KR20110011293A - 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 의한 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법은 전극이 형성된 가이드 롤러에 RF(radio frequency) 파워를 인가하는 단계; 가스를 하우징에 주입하는 단계; 상기 주입된 가스를 상기 RF 파워에 의해 플라즈마 상태로 이온화시키는 단계; 및 상기 이온화된 가스가 상기 가이드 롤러에 감긴 플렉시블 필름에 충돌하여 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법은 전처리 효율이 우수하고 플라즈마에 의한 필름의 표면의 손실이 적으며 전처리 단계 이후 박막 증착시 부착력을 개선시킨 효과가 있다.
플라즈마, 스퍼터링, RF(radio frequency), 전처리(pre-treatment)
Description
본 발명은 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 전처리 효율과 필름의 손실을 감소시키며 박막의 부착력을 개선시킨 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치에 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(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PES(Polyether Sulfone)와 같은 고분자 기판을 언와이팅(Unwinding) 롤러 및 리와인딩(Rewinding) 롤러를 통해 풀거나 되 감아주면서 박막의 성막을 수행하는 공정으로 차세대 플렉시블 광전소자용 고속, 대량 생산방법으로 많은 연구가 진행되고 있다.
이러한 롤-투-롤 공정은 플렉시블 필름의 이물질을 제거하는 전처리 공정과 플렉시블 필름 위에 박막을 증착하는 공정으로 진행된다.
현재 업계에서의 전처리 공정은 일반적으로 이온 건 타입 또는 DC 밤바드(bombard) 타입의 장치에 의해 진행된다.
도 1은 종래의 이온건에 의한 필름의 전처리 장치를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 이온건의 양극(Anode)과 음극(Cathode) 사이에 DC 고전압을 가하면, 자기장과 전기장이 형성되고, 이온건으로 주입된 가스는 플라즈마 상태로 이온화된다. 이온화된 가스(Ar+,O2+)는 음극(Cathode) 방향으로 몰리게 된다. 여기서, 강한 고전압을 인가하면 Ar+와 O2+는 음극보다 멀리 위치한 FET 필름에 분사되고, FET 필름의 표면의 이물질을 클리닝한다.
도 2는 DC 밤바드(bombard) 타입에 의한 필름의 전처리 장치를 도시한 것이다.
양극(cathode unit+로 도시)과 음극(cathode unit-로 도시)의 사이에 FET 필름이 위치하고, 양극(anode)과 음극(Cathode)에 DC 고전압을 인가하면 전기장이 형성되고, 플라즈마 상태로 이온화된 아르곤 가스와 산소 가스는 음극을 향해 몰리게 되며, 이 과정에서 FET 필름과 부딪히면서 필름의 표면의 이물질을 클리닝한다.
도 1 및 도 2에 도시된 이온건 타입과 DC 밤바드 타입에 의해 필름의 표면을 전처리하기 위해서는 두 장비 모두 이온 전자를 한 곳에 모은 상태에서 고전압에 의해 이온들을 필름까지 밀어야한다. 따라서, 고전압에 비해 전처리 효율성이 낮은 문제점이 있다. 또한, 이러한 이온건이나 DC 밤바드 타입에 의한 전처리 장치는 장비 설치비가 고가인 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전처리 효율이 우수하고 플라즈마에 의한 필름의 표면의 손실이 적으며 전처리 단계 이후 박막 증착시 부착력을 개선시키며 제작 단가가 낮은 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법은 전극이 형성된 가이드 롤러에 RF(radio frequency) 파워를 인가하는 단계; 가스를 하우징에 주입하는 단계; 상기 주입된 가스를 상기 RF 파워에 의해 플라즈마 상태로 이온화시키는 단계; 및 상기 이온화된 가스가 상기 가이드 롤러에 감긴 플렉시블 필름에 충돌하여 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치는 롤-투-롤 장치에 있어서, RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부; 전극을 구비하고, 상기 전극 에 상기 RF 파워가 인가되고 플렉시블 필름을 이동시키는 가이드 롤러; 가스를 공급하는 가스 공급부; 및 상기 RF 파워에 의해 상기 가스를 플라즈마 상태로 이온화시켜 상기 플렉시블 필름에 분사하고, 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착한 가스를 모으는 하우징을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치는 전처리 효율이 우수하고 플라즈마에 의한 필름의 표면의 손실이 적으며 전처리 단계 이후 박막 증착시 부착력을 개선시킨 효과가 있다.
또한, 본 발명은 고가의 장비를 사용하지 않고 제작 비용이 적게 드는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.
본 발명에 의한 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법 및 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치는 종래 기술에서 필름에 직접 하나의 극(음극)을 형성하지 않고 간접적으로 필름 주변의 특정 위치에서 음극(cathode)이 형성됨으로써 필름까지 이온화된 가스를 밀어서 전처리를 하였다면, 곧바로 필름으로 이온화된 가스가 몰리도록 하기 위해 하나의 전극을 구비한 가이드 롤러에 RF 파워를 인가하여 가이드 롤러에 감긴 필름으로 가스가 몰리게 함으로써 필름 표면의 이물질을 제거하도록 구성한 것이다.
도 3a는 본 발명에 의한 롤-투-롤 스퍼터링 장치의 전처리 장치를 구체적으로 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 상기 전처리 장치(40)는 가이드 롤러(41), 하우징(42), RF 파워 공급부(43), 가스 공급부(44) 및 진공 펌프(45)를 구비한다.
가이드 롤러(41)는 전극(41a)을 구비하고, 상기 전극(41a)에 RF 파워(power)가 인가되며 회전하면서 플렉시블 필름(PET Film)을 이동시킨다.
하우징(42)은 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스를 공급받아 상기 RF 파워에 의해 플라즈마를 발생시켜 상기 필름(PET Film)에 분사하고, 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착한 가스를 모은다.
가스 공급부(44)는 아르곤(Ar) 가스와 산소(O2) 가스를 공급한다.
진공 펌프(45)는 상기 이물질이 흡착된 가스를 흡수한다.
가이드 롤러(41)에 인가된 RF 파워에 의해 아르곤 가스와 산소 가스가 플라즈마 상태로 이온화된다. 이온화된 가스 Ar+와 O2+는 전극(41a)을 구비한 가이드 롤러(41)로 몰리게 되고, 가이드 롤러(41)에 감긴 필름은 Ar+, O2+와 충돌하면서, 필름의 표면의 이물질이 이온화된 가스에 흡착됨으로써 필름 표면의 이물질이 제거됨으로써 전처리 공정이 수행된다.
도 3b는 가이드 롤러(41)의 측면도를 도시한 것이다.
상기 가이드 롤러(41)는 내부에 전극(41a)을 구비한다.
가이드 롤러(41)의 폭(l)은 1000 밀리미터(mm) 이상에서 2000 밀리미터(mm) 이하의 범위를 갖는다. 바람직하게는, 가이드 롤러(41)의 폭은 1600 밀리미터(mm) 이다.
상기 플렉시블 필름의 폭은 1200 밀리미터 이상부터 1500 밀리미터 이하의 범위를 갖는다.
또한, 가이드 롤러(41)의 폭이 1600 밀리미터(mm)일 때, 플렉시블 필름의 폭은 약 1300 밀리미터(mm)를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 사용되는 가이드 롤러(41)는 전기 전도성이 우수하고, 마모성이 적은 물질을 사용한다. 이를테면, 스테인레스 강(stainless steel), 구리(Cu), 알루미늄 (Al) 등을 사용하는 것이 바람직 하지만, 이에 한정되지 아니하고 기술의 발전에 따라 다양하게 실시 할 수 있음은 당연하다.
본 발명은 가이드 롤러(41)에 RF 파워가 인가됨으로써 가이드 롤러(41)가 전극(음극)을 형성하고, 하우징(42)에 주입된 가스가 이온화되면서 Ar+, O2+가 음극인 가이드 롤러(41)로 곧바로 몰리면서 필름에 스퍼터링하여 필름 표면의 이물질을 흡착하게 된다. 즉, 가이드 롤러(41)가 전극(음극,41a)을 구비하고 있기 때문에 약간의 전압에 의해서도 쉽게 가이드 롤러에 감긴 필름에 이온화된 가스들이 충돌하게 되고, 작은 전압을 사용하기 때문에 필름의 손상을 줄일 수 있다. 그리고, 필름으로 곧바로 가스 이온들이 몰리기 때문에 이물질을 처리하는 효율이 우수해져 필름에 향후 박막이 증착될 때 부착력을 높일 수 있다.
또한, 이온건이나 DC 밤바드 타입과 같은 고가의 전처리 장치를 구비하지 않고도 손쉽게 구현할 수 있어 하우징만 별도로 추가되는 것에 의해 전처리 공정을 수행할 수 있다. 따라서, 제작 비용이 감소되는 장점도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
제1 단계는 전극이 형성된 가이드 롤러에 RF(radio frequency) 파워를 인가시킨다(S410).
제2 단계는 가스를 하우징에 주입시킨다(S420).
아르곤 가스와 산소 가스로 이루어진 혼합 가스가 주입된다. 가스의 농도는 400 sccm 이상부터 1000 sccm 이하의 범위를 갖는다. 바람직하게는 가스 농도는 500 sccm이다.
제3 단계는 주입된 가스가 상기 RF 파워에 의해 이온화된다(S430). 혼합 가스는 RF 파워에 의해 Ar+와 O2+로 플라즈마 상태의 이온이 된다.
제4 단계는 상기 이온화된 가스가 상기 가이드 롤러에 감긴 필름에 충돌하면서 상기 필름의 표면의 이물질을 흡착한다(S440).
제5 단계는 상기 필름에 충돌한 이온화된 가스가 상기 필름의 이물질을 흡착하여 상기 필름으로부터 분리된다(S450).
제6 단계는 상기 이물질이 부착된 가스가 진공 펌프에 흡수된다(S460).
도 5는 본 발명에 따른 전처리 장치를 구비하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 상기 롤-투-롤 스퍼터링 장치는 플렉시블 필름을 언와인더 롤러(10)가 풀어주고, 이를 와인더 롤러(140)가 잡아주면서, 플렉시블 필름이 언와인더 롤러(10)에서 전처리부(40), 복수개의 롤러(20,30,50,60,90,100,110, 120,130), 드럼(Drum,70) 등을 거치게 된다. 도시되지 않았지만, 본 발명은 부가적으로 박막 측정기가 구비될 수 있다.
또한, 드럼(70)을 타고 플렉시블 필름이 회전할 때, 플렉시블 필름의 일부가 스퍼터(80)에 노출되어, 스퍼터(80)에서 나온 물질들이 플렉서블 필름에 성막된다.
상기 필름은 플렉시블(Flexible)한 고분자 연성기판으로 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate) , PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 등이 사용된다.
이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
도 1은 종래의 이온건에 의한 필름의 전처리 장치를 도시한 것이다
도 2는 DC 밤바드(bombard) 타입에 의한 필름의 전처리 장치를 도시한 것이다.
도 3a는 본 발명에 의한 롤-투-롤 스퍼터링 장치의 전처리 장치를 구체적으로 도시한 것이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 가이드 롤러의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법의 순서를 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전처리 장치를 구비하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치의 일 실시예를 도시한 것이다.
Claims (10)
- 전극이 형성된 가이드 롤러에 RF(radio frequency) 파워를 인가하는 단계;가스를 하우징에 주입하는 단계;상기 주입된 가스를 상기 RF 파워에 의해 플라즈마 상태로 이온화시키는 단계; 및상기 이온화된 가스가 상기 가이드 롤러에 감긴 플렉시블 필름에 충돌하여 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착하여 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착하여 제거하는 단계는,상기 플렉시블 필름 표면의 이물질이 흡착된 가스를 상기 플렉시블 필름으로부터 분리시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 이물질이 흡착된 가스를 진공 펌프에 흡수시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스는 아르곤 가스와 산소 가스 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 가스의 농도는 400 sccm 이상부터 1000 sccm 이하인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 방식을 이용한 전처리 방법.
- RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부(43);전극을 구비하고, 상기 전극에 상기 RF 파워가 인가되고 플렉시블 필름을 이동시키는 가이드 롤러(41);가스를 공급하는 가스 공급부(44); 및상기 RF 파워에 의해 상기 가스를 플라즈마 상태로 이온화시켜 상기 플렉시블 필름에 분사하고, 상기 플렉시블 필름 표면의 이물질을 흡착한 가스를 모으는 하우징(42)을 구비하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 이물질이 흡착된 가스를 흡수하는 진공 펌프(45)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 가이드 롤러는 스테인레스 강, 구리, 알루미늄 중 하나 이상의 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치.
- 제 6 항에 있어서,상기 가이드 롤러의 폭은 1200 밀리미터 이상부터 1500 밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치.
- 제 9 항에 있어서,상기 플렉시블 필름의 폭은 1200 밀리미터 이상부터 1500 밀리미터 이하인 것을 특징으로 하는 롤-투-롤 스퍼터링 장치에 사용되는 전처리 장치.
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