KR20160145463A - 롤투롤 증착장치 - Google Patents

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KR20160145463A
KR20160145463A KR1020150103564A KR20150103564A KR20160145463A KR 20160145463 A KR20160145463 A KR 20160145463A KR 1020150103564 A KR1020150103564 A KR 1020150103564A KR 20150103564 A KR20150103564 A KR 20150103564A KR 20160145463 A KR20160145463 A KR 20160145463A
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KR1020150103564A
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정상권
배강
이창현
김화민
손선영
이창규
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대구가톨릭대학교산학협력단
정상권
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Abstract

롤투롤 증착장치가 개시된다. 일 실시 예에 있어서, 상기 롤투롤 증착장치는 챔버, 언와인딩롤러, 와인딩롤러, 타겟, 제1롤러, 제2롤러 및 전원부를 포함한다. 상기 언와인딩롤러는 상기 챔버 내부에 배치되며, 롤링하여 유연성 기판을 공급한다. 상기 와인딩롤러는 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러와 대향하게 배치되며, 롤링하여 상기 유연성 기판을 회수한다. 상기 타겟은 상기 챔버 내부에 배치되며, 일면이 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러와 상기 와인딩롤러 사이를 이동하는 상기 기판에 대향하여 배치되며, 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착한다. 상기 제1롤러와 상기 제2롤러는 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러 사이에서 서로 이격되어 배치되며, 상기 타겟과 대향하여 이동하는 상기 기판이 상기 타겟과 소정의 거리를 유지하도록 한다. 상기 전원부는 상기 기판과 상기 타겟 사이에 전압을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성한다. 이 경우, 상기 제1롤러는 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공한다. 상기 제2롤러는 롤링하여 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러로 제공한다. 상기 제1롤러와 상기 제2롤러는 상기 기판의 타면과 접하여, 상기 기판 중에서 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-의 장력이 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 한다.

Description

롤투롤 증착장치{roll to roll deposition system}
본 명세서에서 개시하는 기술은 롤투롤 증착장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 증착 과정에서 유연성 기판에 안정된 장력을 제공하면서, 롤러의 개수를 줄여 기판의 손상을 최소화한 롤투롤 증착장치에 관한 것이다.
본 특허는 중소기업청에서 지원하는 2015년도 산학연협력 기술개발사업(No. C0217429 )의 연구수행으로 인한 결과물임을 밝힙니다.
기판 상에 박막을 형성하기 위하여 PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition) 등과 같은 다양한 방식이 사용되고 있다. 스퍼터 방식은 PVD 방식의 일례로 기판 상에 박막을 형성하기 위하여 많이 활용되는 기술이다. 스퍼터 방식은 플라즈마 상의 양이온을 타겟과 충돌시켜서 타겟으로부터 비산되는 물질을 기판에 증착하여 기판 상에 박막을 형성하는 기술이다.
최근 디스플레이, 태양전지, 터치패널, 윈도우 필름 등에 박막이 증착된 유연성 기판이 많이 사용된다. 유연성 기판은 유리기판 등의 비유연성 기판에 비하여 박형화 과정에서 쉽게 파손되지 아니하므로 내구성, 유연성 등에서 장점을 가진다.
유연성 기판에 박막을 증착하는 방법으로 롤투롤 스퍼터 장치를 활용한 방법이 많이 사용된다. 롤투롤 스퍼터 장치는 진공 챔버 내에서 언와인딩롤러와 와인딩롤러를 통하여 증착 영역으로 공급되는 기판의 표면에 스퍼터링 방식으로 박막을 증착하는 장치이다. 일반적으로 사용되는 종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 기판이 표면에 밀착되고, 밀착된 기판에 박막증착이 진행되는 원통형상의 증착 메인 드럼과 증착 메인 드럼과 대향하여 배치되는 복수의 스퍼터링 캐소드를 포함한다. 증착 메인 드럼은 스퍼터링 방식으로 기판에 박막을 증착하는 과정에서 기판에 발생하는 온도를 조절하기 위한 냉각수단을 포함한다. 또한, 종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 언와인딩롤러로부터 증착 메인 드럼으로 기판을 공급하고, 증착이 진행된 기판을 와인딩롤러로 회수하기 위한 많은 수의 롤러를 포함한다.
종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 증착 메인 드럼에 밀착되는 기판의 밀착 면적이 넓어 박막증착 과정에서 기판의 좌우 치우침이 발생할 수 있다. 기판의 좌우 치우침은 기판이 증착 메인 드럼으로부터 벌어지는 현상을 초래할 수 있다. 이로 인하여 기판에 박막을 증착하는 과정에서 기판에 온도 편차를 발생하므로 기판에 증착되는 박막의 품질이 나빠지는 문제가 있다. 또한, 많은 수의 롤러를 사용함으로써 기판의 이동과정에서 기판, 기판 상에 형성된 박막 등에 발생하는 스크래치 등의 손상이 발생하는 문제가 있다.
본 명세서에서 종래의 원통형상의 증착 메인 드럼을 제1롤러 및 제2롤러 구조로 대체한 롤투롤 증착장치를 제안한다. 이 과정에서 롤러의 개수를 대폭적으로 감소시킬 수 있다. 이를 통하여 종래의 롤투롤 증착장치의 문제점으로 지적된 증착과정에서의 기판의 온도 편차 문제, 이동과정에서의 기판, 기판 상에 형성된 박막 등의 손상을 최소화할 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 롤투롤 증착장치가 개시(disclosure)된다. 상기 롤투롤 증착장치는 챔버, 언와인딩롤러, 와인딩롤러, 타겟, 제1롤러, 제2롤러 및 전원부를 포함한다. 상기 언와인딩롤러는 상기 챔버 내부에 배치되며, 롤링하여 유연성 기판을 공급한다. 상기 와인딩롤러는 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러와 대향하게 배치되며, 롤링하여 상기 유연성 기판을 회수한다. 상기 타겟은 상기 챔버 내부에 배치되며, 일면이 상기 언와인딩롤러와 상기 와인딩롤러 사이를 이동하는 상기 기판에 대향하여 배치되며, 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착한다. 상기 제1롤러와 상기 제2롤러는 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러 사이에서 서로 이격되어 배치되며, 상기 타겟과 대향하여 이동하는 상기 기판이 상기 타겟과 소정의 거리를 유지하도록 한다. 상기 전원부는 상기 기판과 상기 타겟 사이에 전압을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성한다. 이 경우, 상기 제1롤러는 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공한다. 상기 제2롤러는 롤링하여 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러로 제공한다. 상기 제1롤러와 상기 제2롤러는 상기 기판의 타면과 접하여, 상기 기판 중에서 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-의 장력이 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 한다.
상기 증착영역의 상기 장력은 상기 제2롤러의 상기 제1롤러에 대한 상대 롤링 속도의 조절 또는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 거리 조절을 통하여 조절될 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 기판을 향하는 방향 또는 상기 기판에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구를 더 포함할 수 있다. 상기 이송기구는 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 상기 적어도 어느 하나를 이동시킴으로써 상기 증착영역과 상기 타겟 사이의 상기 소정의 거리를 조절할 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 배치되는 제1프리롤러 및 상기 제2롤러와 상기 와인딩롤러 사이에 배치되는 제2프리롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 제1프리롤러는 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제1롤러에 제공할 수 있다. 상기 제2프리롤러는 롤링하여 상기 제2롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러에 제공할 수 있다. 이 경우, 상기 제1프리롤러 및 상기 제2플리롤러는 상기 기판의 상기 일면과 각각 접한다. 상기 제1프리롤러와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 상기 제1롤러와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 상기 제1롤러의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 상기 제1프리롤러를 통하여 상기 제1롤러로 제공되는 상기 기판이 상기 제1롤러의 외면에 밀착된다. 상기 제2프리롤러와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 상기 제2롤러와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 상기 제2롤러의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 상기 제2롤러를 통하여 상기 제2프리롤러로 공급되는 상기 기판이 상기 제2롤러의 외면에 밀착된다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 외부에 배치되며, 내면의 적어도 일부가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러와 밀착되어 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 롤링에 따라 회전하는 폐루프 형상의 벨트를 더 포함할 수 있다. 상기 벨트는 상기 기판의 타면과 접하여, 상기 증착영역의 장력이 상기 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 할 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 배치되는 히터를 더 포함할 수 있다. 상기 히터는 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받고, 공급받은 상기 기판을 가열하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거할 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 배치되는 제3프리롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 제3프리롤러는 상기 증착영역이 상기 타겟의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지할 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 타겟의 타면에 대향하여 배치되며, 자계를 생성하여 상기 플라즈마 중의 전자를 상기 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시키는 자석 배열체를 더 포함할 수 있다. 상기 자석 배열체는 상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며 N극 또는 S극이 상기 타겟에 대향되는 내측자석, 상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며 상기 내측자석으로부터 이격되어 상기 내측자석을 둘러싸고 상기 내측자석과는 역의 자극이 상기 타겟에 대향되는 외측자석 및 상기 내측자석과 상기 외측자석 사이에 배치되며 상기 내측자석과 상기 외측자석의 간격을 유지하는 비자성부재를 포함할 수 있다.
상기 외측자석은 상기 내측자석 방향으로 돌출된 패턴을 가지며, 상기 내측자석은 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가질 수 있다. 상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시킬 수 있다.
상기 롤투롤 증착장치는 상기 타겟 및 상기 자석 배열체가 배치되는 지지부를 더 포함할 수 있다. 상기 타겟은 상기 타겟의 상기 일면이 상기 기판에 대향하도록 상기 지지부에 배치될 수 있다. 상기 자석 배열체는 상기 타겟의 상기 타면에 대항햐여 상기 지지부에 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 자석 배열체는 상기 내측자석 및 상기 외측자석이 상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되어 배치되도록 상기 지지부에 배치될 수 있다.
전술한 내용은 이후 보다 자세하게 기술되는 사항에 대해 간략화된 형태로 선택적인 개념만을 제공한다. 본 내용은 특허 청구 범위의 주요 특징 또는 필수적 특징을 한정하거나, 특허청구범위의 범위를 제한할 의도로 제공되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 롤투롤 스퍼터 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 명세서에서 개시하는 제1롤러와 제2롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치에 적용 가능한 제1롤러, 제2롤러 및 타겟의 다양한 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 명세서에서 개시하는 자석 배열체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 명세서에 개시된 실시 예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명하고 자 한다. 본문에서 달리 명시하지 않는 한, 도면의 유사한 참조번호들은 유사한 구성요소들을 나타낸다. 상세한 설명, 도면들 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다. 당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되어지며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 도면에서 여러 층(또는 막), 영역 및 형상을 명확하게 표현하기 위하여 구성요소의 폭, 길이, 두께 또는 형상 등은 과장되어 표현될 수도 있다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소 "에 배치" 이라고 언급되는 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 배치되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소 "에 밀착" 이라고 언급되는 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 밀착되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에” 와 “바로 ~사이에” 등도 마찬가지로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용된 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석 될 수 없다.
도 1은 종래의 롤투롤 스퍼터 장치를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 챔버(1), 언와인딩롤러(2), 와인딩롤러(3), 유연성 기판(4), 증착 메인 드럼(5), 스퍼터건(6), 제1장력유지부(7) 및 제2장력유지부(8)를 포함한다. 언와인딩롤러(2), 와인딩롤러(3), 유연성 기판(4), 증착 메인 드럼(5), 스퍼터건(6), 제1장력유지부(7) 및 제2장력유지부(8)는 챔버(1) 내에 배치된다. 유연성 기판(4)은 언와인딩롤러(2)로부터 공급되어 증착 메인 드럼(5)을 거쳐 와인딩롤러(3)로 회수된다. 제1장력유지부(7) 및 제2장력유지부(8)는 스퍼터건(6)에 의하여 증착 메인 드럼(5)에 놓인 유연성 기판(4)의 표면에 박막이 증착되는 과정에서 유연성 기판(4)의 장력을 일정하게 유지한다. 증착 메인 드럼(5)은 스퍼터건(6)에 의하여 기판(4)의 표면에 박막이 증착되는 과정에서 기판(4)의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 냉각될 수 있다.
종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 증착 메인 드럼(5)에 밀착되는 유연성 기판(4)의 밀착 면적이 넓어 박막증착 과정에서 기판(4)의 좌우 치우침이 발생할 수 있다. 기판(4)의 좌우 치우침은 기판(4)이 증착 메인 드럼(5)으로부터 벌어지는 현상을 초래할 수 있다. 이로 인하여 기판(4)에 박막을 증착하는 과정에서 기판(4)에 온도 편차를 발생하므로 기판(4)에 증착되는 박막의 품질이 나빠지는 문제가 있다.
한편, 기판(4)에 일정한 장력을 제공하는 제1장력유지부(7) 및 제2장력유지부(8)는 많은 수의 프리롤러를 포함한다. 이 경우, 많은 수의 프리롤러를 사용함으로써 기판(4)이 증착 메인 드럼(5)로 이동하는 과정에서 기판(4)에 스크래치 등의 손상을 유발할 수 있다. 또한, 많은 수의 프리롤러를 사용함으로써 박막이 증착된 기판(4)이 와인딩롤러(3)로 회수되는 과정에서 기판(4) 상에 형성된 박막, 기판(4) 등에 스크래치 등의 손상을 유발할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치는 이러한 문제점을 해결하기 위한 과정에서 도출되었다. 이하 도 2 내지 도 8을 참조하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치의 구조, 동작 등을 설명하기로 한다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 명세서에서 개시하는 제1롤러와 제2롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치에 적용 가능한 제1롤러, 제2롤러 및 타겟의 다양한 배열을 설명하기 위한 도면이다. 도 7 및 도 8은 본 명세서에서 개시하는 자석 배열체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 장치(100)는 챔버(110), 언와인딩롤러(120), 와인딩롤러(130), 타겟(140), 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 전원부(170)를 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로(optionally) 이송기구(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 제1프리롤러(152) 및 제2프리롤러(162)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 폐루프 형상의 벨트(154)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 히터(180)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 냉각 매체 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 제3프리롤러(156)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 자석 배열체(190)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 지지부(192)를 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 롤투롤 장치(100)는 선택적으로 동력부(194)를 더 포함할 수 있다.
챔버(110)는 스퍼터링이 진행되는 외부와 차단된 공간이며, 박막 증착 공정을 진행하기 위하여 소정의 압력하에서 진공상태로 유지된다.
유연성 기판(flexible substrate)은 합성수지, 플라스틱 등 고분자소재로 제작될 수 있다. 일례로, 상기 유연성 기판은 플렉시블(flexible) 특성을 가지는 디스플레이, 태양전지, 터치패널, 윈도우 필름 등에 사용되는 유연성 기판이 예로서 사용될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 롤투롤 장치(100)에 적용될 수 있는 유연한 성질을 가지는 소재를 상기 기판으로서 사용 가능하다.
언와인딩롤러(120)는 챔버(110) 내부에 배치되며, 롤링하여 상기 유연성 기판을 공급한다. 언와인딩롤러(120)는 중심의 축을 기준으로 모터 등의 동력원에 의하여 회전할 수 있다.
와인딩롤러(130)는 챔버(110) 내부에 언와인딩롤러(120)와 대향하게 배치되며, 롤링하여 상기 유연성 기판을 회수한다. 와인딩롤러(130)는 중심의 축을 기준으로 모터 등의 동력원에 의하여 회전할 수 있다. 이 경우, 언와인딩롤러(120)의 회전방향과 와인딩롤러(130)의 회전방향은 서로 반대방향일 수 있다. 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130) 사이의 롤링 속도의 차이를 조절함으로써 상기 유연성 기판에 가해지는 장력을 조절할 수 있다. 한편, 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)의 회전방향은 반전될 수 있다. 이 경우, 언와인딩롤러(120)는 상기 기판을 회수하는 역할을, 와인딩롤러(130)는 상기 기판을 공급하는 역할을 수 행할 수 있다. 또한, 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)의 회전방향의 반전을 통하여 상기 기판의 장력을 적절히 조절할 수 있다.
일례로, 언와인딩롤러(120) 또는 와인딩롤러(130)의 양쪽 모두 또는 어느 한쪽에는 장력측정기(미도시)가 배치될 수 있다. 상기 장력측정기를 통하여 상기 유연성 기판에 가해지는 장력을 측정하고, 측정된 상기 장력을 기준값과 비교할 수 있다. 측정된 상기 장력이 상기 기준값을 기준으로 미리 정해진 범위를 초과하거나 미달할 경우에 언와인딩롤러(120) 또는 와인딩롤러(130)의 양쪽 모두 또는 어느 한 쪽의 회전속도, 회전방향 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제어함으로써 상기 유연성 기판에 가해지는 상기 장력이 소정의 값의 범위를 유지하도록 할 수 있다.
타겟(140)은 챔버(110)의 내부에 배치되며, 일면이 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130) 사이를 이동하는 상기 유연성 기판에 대향하여 배치되며, 스퍼터링에 의하여 상기 유연성 기판의 일면에 막을 증착한다.
타겟(140)의 소재로는 다양한 금속 소재, 합금 소재, 산화물 소재 등이 사용될 수 있다. 스퍼터링에 의하여 비산되는 타겟원자들은 상기 유연성 기판의 상기 일면에 증착되어 막을 형성하거나, 챔버(110)로 주입되는 반응성 기체 이온과 반응하여 상기 유연서 기판의 상기 일면에 증착되어 막을 형성할 수도 있다. 일례로, 타겟(140)의 소재로 알루미늄(Al)을 사용하고, 챔버(110)로 아르곤(Ar) 기체를 주입할 경우에 상기 유연성 기판에는 알루미늄(Al) 막이 형성될 수 있다. 다른 예로, 타겟(140)의 소재로 알루미늄(Al)을 사용하고, 챔버(110)로 아르곤(Ar) 기체와 산소(O2) 기체를 주입할 경우에 상기 유연성 기판에는 산화알루미늄(AlxOy) 막이 형성될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 다양한 소재 및 기체가 각각 타겟(140)의 소재 및 반응성 기체로 사용될 수도 있다.
제1롤러(150)와 제2롤러(160)는 챔버(110) 내부에 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130) 사이에서 서로 이격되어 배치되며, 타겟(140)과 대향하여 이동하는 상기 유연성 기판이 타겟(140)과 소정의 거리를 유지하도록 한다. 한편, 타겟(140)에 대한 제1롤러(150)와 제2롤러(160)의 거리를 일정하게 조절함으로써 타겟(140)과 대향하는 상기 유연성 기판이 타겟(140)과 수평을 유지하도록 할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1롤러(150)는 롤링하여 언와인딩롤러(120)로부터 상기 유연성 기판을 공급받아 제2롤러(160)로 제공한다. 제2롤러(160)는 롤링하여 제1롤러(150)가 제공하는 상기 유연성 기판을 공급받아 와인딩롤러(130)로 제공한다. 제1롤러(150)와 제2롤러(160)는 상기 유연성 기판의 타면과 접하여, 상기 유연성 기판 중에서 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이에 위치하는 상기 유연성 기판 부분-이하 증착영역이라 함-의 장력이 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하도록 한다. 일례로, 상기 증착영역의 상기 장력은 제2롤러(160)의 제1롤러(150)에 대한 상대 롤링 속도의 조절 또는 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 거리 조절을 통하여 조절될 수 있다. 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 상기 거리 조절은 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나의 축을 이동함으로써 수행될 수 있다. 도 2 내지 도 4에는 제1롤러(150)에 대하여 상대적으로 이동하는 제2롤러(160)를 통하여 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 상기 거리 조절이 수행되는 경우가 예로서 표현되어 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서, 제2롤러(160)에 대하여 제1롤러(150)가 상대적으로 이동하거나, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)가 동시에 이동하여 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 상기 거리 조절이 수행될 수도 있다. 제1롤러(150) 또는 제2롤러(160)의 이동은 제1롤러(150)의 회전축 또는 제2롤러(160)의 회전축의 이동을 통하여 수행될 수 있다. 이 경우, 제1롤러(150)의 상기 회전축 또는 제2롤러(160)의 상기 회전축에 인접하여 가이드부(미도시)가 배치될 수 있으며, 상기 가이드부는 내부에 가이드 홀(미도시)이 형성될 수 있다. 제1롤러(150)의 상기 회전축 또는 제2롤러(160)의 상기 회전축은 상기 가이드 홀을 따라 가이드 되어 이동할 수 있다.
이송기구(미도시)는 제1롤러(150), 제2롤러(150) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 유연성 기판을 향하는 방향 또는 상기 유연성 기판에서 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다. 상기 이송기구는 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 상기 적어도 어느 하나를 이동시킴으로써 상기 증착영역과 타겟(140) 사이의 상기 소정의 거리를 조절할 수 있다. 한편, 제1롤러(150), 제2롤러(150) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 상기 적어도 어느 하나는 상기 이송기구에 의하여 이동하는 과정에서 상기 유연성 기판에 압력을 인가하거나, 기존에 인가되고 있던 압력을 줄여주는 역할을 수행할 수 있다. 이를 통하여 상기 이송기구는 상기 증착영역의 상기 장력을 조절할 수도 있다.
제1프리롤러(152)는 언와인딩롤러(120)와 제1롤러(150) 사이에 배치될 수 있다. 제2프리롤러(162)는 제2롤러(160)와 와인딩롤러(130) 사이에 배치될 수 있다. 제1프리롤러(152)는 롤링하여 언와인딩롤러(120)로부터 상기 유연성 기판을 공급받아 제1롤러(150)에 제공한다. 제2프리롤러(162)는 롤링하여 제2롤러(160)로부터 상기 유연성 기판을 공급받아 와인딩롤러(130)에 제공한다. 이 경우, 제1프리롤러(152) 및 제2플리롤러(162)는 상기 유연성 기판의 상기 일면과 각각 접한다. 도 3에 예로서 도시된 바와 같이, 제1프리롤러(152)와 상기 유연성 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 제1롤러(150)와 상기 유연성 기판의 상기 타면이 접하는 부분보다 소정의 거리만큼 제1롤러(150)의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 제1프리롤러(152)를 통하여 제1롤러(150)로 제공되는 상기 유연성 기판이 제1롤러(150)의 외면에 밀착될 수 있다. 제2프리롤러(162)와 상기 유연성 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 제2롤러(160)와 상기 유연성 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 제2롤러(160)의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 제2롤러(160)를 통하여 제2프리롤러(162)로 공급되는 상기 유연성 기판이 제2롤러(160)의 외면에 밀착될 수 있다. 상기 유연성 기판이 제1롤러(150)의 상기 외면 및 제2롤러(160)의 상기 외면에 밀착되는 정도는 앞서 상술한 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 위치 조절, 롤링 속도 조절 등을 통하여 조절될 수 있다. 이를 통하여 상기 증착영역의 상기 장력을 조절할 수 있다.
폐루프 형상의 벨트(154)는 제1롤러(150)와 제2롤러(160)의 외부에 배치되며, 내면의 적어도 일부가 제1롤러(150)와 제2롤러(160)와 밀착되어 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 롤링에 따라 회전할 수 있다. 벨트(154)는 상기 유연성 기판의 타면과 접하여, 상기 증착영역의 장력이 상기 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하도록 할 수 있다. 다시 말하면, 벨트(154)는 상기 유연성 기판의 상기 타면과 접하며, 제1롤러(150)와 제2롤러(160)와 밀착되어 회전할 수 있다. 또한, 벨트(154)는 제1롤러(150)와 제2롤러(160)의 위치 이동에 따라 위치가 변화될 수 있다. 따라서 벨트(154)는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 위치 조절, 롤링 속도 조절 등에 따라 조절되는 장력을 상기 유연성 기판에 제공할 수 있다. 도 4에서 벨트(154)의 동작을 예로서 설명하고 있다. 도 3 및 도 4에서의 화살표는 유연성 기판이 이동하는 방향을 예로서 표현한 것이다.
벨트(154)는 다양한 소재로 제작될 수 있다. 일례로, 벨트(154)는 얇은 금속판으로 제작될 수 있다. 이 경우, 금속의 큰 열전도도에 의하여 타면에서 벨트(154)와 접하는 상기 유연성 기판을 용이하게 냉각시킬 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 다시 말하면, 벨트(154)는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)와 연결되므로 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 각각과 서로 열교환이 이루어진다. 따라서 벨트(154)는 상기 증착영역에서 막 증착이 진행되는 과정에서 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)와의 열교환을 통하여 상기 증착영역의 온도를 소정의 수준으로 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 증착영역의 상기 온도는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)에 설정된 온도에 따라 변화하게 되므로 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 온도를 제어함으로써 상기 증착영역의 온도를 소정의 수준으로 유지할 수 있다.
제3프리롤러(156)는 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이에 배치될 수 있다. 제3프리롤러(156)는 상기 증착영역이 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 제3프리롤러(156)의 개수를 조절함으로써 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행한 상기 증착영역의 길이 또는 면적을 늘릴 수 있다. 제3프리롤러(156)는 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 도면에 도시된 바와 같이 상기 유연성 기판의 상기 타면과 접하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 도면에는 세 개의 제3프리롤러(156)가 예로서 표현되어 있다. 다른 예로, 도면에 도시한 바와 달리, 상기 증착영역이 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지하는 기능을 수행할 수 있는 한 제3프리롤러(156)의 개수에는 제한이 없다.
한편, 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나는 냉각 매체 공급부(미도시)로부터 냉각 매체를 공급받을 수 있다. 상기 유연성 기판의 상기 일면에 막을 증착하는 과정에서 상기 유연성 기판은 가열될 수 있다. 상기 냉각 매체 공급부는 상기 냉각 매체를 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 상기 적어도 어느 하나에 공급함으로써 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)와 접하는 상기 유연성 기판이 소정의 온도를 유지하도록 할 수 있다. 특히, 벨트(154)는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)와 연결되고, 상기 유연성 기판은 벨트(154)와 접하므로 벨트(154)를 통할 경우 보다 효과적으로 상기 유연성 기판이 상기 소정의 온도를 유지하도록 할 수 있다.
일례로, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 내부에는 각각 상기 냉각 매체가 흐를 수 있는 냉각매체이동관(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 냉각 매체 공급부가 공급하는 상기 냉각 매체는 상기 냉각매체이동관을 통하여 이동할 수 있다. 이를 통하여 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)는 적정 공정 온도를 유지할 수 있으며, 상기 적정 공정온도를 직접 또는 벨트(154)를 통하여 상기 유연성 기판에 제공함으로써 상기 유연성 기판이 상기 소정의 온도를 유지하도록 할 수 있다.
상기 냉각 매체로는 물, 알코올, 오일, 부동액, 혼합 부동액 등이 예로서 사용될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 온도를 조절할 수 있는 한 상기 냉각 매체의 소재에는 제한이 없다.
제1롤러(150), 제2롤러(160), 벨트(154) 및 제3프리롤러(156)는 도 5 및 도 6에서 예로서 표현한 바와 같이 하나 또는 복수 개가 활용될 수 있다. 이 경우, 타겟(140) 및 자석 배열체(190)를 포함하는 캐소드도 하나 또는 여러 개가 적절한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 제1프리롤러(152) 및 제2프리롤러(162)도 적절한 위치에 필요한 수 만큼 배치되어 활용될 수 있다.
전원부(170)는 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이에 전압을 인가하여 챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성한다. 전원부(170)가 인가하는 상기 전압은 직류 전압, 펄스 직류 전압, 교류 전압 등일 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)이 전도성을 가지는지 여부에 관계없이 다양한 재료를 타겟(140)으로 하여 상기 유연성 기판에 막을 증착할 수 있다.
전원부(170)가 타겟(140)과 연계하여 상기 유연성 기판의 상기 일면에 막을 증착하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
챔버(110) 내부에 진공 분위기가 형성된 상황에서 전원부(170)를 통하여 타겟(140)에 전압이 인가되면 타겟(140) 주위에는 플라즈마가 생성된다. 플라즈마는 챔버(110)에 주입되는 기체에 의하여 형성된다. 상기 기체로는 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체를 포함하는 비반응성 기체와 산소(O2), 질소(N2) 등을 포함하는 반응성 기체가 사용될 수 있다. 상기 기체는 보관 탱크(미도시)로부터 레귤레이터 등에 의하여 그 양이 조절되어 챔버(110)로 주입될 수 있다. 반응성 기체를 챔버(110)에 주입할 경우에는 반응성 스퍼터링을 수행할 수 있다.
플라즈마 방전 영역 내의 양이온들, 예를 들면 Ar 양이온은 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이에 형성되는 전기장에 의하여 가속되어 타겟(140)과 출동한다. 이에 따라 타겟(140)으로부터 타겟 원자가 방출되며, 상기 유연성 기판의 상기 일면에는 타겟 원자가 코팅되어 막이 형성된다. 이 과정에서 플라즈마 방전 영역 내의 전자는 상기 유연성 기판 또는 상기 유연성 기판 상에 형성된 박막에 충돌할 수 있다. 전자의 상기 유연성 기판 또는 상기 유연성 기판 상에 형성된 박막과의 충돌은 박막의 손상, 상기 유연성 기판의 온도 상승을 유발할 수 있다. 이를 방지하기 위하여 타겟(140)의 뒷면에 영구자석 또는 전자석을 설치하는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering) 방식이 사용될 수 있다. 마그네트론 스퍼터링 방식은 전자에 의한 상기 유연성 기판 또는 상기 유연성 기판 상에 형성된 박막과의 충돌을 줄여줄 수 있을 뿐 아니라, 스퍼터링 과정에서 전자를 타겟(140)의 상기 일면에 인접한 영역에 포획하여 양이온들, 예를 들면 Ar 양이온의 생성을 촉진할 수 있다. 이하 설명의 편의상 타겟(140)의 상기 일면에 인접한 상기 영역을 전자트랩영역이라 칭하기로 한다. 상기 전자트랩영역에서 양이온들의 생성이 촉진되면, 양이온들과 충돌하여 비산되는 타겟(140) 원자들의 생성을 촉진하여 이를 통하여 상기 유연성 기판에 형성되는 막의 증착 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 영구자석 또는 전자석의 적절한 배열을 통하여 상기 유연성 기판에 형성되는 막의 균일도를 용이하게 제어할 수 있다.
히터(180)는 언와인딩롤러(120)와 제1롤러(150) 사이에 배치될 수 있다. 히터(180)는 언와인딩롤러(120)로부터 상기 유연성 기판을 공급받고, 공급받은 상기 유연성 기판을 가열하여 상기 유연성 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거할 수 있다. 상기 유연성 기판은 생산되는 과정에서 수분, 유분 등을 포함하는 불순물에 의하여 오염될 수 있다. 상기 유연성 기판에 막을 형성하는 과정은 진공 환경에서 진행되며, 상기 유연성 기판에 막을 증착하는 과정에서 상기 유연성 기판은 가열될 수 있다. 따라서 상기 유연성 기판에 막을 증착하는 과정에서 상기 불순물은 아웃개싱(outgassing)되며, 막 증착율 저하, 막 품질 저하 등을 야기할 수 있다. 히터(180)는 가열부(182) 또는 가열부(182) 및 쿨링부(184)를 포함할 수 있다.
가열부(182)는 상기 유연성 기판을 가열하여 상기 유연성 기판에 포함된 상기 불순물을 아웃개싱하는 역할을 수행할 수 있다. 일례로, 가열부(182)로 근적외선 발열체가 사용될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 상기 유연성 기판을 가열할 수 있는 한 가열부(182)의 종류에는 제한이 없다.
쿨링부(184)는 가열부(182)에 의하여 발생한 열이 히터(180) 외부로 전달되는 것을 차단하는 기능을 수행한다. 즉, 쿨링부(184)는 히터(180) 내부에서 발생하는 열이 외부로 전달될 경우에 상기 유연성 기판을 변형시키는 것을 방지하는 기능을 수행한다. 쿨링부(184)는 예로서 가열부(182)를 감싸는 쿨링관(미도시)의 형상으로 제작될 수 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 상기한 예시 이외에 가열부(182)에 의하여 발생한 열이 히터(180) 외부로 전달되는 것을 차단하는 기능을 수행할 수 있는 한 쿨링부(184)의 형상에는 제한이 없다.
한편, 냉각부(미도시)가 히터(180)와 제1롤러(150) 사이에 배치될 수 있다. 상기 냉각부는 히터(180)에 의하여 아웃개싱된 상기 유연성 기판의 온도를 막 증착에 적절한 온도로 낮춰주는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어 설명하면, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)를 사용하여 ITO 박막을 상기 유연성 기판에 증착한다고 가정하자. 상기 유연성 기판으로부터 상기 불순물을 아웃개싱하기 위하여 상기 유연성 기판은 히터(180)에 의해 약 200℃ 이상으로 가열될 수 있다. ITO 박막이 약 80℃ 내지 약 120℃에서 증착될 경우에 약 200℃ 이상으로 가열된 상기 유연성 기판을 냉각시키지 않으면 막 품질의 저하가 초래될 수 있다. 이때, 상기 냉각부는 히터(180)에 의하여 아웃개싱된 상기 유연성 기판의 온도를 막 증착에 적절한 온도로 낮춰주어 상기 유연성 기판에 증착되는 막 품질을 유지하는 기능을 수행할 수 있다.
자석 배열체(190)는 타겟(140)의 타면에 대향하여 배치되며, 자계를 생성하여 플라즈마 중의 전자를 상기 전자트랩영역으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시킬 수 있다. 상기 전자트랩영역에 포획된 전자는 자석 배열에(190)에 의한 자계와 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이에 형성되는 전기장에 의하여 와류운동을 한다. 와류운동에 의하여 전자는 상기 전자트랩영역에 포획되며, 포획된 전자는 챔버(110) 내의 기체와 충돌하며, 이를 통하여 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마 밀도를 증가시킬 수 있다. 이를 통하여 스퍼터링 속도를 증가시킬 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 자석 배열체(190)는 내측자석(192), 외측자석(194) 및 비자성부재(196)를 포함할 수 있다. 내측자석(192)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 외측자석(194)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 내측자석(192)으로부터 이격되어 내측자석(192)을 둘러싸고, 내측자석(192)과는 역의 자극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 비자성부재(196)는 내측자석(192)과 외측자석(194) 사이에 배치되며, 내측자석(192)과 외측자석(194)의 간격을 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 내측자석(192)과 외측자석(194)은 도 8의 (b)에서 예로서 도시한 바와 같이, 복수개의 원형상의 영구자석을 배열하여 얻어지거나, 복수개의 네모 형상의 영구자석을 배열하여 얻어지거나, 하나의 덩어리 영구자석을 배열하여 구현될 수 있다. 다르게는, 도면에 도시한 바와 달리, 내측자석(192)과 외측자석(194)은 전자석을 활용하여 구현될 수도 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 내측자석(192)과 외측자석(194)은 다양한 형상의 영구자석, 전자석 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 7 및 도 8에는 자석 배열체(190)의 구조가 예로서 표현되어 있다. 도 7의 (a)는 종래의 자석 배열체의 구조의 일례를 보여주는 도면이며, (b)는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)에 적용되는 자석 배열체(190)의 구조의 일례를 보여주는 도면이다. 도 8의 (a) 및 (b)는 각각 본 명세서에서 개시하는 자석 배열체(190)의 구조 및 자석 배열체(190)를 구성하는 단위 자석의 형태의 예시를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 타겟(140)에 대향되는 자극이 서로 다른 내측자석(192) 및 외측자석(194) 사이에는 도 2에 도시된 바와 같이 자계가 형성된다. 상기 자계는 타겟(140)을 통하여 챔버(110)로 연장되어 도 2에 도시한 바와 같이 상기 전자트랩영역을 형성하는 자계를 만들게 된다. 도 7의 (a)에 예로서 표현한 종래의 자석 배열, 즉 레이스 트랙(race track) 형상의 자석 배열의 경우에 코너부 근방에서 전자가 상기 전자트랩영역 밖으로 뛰쳐나오기 쉽다. 따라서 코너부 근방에서의 전자밀도가 저하되는 경향이 발생할 수 있다. 특히, 도 7의 (a)에 예로서 표현한 바와 같이, 대면적 캐소드를 구현하기 위하여 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 여러 개 병렬로 배열할 경우에 코너부 근방에서의 전자밀도가 저하되는 경향은 가속화될 수 있다. 또한, 대면적 캐소드를 구현하기 위하여 여러 개의 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 사용할 경우에 사용하는 자석 배열의 자석이 서로 달라 자계의 균일성을 충분히 만족시킬 수 없다는 문제가 발생할 수도 있다. 또한, 레이스 트랙 형상의 자석 배열의 경우에 유효자계의 범위가 작아서 이들을 복수 개 병렬 연결하더라도 대면적 캐소드를 위한 유효자계의 범위를 확보하기가 어렵다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)에 사용되는 자석 배열체(190)는 도 7의 (b)에 예로서 도시된 바와 같이, 내측자석(192) 방향으로 돌출된 패턴을 가지는 외측자석(194)과 외측자석(194)의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 외측자석(194)의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 내측자석(192)을 포함할 수 있다. 이 경우, 자석 배열체(190)는 상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시킬 수 있어 대면적 캐소드를 구현할 수 있다. 다시 말하면, 상기 사행의 형상의 자석 배열체(190)를 사용하면 타겟(140)에 인접한 영역 또는 상기 전자트랩영역에서 전자가 연속적인 싸이클론 운동을 할 수 있다. 이를 통하여 스퍼터링에 활용되는 양이온들을 제공하는 플라즈마의 밀도를 높일 수 있다. 또한, 상기 사행의 형상을 가지는 자석 배열체(190)는 여러 개의 레이스 트랙 형상의 자석 배열을 통하여 구현된 자석 배열체와 달리 코너부를 최소화 할 수 있어 코너부 근방에서의 전자밀도 저하에 따른 문제점을 줄일 수 있다. 또한, 또한, 상기 사행의 형상을 가지는 자석 배열체(190)는 내측자석(192) 및 외측자석(194)의 형상 또는 간격 등을 조절할 수 있어 대면적 캐소드를 위한 유효자계의 범위를 용이하게 확보할 수 있다.
지지부(192)에는 타겟(140) 및 자석 배열체(190)가 배치될 수 있다. 타겟(140)은 타겟(140)의 상기 일면이 상기 유연성 기판에 대향하도록 지지부(192)에 배치될 수 있다. 자석 배열체(190)는 타겟(140)의 상기 타면에 대항햐여 지지부(192)에 배치될 수 있다. 이 경우, 자석 배열체(190)는 내측자석(192) 및 외측자석(194)이 타겟(190)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되어 배치되도록 지지부(192)에 배치될 수 있다. 지지부(192)를 통하여 자석 배열체(190)는 상기 전자트랩영역에 안정적으로 자계를 인가할 수 있다. 지지부(192)는 고정된 구조이거나, 외부에서 인가되는 동력에 의해 회전할 수 있다.
동력부(194)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)를 회전시키거나 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)에 경사를 제공할 수 있다. 이 경우, 동력부(194)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)에 직접 작용하거나 지지부(192)에 작용하여 간접적으로 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)를 회전시키거나 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)에 경사를 제공할 수 있다.
동력부(194)는 회전부(194a), 이동부(194b) 및 제1회전축(194c)을 포함할 수 있다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 동력부(194)는 선택적으로 제2회전축(194d)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 동력부(194)는 선택적으로 경사부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
회전부(194a)는 제1회전축(194c) 또는 제2회전축(194d)에 회전력을 전달하여 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)를 회전시킬 수 있다. 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)의 회전은 연속적이거나 단속적일 수 있다. 일례로, 타겟(140) 및 자석 배열체(190)는 회전부(194a)에 의하여 동일한 속도로 함께 회전할 수 있다. 다른 예로, 타겟(140) 및 자석 배열체(190)는 회전부(194a)에 의하여 다른 속도로 회전할 수 있다. 또 다른 예로, 타겟(140) 및 자석 배열체(190)는 회전부(194a)에 의하여 다른 방향으로 회전할 수 있다. 이 경우, 타겟(140) 및 자석 배열체(190)의 회전 속도는 서로 같거나 다를 수 있다. 타겟(140)과 자석 배열체(190)의 회전 방향 또는 회전 속도를 조절함으로써 스퍼터링 과정에서 발생하는 타겟(140) 상의 부식(erosion) 영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)의 이용도 및 타겟(140)의 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
이동부(194b)는 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)의 위치를 조절할 수 있다. 즉, 이동부(194b)는 제1회전축(194c) 또는 제2회전축(194d)에 동시 또는 선택적으로 작용하여 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)의 위치를 조절할 수 있다. 타겟(140)의 위치 조절을 통하여 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이의 거리 조절이 가능하여 타겟(140)으로부터 비산되어 상기 유연성 기판에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다. 자석 배열체(190)의 위치 조절을 통하여 상기 전자트랩영역의 위치를 조절할 수 있다. 이를 통하여 플라즈마의 밀도를 조절할 수 있다.
경사부는 상기 유연성 기판과 대향하는 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)의 각도를 조절할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140)으로부터 비산되어 상기 유연성 기판에 도달하는 타겟 원자의 밀도를 조절할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 롤투롤 증착장치(100)는 셔터를 포함할 수 있다. 셔터는 타겟(140)과 이격되어 배치되며, 증착 공정이 완료되는 시점에 타겟(140)과 마주보도록 이동하여 상기 유연성 기판에 더 이상 막이 증착되는 것을 방지할 수 있다. 이를 통하여 상기 유연성 기판에 증착된 막을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 셔터는 챔버(110) 내부에 플라즈마가 형성되고 소정의 시간이 경과한 후에 타겟(140)과 상기 유연성 기판이 서로 마주보도록 이동할 수 있다. 이를 통하여 타겟(140) 표면에 형성된 불순물이 상기 유연성 기판 표면으로 비산되는 것을 방지하여 상기 유연성 기판에 증착되는 막의 순도를 유지하는 역할을 수행할 수 있다.
도면을 다시 참조하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)를 설명하기로 한다. 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 종래의 롤투롤 스퍼터 장치가 사용하는 증착 메인 드럼(5)을 사용하지 않고, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 또는 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 벨트(154)를 활용한다. 이를 통하여 롤투롤 증착장치(100)는 상기 유연성 기판을 최대한 수평으로 유지한 상황에서 막 증착을 수행할 수 있다. 한편, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 사이에 제3프리롤러(156)를 배치시킬 경우 최대한 수평을 유지하는 상기 유연성 기판의 면적 또는 길이를 증가시킬 수 있다. 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 외면에 벨트(154)를 배치할 경우에 최대한 수평을 유지하는 상기 유연성 기판의 면적 또는 길이에 무관하게 상기 유연성 기판의 온도를 효과적으로 조절할 수 있다.
증착 메인 드럼(5)을 사용하는 종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 캐소드가 증착 메인 드럼(5)의 외주면에 종속되어 대면적 캐소드의 사용이 어려운 문제가 있다. 하지만, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 사이에 제3프리롤러(156)를 배치시키고, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 외면에 배치되는 벨트(154)를 포함하는 롤투롤 증착장치(100)는 상기 유연성 기판의 온도를 효과적으로 조절할 수 있고, 최대한 수평을 유지하는 상기 유연성 기판의 면적 또는 길이를 효과적으로 늘릴 수 있어 대면적 캐소드(cathode)의 사용을 가능하게 한다. 따라서 앞서 상술한 대면적 캐소드, 도 7 및 도 8에서 상술한 자석 배열체(190)가 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)에 적용이 가능하다. 이를 통하여 막 증착의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 또는 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 벨트(154)를 활용하여 상기 증착영역의 장력을 효과적으로 조절할 수 있다. 기존의 롤투롤 스퍼터 장치는 증착 메인 드럼(5)을 사용함으로써 증착 메인 드럼(5)을 경유하는 유연성 기판의 장력을 적정수준으로 유지하기 위하여 많은 수의 프리롤러를 필요로 한다. 유연성 기판은 상기 많은 수의 프리롤러를 경유하며, 이 과정에서 유연성 기판, 유연성 기판 상에 형성된 박막 등에 손상이 빈번히 발생한다. 또한, 이 과정에서 유연성 기판이 증착 메인 드럼(5)에서 들뜨는 현상이 발생하여 막 균일도가 낮아지는 문제점이 있다. 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 최소한의 프리롤러만을 필요로 하므로 프리롤러를 경유하는 과정에서 유연성 기판, 유연성 기판 상에 형성된 박막 등에 발생하는 손상을 최소화할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 구조를 활용함으로써 유연성 기판이 들뜨는 현상을 효과적으로 최소화 하였으며, 벨트(154)를 도입함으로써 상기 증착영역이 넓어지더라도 효과적인 온도의 제어가 가능하여 증착되는 막의 균일도, 품질 등을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
상술한 장점을 가지는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 기존의 터치스크린, 디스플레이, 플렉시블 디스플레이, 반도체, 항공, 건축, 태양전지, 인쇄분야 등 다양한 산업분야에 적용이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 높은 막 균일도를 제공하는 스퍼터링 공정이 가능한 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 펄스 직류 스퍼터링 방식에 적용이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 교류 스퍼터링 방식에도 적용이 가능하다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치(100)는 자석 배열체(190)를 활용함으로써 막 증착률을 높일 수 있다.
상기로부터, 본 개시의 다양한 실시 예들이 예시를 위해 기술되었으며, 아울러 본 개시의 범주 및 사상으로부터 벗어나지 않고 가능한 다양한 변형 예들이 존재함을 이해할 수 있을 것이다. 그리고 개시되고 있는 상기 다양한 실시 예들은 본 개시된 사상을 한정하기 위한 것이 아니며, 진정한 사상 및 범주는 하기의 청구항으로부터 제시될 것이다.
100 : 롤투롤 증착장치
110 : 챔버
120 : 언와인딩롤러
130 : 와인딩롤러
140 : 타겟
150 : 제1롤러
152 : 제1프리롤러
154 : 폐루프 형상의 벨트
156 : 제3프리롤러
160 : 제2롤러
162 : 제2프리롤러
170 : 전원부
180 : 히터
182 : 가열부
184 : 쿨링부
190 : 자석배열체
192 : 지지부
194 : 동력부
194a : 회전부
194b : 이동부
194c : 제1회전축
194d : 제2회전축

Claims (11)

  1. 챔버;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 롤링하여 유연성 기판을 공급하는 언와인딩롤러;
    상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러와 대향하게 배치되며, 롤링하여 상기 유연성 기판을 회수하는 와인딩롤러;
    상기 챔버 내부에 배치되며, 일면이 상기 언와인딩롤러와 상기 와인딩롤러 사이를 이동하는 상기 기판에 대향하여 배치되며, 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착하는 타겟;
    상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러 사이에서 서로 이격되어 배치되며, 상기 타겟과 대향하여 이동하는 상기 기판이 상기 타겟과 소정의 거리를 유지하도록 하는 제1롤러와 제2롤러; 및
    상기 기판과 상기 타겟 사이에 전압을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하는 전원부를 포함하되,
    상기 제1롤러는 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공하며,
    상기 제2롤러는 롤링하여 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러로 제공하며,
    상기 제1롤러와 상기 제2롤러는 상기 기판의 타면과 접하여, 상기 기판 중에서 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-의 장력이 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 하는 롤투롤 증착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 증착영역의 상기 장력은 상기 제2롤러의 상기 제1롤러에 대한 상대 롤링 속도의 조절 또는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 거리 조절을 통하여 조절되는 롤투롤 증착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 기판을 향하는 방향 또는 상기 기판에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구를 더 포함하되,
    상기 이송기구는 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 상기 적어도 어느 하나를 이동시킴으로써 상기 증착영역과 상기 타겟 사이의 상기 소정의 거리를 조절할 수 있는 롤투롤 증착장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 배치되는 제1프리롤러; 및
    상기 제2롤러와 상기 와인딩롤러 사이에 배치되는 제2프리롤러를 더 포함하며,
    상기 제1프리롤러는 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제1롤러에 제공하며,
    상기 제2프리롤러는 롤링하여 상기 제2롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러에 제공하되,
    상기 제1프리롤러 및 상기 제2플리롤러는 상기 기판의 상기 일면과 각각 접하며,
    상기 제1프리롤러와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 상기 제1롤러와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 상기 제1롤러의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 상기 제1프리롤러를 통하여 상기 제1롤러로 제공되는 상기 기판이 상기 제1롤러의 외면에 밀착되며,
    상기 제2프리롤러와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 상기 제2롤러와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 상기 제2롤러의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 상기 제2롤러를 통하여 상기 제2프리롤러로 공급되는 상기 기판이 상기 제2롤러의 외면에 밀착되는 롤투롤 증착장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 외부에 배치되며, 내면의 적어도 일부가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러와 밀착되어 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 롤링에 따라 회전하는 폐루프 형상의 벨트를 더 포함하되,
    상기 벨트는 상기 기판의 타면과 접하여, 상기 증착영역의 장력이 상기 소정의 수준으로 유지되도록 하여 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 하는 롤투롤 증착장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 배치되는 히터를 더 포함하되,
    상기 히터는 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받고, 공급받은 상기 기판을 가열하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거하는 롤투롤 증착장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나에 냉각 매체를 공급하는 냉각 매체 공급부를 더 포함하는 롤투롤 증착장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 배치되는 제3프리롤러를 더 포함하되,
    상기 제3프리롤러는 상기 증착영역이 상기 타겟의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지하는 롤투롤 증착장치.
  9. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟의 타면에 대향하여 배치되며, 자계를 생성하여 상기 플라즈마 중의 전자를 상기 타겟의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시키는 자석 배열체를 더 포함하되,
    상기 자석 배열체는
    상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 상기 타겟에 대향되는 내측자석;
    상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 상기 내측자석으로부터 이격되어 상기 내측자석을 둘러싸고, 상기 내측자석과는 역의 자극이 상기 타겟에 대향되는 외측자석; 및
    상기 내측자석과 상기 외측자석 사이에 배치되며, 상기 내측자석과 상기 외측자석의 간격을 유지하는 비자성부재를 포함하는 롤투롤 증착장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외측자석은 상기 내측자석 방향으로 돌출된 패턴을 가지며, 상기 내측자석은 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 상기 외측자석의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지되,
    상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시키는 롤투롤 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 타겟 및 상기 자석 배열체가 배치되는 지지부를 더 포함하되,
    상기 타겟은 상기 타겟의 상기 일면이 상기 기판에 대향하도록 상기 지지부에 배치되며,
    상기 자석 배열체는 상기 타겟의 상기 타면에 대항햐여 상기 지지부에 배치되되,
    상기 자석 배열체는 상기 내측자석 및 상기 외측자석이 상기 타겟의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되어 배치되도록 상기 지지부에 배치되는 롤투롤 증착장치.
KR1020150103564A 2015-06-10 2015-07-22 롤투롤 증착장치 KR20160145463A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110588186A (zh) * 2019-08-07 2019-12-20 华中科技大学 一种喷墨打印柔性显示器件制造系统及方法

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CN110588186A (zh) * 2019-08-07 2019-12-20 华中科技大学 一种喷墨打印柔性显示器件制造系统及方法

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