KR20140071058A - 롤투롤 스퍼터링 장치 - Google Patents

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안진수
임창묵
양기모
오상윤
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코닝정밀소재 주식회사
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Abstract

본 발명은 롤투롤 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플렉시블 기판 상에 스퍼터링 증착법에 의해 증착막을 형성하는 롤투롤 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 언와인더 롤에 감긴 플렉시블 기판을 증착부로 이송하여 상기 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성한 후 와인더 롤에 감는 롤투롤(roll-to-roll) 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 증착부는 제 1 증착부를 포함하되, 상기 제 1 증착부는, 상기 플렉시블 기판의 일면으로 제 1 타겟 물질을 스퍼터링하는 제 1 스퍼터; 및 상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어 상기 플렉시블 기판을 가열하는 히터(heater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치를 제공한다.

Description

롤투롤 스퍼터링 장치{ROLL-TO-ROLL SPUTTERING APPARATUS}
본 발명은 롤투롤 스퍼터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플렉시블 기판 상에 스퍼터링 증착법에 의해 증착막을 형성하는 롤투롤 스퍼터링 장치에 관한 것이다.
일반적으로 플렉시블 디스플레이의 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, E-ink 등에서 액정을 싸고 있는 플렉시블 기판은 유연성이 좋은 고분자 박막 필름을 사용하고 있다.
이와 같은 고분자 박막 필름에는 롤투롤(rool-to roll) 스퍼터링 장치에 의해 ITO, ZnO, SnO2, In2O3, Nb2O5, SiOx 등으로 이루어진 투명 도전막 또는 기능성 코팅층 등이 형성된다.
도 1은 종래 롤투롤 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 종래 롤투롤 스퍼터링 장치는 언와인더 롤(unwinder roll)(10), 와인더 롤(winder roll)(20), 복수 개의 가이드 롤(10a, 20a), 쿨링 드럼(cooling drum)(30), 및 스퍼터(40)를 포함하여 이루어질 수 있다.
언와인더 롤(10) 및 와이더 롤(20)은 상호 간의 회전운동에 의해 고분자 박막 필름을 풀거나(unwinding), 감는다(winding). 복수 개의 가이드 롤(10a, 20a)는 일정 간격으로 배열되어 고분자 박막 필름이 롤링(rolling) 될 때 장력 제어를 원할 하게 한다. 고분자 박막 필름은 언와이더 롤(10), 와인더 롤(20), 및 복수의 가이드 롤(10a, 20a)의 상호 기계적 작동에 의해 쿨링 드럼(30)에 연속해서 이송되게 된다. 그리고, 스퍼터(40)는 쿨링 드럼(30)으로 이송된 고분자 박막 필름에 증착막을 형성한다.
여기서, 쿨링 드럼(30)은 고분자 박막 필름이 스퍼터링 중 열에 의해 녹거나 변형되는 것을 방지한다. 즉, 고분자 박막 필름은 약한 내열성을 갖기 때문에 고분자 박막 필름 상에 증착막을 형성시키기 위해서는 쿨링 드럼(30)이 필수적으로 요구된다.
이와 같은 롤투롤 스퍼터링 장치에 관한 기술은 대한민국 공개특허 제10-2011-0012182호(2011.02.09)에 개시되어 있다.
한편, 최근 디스플레이 및 관련 IT 산업 등이 발달함에 따라 고분자 박막 필름을 대신하여 박판 글라스(glass)를 플렉시블 기판으로 사용하는 다양한 디바이스가 개발되고 있다. 이에, 100㎛ 이하의 두께를 갖는 롤(roll) 형태를 갖는 플렉시블 글라스가 개발되어 제품화되고 있다. 글라스는 고분자 필름에 비해 내열성이 강하고 수분 투습성이 우수해 다양한 열적 조건으로 여러 코팅물질을 코팅할 수 있다는 장점을 갖는다.
그러나, 쿨링 드럼을 포함하는 종래의 롤투롤 스퍼터링 장치를 이용하여 이와 같은 플렉시블 글라스를 코팅하는 경우, 우수한 내열성을 갖는 플렉시블 글라스의 장점을 충분히 활용하지 못한다는 단점을 갖는다.
특히, 최근 전도성 소재로 각광받고 있는 ITO(indium tin oxide)는 150℃ 이상의 고온에서 코팅하는 경우 결정성이 향상되어 우수한 품질을 갖게 되는데, 종래의 롤투롤 스퍼터링 장치에 의하는 경우, 이와 같은 고온 코팅 공정을 적용하지 못한다. 이에, SiOx 등과 같은 물질로 이루어진 시드층(seed layer)을 플렉시블 글라스 상에 선 증착한 후 저온에서 ITO를 코팅하는 방법을 사용할 수 있으나, 이러한 방법의 경우 시드층을 코팅하기 위한 추가 캐소드를 필요로 하고 고온에서 결정화된 ITO 특성대비 비저항 특성 및 투과특성이 저하된다는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고온의 스퍼터링 증착 공정이 가능한 롤투롤 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 언와인더 롤에 감긴 플렉시블 기판을 증착부로 이송하여 상기 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성한 후 와인더 롤에 감는 롤투롤(roll-to-roll) 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 증착부는 제 1 증착부를 포함하되, 상기 제 1 증착부는, 상기 플렉시블 기판의 일면으로 제 1 타겟 물질을 스퍼터링하는 제 1 스퍼터; 및 상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어 상기 플렉시블 기판을 가열하는 히터(heater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치를 제공한다.
또한, 상기 증착부는, 상기 제 1 증착부 전 또는 후에 배치되는 제 2 증착부를 더 포함하되, 상기 제 2 증착부는, 상기 플렉시블 기판의 일면으로 제 2 타겟 물질을 스퍼터링하는 제 2 스퍼터; 및 상기 플렉시블 기판과 접하여 상기 플렉시블 기판을 냉각시키는 쿨링 드럼(cooling drum)을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 쿨링 드럼은 증착막이 형성되는 플렉시블 기판을 일정온도로 유지시키기 위해 내부에 냉각수가 흐르는 유로를 가질 수 있다.
또한, 상기 제 2 스퍼터는 복수 개일 수 있다.
그리고, 상기 제 1 증착부는 상기 히터에 의해 발생한 열이 상기 제 1 증착부 외부로 전달되는 것을 차단하는 방열부재를 포함할 수 있으며, 또한 상기 제 1 증착부는 상기 히터에 의해 발생한 열이 상기 제 1 증착부 외부로 전달되는 것을 방지하는 냉각수단을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 플렉시블 기판은 플렉시블 롤(roll) 글라스일 수 있다.
또한, 상기 히터는 상기 플렉시블 기판의 일면에 증착되는 상기 제 1 타겟 물질을 결정화하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 제 1 스퍼터는 복수 개일 수 있다.
본 발명에 따르면, 히터가 플렉시블 기판을 가열함으로써, 고온의 스퍼터링 공정이 가능하다.
도 1은 종래 롤투롤 스퍼터링 장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 개념도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치의 개략적인 개념도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치는 언와인더 롤(unwinder roll)(100), 제 1 증착부(310)를 포함하는 증착부(300), 와인더 롤(winder roll)(200), 및 복수 개의 가이드 롤(100a, 200a)을 포함하여 이루어질 수 있다.
언와인더 롤(100) 및 와이더 롤(200)은 상호 간의 회전운동에 의해 플렉시블 기판을 풀거나(unwinding), 감도록(winding) 한다.
복수 개의 가이드 롤(100a, 200a)은 일정 간격으로 배열되어 플렉시블 기판이 롤링(rolling) 될 때 장력 제어를 원할 하게 한다. 이때, 가이드 롤에는 롤링되는 플렉시블 기판이 일정한 장력을 가지고 롤링될 수 있도록 장력 조절 장치 및 장력 제어 센서가 부착될 수 있다.
플렉시블 기판은 언와이더 롤(100), 복수의 가이드 롤(100a, 200a), 및 와인더 롤(200)의 상호 기계적 작동에 의해 증착부에 연속해서 이송되게 된다. 플렉시블 기판은 플렉시블 롤(roll) 글라스일 수 있으며, 플렉시블 롤(roll) 글라스는 100㎛ 이하의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
증착부(300)는 언와이더 롤(100), 복수의 가이드 롤(100a, 200a), 및 와인더 롤(200)의 상호 기계적 작동에 의해 이송되는 플렉시블 기판 상에 스퍼터링 증착법에 의해 증착막을 형성하는 반응 영역으로, 제 1 증착부(310)를 포함하여 이루어진다.
제 1 증착부(310)는 제 1 스퍼터(312) 및 히터(314)를 포함하여 이루어진다.
제 1 스퍼터(312)는 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성할 물질로 이루어진 제 1 타겟(target)(미도시)과 제 1 타겟의 구성 원자를 방출시키기 위한 전원인 캐소드(cathode)(미도시)를 포함하여 이루어지며 플렉시블 기판의 일면으로 제 1 타겟 물질을 스퍼터링하여 증착막을 형성한다. 제 1 타겟은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium zinc oxide), AZO(Aluminum doped Zinc Oxide) 등과 같이 후술할 히터(314)에 의한 열처리에 의해 결정화되는 물질로 이루어지는 것이 바람직할 것이다.
제 1 스퍼터(312)는 복수 개일 수 있다. 복수 개의 제 1 스퍼터는 동일한 물질로 이루어진 타겟을 사용하거나 서로 다른 물질로 이루어진 타겟을 사용할 수 있다. 동일한 물질로 이루어진 타겟을 사용하는 경우 플렉시블 기판 상에 빠른 속도로 두꺼운 증착막을 형성할 수 있으며, 서로 다른 물질로 이루어진 타겟을 사용하는 경우 플렉시블 기판 상에 각 타겟 물질로 이루어진 증착막이 적층된 적층체를 형성할 수 있다.
히터(314)는 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어 플렉시블 기판을 가열한다.
히터(314)가 플렉시블 기판을 가열함으로써, 고온에서 증착을 필요로 하는 타겟 물질을 플렉시블 기판에 증착할 수 있다.
바람직하게, 히터(314)는 플렉시블 기판의 일면에 증착되는 제 1 타겟 물질을 결정화할 것이다. ITO, IZO, AZO와 같은 물질은 고온에서 증착하거나 고온으로 열처리하는 경우 낮은 비저항과 높은 투과율을 갖게 된다. 이에 본 발명에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치는 히터(314)에 의한 가열을 통해 고온의 스퍼터링 증착 공정을 진행함으로써, 우수한 품질을 갖는 증착막을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 제 1 증착부(310)는 히터(314)에 의해 발생한 열이 제 1 증착부(310) 외부로 전달되는 것을 차단하는 방열부재를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 히터(314)에 의한 열에 의해 롤투롤 스퍼터링 장치의 다른 부분들이 영향을 받지 않도록 제 1 증착부(310)는 방열 부재를 포함하여 이루어질 수 있다. 이에 더하여, 본 발명에 따른 제 1 증착부(310)는 히터(314)에 의해 발생한 열이 제 1 증착부(310) 외부로 전달되는 것을 방지하는 냉각수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.
또한, 제 1 증착부(310)는 히터(314)에 의해 발생하는 열을 견디기 위해 내열부재를 포함하여 이루어질 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치의 개략적인 개념도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치는 언와인더 롤(100), 제 1 증착부(310) 및 제 2 증착부(320)를 포함하는 증착부(300), 와인더 롤(200), 및 복수 개의 가이드 롤(100a, 200a)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상술한 본 발명의 제 1 실시예와 비교하여 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면번호를 사용하였고, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
증착부(300)는 언와이더 롤(100), 복수의 가이드 롤(100a, 200a), 및 와인더 롤(200)의 상호 기계적 작동에 의해 이송되는 플렉시블 기판 상에 스퍼터링 증착법에 의해 증착막을 형성하는 반응 영역으로, 제 1 증착부(310) 및 제 1 증착부(310) 전 또는 후에 배치되는 제 2 증착부(320)를 포함하여 이루어진다. 즉, 증착부(300)는 2개의 반응 영역으로 구분되며, 각 영역에서의 반응이 다른 영역에 영향을 주지 않도록 제 1 증착부(310)와 제 2 증착부(320)는 서로 분리되는 것이 바람직하다.
이와 같이, 증착부(300)가 제 1 증착부(310)와 제 2 증착부(320)로 이루어짐으로써, 고온의 증착 공정 및 저온 증착 공정을 동시에 진행할 수 있다. 또한, 제 1 증착부(310)을 오프(off)시킬 경우, 내열성이 취약한 고분자 박막 필름을 플렉시블 기판으로 하여 증착 공정을 진행할 수도 있다.
제 2 증착부(320)는 제 2 스퍼터(322) 및 쿨링 드럼(324)을 포함하여 이루어진다.
제 2 스퍼터(322)는 증착막을 형성할 물질인 제 2 타겟(target)(미도시)과 제 2 타겟의 구성 원자를 방출시키기 위한 전원인 캐소드(cathode)(미도시)를 포함하여 이루어지며 플렉시블 기판의 일면으로 제 2 타겟 물질을 스퍼터링하여 증착막을 형성한다. 제 2 타겟은 SiO2, Nb2O5 등 다양한 물질로 이루어질 수 있다.
제 2 스퍼터(322)는 복수 개일 수 있다. 복수 개의 제 2 스퍼터는 동일한 물질로 이루어진 타겟을 사용하거나 서로 다른 물질로 이루어진 타겟을 사용할 수 있다. 동일한 물질로 이루어진 타겟을 사용하는 경우 플렉시블 기판 상에 빠른 속도로 두꺼운 증착막을 형성할 수 있으며, 서로 다른 물질로 이루어진 타겟을 사용하는 경우 플렉시블 기판 상에 각 타겟 물질로 이루어진 증착막이 적층된 적층체를 형성할 수 있다.
쿨링 드럼(324)은 플렉시블 기판과 접하여 플렉시블 기판을 냉각시킨다.
쿨링 드럼(324)은 플렉시블 기판과의 접촉에 의해 플렉시블 기판에 스크래치가 발생하는 것을 방지하기 위해 표면이 매끄럽게 연마처리 될 수 있다. 또한, 플렉시블 기판의 이송속도와 쿨링 드럼(324)의 회전속도가 일치되도록 제어될 수 있다.
한편, 쿨링 드럼(324)의 내부에는 증착막이 형성 공정에서 발생하는 열에너지를 분산 또는 제거하여 플렉시블 기판을 일정온도로 유지시키기 위한 냉각수가 흐를 수 있는 유로(미도시)가 형성될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 언와인더 롤 200: 와인더 롤
100a, 200a: 가이드 롤 300: 증착부
310: 제 1 증착부 312: 제 1 스퍼터
314: 히터 320: 제 2 증착부
322: 제 2 스퍼터 324: 쿨링 드럼

Claims (9)

  1. 언와인더 롤에 감긴 플렉시블 기판을 증착부로 이송하여 상기 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성한 후 와인더 롤에 감는 롤투롤(roll-to-roll) 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 증착부는 제 1 증착부를 포함하되,
    상기 제 1 증착부는,
    상기 플렉시블 기판의 일면으로 제 1 타겟 물질을 스퍼터링하는 제 1 스퍼터; 및
    상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어 상기 플렉시블 기판을 가열하는 히터(heater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증착부는,
    상기 제 1 증착부 전 또는 후에 배치되는 제 2 증착부를 더 포함하되,
    상기 제 2 증착부는,
    상기 플렉시블 기판의 일면으로 제 2 타겟 물질을 스퍼터링하는 제 2 스퍼터; 및
    상기 플렉시블 기판과 접하여 상기 플렉시블 기판을 냉각시키는 쿨링 드럼(cooling drum)을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 쿨링 드럼은 증착막이 형성되는 플렉시블 기판을 일정온도로 유지시키기 위해 내부에 냉각수가 흐르는 유로를 갖는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제 2 스퍼터는 복수 개인 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 증착부는 상기 히터에 의해 발생한 열이 상기 제 1 증착부 외부로 전달되는 것을 차단하는 방열부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제 1 증착부는 상기 히터에 의해 발생한 열이 상기 제 1 증착부 외부로 전달되는 것을 방지하는 냉각수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판은 플렉시블 롤(roll) 글라스인 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 플렉시블 기판의 일면에 증착되는 상기 제 1 타겟 물질을 결정화하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 스퍼터는 복수 개인 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.

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