KR20150120696A - 플렉서블 기판 증착장치 - Google Patents

Abstract

롤투롤 방식 및 원자층 증착 방식을 적용한 플렉서블 디스플레이 장치용 기판의 증착장치가 개시된다. 플렉서블 기판 증착장치는, 플렉서블 기판을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송 및 지지하는 기판 지지부 및 상기 기판에 증착 가스를 제공하는 가스분사부를 포함하고, 상기 기판 지지부는, 상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드 롤러, 상기 복수의 가이드 롤러 사이 사이에 배치되어, 상기 기판을 누른 상태에서 상하 방향으로 이동 가능한 복수의 구동 롤러 및 상기 가이드 롤러의 하부에 배치되어서, 상기 구동 롤러가 하부로 이동할 때 상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드부를 포함하여 구성된다.

Description

플렉서블 기판 증착장치{DEPOSITION APPARATUS FOR FLEXIBLE SUBSTRATE}

본 발명은 플렉서블 디스플레이용 기판의 증착장치에 관한 것으로 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 플렉서블 기판 증착장치에 관한 것이다.

근래 디스플레이 장치에 대한 급격한 기술 발전과 더불어 가볍고 휘어지면서 소자의 특성이 그대로 유지되는 플렉서블 디스플레이(flexible display)에 대한 관심이 날로 증가되고 있다.

플렉서블 디스플레이를 구현하기 위해서는 플라스틱 또는 메탈포일(Metal Foil)과 같은 얇은 필름(Thin film) 형태의 플렉서블 기판을 사용하게 된다. 그런데 이러한 플렉서블 기판은 기존 디스플레이 장치에 사용되는 유리 기판 등과는 달리 그 특유의 유연성 때문에 기존 공정을 적용하는 것이 어려울 수 있다. 따라서 플렉서블 디스플레이가 지향하고 있는 저가, 고속의 대량생산을 위해서는 기존의 유리 기판을 근간으로 하는 배치 타입의 공정이 아니라 연속 공정에 의한 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정이 일반적으로 사용되고 있다.

롤투롤 공정이란 플렉서블 기판의 제조방법 중 하나로서, 하나의 롤(Roll)에서 소재 필름을 계속 풀어주고 다른 롤(Roll)은 계속 필름을 감아주면서 두 롤 사이에 펼쳐진 박막 기판에 소정의 공정이 이루어지도록 하는 방법을 의미한다.

롤투롤 공정의 대표적인 예로 박막증착 공정을 들 수 있는데, 최근 반도체, LCD 등의 정밀 제조분야에 광범위하게 사용되고 있다. 구체적인 사용 예로는 0.128㎛두께의 PET 필름에 ITO(Indium Tin Oxide) 증착을 하거나 플렉서블 전도성 필름으로 FCCL(Flexible Copper Clad Lamination)을 제작하는 경우 등이 있다.

이러한 롤투롤 공정에는 플렉서블 기판을 풀어주는 공급롤과, 작업이 이루어진 플렉서블 기판을 다시 감아주는 회수롤뿐만 아니라 이송되는 플렉서블 기판을 지지하여 처짐을 방지하고 플렉서블 기판을 신속하게 작업이 진행될 공정으로 유도하기 위한 다양한 반송 롤러가 사용되고 있다.

본 발명의 실시예들은 플렉서블 디스플레이용 기판의 제조를 위한 롤투롤 방식의 플렉서블 기판의 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 스텝 커버리지 특성이 매우 우수하며 불순물 함유량이 낮은 순수한 박막을 증착하는 것이 가능한 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방식을 적용할 수 있는 플렉서블 기판의 증착장치를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 플렉서블 기판을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송 및 지지하는 기판 지지부 및 상기 기판에 증착 가스를 제공하는 가스분사부를 포함하고, 상기 기판 지지부는, 상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드 롤러, 상기 복수의 가이드 롤러 사이 사이에 배치되어, 상기 기판을 누른 상태에서 상하 방향으로 이동 가능한 복수의 구동 롤러 및 상기 가이드 롤러의 하부에 배치되어서, 상기 구동 롤러가 하부로 이동할 때 상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드부를 포함하여 구성된다.

일 측에 따르면, 상기 가스 분사부는, 상기 구동 롤러 상기 기판을 눌러서 하부로 이동한 상태에서 상기 기판에 증착 가스를 제공하게 된다. 그리고 증착 공정이 완료되면, 상기 구동 롤러가 상부로 이동하여서 상기 기판이 외부로 반출된다.

일 측에 따르면, 상기 가이드부는 상기 가이드 롤러의 이동 방향을 따라 하부로 경사면이 형성될 수 있다. 또한, 상기 가이드부는, 하부로 갈수록 점차 상기 가이드부 사이의 간격이 좁아지는 경사면을 가질 수 있다. 또한, 상기 복수의 가이드부는 상기 구동 롤러의 직경보다 큰 간격으로 이격되어 배치될 수 있다.

일 측에 따르면, 상기 가스분사부는 다수의 노즐 또는 샤워헤드 형태를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 롤투롤 방식으로 플렉서블 기판을 처리함으로써, 기판의 처리 효율을 향상시키고 생산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 원자층 증착 방식을 이용함으로써, 균질하고 우수한 품질의 박막을 증착시킬 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치의 구성을 설명하기 위한 모식도들이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치(10)에 대해 간략하게 설명한다. 참고적으로, 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치(10)의 구성을 간략하게 도시한 모식도들이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치(10)는 플렉서블 기판(1)을 롤투롤(roll to roll) 방식으로 이송하면서 증착 공정이 수행되며, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 방식으로 증착 공정이 수행되는 장치이다. 플렉서블 기판 증착장치(10)는, 롤투롤 방식으로 기판(1)을 연속적으로 이송하기 위한 기판 지지부(14)와, 이송되는 기판(1)에 원자층 증착 방식으로 증착 가스를 제공하기 위한 가스분사부(12)를 포함하여 구성된다.

이하에서는 설명의 편의를 위해서 기판(1)이 이송되는 방향을 기준으로 방향을 설명하며, 기판(1)의 이동 방향을 따르는 방향을 기판(1)의 '길이 방향'이라 하고, 길이 방향에 수직인 방향을 '너비 방향'이라 한다. 또한, 기판(1)에서 가스분사부(12)를 마주하는 면을 '표면'이라 하고, 상기 표면의 반대쪽 면을 '배면'이라 한다. 그러나 마찬가지로 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하여 설명하기 위한 것일 뿐이며, 이러한 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다.

챔버(11)는 기판(1)을 수용하여 증착 공정이 수행되는 공간을 제공한다. 또한, 챔버(11)에 기판(1)이 출입되도록 챔버(11) 양측에는 출입구(111, 112)가 형성된다. 여기서, 본 실시예에서는 원자층 증착 공정을 이용하여 박막을 형성하기 때문에, 챔버(11) 내부가 소정의 진공 상태로 유지되며, 출입구(111, 112)는 이러한 진공 상태를 유지시키는 역할을 한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 챔버(11)는 개방된 형태를 가질 수 있다.

여기서, 챔버(11) 외부에서 기판(1)이 시작되는 부분에는 증착되기 전의 기판(1)이 권취되어서 챔버(11) 내부로 공급하기 위한 롤 피더(roll feeder)(미도시)와, 기판(1)이 완료되는 부분에는 증착이 완료된 기판(1)을 권취하는 리와인더(rewinder)(미도시)가 구비될 수 있다.

가스분사부(12)는 기판(1)에 다수의 증착 가스를 제공한다. 여기서, 가스분사부(12)는 다수의 노즐 또는 샤워헤드 형태를 가질 수 있다. 또한, 가스분사부(12)는 다수의 증착 가스를 원자층 증착 공정에 따라 순차적으로 제공할 수 있다.

여기서, '증착 가스'라 함은 기판(1)에 박막을 증착하기 위해서 제공되는 적어도 1종 이상의 가스를 포함한다. 예를 들어, 기판(1)에 형성하고자 하는 박막의 구성 물질을 포함하는 소스 가스(source gas), 상기 소스 가스와 화학적으로 반응하는 리액턴스 가스(reactance gas), 및 상기 가스들을 퍼지 시키기 위한 퍼지 가스(purge gas)를 포함한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 증착 가스의 종류는 증착하고자 하는 박막의 종류에 따라 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.

참고적으로, 도면에서 도면부호 13은 가스분사부(12)에 증착 가스를 제공하는 가스 공급부(13)이다.

기판 지지부(14)는 기판(1)을 이송 및 지지하기 위한 복수의 롤러(141, 145)를 구비하고, 상기 복수의 롤러(141, 145)는 기판(1)이 안착되어서 배면이 지지되는 복수의 가이드 롤러(141)와, 기판(1)의 상부에서 표면을 지지하는 복수의 구동 롤러(145)로 구성될 수 있다. 즉, 기판(1)은 가이드 롤러(141)와 구동 롤러(145) 사이에 끼워진 상태에서 지지 및 이송된다.

가이드 롤러(141) 하부에는 가이드 롤러(141)를 지지함과 더불어, 후술하는 바와 같이 기판(1)이 눌렸을 때 기판(1)의 배면이 밀착되어 지지되는 가이드면(144)이 형성된 가이드부(143)가 구비된다.

본 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치(10)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 기판(1)이 구동 롤러(145)에 의해서 하부 방향으로 눌린 상태에서 증착 공정이 수행된다. 이를 위해서 구동 롤러(145)는 기판(1)에 소정 크기의 힘을 가한 상태로 상하 이동이 가능하도록 구비된다. 또한, 구동 롤러(145)는 가이드 롤러(141) 및 가이드부(143) 사이 사이에 배치된다. 그리고 구동 롤러(145)가 기판(1)을 누르면서 하부로 이동할 수 있도록, 가이드부(143) 사이는 구동 롤러(145)의 직경보다 큰 간격으로 이격되어 배치된다. 또한, 가이드부(143)는 구동 롤러(145)의 동작 시 기판(1)이 완만하게 변형될 수 있도록, 가이드부(143)의 하부로 갈수록 점차 사이가 좁아지는 형태로 완만한 경사면으로 형성될 수 있다.

여기서, 구동 롤러(145)는 가이드부(143)의 하단부보다 더 하부까지 하강한다.

가이드부(143)는 구동 롤러(145)에 의해서 기판(1)이 눌리면 기판(1)의 배면을 지지할 수 있도록 소정 각도의 경사를 갖는 가이드면(144)이 형성된다. 그리고 가이드부(143)에 지지된 부분에 박막이 형성되므로, 가이드부(143)의 높이에 따라 증착 후 사용될 기판(1)의 길이가 정해지게 된다. 즉, 기판(1)은 가이드 롤러(141)와 구동 롤러(145) 사이의 직선 구간인 부분이 사용되고, 구동 롤러(145)에 의해 눌린 부분이나, 가이드 롤러(141)의 외주면을 따라 곡면이 형성된 부분은 증착 공정이 완료된 후 제거된다.

본 실시예에 따른 플렉서블 기판 증착장치(10)는, 우선, 기판(1)이 챔버(11) 내부로 투입되어서 구동 롤러(145)와 가이드 롤러(141) 사이에 지지된다. 여기서, 도 1에 도시한 바와 같이, 기판(1)은 챔버(11) 내부에서 수평 방향으로 평편하게 배치되어서 소정 크기의 힘으로 인장 상태로 지지되어 있다.

다음으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 구동 롤러(145)가 하부로 하강함에 따라 기판(1)이 눌리면서 가이드 롤러(141)의 외주면과 가이드부(143)의 가이드면(144) 상에 밀착되어서, 대략 복수의 'w'자 형태가 된다. 여기서, 기판(1)은 가이드 롤러(141)와 구동 롤러(145)에 의해 소정 크기의 힘으로 인장된 상태로 지지된다. 그리고 기판(1)이 변형된 상태에서 가스분사부(12)에서 증착 가스가 제공됨에 따라 기판(1) 상에 박막이 형성된다.

증착 공정이 완료되면, 구동 롤러(145)가 하부로 상승하면서 기판(1)이 챔버(11)의 외부로 인출되면서(예를 들어, 도 1에서 화살표 방향) 펴진다. 그리고 증착이 완료된 기판(1)은 외부로 완전히 인출되어서, 외부에 구비된 리와인더에 권취된다.

그리고 이상과 같이 공정이 반복됨에 따라 기판(1)이 박막이 증착된다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

1: 기판
10: 플렉서블 기판 증착장치
11: 챔버
111, 112: 출입구
12: 가스분사부
13: 가스 공급부
14: 기판 지지부
141: 가이드 롤러
143: 가이드부
144: 가이드면
145: 구동 롤러

Claims (6)

1. 플렉서블 기판을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 이송 및 지지하는 기판 지지부; 및
   상기 기판에 증착 가스를 제공하는 가스분사부;
   를 포함하고,
   상기 기판 지지부는,
   상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드 롤러;
   상기 복수의 가이드 롤러 사이 사이에 배치되어, 상기 기판을 누른 상태에서 상하 방향으로 이동 가능한 복수의 구동 롤러; 및
   상기 가이드 롤러의 하부에 배치되어서, 상기 구동 롤러가 하부로 이동할 때 상기 기판의 배면을 지지하는 복수의 가이드부;
   를 포함하는 플렉서블 기판 증착장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가스 분사부는, 상기 구동 롤러 상기 기판을 눌러서 하부로 이동한 상태에서 상기 기판에 증착 가스를 제공하는 플렉서블 기판 증착장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 가이드부는 상기 가이드 롤러의 이동 방향을 따라 하부로 경사면이 형성된 플렉서블 기판 증착장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 가이드부는, 하부로 갈수록 점차 상기 가이드부 사이의 간격이 좁아지는 경사면을 갖는 플렉서블 기판 증착장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 가이드부는 상기 구동 롤러의 직경보다 큰 간격으로 이격되어 배치된 플렉서블 기판 증착장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 가스분사부는 다수의 노즐 또는 샤워헤드 형태를 갖는 플렉서블 기판 증착장치.

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