KR20100041171A - 일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버 - Google Patents

일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버는 기판의 필름에 부착된 이물질을 제거하는 전처리 공정을 수행하는 제1 챔버; 및 상기 필름 위에 물질을 증착하는 공정을 수행하는 제2 챔버를 구비하되, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 각각의 상기 필름은 각각 제1 롤러 시스템 및 제2 롤러 시스템에 의해 연속적으로 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 각각의 작업 영역으로 이송되며, 상기 제1 챔버는 상기 제2 챔버에 대해서 서로 대향하여 마주보며 경계를 형성하는 격벽(partition)을 통해 상기 제2 챔버와 부착되어 있는 일체형의 스퍼터 챔버를 제공함으로써, 일체형 챔버를 제작, 유지, 보수하는데 종전에 비해 적은 비용이 소모 될 뿐 아니라, 챔버 크기를 줄임으로써 작업 면적을 효율적으로 이용할 수 있으며, 탈 부착 가능한 Rewinding Roller 와 Unwinding Roller를 바닥면에서 1m 내지 1.5 m 내외의 높이로 설치함으로써, 유지, 보수 작업을 할 때 종전의 크레인(crane)을 사용하지 않고 곧바로 작업이 가능하여 후속 공정을 신속히 처리할 수 있는 장점이 있다.
롤-투-롤(roll-to-roll), 챔버, 스퍼터, 일체형, 작업면적

Description

일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버{A SINGLE BODY ROLL-TO-ROLL SPUTTER CHAMBER}
본 발명은 롤-투-롤 스퍼터 챔버에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 필름에 부착된 이물질을 세정하는 전처리 공정을 하는 제1 챔버와 필름 위에 스퍼터링에 의해 ITO를 비롯한 투명도전성, 금속, 질화물, 산화 물질을 증착하는 공정을 하는 제2 챔버가 일체형으로 부착된 일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버에 관한 것이다.
최근 디스플레이 및 태양전지의 급격한 기술 발전과 더불어 가볍고 휘어지면서 소자의 특성이 그대로 유지되는 플렉시블(flexible) 디스플레이와 플렉시블 태양전지에 대한 관심이 날로 증가되고 있다. 플렉시블 디스플레이 및 태양전지가 지향하고 있는 저가, 고속의 대량생산을 위해서는 기존의 유리 기판을 근간으로 하는 Batch 타입의 공정이 아닌 연속공정에 의한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 공정이 필수적이다. 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 공정이란 플렉시블 디스플레이나 태양전지 제작에 사용되는 PET, PEN, PES와 같은 고분자 기판을 Unwinding/Rewinding roller를 통해 풀거나 되 감아주면서 박막의 성막을 수행하는 공정으로 차세대 플렉시블 광전소자용 고속, 대량 생산방법으로 많은 연구가 진행되고 있다.
도 1은 종래의 기판의 필름의 이물질을 제거하는 전처리 챔버를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 전처리(preprocessing) 챔버는 Unwinding Roller(110), Rewinding Roller(120), 복수개의 roller(131a~135a, 131b~135b), 및 드럼(Drum, 150)을 구비한 Roller system, 적외선 히터(IR Heater, 140a, 140b), Poly Cold(미도시), 저진공 펌프로 Rotary Pump (미도시), Booster Pump(미도시)를 포함한다.
상기 Roller system은 Unwinding Roller(110)과 Rewinding Roller(120)의 회전운동에 의해 필름을 풀거나(Unwinding), 감도록(Rewinding) 하며, 일정 간격으로 배열된 복수개의 롤러(131a~135a, 131b~135b)를 통해 필름을 연속적으로 적외선 히터(140a, 140b)나 드럼(150) 등 각각의 해당 작업 영역으로 이송 한다. 상기 적외선 히터(140a, 140b)의 히팅(Heating)과 저진공 펌프의 펌핑(pumping) 동작에 의해 필름 표면에 부착된 가스(gas) 또는 수분 등의 이물질을 제거한다.
상기 드럼(150)은 원형의 형태로 되어 있고, 원형의 둘레에 복수개의 롤러(135a, 135b)를 부착하여 기판의 이송을 원할히 하게 함으로써 필름(film)의 시프트(shift)를 방지한다.
상기 필름의 세정작업이 완료되면, 작업자는 수작업에 의해 Rewinding Roller(120)에 감긴 필름을 수거하여 후속 공정을 위해 프로세스 챔버(200)로 이송 한 후 프로세스 챔버의 Unwinding Roller(210)에 필름을 장착해야 하는 후속 작업을 필요로 한다. 이때 전처리 챔버(100)와 프로세스 챔버(200)는 각각 별도로 분리되어 있어서 유지, 보수하는데 많은 비용이 소모 될 뿐 아니라, 연속적인 공정을 진행하는 데 있어 작업면적의 효율성 저하 및 수작업에 의한 시간의 손실로 인해 공정이 지연되는 문제가 발생 된다.
도 2는 종래의 필름 위에 스퍼터링에 의해 ITO 물질을 증착하는 프로세스 챔버를 도시한 것이다.
상기 프로세스 챔버(200)는 Unwinding Roller(210), Rewinding Roller(220), 복수개의 roller(231a~235a, 231b~235b) 및 Cooling drum(250)을 구비한 Roller system, 적외선 히터(IR Heater, 240a, 240b), 증착 건(gun)으로 4개의 Cathode(260a ~260d), Poly Cold(미도시), 저진공 펌프로 Rotary Pump (미도시), Booster Pump(미도시), 고진공 펌프로 TMP(Turbomolecular pumps) Pump (미도시), Diffusion Pump(미도시)를 포함한다.
상기 Roller system의 Unwinding Roller(210)과 Rewinding Roller(220)의 회전운동에 의해 필름을 풀거나(Unwinding), 감도록(Rewinding) 하며, 일정 간격으로 배열된 복수개의 롤러(231a~235a, 231b~235b)를 통해 필름을 연속적으로 적외선 히터(240a, 240b)나 Cooling drum(250) 등 각각의 해당 작업 영역으로 이송 한다. 상기 Cooling drum(250)에 필름이 이송되면, 4개의 증착 건(260a ~260d) 에 의해 ITO(Indium Tin Oxide)를 타겟(target, 270a~270d)으로 하여 상기 필름(280a~280d)을 스퍼터링(sputtering) 하여 증착한다.
하지만, 상기 전처리 챔버(100) 및 프로세스 챔버(200)는 각각 별도로 분리되어 있어서 제작, 유지, 보수하는데 많은 비용이 소모 될 뿐 아니라, 작업면적도 많은 비중을 차지하였고, 특히 챔버가 원형으로 되어 있고, Rewinding Roller 와 Unwinding Roller가 3m 이상의 높이에서 설치되었기 때문에 유지, 보수 작업을 위해 이를 탈부착 할 경우 크레인(crane)을 이용해야 하는 번거로움이 있었고, 이로 인해 공정이 지연되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 필름에 부착된 이물질을 세정하는 전처리 공정을 수행 하는 제1 챔버와 필름 위에 스퍼터링에 의해 ITO 물질을 증착하는 공정을 수행하는 제2 챔버가 일체형으로 상하 방향으로 상호 부착된 일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 일체형 롤-투-롤 스퍼터 챔버는 기판의 필름에 부착된 이물질을 제거하는 전처리 공정을 수행하는 제1 챔버; 및 상기 필름 위에 물질을 증착하는 공정을 수행하는 제2 챔버를 구비하되, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 각각의 상기 필름은 각각 제1 롤러 시스템 및 제2 롤러 시스템에 의해 연속적으로 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 각각의 작업 영역으로 이송되며, 상기 제1 챔버는 상기 제2 챔버에 대해서 서로 대향하여 마주보며 경계를 형성하는 격벽(partition)을 통해 상기 제2 챔버와 부착되어 있는 일체형의 스퍼터 챔버를 제공한다.
본 발명은 전처리 공정을 수행하는 제1 챔버와 스퍼터링에 의해 증착공정을 수행하는 제2 챔버를 일체형으로 함으로써, 일체형 챔버를 제작, 유지, 보수하는데 종전에 비해 적은 비용이 소모 될 뿐 아니라, 챔버 크기를 줄임으로써 작업 면적을 효율적으로 이용할 수 있으며, 탈부착 가능한 Rewinding Roller 와 Unwinding Roller를 바닥면에서 1m 내지 1.5 m 내외 높이로 설치함으로써, 유지, 보수 작업을 할 때 종전의 크레인(crane)을 사용하지 않고 곧바로 작업이 가능하여 후속 공정을 신속히 처리할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명에 의한 일체형 롤-투-롤(Roll-to-roll) 스퍼터링(sputtering) 챔버를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 전처리 공정으로 세정 공정을 하는 제1 챔버(300), 스퍼터링에 의해 필름을 증착하는 제2 챔버(400)가 상하 방향으로 상호 대향하여 격벽(partition, 350)을 경계로 서로 부착(attach)되어 있다. 상기 격벽(partition, 350)은 필요에 따라 탈부착 되도록 하여 상기 제1 챔버(300)와 상기 제2 챔버 간의의 탈부착을 용이 하게 할 수 있지만, 진공 파괴, 비용 등을 고려해서 제작하는 것이 바람직하다. 또한 상기 제1 챔버(300)와 제2 챔버(400)는 필요에 따라 격벽(partition, 350)을 경계로 서로 좌 우 방향으로 대향하여 부착하여 실시할 수 있음은 당연하다.
상기 제1 챔버(300), 제2 챔버(400)는 격벽(350)에 의해 각각의 챔버에서 완 전 절연된 진공을 형성하며, 챔버의 형태도 종전의 부피를 많이 차지하는 원형(circle)에서 직사각형 챔버로 형성 했다. 상기 격벽(350)의 좌 우 측면에 Side Door(420a, 420b)가 형성되어 있어서 외부와 진공 챔버 간의 기판 등의 피처리 물체를 출입 한다.
상기 제 1챔버(300)는 제1 Unwinding Roller(310a), 제1 Rewinding Roller, (310b) 및 복수개의 roller를 구비한 제1 Roller system, 적외선 히터(IR Heater, 340), Poly Cold (미도시), 저진공 펌프로 Rotary Pump (미도시), Booster Pump( 미도시)를 포함한다.
상기 제1 Roller system의 제1 Unwinding Roller(310a)는 기판의 필름을 풀어(Unwinding) 주도록 하며, Rewinding Roller(310b)는 이에 상응하여 기판을 잡아 주도록 감아(Rewinding) 당기게 하여 기판이 시프트 되지 않도록 이송한다. 종래의 경우 드럼(drum)을 함께 사용하여 필름의 시프트를 방지 하였지만, 본 발명에서는 드럼 없이 제어기술에 의해 필름의 시프트가 되지 않도록 하였다. 즉 Rewinding Roller /Unwinding Roller를 가동하면서 필름이 감고 푸는 과정에서 Film Roll 크기가 차이에 따른 Roller의 회전수와 필름 길이를 계산하고, Rewinding Servo Motor (미도시)와 Unwinding Servo Motor(미도시)는 상기 계산된 수치에 의해 필름(Film)의 텐션(Tension) 및 시프트(Shift)를 제어한다. 또한 Rewinding Roller /Unwinding Roller 양단에 로드셀을 부착하여 텐션력(Tension Force)을 감지한다.
상기 적외선 히터(IR Heater,340)는 표면온도 섭씨 300도 까지 히팅할 수 있으며, 상기 Poly Cold는 냉매의 공급에 의해 섭씨 영하 145도 까지 냉각시킬 수 있 다. 저진공 펌프(미도시)는 펌핑 작업에 의해 필름 표면의 가스(gas)나 수분 등의 이물질을 챔버 외부로 배출시킨다.
상기 제 1챔버(300)의 필름의 세정 작업이 완료되면, 제1 rewinding Roller(310b)에 감긴 세정이 마친 필름을 후속 공정을 하기 위해 제2 챔버(400)로 이송한다. 작업자는 우측의 Side Door(420b)를 열어 상기 제1 rewinding Roller(310b)에 감겨진 필름을 수거한 후 이를 제2 챔버(400)로 이송 후 다시 좌측의 Side Door(420a)를 열어 제2 Unwinding Roller(410a)에 필름을 장착한 후 제2 챔버의 후속공정을 진행한다.
상기 제2 챔버로의 필름 이송작업을 수작업에 의할 경우 챔버 내부의 진공이 브레이크(break) 될 우려가 있을 뿐 더러, 연속적으로 신속한 작업을 하는데 있어 비능률적이므로, 바람직하게는 기술의 발전에 따라 로봇 등을 이용하여 상기 이송작업을 자동화(automation)하여 실시할 수 있음은 당연하다.
상기 제2 챔버(400)는 제2 Unwinding Roller(410a), 제2 Rewinding Roller(410b), 복수개의 roller, 및 Cooling drum(450)을 구비한 제2 Roller system, 히터(미도시), 증착 건(gun)으로 2개의 RF Cathode(430a) 및 3개의 DC Cathode(430b), Poly Cold(미도시), 저진공 펌프로 Rotary Pump (미도시), Booster Pump(미도시), 고진공 펌프로 TMP(Turbomolecular pumps) Pump(미도시), Diffusion Pump(미도시)를 포함한다.
상기 제2 Roller system의 제2 Unwinding Roller(410a)는 필름을 풀어(Unwinding) 주도록 하며, Rewinding Roller(410b)는 이에 상응하여 필름을 잡아 주도록 되 감아(Rewinding) 당기게 하고, Cooling drum(450)도 회전하면서 적당하게 필름의 장력이 가하도록 하여 기판이 시프트 되지 않도록 이송한다.
상기 적외선 히터(IR Heater)는 표면온도 섭씨 300도 까지 히팅 하며, 상기 Poly Cold는 섭씨 영하 145도 까지 냉매의 공급에 의해 냉각시킨다. 저진공 펌프는 펌핑 작업에 의해 필름 표면의 가스(gas)나 수분 등의 이물질을 챔버 외부로 배출시킨다. 상기 TMP(Turbomolecular pumps) Pump (미도시), Diffusion Pump(미도시)는 제2 챔버(400)의 스퍼터링에 의한 증착공정 진행시 고진공의 압력 유지조절을 위해 사용된다.
상기 제1 Unwinding Roller(310a), 제1 Rewinding Roller(310b)는 제1 챔버(300) 좌, 우에 각각 설치되며, 유지, 보수 등의 작업 능률을 위해 탈, 부착 가능하도록 되어 있다. 교체 작업을 할 경우, 상기 제1 챔버(300) 바깥 방향으로 각각의 Side door(420a, 420b)를 열고, 제1 Unwinding Roller(310a) 또는 제1 Rewinding Roller(310b)를 꺼집어 낼 수 있다. 상기 제1 Unwinding Roller(310a), 제1 Rewinding Roller(310b)는 작업자가 수작업으로 쉽게 교체 할 수 있는 1m 내외의 높이로 설치하는 것이 적당하다.
마찬가지 방식으로 상기 제2 Unwinding Roller(410a), 제2 Rewinding Roller(410b)는 제2 챔버(400) 좌, 우에 각각 설치되며, 유지, 보수 등의 작업 능률을 위해 탈, 부착 가능하도록 되어 있다. 교체 작업을 할 경우, 상기 제2 챔버(400) 바깥 방향으로 각각의 Side door(420a, 420b)를 열고, 제2 Unwinding Roller(410a) 또는 제2 Rewinding Roller(410b)를 꺼집어 낼 수 있다. 상기 제2 Unwinding Roller(410a), 제2 Rewinding Roller(410b)는 작업자가 수작업으로 쉽게 교체 할 수 있는 1.5m 내외의 높이로 설치하는 것이 적당하다.
상기 Cooling drum(450)은 이미 설명한 롤러 시스템의 일부로 사용될 뿐 아니라 저온 성막을 위해 사용되며, 제2 챔버의 중앙에 원형으로 설치된다. 상기 Cooling drum(450)과 서로 동심원 형태로 인접하게 배치된 2개의 RF Cathode(430a), 3개의 DC Cathode(430b) 구성된 5개의 증착 건(gun)에 의해 ITO(Indium Tin Oxide)를 타겟(Target)으로 스퍼터링 하여 필름을 증착한다. 상기 증착 건(gun)의 배치, 수는 필요에 따라 적절히 변형 실시 할 수 있으며, 타켓 물질도 필요에 따라 Al, Mo, MoW, Si, ZnO 등의 금속, 산화물, 질화물 등 을 사용할 수 있음은 당연하다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래의 기판의 필름의 이물질을 제거하는 전처리 챔버를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 필름 위에 스퍼터링에 의해 ITO 물질을 증착하는 프로세스 챔버를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 일체형 롤-투-롤(Roll-to-roll) 스퍼터링(sputtering) 챔버를 도시한 것이다.

Claims (10)

  1. 기판의 필름에 부착된 이물질을 제거하는 전처리 공정을 수행하는 제1 챔버; 및
    상기 필름 위에 물질을 증착하는 공정을 수행하는 제2 챔버;
    상기 제1 챔버는 롤러(roller)에 의해 상기 필름을 상기 제1 챔버의 작업영역으로 이송하는 제1 롤러 시스템(Roller system)을 구비하고, 상기 제2 챔버는 롤러(roller)에 의해 상기 필름을 상기 제2 챔버의 작업영역으로 이송하는 제2 롤러 시스템(Roller system)을 구비하며,
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 서로 대향하여 마주보며 경계를 형성하는 격벽(partition)을 통해 서로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 챔버는
    상기 격벽(partition)을 사이에 두고 상기 제2 챔버와 상하로 적층하여 하부(bottom) 챔버를 형성하는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제1 롤러 시스템은
    제1 Unwinding Roller, 제1 Rewinding Roller 및 복수개의 roller를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제2 롤러 시스템은
    제2 Unwinding Roller, 제2 Rewinding Roller, 복수개의 roller 및 쿨링 드럼(Cooling drum)을 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 제1 Unwinding Roller 및 상기 제1 Rewinding Roller는
    상기 제1 챔버 좌, 우에 각각 탈부착 가능하도록 설치 된 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 제1 Unwinding Roller 및 상기 제1 Rewinding Roller는,
    지면(ground)으로부터 1m 높이로 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll to Roll) 스퍼터 챔버.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 제2 Unwinding Roller 및 상기 제2 Rewinding Roller는
    상기 제2 챔버 좌, 우에 각각 탈부착 가능하도록 설치 된 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 제2 Unwinding Roller 및 상기 제2 Rewinding Roller는
    지면(ground)으로부터 1.5m 높이로 설치되는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 제2 챔버는
    상기 제2 챔버의 중앙에 위치한 원형의 쿨링 드럼(Cooling Drum)을 향해 동심원으로 일정한 거리를 두고 설치된 복수의 타겟(target) 및 상기 복수의 타겟(target)에 상응하여 일정한 거리를 두고 설치된 복수의 증착 건(gun)을 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 증착 건(gun)은
    복수의 RF Cathode 및 복수의 DC Cathode를 구비하는 것을 특징으로 하는 일체형 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 챔버.
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