KR20110011288A - 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템 및 그 사용방법 - Google Patents

복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템 및 그 사용방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템은 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템에 있어서, 제1 공정을 실시하는 제1 챔버(100A); 및 상기 제1 공정의 후속 공정인 제2 공정을 실시하는 제2 챔버(100B)를 구비하되, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 롤러 연결부(150)를 통해 서로 대향하여 연결되어 있는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템을 제공함에 기술적 특징이 있다.
본원 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템은 연속된 공정을 실시 할 경우, 각각의 공정을 독립적으로 진행하는 챔버를 구비함으로, 다층막 증착 시 공급되는 여러 종류의 가스가 혼합될 염려가 없어 원하는 다층막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한 본원 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템은 2개의 챔버가 서로 이웃하게 배치되고 있고, 자동으로 후속 공정을 진행할 수 있어서, 후속 작업을 위해 별도의 수작업을 할 필요가 없고, 이로 인해 이로 인해 작업량(throughput)을 증대 시키는 장점이 있다.
롤-투-롤, 챔버, 혼합가스, 다층막

Description

복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템 및 그 사용방법{ROLL-TO-ROLL SPUTTER SYSTEM WITH PLURAL CHAMBERS AND METHOD OF USNG THE SAME}
본 발명은 롤-투-롤 스퍼터 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다층막 형성 등의 연속된 공정을 진행 할 경우 각각의 공정에 대해 독립적으로 수행 할 수 있는 서로 인접 배치된 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템에 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 배치(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(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone) 등의 고분자 기판을 언와인딩(Unwinding)/와인딩(winding) 롤러(roller)를 통해 풀거나 되 감아 주면서 박막의 성막을 수행하는 공정으로 차세대 플렉시블 광전소자용 고속, 대량 생산방법으로 많은 연구가 진행되고 있다.
하지만, 종래의 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템은 연속된 공정을 실시하여 다층막을 형성 할 경우, 하나의 공정 챔버 만을 사용하기 때문에 공정 챔버의 공간이 한정되었고, 이로 인해 증착에 사용되는 복수의 가스가 서로 혼합 되어 원하는 다층막을 형성할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템은 제1 챔버에서 제1 공정이 완료된 경우, 제2의 후속 공정을 처리하기 위해 제1 챔버와 멀리 떨어진 제2 챔버로 이동하여 후속 공정을 해야 하는 번거로움이 있었다. 이로 인해 후속 작업을 수행하기 위해 롤러에 감긴 필름을 풀고 다시 감아야 하는 등 많은 작업 준비시간이 소요되었고, 결국 고속으로 대량의 작업량(throughput)을 생산하지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 다층막 형성 등의 연속된 공정을 진행 할 경우 각각의 공정에 대해 독립적으로 수행 할 수 있는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤스퍼터 시스템은, 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템에 있어서, 제1 공정 을 실시하는 제1 챔버(100A); 및 상기 제1 공정의 후속 공정인 제2 공정을 실시하는 제2 챔버(100B)를 구비하되, 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 롤러 연결부(150)를 통해 서로 대향하여 연결되어 있는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템을 제공한다.
본원 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템은 연속된 공정을 실시 할 경우, 각각의 공정을 독립적으로 진행하는 챔버를 구비함으로, 다층막 증착 시 공급되는 여러 종류의 가스가 혼합될 염려가 없어 원하는 다층막을 형성할 수 있는 장점이 있다.
또한 본원 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤 스퍼터 시스템은 2개의 챔버가 서로 이웃하게 배치되고 있고, 자동으로 후속 공정을 진행할 수 있어서, 후속 작업을 위해 별도의 수작업을 할 필요가 없고, 이로 인해 작업량(throughput)을 증대 시키는 장점이 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템을 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템(100)은 서로 인접하게 대향하여 배치된 제1 챔버(100A)와 제2 챔버(100B)를 구 비 한다.
제1 챔버(100A)는 언와인더 롤(Unwinder Roll, 110a), 드럼(drum, 130a), 스퍼터(140a), 제1 연결 롤러(150a)를 구비 하여 제1 공정(process)을 실시 한다. 언와인더 롤(Unwinder Roll, 110a)에 감긴 필름은 드럼(drum, 130a)으로 연속해서 이송하고, 드럼(drum, 130a) 주변에 배치된 스퍼터(140a)에 의해 제1 공정에서 목표한 해당 물질을 증착하고, 증착이 완료된 필름을 제1 연결 롤러(150a)로 이송한다.
제2 챔버(100B)는 제1 챔버(100A)의 구성과 유사하게, 와인더 롤(Unwinder Roll, 110b), 드럼(drum, 130b), 스퍼터(140b), 제2 연결 롤러(150b)를 구비하여 제2 공정을 실시한다.
상기 제1 연결 롤러(150a)로 이송된 필름은 제2 연결 롤러(150b)와 연결되어 드럼(drum, 130b)으로 연속해서 이송하고, 드럼(drum, 130a) 주변에 배치된 스퍼터(140b)에 의해 제2 공정에서 목표로 한 해당 물질을 증착하고, 증착이 완료된 필름을 와인더 롤(winder Roll, 110b)로 이송 하여 작업을 완료한다.
상기 제1 챔버(100A)와 제2 챔버(100B)는 롤러 연결부(150)를 통해 연결된다. 롤러 연결부(150)는 제1 챔버(100A)에서 제1 공정의 작업이 완료된 필름을 감고 있는 제 1 연결 롤러(150a) 및 상기 제 1 연결 롤러(150a)와 인접하게 배치 되어 제2 챔버(100B)로 필름을 이송하는 제2 연결 롤러(150b)를 구비한다.
상기 롤러연결부(150)는 제1 챔버(100A)의 우측 중앙부와 제2 챔버(100B)의 좌측 중앙부가 서로 마주 보며 슬롯 홀(Slot Hole, 150c)을 구비한다. 바람직하게는 슬롯 홀(Slot Hole, 150c)의 크기는 대략 1,300mm 정도의 폭을 갖는 필름이 지 나 갈수 있는 정도의 크기가 되도록 한다.
상기 슬롯 홀(Slot Hole, 150c)은 제1 챔버(100A)의 제1 공정가스와 제2챔버(100B)의 제2 공정 가스의 혼합을 최대한 막고, 필름과 슬롯 홀(Slot Hole, 150c) 사이의 간격이 최소가 되도록 조절할 수 있는 조절판(미도시)을 슬롯 홀(Slot Hole) 주변에 설치함이 바람직하다.
제1 챔버(100A)와 제2 챔버(100B)를 직접 연결하는 슬롯 홀(Slot Hole, 150c)의 일측면에 오링(O-RING, 미도시)을 삽입한 후 볼트로 고정하여 외부 환경에 대해 진공 상태를 유지 하도록 구성 한다.
도 2는 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템에 의해 각각 형성 되는 성막의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 2를 도1과 연계하여, 제1 챔버에서 실시되는 제1 공정 및 제2 챔버에서 실시되는 제2 공정을 이하 상세히 설명한다.
제 1공정은 필름(210) 위에 배리어(barrier)층으로 수증기 장벽 층(vapor barrier layer, 220)을 형성하는 작업으로, 수증기 장벽 층(vapor barrier layer,220)의 형성으로 인해 수증기 의 침투를 막고, 투과율(transmissivity)을 향상 시킬 수 있다.
상기 제1 공정에서 사용된 필름(210)은 플렉시블(Flexible) 한 고분자 연성기판으로 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate) , PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 등 비롯한 고분자 필름을 주로 사용하고, 용도에 따라 구리(Cu) 등 메탈 필름을 사용 할 수도 있다.
상기 필름(210) 위에 수증기 장벽 층(vapor barrier layer, 220)을 형성하기 위해, 제1 챔버(100A)의 스퍼터(140a)에 의해 스퍼터링(sputtering) 한다. 수증기 장벽 층(vapor barrier layer, 220)에 사용되는 물질은 SixNy (x, y는 양의 정수), SixOy (x, y는 양의 정수), Al2O2 등이 사용 된다.
예를 들어, 수증기 장벽 층(vapor barrier layer)으로 산화막(SiO2)를 형성하기 위해 타겟으로 실리콘(Si)을 사용하고, 스퍼터링 분위기를 산소(O2) 분위기로 진공실로 유입시킨 후 스퍼터링(sputtering) 하여 상기 필름(210) 위에 산화막(SiO2)을 증착 한다.
제2 공정은 상기 제1 공정 작업이 완료된 필름 위에 투명 전도막 물질을 형성하는 작업이다.
투명 전도막 물질(230)은 ITO(Indium Tin Oxide, 230), SnO2, ZnO, CdSnO4, IZO(Indium zinc oxide) 등을 사용 할 수 있다. 바람직하게는 높은 전도도를 가지며, 가시광선 투과성이 양호한 아이티오(ITO)를 이용한다.
상기 필름(210) 위에 형성된 수증기 장벽 층(vapor barrier layer, 220) 위에 투명 전도막 물질(230)을 형성하기 위해, 제2 챔버(100B)의 스퍼터(140b)에 의해 스퍼터링(sputtering)을 실시 한다.
이로써, 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템은 상기 제1 공정과 상기 제2 공정을 각각 독립적으로 실시할 있고, 이로 인해 종래에 문제되 었던 제1 공정과 제2 공정 시 공급 되는 증착 가스의 혼합(mixing)으로 인한 문제점은 해결된다.
상기 실시 예는 제1 챔버와 제2 챔버 간에 대해 설명했지만, 이에 한정하지 아니하며, 제3, 제4 등의 복수의 챔버를 배치하여 제1 공정 내지 제4 공정 등을 연속하여 실시할 수 있으며, 제1 공정 내지 제4 공정 등의 종류도 발명의 필요에 따라 다양하게 변형하여 실시 할 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 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 복수의 챔버를 구비한 롤-투-룰 스퍼터 시스템에 의해 각각 형성 되는 성막의 일 실시예를 도시한 것이다

Claims (12)

  1. 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템에 있어서,
    제1 공정을 실시하는 제1 챔버; 및
    상기 제1 공정의 후속 공정인 제2 공정을 실시하는 제2 챔버를 구비하되,
    상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버는 롤러 연결부를 통해 서로 대향하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 롤러 연결부는,
    상기 제1 챔버에서 작업이 완료된 필름을 감고 있는 제1 연결 롤러 및 상기 제1 연결 롤러와 인접하게 배치되어 상기 제2 챔버로 상기 필름을 이송하는 제2 연결 롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 롤러 연결부는,
    상기 제1 챔버의 일측 중앙부와 상기 제2 챔버의 일측 중앙부가 서로 마주 보며 슬롯 홀(slot hole)을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 슬롯 홀(Slot Hole)은,
    상기 슬롯 홀(Slot Hole)의 폭의 간격을 조절할 수 있는 조절판을 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 챔버 또는 상기 제2 챔버는,
    상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정의 용도에 따라 설치되는 위치, 사용되는 개수, 크기를 변경할 수 있는 언와인더 롤(Unwinder Roll), 드럼(drum), 스퍼터, 연결 롤러, 와인더 롤(winder Roll)을 구비한 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템.
  6. (a) 제1 챔버를 이용해 롤러에 의해 이송되는 필름 위에 제1 공정을 실시하는 단계;
    (b) 상기 제1 공정 완료 후 상기 제1 챔버와 제2 챔버를 연결하는 롤러 연결부를 통해 상기 필름을 상기 제2 챔버로 이송하는 단계; 및
    (c) 상기 (b)에서 이송된 필름 위에 상기 제2 챔버를 이용해 제2 공정을 실시하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 제1 공정은,
    상기 필름 위에 수증기 장벽 층(vapor barrier layer)을 증착하는 것을 특 징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 수증기 장벽 층(vapor barrier layer)은,
    SixNy (x, y는 양의 정수), SixOy (x, y는 양의 정수), Al2O2 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 필름은,
    고분자 필름으로 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate) , PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 중 어느 하나를 사용하거나 또는 메탈 필름으로 구리(Cu)를 사용하는 하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 제2 공정은,
    상기 제1 공정 작업이 완료된 상기 필름 위에 투명 전도막 물질을 증착하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 투명 전도막 물질은,
    ITO(Indium Tin Oxide, 230), SnO2, ZnO, CdSnO4, IZO(Indium zinc oxide) 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 제1 챔버 또는 상기 제2 챔버는,
    상기 제1 공정 또는 상기 제2 공정의 용도에 따라 설치되는 위치, 사용되는 개수, 크기를 변경할 수 있는 언와인더 롤(Unwinder Roll), 드럼(drum), 스퍼터, 연결 롤러, 와인더 롤(winder Roll)을 구비한 것을 특징으로 하는 복수의 챔버를 구비한 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터 시스템의 사용 방법.
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