KR102622868B1 - 열충격이 방지된 롤투롤 제조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 롤투롤 제조장치는 설비챔버 및 공정챔버로 구성된 진공챔버를 포함하고, 설비챔버 내에는 전처리부가 구비되어 반송되는 필름의 표면을 처리하여 이후의 CVD공정에서 성막특성을 향상시키고 공정챔버에는 필름을 권취하는 공정드럼 및 CVD처리부가 배치되어 공정드럼에 권취된 필름에 CVD공정을 진행하여 막을 형성하며, 이때 설비챔버와 공정챔버에는 복수의 히터가 구비되어 공정드럼에 권취되는 필름의 온도를 점진적으로 상승시켜 공정드럼의 고온에 의한 열충격을 방지할 수 있게 된다.

Description

열충격이 방지된 롤투롤 제조장치{ROLL TO ROLL FABRICATION APPARATUS FOR PREVENTING THERMAL IMPACT}
본 발명은 신속하고 연속적인 공정이 가능하고 연성기판으로의 열충격이 방지된 롤투롤 제조장치에 관한 것이다.
근래, 휴대성 및 사용상의 편의를 위해 플라스틱 기판과 같은 연성기판을 사용하여 플렉서블 표시장치가 제안되고 있다. 이러한 플렉서블 표시장치는 폴리이미드와 같은 플라스틱재질의 기판을 유리로 이루어진 모기판에 부착하여, 박막트랜지스터 공정과 같은 다양한 공정을 통해 모기판에 복수의 표시패널을 형성한 후, 상기 모기판을 절단하여 표시패널 단위로 분리하고 유리로부터 상기 플라스틱기판을 분리함으로써 완성된다.
그러나, 이러한 플렉서블 표시장치를 제작하는 방법에는 다음과 같은 문제가 있다.
근래, 표시장치를 연속적인 인라인공정에 의해 제작하여 고가의 표시장치의 제조비용을 절감하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 플라스틱기판을 유리 모기판에 부착하여 공정을 진행하는 경우, 고가의 대면적 유리기판이 필요하게 되므로 제조비용이 증가할 뿐만 아니라, 플라스틱기판과 유리기판을 합착하고 분리해야만 하므로, 설비 및 공정이 추가되어 제조비용이 증가하게 된다.
또한, 비록 유리기판이 대면적의 모기판으로서 복수의 표시패널이 형성되지만, 공정이 모기판 단위로 공정이 진행되므로, 연속적인 공정이 불가능하게 되어 연속적인 인라인공정이 불가능하게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 롤 사이를 반송하는 필름에 표시패널의 공정을 진행함으로써 신속하고 연속적인 인라인공정이 가능한 롤투롤 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 고온의 공정드럼에 권취되는 필름의 온도를 점진적으로 상승시켜 공정드럼으로부터 필름에 열충격이 인가되어 필름에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있는 롤투롤 제조장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 롤투롤 제조장치는 설비챔버 및 공정챔버로 구성된 진공챔버를 포함한다. 상기 설비챔버 내에는 전처리부가 구비되어 반송되는 필름의 표면을 처리하여 이후의 CVD공정에서 성막특성을 향상시킨다. 공정챔버에는 필름을 권취하는 공정드럼 및 공정처리부가 배치되어 공정드럼에 권취된 필름에 CVD공정을 진행하여 막을 형성한다.
상기 설비챔버와 공정챔버에는 복수의 히터가 구비되어 공정드럼에 권취되는 필름의 온도를 점진적으로 상승시켜 공정드럼의 고온에 의한 열충격을 방지할 수 있게 된다. 이때, 히터는 설비챔버에 배치된 하나 또는 복수개 배치될 수 있으며, 공정챔버에도 복수개 배치될 수 있다.
설비챔버의 전처리부는 플라즈마가스에 의해 필름을 표면을 처리하며, 상기 설비챔버 및 공정챔버에는 각각 제1진공펌프 및 제2진공펌프가 배치되어, 전처리용 플라즈마가스는 공정챔버로 유입되지 않고 설비챔버 내에서만 흐르게 되어 전처리용 플라즈마가스가 CVD용 플라즈마가스와 혼합되어 CVD공정에 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 롤투롤 제조장치는 이전 공정 및 이후 공정과 이어지는 연속적인 인라인으로 구성될 수 있으며, 이 경우 설비챔버는 이전 공정으로부터 실시간으로 반송되는 필름이 입력되는 입구와 공정이 종료된 필름을 실시간으로 이후의 공정으로 출력하는 출구를 구비한다.
또한, 본 발명의 롤투롤 제조장치는 이전의 공정 및 이후의 공정과는 단절된 공정으로서, 이 경우 설비챔버는 공정챔버에 필름을 공급하는 필름공급롤과, 공정챔버에서 반송된 필름을 회수하는 필름회수롤과, 필름에 부착된 보호필름을 박리하는 박리롤과, 박리된 보호필름을 회수하는 보호필름 회수롤과, 공정챔버에서 반송된 필름에 보호필름을 공급하는 보호필름 공급롤과, 공급된 보호필름을 필름에 부착하는 합착롤을 포함한다.
본 발명에서는 복수의 히터를 구비하여 필름의 온도를 점진적으로 상승시킨 상태에서 고온의 공정드럼에 필름을 권취함으로써 열충격이 필름에 인가되는 것을 방지하므로, 열충격에 의해 필름에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 설비챔버와 공정챔버에 각각 제1진공펌프와 제2진공펌프를 배치함으로써 설비챔버에 공급되는 전처리용 플라즈마가스가 공정챔버로 유입되지 않고 제1진공펌프(152)를 통해서만 외부로 배출되도록 함으로써, 전처리용 플라즈마가스가 공정처리용 플라즈마가스에 혼합되지 않게 되어 가스혼합에 따른 성막불량을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 유기전계발광 표시장치의 제조방법을 나타내는 플로우챠트.
도 2는 유기전계발광 표시장치의 박막트랜지스터의 제조방법을 나타내는 플로우챠트.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 롤투롤 제조장치를 나타내는 도면.
도 4a 및 도4b는 도 3의 롤투롤 제조장치의 전처리부를 나타내는 도면.
도 5는 도 3의 롤투롤 제조장치의 열처리부를 나타내는 도면.
도 6은 도 3에 도시된 롤투롤 제조장치를 이용한 제조공정을 나타내는 플로우챠트.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 롤투롤 제조장치를 나타내는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에서는 플렉서블 표시장치를 제작할 때, 유리로 이루어진 모기판에 플라스틱과 같은 연성기판을 부착한 상태로 공정을 진행하는 것이 아니라 플라스틱 연성기판을 필름단위로 형성한 후, 롤투롤(roll to rol)방식, 즉 필름을 2개의 롤에 권취하고 롤 사이에서 필름을 반송하면서 공정을 진행한다.
이와 같이, 본 발명에서는 롤투롤방식으로 공정을 진행하므로, 연성기판을 고가의 유리모기판에 부착하고 분리하는 공정이 필요없게 되므로, 제조비용을 절감하고 제조공정을 단순화할 수 있게 된다. 더욱이, 필름을 연속적으로 반송하면서 공정진행이 가능하게 되므로, 좁은 공간에서 신속한 인라인 공정진행이 가능하게 된다.
이하에서는 특정 표시장치를 예를 들어 본 발명에 따른 롤투롤 제조장치를 설명한다. 그러나, 본 발명에 따른 롤투롤 제조장치는 특정 표시장치에만 적용되는 것이 아니라 모든 표시장치에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 유기발광소자를 포함하는 조명장치와 같이 금속패턴을 형성하는 모든 소자에 적용될 수 있을 것이다.
도 1은 플렉서블 유기전계발광 표시장치의 제조방법을 개략적으로 나타내는 플로우챠트이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 우선 길이방향을 따라 1열 또는 복수의 열로 표시패널이 형성되는 필름상에 화소영역을 정의하는 복수의 게이트라인 및 데이터라인을 형성하고, 상기 화소영역 각각에 상기 게이트라인과 데이터라인에 접속되는 구동소자인 박막트랜지스터를 형성한다(S101).
이어서, 각각의 화소영역에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 금속산화물을 적층하고 식각하여 애노드(S102)를 형성한 후(S102), 표시패널 전체에 걸쳐 유기발광물질을 증착하여 유기발광층을 형성한다(S103).
그 후, 상기 유기발광층(S103) 위에 금속을 적층하고 식각하여 캐소드를 형성하여 유기발광소자를 형성한 후(S104), 봉지제를 적층하여 유기전계발광 표시장치를 완성한다.
상기와 같은 유기전계발광 표시장치의 모든 제조공정은 연속적인 하나의 롤투롤공정라인에 의해 연속적이 인라인으로 진행될 수도 있고 일부 제조공정만이 하나의 롤투롤공정라인에 의해 연속적인 인라인으로 진행될 수도 있으며, 이들 일부 공정을 각각 진행하는 롤투롤공정라인이 다수개 모여 하나의 인라인으로 유기전계발광 표시장치를 제작할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시된 제조공정중에서 유기전계발광 표시장치와 같은 표시장치의 박막트랜지스터를 형성하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 우선 기판상에 스퍼터링과 같은 증착방법으로 금속층을 적층한 후 식각하여 게이트전극을 형성한 후(S201), 게이트전극이 형성된 기판 전체에 걸쳐서 CVD(Chemical Vapor Deposition)법에 의해 SiOx나 SiNx 등의 무기절연물질을 적층하여 게이트절연층을 형성한다(S202).
그 후, 상기 게이트절연층 위에 CVD법에 의해 비정질실리콘과 같은 반도체를 적층하고 식각하여 반도체층을 형성한 후(S203), 상기 반도체층 위에 금속을 스퍼터링법에 의해 적층하고 식각하여 소스전극 및 드레인전극을 형성함으로써 박막트랜지스터를 완성한다(S204).
상기와 같은 박막트랜지스터 형성공정에서는 게이트전극과, 소스전극 및 드레인전극은 노광공정을 이용하여 금속층을 식각하고 에칭함으로써 형성되며, 게이트절연층 및 반도체층은 CVD에 의해 물질을 증착하고 식각함으로써 형성된다. 이때, 게이트전극, 소스전극 및 드레인전극의 형성은 금속층 식각용 롤투롤 제조장치에서 실행될 수 있으며, 게이트절연층 및 반도체층의 형성은 CVD용 롤투롤 제조장치에서 실행될 수 있다. 또한, 금속층 식각 및 CVD가 하나의 롤투롤 제조장치에서 실행될 수도 있다.
또한, 금속층을 식각하는 단계의 여러 공정들, 예를 들면 포토레지스트의 적층, 노광, 금속의 식각 등의 공정들 각각이 대응하는 롤투롤 제조장치에 의해 실행될 수 있으며, 이들 다수의 공정이 하나의 연속적인 롤투롤 제조장치에 의해 실행될 수도 있다. 또한, CVD에 의해 게이트절연층 및 반도체층을 형성하는 여러 공정들 역시 각각이 대응하는 롤투롤 제조장치에 의해 실행될 수 있으며, 이들 다수의 공정이 하나의 연속적인 롤투롤 제조장치에 의해 실행될 수도 있다.
다수의 공정이 하나의 롤투롤제조공정에서 진행되는 경우, 필름이 반송되는 중에 해당 공정이 진행되며, 해당 공정이 종료되면 롤에 의해 다른 공정으로 필름을 반송하여 다음 공정을 연속적으로 진행함으로써 모든 공정이 하나의 인라인으로 진행될 수 있게 된다.
다수의 공정 각각의 롤투롤제조공정에 의해 진행되는 경우, 로보트암과 같은 이송장치나 작업자가 필름을 이송하여 롤투롤 제조장치에 필름을 공급하여, 해당 롤투롤 제조장치에서 필름을 연속적으로 반송하면서 해당 공정을 진행한 후, 해당 롤투롤제조공정이 종료되면 상기 필름을 다시 이송장치나 작업자에 의해 의해 다음의 공정의 롤투롤 제조장치로 이송하여 해당 공정을 진행한다.
도 3은 본 발명에 따른 롤투롤 제조장치(100)를 나타내는 도면이다. 이때, 도 3에 도시된 롤투롤 제조장치는 CVD공정의 롤투롤 제조장치(100)를 나타내는 도면이지만 ,다른 공정의 롤투롤 제조장치도 CVD공정의 롤투롤 제조장치(100)와 유사하므로, 상기 CVD공정의 롤투롤 제조장치(100)를 대표하여 롤투롤 제조장치(100)의 구조를 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 롤투롤 제조장치(100)는 진공챔버내에서 이루어지며, 상기 진공챔버는 이전 공정으로부터 필름(101)이 반송되어 오고 다름 공정으로 필름을 반송시키는 설비챔버(110)와 필름상에 해당 공정이 진행되는 공정챔버(120)로 구성된다.
상기 설비챔버(110)에는 이전 공정에서 처리된 필름(101)이 반송되어 오는 입구(112)와, 이번 공정에서 처리된 필름(101)을 다음의 공정으로 반송하는 출구(114)와, 입구(112)를 통해 입력되는 필름(101) 및 출구(114)를 통해 출력되는 필름(101)을 가이드하는 복수의 제1가이드롤(118)과, 상기 입구측에 배치되어 상기 설비챔버(110)에서 공정챔버로 반송되는 필름(101)을 플라즈마에 의해 전처리하여 필름(101) 표면의 특성을 변화시켜 필름(101) 표면의 유기물을 세정하고 CVD시 증착특성을 향상시키는 전처리부(160)와, 상기 설비챔버(110)에 설치되어 상기 설비챔버(110) 내부를 진공으로 만드는 제1진공펌프(152)와, 상기 설비챔버(110) 내부에 배치되어 공정챔버(120)로 반송되는 필름(101)을 1차 가열하는 제1히터(170a)가 배치된다.
상기 공정챔버(120)에는 상기 설비챔버(110)에서 입력되고 출력되는 필름(101)을 가이드하는 복수의 제2가이드롤(126)과, 실제 CVD와 같은 공정이 진행되는 공정처리부(132)와, 필름(101)을 권취하여 권취된 상태의 필름(101)에 CVD공정 등을 진행하는 공정드럼(130)과, 상기 공정챔버(120) 내부에 배치되어 공정드럼(130)에 권취되는 필름(101)을 각각 제2가열 및 제3가열하는 제2히터(170b) 및 제3히터(170c)와, 상기 공정챔버(120)에 배치되어 공정챔버(120)의 내부를 진공으로 만드는 제2진공펌프(154)로 구성된다.
상기 설비챔버(110)와 공정챔버(120) 사이에는 격벽(136)이 구비되어 상기 설비챔버(110)와 공정챔버(120)가 분리되며, 상기 격벽(136)에 의해 설비챔버(110)와 공정챔버(120) 사이의 진공상태 등의 환경이 서로 다르게 된다. 상기 격벽(136)에는 개폐구(137)이 배치되어 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 분리하거나 연결시킨다. 상기 개폐구(137)는 설비챔버(110)에서 공정챔버(120)로 필름(101)이 반송될 때와 공정챔버(120)에서 설비챔버(110)로 필름(101)이 반송될 때 오픈되고 필름(101)이 반송되지 않을 때에는 차단되어 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 분리한다.
상기 설비챔버(110)의 입구(112) 및 출구(114)는 개폐 가능하게 설치되어 이전 공정이 종료되면, 상기 입구(112)가 오픈되어 이전 공정으로부터 상기 필름(101)이 상기 입구(112)를 통해 반송되어 입력된다. 필름(101)의 반송이 종료되면, 상기 입구(112)가 닫혀 설비챔버(110)의 내부 환경(예를 들면 진공상태)이 외부, 즉 이전의 제조장치의 환경으로부터 차단된다.
상기 롤투롤 제조장치(100)의 공정, 예를 들면 CVD공정이 종료되면, 상기 출구(114)가 오픈되며, 상기출구(114)를 통해 공정이 종료된 필름(101)이 다음 공정의 롤투롤 제조장치로 반송된다.
전처리부(160)는 입구(112)를 통해 입력되는 필름(101)을 플라즈마에 의해 표면처리하여 필름(101)의 표면에 잔류하는 유기물과 같은 이물질을 제거함과 동시에 필름(101)의 표면특성을 향상시켜 이후의 CVD공정에서 증착물질이 필름(101)의 표면에 용이하고 확실하게 증착되도록 하여 필름(101) 표면에 형성된 막이 들뜨는 것을 방지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 설비챔버(110)에는 제1가스공급부(142)가 연결되어 제1가스공급관(143) 및 제1가스주입구(144)를 통해 산소 또는 질소가 상기 설비챔버(110) 내부로 공급된다. 전처리장치(160)에서는 공급되는 산소 또는 질소를 플라즈마상태로 만든 후 반송되는 필름(101)의 표면을 처리한다. 이때, 필름(101)의 표면은 플라즈마에 의해 예를 들면 친수성으로 처리되어, 이후의 CVD공정에 의해 성막된 막의 들뜸을 방지할 수 있게 된다.
도 4a는 상기 전처리부(160)를 구체적으로 나타내는 부분 확대도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 전처리부(160)는 상기 설비챔버(110)에 부착되어 가이드롤(126)에 의해 반송되는 필름(101)의 반송로 양측에 배치되는 가이드바(163)과, 결합부재(164)에 의해 상기 가이드바(163)에 결합되어 반송되는 필름(101)의 상부에 배치되는 지지대(165)와, 상기 지지대(165)에 부착되어 필름(101)에 배치되고 주입되는 가스를 플라즈마로 만들어 분사하여 필름(101)을 플라즈마처리하는 플라즈마 분사판(167)과, 설비챔버(110)에 형성된 제1가스주입구(144)와 연결되어 상기 플라즈마 분사판(167)에 가스를 주입하는 가스주입관(162)으로 구성된다.
상기와 같은 구성의 전처리부(160)에서는 플라즈마가 분사되는 플라즈마 분사판(167)이 반송되는 필름(101)의 상부에 배치되므로, 플라즈마가 직접 필름(101)의 표면에 분사되어 플라즈마가 필름(101)의 표면을 처리함으로써 필름(101)에 형성되는 막의 품질을 개선한다. 이러한 플라즈마에 의한 필름(101)의 전처리공정은 해당 롤투롤 제조장치가 사용되는 공정에 따라 달라지지만, CVD공정의 경우 증착물이 필름(101)의 표면을 용이하게 증착되도록 필름(101) 표면을 친수성으로 만들 수 있다.
도 4b는 도 3에 도시된 플라즈마 분사판(167)을 나타내는 도면이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 플라즈마 분사판(167)은 사각형상으로 구성되며, 복수의 분사구(168)가 형성되어 필름(101)에 플라즈마를 분사한다. 이때, 플라즈마 분사판(167)의 폭(w)은 반송되는 필름(101)의 폭보다 크거나 동일하게 형성되어 플라즈마 분사판(167)으로부터 분사되는 전처리공정영역의 전체 필름(101) 표면에 분사된다.
또한, 상기 분사구(168)는 플라즈마 분사판(167)에 일정 피치(p)로 배치된다. 이때, 분사구(168)의 피치(p)는 플라즈마 분사판(167)과 필름(101) 사이의 거리 및 분사구(168)로부터 분사되는 플라즈마의 분사각도에 따라 결정된다.
다시 도 3을 참조하면, 상기 공정챔버(120)의 공정드럼(130)에는 필름(101)이 권취된 상태로 공정처리부(132)로 반송되어 오며, 상기 공정처리부(132)에서 CVD공정과 같은 공정이 진행된다. 상기 공정챔버(120)에는 제2가스공급부(145)가 연결되어 제2가스공급관(146) 및 제2가스주입구(147)를 통해 SiH4와 N20의 혼합가스 또는 SiH4, NH3, N2의 혼합가스가 공급된다. 상기 공정처리부(132)에서는 공급되는 가스를 플라즈마상태로 만들어 CVD공정을 진행한다. 예를 들어, SiO2로 이루어진 절연층을 형성하는 경우 공정챔버(120)내에 SiH4와 N20의 혼합가스를 공급하여 CVD공정을 진행하며, SiNx로 이루어진 절연층을 형성하는 경우 SiH4, NH3, N2의 혼합가스를 공급하여 CVD공정을 진행한다.
공정드럼(130) 및 공정처리부(132)에 의한 CVD공정은 필름(101)이 공정드럼(130)에 권취된 상태로 실행되며, 이때 상기 공정드럼(130)의 회전은 CVD공정이 진행되는 동안 정지하여 필름(101)이 정지된 상태로 공정이 진행될 수도 있고, 공정드럼(130)이 저속으로 회전하여 필름(101)이 저속으로 반송되는 도중에 공정이 진행될 수도 있다.
상술한 설명에서는 공정처리부(132)에서 CVD공정이 진행된다고 예시하고 있지만, 본 발명의 공정처리부(132)가 CVD공정만이 진행되는 것이 아니라 금속의 증착 등과 같은 다양한 공정이 진행될 수도 있을 것이다.
한편, CVD공정은 약 200-250℃의 온도에서 진행되므로, 필름(101)에 CVD공정을 진행하기 위해서는 필름(101)을 약 200-250℃의 온도로 가열해야만 한다. 이를 위해, 공정드럼(130)에는 공정히터(131)를 구비하여 권취되는 필름(101)을 가열한다.
설비챔버(110)에는 제1히터(170a)가 구비되고, 공정챔버(120)에는 제2히터(170b) 및 제3히터(170c)가 구비된다. 상기 제1-3히터(170a,170b,170c)는 필름(101)의 반송로 근처에 배치되어 반송되는 필름(101)을 가열하여 필름(101)이 공정드럼(130)에 권취되기 전에 필름(101)의 온도를 상승시키는데, 이와 같이 필름(101)의 온도를 상승시키는 이유는 다음과 같다.
CVD공정은 약 200-250℃의 온도에서 진행되며, 이를 위해 공정드럼(130)에는 공정히터(131)가 구비되어 공정드럼(130)에 권취되는 필름(101)을 약 200-250℃의 온도로 가열한다. 그런데, 필름(101)을 상온에서 약 200-250℃의 고온으로 갑자기 가열하는 경우, 열충격에 의해 필름(101)에 응력이 발생하게 되어 필름(101)에 주름이 발생하게 된다. 필름(101)에 발생하는 주름은 필름(101)이 표시장치의 기판으로서 사용되는데 적절치 않게 할 뿐만 아니라, CVD에 의해 특정 막을 형성하는 경우 주름에 의해 균일한 막을 형성할 수 없게 된다는 문제가 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 히터(170a,170b,170c)를 구비하여 필름(101)의 온도를 상승시킨 상태에서 고온의 공정드럼(130)에 필름(101)을 권취함으로써 열충격이 필름(101)에 인가되는 것을 방지한다. 특히,본 발명에서는 복수의 히터(170a,170b,170c)를 구비하여 필름(101)의 온도를 단계적으로 또는 점진적으로 상승시킴으로써 열충격에 의한 불량을 방지한다. 즉, 본 발명에서는 제1히터(170a)에서 반송되는 필름(101)을 약 100℃의 온도로 가열하고 제2히터(170b)에서 필름(101)을 약 150℃의 온도로 가열하며, 제3히터(170c)에서 필름(101)을 약 180℃의 온도로 가열한다. 따라서, 180℃의 온도로 가열된 필름(101)이 약 200-250℃의 공정드럼(130)에 권취되어도 공정드럼(130)의 온도와 권취되는 필름(101) 사이의 온도차(약 20-70℃)가 크지 않으므로, 필름(101)에 열충격이 인가되지 않게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 제1-3히터(170)의 구조를 간략하게 나타내는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 히터(170)는 연결부(171)에 의해 설비챔버(110) 또는 공정챔버(120)에 부착되고 내부에 필름(101)이 반송되는 반송로(174)가 형성되는 본체(172)와, 상기 본체(172) 내부의 반송로(174) 상하부에 복수개가 일렬로 배치되는 제1적외선램프(175) 및 제2적외선램프(176)로 구성된다.
상기한 구성의 히터(170) 내부의 반송로(174)를 따라 필름(101)이 반송될 때, 상기 제1적외선램프(175) 및 제2적외선램프(176)이 온되어 공정램프(130)측으로 반송되는 필름(101)을 가열한다. 이때, 도면에서는 제1적외선램프(175) 및 제2적외선램프(176)이 각각 본체(172)의 상하부에 배치되어 필름(101)의 상하면을 가열하지만, 상부 및 하부중 한측에만 적외선램프를 배치하여 필름(101)의 상면 또는 하면만을 가열할 수도 있다.
다시 도 3을 참조하면, 제1히터(170a)는 설비챔버(110)에 배치되고 제2히터(170b) 및 제2히터(170c)는 공정챔버(120)에 배치된다. 그러나, 상기 히터(170a,170b,170c)는 설비챔버(110)에 모두 배치될 수도 있고 공정챔버(120)에 모두 배치될 수도 있다. 또한, 설비챔버(110) 및 공정챔버(120) 각각에 하나씩 히터가 배치될 수도 있고 각각 복수개의 히터가 설치될 수도 있다. 그리고, 설비챔버(110)에 2개의 히터(170a,170b)가 배치되고 공정챔버(120)에 하나의 히터(170c)가 배치될 수도 있다.
상기 히터(170a,170b,170c)는 고온의 공정드럼(130)에 권취되는 필름(101)을 가열하여 온도를 단계적 및 점진적으로 상승시킴으로써, 공정드럼(130)에 의해 필름(101)에 열충격이 인가되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 필름(101)의 온도를 점진적으로 상승시킬수만 있다면 어떠한 구성도 가능하다. 예를 들어, 히터(170a,170b,170c)를 3개 배치하는 것이 아니라, 4개 이상 배치하여 필름(101)의 온도를 더욱 점진적으로 상승시킬 수 있을 것이다.
또한, 히터(170a,170b,170c)에서 가열된 필름(101)의 온도가 공정드럼(130)으로 반송되는 도중 하강하는 것을 방지하기 위해서는 상기 히터(170a,170b,170c)를 가능한 한 공정드럼(130) 근처에 배치하는 것이 바람직하다.
상기 설비챔버(110)와 공정챔버(120)는 각각 제1진공펌프(152) 및 제2진공펌프(154)가 연결되어 각각 다른 수준의 진공상태를 유지한다. 이때, 상기 설비챔버(110)와 공정챔버(120)는 격벽(136)에 형성된 개폐구(137)를 통해 서로 연결된다. 공정챔버(120)에서 CVD공정이 진행될 때, 상기 개폐구(137)가 닫히고 제2챔버(154)에 의해 공정챔버(120)를 설정된 진공상태로 만든 후 CVD공정이 진행된다.
공정이 종료되면, 상기 개폐구(137)가 오픈되어 상기 개폐구(137)를 통해 CVD에 의해 성막된 필름(101)이 설비챔버(110)으로 반송된다. 또한, 해당 공정이 종료된 후, 이후의 공정으로 성막된 필름(101)을 반송하는 경우, 격벽(136)의 개폐구(137)가 닫혀 공정챔버(120)가 외부와 차단되고 설비챔버(110)의 출구(114)가 오픈되어 오픈된 출구(114)를 통해 성막된 필름(101)이 다음 공정의 롤투롤 공정장치로 연속적으로 반송된다.
이와 같이, 상기 제1진공펌프(152) 및 제2진공펌프(154)는 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 진공상태로 만들기 위해 사용된다. 이때, 설비챔버(110)와 공정챔버(120)에는 하나의 진공펌프만이 구비되어 하나의 진공펌프에 의해 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 진공상패로 만들 수 있지만, 본 발명과 같이 2개의 진공펌프(152,154)를 사용하는 것이 바람직한데, 그 이유는 다음과 같다.
롤투롤 제조장치에 하나의 진공펌프만이 배치되는 경우 진공펌프는 공정챔버(120)에 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 제2진공펌프(154)만이 공정챔버(120)에 배치되는데, 그 이유는 CVD공정이 실제 진행되는 공정챔버(120)의 진공상태를 정확하게 조절해야만 하기 때문이다. 이 경우, 설비챔버(110)의 진공은 제2진공펌프(154)가 구동할 때, 격벽(136)에 형성된 개폐구(137)를 통해 제2진공펌프(154)로 공기가 배출되어 이루어진다.
그런데, 제2진공펌프(154)에 의해 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 진공상태로 만드는 롤투롤 제조장치의 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.
상기 설비챔버(110)에서는 전처리부(160)에 의해 필름(101)의 표면을 플라즈마 처리하여 필름(101)의 표면특성을 향상시킨다. 이를 위해, 설비챔버(110)에는 플라즈마처리용 산소 또는 질소가 공급된다. 그런데, 이 구조의 롤투롤 제조장치에서는 제2진공펌프(154)에 의해서만 설비챔버(110)와 공정챔버(120)가 진공상태로 되므로, 설비챔버(110)로 공급되는 산소나 질소와 같은 플라즈마용 가스가 도 3에 도시된 제2흐름경로(F2)를 따라 설비챔버(110)와 공정챔버(120)를 거쳐 제2진공펌프(154)를 통해 외부로 배출된다.
한편, 공정챔버(120)에는 SiH4와 N20의 혼합가스 또는 SiH4, NH3, N2의 혼합가스가 플라즈마상태로 되어 CVD공정이 진행된다. 그런데, 설비챔버(110)에 공급된 산소나 질소가 제2흐름경로(F2)를 따라 외부로 배출되는 경우, 상기 산소나 질소가 공정챔버(120)내에서 SiH4와 N20의 혼합가스 또는 SiH4, NH3, N2의 혼합가스와 섞이게 되어, CVD공정에 의한 SiO2나 SiOx의 성막시 불량이 발생하게 된다.
본 발명에서는 설비챔버(110)와 공정챔버(120)에 각각 제1진공펌프(152)와 제2진공펌프(154)를 배치함으로써 설비챔버(110)에 공급되는 전처리용 가스가 제2흐름경로(F2)를 따라 제2진공펌프(154)로 배출되지 않고 제1흐름경로(F1)를 따라 제1진공펌프(152)를 통해서만 외부로 배출되도록 한다. 따라서, 전처리용 플라즈마가스가 공정처리용 플라즈마가스에 혼합되지 않으므로, 가스혼합에 따른 성막불량을 방지할 수 있게 된다.
설비챔버(110) 내에서 전처리용 플라즈마가스는 제1가스주입구(144)에서 제1진공펌프(152)로 흘러 외부로 배출되므로, 전처리부(160)는 제1가스주입구(144) 근처 또는 제1흐름경로(F1)의 근처에 배치하여 전처리용 플라즈마가스가 공정챔버(120)로 유입되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
이하에서는 도 6을 참조하여 도 3에 도시된 롤투롤 제조장치에서의 CVD공정에 의해 막을 형성하는 방법을 자세히 설명한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 우선 이전 공정, 예를 들면 금속패턴 공정 등과 같은 공정이 종료되면, 설비챔버(110)의 입구(112)가 오픈되어 이전 공정에 의해 금속패턴 등이 형성된 필름(101)이 반송되어 온다(S301).
이어서, 설비챔버(110) 내부에 배치된 전처리부(160)에서는 외부로부터 공급되는 산소와 질소를 플라즈마상태로 만들어 상기 필름(101)을 표면을 처리하여 필름(101)의 표면을 세정함과 동시에 필름(101)의 표면특성을 개선한다(S302).
그 후, 설비챔버(110)에 배치된 적어도 하나의 제1히터(170a)에 의해 필름(101)을 가열한다. 이때, 1차 가열에 의해 상기 필름(101)의 온도는 약 100℃로 상승할 수 있다. 또한, 설비챔버(110) 내에는 복수의 히터가 배치되어 필름(101)을 1차 및 2차 가열할 수 있으며, 필름(101)을 100℃ 이상으로 가열할 수도 있다.
이어서, 설비챔버(110)와 공정챔버(120) 사이의 격벽(136)에 형성된 개폐구(137)를 오픈하여 가열된 필름(101)을 공정챔버(120)로 반송하며, 상기 공정챔버(120)에 배치된 제2히터(170b)에 의해 상기 필름(101)이 다시 가열된다(S304). 이때, 필름(101)의 온도는 150℃까지 상승하지만, 필름(101)의 온도가 이러한 특정 온도에 한정되는 것은 아니다.
그 후, 상기 필름(101)이 공정챔버(120) 내부에서 반송된 후 제3히터(170c)에 의해 필름(101)이 다시 가열된다(S305). 이때, 필름(101)의 온도는 180℃까지 상승하지만, 필름(101)의 온도가 이러한 특정 온도에 한정되는 것은 아니다. 또한, 공정챔버(120) 내에서 필름(101)이 가열되는 동안 격벽(136)에 형성된 개폐구(137)는 닫힌다.
이어서, 가열된 필름(101)이 공정드럼(130)에 권취된 후, 공정처리부(132)에 CVD공정이 진행되어, 상기 필름(101)에 막이 형성된다(S306). 이때, CVD공정에 의해 필름(101) 상에 형성되는 막은 무기막 또는 반도체막이 형성될 수 있다.
그 후, 격벽(136)의 개폐구(137)가 오픈되어 성막된 필름(101)이 설비챔버(110)로 반송된 후, 설비챔버(110)에 형성된 출구(114)를 통해 이후 공정의 롤투롤 제조장치로 필름(101)을 반송한다(S307).
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 공정드럼(130)에 필름(101)이 권취되어 CVD공정이 진행되기 전에 복수의 히터를 구비하여 필름(101)의 온도를 CVD공정온도 근처까지 점진적으로 상승시킴으로써 급격한 온도변화에 따른 필름(101)의 열충격을 방지할 수 있게 된다. 그 결과, 열충격에 의해 필름(101)에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되어 주름에 의한 성막불량을 방지할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에서는 설비챔버(110)에 플라즈마 전처리부(160)를 구비하여 필름(101)의 표면을 플라즈마에 의해 처리함으로써 공정챔버(120)에서 형성된 막이 들뜨는 등의 불량을 방지할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 설비챔버(110) 및 공정챔버(120) 각각에 제1진공펌프(152) 및 제2진공펌프(154)를 구비하여, 필름(160)의 전처리시 사용되는 가스의 공정챔버(120)로 흘러가지 않고 설비챔버(110) 내에서만 흘러 외부로 배출되도록 함으로써 공정챔버(120)에 전처리용 가스가 CVD용 플라즈마가스와 혼합되어 CVD공정이 불량으로 되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 롤투롤 제조장치의 구조를 나타내는 도면이다. 이때, 이 실시예의 롤투롤 제조장치는 도 3에 도시된 실시예의 롤투롤 제조장치와 유사한 구조로 구성된다. 도 3에 도시된 롤투롤 제조장치는 이전의 공정 및 이후의 공정과 이어지는 연속적인 인라인 롤투롤공정인 반면에, 이 실시예의 롤투롤 제조장치는 해당 공정만이 롤투롤공정으로써 이전 공정 및 이후의 공정과는 단절된 공정이다.
따라서, 이 실시예의 롤투롤 제조장치의 공정챔버(220)의 구조는 도 3에 도시된 실시예의 공정챔버와는 그 구조가 동일하고 설비챔버(210)의 구조만이 다르다. 그러므로, 이하의 설명에서는 다른 구조에 대해서만 자세히 설명하고 동일한 구조에 대해서는 설명을 생략하거나 간략하게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 설비챔버(210)에는 필름(201)을 공급하는 필름공급롤(211)과, 공정챔버(220)에 CVD공정이 종료된 필름(201)을 회수하는 필름회수롤(212)과, 상기 필름공급롤(211)에 권취된 필름(201)으로부터 보호필름(103)을 박리하는 보호필름 박리롤(216)과, 상기 보호필름 박리롤(216)에 의해 필름(201)으로부터 박리된 보호필름(203)을 회수하는 보호필름 회수롤(213)과, 보호필름(203)을 공급하는 보호필름 공급롤(217)과, 상기 보호필름 공급롤(217)에서 공급된 보호필름(203)을 공정챔버(220)에 CVD공정이 종료된 필름(201)에 합착하는 보호필름 합착롤(217)을 포함한다.
이 실시예의 롤투롤 제조장치는 이전 공정 및 이후 공정과는 이어지지 않는 롤투툴 공정을 진행하므로, 도 3의 구조와는 달리 이전 공정 및 이후의 공정으로부터 필름(201)을 실시간 및 연속적으로 반송하기 위한 입구 및 출구가 구비되지 않는다.
대신에, 이 실시예의 롤투롤 제조장치에서는 이전의 제조장치에서 공정이 종료된 필름(201)이 로보트암과 같은 이송장치나 작업자에 의해 이송되어 설비챔버(210)에 직접 공급된다. 이때, 필름(201)에는 이전 공정에서 보호필름(203)이 부착된 상태로 이송되므로, 이송시 외부 조건 등에 의해 필름(203)의 공정면이 오염되거나 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 필름(201)의 공급시 이전 공정이 종료된 필름(201)만을 해당 공정의 롤툴로 제조장치에 공급하여 필름공급롤(211)에 권취할 수도 있고, 이전 공정에서 종료된 필름(201)뿐만 아니라 필름(201)이 권취된 롤도 필름과 함께 이송하여 필름(201)이 권취된 롤을 직접 설비챔버(210) 내부에 설치할 수도 있다. 이때, 이송된 롤이 롤투롤 제조장치의 필름공급롤(2110이 된다.
이전 공정이 종료된 필름(201)에는 보호필름(203)이 부착되어 있으므로, 상기 보호필름 박리롤(216)에 의해 부착된 보호필름(203)을 박리한 후, 상기 필름(201)을 공정챔버(220)로 반송한다. 이때, 박리된 보호필름(203)은 보호필름 회수롤(213)에 권취되어 회수된다.
보호필름(203)이 박리된 필름(201)은 전처리부(260)에서 표면이 플라즈마처리된 후 격벽(236)에 형성된 개폐구(237)를 통해 공정챔버(220)로 반송된다.
이때, 설비챔버(210)와 공정챔버(220) 각각에는 제1진공펌프(252) 및 제2진공펌프(254)가 구비되므로, 설비챔버(210)에 공급되는 전처리용 플라즈마가스가 공정챔버(220)로 유입되지 않게 된다. 따라서, 전처리용 플라즈마가스와 CVD용 플라즈마가스의 혼합에 의한 CVD공정의 불량을 방지할 수 있게 된다.
상기 설비챔버(210)와 공정챔버(220)에는 각각 복수의 히터(270a,270b,270c)가 구비되어 공정드럼(230)에 권취되는 필름(201)의 온도를 점진적으로 상승시켜 고온의 공정드럼(230)에 의한 필름(201)의 열충격을 방지할 수 있게 된다.
공정챔버(220)에서 CVD공정이 종료된 필름(201)의 성막된 면에는 보호필름(217)에 의해 보호필름(203)이 부착되며, 상기 보호필름(203)이 부착된 필름(201)이 필름회수롤(212)에 권취되어 필름(201)이 회수된다.
상기와 같이 성막된 필름(201)이 회수되면, 설비챔버(210)를 벤트하여 대기압상태로 만든 후, 회수된 필름(201) 또는 필름이 권취된 필름회수롤(212)을 설비챔버(210)로부터 추출한 후 다음 공정의 제조장치로 이송함으로써, CVD공정이 종료되고 다음 공정을 진행한다.
상술한 상세한 설명에서는 본 발명의 구성을 특정 구성으로 설명하고 있지만, 본 발명이 이러한 특정 구조에 한정되는 것은 아니라, 다양한 변형예를 포함할 수 있을 것이다.
100 : 롤투롤 제조장치 110 : 설비챔버
120 : 공정챔버 118,126 : 가이드롤
130 : 공정드럼 136 : 격벽
142,145 : 가스공급부 160 : 전처리부
170a,170b,170c : 히터

Claims (10)

  1. 설비챔버 및 공정챔버로 분리된 진공챔버;
    상기 설비챔버 내에 배치되어 반송되는 필름의 표면을 처리하는 전처리부;
    상기 공정챔버에 배치되어 필름을 권취하는 공정드럼;
    상기 공정챔버에 배치되어 상기 공정드럼에 권취된 필름을 처리하는 공정처리부;
    상기 설비챔버와 상기 공정챔버에 각각 배치된 제1 진공펌프와 제2 진공펌프; 및
    상기 설비챔버와 상기 공정챔버 중 적어도 일측에 배치되어 공정드럼에 권취되는 필름의 온도를 점진적으로 상승시키는 복수의 히터를 포함하며,
    전처리 플라즈마 가스가 상기 설비챔버 내의 제1 가스 주입구에서 상기 제1 진공펌프로 흘러 외부로 배출되고, 상기 전처리부는 상기 제1 가스 주입구 근처에 배치되어 상기 전처리 플라즈마 가스가 상기 공정챔버 내로 유입되는 것을 방지하는, 롤투롤 제조장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 히터는,
    상기 전처리부와 상기 공정드럼 사이에서 상기 설비챔버 내에 배치되어, 상기 필름의 온도를 제1 온도까지 점진적으로 상승시키는 적어도 하나의 제1히터; 및
    상기 적어도 하나의 제1 히터와 상기 공정드럼 사이에서 상기 공정챔버 내에 배치되어, 상기 적어도 하나의 제1 히터를 통해 가열된 필름의 온도를 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 점진적으로 상승시키는 하나의 제2히터를 포함하는 롤투롤 제조장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히터는 적외선램프를 포함하는 롤투롤 제조장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 공정드럼에 배치되어 상기 공정드럼에 권취된 필름을 상기 제2 온도 보다 높은 공정 온도로 가열하는 공정히터를 추가로 포함하는 롤투롤 제조장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 공정처리부는 플라즈마 가스에 의한 CVD처리부인 롤투롤 제조장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 전처리부는 상기 전처리 플라즈마 가스에 의해 필름을 표면을 처리하는 롤투롤 제조장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 설비챔버는,
    이전 공정으로부터 실시간으로 반송되는 필름이 입력되는 입구; 및
    공정이 종료된 필름을 실시간으로 이후의 공정으로 출력하는 출구를 포함하는 롤투롤 제조장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 설비챔버는,
    상기 공정챔버에 필름을 공급하는 필름공급롤; 및
    상기 공정챔버에서 반송된 필름을 회수하는 필름회수롤을 포함하는 롤투롤 제조장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 설비챔버는,
    상기 필름에 부착된 보호필름을 박리하는 박리롤;
    상기 박리된 보호필름을 회수하는 보호필름 회수롤;
    상기 공정챔버에서 반송된 필름에 보호필름을 공급하는 보호필름 공급롤; 및
    상기 공급된 보호필름을 필름에 부착하는 합착롤을 추가로 포함하는 롤투롤 제조장치.
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