KR20180024412A - method for sputtering using roll to roll deposition system - Google Patents
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Abstract
Description
본 명세서에서 개시하는 기술은 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박막 증착 과정에서 유연성 기판에 안정된 장력을 제공하면서, 롤러의 개수를 줄여 기판의 손상을 최소화한 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus, and more particularly, to a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus that reduces the number of rollers and minimizes damage to a substrate while providing stable tension to a flexible substrate in a thin film deposition process And a sputtering method using the apparatus.
본 연구는 중소기업청의 2015년도 창업성장기술개발사업의 일환으로 수행되었습니다[과제번호 : S2325464, 과제명칭 : 스트레스 저감 및 고균일 필름 성막을 위한 Roll to Roll 스퍼터링 요소기술 개발].This study was carried out as part of the business development technology development project of the Small and Medium Business Administration in 2015 [Project number: S2325464, Title: Development of roll-to-roll sputtering element technology for stress reduction and high uniform film deposition].
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.Various methods such as physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and the like are used to form a thin film on a substrate. The sputtering method is an example of a PVD method and is a technique widely used for forming a thin film on a substrate. The sputtering method is a technique of colliding a cations on a plasma with a target to deposit a substance scattered from the target on a substrate to form a thin film on the substrate.
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.Recently, a flexible substrate on which a thin film is deposited on a display, a solar cell, a touch panel, or a window film is widely used. The flexible substrate is advantageous in terms of durability and flexibility since it is not easily broken in the thinning process as compared with an inflexible substrate such as a glass substrate.
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.As a method of depositing a thin film on a flexible substrate, a method using a roll-to-roll sputtering apparatus is widely used. A roll-to-roll sputtering apparatus is a device for depositing a thin film on a surface of a substrate to be supplied to a deposition region through an unwinding roller and a winding roller in a vacuum chamber by a sputtering method. A conventional conventional roll-to-roll sputtering apparatus includes a cylindrical deposition main drum in which a substrate is adhered to a surface and thin film deposition proceeds on the adhered substrate, and a plurality of sputtering cathodes arranged to face the deposition main drum. The deposition main drum includes cooling means for controlling the temperature generated in the substrate in the process of depositing the thin film on the substrate by the sputtering method. In addition, the conventional roll-to-roll sputtering apparatus includes a large number of rollers for supplying the substrate from the unwinding roller to the deposition main drum and recovering the deposited substrate to the winding roller.
도 1에서 예로서 도시한 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.In the conventional roll-to-roll sputtering apparatus shown in FIG. 1, the contact area of the substrate closely adhered to the deposition main drum is widened, so that the substrate may be horizontally biased during the thin film deposition process. The lateral misalignment of the substrate may cause the substrate to spread from the deposition main drum. As a result, there is a problem that the quality of the thin film deposited on the substrate is deteriorated due to a temperature variation in the substrate during the deposition of the thin film on the substrate. Further, by using a large number of rollers, scratches or the like generated on the substrate, the thin film formed on the substrate, and the like are generated during the movement of the substrate.
본 명세서에서는 종래의 원통형상의 증착 메인 드럼을 제1롤러 및 제2롤러 구조로 대체한 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법을 제안한다. 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법을 통하여 곡면형이나 수평형의 필름에 대한 스퍼터링이 가능하다. 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.In this specification, a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus in which a conventional cylindrical deposition main drum is replaced with a first roller and a second roller structure is proposed. The sputtering method disclosed in this specification enables sputtering on a curved or horizontal film. In this process, the number of rollers can be greatly reduced. Accordingly, it is possible to minimize the temperature deviation of the substrate during the deposition process, the damage of the substrate formed on the substrate, and the thin film formed on the substrate, which is a problem of the conventional roll-to-roll deposition apparatus.
본 명세서에서 개시하는 기술은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법은 종래의 원통형상의 증착 메인 드럼을 사용하지 않고 제1롤러 및 제2롤러를 활용함으로써 박막 증착과정에서 기판이 메인 드럼으로부터 벌어지는 현상에 따른 박막 품질저하를 방지하고, 롤러의 수를 최소화함으로써 롤러에 의한 박막 손상을 최소화할 수 있는 기술을 제공한다.The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus, which does not use a conventional cylindrical deposition main drum, By utilizing the second roller, a thin film quality deterioration due to the phenomenon that the substrate is widened from the main drum during the thin film deposition process can be prevented, and the number of rollers can be minimized, thereby minimizing damage to the thin film by the roller.
일 실시 예에 있어서, 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법이 개시(disclosure)된다. 상기 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법은 기판배치과정, 장력인가과정 및 플라즈마생성과정을 포함한다.In one embodiment, a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus is disclosed. The sputtering method using the roll-to-roll deposition apparatus includes a substrate placement process, a tension application process, and a plasma generation process.
상기 기판배치과정에서는 서로 대향하여 배치되는 언와인딩롤러와 와인딩롤러를 통하여 스퍼터링 챔버 내에 유연성 기판과 타겟을 서로 대향 배치시킨다. 상기 장력인가과정에서는 상기 타겟에 대향하는 상기 기판에 장력을 인가하여 상기 기판이 상기 타겟과 소정의 거리를 유지하도록 한다. 상기 플라즈마생성과정에서는 상기 챔버로 스퍼터링 가스를 주입하고, 전원부를 통하여 상기 기판과 상기 타겟 사이에 전압을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성한다.In the substrate disposing process, the flexible substrate and the target are opposed to each other in the sputtering chamber through an unwinding roller and a winding roller disposed opposite to each other. In the applying of the tension, tension is applied to the substrate facing the target so that the substrate maintains a predetermined distance from the target. In the plasma generation process, a sputtering gas is injected into the chamber, and a voltage is applied between the substrate and the target through a power source to generate plasma in the chamber.
상기 타겟은 일면이 상기 기판에 대향하여 배치되며, 상기 플라즈마에 의한 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착한다.The target is disposed on one side of the substrate, and a film is deposited on one side of the substrate by sputtering with the plasma.
상기 기판배치과정은 상기 언와인딩롤러를 롤링하여 상기 기판을 상기 챔버로 공급하는 기판공급과정 및 상기 와인딩롤러를 롤링하여 상기 기판을 회수하는 기판회수과정을 포함한다.The substrate disposing process includes a substrate supplying process for supplying the substrate to the chamber by rolling the unwinding roller, and a substrate recovering process for recovering the substrate by rolling the winding roller.
상기 장력인가과정은 상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러 사이에서 서로 이격되어 배치되는 제1롤러 및 제2롤러를 상기 기판의 타면에 접촉시키는 롤러접촉과정, 상기 제1롤러를 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공하는 제1기판이송과정 및 상기 제2롤러를 롤링하여 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러로 제공하는 제2기판이송과정을 포함한다.Wherein the tension application process includes a roller contact process for bringing the first roller and the second roller, which are spaced apart from each other between the unwinding roller and the winding roller, into contact with the other surface of the substrate, rolling the first roller A first substrate transferring step of supplying the substrate from the unwinding roller to the second roller, and a second substrate transferring step of supplying the substrate supplied from the first roller to the winding roller by rolling the second roller, And a substrate transfer process.
이 경우, 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 롤링을 통하여 상기 기판 중에서 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-에 장력이 인가됨으로써 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 한다.In this case, a tension is applied to the substrate portion-hereinafter referred to as a deposition region, located between the first roller and the second roller in the substrate through the rolling of the first roller and the second roller, So as to maintain the predetermined distance from the target.
본 명세서에서 개시하는 기술은 제1롤러와 제2롤러를 통하여 유연성 기판에 장력을 제공해 줄 수 있어 유연성 기판이 타겟과 일정한 거리를 유지한 상태에서 스퍼터링이 가능한 스퍼터링 방법을 제공해 줄 수 있다.The technique disclosed in this specification can provide a tension to the flexible substrate through the first roller and the second roller so that it is possible to provide a sputtering method in which the flexible substrate can be sputtered while maintaining a certain distance from the target.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1롤러와 제2롤러의 상대 위치 조절을 통하여 타겟과 일정한 거리를 유지하는 유연성 기판의 영역을 조절할 수 있어 스퍼터링 과정에서 대면적 캐소드의 사용을 가능하게 해 주는 효과가 있다.In addition, the techniques disclosed herein can adjust the area of the flexible substrate to maintain a constant distance from the target through relative positioning of the first roller and the second roller, thereby enabling the use of the large area cathode in the sputtering process It is effective.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 이송기구를 통하여 타겟에 대한 제1롤러와 제2롤러의 상대 위치를 조절할 수 있어 타겟과 유연성 기판 사이의 거리를 조절할 수 있는 스퍼터링 방법을 제공해 줄 수 있다.In addition, the technique disclosed in this specification can provide a sputtering method capable of adjusting the relative position of the first roller and the second roller relative to the target through the transfer mechanism, thereby adjusting the distance between the target and the flexible substrate.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 이동부를 통하여 타겟을 이동시킬 수 있어 타겟과 유연성 기판 사이의 거리를 조절할 수 있는 스퍼터링 방법을 제공해 줄 수 있다.In addition, the technique disclosed in this specification can provide a sputtering method capable of moving a target through a moving part, thereby adjusting the distance between the target and the flexible substrate.
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 제1롤러와 제2롤러에 배치되는 벨트 및 제1롤러와 제2롤러에 대한 온도설정과정을 통하여 기판의 온도를 효과적으로 제어할 수 있는 방법을 제공해 줄 수 있다.Further, the technique disclosed in this specification can provide a method of effectively controlling the temperature of the substrate through the temperature setting process for the belt and the first roller and the second roller disposed on the first roller and the second roller .
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 자석 배열체를 통한 자기장인가과정을 통하여 기판에 대향하는 타겟의 일면에 인접한 영역에 전자밀도를 증가시킬 수 있어 박막증착속도를 높일 수 있는 효과를 제공해 줄 수 있다.In addition, the technique disclosed in this specification can increase the electron density in the region adjacent to one surface of the target opposite to the substrate through the magnetic field application process through the magnet array, thereby improving the deposition rate of the thin film .
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 사행 형상의 자석 배열체를 사용함으로써 대면적 캐소드를 위한 유효자계의 범위를 용이하게 확보할 수 있다Further, the technique disclosed in this specification can easily secure a range of an effective magnetic field for a large-area cathode by using a serpentine magnetic array
또한, 본 명세서에서 개시하는 기술은 고정형의 자석 배열체를 사용할 수 있을 뿐만 아니라 회전부를 통하여 자석 배열체를 회전시킬 수 있어 타겟의 부식영역의 위치를 조절하여 타겟의 사용수명을 증가시켜주는 효과를 제공해 줄 수 있다.In addition, the technique disclosed in this specification can not only use a fixed magnet array but also rotate the magnet array through the rotating part, thereby adjusting the position of the corrosion area of the target to increase the service life of the target You can provide them.
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.The foregoing provides only a selective concept in a simplified form as to what is described in more detail hereinafter. The present disclosure is not intended to limit the scope of the claims or limit the scope of essential features or essential features of the claims.
도 1은 종래의 롤투롤 스퍼터 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법에 사용되는 롤투롤 장치의 일 실시 예를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법에 사용되는 제1롤러와 제2롤러의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법에 사용되는 롤투롤 장치에 적용 가능한 제1롤러, 제2롤러 및 타겟의 다양한 배열을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법에 사용되는 자석 배열체의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다.
도 10은 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법의 실험에 사용한 자석 배열체(190)의 일례를 보여주는 도면이다.
도 11 및 도 12는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법으로 증착된 박막의 SEM 이미지를 보여주는 도면이다.
도 13 및 도 14는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법으로 증착된 박막의 XRD 이미지를 보여주는 도면이다.1 is a view showing a conventional roll-to-roll sputtering apparatus.
2 is a view showing an embodiment of a roll-to-roll apparatus used in the sputtering method disclosed in this specification.
3 and 4 are views for explaining the operation of the first roller and the second roller used in the sputtering method disclosed in this specification.
5 and 6 are views for explaining various arrangements of the first roller, the second roller and the target applicable to the roll-to-roll apparatus used in the sputtering method disclosed in this specification.
7 and 8 are views for explaining the structure of a magnet array used in the sputtering method disclosed in this specification.
9 is a flowchart showing a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus disclosed in this specification.
10 is a view showing an example of the
11 and 12 are SEM images of thin films deposited by the sputtering method disclosed herein.
13 and 14 are views showing an XRD image of a thin film deposited by the sputtering method disclosed in this specification.
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.Hereinafter, embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements, unless the context clearly indicates otherwise. The exemplary embodiments described above in the detailed description, the drawings, and the claims are not intended to be limiting, and other embodiments may be utilized, and other variations are possible without departing from the spirit or scope of the disclosed technology. Those skilled in the art will appreciate that the components of the present disclosure, that is, the components generally described herein and illustrated in the figures, may be arranged, arranged, combined, or arranged in a variety of different configurations, all of which are expressly contemplated, As shown in FIG. In the drawings, the width, length, thickness or shape of an element, etc. may be exaggerated in order to clearly illustrate the various layers (or films), regions and shapes.
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.The description of the disclosed technique is merely an example for structural or functional explanation and the scope of the disclosed technology should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the rights of the disclosed technology should be understood to include equivalents capable of realizing the technical ideas.
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.When an element is referred to as being "disposed on another element ", it includes not only the element directly disposed on the other element but also the case where an additional element is interposed therebetween.
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.When an element is referred to as being " closely adhered to another element ", it includes not only the element directly adhered to the other element but also the case where an additional element is interposed therebetween.
어떤 구성요소가 다른 구성요소 "에 접촉" 이라고 언급되는 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접 접촉되는 경우는 물론, 이들 사이에 추가적인 구성요소가 개재되는 경우도 포함할 수 있다.When an element is referred to as being "contacted" with another element, it may include not only the element directly contacting the other element but also intervening additional elements therebetween.
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.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" to another element, it may be directly connected to the other element, but there may be other elements in between. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. On the other hand, other expressions that describe the relationship between components, such as " between " and " between "
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.It is to be understood that the singular " include " or " have " are to be construed as including the stated feature, number, step, operation, It is to be understood that the combination is intended to specify that it is present and not to preclude the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
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.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the disclosed technology belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted to be consistent with meaning in the context of the relevant art and can not be construed as having ideal or overly formal meaning unless expressly defined in the present application.
본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법을 설명하기에 도 1 내지 도 8을 활용하여 앞서 종래의 롤투롤 스퍼터 장치와 본 기술에서 사용한 스퍼터 장치의 구조를 먼저 설명하기로 한다.The structure of the conventional roll-to-roll sputtering apparatus and the sputtering apparatus used in the present invention will be described first with reference to FIGS. 1 to 8 to explain the sputtering method using the roll to roll deposition apparatus disclosed in this specification.
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.1 is a view showing a conventional roll-to-roll sputtering apparatus. 1, a conventional roll-to-roll sputtering apparatus includes a chamber 1, an unwinding
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.In the conventional roll-to-roll sputtering apparatus, the close contact area of the
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.On the other hand, the first
또 한편, 종래의 롤투롤 스퍼터 장치는 증착 메인 드럼(5)의 표면 굴곡에 대응되는 면을 가지는 복수의 스퍼터건(6)에 의하여 기판(4)의 표면에 박막을 증착한다. 이 경우, 스퍼터건(6) 사이의 간격에 의하여 기판(4)의 표면에 증착되는 박막을 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다. 또한, 복수의 스퍼터 건(6)의 표면이 증착 메인 드럼(5)의 표면 굴곡에 대응되는 면을 가지도록 스퍼터 건(6)의 표면을 가공하여야 한다는 문제점이 존재한다. 이러한 문제점은 대면적 캐소드의 구현에 장애요인으로 작용한다.On the other hand, the conventional roll-to-roll sputtering apparatus deposits a thin film on the surface of the
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.The roll-to-roll apparatus disclosed in this specification has been derived in the course of solving such a problem. Hereinafter, the structure, operation, and the like of the roll-to-roll apparatus disclosed in this specification will be described with reference to FIGS. 2 to 8. FIG.
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.2 is a view showing an embodiment of a roll-to-roll apparatus disclosed in this specification; 3 and 4 are views for explaining the operation of the first roller and the second roller disclosed in this specification. 5 and 6 are views for explaining various arrangements of the first roller, the second roller, and the target applicable to the roll-to-roll apparatus disclosed in this specification. Figs. 7 and 8 are views for explaining the structure of the magnet arrangement disclosed in this specification. Fig.
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) 또는 발열 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.Referring to the drawings, a roll-to-
챔버(110)는 스퍼터링이 진행되는 외부와 차단된 공간이며, 박막 증착 공정을 진행하기 위하여 소정의 압력하에서 진공상태로 유지된다.The
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. 상기 유연성 기판의 소재로는 예로서 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulphone), PAR(polyarylate), PI(polyimide) 등 고분자로 이루어진 다양한 소재가 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.Flexible substrates can be made of polymeric materials such as synthetic resins and plastics. For example, the flexible substrate may be a flexible substrate used for a display having a flexible characteristic, a solar cell, a touch panel, a window film, and the like. As the material of the flexible substrate, various materials made of polymer such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), PC (polycarbonate), PES (polyethersulphone), PAR (polyarylate) . The above example is an example for understanding, and it is possible to use a flexible material that can be applied to the roll-to-
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.An unwinding
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. 또한, 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)의 롤링 속도 조절을 통하여 기판의 이송속도를 조절할 수 있다.The winding
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.In one example, a tension meter (not shown) may be disposed on either or both of the unwinding
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.The
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 유연성 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.As the material of the
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. 또 한편, 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 거리를 조절함으로써 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하는 상기 유연성 기판의 영역(예로서, 길이)을 조절할 수 있다. 이 경우, 타겟(140)은 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하는 상기 유연성 기판의 영역(예로서, 길이)의 크기에 대응되는 크기의 타겟이 선택되어 사용될 수 있다. 이를 통하여 대면적 캐소드의 구현이 가능하다.The
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 중력에 의해 중력방향으로 처지지 않고 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.More specifically, the
한편, 고정형의 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)를 통하여 상기 증착영역의 장력을 효과적으로 조절하기 위해서 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 외주면의 최저점이 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130)의 외주면의 최고점 보다 아래에 위치하는 것이 바람직할 수 있다. 보다 구체적으로 말하면, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 외주면의 최저점이 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130)의 외주면의 최고점 보다 아래에 위치할 경우에 상기 기판은 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130)를 통하여 타겟(140)에 대향하는 과정에서 자연스럽게 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 외주면의 최저점과 접하게 된다. 이때, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 각각의 롤링속도를 조절하거나 상대 거리를 조절함으로써 상기 증착영역의 장력을 효과적으로 조절할 수 있다.In order to effectively control the tension of the deposition region through the fixed
이송기구(미도시)는 제1롤러(150), 제2롤러(160) 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(160) 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.The transfer mechanism (not shown) may move at least one selected from the
상기 이송기구를 통한 상기 증착영역의 장력 조절은 예로서 다음의 과정을 통하여 수행?? 수 있다. 먼저, 도 2 및 도 3의 (a)에 예로서 도시한 바와 같이, 서로 대향하여 배치되는 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)를 통하여 상기 기판을 타겟(140)과 서로 대향 배치시킨다. 이후, 도 3의 (b)에 예로서 도시한 바와 같이, 상기 이송기구를 통하여 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 상기 기판을 향하는 방향 또는 타겟(140)을 향하는 방향으로 이동시켜 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)를 상기 기판과 접하도록 한다. 이후, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 각각의 롤링속도를 조절하거나 도 3의 (c)에 예로서 도시한 바와 같이 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 사이의 상대 거리를 조절함으로써 상기 증착영역의 장력을 효과적으로 조절할 수 있다.The tension adjustment of the deposition region through the transfer mechanism is performed through the following process as an example. . First, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 (a) for example, the substrate is disposed opposite to the
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.The first
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.The
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 냉각시키거나 가열시킬 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.The
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.A third
한편, 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나는 냉각 매체 공급부(미도시) 또는 발열 매체 공급부(미도시)로부터 냉각 매체 또는 발열 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.At least one of the
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.For example, a cooling medium moving pipe (not shown) through which the cooling medium can flow may be formed in the
상기 발열 매체 공급부는 상기 발열 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.The heating medium supply unit supplies the heating medium to the at least one selected from the
일례로, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160) 내부에는 각각 상기 발열 매체가 흐를 수 있는 발열매체이동관(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 발열 매체 공급부가 공급하는 상기 발열 매체는 상기 발열매체이동관을 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. For example, a heating medium moving pipe (not shown) may be formed inside the
상기 냉각 매체 또는 상기 발열 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 매체 또는 상기 발열 매체의 소재에는 제한이 없다.As the cooling medium or the heating medium, water, an alcohol, an oil, an antifreeze, a mixed antifreeze or the like may be used as an example. The above examples are for illustrative purposes only, and there is no limitation on the material of the cooling medium or the heating medium as long as the temperature of the
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.The
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. 일례로, 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이에 가해지는 전압은 전원부(170)를 통하여 타겟(140)과 챔버(110)에 전압을 인가하여 얻어질 수 있다. 한편, DC 스퍼터링 방식의 경우에는 타겟(140)에는 음의 전압이 인가되고, 챔버(110)에 양의 전압이 인가되는 방식으로 상기 유연성 기판과 타겟(140) 사이의 상기 전압이 가해질 수 있다.The
전원부(170)가 타겟(140)과 연계하여 상기 유연성 기판의 상기 일면에 막을 증착하는 과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.A process of depositing a film on the one surface of the flexible substrate in cooperation with the
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.A plasma is generated around the
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.Positive ions such as Ar ions in the plasma discharge region are accelerated by the electric field formed between the flexible substrate and the
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.The
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.The
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.The
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.On the other hand, a cooling unit (not shown) may be disposed between the
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.The
일 실시 예에 있어서, 자석 배열체(190)는 내측자석(190a), 외측자석(190b) 및 비자성부재(190c)를 포함할 수 있다. 내측자석(190a)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 외측자석(190b)은 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 내측자석(190a)으로부터 이격되어 내측자석(190a)을 둘러싸고, 내측자석(190a)과는 역의 자극이 타겟(140)에 대향되도록 배치될 수 있다. 비자성부재(190c)는 내측자석(190a)과 외측자석(190b) 사이에 배치되며, 내측자석(190a)과 외측자석(190b)의 간격을 유지하는 기능을 수행할 수 있다. 내측자석(190a)과 외측자석(190b)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(190a)과 외측자석(190b)은 전자석을 활용하여 구현될 수도 있다. 상기의 예시는 이해를 위한 예시로서 내측자석(190a)과 외측자석(190b)은 다양한 형상의 영구자석, 전자석 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다.In one embodiment, the
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.7 and 8, the structure of the
도 7 및 도 8을 참조하면, 타겟(140)에 대향되는 자극이 서로 다른 내측자석(190a) 및 외측자석(190b) 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.Referring to FIGS. 7 and 8, a magnetic field is formed between the
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(190a) 방향으로 돌출된 패턴을 가지는 외측자석(190b)과 외측자석(190b)의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 외측자석(190b)의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가지는 내측자석(190a)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(190a) 및 외측자석(190b)의 형상 또는 간격 등을 조절할 수 있어 대면적 캐소드를 위한 유효자계의 범위를 용이하게 확보할 수 있다.In order to solve this problem, the
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 대항하여 지지부(192)에 배치될 수 있다. 이 경우, 자석 배열체(190)는 내측자석(192) 및 외측자석(190b)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.A
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.The
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.The
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.The
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.The moving
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. 상기 경사부는 예로서 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)와 로드의 일단이 연결되는 피스톤일 수 있다. 상기 피스톤의 상기 로드를 이동함으로써 타겟(140) 또는 자석 배열체(190)의 각도를 조절할 수 있다.The inclined portion can adjust the angle of the
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.On the other hand, although not shown in the drawings, the roll-to-
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.Referring again to the drawings, the roll-to-
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.In the conventional roll-to-roll sputtering apparatus using the deposition
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.In addition, the roll-to-
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.The roll-to-
이하 도 9 내지 도 13 및 도 2 내지 도 8을 활용하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법을 설명하기로 한다. 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법을 설명함에 있어서 도 2 내지 도 8과 관련하여 상술한 내용으로부터 유추할 수 있는 내용은 설명의 편의상 생략하여 서술하기로 한다.Hereinafter, a sputtering method using the roll-to-roll deposition apparatus disclosed in the present specification will be described with reference to FIGS. 9 to 13 and FIGS. 2 to 8. FIG. In explaining the sputtering method using the roll-to-roll deposition apparatus, the inferred contents from the above-mentioned contents with reference to FIG. 2 to FIG. 8 will be omitted for convenience of description.
도 9는 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법의 흐름도를 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)은 기판배치과정(210), 장력인가과정(220) 및 플라즈마생성과정(230)을 포함한다. 몇몇 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터링 방법(200)은 선택적으로 자기장인가과정(240)을 더 포함할 수 있다. 몇몇 또 다른 실시 예들에 있어서, 스퍼터링 방법(200)은 선택적으로 기판아웃개싱과정(250)을 더 포함할 수 있다.9 is a flowchart showing a sputtering method using a roll-to-roll deposition apparatus disclosed in this specification. Referring to FIG. 9, a
기판배치과정(210)에서는 서로 대향하여 배치되는 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)를 통하여 스퍼터링 챔버(110) 내에 유연성 기판(flexible substrate)과 타겟(140)을 서로 대향 배치시킨다.In the
장력인가과정(220)에서는 타겟(140)에 대향하는 상기 기판에 장력을 인가하여 상기 기판이 타겟(140)과 소정의 거리를 유지하도록 한다.In the
플라즈마생성과정(230)에서는 챔버(110)로 스퍼터링 가스를 주입하고, 전원부(170)를 통하여 상기 기판과 타겟(140) 사이에 전압을 인가하여 챔버(110) 내부에 플라즈마를 생성한다. 이 경우, 타겟(140)은 일면이 상기 기판에 대향하여 배치되며, 상기 플라즈마에 의한 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착한다.In the
기판배치과정(210)은 언와인딩롤러(120)를 롤링하여 상기 기판을 챔버(110)로 공급하는 기판공급과정(미도시) 및 와인딩롤러(130)를 롤링하여 상기 기판을 회수하는 기판회수과정(미도시)을 포함한다.The
장력인가과정(220)은 챔버(110) 내부에 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130) 사이에서 서로 이격되어 배치되는 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)를 상기 기판의 타면에 접촉시키는 롤러접촉과정(미도시), 제1롤러(150)를 롤링하여 언와인딩롤러(120)로부터 상기 기판을 공급받아 제2롤러(160)로 제공하는 제1기판이송과정(미도시) 및 제2롤러(160)를 롤링하여 제1롤러(150)가 제공하는 상기 기판을 공급받아 와인딩롤러(130)로 제공하는 제2기판이송과정(미도시)을 포함한다.The
이 경우, 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)의 롤링을 통하여 상기 기판 중에서 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-에 장력이 인가됨으로써 상기 증착영역이 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하도록 할 수 있다. 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. 이에 대한 자세한 설명은 도 2 내지 도 4와 관련한 상세한 설명에서 상술한 바 설명의 편의상 생략하기로 한다.In this case, the substrate portion-hereinafter referred to as the deposition region, located between the
이때, 챔버(110)에는 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이에 제3프리롤러(156)가 배치될 수 있다. 제3프리롤러(156)는 상기 장력인가과정에서 상기 증착영역이 타겟(140)의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지하도록 할 수 있다.At this time, a third
일 실시 예에 있어서, 상기 롤러접촉과정은 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나-이하 이동롤러라 함-를 상기 기판(또는 타겟(140))을 향하는 방향 또는 상기 기판(또는 타겟(140))에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 롤러이동과정을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 롤러이동과정은 상기 이동롤러와 연결되어 상기 이동롤러를 상기 기판(또는 타겟(140))을 향하는 방향 또는 상기 기판(또는 타겟(140))에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구(미도시)를 통하여 수행될 수 있다. 상기 이송기구를 통하여 상기 이동롤러를 이동시킴으로써 상기 증착영역과 타겟(140) 사이의 상기 소정의 거리, 상기 증착영역에 인가되는 상기 장력 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다.In one embodiment, the roller contact process may include moving the substrate (or the target 140) to at least one of a
한편, 챔버(110)에는 언와인딩롤러(120)와 제1롤러(150) 사이에 배치되는 제1프리롤러(152) 및 제2롤러(160)와 와인딩롤러(130) 사이에 배치되는 제2프리롤러(162)가 배치될 수 있다.The
이 경우, 상기 제1기판이송과정은 언와인딩롤러(120)로부터 상기 기판을 공급받은 제1프리롤러(152)로부터 제1롤러(150)가 롤링하여 상기 기판을 공급받아 제2롤러(160)로 제공하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 제2기판이송과정은 제1롤러(150)가 제공하는 상기 기판을 공급받은 제2롤러(160)가 롤링하여 제2프리롤러(162)를 경유하여 상기 기판을 와인딩롤러(130)로 제공하는 과정을 포함할 수 있다.In this case, in the first substrate transfer process, the
이때, 제1프리롤러(152) 및 제2프리롤러(162)는 상기 기판의 상기 일면과 각각 접할 수 있다. 제1프리롤러(152)와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 제1롤러(150)와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 제1롤러(150)의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 제1프리롤러(152)를 통하여 제1롤러(150)로 제공되는 상기 기판이 제1롤러(150)의 외면에 밀착될 수 있다. 또한, 제2프리롤러(162)와 상기 기판의 상기 일면이 접하는 부분은 제2롤러(160)와 상기 기판의 상기 타면이 접하는 부분 보다 소정의 거리만큼 제2롤러(160)의 회전축 방향으로 치우쳐 있어 제2롤러(160)를 통하여 제2프리롤러(162)로 공급되는 상기 기판이 제2롤러(160)의 외면에 밀착될 수 있다. 즉, 상기 기판을 제1프리롤러(152) 및 제2프리롤러(162)를 통하여 제1롤러(150)에 공급하고, 제2롤러(160)로부터 배출함으로써 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)에 상기 기판이 잘 접촉되도록 할 수 있다.At this time, the first
또 한편, 챔버(110)에는 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 회전하는 폐루프 형상의 벨트(154)가 배치될 수 있다. 이 경우, 벨트(154)의 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. 벨트(154)의 외면은 상기 기판의 타면과 접함으로써 상기 증착영역의 상기 장력은 벨트(154)의 상기 장력에 의하여 인가됨으로써 상기 증착영역이 타겟(140)과 상기 소정의 거리를 유지하도록 할 수 있다.In addition, the
일 실시 예에 있어서, 상기 롤러접촉과정은 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나-이하 이동롤러라 함-를 상기 기판(또는 타겟(140))을 향하는 방향 또는 상기 기판(또는 타겟(140))에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 롤러이동과정을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 롤러이동과정은 상기 이동롤러와 연결되어 상기 이동롤러를 상기 기판(또는 타겟(140))을 향하는 방향 또는 상기 기판(또는 타겟(140))에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구(미도시)를 통하여 수행될 수 있다. In one embodiment, the roller contact process may include moving the substrate (or the target 140) to at least one of a
상기 이송기구를 통하여 상기 이동롤러를 이동시킴으로써 벨트(154)가 이동하며, 벨트(154)의 이동을 통하여 상기 증착영역과 타겟(140) 사이의 상기 소정의 거리, 상기 증착영역에 인가되는 상기 장력 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 조절할 수 있다.The
한편, 챔버(110)에는 언와인딩롤러(120)와 제1롤러(150) 사이에 히터(180)가 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 기판공급과정은 언와인딩롤러(120)를 롤링하여 상기 기판을 히터(180)에 공급한 후 히터(180)가 상기 기판을 챔버(110)로 공급하는 과정을 포함할 수 있다. 이때, 히터(180)는 공급받은 상기 기판을 가열하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거할 수 있다.Meanwhile, in the
또 한편, 상기 장력인가과정은 상기 롤러접촉과정과 동시 또는 전후에 수행되며, 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나에 냉각 또는 발열 매체를 공급하는 온도설정과정을 포함할 수 있다. 상기 온도설정과정을 통하여 상기 증착영역의 온도를 소정의 온도로 유지하거나 조절할 수 있다.Meanwhile, the tension application process is performed simultaneously with or before or after the roller contact process, and the cooling or heating medium is supplied to at least one selected from the
자기장인가과정(240)은 플라즈마생성과정(230) 전후에 수행될 수 있다. 자기장인가과정(240)은 타겟(140)의 타면에 대향하여 배치되며, 자계를 생성하여 상기 플라즈마 중의 전자를 타겟(140)의 상기 일면에 인접한 영역-이하 전자트랩영역이라 함-으로 포획하여 상기 전자트랩영역에서의 전자밀도를 증가시켜 상기 전자트랩영역에서의 상기 플라즈마의 밀도를 증가시키는 자석 배열체(190)에 의하여 수행될 수 있다. 자석 배열체(190)는 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, N극 또는 S극이 타겟(140)에 대향되는 내측자석(190a)과 타겟(140)의 상기 일면에 실질적으로 수직인 방향으로 연장되며, 내측자석(190a)으로부터 이격되어 내측자석(190a)을 둘러싸고, 내측자석(190a)과는 역의 자극이 타겟(140)에 대향되는 외측자석(190b) 및 내측자석(190a)과 외측자석(190b) 사이에 배치되며, 내측자석(190a)과 외측자석(190b)의 간격을 유지하는 비자성부재(190c)를 포함할 수 있다. 일례로, 외측자석(190b)은 내측자석(190a) 방향으로 돌출된 패턴을 가지며, 내측자석(190a)은 외측자석(190b)의 상기 돌출된 패턴과 이격되며, 외측자석(190b)의 상기 돌출된 패턴을 중심으로 교호적으로 연결되어 사행(蛇行, meander)의 형상을 가질 수 있다. 이 경우, 상기 사행의 형상을 통하여 상기 전자트랩영역의 면적을 증가시킬 수 있다.The magnetic
기판아웃개싱과정(250)은 장력인가과정(220) 및 플라즈마생성과정(230) 이전에 수행될 수 있다. 기판아웃개싱과정(250)은 챔버(110)에 진공을 설정한 후 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130)를 롤링하여 언와인딩롤러(120)로부터 와인딩롤러(130)로 상기 기판을 제공하고, 와인딩롤러(130)로부터 언와인딩롤러(120)로 상기 기판을 회수하는 과정을 적어도 1회 반복하는 방식으로 수행될 수 있다. 기판아웃개싱과정(250)을 통하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거할 수 있다.The
이하 실험 예를 통하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)을 설명하기로 한다. 도 10은 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법의 실험에 사용한 자석 배열체(190)의 일례를 보여주는 도면이다. 도 10의 (a)는 자석 배열체(190)의 구조를 보여주며, (b)는 자석 배열체(190)에 따른 플라즈마 이미지를 보여주는 도면이다. 도 11 및 도 12는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법으로 증착된 박막의 SEM 이미지를 보여주는 도면이다. 도 13 및 도 14는 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법으로 증착된 박막의 XRD 이미지를 보여주는 도면이다.Hereinafter, a
실험은 아래의 과정으로 진행이 되었다. 아래의 예시는 하나의 예시로서 본 명세서에서 개시하는 기술의 권리범위를 아래의 예시에서 언급한 범위로 한정할 의도가 아님을 분명히 밝혀둔다.The experiment proceeded as follows. It is to be understood that the following examples are not intended to limit the scope of the scope of the technology disclosed herein as an example to the scope of the following examples.
먼저, 도 10에서 예로서 도시한 자석 배열체(190)를 타겟(140)의 타면에 인접하여 배치한다. 실험을 위하여 자석의 폭(a)은 약 18mm로 설계하였으며, 자석의 길이인 b, c 및 d는 각각 약 65.4mm, 약 260.8mm 및 약 273.8mm로 설계하였다. 자석 간의 간격(e)은 약 23.7mm로 구성하였다. 실험을 위하여 자석의 폭(a)과 자석 간의 간격(e)은 약 0.76:1의 비율로 구성하였다. 또한, 자석의 길이인 b와 d는 실험에 사용한 기판의 폭(약 100mm) 보다 크게 구성하였다. 기판은 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)를 통하여 자석의 길이인 b와 d를 가로지르는 방향으로 이송하면서 실험을 진행하였다.First, the
일반적으로 마그네트론 스퍼터링 공정에서 자석 간의 간격(e)에 대응되는 타겟(140)의 일면에서 스퍼터링에 의하여 타겟 입자가 비산되므로 타겟 입자의 효과적인 스퍼터링을 위해서 자석의 폭(a)과 자석 간의 간격(e)의 적절한 비율 조절이 요구된다. 본 실험을 위하여 자석의 폭(a)과 자석 간의 간격(e)의 비율을 조절하여 실험한 결과 자석의 폭(a)과 자석 간의 간격(e)의 비율이 약 0.7 내지 약 0.8:1의 비율에서 스퍼터링에 의하여 타겟(140)에서 비산되어 기판에 증착되는 박막의 증착속도, 박막의 균일도 등에서 우수한 특성을 보이는 것이 확인되었다. 이에 본 실험에서는 자석의 폭(a)과 자석 간의 간격(e)의 비율 범위 중에서 약 0.76:1의 비율을 선택하여 스퍼터링을 진행하였다. 그리고 자석의 끝단과 사행의 형상에서 굴곡되는 부분은 작은 원형 자석으로 제작하였다. 물론, 직각 형태의 자석으로 제작하여도 무방하다. 외측자석(190b)의 타겟(140) 대향면은 N극으로, 내측자석(190a)의 타겟(140) 대향면은 S극으로 구성하였다. 물론, 외측자석(190b)과 내측자석(190a)의 극성은 서로 바뀔 수 있다. 자석으로 자석 중심부의 자기장이 약 11700 내지 약 12100 가우스(Gauss)인 N35(NiCuNi Coating)를 사용하였다. 이를 타겟(140)의 타면에 배치하여 타겟(140)의 일면 위에 약 200 내지 약 600 가우스(Gauss)를 가지는 자기장을 생성하였다. 타겟(140)에 대한 자석 배열체(190)의 상대 위치를 조절하여 타겟(140)이 비금속일 경우에는 타겟(140)의 일면 위에 약 540 내지 약 580 가우스(Gauss)를 가지는 자기장을 생성하였다. 타겟(140)이 금속일 경우에는 타겟(140)에 대한 자석 배열체(190)의 상대 위치를 조절하여 타겟(140)의 일면 위에 약 200 내지 약 300 가우스를 가지는 자기장을 생성하여 실험하였다.In general, in the magnetron sputtering process, since the target particles are scattered by sputtering on one surface of the
다음으로, 유연성 기판으로서 약 100mm의 폭을 가지는 PET 소재의 유연성 기판을 언와인딩롤러(120)와 와인딩롤러(130)에 권취 후 챔버(110)의 진공을 설정하였다. 챔버(110)의 진공은 로터리 펌프(rotary pump)를 통하여 약 5x10-2 torr의 진공을 설정한 후 터보분자펌프(TMP)를 통하여 약 5x10-6 torr의 진공을 설정하는 과정을 통하여 설정하였다.Next, a flexible substrate made of PET having a width of about 100 mm as a flexible substrate was wound around the unwinding
이후 앞서 상술한 기판아웃개싱과정(250)을 수행한 후 아래의 표에 표시된 공정조건으로 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)을 통하여 박막 증착공정을 수행하였다. 기판과 타겟(140) 사이의 거리는 제1롤러(150), 제2롤러(160) 및 이들의 조합 중에서 상기 이동롤러를 선택한 후 상기 이송기구를 통하여 상기 이동롤러를 기판(또는 타겟(140))을 향하는 방향으로 이동하거나, 상기 이동롤러를 기판(또는 타겟(140))에서 멀어지는 방향으로 이동하는 과정을 통하여 설정되었다. 이 과정에서 제1롤러(150) 및 제2롤러(160)는 기판과 접하며, 제1롤러(150)의 속도, 제2롤러(160)의 속도, 제1롤러(150)와 제2롤러(160) 사이의 상대 거리 등을 조절함으로써 증착영역의 장력을 제어하였다. 이를 통하여 증착영역이 타겟(140)과 소정의 거리를 유지하도록 할 수 있었다.After performing the substrate out
(실험예 1)(Experimental Example 1)
위에 언급된 실시 예들과 측정결과는 ITO 타겟(140)을 활용하여 언와인딩롤러(120) 및 와인딩롤러(130)를 통하여 약 150mm/min으로 유연성 기판을 이송하면서 공정조건을 변화시키면서 얻어진 결과이다. 타겟(140)과 기판 사이의 거리가 약 60mm일 경우에 기판에 증착되는 박막이 결정성을 보이는 것이 확인되었다. 아래의 표는 박막이 결정성 특징을 보이는 실시예 2를 5회 반복하여 증착된 박막에 대한 면저항 균일도(uniformity) 측정결과를 보여준다. 면저항 균일도 측정을 통하여 기판 상에 증착되는 스퍼터링 박막의 균일도를 측정할 수 있다. 면저항 균일도는 [(Max-Min)/2(Average)] X 100의 계산식을 활용하여 계산하였다. 면저항 측정은 약 100mm의 폭을 가지는 기판의 폭을 균일하게 5등분 한 후 각 등분의 중심점에서의 면저항을 측정하는 방식으로 수행하였다. 측정결과 실시예 2를 5회 반복하여 증착한 박막 모두에서 1.5% 이하의 균일도를 얻을 수 있었다. 본 명세서에서 개시하는 기술을 통하여 일반적으로 기판상에 증착된 박막에 대하여 요구하는 약 5% 정도의 균일도 기준에 비하여 훨씬 좋은 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 표로서 표시하지는 않았으나, 나머지 실시 예들에 대하여 반복 실험한 결과도 아래와 유사한 결과를 얻을 수 있었다.The above-described embodiments and measurement results are obtained by changing the process conditions while transferring the flexible substrate through the unwinding
(균일도 분석 결과)(Results of uniformity analysis)
아래의 예시는 타겟(140)과 기판 사이의 거리를 실시예 2의 조건인 약 60mm로 유지하고 Film 속도 즉, 필름 와인딩 속도를 변화시켜가면서 ITO 타겟(140)을 활용하여 스퍼터링 공정을 진행한 공정조건을 보여주는 표이다.In the following example, the distance between the
(실험예 2)(Experimental Example 2)
아래의 표는 위의 공정조건으로 기판에 박막을 증착한 후 증착된 박막에 대하여 면저항, 투과도, 두께, 결정성 등의 박막 물성을 측정한 결과를 보여준다. 아래의 결과를 통하여 볼 때, 기판에 증착되는 박막은 기판과 타겟(140) 사이의 거리, 기판의 이송속도 등에 따라 박막 물성이 달라짐을 알 수 있다.The table below shows the results of measuring thin film properties such as sheet resistance, permeability, thickness, and crystallinity for the deposited thin films after depositing the thin films on the substrate under the above process conditions. It can be seen from the results below that the physical properties of the thin film deposited on the substrate vary depending on the distance between the substrate and the
(실험예 2의 박막 물성 결과)(Physical Properties of Thin Film in Experimental Example 2)
도 11 및 도 12는 각각 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법을 활용하여 실시예2-4 조건 및 실시예2-1 조건으로 증착된 박막의 SEM 이미지를 보여주는 도면이다. 도 13 및 도 14는 각각 본 명세서에서 개시하는 스퍼터링 방법을 활용하여 실시예2-4 조건 및 실시예2-1 조건으로 증착된 박막의 XRD 이미지를 보여주는 도면이다.11 and 12 are SEM images of thin films deposited under the conditions of Example 2-4 and Example 2-1, respectively, utilizing the sputtering method disclosed in the present specification. 13 and 14 are diagrams showing XRD images of thin films deposited under the conditions of Example 2-4 and Example 2-1, respectively, utilizing the sputtering method disclosed in this specification.
본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)을 통하여 기판의 이송속도, 기판과 타겟(140) 사이의 거리, 기판에 가해지는 온도 등을 조절할 수 있다. 이를 통하여 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)은 기판에 증착되는 스퍼터링 박막의 면저항, 투과도, 두께 등을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 박막이 결정 특성을 가지도록 하거나 비정질 특성을 가지도록 제어할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 개시하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법(200)을 통하여 앞서 언급한 실험예들로 뒷받침 되는 바와 같이 높은 균일도를 가지는 스퍼터링 박막을 기판에 증착할 수 있다.Through the
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.From the foregoing it will be appreciated that various embodiments of the present disclosure have been described for purposes of illustration and that there are many possible variations without departing from the scope and spirit of this disclosure. And that the various embodiments disclosed are not to be construed as limiting the scope of the disclosed subject matter, but true ideas and scope will be set forth in the following claims.
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 : 자석 배열체
192 : 지지부
194 : 동력부
194a : 회전부
194b : 이동부
194c : 제1회전축
194d : 제2회전축
210 : 기판배치과정
220 : 장력인가과정
230 : 플라즈마생성과정
240 : 자기장인가과정
250 : 기판아웃개싱과정100: roll-to-roll deposition apparatus
110: chamber
120: Unwinding roller
130: winding roller
140: target
150: first roller
152: first free roller
154: Closed loop belt
156: Third free roller
160: second roller
162: second free roller
170:
180: heater
182:
184: Cooling section
190: magnet array
192:
194:
194a:
194b:
194c:
194d:
210: substrate placement process
220: Tension application process
230: plasma generation process
240: magnetic field application process
250: Substrate outgassing course
Claims (11)
상기 타겟에 대향하는 상기 기판에 장력을 인가하여 상기 기판이 상기 타겟과 소정의 거리를 유지하도록 하는 장력인가과정; 및
상기 챔버로 스퍼터링 가스를 주입하고, 전원부를 통하여 상기 기판과 상기 타겟 사이에 전압을 인가하여 상기 챔버 내부에 플라즈마를 생성하는 플라즈마생성과정을 포함하며,
상기 타겟은 일면이 상기 기판에 대향하여 배치되며, 상기 플라즈마에 의한 스퍼터링에 의하여 상기 기판의 일면에 막을 증착하며,
상기 기판배치과정은
상기 언와인딩롤러를 롤링하여 상기 기판을 상기 챔버로 공급하는 기판공급과정; 및
상기 와인딩롤러를 롤링하여 상기 기판을 회수하는 기판회수과정을 포함하며,
상기 장력인가과정은
상기 챔버 내부에 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러 사이에서 서로 이격되어 배치되는 제1롤러 및 제2롤러를 상기 기판의 타면에 접촉시키는 롤러접촉과정;
상기 제1롤러를 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공하는 제1기판이송과정; 및
상기 제2롤러를 롤링하여 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받아 상기 와인딩롤러로 제공하는 제2기판이송과정을 포함하되,
상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 롤링을 통하여 상기 기판 중에서 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 위치하는 상기 기판 부분-이하 증착영역이라 함-에 장력이 인가됨으로써 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.A substrate placement process for placing the flexible substrate and the target opposite to each other in the sputtering chamber through an unwinding roller and a winding roller disposed opposite to each other;
A tension applying step of applying a tension to the substrate facing the target so that the substrate maintains a predetermined distance from the target; And
And a plasma generating step of injecting a sputtering gas into the chamber and applying a voltage between the substrate and the target through a power supply unit to generate a plasma in the chamber,
Wherein the target is disposed on one side of the substrate, and depositing a film on one surface of the substrate by sputtering with the plasma,
The substrate placement process
A substrate feeding step of rolling the unwinding roller to supply the substrate to the chamber; And
And recovering the substrate by rolling the winding roller,
The tension application process
A roller contact process for bringing the first roller and the second roller spaced apart from each other between the unwinding roller and the winding roller into contact with the other surface of the substrate in the chamber;
A first substrate transferring step of rolling the first roller to supply the substrate from the unwinding roller to the second roller; And
And a second substrate transferring step of rolling the second roller to supply the substrate provided by the first roller to the winding roller,
Wherein a tension is applied to the substrate portion-hereinafter referred to as a deposition region, located between the first roller and the second roller in the substrate through the rolling of the first roller and the second roller, And a roll-to-roll deposition apparatus for maintaining the predetermined distance.
상기 증착영역의 상기 장력은 상기 제2롤러의 상기 제1롤러에 대한 상대 롤링 속도의 조절 또는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 거리 조절을 통하여 조절되는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.The method according to claim 1,
Wherein the tension of the deposition area is controlled through adjustment of the relative rolling speed of the second roller relative to the first roller or adjustment of the distance between the first roller and the second roller.
상기 롤러접촉과정은 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나-이하 이동롤러라 함-를 상기 타겟을 향하는 방향 또는 상기 타겟에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 롤러이동과정을 포함하되,
상기 롤러이동과정은 상기 이동롤러와 연결되어 상기 이동롤러를 상기 타겟을 향하는 방향 또는 상기 타겟에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구를 통하여 수행되며,
상기 이송기구를 통하여 상기 이동롤러를 이동시킴으로써 상기 증착영역과 상기 타겟 사이의 상기 소정의 거리, 상기 증착영역에 인가되는 상기 장력 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 조절할 수 있는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법. The method according to claim 1,
The roller contact process may include a roller movement process for moving at least one of the first roller, the second roller, and a combination thereof, i.e., a moving roller, in a direction toward or away from the target Including,
Wherein the roller movement process is performed through a transfer mechanism that is connected to the movement roller and moves the movement roller in a direction toward or away from the target,
And a roll-to-roll deposition apparatus capable of adjusting at least one selected from the predetermined distance between the deposition region and the target, the tension applied to the deposition region, and a combination thereof by moving the transfer roller through the transfer mechanism .
상기 챔버에는 상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 배치되는 제1프리롤러 및 상기 제2롤러와 상기 와인딩롤러 사이에 배치되는 제2프리롤러가 배치되며,
상기 제1기판이송과정은 상기 언와인딩롤러로부터 상기 기판을 공급받은 상기 제1프리롤러로부터 상기 제1롤러가 롤링하여 상기 기판을 공급받아 상기 제2롤러로 제공하는 과정을 포함하며,
상기 제2기판이송과정은 상기 제1롤러가 제공하는 상기 기판을 공급받은 상기 제2롤러가 롤링하여 상기 제2프리롤러를 경유하여 상기 기판을 상기 와인딩롤러로 제공하는 과정을 포함하되,
상기 제1프리롤러 및 상기 제2프리롤러는 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 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.The method according to claim 1,
Wherein the chamber is provided with a first free roller disposed between the unwinding roller and the first roller and a second free roller disposed between the second roller and the winding roller,
Wherein the first substrate transferring step includes the step of rolling the first roller from the first free roller supplied with the substrate from the unwinding roller to supply the substrate to the second roller,
Wherein the second substrate transferring step includes the step of providing the substrate to the winding roller via the second free roller by rolling the second roller supplied with the substrate provided by the first roller,
The first free roller and the second free roller being in contact with the one surface of the substrate,
Wherein a portion of the first free roller contacting the one surface of the substrate is biased in a direction of a rotational axis of the first roller by a predetermined distance from a portion of the first roller contacting the other surface of the substrate, Wherein the substrate provided on the first roller is in close contact with an outer surface of the first roller,
Wherein a portion of the second free roller contacting the one surface of the substrate is biased in a direction of a rotational axis of the second roller by a predetermined distance from a portion of the second roller contacting the other surface of the substrate, Wherein the substrate fed to the second free rollers is in close contact with the outer surface of the second roller.
상기 챔버에는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 외부에 배치되며, 내면의 적어도 일부가 상기 제1롤러와 상기 제2롤러와 밀착되어 상기 제1롤러 및 상기 제2롤러의 롤링에 따라 회전하는 폐루프 형상의 벨트가 배치되되,
상기 벨트의 장력은 상기 제2롤러의 상기 제1롤러에 대한 상대 롤링 속도의 조절 또는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이의 거리 조절을 통하여 조절되며,
상기 벨트의 외면은 상기 기판의 타면과 접함으로써 상기 증착영역의 상기 장력은 상기 벨트의 상기 장력에 의하여 인가됨으로써 상기 증착영역이 상기 타겟과 상기 소정의 거리를 유지하도록 하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.The method according to claim 1,
Wherein at least a part of the inner surface of the chamber is in close contact with the first roller and the second roller and rotates in accordance with the rolling of the first roller and the second roller A closed-loop belt is disposed,
The tension of the belt is regulated through adjustment of the relative rolling speed of the second roller to the first roller or adjustment of the distance between the first roller and the second roller,
Wherein the outer surface of the belt contacts the other surface of the substrate so that the tension of the deposition area is applied by the tension of the belt to maintain the deposition area at the predetermined distance from the target, Way.
상기 롤러접촉과정은 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나-이하 이동롤러라 함-를 상기 타겟을 향하는 방향 또는 상기 타겟에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 롤러이동과정을 포함하되,
상기 롤러이동과정은 상기 이동롤러와 연결되어 상기 이동롤러를 상기 타겟을 향하는 방향 또는 상기 타겟에서 멀어지는 방향으로 이동시키는 이송기구를 통하여 수행되며,
상기 이송기구를 통하여 상기 이동롤러를 이동시킴으로써 상기 벨트가 이동하며, 상기 벨트의 이동을 통하여 상기 증착영역과 상기 타겟 사이의 상기 소정의 거리, 상기 증착영역에 인가되는 상기 장력 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 조절할 수 있는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.6. The method of claim 5,
The roller contact process may include a roller movement process for moving at least one of the first roller, the second roller, and a combination thereof, i.e., a moving roller, in a direction toward or away from the target Including,
Wherein the roller movement process is performed through a transfer mechanism that is connected to the movement roller and moves the movement roller in a direction toward or away from the target,
Wherein the belt is moved by moving the moving roller through the conveying mechanism and selected from the predetermined distance between the deposition area and the target through the movement of the belt, the tension applied to the deposition area, and combinations thereof Wherein the sputtering apparatus is capable of controlling at least one of the sputtering method and the sputtering method.
상기 챔버에는 상기 언와인딩롤러와 상기 제1롤러 사이에 히터가 배치되며,
상기 기판공급과정은 상기 언와인딩롤러를 롤링하여 상기 기판을 상기 히터에 공급한 후 상기 히터가 상기 기판을 상기 챔버로 공급하는 과정을 포함하며,
상기 히터는 공급받은 상기 기판을 가열하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the chamber is provided with a heater between the unwinding roller and the first roller,
Wherein the substrate supplying step includes a step of rolling the unwinding roller to supply the substrate to the heater, and then supplying the substrate to the chamber by the heater,
Wherein the heater heats the supplied substrate to remove at least one selected from moisture, impurities, and combinations thereof existing in the substrate.
상기 장력인가과정은 상기 롤러접촉과정과 동시 또는 전후에 수행되며, 상기 제1롤러, 상기 제2롤러 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나에 냉각 또는 발열 매체를 공급하는 온도설정과정을 포함하며,
상기 온도설정과정을 통하여 상기 증착영역의 온도를 소정의 온도로 유지하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the tension application process is performed at the same time as or before or after the roller contact process and includes a temperature setting process for supplying a cooling or heating medium to at least one of the first roller, the second roller, and a combination thereof, ,
And the temperature of the deposition region is maintained at a predetermined temperature through the temperature setting process.
상기 챔버에는 상기 제1롤러와 상기 제2롤러 사이에 제3프리롤러가 배치되며,
상기 제3프리롤러는 상기 장력인가과정에서 상기 증착영역이 상기 타겟의 피 스퍼터면에 대하여 실질적으로 평행하도록 유지하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein a third free roller is disposed in the chamber between the first roller and the second roller,
Wherein the third free rollers hold the deposition region so as to be substantially parallel to the sputtered surface of the target during the applying of the tension.
상기 플라즈마생성과정 전후에 수행되는 자기장인가과정을 더 포함하며,
상기 자기장인가과정은 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 배열체에 의하여 수행되되,
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 포함하며,
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 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
And a magnetic field application process performed before and after the plasma generation process,
The magnetic field applying process is arranged opposite to the other surface of the target, and generates a magnetic field to capture electrons in the plasma to a region adjacent to the one surface of the target, hereinafter referred to as an electron trap region, And increasing the density to increase the density of the plasma in the electron trap region,
The magnet array
An inner magnet extending in a direction substantially perpendicular to the one surface of the target and having an N pole or an S pole opposite to the target;
An outer magnet extending in a direction substantially perpendicular to the one surface of the target and spaced apart from the inner magnet to surround the inner magnet and a magnetic pole opposite to the inner magnet is opposed to the target; And
And a non-magnetic member disposed between the inner magnet and the outer magnet, the non-magnetic member maintaining an interval between the inner magnet and the outer magnet,
Wherein the outer magnet has a pattern protruding in the direction of the inner magnet, the inner magnet is spaced apart from the protruding pattern of the outer magnet, and is alternately connected about the protruding pattern of the outer magnet, , meander)
Wherein the area of the electron trap region is increased through the shape of the meander.
상기 장력인가과정 및 상기 플라즈마생성과정 이전에 수행되며, 상기 챔버에 진공을 설정한 후 상기 언와인딩롤러 및 상기 와인딩롤러를 롤링하여 상기 언와인딩롤러로부터 상기 와인딩롤러로 상기 기판을 제공하고, 상기 와인딩롤러로부터 상기 언와인딩롤러로 상기 기판을 회수하는 과정을 수행하는 기판아웃개싱과정을 더 포함하며,
상기 기판아웃개싱과정을 통하여 상기 기판에 존재하는 수분, 불순물 및 이들의 조합 중에서 선택되는 적어도 어느 하나를 제거하는 롤투롤 증착장치를 이용한 스퍼터링 방법.
7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the unloading rollers and the winding rollers are rolled after the tension application process and the plasma generation process are performed and a vacuum is set in the chamber to provide the substrate from the unwinding rollers to the winding rollers, Further comprising: a substrate outgassing step of performing a process of withdrawing the substrate from the roller to the unwinding roller,
And removing at least one selected from water, impurities, and combinations thereof existing in the substrate through the substrate outgoing process.
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