KR20160131993A - 롤투롤 스퍼터링 장치 - Google Patents

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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.
복수 개의 롤러(roller)가 탈·부착 가능하게 장착되는 이송부; 및 복수 개로 구비되고, 상기 이송부 주위에 배치되어 상기 이송부에 의해 이송되는 상기 플렉시블 기판의 일면으로 타겟 물질을 스퍼터링 하되, 상기 플렉시블 기판의 폭보다 상대적으로 넓은 폭을 갖는 타겟을 포함하는 스퍼터를 포함하고, 적어도 상기 타겟의 폭에 상응되는 폭을 가지며, 상기 타겟과 대향되는 구조로 상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어, 복수 개의 상기 스퍼터 각각에 의해 스퍼터링된 상기 타겟 물질이 상기 플렉서블 기판의 폭 방향 양측을 지나쳐 상기 타겟 물질의 이동 선상에 배치되어 있는 하나 또는 둘 이상의 다른 상기 스퍼터 측으로 날아가는 것을 방지하는 가스 분리 블록을 더 포함하되, 상기 가스 분리 블록은 히터로 이루어진 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 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.
종래의 롤투롤 스퍼터링 장치는 기판으로 사용되는 고분자 박막 필름이 가지는 내열성이 취약하다는 특성 상 스퍼터링 증착법에 의한 증착막 형성 공정 중 고분자 박막 필름이 녹거나 열에 의해 변형되는 현상을 방지하기 위해 쿨링 드럼을 구비하고 있다.
한편, 최근 디스플레이 및 관련 IT 산업 등이 발달함에 따라 다양한 디바이스(device)가 개발되고 있고, 이에 따라 고분자 플라스틱 필름을 대신하여 박판 글라스(glass)를 이용하여 기판을 제조하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 이와 같은 박판 글라스에 투명 도전막 또는 기능성 층을 코팅하기 위해서 종래의 롤투롤 스퍼터링 장치를 사용하는 경우, 쿨링 드럼에 의한 박판 글라스의 냉각에 의해 박판 글라스 기판 상에 형성되는 증착막의 비저항이나 투과특성이 저하된다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스퍼터링 증착법에 의한 증착막을 형성함에 있어서, 기판으로 고분자 박막 필름 및 박판 글라스을 사용할 수 있는 하이브리드(hybrid)형 롤투롤 스퍼터링 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성하는 롤투롤(roll-to-roll) 스퍼터링 장치에 있어서, 상기 롤투롤 스퍼터링 장치는, 복수 개의 롤러(roller)가 탈·부착 가능하게 장착되는 이송부; 및 복수 개로 구비되고, 상기 이송부 주위에 배치되어 상기 이송부에 의해 이송되는 상기 플렉시블 기판의 일면으로 타겟 물질을 스퍼터링 하되, 상기 플렉시블 기판의 폭보다 상대적으로 넓은 폭을 갖는 타겟을 포함하는 스퍼터를 포함하고, 적어도 상기 타겟의 폭에 상응되는 폭을 가지며, 상기 타겟과 대향되는 구조로 상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어, 복수 개의 상기 스퍼터 각각에 의해 스퍼터링된 상기 타겟 물질이 상기 플렉서블 기판의 폭 방향 양측을 지나쳐 상기 타겟 물질의 이동 선상에 배치되어 있는 하나 또는 둘 이상의 다른 상기 스퍼터 측으로 날아가는 것을 방지하는 가스 분리 블록을 더 포함하되, 상기 가스 분리 블록은 히터로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치를 제공한다.
여기서, 상기 이송부는, 상기 복수 개의 롤러가 장착되되, 상기 복수 개의 롤러에 의해 이송되고, 일면에 증착막이 형성되는 플렉시블 기판의 타면 측에 구비되는 히터(heater)를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 롤러는 원형으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 플렉시블 기판은 박판 글라스 또는 고분자 박막 필름일 수 있으며, 상기 고분자 박막 필름은 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate), PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 가스 분리 블록은 각 롤러들 사이에 배치될 수 있다.
또한, 상기 롤투롤 스퍼터링 장치는, 상기 이송부 및 스퍼터가 복수 쌍으로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 이송부가 증착막을 형성할 플렉시블 기판의 종류에 따라 쿨링 드럼 또는 복수 개의 롤러를 선택적으로 장착할 수 있도록 구성됨으로써, 하나의 롤투롤 스퍼터링 장치로 고분자 박막 필름 및 박판 글라스에 우수한 물리적/화학적 특성을 갖는 증착막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플렉시블 기판(글라스 또는 고분자 필름)의 시장 상황에 따라 설비를 운용할 수 있고, 설비 투자 감소 및 프로세스 다양성을 확보할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치를 개략적으로 나타낸 개략도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 롤투롤(roll-to-roll) 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 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치를 나타낸 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치는 언와인더롤(unwinder roll)(10), 와인더 롤(winder roll)(20), 복수 개의 가이드 롤러(10a, 20a), 이송부(100), 및 스퍼퍼(200)를 포함하여 이루어질 수 있다.
언와인더 롤(10) 및 와이더 롤(20)은 상호 간의 회전운동에 의해 플렉시블 기판을 풀거나(unwinding), 감도록(winding) 한다.
*복수 개의 가이드 롤러(10a, 20a)는 일정 간격으로 배열되어 플렉시블 기판이 롤링(rolling) 될 때 장력 제어를 원할 하게 한다. 이때 가이드 롤러에는 롤링되는 플렉시블 기판이 일정한 장력을 가지고 롤링될 수 있도록 장력 조절 장치 및 장력 제어 센서가 부착될 수 있다.
플렉시블 기판은 언와이더 롤(10), 와인더 롤(20), 및 복수의 가이드 롤러(10a, 20a)의 상호 기계적 작동에 의해 이송부(100)에 연속해서 이송되게 된다.
여기서 이송되는 플렉시블 기판은 박판 글라스 또는 고분자 박막 필름일 수 있으며, 고분자 박막 필름은 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate), PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
이송부(100)에는 쿨링 드럼(110) 또는 복수 개의 롤러(120)가 선택적으로 탈·부착 가능하게 장착되어 플렉시블 기판을 이송한다. 여기서, 복수 개의 롤러(120)는 다수의 롤러(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f)가 일정한 간격으로 배치되어 이루어질 수 있으며, 롤러의 수는 특별히 제한되지 않는다.
그리고, 이송부(100)에서는 이송부(100)에 선택적으로 장착된 쿨링 드럼(110) 또는 복수 개의 롤러(120)에 의해 이송되는 플렉시블 기판의 일면에 후술할 스퍼터(200)에 의해 방출되는 타겟 물질의 구성 원자가 증착되는 증착 공정이 진행된다.
바람직하게는, 증착막이 형성될 플렉시블 기판이 고분자 박막 필름인 경우 이송부(100)에 쿨링 드럼(110)이 장착되고, 증착막이 형성될 플렉시블 기판이 박판 글라스인 경우 이송부(100)에 복수 개의 롤러(120)가 장착될 것이다.
이와 같이, 이송부(100)가 증착막을 형성할 플렉시블 기판의 종류에 따라 쿨링 드럼(110) 또는 복수 개의 롤러(120)를 선택적으로 장착할 수 있도록 구성됨으로써, 하나의 롤투롤 스퍼터링 장치로 고분자 박막 필름 및 박판 글라스에 우수한 박막 특성을 갖는 증착막을 형성할 수 있다. 즉, 내열성이 약한 고분자 박막 필름에 증착막을 형성시킬 경우 쿨링 드럼(110)을 장착하여 스퍼터링 증착 공정 중 열에 의해 고분자 박막 필름이 녹거나 열 변형되는 것을 방지하고, 내열성이 우수한 박판 글라스에 증착막을 형성시킬 경우 복수 개의 롤러(120)를 장착하여 박판 글라스가 냉각되는 것을 방지함으로써 박판 글라스에 증착되는 증착막의 결정성을 높여 증착막의 비저항 및 투과특성을 향상시킬 수 있다.
쿨링 드럼(100) 또는 복수 개의 롤러(120)는 플렉시블 기판과의 접촉에 의해 플렉시블 기판에 스크래치가 발생하는 것을 방지하기 위해 표면이 매끄럽게 연마처리 될 수 있다. 또한, 플렉시블 기판의 이송속도와 쿨링 드럼(110) 또는 복수 개의 롤러(120)의 회전속도가 일치되도록 제어될 수 있다.
한편, 쿨링 드럼(110)의 내부에는 증착막이 형성 공정에서 발생하는 열에너지를 분산 또는 제거하여 플렉시블 기판, 바람직하게는 고분자 박막 필름을 일정온도로 유지시키기 위한 냉각수가 흐를 수 있는 유로(미도시)가 형성될 수 있다.
그리고, 이송부(100)에 장착되는 복수 개의 롤러(120)는 원형으로 배치될 수 있으며, 바람직하게는 쿨링 드럼(110)의 외경과 동일한 외경을 갖는 원형 형태로 배치될 것이다. 이와 같이 복수 개의 롤러(120)가 쿨링 드럼(110)의 외경과 동일한 외경을 갖는 원형 형태로 배치됨으로써, 롤투롤 스퍼터링 장치에 설치된 다른 유닛들(예를 들어, 가이드 롤러(10a, 20a), 스퍼터(200) 등)의 설치 변경 없이 쿨링 드럼(110) 또는 복수 개의 롤러(120)만을 선택적으로 장착하는 것으로, 신속하고 간단하게 롤투롤 스퍼터링 장치를 가동시킬 수 있다.
또한, 이송부(100)에 복수 개의 롤러(120)가 장착되는 경우, 이송부(100)는 복수 개의 롤러(120)에 의해 이송되며 후술할 스퍼터(200)에 의해 일면에 증착막이 형성되는 플렉시블 기판의 타면 측에 히터(heater)(미도시)를 구비할 수 있다. 복수 개의 롤러(120)가 원형으로 배치되는 경우는 복수 개의 롤러(120)가 이루는 원형의 내부에 히터(미도시)가 구비될 것이다.
즉, 이송부(100)는 복수 개의 롤러(120)에 의해 이송되어 일면에 증착막이 형성되는 플랙시블 기판, 바람직하게는 박판 글라스, 의 반대 면을 가열하기 위한 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이, 히터(미도시)가 증착막이 형성되는 박판 글라스의 증착막 형성 반대 면을 가열함으로써, 증착막의 결정성을 높일 수 있고, 이에 의해 증착막의 비저항 및 투과특성을 향상시킬 수 있다.
스퍼터(200)는 증착막을 형성할 물질인 타겟(target)과 타겟의 구성 원자를 방출시키기 위한 전원인 캐소드를 포함하여 구성되고, 이송부(100) 주위에 배치되어 이송부(100)에 의해 이송되는 플렉시블 기판의 일면으로 타겟 물질을 스퍼터링한다.
타겟은 ITO(Indium Tin Oxide), SnO2, ZnO, CdSnO4, IZO(Indium zinc oxide), Si, SiO2, NbOx 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있다.
스퍼터(200)는 DC 스퍼터링, MF 스퍼터링, RF 스퍼터링, 마그네트론 스퍼터링 등 다양한 방법으로 타겟 물질을 스퍼터링할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 스퍼터(200)는 복수 개일 수 있다. 즉, 복수 개의 스퍼터(210, 220, 230, 240, 250)가 이송부(100)의 주위에 배치되어 이송부(100)에 의해 이송되는 플렉시블 기판의 일면에 연속적으로 빠르게 증착막을 형성할 수 있다.
다만, 이와 같이 스퍼터가 복수 개(210, 220, 230, 240, 250)인 경우, 이송부에 복수 개의 롤러(120)가 장착되면, 각 스퍼터(210, 220, 230, 240, 250)에서 스퍼터링된 타겟 물질이 다른 스퍼터로 날아가게 되고, 이에 의해 다른 스퍼터에 의한 스퍼터링에 영향을 줄 수가 있다. 일반적으로 스퍼터를 구성하는 타겟은 증착막이 형성되는 플렉시블 기판보다 그 폭이 넓으므로, 타겟에서 방출된 일부 타겟 물질은 플렉시블 기판을 지나쳐 다른 스퍼터 쪽으로 날아가게 되기 때문이다. 그러나, 이송부에 쿨링 드럼이 장착된 경우는, 일반적으로 쿨링 드럼의 폭이 타겟의 폭보다 넓어 이와 같은 문제가 발생하지 않는다.
이에 본 발명의 일 실시예에 따른 이송부(100)는 이송부(100)에 복수 개의 롤러(120)가 장착되고, 스퍼터가 복수 개(210, 220, 230, 240, 250)인 경우, 복수 개의 롤러(120)에 의해 이송되고, 일면에 증착막이 형성되는 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어, 각 스퍼터(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 스퍼터링된 타겟 물질이 다른 스퍼터로 날아가는 것을 방지하는 가스 분리 블록(gas separation block)(300)을 더 포함하여 이루어질 수 있다.
이와 같이, 가스 분리 블록(300)이 각 스퍼터(210, 220, 230, 240, 250)에 의해 스퍼터링된 타겟 물질이 다른 스퍼터로 날아가는 것을 방지함으로써, 각 스퍼터(210, 220, 230, 240, 250)에 의한 스퍼터링 증착 공정이 원활이 이루어질 수 있을 것이다.
여기서, 가스 분리 블록(300)은 복수 개의 가스 분리 블록(301, 302, 303, 304, 305)이 도 3에 도시된 바와 같이 각 롤러들(120a, 120b, 120c, 120d, 120e, 120f) 사이에 각각 배치될 수 있다.
또한, 가스 분리 블록(300)이 히터로 이루어질 수 있을 것이다.
또한, 본 발명에 따른 롤투롤 스퍼터링 장치는 이송부(100) 및 스퍼터(200)가 복수 쌍으로 이루어질 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.
10: 언와인더 롤 20: 와인더 롤
10a, 20a: 가이드 롤러 100: 이송부
110: 쿨링 드럼 120: 복수 개의 롤러
200: 스퍼터 300: 가스 분리 블록

Claims (7)

  1. 플렉시블 기판 상에 증착막을 형성하는 롤투롤(roll-to-roll) 스퍼터링 장치에 있어서,
    상기 롤투롤 스퍼터링 장치는,
    복수 개의 롤러(roller)가 탈·부착 가능하게 장착되는 이송부; 및
    복수 개로 구비되고, 상기 이송부 주위에 배치되어 상기 이송부에 의해 이송되는 상기 플렉시블 기판의 일면으로 타겟 물질을 스퍼터링 하되, 상기 플렉시블 기판의 폭보다 상대적으로 넓은 폭을 갖는 타겟을 포함하는 스퍼터;
    를 포함하고,
    적어도 상기 타겟의 폭에 상응되는 폭을 가지며, 상기 타겟과 대향되는 구조로 상기 플렉시블 기판의 타면 측에 배치되어, 복수 개의 상기 스퍼터 각각에 의해 스퍼터링된 상기 타겟 물질이 상기 플렉서블 기판의 폭 방향 양측을 지나쳐 상기 타겟 물질의 이동 선상에 배치되어 있는 하나 또는 둘 이상의 다른 상기 스퍼터 측으로 날아가는 것을 방지하는 가스 분리 블록을 더 포함하되,
    상기 가스 분리 블록은 히터로 이루어진 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 복수 개의 롤러가 장착되되,
    상기 복수 개의 롤러에 의해 이송되고, 일면에 증착막이 형성되는 플렉시블 기판의 타면 측에 구비되는 히터(heater)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 롤러는 원형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플렉시블 기판은 박판 글라스 또는 고분자 박막 필름인 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고분자 박막 필름은 PET(Polyethylene Terephthalate), PES(Polyether Sulfone), PI(Polyimide), PEN(Polyethylene Naphthalate), PAR(Polyarylate), PC(polycarbonate) 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가스 분리 블록은 각 롤러들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 롤투롤 스퍼터링 장치는,
    상기 이송부 및 스퍼터가 복수 쌍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤투롤 스퍼터링 장치.
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