KR20050109495A - 상이한 개스 압력의 영역을 격리시키는 개스 게이트 - Google Patents

상이한 개스 압력의 영역을 격리시키는 개스 게이트 Download PDF

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KR20050109495A
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Abstract

여기에 개시된 것은 상이한 개스 조성 및/또는 압력의 영역들을, 보다 상세하게는 대기와 진공을 연결하기 위한 향상된 개스 게이트에 관한 것이다. 개스 게이트는 상이한 개스 압력의 영역들 사이에 놓인 하우징 안에 실린더를 구비한다. 기판 재료의 웹은 적어도 하나의 롤러가 제 1 영역에 있고 적어도 하나의 롤러가 제 2 영역에 있는 영역들 사이에서 움직이도록 적합화된다. 롤러들은 웹이 2 개 영역들 사이의 실린더의 상부 외주 부분 위나 또는 2 개 영역들 사이의 실린더의 저부 외주 부분 아래에서 전진할 때 충분한 장력을 만들도록 위치된다. 예시적인 구현예에 있어서, 개스 게이트는 실린더의 상부 외주 부분의 위로 전진하는 기판의 웹과 하우징의 상부 플레이트 사이의 통로의 높이 및, 실린더의 저부 외주 부분과 하우징의 저부 플레이트 사이의 통로의 높이를 특징으로 한다. 그것을 통한 개스의 유량은 실린더의 유입부와 2 개의 상호 연결된 영역들중 적어도 하나 사이에서 개스의 음속에 가까운 유동을 제공함으로써, 음속에 가까운 유동 영역 안에서 확산되는 종(species)의 충돌 사이의 평균-자유-경로 길이를 감소시켜서, 하나의 조성과 압력을 특징으로 하는 하나의 영역을, 상이한 조성 및/또는 압력을 가지는 다른 영역으로부터 효과적으로 격리시킨다.

Description

상이한 개스 압력의 영역을 격리시키는 개스 게이트{Gas gate for isolating regions of differing gaseous pressure}
본 발명은 전체적으로 상이한 개스 압력의 영역을 작동 가능하게 연결하기 위한 격리 메카니즘에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 대기 압력을 가지는 제 1 영역을 약 0.01 토르(Torr)내지 그 이하의 압력을 가지는 배기 가능한 제 2 영역으로부터 분리시키는 개스 게이트(gas gate)에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 개스 게이트는 대기-대-진공(atmospheric-to-vacuum) 또는 진공-대-대기(vacuum-to-atmospheric)의 성능과 재료의 움직이는 웹의 필름 증착면에 대한 비접촉을 동시에 달성하도록 실린더를 사용한다.
다양한 제품들이 박막 공정에 의해 제조될 수 있다. 박막 재료의 증착에 의해 제조될 수 있는 제품들의 예는 광학 제어 및 태양광 제어를 위한 간섭계 적층체(interferometer stacks), 반도체 베이스의 태양 셀(cell), 알루미늄 처리된 커피 파우치 및, OLED 디스플레이, 스마트 태그(smart tag), 유기 PV 장치들 및 센서들과 같은 유기 반도체 소자들과, 유기 반도체등을 포함한다. 이러한 제품들은 롤-대-롤(roll-to-roll) 공정을 이용하여 대량 생산될 수 있다. 일부 롤-대-롤 공정들은 진공 챔버들 안에 유지된 풀림 롤(pay-off roll)과 감김 롤(take-up roll)을 이용한다. 일단 풀림 롤이 비워지거나, 또는 감김 롤이 채워지면, 개별의 롤은 새로운 롤로 바뀌어야 한다. 바꾸는 과정 동안에, 풀림 챔버와 감김 챔버들은 벤트(vent)되고, 개방되고, 로딩/언로딩 되고, 폐쇄되고 펌프로 배기되어야 한다. 이러한 주기 동안에, 제조 공정은 통상적으로 중단된다. 이와는 달리, 일부 유형의 장치들의 롤-대-롤 제조는 제품 기판들의 중간의 감김과 풀림 없이 많은 과정을 직렬로 통합시키는 것을 필요로 하는데, 이는 감는 과정을 완수하는 동안에 제품의 표면과 접촉하는 것이 소자의 성능을 파괴할 것이기 때문이다. 그러한 경우에 제품 기판이 대기 압력에서의 과정들로부터 진공내의 과정으로, 그리고 다시 대기 압력으로 연속적으로 통과될 수 있는 것이 중요하다.
통상적으로, 개스 게이트는 영역들의 화학적 완전성을 유지하도록 증착을 위한 분리된 영역들 사이에 포함된다. Nath 등에게 허여되고, 본원의 양수인에게 양도되어 본원의 일부로서 포함되는, 미국 특허 제 4,462,332 호에 개시된 바와 같이, 상대적으로 작은 개스 게이트 통로의 크기에도 불구하고, 일 증착 챔버 안으로 도입된 도펀트(dopant) 공정 개스들은 인접한 챔버 안으로 확산되며, 그에 의해서 그 안으로 도입된 공정 개스와 인접한 챔버 안에서 증착된 반도체 층을 오염시킨다는 점이 관찰되었다. 상기의 332 특허에 개시된 장치(자기 기판을 상방향으로 강제하기 위하여 개스 게이트 통로 위에 위치된 세라믹 자석)에 의해서 통로의 높이 치수는 감소될 수 있다. 통로의 높이 치수에서의 감소는 주어진 유량에 대한 도펀트 개스의 역확산에 대하여 상응하는 감소를 제공하였으며, 그에 의해서 진성 증착 챔버(intrinsic deposition chamber) 안으로 도입된 공정 개스의 오염을 감소시킨다.
그러나, 자석들은 기판을 상부 통로 벽과 미끄럼 접촉되도록 강제하기 때문에, 기판의 노출된 측부와 벽 사이의 마찰 마모는, 예를 들면 개스 게이트의 상부 통로 벽의 마모와 같은 증착 장치에서의 문제점을 야기한다. 또한, 기판과 통로 벽 재료의 마모된 입자들은 통로와 증착 챔버들 안에 모여서 기판의 층을 이룬 측면의 긁힘을 야기하고 반도체 재료의 공동 증착(co-depositing)을 야기하여, 이것이 다시 1 마이크론 두께의 반도체 합금 층에 의해 완전히 덮힐 수 없는 돌출된 입자들에 기인한 단락 회로를 야기한다. 마모는 반도체 층과 장비들에 해로울 뿐만 아니라, 가능성이 있는 파열(tearing)에 기인하여 사실상 사용될 수 있는 기판 재료의 웹의 최소 두께를 제한한다. 일부 제품의 적용예에서, 기판 재료는 비자성이며, 예를 들면 폴리머 기판이다.
또한, 본원의 양수인에게 양도되고 본원에 참고로서 포함되는, Doehler 등에 허여된 미국 특허 제 4,438,724 호 및 제 4,450,786 호에 개시되었던 바와 같이, 기판 재료의 웹이 통로의 상부 벽에 대하여 강제되었을 때, 통로는 기판의 웹에 의하여 기판과 상부 통로 벽 사이의 상대적으로 좁은 상부 부분과, 기판과 하부 통로 벽 사이의 상대적으로 넓은 하부 부분으로 나뉜다. 또한, 기판 재료의 웹의 격자화(휘어짐)는 자석의 인력에 의해 완전하게 제거될 수 없기 때문에 기판과 상부 통로 벽 사이의 불규칙한 간격이 발생된다. 기판 휘어짐은 많은 부분이 기판에서의 온도 그래디언트(gradient)에 의해 야기된다. 본질적으로 점성인 (그리고 백열 방전 증착 공정이 채택되는 상승된 증착 온도들에서 특히 점성인) 공정 개스들은 하나의 증착 챔버로부터 다른 증착 챔버로 공정 개스의 교차 오염을 방지하도록 충분한 점성을 가지고 좁은 상부 부분을 통하여 이동할 수 없다. 상기의 '724 특허와 '786 특허는 기판의 노출된 측면과 상부 통로 벽 사이의 좁은 상부 부분을 통한 공정 개스의 교차 오염량을 감소시키는 것을 목적으로 하는 것이었다.
과거에는, 비결정질 반도체 합금 재료의 층들을 증착시키기 위한 공정을 발전시키는데 상당한 노력들이 이루어졌는데, 비결정질 합금 재료의 층들 각각은 상대적으로 넓은 면적을 포괄할 수 있으며, 작용에 있어서 실질적으로 결정질 대응물에 등가인, p-i-n 유형의 광전지 소자들의 제조를 위한 p-유형 및 n-유형 물질을 형성하도록 도핑될 수 있다. 비결정질 실리콘 또는 게르마늄 필름과의 다년간의 그러한 작업은 실질적으로 비생산적이었는데, 이는 에너지 갭에서 국부화된 상태의 고밀도를 발생시키는 비결합 상태의 결합(dangling bonds)와 마이크로 공극(microvoid)의 존재 때문이다. 초기에는, 국부화된 상태들의 감소가 실란(SiH4) 개스와 수소 개스를 선구체로서 사용하여 비결정질 실리콘 필름의 백열 방전 증착에 의해 수행되었다. 그렇게 증착된 재료는 실리콘과 수소로 이루어진 진성의(intrinsic) 비결정질 재료이다. 도핑된 비결정질 재료를 제조하도록, n-유형 전도체를 위한 포스파인 개스(PH3)나 또는 p-유형 전도체를 위한 디보레인(B2H6)과 같은 보론-함유 개스가 실란 개스와 미리 혼합된다. 그렇게 증착된 물질은 아마도 치환된 인 또는 보론 도펀트를 포함하며 외인성(extrinsic)이고 각각 n 또는 P 도전 유형인 것으로 나타난다.
본원의 양수인에게 양도되고 본원에 참조로서 포함되는, Ovshinsky 등에 허여된 미국 특허 제 4,226,898 호에 상세하게 설명된 백열 방전에 의하여, 그리고 Ovshinsky 등에 허여된 미국 특허 제 4,217,374 호에 설명된 바와 같은 증기 증착에 의하여, 고품질의 전자적 특성을 제공하면서, 에너지 갭에서 현저하게 감소된 농도인 국부화된 상태들을 가지는, 현저하게 향상된 비결정질 실리콘 합금 물질을 준비하는 것이 이제 가능하다. 이들 특허들에 개시된 바와 같이, 비결정질 실리콘 반도체 안으로 도입된 불소는 국부화된 상태들의 밀도를 실질적으로 감소시키도록 작동하고 게르마늄과 같은 다른 합금용 재료의 첨가를 용이하게 한다. 활성화된 불소는 용이하게 매트릭스 동체 안의 비결정질 실리콘으로 확산되고 그에 결합되어 그 안의 국부화된 상태들의 밀도를 실질적으로 감소시킨다. 이는 불소 원자들의 작은 크기가 그들을 비결정질 실리콘 매트릭스 안으로 용이하게 도입될 수 있게 하기 때문이다. 불소는 실리콘의 비결합 상태인 결합(dangling bonds)에 결합되고 유연성 있는 결합 각도로써 부분적으로 이온화된 안정된 결합을 형성하는 것으로 믿어지며, 그것이 이전에 채용되었던 수소나, 다른 보상용 또는 개조용 작용제에 의해서 형성될 수 있었던 것보다 안정되고 효과적인 보상 및 개조를 초래한다.
광전지 소자의 효율을 향상시키는, 다중의 셀을 이용하는 개념은 미국 특허 제 2,949,498 호에서 E. D. Jackson 에 의해 적어도 1955 년에 설명되었다. 여기에서 설명된 다중 셀 구조체는 p-n 접합 결정질 반도체 소자들을 이용하였다. 실질적으로 그러한 개념은 태양 스펙트럼의 다양한 부분들을 보다 효율적으로 수집하고 그리고 개방 회로 전압(VOC)을 증가시키도록 상이한 밴드 갭 소자들을 이용하는 것에 관한 것이다. 직렬 셀 소자는 2 개 또는 그 이상의 셀들을 가지는데, 광이 각각의 셀을 통하여 직렬로 배향되고, 제 1 의 셀 또는 층을 통과된 광을 흡수하도록 큰 밴드 갭의 재료 다음에 작은 밴드 갭의 재료가 이어진다. 각각의 셀로부터 발생된 전류를 실질적으로 맞춤으로써, 전체적인 개방 회로 전압은 각각의 셀의 개방 회로 전압들의 합이며, 단락 회로 전류는 실질적으로 일정하게 유지된다.
불소의 도입에 의해 달성된 유리한 특성에 기인하여, 직렬 유형의 다중 셀을 만드는데 사용된 비결정질 합금들은 이제 재료의 전자적인 특성을 손상시키지 않으면서 국부화된 상태들의 밀도를 감소시키도록 불소를 포함할 수 있다. 게르마늄과 탄소와 같은 다른 밴드 갭 조절 요소(들)가 활성화될 수 있으며 증기 증착, 스퍼터링 또는 백열 방전 과정들에서 부가된다. 밴드 갭은 적어도 광전류 발생 영역 안의 증착된 합금 셀 안으로 하나 또는 그 이상의 조절 요소들의 필요한 양을 도입함으로써 특정한 소자 적용예에 대하여 요구되는 바로서 조절된다. 밴드 갭 조절 요소(들)는 실질적인 유해 상태를 부가하지 않으면서 셀 안으로 만들어졌기 때문에, 특정한 광응답 적용예를 위하여 소자의 파장 특성을 만들도록 조절 요소(들)가 부가되었을 때 셀 재료는 높은 전자적 품질과 광전도성을 유지한다.
광전지 소자를 대량 생산할 수 있게 하는 것이 상업적으로 중요하다는 것은 명백하다. 태양 셀의 제조를 위한 배치 처리(batch processing)에 한정되는 결정질 실리콘과는 달리, 비결정질 실리콘 반도체 합금은 고용량의 연속적인 처리 시스템에서 태양 셀을 형성하도록 넓은 면적의 기판에 걸쳐서 다중의 층들로 증착될 수 있다. 이러한 종류의 연속적인 처리 시스템들은 예를 들면 미국 특허 제 4,440,409 호; 제 4,542,711 호, 제 4,410,558 호; 제 4,438,723 호 및 4,492,181 호에 개시되어 있으며, 이들 각각은 본원의 양수인에 양도된 것이며 본원에 참고로서 포함된다. 이러한 특허들에서 개시된 바와 같이, 기판은 증착 챔버들의 연속을 통하여 계속 전진될 수 있으며, 각각의 챔버는 특정한 반도체 층의 증착에 전용된다. p-i-n 유형 구조의 태양 셀을 제조하는데 있어서, 제 1 챔버는 p 유형 비결정질 실리콘 반도체 합금 재료의 증착을 위해서 전용되고, 제 2 챔버는 진성 비결정질 실리콘 반도체 합금 물질을 증착시키는데 전용되고, 제 3 챔버는 진성 비결정질 실리콘 반도체 합금 물질을 증착시키는데 전용된다. 각각의 증착된 반도체 합금 물질과, 특히 진성 반도체 합금 물질은 고순도여야만 하기 때문에, 증착 챔버 안의 증착 환경은 다른 챔버들 안의 도핑 성분들로부터 격리되어서 진성 챔버 안의 진성 공정 개스들 안으로 도핑 성분들의 교차 오염을 방지한다. 시스템들이 광전지 셀들의 제조와 주로 관련된 이전에 언급된 특허들에서, 챔버들 사이의 화학적 격리는 개스 게이트에 의해서 달성되는데, 개스 게이트를 통하여 (1) 증착 챔버들 사이의 공정 개스들의 단일 방향 유동이 확립되고, 그리고 (2) 불활성 개스가 기판 재료의 웹을 따라서 "쓸어낼 수(swept)" 있다. 이전에 언급된 미국 특허 제 4,462,332 호에 개시된 개스 게이트는 통로 개구의 높이 치수가 감소될 수 있도록 개스 게이트 통로 개구의 벽에 대하여 기판 재료의 자기 웹을 강제하게끔 적합화된 복수개의 자기장을 만드는 것을 생각하였다. 설명된 바와 같은 압력과 유동의 체제에서 개구의 감소된 높이는 공정 개스의 양을 상응하여 감소시키는데, 그렇지 않다면 기판상에 증착된 비결정질 반도체 층들이 개스 게이트 통로 개구의 벽과 접촉하여 그에 의해서 손상될 위험성을 상응되게 증가시킴이 없이, 도펀트 증착 챔버드로부터 진성 증착 챔버로 확산될 것이다.
미국 특허 제 4,462,332 호에 개시된 자기 개스 게이트가 통로 개구의 높이 치수를 감소시키는 반면에, 이러한 개스 게이트 디자인은 2 가지 문제점을 야기하였는데, (1) 이전에 언급된 마찰의 문제와, (2) 이전에 설명된 바와 같이 통로를 넓은 부분과 좁은 부분들로 분할하는 문제이다. 상기 문제점들중 후자의 경우와 관련하여, 넓은 하부 부분을 통해 이동하는 불활성 소제 개스(inert sweep gas)와 잔류의 공정 개스들의 속도는 진성 챔버 안으로 도펀트 개스의 교차 오염을 실질적으로 방지할 정도로 충분히 크다. 그러나, 공정 개스의 점성에 기인하여, (통로의 상대적으로 좁은 상부 부분을 한정하는) (1) 상부 통로 벽과 (2) 기판의 피복되지 않은 표면을 따른 소제 개스상의 드래그(drag)는 그것을 통하여 상대적으로 낮은 속도 유동을 초래한다. 따라서, 도펀트 공정 개스의 바람직스럽지 않게 많은 양이 좁은 상부 부분을 통하여 진성 챔버 안으로 확산될 수 있다.
교차 오염의 문제는 미국 특허 제 4,438,724 호 및 제 4,450,786 호에서 기판 재료의 웹의 위에 통로 개구의 벽 안에서 도펀트 증착 챔버로부터 근접한 진성 증착 챔버로 복수개의 신장된 홈(개스 게이트 통로 개구의 전체 길이에 연장됨)들을 제공함으로써 감소되었다. 이러한 방식으로, 복수개의 이격된, 상대적으로 높은 속도의 유동 채널들이 기판 재료의 웹의 피복되지 않은 표면과 통로 개구의 상부 벽 사이의 공간 안에 제공되었다. 소재 개스들은 독립적인 수단에 의해 채널 안으로 강제되었기 때문에, 상기 개스들이 통로 벽과 기판 표면에 접촉할 때 초래되었던 드래그에도 불구하고, 소제 개스는 상당한 속도로 일방향으로 유동하였다. 상기의 '724 및 '786 특허들의 개스 게이트가 상기 언급된 협소한 상부 부분을 통하여 교차 오염의 문제점을 감소시켰지만, 기판의 피복되지 않은 측면과 상부 통로의 벽 사이의 마찰 마모의 문제를 감소시키는데는 실패하였다.
공동으로 소유되고 양도되었으며 본원에 참고로서 포함되는 출원인의 미국 특허 제 5,374,313 호의 자기 롤러 개스 게이트는 증착 챔버들 사이의 공정 개스들의 교차 오염을 실질적으로 증가시키지 않으면서 기판의 층이 만들어지지 않은 측면과 통로 벽 사이의 마찰 마모를 실질적으로 감소시켰다. 상기 '313 특허의 자기 롤러 개스 게이트가 마찰 마모의 문제를 감소시키고 교차 오염의 문제를 증가시키지 않았을지라도, 선행 기술의 개스 게이트는 약 10 % 보다 큰 챔버들 사이의 압력 편차를 가진 영역들을 작동 가능하게 연결하는데 사용될 수 없다. 그러나 많은 경우에 있어서, 필수적인 것은 아닐지라도, 크기의 차수 보다 큰 (즉, 각각 10-1 과 10-3 토르의 압력과 같은) 압력 편차들을 가지는 2 개의 처리 챔버들을 연결시키는 것이 소망스럽다.
비록 상기의 설명이 단일의 도펀트 증착 챔버와 근접한 천이 챔버를 다루었을지라도, 롤-대-롤 증착을 이용하는 그 어떤 장치나 공정에 대해서도 다른 증착 챔버들이 본 발명의 공기-대-진공 개스 게이트에 작동 가능하게 연결될 수 있다는 점이 명백하다. 예를 들면, p-i-n 유형의 반도체 소자를 제조하기 위하여 p-유형 증착 챔버는 진성 증착 챔버의 일측에 연결될 수 있으며 n-유형 증착 챔버는 진성 증착 챔버의 다른 측에 연결될 수 있다. 이와는 달리, 이들 3 개 한 벌인(triad) 복수개의 증착 챔버들이 복수개 또는 p-i-n 유형의 셀들을 제조하도록 연결될 수 있다. 이를 위해서, 상이한 개스 압력을 가진 영역들의 화학적 격리를 필요로 하는 그 어떤 연속적인 제조 장치나 또는 공정에 본 발명의 향상된 개스 게이트가 적용될 수 있다.
도 1 은 복수개의 p-i-n 유형 셀들을 구비하는 직렬 또는 일렬의 소자에 대한 부분적인 단면도로서, 셀들의 각각의 층은 비결정질 실리콘 합금 재료로 형성된 것이다.
도 2 는 도 1 에 도시된 광전지 소자의 연속적인 제조를 위해 적합화된 다중 백열 방전 챔버 증착 시스템의 개략적인 도면으로서, 이러한 시스템은 풀림 롤과 감김 롤을 격리시키기 위한 공기-대-진공 개스 게이트의 바람직한 구현예를 구비한다.
도 3 은 본 발명의 개스 게이트의 바람직한 구현예에 대한 측면도로서, 이것은 기판 재료의 웹이 대기 압력으로부터 진공 압력으로 전진될 때 2 개의 롤러들과 주 실린더에 의해서 만들어진 장력을 나타낸다.
도 4 는 본 발명의 개스 게이트의 구현예에 대한 측면도이며, 이것은 기판 재료의 웹이 대기 압력으로부터 진공 압력으로 전진할 때 대기 영역에 있는 2 개 세트의 롤러 및 진공 영역에 있는 2 개 세트의 롤러들로 이루어진 4 개 세트의 롤러들에 의하여 만들어진 장력을 나타내는 것이다.
도 5 는 도 4 의 선 5-5 를 따라서 취한 부분적인 단면도로서 대기 영역과 본 발명의 개스 게이트의 내부 사이의 누설을 방지하기 위한 진공 밀폐 단부 시일의 작용상의 배치를 도시하는 것이다.
도 6 은 제로 좌표상에 표시된 천이 챔버의 압력과 가로 좌표상에 표시된 음속에 가까운 유동 채널내의 공기 유동 사이의 관계를 그래프로 표시한 것이다.
도 7 은 도 5 의 확대된 도면으로서, 스프링으로부터의 압력을 수용하는 U 형상의 O 링을 나타낸다.
본 발명은 기판의 웹이 압력을 가지는 제 1 영역으로부터 제 1 영역과 상이한 압력을 가지는 제 2 영역 안으로 기판의 웹을 연속적으로 도입시킬 수 있는 게이트에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 웹을 대기 영역으로부터 진공 챔버 안으로나 또는 진공 챔버로부터 대기 영역 안으로 연속적으로 도입될 수 있도록 하는 대기-대-진공 개스 게이트(gas gate)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 층을 적어도 하나의 진공화된 증착 챔버 안에 증착시킴으로써 기판 재료의 웹 위에 연속적으로 소자를 제조하는 장치를 개시하는데, 여기에서 웹은 대기로부터 제 1 천이 챔버를 통하여 증착 챔버(들)로 연속적으로 도입되어서 다음에 증착 챔버(들)로부터 대기 안으로 제 2 천이 챔버를 통하여 배출될 수 있다. 본 발명의 개스 게이트는 그 어떤 웹 재료와도 사용될 수 있는데, 예를 들면 폴리카보네이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리비닐 클로라이드, 폴리설폰, 셀루로오스 물질등과 같은 것을 포함할 수 있으며, 그러나 그에 제한된 것은 아니다. 각각의 층의 조성은 각각의 증착 챔버들 안으로 도입되고 그로부터 격리된 특정의 개스에 달려있다.
바람직한 구현예에 있어서, 웹은 대기와 천이 챔버 사이에서 대기로부터 본 발명의 개스 게이트를 가진 가압된 천이 챔버로 공급되며, 그것이 하나 또는 그 이상의 증착 챔버들로 이르러서 다음에 증착 챔버들로부터 본 발명의 개스 게이트를 가진 제 2 의 가압된 천이 챔버 안으로 그리고 다시 대기로 간다. 보다 상세하게는, 천이 챔버와 주위 공기가 기판 재료의 웹이 통과하는 실린더(1)에 의해서 만들어진 상대적으로 좁은 통로를 구비하는 개스 게이트에 의해서 분리되고; 그리고 (2) 증착 챔버들의 압력을 혼란시키지 않으면서 웹의 교환이 가능하도록 주위 공기를 천이 챔버로부터 실질적으로 격리시키도록 적합화된다.
본 발명의 개스 게이트는 상이한 개스 압력의 영역들 사이에 놓이는 하우징 내에 실린더를 구비한다. 기판 재료의 웹은 실린더의 상부 주위 표면과 하우징 사이에 작은 갭을 통하여 실린더의 위에서 영역들 사이를 움직이도록 적합화된다. 갭은 하우징과 접촉하지 않으면서 기판의 웹이 실린더와 접촉을 유지할 수 있을 정도로 충분히 넓다. 롤러들은 기판 재료의 웹이 상부 주위 갭 안과 밖으로 안내되도록 대기 영역과 천이 챔버 안에 위치된다. 바람직한 구현예에 있어서, 2 개 세트의 롤러들은 웹을 갭의 안으로 안내하고 2 개 세트의 롤러들은 웹을 갭의 밖으로 안내하는데, 이는 롤러와 웹 사이의 접촉을 감소시킨다. 롤러의 세트들은 실린더 안으로의 진입 각도와 실린더 밖으로의 배출 각도를 만들도록 위치되는데, 이는 웹이 실린더의 상부 외주 부분의 원호 형상을 취하기 때문이다. 또한, 웹이 하우징과 접촉하는 것을 방지하는 각도가 필요한데, 상기의 접촉은 기판을 오염시키거나 손상시킬 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 각각의 롤러의 저부 외주 표면은 실린더의 상부 외주 표면 아래에 있도록 위치되는데, 이것은 웹이 제 1 롤러의 아래로, 실린더의 위로 그리고 제 2 롤러의 아래로 전진할 때 장력을 만든다.
다른 구현예에 있어서, 실린더에 대한 웹의 위치는 실린더의 상부 외주 부분으로부터 실린더의 저부 외주 부분으로 역전된다. 이러한 구현예에서, 기판 재료의 웹은 하우징과 실린더의 저부 외주 표면 사이의 작은 갭을 통하여 실린더 아래의 영역들 사이에서 움직이도록 적합화된다. 저부 외주 갭은 기판의 웹이 하우징과 접촉하지 않으면서 실린더와 접촉을 유지할 수 있을 정도로 충분히 넓다. 롤러들은 기판 재료의 웹을 저부 외주 갭의 안과 밖으로 안내하도록 제 1 영역과 제 2 영역 안에 위치된다. 바람직한 구현예에 있어서, 2 개 세트의 롤러들은 웹을 갭 안으로 안내하고 2 개 세트의 롤러들은 웹을 갭 밖으로 안내하는데, 이는 롤러들과 웹 사이의 접촉을 최소화시킨다. 롤러의 세트들은 실린더 안으로의 진입 각도와 실린더 밖으로의 배출 각도를 만들도록 위치되는데, 이는 웹이 실린더의 저부 외주 부분의 원호 형상을 취하기 때문이다. 또한, 웹이 하우징과 접촉하는 것을 방지하는 각도들이 필요한데, 접촉은 기판을 오염시키거나 또는 손상시킬 수 있다. 다른 구현예에 있어서, 각각의 롤러의 상부 주위 표면이 실린더의 저부 주위 표면 아래에 있도록 롤러들이 위치되는데, 이는 웹이 제 1 롤러의 위로, 실린더의 아래로 그리고 제 2 롤러의 위로 전진할 때 장력을 만든다.
바람직스럽게는, 제 1 영역과 제 2 영역이 상이한 개스 압력을 가지며 제 1 챔버와 제 2 챔버들중 적어도 하나는 배기 가능하다. 바람직한 구현예에서, 본 발명의 개스 게이트는 대기 압력을 가지는 대기 영역으로부터 대기 압력보다 낮은 압력을 가지는 천이 챔버로 기판의 웹을 취할 수 있다. 또한, 본 발명의 개스 게이트는 대기 압력 보다 낮은 압력을 가지는 천이 챔버로부터 대기 압력을 가지는 대기 영역으로 기판의 웹을 취할 수 있다.
하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트를 가지며 실린더는 상부 플레이트와 저부 플레이트 사이에 설정된다. 바람직스럽게는, 상부 플레이트가 실린더의 상부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어진 윤곽을 가진다. 마찬가지로, 저부 플레이트는 실린더의 저부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어진 윤곽을 가진다. 또한, 하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트 사이의 제 1 의 측벽과 상부 플레이트와 저부 플레이트 사이의 제 2 의 측벽을 가진다. 실린더는 측벽들 사이의 축을 중심으로 회전하도록 제 1 측벽과 제 2 측벽 사이에 위치된다. 제 1 의 O 링은 제 1 측벽과 실린더 사이에 설정될 수 있다. 제 1 의 O 링은 제 1 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터의 공기의 유입을 감소시키도록 적합화된다. 제 2 의 O 링은 제 2 측벽과 실린더 사이에 설정될 수 있다. 제 2 의 O 링은 제 2 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터의 공기의 유입을 감소시키도록 적합화된다. 바람직스럽게는, O 링은 개별의 O 링을 실린더에 대하여 가압하는 압력을 수용하도록 적합화된 C 형상의 O 링이다. 압력은 제 1 측벽과 제 1 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 1 스프링 및, 제 2 측벽과 제 2 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 2 스프링에 의해서 제공될 수 있다.
개스 게이트는, 구현예에 따라서, 하우징의 상부 플레이트와 실린더의 상부 주위 부분 사이의 통로 또는 하우징의 저부 플레이트와 실린더의 저부 주위 부분 사이의 통로의 높이를 특징으로 한다. 그것을 통한 개스의 유량은 실린더의 유입부와 2 개의 상호 연결된 영역들중 적어도 하나 사이에 음속에 가까운 개스의 유동을 제공함으로써, 음속에 가가운 유동 영역내에서 확산하는 종(species)들의 충돌 사이에 평균-자유-경로의 길이를 감소시켜서 하나의 조성과 압력을 특징으로 하는 하나의 영역을, 상이한 조성 및/또는 압력을 가진 다른 영역으로부터 효과적으로 격리한다.
본 발명의 구현예는 상이한 개스 압력의 2 개 영역들을 분리시키는 개스 게이트를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 대기 영역을 증착 챔버로 이어지는 배기 가능한 천이 챔버로부터 분리시키는 공기-대-진공 개스 게이트를 제공하여, 증착 챔버를 배기시키지 않으면서 웹의 롤이 변화될 수 있게 하는 것이다.
본 발명의 다른 구현예는 증착 챔버의 진공을 차단하지 않으면서 풀림 롤 또는 감김 롤이 변화될 수 있게 하는 천이 챔버를 가지고 기판 재료의 웹 위에 소자들을 연속적으로 제조하는 롤-대-롤(roll to roll) 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 개스 게이트가 비결정질 반도체 태양 셀 소자들의 제조를 위한 장치에서 사용될 때, 천이 챔버는 풀림 롤의 이후와 감김 롤의 이전에 설정된다. 비결정질 실리콘 반도체 합금을 증착하도록 적합화된 증착 챔버들은 천이 챔버들 사이에 설정된다. 예를 들면, 기판의 웹은 대기 영역으로부터 본 발명의 개스 게이트를 통하여 제 1 의 천이 챔버 안으로 통과될 수 있으며 제 1 의 증착 챔버 안으로 전진되어서 제 1 의 층이 제 1 의 증착 챔버 안에서 기판의 일 표면상으로 증착될 수 있으며, 기판은 제 2 의 증착 챔버를 통과될 수 있으며 여기에서 제 2 의 층이 제 1 의 층 위에 증착되고, 기판은 다음에 제 2 의 천이 챔버를 통과하고, 다음에 본 발명의 개스 게이트를 통하여 대기 영역으로 전진된다.
본 발명은 기판의 움직이는 웹(moving web)이 대기 영역으로부터 진공 챔버 안으로 연속적으로 도입될 수 있게 하는 장치에 관한 것이다. 제조 기계의 다른 단부에 있는 유사한 장치는 웹이 진공 챔버로부터 대기압으로 복귀될 수 있게 한다. 본 발명의 개스 게이트(gas gate)는 본 발명이 세로형 또는 직렬 유형의 광전지 셀(photovoltaic cell)들의 제조에 관한 것으로 설명될 것이지만, 이는 설명의 목적을 위한 것이며, 제한적인 것으로 간주되어서는 아니된다. 여기에서 설명된 개스 게이트의 구현예들은 변화하는 개스 압력의 영역을 통하여 전진되어야 하는 물질의 웹을 필요로 하는 그 어떤 시스템에도 유효하게 통합될 수 있다. 더욱이, 본 발명의 개스 게이트는 웹이 증착 챔버에 진입하고 그로부터 나올 때 웹의 증착 부위들이 그 어떤 고체인 대상물과 접촉하지 않으면서 증착 물질의 다양한 층들이 기판의 웹 위로 증착될 수 있게 한다.
I. 광전지 셀
도면을 참조하고 특히 도 1을 참조하면, 비결정질 실리콘 합금 물질을 각각 포함하는 연속적인 p-i-n 층들로 형성된 직렬 또는 일렬 유형의 광전지 셀이 전체적으로 도면 번호 10 으로 표시되어 있다. 비결정질 실리콘 합금 물질의 층들이 격리된 증착 챔버 안에서 기판 재료의 움직이는 웹상으로 연속적으로 증착되는, 이러한 유형의 광전지 장치의 제조용으로 본 발명의 개스 게이트가 개발되었다.
도 1 은 개별의 p-i-n 유형의 셀(12a,12b,12c)들로 구성된 태양 전지와 같은 p-i-n 유형의 광전지 장치를 도시한다. 최하부 셀(12a)의 아래에는 기판(11)이 있는데, 이것은 투명하거나 또는 금속 표면 처리된 포일(foil)로부터 형성될 수 있다. 비록 특정의 적용예들은 비결정질 반도체 물질의 적용 이전에 얇은 산화물 층 및/또는 일련의 베이스 접촉부를 필요로 할 수 있지만, 본원 적용예의 목적을 위해서, "기판"이라는 용어는 유연성의 필름을 포함할 뿐만 아니라, 예비적인 처리에 의해서 부가된 그 어떤 요소들도 포함한다. 기판 물질(11)은 전기적으로 도전성인 전극들이 적용되는 합성 폴리머, 유리 또는 유리와 같은 물질뿐만 아니라, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 탄탈륨, 몰리브데늄 또는 크롬일 수 있다.
각각의 셀(12a,12b,12c)은 적어도 실리콘 합금을 포함하는 비결정질 반도체 본체를 구비한다. 각각의 반도체 본체는 n-유형의 도전성 영역 또는 층(20a,20b,20c); 진성의 영역 또는 층(18a,18b,18c); 및 p-유형의 도전성 영역 또는 층(16a,16b 및 16c);를 구비한다. 여기에서 사용된 용어인 "비결정질"은 단기간의 범위이거나 또는 중간 기간 범위의 정돈 상태(order)에 무관하게, 그리고 이러한 재료들이 다결정질이나 또는 결정질로 다르게 지칭되는지의 여부에 무관하게, 장기간의 범위에서 비정돈(disorder) 상태를 나타내는 모든 물질을 포함한다. 도시된 바와 같이, 셀(12b)은 중간의 셀이며, 도 1 에 표시된 바와 같이, 부가적인 중간의 셀들이 본 발명의 사상이나 범위로부터 이탈하지 않으면서 도시된 전지들의 위에 적층될 수 있다. 또한, 비록 직렬의 p-i-n 셀들이 도시되었을지라도, 본 발명의 개스 게이트는 그 어떤 다중 챔버 장치에도 사용되도록 동등하게 적합화된다. 여기에 설명된 신규의 공기-대-진공의 신규한 개스 게이트는 본 발명이 p-i-n 셀의 제조를 위한 증착에 통합된 것으로서 도시된다. 그러나, 본 발명의 신규한 개스 게이트는 상이한 개스 압력의 영역 격리를 필요로 하는 그 어떤 시스템에도 적용될 수 있다는 점이 쉽사리 명백해질 것이며, 그러한 예는 n-i-p 셀을 제조하기 위한 증착 시스템, 화학적 증기 증착 시스템, 다른 유기 반도체 또는 유기 발광 다이오드(OLED) 물질의 제조를 위한 증착 시스템과 같은 것이다.
각각의 셀(12a,12b,12c)에 대하여, 반도체 물질의 p 유형과 n 유형은 특징적으로 광투과성이며 고도의 도전성이 있다. 반도체 물질의 진성의 층들은, 특정의 셀 적용을 위한 밴드 갭(band gap)을 최적화시키도록 밴드 갭 조절 요소 또는 요소들의 충분한 양을 구비하여, 태양 광응답에 대한 조절된 파장 쓰레숄드(threshold), 높은 광 흡수성, 낮은 음영 전도성(dark conductivity) 및 높은 광전도성을 특징으로 한다. 바람직스럽게는, 반도체 물질의 진성의 층들은, 광이 상부로부터 반도체 물질로 진입할 때 셀(12a)에 가장 낮은 밴드 갭을 제공하고, 셀(12c)에 가장 높은 밴드 갭을 제공하고, 셀(12c)에 다른 2 개 밴드 갭들 사이의 밴드 갭을 제공하도록 조절된 밴드 갭이다. 그러나, 반도체 물질의 진성의 층들은, 만약 광이 바닥으로부터 반도체 물질에 진입한다면, 셀(12a)에 가장 높은 밴드 갭을 제공하고, 셀(12c)에 가장 낮은 밴드 갭을 제공하고 셀(12b)에 다른 2 개의 밴드 갭 사이의 밴드 갭을 제공하도록 조절된 밴드 갭이다. 반도체 물질의 n-유형 층들은 낮은 광 흡수성과 높은 전도성을 특징으로 한다. 진성 물질의 밴드 갭 조절된 층들의 두께는 8,000 내지 5,000 옴스트롱(angstroms)의 범위에 있을 수 있다. n-유형과 p-유형 층들의 두께는 25 내지 400 옴스트롱의 범위에 있을 수 있다.
II. 다중의 백열 방전 증착 챔버(The Multiple Glow Discharge Deposition Chamber)
이제 도 2를 참조하면, 이전에 설명된 바와 같은 직렬의 광전지 셀의 연속적인 제조를 위한 다중 백열 방전 챔버 증착 장치의 도식화된 도면이 전체적으로 도면 번호 100 으로 표시되어 있다. 다중 백열 방전 챔버 증착 장치(100)는 본 발명의 원리에 따른 공기-대-진공 개스 게이트에 의해 대기에 연결된, 천이 챔버(transition chamber, 200a,200b)를 구비한다. 제 1 의 천이 챔버(200a)는 대기압을 가지는 대기 영역에서 풀림 롤(202)로부터의 웹을 취하여 웹을 증착 챔버로 인도한다. 제 2 의 천이 챔버(200b)는 증착 챔버로부터 웹을 취하여 웹을 대기 영역과 감김 롤(203)로 인도한다. 장치(100)는 복수개의 전용 증착 챔버를 구비하여, 인접한 챔버들이 작동 가능하게 서로 연결된다. 여기에서 사용된 "격리된"이라는 용어는 근접한 증착 챔버들중 하나의 안으로 도입된 반응 개스 혼합물이 근접한 챔버의 안으로 도입된 혼합물을 교차 오염시키는 것이 실질적으로 방지되는 것을 의미할 것이다. "실질적으로"라는 단어는 "방지되는"을 수정하도록 사용되었으며, 이는 그 어떠한 격리 메카니즘도 100 % 로 효과적이지는 않기 때문이다.
장치(100)는 그것을 통하여 연속적으로 공급된, 기판(11)의 표면상으로 p-i-n 의 구성을 가지는 넓은 면적의 많은 양의, 비결정질 광전지 셀을 증착시키도록 적합화된다. p-i-n 구성의 직렬 셀을 제조하기 위하여 필요한 비결정질 반도체 물질의 층들을 증착하도록 장치(100)는 적어도 하나의 3 개 한벌인(triad) 증착 챔버들을 구비하는데, 각각의 3 개 한벌인 챔버들은: 기판(11)이 통과할 때 비결정질 실리콘 합금 물질의 p-유형 도전층이 기판(11)의 표면상으로 증착되는 제 1 의 증착 챔버(28); 기판(11)이 통과될 때 비결정질 실리콘 합금 물질의 진성의 층이 기판(11)의 표면상의 p 유형의 위로 증착되는 제 2 의 증착 챔버(30); 기판(11)이 통과될 때 실리콘 합금 물질의 n-유형 도전층이 기판(11)의 표면상의 진성의 층 위로 증착되는 제 3 의 증착 챔버(32)를 구비한다.
(1) 비록 하나의 3 개 한벌인 증착 챔버들이 설명되었지만, 부가적인 3 개 한벌인 챔버들이나 또는 부가적인 개별 챔버들이 장치에 더해질 수 있어서 그 어떤 개수의 층들을 가지는 광전지 셀을 제조할 수 있는 성능을 장치에 제공하고; (2) 기판이 대기 압력으로부터 진공화된 영역으로 취해져야 하거나, 또는 진공화된 영역으로부터 대기 압력으로 취해져야 하는 그 어떤 환경에라도 본 발명의 공기-대-진공 개스 게이트가 적용될 수 있으며; (3) 비록 기판이 연속적인 물질의 웹으로서 도시되고 설명되었을지라도, 본 발명의 개념은 복수개의 챔버들을 통하여 연속적으로 공급될 수 있는 분리된 기판 플레이트의 위에 연속적인 층을 증착하는데 적합화될 수 있으며; (4) 비록 도시되지는 않았지만, 다른 챔버들(예를 들면, 광전지 소자의 최상부 도펀트(dopant) 층의 위에 TCO 층을 부가하기 위한 챔버)이 백열 방전 장치(100)에 작동 가능하게 연결될 수 있으며; 그리고 (5) 기판 풀림 롤(202)과 기판 감김 롤(203)이 분리된 챔버 안에서 도시되지 않은 점들은 명백해질 것이다. 그러나, 개별의 롤들이 진공화된 챔버와 같은 대기 압력의 그 어떤 부위나, 또는 천이 챔버의 압력 보다 높은 압력을 가지는 그 어떤 부위에라도 있을 수 있다.
도 1 에 도시된 광전지 셀(10)을 형성하도록, 비결정질 실리콘 합금 물질의 p-유형 층들은 증착 챔버(28) 안에서 기판(11)상으로 증착되고, 비결정질 실리콘 합금 물질의 n-유형 층은 증착 챔버(28) 안에서 진성의 층의 위로 증착된다. 장치(100)는 비결정질 실리콘 합금 물질의 적어도 3 개 층을 기판(11)상으로 연속적으로 증착시키는데, 여기에서 증착 챔버(30) 안에 증착된 진성의 층은 도펀트 또는 도핑용 종(doping species)으로 지칭될 적어도 하나의 요소의 결여에 의해서 증착 챔버(28,32) 안에 증착된 층들과 성분에 있어 상이하다.
기판(11)의 표면상으로 증착된 각각의 층들(그리고 특히 진성의 층)은 고효율의 광전지 장치(10)들을 제조하기 위하여 고순도의 것이어야 한다는 점이 중요하다. 따라서 다른 증착 챔버 안으로 처리 개스의 교차 오염 뿐만 아니라, 기판의 오염 및/또는 손상을 실질적으로 방지하는 것이 필요하다. 종래 기술의 개스 게이트(42)를 통하여 도펀트 증착 챔버(28,32)로부터 진성의 증착 챔버(30)로 처리 개스가 역 확산되는 것을 방지하기 위하여, 미국 특허 제 5,374,313 호에 개시된 바와 같이 p-도펀트 증착 챔버(28)와 n-도펀트 증착 챔버(32)는 진성의 증착 챔버(30) 보다 낮은 내부 압력에서 유지되는데, 상기 미국 특허는 본원에 참고로서 포함된다. 이러한 목적을 위해서, 각각의 증착 챔버에는 자동 쓰로틀 밸브, 펌프 및 압력계(미도시)들이 제공될 수 있다. 각각의 쓰로틀 밸브는 증착 챔버들로부터 과잉 및 소모된 증착 성분들을 비우기 위하여 개별의 펌프에 작동 가능하게 연결된다. 각각의 절대 압력계는 상기 증착 챔버들 안의 압력을 제어하기 위하여 쓰로틀 밸브들중의 개별적인 하나와 개별의 증착 챔버에 작동 가능하게 연결된다. 따라서, 일정한 압력 편차가 근접한 챔버들 사이에 설정되어서 유지된다.
이제 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 격리 통로의 구현예들이 전체적으로 도면 번호 300 및 400 으로 각각 도시되어 있다. 격리 통로는 내부의, 전체적으로 신장된, 실린더(110)로 형성된다는 점이 주목된다. 실린더(110)의 원주 표면은 다양한 재료로 제조될 수 있는데, 알루미늄과 같은 금속, 스테인레스 스틸과 KOVAR(등록상표)와 같은 합금, 또는 도금된 강철 또는 카본/에폭시와 같은 복합체를 포함하지만 그에 제한되는 것은 아니다. 바람직스럽게는, 실린더는 기계 가공 제조의 편의를 위해서 금속으로 제조되며 실린더용으로 선택된 금속은 상부 플레이트(103a), 저부 플레이트(103b), 제 1 측벽(121a) 및 제 2 측벽(121b)을 구비하는 하우징(120)을 제조하는데도 사용됨으로써 열팽창이 일치된다. 바람직스럽게는, 실린더의 원주 표면은 웹과 실린더의 원주 표면 사이에 형성된 공간내에 공기가 포획된 이후에 인접한 챔버들에 진입할 수 있는 상이한 압력의 공기 도입을 최소화시키도록 매끄럽다. 본 발명의 개스 게이트는 열가소성 폴리머와 같은 그 어떤 웹 재료라도 함께 사용될 수 있는데, 이는 폴리카보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리설폰, 셀루로오스 물질등과 같은 것이다. 웹의 두께는 의도된 적용예에 따라서 약 0.05 mm 내지 약 5 mm 인 것이 바람직스럽다. 그러나, 기판 물질은 자기 물질로부터 형성될 수 있으며 기판은 자기적인 인력에 의해서 원주 표면과 접촉되도록 강제될 수 있다.
실린더(110)의 길이는 기판 재료(11)의 웹의 폭에 달려 있는데, 이것은 천이 챔버(101)와 대기 영역(102) 사이를 통과하도록 적합화된다. 실린더(110)의 길이는 적어도 웹(11)의 폭과 같아야 한다. 격리 통로는 하우징을 더 구비하는데, 이것은 전체적으로 도면 번호 120 으로 표시되는 것으로서, 제 1 측벽(121a), 제 2 측벽(121b), 상부 플레이트(103a) 및 저부 플레이트(103b)를 가진다. 실린더(110)는 측벽(121a,121b) 사이에 고정되어서 실린더가 측벽(121a,121b)들 사이의 축을 중심으로 회전될 수 있게 한다. 특히, 기판 재료(11)의 웹은 입구 슬롯(104a)을 통하여 격리 통로로 진입하고 출구 슬롯(104b)을 통하여 통로로부터 배출된다. 상부 플레이트(103a)는 실린더(110)의 상부 외주 부분의 원호에 맞는 형상으로 전체적으로 원호화될 수 있으며 천이 챔버(101)의 벽에 고정된다. 마찬가지로, 저부 플레이트(103b)는 실린더(110)의 저부 외주 부분의 원호에 맞는 형상으로 전체적으로 원호화될 수 있으며 천이 챔버(101)의 벽에 고정된다. 상부 플레이트(103a)는 모든 지점들에서 기판 재료의 웹(11)의 연속적인 표면으로부터 등거리에 있도록 전체적으로 원호화된 형상으로 형성되는데, 기판 재료의 연속적인 표면은 그것이 단단하게 가압되는 실린더(110)의 외주 부분의 윤곽을 취하였다. 도 4 는 본 발명의 격리 통로의 바람직한 구현예를 도시하는데, 여기에서 기판의 웹(11)은 대기 영역(102)으로부터 배기 가능 천이 챔버(101) 안으로 상부 외주 갭(gap)을 통하여 전진되고 있다. 비록 공기는 상부 플레이트와 기판(11) 사이의 갭을 통하여 천이 챔버(101)에 진입할 수 있을지라도, 공기의 양은 갭을 충분히 좁게 유지함으로써 관리될 수 있게 유지된다. 바람직스럽게는, 갭의 폭이 대략 기판 재료의 웹(11)의 폭이어서, 웹이 통과되도록 적합화된다.
증착 캐소드는 웹의 아래에나 또는 웹의 위에 있을 수 있다. 다른 구현예에서, 웹은 실린더의 저부 외주 부분과 저부 플레이트 사이에서 유동하도록 적합화될 수 있는데, 이것은 저부의 외주 갭을 형성한다. 저부 외주 갭은 기판의 웹이 하우징과 접촉되지 않으면서 기판의 웹이 실린더와 접촉을 유지할 수 있도록 충분하게 넓다. 롤러들은 실린더(110)의 저부 외주 부분과 저부 플레이트(103b) 사이에서 웹이 흐르도록 위치된다. 이러한 구현예에서, 저부 플레이트(103b)는 모든 지점에서 기판 재료의 웹의 연속적인 표면으로부터 등거리에 있도록 전체적으로 원호화된 형상으로 형성되는 것이 바람직스러우며, 기판 재료의 웹의 연속적인 표면은 그것이 단단하게 가압되는 저부 외주 부분 실린더(110)의 윤곽을 취하였다. 비록 공기는 저부 플레이트와 기판(11) 사이의 갭을 통하여 천이 챔버(110) 안으로 진입할 수 있을지라도, 공기의 양은 갭을 충분히 좁게 유지함으로써 관리 가능하게 유지될 수 있다.
실린더가 하우징 안에서 회전하는 것에 기인하여, 실린더와 측벽 사이에서 공기의 누설이 발생할 가능성이 존재한다. 바람직한 구현예에서, 공기 누설의 가능성을 감소시키도록, 도 5 에 도시된 바와 같이 O 링(301)이 실린더(110)의 각각의 측부와 각각의 측벽(121a,121b) 사이에 설정될 수 있어서 진공화된 천이 챔버(101) 안으로의 공기의 유입을 최소화시킨다. O 링(301)은 측벽(121a,121b)의 내측 측부와, 그리고 실린더(110)와 접촉되어 유지되도록 설정되어야 한다. 바람직스럽게는, O 링(301)이 TEFLON(등록상표)으로 판매되는 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은, 저마찰, 저마모 재료로 제조되는데, 이는 O 링이 적어도 하나의 움직이는 표면과 접촉하기 때문이다. O 링(301)은 측벽(121a,121b)과 실린더(110) 사이에 시일을 제공할 수 있는 그 어떤 원호형 형상의 장치일 수 있다. 바람직한 구현예에서, U-형상 또는 C 형상의 매끄럽고/폐쇄된 단부가 개별 측부(121a,121b)의 내측 측부와 접촉되면서 U 형상 또는 C 형상의 O 링(301)은 실린더(110)의 각각의 측부와 개별적인 측벽(121a,121b) 사이에 설정된다. C 형상인 O 링 시일(70)의 부분적인 단면은 도 7 에 도시되어 있다. U 형상의 O 링도 사용될 수 있다. 시일의 개구, 즉, U 형상 또는 C 형상의 개방된 단부는 축방향 압력이 개별의 측벽(121a,121b)으로부터 실린더(110)로 제공될 때 자체의 에너지화 효과(self energizing effect)를 완전하게 최대화시키도록 시스템 압력에 직면해야 한다. 시스템 압력은 적어도 하나의 스프링(72)에 의해서 제공될 수 있다. 예를 들면, 적어도 하나의 스프링(72)이, 바람직스럽게는 헬리코이드 스프링(helicoidal spring)이 도 7 에 도시된 바와 같이 실린더(110) 안의 원형의 홈과 U 형상의 개방된 단부 안에 설정되어서 측벽(121b)으로부터 O 링(70) 안으로 실린더(110)를 향하여 제공될 수 있다. 바람직스럽게는, 몇 개의 스프링이 고정 접촉 지점들의 수를 최대화시키도록 포함될 수 있다. 측벽(121)(미도시)과 측벽(121b)은 잠재적인 공기 누설을 최소화시키도록 실린더(110)의 양쪽 측부 상에서 원형의 홈과 O 링을 완전하게 덮도록 설계되어야 한다. 시스템 압력은 개별의 측벽(121a)(미도시)과 측벽(121b)으로부터 실린더에 대하여 O 링(70)을 가압한다. 이것은 몇 개의 스프링들을 실린더(110)의 원주 둘레에 포함시킴으로써 달성될 수 있다.
바람직한 구현예에 있어서, 2 개 세트의 롤러(401a,401b)들은 도 4 에 도시된 바와 같이 웹을 입구 슬롯(104a) 안으로 안내하고 2 개 세트의 롤러(402a,402b)들은 웹(11)을 출구 슬롯(104b)의 밖으로 배출시킨다. 롤러(401a,401b,402a 및 402b)들의 세트는 롤러들과 웹 사이의 접촉 부위를 최소화시키도록 기판(11)의 웹이 각각의 세트들 사이를 통과할 수 있게 적합화된다. 대기의 영역일 수 있는, 제 1 영역내의 제 1 세트의 롤러(401)들은 웹(11)이 풀림 롤(202)과 제 1 세트의 롤러(401a) 사이의 부위에서 장력을 받도록 유지한다. 제 1 영역내의 제 2 세트의 롤러(401b)들은 웹(11)을 제 2 세트의 롤러(401b)들과 입구 슬롯(104b) 사이의 부위에서 장력을 받도록 유지한다. 제 1 세트의 롤러(401a)들과 제 2 세트의 롤러(401b) 사이의 웹(11) 장력은 도 4 에 도시된 바와 같이 입구 슬롯(104a)에 원활하게 진입하기 위한 각도를 만들도록 감소된다. 배기된 천이 챔버일 수 있는 제 2 영역(101) 내의 제 3 세트의 롤러(402a)들은 출구 슬롯(104a)과 제 3 세트의 롤러(402a)들 사이의 부위에서 웹(11)의 장력을 유지한다. 제 2 영역(101)내의 제 4 세트의 롤러(402b)들은 제 4 세트의 롤러(402b)와 증착 챔버로의 입구 사이의 부위에서 웹(11)의 장력을 유지한다. 제 3 세트의 롤러(402a)와 제 4 세트의 롤러(402b)들 사이의 웹(11)의 장력은 도 4 에 도시된 바와 같이 출구 슬롯(104b)으로부터 원활하게 배출되기 위한 각도를 만들도록 감소된다. 기판 재료의 웹(11)에 대한 오염이나 또는 손상을 방지하도록, 웹(11)이 상부 플레이트(103a)와 접촉하지 않고 상부 플레이트(103a)와 실린더(110)의 상부 외주 부분 사이의 갭이 최소화되게끔 각도들이 설정되어야 한다. 갭의 크기는 기판의 두께 및 기판상에 증착되어야 하는 층들의 두께에 달려있다. 본 발명의 개스 게이트는 천이 챔버와 감김 롤 사이에서와 유사한 방식으로 작동될 수 있다는 점이 명백해진다.
롤러(401a,401b,402a,402b)들은 증착 부위와의 접촉을 회피하도록 형성된다. 롤러(401a,401b,402a,402b)들의 가장자리는 웹(11)의 증착 부위와의 접촉을 회피하면서 웹(11)이 시스템을 통하여 원활하게 흘러갈 수 있도록 약간 상승된다. 롤러(401a,401b,402a,402b)들의 내측 부위들은 롤러들이 웹(11)의 가장자리를 쥘 때 웹(11)과 접촉하지 않아서 증착 표면과의 접촉이 회피된다. 바람직스럽게는, 기판의 웹의 일측은 그것이 증착 부위에 진입하거나 또는 그로부터 배출될 때 롤러, 실린더 또는 하우징과 같은 그 어떤 고체의 대상에 의해서 접촉되지 않는다. 이것은 특히 OLED 의 제조를 위해서 중요한데, 이러한 경우에는 기계로 진입하는 웹이 이미 그 위를 접촉할 수 없는 유기 예비 피복(organic pre-coat)을 가질 수 있다.
바람직스럽게는, 상부 플레이트(103)가 모든 지점에서 기판 재료의 웹(11)의 연속적인 표면으로부터 같은 거리이도록 전체적으로 원형의 형상으로 형성되는데, 웹은 그것이 단단하게 가압되는 실린더(110)의 윤곽을 취하였다. 마찬가지로, 저부 플레이트(103)가 바람직스럽게는 모든 지점들에서 실린더(110)의 저부 외주 표면으로부터 등거리에 있도록 전체적으로 원형의 형상으로 형성된다. 저부 플레이트(103b)와 실린더(110)의 저부 외주 표면 사이의 거리에 의해 만들어진 갭이 바람직스럽게는 실린더(110)의 상부 외주 표면과 상부 플레이트(103a) 사이의 갭과 같거나 또는 그보다 적다. 이는 기판 재료의 웹(11)의 두께에 약간 의존하는데, 이는 실린더(110)의 외주 표면 위로 움직인다.
도 3 은 본 발명의 다른 구현예를 도시하며 여기에서 웹(10)은 실린더(110)의 근접한 단부(105a)와 먼 단부(105b)에 위치된 장력 롤러들의 보조로 실린더(110)와 근접하게 접촉되어 유지된다. 실린더의 근접한 단부에 있는 제 1 롤러(105a)는 대기 영역내에 위치된다. 실린더의 먼 단부에 있는 제 2 롤러(105b)는 천이 챔버의 진공내에 위치된다. 기판 재료의 웹(11)은 롤러(105a,105b)들을 회전시킴으로써 발현된 장력에 의하여 실린더(110)의 주위 표면에 대하여 단단하게 유지된다. 롤러(105a,105b)들은 각각의 롤러(105a,105b)들의 저부 외주 표면이 실린더(110)의 상부 외주 표면 아래에 있도록 위치되어, 웹(11)이 제 1 롤러(105a)의 아래로, 실린더(110)의 위로, 그리고 제 2 롤러(105b)의 아래로 전진할 때 장력을 발생시킨다. 장력은 웹(11)을 각각의 롤러(105a,105b)의 저부 주위 표면에 대하여 그리고 실린더(110)의 상부 주위 표면에 대하여 단단하게 유지한다. 웹(11)은 근접한 단부 측의 롤러(105b)가 웹(11)을 실린더의 상부 외주 부분과 하우징(120)의 상부 플레이트(103a) 사이에서 실린더(110)에 원활하게 진입될 수 있도록 위치되면서 천이 진공 챔버(101) 안으로 공급된다. 작은 갭이 실린더(110)의 상부 외주 부분과 하우징(120)의 상부 플레이트(103a) 사이에 만들어진다. 웹(11)은 근접한 단부 롤러(105a)를 지나서 입구 슬롯(104a)으로 진입하고 상부 갭 안으로 안내된다.
도면과 상세한 설명으로부터 이해되어야 하는 바로서, 웹과 롤러들의 위치는 웹이 하나의 영역으로부터 다른 영역으로 실린더의 저부 외주 부분과 저부 플레이트 사이의 저부 외주 갭을 통하여 흐르는 개스 게이트를 만들도록 역전될 수도 있다. 그러나, 상부 갭 구현예들과 저부 갭 구현예들에 대해서도 물리 현상은 같게 유지된다.
웹이 저부 외주 갭을 통하여 흐르는 구현예에 있어서, 2 개의 롤러들중 제 1 것은 웹을 대기 영역일 수 있는 제 1 의 영역으로부터 저부 주위 갭을 통하여 입구 슬롯 안으로 안내하도록 적합화될 수 있으며 2 개 세트의 롤러들은 저부 외주 갭으로부터, 진공화된 천이 챔버일 수 있는 제 2 영역으로 출구 슬롯의 밖으로 안내한다. 롤러들의 세트들은 기판의 웹이 롤러들과 웹 사이의 접촉 부위를 최소화시키도록 각각의 세트 사이에서 기판의 웹이 통과될 수 있도록 적합화된다. 제 1 영역내의 제 1 세트의 롤러들은 풀림 롤과 제 1 세트의 롤러들 사이의 부위에서 웹의 장력을 유지한다. 제 1 영역내의 제 2 세트의 롤러들은 제 2 세트의 롤러들과 저부 외주 갭의 입구 슬롯 사이의 부위에서 웹의 장력을 유지한다. 제 1 세트의 롤러들과 제 2 세트의 롤러들 사이의 웹 장력은 저부 외주 갭의 입구 슬롯에 원활하게 진입하기 위한 각도를 만들도록 감소된다. 제 2 영역내의 제 3 세트의 롤러들은 저부 외주 갭의 출구 슬롯과 제 3 세트의 롤러들 사이의 부위에서 웹 장력을 유지한다. 제 2 영역내의 제 4 세트의 롤러들은 제 4 세트의 롤러들과 증착 챔버로의 입구 사이의 부위에서 웹 장력을 유지한다. 제 3 세트의 롤러들과 제 4 세트의 롤러들 사이의 웹 장력은 출구 슬롯으로부터 원활하게 배출되기 위한 각도를 만들도록 감소된다. 기판 재료의 웹에 대한 오염 또는 손상을 방지하도록, 웹은 저부 플레이트와 접촉하지 않으며 저부 플레이트와 실린더의 저부 외주 부분 사이의 갭은 최소화된다. 갭의 크기는 기판의 두께 및 기판상에 증착되어야 하는 층들의 두께에 달려있다. 상세한 설명으로부터 명백한 바로서 본 발명의 개스 게이트는 장력 챔버와 감김 롤 사이에서와 유사한 방식으로 작동할 수 있다.
웹이 실린더의 저부 외주 부분과 저부 플레이트 사이의 저부 갭을 통하여 흐르는 본 발명의 다른 구현예에 있어서, 웹은 실린더의 근접한 단부와 멀리 있는 단부에 모두 위치된 장력 롤러들의 보조로써 실린더에 근접하게 접촉되어 유지된다. 실린더의 근접한 단부에 있는 제 1 롤러는 대기 영역내에 위치하며 실린더의 멀리 있는 단부에 있는 제 2 롤러는 진공의 천이 챔버 안에 위치된다. 기판 재료의 웹은 회전 롤러에 의해 발생된 장력에 의해 실린더의 저부 외주 표면에 대하여 단단하게 유지된다. 각각의 롤러의 상부 외주 표면이 실린더의 저부 외주 표면 위에 있도록 롤러들이 위치되는데, 이것은 웹이 제 1 의 롤러 위로, 실린더의 아래로, 그리고 제 2 롤러의 위로 전진할 때 장력을 발생시킨다. 장력은 웹을 각각의 롤러의 외주 표면과 실린더의 저부 외주 표면에 대하여 단단하게 유지한다. 실린더의 저부 외주 부분과 하우징의 저부 플레이트 사이에서 웹이 실린더에 원활하게 진입할 수 있도록 근접한 단부측의 롤러가 위치되어 있으면서 웹이 천이 진공 챔버 안으로 공급될 수 있다. 작은 갭이 실린더의 저부 외주 부분과 하우징의 저부 플레이트 사이에 만들어진다. 웹은 근접한 단부의 롤러를 지나서 저부 갭의 입구 슬롯으로 들어가며 저부 갭 안으로 안내된다.
이제 도 5를 참조하면, 본 발명의 격리 통로(100)의 내측 실린더형 드럼(110)의 단면도가 그것의 원주 표면을 가장 잘 나타내도록 도시되었다. 특히, 실린더(110)는 원주상의 표면을 구비하는데, 기판 재료의 웹(11)은 원주상의 표면 일부에 대하여 연속적으로 접촉하도록 강제된다. 원주 표면의 길이는 웹(11)의 전체 폭이 원주상의 표면과 접촉하도록 적어도 그것에 대하여 통과하는 기판 재료(11)의 웹의 폭만큼 넓어야 한다. 비록 도시되지는 않았지만, 드럼(110)의 회전이 웹 구동 조립체의 중간에 기판 재료의 웹(11)에 장력을 제공하도록 사용될 수 있도록 구동 시스템은 실린더(110)의 회전을 제공하도록 채용될 수 있다. 이제 기판 재료의 웹(11) 위에 배치될 수 있는 팽팽한 장력 때문에, 웹(11)의 휘어짐과 카누화(canoeing)가 거의 완전하게 제거됨으로써 통로 개구의 전체 높이가 감소될 수 있어서 천이 챔버(101) 안의 진공 압력의 가능성이 수용 불가의 수준으로 상승되는 가능성을 감소시킨다.
또한 주목되어야 하는 바로서, 도 3 에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기판 재료의 웹(11)이 회전 롤러(105a,105b)의 원주의 일부와 원형으로 형상화된 실린더(110)의 둘레를 감싸고 있는 접선의 방식 때문에 기판 재료의 웹(11)은 회전하는 롤러(105a,105b)에 대한 각도로 입구 슬롯 안으로 가져올 수 있거나 또는 출구 슬롯으로부터 배출될 수 있다. 기판 재료의 웹(11)에 대한 오염 또는 손상을 방지하도록, 웹이 상부 플레이트(103a)와 접촉하지 않고 그리고 상부 플레이트(103a)와 실린더(110)의 상부 주위 부분 사이의 갭이 최소화되게끔 각도가 설정되어야 한다.
천이 챔버의 저부면상에, 밸브와 챔버를 배기시키는 수단이 연결되어서 도 3 및 도 4 에 도시된 바와 같이 천이 챔버 안의 압력을 감소시킬 수 있게 한다. 챔버를 배기시키는 수단은 배기 가능한 챔버의 압력을 낮출 수 있는 확산 펌프 또는 그 어떤 다른 장치와 같은 진공 펌프일 수 있다. 공기는 갭을 통하여 유동하므로, 그것의 압력은 감소되며 결과적으로 공기의 속도는 증가한다. 속도가 음속에 가까워질 때, 상부 플레이트(103a)와 실린더(110)의 상부 주위 부분 사이의 갭의 개스 전도성은 "초크(choke)"되며, 챔버 진공 압력에서의 그 어떤 감소도, 본원에 참고로서 포함되는 Doehler 등에 허여된 미국 특허 제 5,374,313 호에 설명된 바와 같이 공기 유동에서 더 이상 증가를 초래하지는 않는다. 하나는 실린더의 상부 주위 표면에 있고 제 2 의 것은 실린더의 저부 외주 표면에 있으며, 폭(전형적인 웹의 폭)이 12 인치이고, 높이가 0.001 인치이며, 1 피트 직경 실린더의 원주의 약 1/4 인 10 인치 길이인 한쌍의 갭들이 있다면, 전도성은 대략 0.4 토르(Torr) 아래의 압력에서 초크된다. 0.4 토르 및 그 아래에서, 천이 챔버의 펌프상의 공기 누설에 기인한 개스 부하는 약 200 sccm 이다. 그러한 개스 부하는 파라메터들을 감안하면 합리적이며 확산 펌프와 같은 상기 천이 챔버를 배기시키기 위한 적어도 하나의 수단에 의해 상쇄(offset)된다. 즉, 여기에 설명된 신규한 발명은 웹을 대기 압력으로부터 밀리토르(millitorr) 압력의 체제로, 즉, 약 0.001 토르에서 약 0.01 토르로 단일의 단계에서 취할 수 있다.
개스 부하는 하우징과 실린더의 원주 표면 사이에서 유지될 수 있는 갭에 많이 달려 있다. 다른 구현예에서, 갭들은 두께가 0.002 인치이다. 이것은 개스 부하를 대략 1600 sccm 으로 증가시킨다. 이러한 구현예에서, 천이 챔버를 배기시키기 위한 2 개의 수단들이 밀리토르 영역을 달성하고 유지하도록 포함될 수 있다. 부가적으로, 보다 많은 확산 펌프들이 주어진 갭을 가진 주어진 시스템의 필요성을 충족시키도록 포함될 수 있다. 주어진 예들이 제한적이 아니라는 점은 명백하다. 웹 폭의 범위, 갭 폭의 범위, 실린더 직경의 범위 및 천이 챔버 안의 압력의 범위는, 시스템의 기본적인 물리 현상이 천이 챔버로 하여금 대기 영역 아래의 일정한 압력으로, 바람직스럽게는 약 0.01 토르 및 그 아래로, 가장 바람직스럽게는 약 0.001 토르 내지 약 0.01 토르인 밀리토르의 영역으로 유지될 수 있게 한다면 그 어떤 레벨로도 설정될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 실린더의 측부를 따르는 공기의 누설은 밀리토르 체제를 달성하고 유지하도록 제어될 필요가 있을 수 있다. O 링은 실린더의 각각의 측부의 외측 링 내측에 설정될 수 있어서 그러한 부분 안에 위치된 공기 갭의 폭을 제한한다. 이것은 실린더가 베어링과 기계적인 구동 시스템을 공기중에 가지도록 할 수 있다. 누설 밀폐 시일이 환경과 개스 게이트의 실린더의 가장자리 부분들 사이에 제공되는 것이 필수적이다. 본원에 참조로서 포함되는 1988 년 2 월 9 일자의 Ovshinsky 등에 허여된 미국 특허 제 4,723,507 호에 설명된 바와 같은, 단부 시일들이 본 발명의 개스 게이트와 함께 사용되도록 포함된다. 각각의 단부 시일들은 실질적으로 E 형상의 단면 형상과 함께 전체적으로 고리형으로 형성되어 있다. E 형상인 외측 단부 시일의 반경상 최외측 바이트 부분(bite portion)은 그 안으로 캡슐화된 벽을 수용하도록 적합화되는 반면에, E 형상화 시일의 반경상 최내측 바이트 부분은 그 안으로 신장된 실린더의 외주 가장자리를 수용하도록 적합화된다. 최내측의 작은 형상화 부분의 반경상 최내측 벽과 최외측 바이트 부분의 반경상으로 최외측 부분은 모두 이격된 O 링을 수용하도록 톱니 모양으로 될 수 있다. 펌프들은 대기로부터 진공화된 천이 챔버의 안으로 오염물의 도입을 방지하도록 E 형상화 시일의 상부와 하부의 바이트 부분들 안의 각각의 쌍을 이룬 O 링들 사이 공간으로부터 그 어떤 확산 개스들이라도 배기시키도록 작동 가능하게 배치되고 적합화될 수 있다.
다른 구현예에서, 본 발명의 개스 게이트는 자기적으로 유인될 수 있는 기판을 통로를 통하여 정확하고 안전하게 안내하도록 자기 롤러들을 채용한다. 자기 롤러들은 기판의 마찰 마모를 감소시킨다.
다음에 본 발명의 개스 게이트의 물리/기계적 현상에 대한 개략적인 설명이 이어진다. 도 6 은 세로 좌표상에 표시된 천이 챔버의 압력과 가로 좌표상에 표시된 공기/개스의 갭(gap) 안의 유량 사이의 관계에 대한 도식화된 도면이다. 상기 그래프를 숙고함으로써 알 수 있는 바로서, 천이 챔버 안의 압력이 대기 영역(Po) 안의 압력과 같을 때, 갭 안에는 공기/개스의 유동이 없다. 천이 챔버 안의 압력이 강하할 때, 갭 안의 개스가 음속이 되는 지점까지, 공기/개스의 유동이 증가된다. 이러한 임계 압력은 Pc 로 표시되어 있으며 이러한 압력에서의 유량은 Fmax 로 표시되어 있다. 임계 압력을 지나는 천이 챔버 압력에서의 그 어떤 더 이상의 감소라도 갭을 통하여 공기/개스의 유량을 증가시키지는 않을 것이다.
이러한 임계 압력보다 낮은 압력에서, 시스템의 공기/개스 유동들이 잠기게 되며, 천이 챔버 안의 압력이 얼마나 낮게 감소되는가에 무관하게 증가하지 않을 것이다. 이것은 갭 안의 공기/개스의 상대적인 속도와 천이 챔버 안에서의 압력의 교란에 대한 고려에 의해서 나타낼 수 있다. 공기/개스의 압력 교란(음향, 압력 강하등)은 그러한 공기/개스에서의 "음속"으로 공기/개스 안에서 이동한다. 따라서, 천이 챔버 안에서의 그 어떤 압력의 변화도 갭들을 통하여 음속으로 전달된다. 그러나, Pc 아래의 천이 챔버 압력들에서, 갭 안의 공기/개스의 유량은 음속에 가깝다. 따라서, 압력 교란은 갭 안에서 결코 상류로 전파되지는 않을 것이다. 따라서, 천이 챔버 안의 그 어떤 더 이상의 압력의 감소라도 (즉, 압력 교란이라도) 상류로 소통되지 않을 것이며 따라서 갭 안의 공기/개스 유량은 Fmax 에 잠긴다. 또한 일단 시스템의 유량이 잠기게 되면, 갭들 안의 압력은 항상 Pc 보다 항상 크거나 또는 같다는 점을 알 수 있다. 이처럼 잠긴 유동 모드(locked flow mode)는 또한 초크 모드(choked mode)로 불리운다.
본 발명은 도시된 구현예의 바로 그 구조에 제한되는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다. 이는 본원의 바람직한 구현예들에 대한 상기의 설명이 본 발명을 제한하는 것이라기 보다는 하나의 예시로서 간주되는 것을 의도하는 것이다. 본 발명의 범위를 한정하도록 의도된 것은 모든 균등물을 포함하는 다음의 청구 범위이다.
본 발명은 다양한 용도로 사용될 수 있는 기판의 증착용으로 이용될 수 있다.

Claims (66)

  1. 개스 압력을 가지는 제 1 영역과 기체 압력을 가지는 제 2 영역을 연결하는 장치로서, 상기 제 1 영역의 개스 압력은 상기 제 2 영역의 기체 압력과 상이하고, 상기 장치는,
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역을 연결하는 개스 게이트로서, 상기 개스 게이트는 하우징 안에 설정된, 상부 외주 부분과 저부 외주 부분을 가진 실린더를 구비하고, 하우징을 통하여 기판 재료의 웹이 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 움직이도록 적합화되며, 상기 웹은 상기 실린더의 상부 외주 부분과 접촉을 유지하여 상기 웹과 상기 하우징 사이에 상부 갭을 만드는, 개스 게이트;
    상기 웹을 상기 상부 갭 안으로 안내하도록 적합화되는, 상기 제 1 의 영역내에 위치된 적어도 하나의 롤러;
    상기 웹을 상기 상부 갭 밖으로 안내하도록 적합화되는 상기 제 2 영역내에 위치된 적어도 하나의 롤러; 및
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역들중 적어도 하나를 배기시키기 위한 적어도 하나의 수단;을 구비하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트를 가지고, 상기 실린더는 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 상부 플레이트의 윤곽은 상기 실린더의 상부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 저부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 저부 플레이트의 윤곽은 상기 실린더의 저부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 1 측벽과 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 2 측벽을 가지며, 상기 실린더는 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이의 축을 중심으로 회전하도록 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기판 재료의 웹과 접촉하는 상기 실린더의 원주 표면은 낮은 마찰의 낮은 열전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더의 원주 표면은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 도금된 스틸 및 보로실리케이트(borosilicate) 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    기판 재료는 폴리카보네이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리설폰 및 셀루로오스 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역들중 하나는 약 0.001 토르 내지 약 0.01 토르의 압력으로 배기되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    배기를 위한 상기 적어도 하나의 수단은 적어도 하나의 확산 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 모든 지점에서 상기 웹으로부터 같은 거리이며, 상기 상부 갭은 상기 웹과 상기 상부 플레이트 사이에서 균일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 영역의 롤러는 하나의 제 1 영역 롤러를 구비하고, 상기 하나의 제 1 영역은 웹이 상기 상부 플레이트와 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 웹을 상기 갭 안으로 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 영역 롤러는 하나의 제 2 영역 롤러를 구비하고, 상기 하나의 제 2 영역 롤러는 웹이 상기 상부 플레이트와 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 웹을 상기 갭의 밖으로 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 영역 롤러는 제 1 세트의 롤러들과 제 2 세트의 롤러들을 구비하고,
    상기 웹은 상기 제 1 세트의 각각의 롤러와 상기 제 2 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 1 및 제 2 세트들의 각각의 롤러는 상기 웹을 상기 갭 안으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과 접촉되어 유지되고,
    상기 제 1 세트와 상기 제 2 세트 사이의 웹 장력에서의 감소는 상기 상부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분하게 상기 웹에서의 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 영역 롤러는 제 3 세트의 롤러 및 제 4 세트의 롤러들을 구비하고,
    상기 웹은 상기 제 3 세트의 각각의 롤러와 상기 제 4 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 3 및 제 4 세트의 각각의 롤러는 상기 웹을 상기 갭의 밖으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과 접촉을 유지하고,
    상기 제 3 세트와 상기 제 4 세트 사이의 웹 장력에서의 감소는 상기 상부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분하게 상기 웹에서의 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제 2 항에 있어서,
    상기 상부 갭은 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 상부 갭 공기 누설을 야기하고 상기 실린더의 상기 저부 외주 부분과 상기 저부 플레이트 사이의 저부 갭은 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 저부 갭 공기 누설을 야기하며, 상기 개스 게이트는:
    상기 갭들의 각각의 높이는 약 0.001 인치이고, 상기 웹의 폭은 약 12 인치이고, 상기 실린더의 직경은 약 1 피트이고 상기 밀리토르의 압력은 최대 0.4 토르이고, 배기를 위한 상기 수단에서의 개스 부하는 약 200 SCCM 이고, 그에 의해서 공기 누설의 초크 모드인 음속에 가까운 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 기판 재료의 웹을 대기 영역으로부터 진공 챔버 안으로 연속적으로 움직이기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    상기 진공 챔버를 대기 압력 이하로 배기시키기 위한 수단;
    상기 대기 영역을 상기 진공 챔버와 연결시키는 개스 게이트로서, 상기 개스 게이트는, 하우징 안에 설정된 상부 외주 부분을 가진 실린더를 구비하고, 하우징을 통하여 기판 재료의 웹이 상기 대기 영역과 상기 진공 챔버 사이에서 움직이도록 적합화되고, 상기 웹은 상기 웹과 상기 하우징 사이에서 갭을 만들도록 상기 실린더의 상부 외주 부분과 접촉을 유지하는, 개스 게이트;
    상기 대기 영역 안에 위치된 제 1 롤러로서, 상기 제 1 롤러는 상기 웹을 상기 갭 안으로 안내하도록 적합화되고; 그리고
    상기 진공 챔버의 내측에 위치된 제 2 롤러로서, 상기 제 2 롤러는 상기 웹을 상기 갭의 밖으로 안내하도록 적합화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트를 가지고, 상기 실린더는 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 상부 플레이트 윤곽은 상기 실린더의 상부 외주 부분의 원호와 대략 같게 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 저부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 저부 플레이트 윤곽은 상기 실린더의 저부 주위 부분의 원호와 대략 같게 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 1 측벽 및 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 2 측벽을 가지고, 상기 실린더는 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이의 축을 중심으로 회전하도록 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제 17 항에 있어서,
    기판 재료의 웹과 접촉하는 상기 실린더의 원주 표면은 낮은 마찰의, 낮은 열전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 실린더의 원주 표면은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 도금된 스틸 및 보로실리케이트 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    기판 재료는 폴리카보네이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리설폰 및 셀루로오스 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 배기시키기 위한 수단은 상기 진공 챔버를 약 0.001 토르 내지 약 0.01 토르의 압력으로 배기시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 진공 챔버를 배기시키는 상기 배기시키기 위한 수단은 확산 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 19 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 모든 지점들에서 상기 웹으로부터 등거리에 있으며, 상기 갭은 상기 웹과 상기 상부 플레이트 사이에서 균일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 롤러는 상기 상부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 웹을 상기 갭 안으로 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 2 롤러는 상기 상부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 갭의 밖으로 상기 웹을 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 기판 재료의 웹을 대기 영역으로부터 진공 챔버 안으로 연속적으로 움직이기 위한 장치로서, 상기 장치는:
    배기 가능한 진공 챔버;
    상기 진공 챔버를 대기 압력 이하로 배기시키기 위한 수단;
    상기 대기 영역과 상기 진공 챔버를 상호 연결시키는 개스 게이트로서, 상기 개스 게이트는 하우징 안에 설정된 상부 외주 부분을 가지는 실린더를 구비하고 하우징을 통하여 기판 재료의 웹이 상기 대기 영역과 상기 진공 챔버 사이에서 움직이도록 적합화되며, 상기 웹은 상기 웹과 상기 하우징 사이에서 갭을 만들도록 상기 실린더의 상부 외주 부분과의 접촉을 유지하는, 개스 게이트;
    제 1 세트의 롤러 및 제 2 세트의 롤러;를 구비하고;
    상기 웹은 상기 제 1 세트의 각각의 롤러와 상기 제 2 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 1 및 제 2 세트들의 각각의 롤러는 상기 웹을 상기 갭 안으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과 접촉을 유지하고,
    상기 제 1 세트와 제 2 세트 사이에서 웹 장력의 감소는 상기 하우징과의 웹 접촉을 회피하기에 충분하게 상기 웹에서의 입구 각도를 만들고,
    상기 웹은 상기 제 3 세트의 각각의 롤러와 상기 제 4 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 3 및 제 4 세트들의 각각의 롤러는 상기 웹을 상기 갭의 밖으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과의 접촉을 유지하고,
    상기 제 3 세트와 상기 제 4 세트 사이의 웹 장력의 감소는 상기 하우징과의 웹 접촉을 회피하기에 충분하게 상기 웹에서의 배출 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트를 가지고, 상기 실린더는 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 상부 플레이트 윤곽은 상기 실린더의 상부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  33. 제 31 항에 있어서,
    상기 저부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 저부 플레이트의 윤곽은 상기 실린더의 저부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 1 측벽과 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 2 측벽을 가지고, 상기 실린더는 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이의 축을 중심으로 회전하도록 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  35. 제 30 항에 있어서,
    기판 재료의 웹과 접촉하는 상기 실린더의 원주 표면은 낮은 마찰의, 낮은 열전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  36. 제 30 항에 있어서,
    상기 실린더의 원주 표면은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 도금된 스틸 및 보로실리케이트 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
  37. 제 30 항에 있어서,
    기판 재료는 폴리카보네이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리설폰 및 셀루로오스 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  38. 제 30 항에 있어서,
    상기 배기시키기 위한 수단은 상기 진공 챔버를 약 0.001 토르 내지 약 0.01 토르의 압력으로 배출시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  39. 제 30 항에 있어서,
    상기 진공 챔버를 배기시키는 상기 배기시키기 위한 수단은 확산 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  40. 제 31 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 모든 지점들에서 상기 웹으로부터 등거리에 있으며, 상기 갭은 상기 웹과 상기 상부 플레이트 사이에서 균일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  41. 제 1 항에 있어서,
    상기 실린더의 단부들은 고리형으로 형상화된 단부 시일에 의해 누설 방지되는 것을 특징으로 하는 장치.
  42. 제 41 항에 있어서,
    각각의 단부 시일들은 한쌍의 이격된 O 링들을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  43. 제 42 항에 있어서,
    펌프는 각각의 O 링들 사이의 공간을 배기시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  44. 개스 압력을 가지는 제 1 영역과 개스 압력을 가지는 제 2 영역을 연결하는 장치로서, 상기 제 1 영역의 개스 압력은 상기 제 2 영역의 개스 압력과 상이하고, 상기 장치는:
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역을 연결하는 개스 게이트로서, 상기 개스 게이트는 하우징 안에 설정된, 상부 외주 부분과 저부 외주 부분을 가지는 실린더를 구비하고, 하우징을 통하여 기판 재료의 웹이 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 움직이도록 적합화되고, 상기 웹은 상기 웹과 상기 하우징 사이에서 저부 갭을 만들도록 상기 실린더의 저부 외주 부분과 접촉을 유지하는, 개스 게이트;
    상기 웹을 상기 저부 갭 안으로 안내하도록 적합화된, 상기 제 1 영역내에 위치된 적어도 하나의 롤러;
    상기 웹을 상기 저부 갭의 밖으로 안내하도록 적합화된, 상기 제 2 영역내에 위치된 적어도 하나의 롤러; 및
    상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역들중 적어도 하나를 배기시키기 위한 적어도 하나의 수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 하우징은 상부 플레이트와 저부 플레이트를 가지며, 상기 실린더는 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 상부 플레이트 윤곽은 상기 실린더의 상부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  47. 제 45 항에 있어서,
    상기 저부 플레이트는 윤곽을 가지고, 상기 저부 플레이트의 윤곽은 상기 실린더의 저부 외주 부분의 원호와 대략 같도록 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  48. 제 45 항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 1 측벽과 상기 상부 플레이트와 상기 저부 플레이트 사이의 제 2 측벽을 가지고, 상기 실린더는 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이의 축을 중심으로 회전하도록 상기 제 1 측벽과 상기 제 2 측벽 사이에 설정되는 것을 특징으로 하는 장치.
  49. 제 44 항에 있어서,
    기판 재료의 웹과 접촉하는 상기 실린더의 원주 표면은 낮은 마찰의, 낮은 열전도성 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
  50. 제 44 항에 있어서,
    상기 실린더의 원주 표면은 알루미늄, 스테인레스 스틸, 도금된 스틸 및 보로실리케이트 유리로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 장치.
  51. 제 44 항에 있어서,
    기판 재료는 폴리카보네이트, 폴리 메틸 메타크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리에스터, 폴리 비닐 클로라이드, 폴리설폰 및 셀루로오스 물질로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
  52. 제 44 항에 있어서,
    상기 배기시키기 위한 상기 적어도 하나의 수단은 상기 천이 챔버를 약 0.001 토르 내지 약 0.01 토르의 압력으로 배기시키는 것을 특징으로 하는 장치.
  53. 제 44 항에 있어서,
    상기 천이 챔버를 배기시키기 위한 상기 적어도 하나의 수단은 확산 펌프인 것을 특징으로 하는 장치.
  54. 제 46 항에 있어서,
    상기 저부 플레이트는 모든 지점들에서 상기 웹으로부터 등거리에 있으며, 상기 상부 갭은 상기 웹과 상기 상부 플레이트 사이에서 균일한 거리를 유지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  55. 제 45 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 영역 롤러는 하나의 제 1 영역 롤러를 구비하고, 상기 하나의 제 1 영역 롤러는 상기 웹을 상기 저부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 갭 안으로 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  56. 제 45 항에 있어서.
  57. 제 45 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 영역 롤러는 하나의 제 2 영역 롤러를 구비하고, 상기 하나의 제 2 영역 롤러는 상기 저부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 회피하기에 충분한 각도로 상기 갭의 밖으로 상기 웹을 안내하는 것을 특징으로 하는 장치.
  58. 제 45 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 영역 롤러는 제 1 세트의 롤러들과 제 2 세트의 롤러들을 구비하고,
    상기 웹은 상기 제 1 세트의 각각의 롤러와 상기 제 2 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 1 및 제 2 세트의 각각의 롤러는 상기 웹을 상기 저부 갭 안으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과 접촉을 유지하고,
    상기 제 1 세트와 상기 제 2 세트 사이의 웹 장력의 감소는 상기 저부 플레이트와 웹이 접촉하는 것을 방지하기에 충분하게 상기 웹에서의 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
  59. 제 45 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 2 영역 롤러는 제 3 세트의 롤러들과 제 4 세트의 롤러들을 구비하고,
    상기 웹은 상기 제 3 세트의 각각의 롤러와 상기 제 4 세트의 각각의 롤러 사이에서 움직이도록 적합화되고,
    상기 제 3 및 제 4 세트의 각각의 롤러는 상기 웹이 상기 저부 갭 밖으로 움직이기에 충분하게 상기 웹과의 접촉을 유지하고,
    상기 제 3 세트와 상기 제 4 세트 사이의 웹 장력의 감소는 상기 저부 플레이트와 웹이 접촉되는 것을 회피하기에 충분하게 상기 웹에서의 각도를 만드는 것을 특징으로 하는 장치.
  60. 제 45 항에 있어서,
    상기 저부 갭은 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 저부 갭 공기 누설을 야기하고 상기 실린더의 상기 저부 외주 부분과 상기 상부 플레이트 사이의 상부 갭은 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역 사이에서 상부 갭 공기 누설을 야기하며, 상기 개스 게이트는:
    상기 갭들의 각각의 높이는 약 0.001 인치이고, 상기 웹의 폭은 약 12 인치이고, 상기 실린더의 직경은 약 1 피트이고 상기 밀리토르의 압력은 최대 0.4 토르이고, 배기를 위한 상기 수단에서의 개스 부하는 약 200 SCCM 이고, 그에 의해서 공기 누설의 초크 모드인 음속에 가까운 유동을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  61. 제 48 항에 있어서,
    제 1 측벽과 실린더 사이에 제 1 의 O 링 세트를 더 구비하고, 상기 제 1 의 O 링은 제 1 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터 공기의 유입을 감소시키도록 적합화되고, 제 2 측벽과 실린더 사이에 제 2 의 O 링 세트를 더 구비하고, 상기 제 2 의 O 링은 제 2 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터 공기의 유입을 감소시키도록 적합화되는 것을 특징으로 하는 장치.
  62. 제 61 항에 있어서,
    상기 제 1 의 O 링은 제 1 의 압력을 수용하도록 적합화된 제 1 의 C 형상인 O 링을 구비하고, 상기 제 1 의 압력은 실린더에 대하여 상기 제 1 의 C 형상인 O 링을 가압하고, 상기 제 2 의 O 링은 제 2 의 압력을 수용하도록 적합화된 제 2 의 C 형상인 O 링을 구비하고, 상기 제 2 의 압력은 상기 제 2 의 C 형상인 O 링을 실린더에 대하여 가압하는 것을 특징으로 하는 장치.
  63. 제 62 항에 있어서,
    상기 제 1 의 압력은 제 1 의 측벽과 제 1 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 1 스프링을 구비하고, 상기 제 2 의 압력은 제 2 의 측벽과 제 2 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 2 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
  64. 제 5 항에 있어서,
    제 1 의 측벽과 실린더 사이에 설정된 제 1 의 O 링을 더 구비하고, 상기 제 1 의 O 링은 제 1 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터 공기의 유입을 감소시키도록 적합화되며 제 2 측벽과 실린더 사이에 설정된 제 2 의 O 링을 더 구비하고, 상기 제 2 의 O 링은 제 2 의 측벽과 실린더 사이의 공간으로부터 공기의 유입을 감소시키도록 적합화된 것을 특징으로 하는 장치.
  65. 제 64 항에 있어서,
    상기 제 1 의 O 링은 제 1 의 압력을 수용하도록 적합화된 제 1 의 C 형상인 O 링을 구비하고, 상기 제 1 의 압력은 실린더에 대하여 상기 제 1 의 C 형상인 O링을 가압하고, 상기 제 2 의 O 링은 제 2 의 압력을 수용하도록 적합화된 제 2 의 C 형상인 O 링을 구비하고, 상기 제 2 의 압력은 실린더에 대하여 상기 제 2 의 C 형상인 O 링을 가압하는 것을 특징으로 하는 장치.
  66. 제 65 항에 있어서,
    상기 제 1 의 압력은 제 1 측벽과 제 1 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 1 스프링을 구비하고, 상기 제 2 의 압력은 제 2 측벽과 제 2 의 O 링 사이에 설정된 적어도 하나의 제 2 스프링을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
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