센서(336)에서 측정한 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 간격을 산정하여 레지스터 에러에 따른 상기 소재(10)의 변위값을 산정하는 산정부(337)를 구비할 수 있다.
상기 트리거마크(334)는 레지스터 에러를 측정하기 위하여 소재(10)의 상부에 처음 원료를 적층하는 제 1적층장치(210)에 의하여 표기될 수 있다.
상기 트리거마크(334)는 상기 소재(10)에 적층되는 원료와 중복되지 않는 위치에 표기될 수 있다.
상기 레지스터마크(335)는 상기 트리거마크(334)와 소정의 거리에 구비되며 상기 제 2적층장치(230)에 의하여 상기 레지스터 에러가 발생하는 지를 판단하기 위하여 상기 제 2적층장치(230)를 통과할 때 표기될 수 있다.
이 때, 상기 소재(10)의 상부에 표기되는 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)는 원형, 라인, 다각형 등 다양한 형상의 마크일 수 있다.
상기 에러측정센서(336)는 상기 제 2적층장치(230)와 상기 제 2건조장치(240) 사이에 구비되어 상기 레지스터마크(335)가 건조되기 전에 레지스터 에러를 측정할 수 있다. 이는 상기 레지스터마크(335)가 건조되는 과정에서 위치가 변하는 것을 방지하기 위함이다.
이와 같은 상기 에러측정센서(336)는 상기 트리거마크(334)를 인식할 때 상기 레지스터마크(335)를 동시에 촬영하기 위하여 픽셀 카메라, 라인 스켄카메라, 마이크로 센서 중 적어도 하나로 형성할 수 있으므로 상기 에러측정센서(336)에 의하여 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)가 동시에 촬영할 수 있다.
상기 산정부(337)는 상기 에러측정센서(336)에서 측정한 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 거리를 계산할 수 있다.
상기 산정부(337)는 상기 제 1적층장치(210)에 의하여 표기된 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 간격이 목표치로 설정한 트리거마크(334)와 레지스터마크(335)의 간격과의 오차에 의하여 레지스터 에러 및 장력 외란을 판단할 수 있다.
예를 들어, 상기 목표치로 설정한 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 간격이 x축 3cm, y축 2cm이고 상기 에러측정센서(336)에 촬영한 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)의 간격이 상기 목표치로 설정한 간격과 다르게 측정될 경우 레지스터 에러가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이러한 상기 측정장치(330)는 상기 제 1적층장치(210)와 상기 제 2적층장치(230)에서 원료가 적층되는 상기 소재(10)에 상기 트리거마크(334)와 상기 레지스터마크(335)를 표기하여 변위를 측정한 후 상기 위치보정장치(310)에서 상기 소재(10)의 위치를 보정하므로 변위가 측정된 후의 상기 소재(10)는 정확한 위치에 원료가 적층되며 이송될 수 있다.
이와 같이, 상기 측정장치(330)에 의하여 상기 소재(10)의 x축, y축 변위를 측정할 수 있으며, 상기 소재(10)의 z축 변위는 상기 변위센서(320)에 의하여 측정하여 상기 위치보정장치(310)에서 상기 소재(10)의 위치를 실시간으로 보정할 수 있다.
도 10을 참조하면, 상기 마감부(400)는 상기 적층부(200)에서 원료가 적층되어 이송되는 상기 소재(10)를 압착시켜 상기 소재(10)의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤(140)과, 상기 압착롤(140)의 전면 및 후면에 각각 구비되어 상기 소재(10)의 높이를 조절하여 상기 소재(10)의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤(130)과, 상기 제어롤(130)에서 이송되는 상기 소재(10)의 공정 속도를 조절하여 상기 소재(10)에 발생하는 장력을 제어하며 권취롤(30)의 형태로 상기 소재(10)를 감는 권취롤(30)을 구비할 수 있다.
상기 압착롤(140)과 상기 제어롤(130)은 상기 공급롤에서 사용된 것과 동일하게 상기 소재(10)의 상부에 원료가 견고히 적층될 수 있도록 제어롤(130)에 의하여 높이를 조절하여 압착롤(140)로 이송될 수 있으며, 상기 압착롤(140)에 의하여 상기 소재(10)가 압착될 수 있다.
그리고 상기 소재(10)는 권취롤(30)에 권취되기 전에 구동롤(120)에 의하여 상기 소재(10)가 원활히 권취될 수 있도록 장력을 제어하며 권취될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시 예에 따른 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템에 대해 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니한다. 그리고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10: 소재 100: 공급부
200: 적층부 300: 위치제어부
310: 위치보정장치 320: 변위센서
330: 측정장치 400: 마감부
500: 제어부

Claims (11)

  1. 유동성을 확보하는 소재를 다수의 롤로 형성된 이송장치에 의하여 공급시키는 공급부와,
    상기 공급부에 의하여 공급되는 상기 소재 상부에 적어도 하나 이상의 원료를 적층하기 위한 적층부와,
    원료가 적층되며 발생하는 상기 소재의 레지스터 에러를 측정하여 상기 소재의 위치를 제어하는 위치제어부와,
    상기 적층부에서 원료가 적층된 상기 소재를 압착시켜 권취시키는 마감부와,
    상기 소재의 공정 속도 및 상기 위치제어부를 제어하기 위한 제어부를 구비하고,
    상기 적층부는 상기 공급부에서 이송되어 원료를 상기 소재의 상부에 적층하는 제 1적층장치와,
    상기 제 1적층장치에서 상기 소재의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 1건조장치와,
    상기 제 1건조장치에서 건조된 상기 소재가 상기 위치제어부에서 위치가 조절된 후 상기 소재의 상부에 다른 원료를 적층하는 제 2적층장치와,
    상기 제 2적층장치에서 상기 소재의 상부에 적층한 원료를 건조하기 위한 제 2건조장치를 구비하고,
    상기 위치제어부는 상기 제 1적층장치와 상기 제 2적층장치 사이에 구비되어 상기 소재의 레지스터 에러에 따라 상기 소재의 위치를 보정하는 위치보정장치와,
    상기 위치보정장치에 구비되어 상기 위치보정장치에 의하여 이송되는 상기 소재의 변위를 판단하는 변위센서와,
    상기 위치보정장치에서 이송되는 상기 소재의 위치를 측정하여 레지스터 에러를 측정하는 측정장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공급부는 상기 소재가 권취된 권취롤의 중심에 구비되어 상기 권취롤을 회전하며 상기 소재를 공급하는 풀림롤과,
    상기 풀림롤에서 공급되는 상기 소재의 공정 속도를 조절하여 상기 소재에 발생하는 장력을 제어하는 구동롤과,
    상기 구동롤에서 이송되는 상기 소재의 높이를 조절하여 상기 소재의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤과,
    상기 제어롤에 의하여 높이가 조절된 상기 소재를 압착시켜 상기 소재의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 위치보정장치는 상기 측정장치에서 측정된 레지스터 에러에 따른 상기 소재의 변위값에 따라 상기 이송장치에 의하여 이송되는 상기 소재의 위치를 보정하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 위치보정장치는 바닥에 고정되고 일 측면에 제 1볼스크류를 구비하여 상기 소재의 위치를 y축으로 가이드하며 이동시키는 y축가이드와,
    상기 y축가이드의 양측 내측면에 구비되는 제 2볼스크류에 결합되며 모터에 의하여 회전하여 상기 소재의 위치를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드와,
    상기 x축가이드의 상부에 결합되며 상부에 구비되는 모터에 의하여 회전하는 제 3볼스크류를 구비하여 상기 소재의 위치를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드와,
    상기 z축가이드 양측면에 각각 구비되어 상기 z축가이드 사이의 상기 제 3볼스크류에 결합되며 상기 소재의 이송이 원활하도록 회전하는 원형의 보정롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 변위센서는 상기 소재를 x축으로 가이드하며 이동시키는 x축가이드 외측에 결합되어 상기 소재의 x축 변위를 측정하는 x축센서와,
    상기 x축센서와 수직으로 상기 x축가이드 외측에 결합되어 상기 소재를 z축으로 가이드하며 이동시키는 z축가이드에 의하여 이동되는 상기 소재의 z축 변위를 측정하는 z축센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  9. 제 1항에 있어서
    상기 측정장치는 상기 위치보정장치와 상기 제 1적층장치 사이에 구비되며 상기 소재가 상부와 하부 사이를 관통하며 이송되도록 형성되는 몸체와,
    상기 몸체 사이를 관통하는 상기 소재의 단부 위치를 측정하는 측정센서와,
    상기 측정센서에 의하여 측정된 상기 소재의 단부 위치와 상기 측정센서의 기준선의 거리 차이를 산정하여 상기 소재의 y축 변위를 판단하는 판단장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  10. 제 1항에 있어서
    상기 측정장치는 상기 제 1적층장치에서 상기 소재에 표기하여 레지스터 에러를 판별하기 위하여 기준점이 되는 트리거마크와,
    상기 제 2적층장치에서 상기 소재에 표기된 상기 트리거마크와 소정의 거리에 레지스터 에러를 판단하기 위하여 상기 소재의 상부에 표기되는 레지스터마크와,
    상기 제 2적층장치와 상기 제 2건조장치 사이에 구비되어 상기 트리거마크와 상기 레지스터마크의 간격을 촬영하기 위하여 픽셀 카메라, 라인 스켄카메라, 마이크로 센서 중 적어도 하나로 형성되는 에러측정센서와,
    상기 에러측정센서에서 측정한 상기 트리거마크와 상기 레지스터마크의 간격을 산정하여 레지스터 에러에 따른 상기 소재의 변위값을 산정하는 산정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 마감부는 상기 적층부에서 원료가 적층되어 이송되는 상기 소재를 압착시켜 상기 소재의 상부를 평탄하게 형성하는 압착롤과,
    상기 압착롤의 전면 및 후면에 각각 구비되어 상기 소재의 높이를 조절하여 상기 소재의 상부에 원료가 원활하게 적층되도록 조절하기 위한 제어롤과,
    상기 제어롤에서 이송되는 상기 소재의 공정 속도를 조절하여 상기 소재에 발생하는 장력을 제어하며 권취롤의 형태로 상기 소재를 감는 권취롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 박판 초정밀 3차원 위치 제어 시스템.
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