KR20190082312A

KR20190082312A - 수직 기판 홀더

Info

Publication number: KR20190082312A
Application number: KR1020197017877A
Authority: KR
Inventors: 브라이스 패트릭 버틀러; 제임스 그레고리 쿠일라드; 밍-황 황; 마이클 아론 맥도널드; 도널드 린 플레셔; 추안체 왕
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2016-11-23
Filing date: 2017-11-21
Publication date: 2019-07-09
Also published as: CN110214199B; US20190376177A1; JP2019535908A; WO2018098177A1; EP3545116A1; TW201828392A; JP7220147B2; KR102566950B1; TWI766905B; CN110214199A

Abstract

여기에 기술된 것은 기판을 거의 수직 위치로 유지시키는 장치이고, 설계는 변화하는 온도 조건 하에서 기판이 팽창 및 수축하는 동안 기판의 처짐을 최소화한다. 상기 장치는 기판 상의 응력을 최소화하여 기판이 코팅 및 다른 열적 과정을 겪는 동안 기판의 파손 또는 손상을 방지한다.

Description

수직 기판 홀더

본 출원은 미국 35 U.S.C.§119 하에 2016년 11월 23일 자로 출원된 미국 가출원 제62/425,778호의 우선권 주장 출원이고, 상기 가출원은 전체적으로 여기에 참조로 병합된다.

본원은 변화하는 온도 조건 하에서 기판이 팽창 및 수축하는 동안 기판의 처짐을 최소화하는, 기판을 거의 수직 위치로 유지시키는 장치 및 방법을 기술한다. 상기 장치는 기판 상의 응력을 최소화하여 기판이 코팅 및 다른 열적 과정을 겪는 동안 기판의 파손 또는 손상을 방지한다.

많은 응용 분야는 박막으로 기판을 코팅하는 것을 포함한다. 예를 들어, 광전지 또는 전기 변색 적용에 대한 박막은 유리 기판 상에 코팅될 수 있다. 많은 경우에, 박막은 스퍼터 증착으로도 알려진 물리적 기상 증착 (PVD)에 의해 진공 하에 기판 상에 증착된다. PVD에서, 재료의 증기가 생성되고 그 후에 코팅이 필요한 물체 상에 증착된다. PVD는 많은 무기 재료의 내구성 코팅을 제공할 수 있다는 점에서 유리하다. 그러나, PVD가 기상 공정이기 때문에, 챔버 내의 모든 부품 상에는 재료가 증착되어, 챔버에 및 기판 캐리어 상에 미립자 또는 비접착 재료가 축적될 수 있다. 증착하는 동안, 막(film)에 통합되는 비-기상 입자를 감소시키는 것이 바람직하며, 이는 이들이 최종 디바이스에서 전기적 단락 결함을 일으킬 수 있기 때문이다.

본원은 입자 오염을 더 줄이기 위해 증착 공정에서 사용되는 기판 캐리어에 대한 변경을 기술한다.

여기에 기술된 것은 대형 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 물품이다. 그러한 물품은 코팅 디바이스 및 증착 공정에 사용되고, 기판이 효율적으로 그리고 균일하게 코팅되면서, 코팅 챔버에서 코팅되거나 증착되는 외부 입자에 의한 표면의 오염이 방지 또는 최소화되도록 설계된다.

양태 (1)에서, 본원은 물품을 제공하고, 상기 물품은: 코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐; 상기 프레임은: 평탄 프레임 섹션 및 채널 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치되고, 상기 채널 섹션은 적어도 하나의 기판 에지에 인접하게 위치됨; 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서 (protective spacer)를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및 2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는: 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 범퍼 - 상기 범퍼는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 상기 채널 섹션을 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 강성 캔틸레버; 및 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;를 포함하며, 상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 400 ℃의 범위에 걸쳐 1˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력 (principal stress)을 받도록 (experience), 설계된다. 양태 (2)에서, 본원은 양태 (1)의 물품을 제공하고, 상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어진다. 양태 (3)에서, 본원은 양태 (1) 또는 양태 (2)의 물품을 제공하고, 상기 최대 주응력은 80 MPa 이하이다. 양태 (4)에서, 본원은 양태 (1)-(3) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 반력은 15 N 미만이다. 양태 (5)에서, 본원은 양태 (1)-(4) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지된다. 양태 (6)에서, 본원은 양태 (1)-(5) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능하다. 양태 (7)에서, 본원은 양태 (1)-(6) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과한다.

양태 (8)에서, 본원은 물품을 제공하고, 상기 물품은: 코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐; 상기 프레임은: 평탄 프레임 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치됨; 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및 2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는: 상기 캔틸레버를 상기 프레임과 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 캔틸레버 스페이서; 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 옵션의 범퍼 - 상기 범퍼는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 상기 캔틸레버 스페이서를 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 강성 캔틸레버, 여기서 상기 옵션의 범퍼가 존재하지 않을 때, 상기 강성 캔틸레버는 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;를 포함하며, 상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 300 ℃의 범위에 걸쳐 5˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력을 받도록, 설계된다. 양태 (9)에서, 본원은 양태 (8)의 물품을 제공하고, 상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어진다. 양태 (10)에서, 본원은 양태 (8) 또는 양태 (9)의 물품을 제공하고, 상기 최대 주응력은 80 MPa 이하이다. 양태 (11)에서, 본원은 양태 (8)-(10) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 반력은 15 N 미만이다. 양태 (12)에서, 본원은 양태 (8)-(11) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지된다. 양태 (13)에서, 본원은 양태 (8)-(12) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능하다. 양태 (14)에서, 본원은 양태 (8)-(13) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과한다.

양태 (15)에서, 본원은 물품을 제공하고, 상기 물품은: 코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐; 상기 프레임은: 평탄 프레임 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치됨; 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및 2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는: 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 옵션의 범퍼; 캔틸레버 스페이서를 포함하고 상기 프레임을 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 유기 중합체 캔틸레버, 여기서 상기 옵션의 범퍼가 존재하지 않을 때, 상기 강성 캔틸레버는 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 옵션의 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;를 포함하며, 상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 300 ℃의 범위에 걸쳐 5˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력을 받도록, 설계된다. 양태 (16)에서, 본원은 양태 (15)의 물품을 제공하고, 상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어진다. 양태 (17)에서, 본원은 양태 (15) 또는 양태 (16)의 물품을 제공하고, 상기 최대 주응력은 80 MPa 이하이다. 양태 (18)에서, 본원은 양태 (15)-(17) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 반력은 15 N 미만이다. 양태 (19)에서, 본원은 양태 (15)-(18) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지된다. 양태 (20)에서, 본원은 양태 (15)-(19) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능하다. 양태 (21)에서, 본원은 양태 (15)-(19) 중 어느 한 물품을 제공하고, 상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과한다.

추가적인 특징 및 이점은 다음의 상세한 설명에서 기술될 것이며, 부분적으로는 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 명백할 것이고, 또는 상세한 설명 및 청구 범위, 이뿐 아니라 첨부된 도면에 기술된 바와 같이 실시예를 실시함으로써 인식될 것이다.

전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 본질 및 특성을 이해하기 위한 개요 또는 틀을 제공하기 위한 것임을 이해해야 한다.

첨부 도면은 상세한 설명의 추가적인 이해를 제공하기 위해 포함되며, 본 명세서의 일부에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성한다. 도면은 반드시 축축될 필요가 없으며, 다양한 요소의 크기는 명확성을 위해 왜곡될 수 있다. 도면은 하나 이상의 실시예(들)를 도시하고 상세한 설명과 함께 실시예의 원리 및 동작을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 여기에 기술된 실시예의 단면도이다. 캐리어 (100)의 상부 부분의 단면은 (도 1의 기판 (170)을 지지하는 것으로 도시된 하부 섹션과 구별하기 위해) 100A로 도시된다. 캐리어 (100) (100A로 도시됨)는 프레임 (120), 힘 인가 텐셔너 (121), 강성 캔틸레버 (122), 범퍼 (123), 및 보호 스페이서 (124)를 포함한다. 도면에서 도시된 바와 같이, 기판 (170)은 범퍼 (123, 143)를 갖는 홀더, 및 기판과 홀더 사이에 접촉 지점인 보호 스페이서 (124, 144)에 의해 위치 및 유지될 수 있다.
도 2a-2f는 여기에 기술된 홀더의 대안 실시예를 제공한다.
도 3은 명확성을 위해 다양한 구성요소가 분해된 홀더의 사시도를 제공한다.
도 4는 전체 캐리어 (100)가 기판 (170), 및 기판 (170)을 유지하는 위치에 있는 다수의 강성 캔틸레버와 조합하여 도시된 실시예의 사시도를 도시한다.
도 5는 기판이 겪는 최대 주응력과 반력 (마찰 계수와 클램프 힘의 결합 효과)을 비교한 그래프이다. 최대 주응력은 과도한 스프링 중량을 선택하지 않음으로써 "가장 안전한" 영역 (원으로 표시된 구역)에서 유지될 수 있다.

본원의 재료, 물품 및/또는 방법이 개시되고 기술되기 전에, 하기에 기술된 양태는 특정 화합물, 합성 방법 또는 용도로만 제한되지 않으며, 물론 다양 할 수 있음을 이해해야 한다. 여기에 사용된 용어는 특정 양태만을 기술하기 위한 것이며 제한하려는 의도가 아니라는 것 역시 이해해야 한다.

본 명세서 및 다음의 특허 청구 범위에서, 다음의 의미를 가지도록 정의되는 다수의 용어가 참조될 것이다:

본 명세서 전반에 걸쳐, 문맥상 달리 요구되지 않는 한, 단어 "포함한다", 또는 "포함하는" 또는 "포함하고 있는"과 같은 변형은 명시된 정수 또는 단계, 또는 정수 또는 단계의 군을 포함하지만 임의의 다른 정수 또는 단계, 또는 정수 또는 단계 군을 제외하지 않음을 의미하는 것으로 이해될 것이다

명세서 및 첨부된 청구의 범위에서 사용된 바와 같이, 단수 형태 "한", "하나" 및 "그"는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 포함한다는 것을 알아야 한다. 이로써, 예를 들어, "한 캐리어"에 대한 언급은 둘 이상의 그러한 캐리어의 혼합물 등을 포함한다.

"옵션" 또는 "옵션의"는 후속하여 기술된 사건 또는 상황이 발생할 수 있거나 발생할 수 없음을 의미하며, 그 설명은 사건 또는 상황이 발생하는 경우 및 발생하지 않는 경우를 포함한다.

상한 및 하한 값을 포함하는 수치 범위의 값이 여기에서 언급되는 경우, 특정 상황에서 달리 언급되지 않는 한, 상기 범위는 그 종점, 및 상기 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함하는 것으로 의도된다. 청구 범위의 권리 범위가 범위를 정의할 때 열거된 특정 값으로 제한되지는 않는다. 추가로, 양, 농도, 또는 다른 값 또는 파라미터가 범위, 하나 이상의 바람직한 범위, 또는 상위 바람직한 값 및 낮은 바람직한 값의 리스트로 주어질 때, 이는 임의의 쌍의 임의의 상한 범위 또는 바람직한 값 및 임의의 하한 범위 또는 바람직한 값으로 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로, 그러한 쌍이 별도로 개시되는지 여부에 관계없이, 이해하여야 한다.

용어 "약"이 범위의 값 또는 종단점을 기술하는데 사용될 때, 본원은 언급된 특정 값 또는 종단점을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 범위의 수치 또는 종점이 "약"을 언급하지 않을 때, 범위의 수치 또는 종점은 두 개의 실시예를 포함하는 것으로 의도된다: 하나는 "약"에 의해 수식되고 하나는 "약"에 의해 수식되지 않는다. 범위 각각의 종점이 다른 종점과 관련하여, 그리고 다른 종점과는 독립적으로 중요하다는 것이 더 이해될 것이다.

사용될 수 있거나, 함께 사용될 수 있거나, 본원의 준비에 사용될 수 있는 물품 및 구성 요소, 또는 본원의 제품이 개시된다. 이들 재료의 조합, 서브세트, 상호 작용, 그룹 등이 개시될 때, 이들 화합물의 다양한 개별 및 집단 조합 및 순열 각각에 대한 특정 참조가 명시적으로 개시되지는 않지만, 각각 여기에 특정하게 고려되고 기술될 수 있는 것을 이해하여야 한다. 이로써, 항목 A, B 및 C의 클래스가 개시되고 이뿐 아니라 항목 D, E 및 F의 클래스 및 조합 A-D의 예시가 개시될 수 있는 경우, 각각이 개별적으로 언급되지 않더라도 각각은 개별적으로 집단적으로 고려될 수 있다. 이로써, 이러한 예시에서, A-E, A-F, B-D, B-E, B-F, C-D, C-E 및 C-F의 조합 각각은 구체적으로 고려되며 A, B 및 C; D, E, 및 F; 및 예시 조합 A-D의 개시로부터 개시되는 것으로 고려되어야 한다. 마찬가지로, 이들의 임의의 서브세트 또는 조합은 또한 구체적으로 고려되고 개시될 수 있다. 이로써, 예를 들어, A-E, B-F 및 C-E의 하위-그룹이 구체적으로 고려되며 A, B 및 C; D, E, 및 F; 및 예시 조합 A-D의 개시로부터 개시되는 것으로 고려되어야 한다.

많은 응용 분야는 유리 상에 박막 코팅을 포함한다. 한 특정 응용 분야는 스마트 창에 사용되는 것과 같은 전기 변색 막이다. 이들 막은 전압이 막에 걸쳐 가해질 때 착색 효과를 만들어 낸다. 이 조건은 창에 대해 광 투과율 및 열 투과율을 줄이는 효과가 있다. 막 스택은 스퍼터 증착으로도 알려진 물리적 기상 증착 (PVD)에 의해 진공 하에 기판 (예를 들어, 유리) 상에 증착된다. 크고 얇은 기판의 PVD 코팅의 경우, 유리/기판은 전형적으로 유리의 뒷면 또는 코팅되지 않은 표면이 지지될 수 있는 수평 또는 수직 배향으로 고정된다. 유리가 고정되는 디바이스는 전형적으로 캐리어라고 불린다. 유리가 수직 방향에 가깝다면, 고정 장치는 유리가 캐리어의 뒤쪽에 의해 지지될 수 있도록 뒤쪽으로 기울어질 수 있으며, 유리 형상은 거의 평탄하게 유지되어 유리가 PVD 재료 타겟까지 일정한 거리를 유지할 수 있도록 하여, 표면 상의 코팅의 균일성을 개선시킨다.

몇몇 PVD 코터 설계는 "V-유형" 캐리어를 이용한다. "V-유형" 캐리어는 유리가 타겟을 향해 기울어지도록 한다. 면이 다소 아래쪽을 향하도록 유리를 기울임으로써, 코팅 공정 중에 임의의 부유 입자가 기판면에 고정될 가능성을 최소화시키고 이로써 결함을 감소시킨다. 그러나, 기판 크기가 계속 커지고 기판 두께가 감소함에 따라 "V-유형" 캐리어를 사용하면 기판 처짐이 필름 균일성에 영향을 미친다. 그 결과, "V-유형" 캐리어로부터 수직형 및 "A-유형" 캐리어로 이동된다 (PVD 타겟으로부터 멀리 뒤로 기울어짐). "A-유형" 및 수직형 캐리어는 얇은 기판에서 처짐 문제를 해결했지만, 이들은 "V-유형" 구성이 극복하고 있는 입자 오염의 문제를 다시 만들었다. 그러므로, 이들 기판이 박막 증착을 겪을 때 크고 얇은 기판의 입자 오염을 방지하거나 최소화하는 캐리어를 설계하기 위해 충족되지 않은 욕구가 남아 있다.

캐리어 유형에 관계없이, 기판은, 창 프레임에 의해 제거 또는 은폐될 시에 제품의 비-품질 부분으로 종종 간주되는 유리의 주변 영역 근처에서 캐리어 내로 보통 클램핑된다. PVD 공정은 최대 400 ℃ 이상으로 기판을 가열할 수 있다. 캐리어, 전형적으로 금속, 및 기판, 종종 유리가 큰 온도 변화를 겪을 때, 재료들 사이의 열팽창 계수에서의 차이는 기판에 높은 응력 레벨을 생성한다. 이들 응력은 평면 내 (in plane) (신축성)과 평면 외 (out of plane) (굽힘, 비틀림, 회전 등) 모두에서 발생할 수 있다. 재료의 최대 주응력 값은 Cauchy 응력 정리 (Cauchy stress theorem)에서 발견되고, 상기 Cauchy 응력 정리는 몸체 내의 한 점에서의 응력 상태가 그 점을 통과하는 모든 평면과 연관된 모든 응력 벡터 T⁽ⁿ⁾로 정의되는 것을 명시한다 (예를 들어, 여기에 참조로 병합된, Fridtjov Irgens, Continuum Mechanics, Sec. 3.2.3, (Springer, 2008) 참조). Cauchy의 응력 정리는 T가 n의 선형 함수가 되도록 단위-길이 방향 벡터 n과 독립적인, Cauchy 응력 텐서 (stress tensor)라고 하는 2차 텐서 필드 σ(x, t)가 존재한다고 명시한다:

이 방정식은 단위 법선 벡터 n를 갖는 평면과 연관된 연속체 내의 임의의 지점 P에서의 응력 벡터 T⁽ⁿ⁾가 좌표 축에 수직인 평면 상의 응력 벡터의 함수로서, 즉 변형된 상태, 배치 또는 구성에 있는 재료 내부 한 점에서의 응력 상태를 완전히 정의하는 9 개의 성분 σ_ij로 구성된 응력 텐서 σ의 성분 σ_ij에 관하여 표현될 수 있음을 의미한다:

몇몇 실시예에서, 최대 주응력은 100 미만 MPa, 90 미만, 80 미만, 70 미만, 60 미만, 50 미만, 40 미만 또는 30 미만 MPa이다. 몇몇 실시예에서, 최대 주응력은 30-100 MPa, 40-100 MPa, 50-100 MPa, 60-100 MPa, 70-100 MPa, 80-100 MPa, 60-90 MPa, 70-90 MPa, 50-80 MPa, 60-80 MPa, 또는 50-70 MPa이다.

본 개시는 코팅 적용을 위해 크고 얇은 기판을 수직 구성으로 유지시키는 현재의 설계 방법에 대한 개선점을 제공한다. 기판에 대한 "V-유형" 구성과, 기판 처짐을 제거/감소시키는데 필요한 지지를 제공하는 개선된 클램핑 메커니즘을 결합하면서, 이와 동시에 열적 변화로부터의 응력이 최소화되도록 유리가 캐리어 내에서 이동하는 것을 허용함으로써 그렇게 된다. 여기에 기술된 실시예의 이점은 보다 얇은 기판과 함께 "V-유형" 코터 (coater) 설계의 계속적인 사용을 허용하고, 고품질의 코팅을 갖는 보다 크고 보다 얇은 기판의 사용을 허용하고, 기판에 대한 긁힘/손상을 최소화하고, 캐리어로의 기판의 빠른 로딩 및 언로딩을 허용하며, 그리고 에지 근처에서의 유리에만 접촉함으로써 코팅된 유리의 품질 구역을 최대화시킨다는 것이다.

전술한 바와 같이, 미립자 오염을 최소화하는 하나의 방법은 기판을 기울이는 것이다. 두꺼운 (2mm 이상) 소다 석회 유리 기판과 같은 두꺼운 강성 기판의 경우, 평면 외 처짐 (out-of-plane sag)을 유발함 없이, 이를 상당히 크게 기울이는 것이 가능하다. 그러나, 보다 얇고 보다 가벼운 재료 및 디바이스를 향한 욕구로 인해, 보다 얇고 때로는 유연한 기판에 대한 관심이 증가하고 있다. 이들 경우에, 평면 외 처짐은 실제 관심사인데, 이는 그가 증착 균일성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 처짐의 충격은 기판이 커지고 얇아지면서 더욱 두드러진다.

임의의 두께의 기판에 대한 처짐의 영향을 최소화하기 위해, 단순한 충돌 모델을 사용하여, 입자 증착을 최소화시키는데 필요한 기울기를 계산하였다. 진공 챔버 내에서 이탈되어 중력으로 인해 낙하하기 시작하는 입자를 고려한다. 유리 상으로 증착되는 원자의 스트림을 입자가 통과할 시에, 이는 들어오는 원자와의 탄성 충돌로 인해, 운동량 전달을 겪을 수 있다. 입사 원자의 질량을 m₁, 입자의 질량을 m₂ 라 하자. 운동량과 에너지의 보전은 다음과 같이 주어진다:

낙하 입자에 초기 순방향 운동 (u₂=0)이 없다고 가정하면, 이는 다음과 같이 단순화될 수 있다:

입자에 대한 충격 (순방향) 힘은 이로써 다음과 같다:

여기서 υ는 충돌 빈도이다. 충돌 후 수직에 대한 입자 궤적의 각도는 중력에 대한 충격력의 비율 또는 다음과 같다:

.

입력 파라미터 (5 ㎛ ITO 입자, 250 m/s로 이동하는 W 원자, 및 2 nm/s 텅스텐 증착 속도에 기초한 충돌 빈도)에 대해 합리적인 값을 사용하여 ~3°의 궤적 각도에 도달한다. 그러나 기울임만으로는 입자 오염을 제거하기에 충분하지 않다는 것이 밝혀졌다. 입자가 처음 장소에서의 진공 챔버 내에서 이탈되지 않도록 방지함으로써 입자 오염은 추가로 감소될 수 있다.

입자를 감소시키는 한가지 방식은 증착 시스템에서 기판을 유지하기 위해 사용되는 캐리어를 변경하는 것이다. 도 1을 보면, 기판 (170)은 프레임 (120)의 상부 섹션으로부터 아래로 쏟아지는 입자에 잠재적으로 취약하다. 캐리어 (100)는 프레임 (120)을 통해 기판 (170)을 둘러싸고, 기판 (170)을 견고하게 유지시킬 뿐만 아니라, 증착 챔버의 내벽 및 기판 (170)의 후면 상으로 증착된 막의 과잉 분무를 최소화하는데 필요하다. 도 1에서의 캐리어 (100)는, 전체적으로 여기에 참조로 병합된 미국 가출원 제62/420,127호에 제시된 바와 같은 임의의 수의 특징의 포함에 의해, 입자가 기판 상에 낙하하거나 상기 기판에 영향을 줄 가능성을 감소시키기 위해 변형될 수 있다.

도 1은 기판 (170)을 유지시키는 캐리어 (100)의 단면도이다. 캐리어 (100)는, 오염을 최소화하기 위해 기판이 적당한 각도로 코팅될 수 있도록, 프레임 (120), 및 기판 (170)을 고정 및 위치시키는 적어도 하나 이상의 클램핑 메커니즘 (100A)을 포함한다. 캐리어 (100)는 기판 (170)을 각도 (φ) (소문자 phi)로 유지시키도록 설계되며, 여기서 φ는 수직 (0˚)과 기판 (170) 앞면의 하향 경사 각도 사이의 각도 차이이다. 이러한 경사는 공기 중의 입자가 기판에 닿아 부착할 가능성을 최소화시킨다. φ는 프레임의 PVD 챔버 또는 상부 섹션 (110)으로부터 낙하하는 임의의 입자가 기판 (170)과 접촉하는 것을 방지하기에 충분히 커야 하지만, 기판 (170)에 해로운 처짐을 유도하도록 그렇게 크지는 않다. 몇몇 실시예에서, φ는 0˚ 보다 크고 (>0˚) 10˚까지, 0˚ 보다 크고 8˚까지, 0˚ 보다 크고 5˚까지, 1˚ 내지 8˚, 1˚ 내지 5˚, 또는 1˚ 내지 3 ˚이다. 캐리어 (100)는 캐리어 (100)를 코터의 한 영역에서 코터의 또 다른 영역으로, 또는 코터 내외로 이동시키기 위한 휠, 풀리, 트랙 또는 다른 메커니즘 또는 부품을 추가로 포함할 수 있다. 부가적인 캐리어 부품은 캐리어 (100)의 위치 설정, 캐리어로부터의 기판의 로딩 및 언로딩, 캐리어의 클리닝 (cleaning) 등을 위한 메커니즘을 포함할 수 있다.

이전에 주목한 바와 같이, 프레임 (120)은, 기판 (170)을 둘러싸고 PVD 코팅을 위해 수직으로 정렬될 때 기판 (170)을 지지하는 구조를 제공하는 캐리어 (100)의 일부이다. PVD 코팅 공정에서 사용될 수 있는 고온으로 인해, 캐리어 (100) 및 프레임 (120)의 주요 구성요소는 금속, 유리, 세라믹 또는 고온 중합체로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 프레임 (120)은 금속을 포함한다. 금속은 알루미늄, 강철, 그 예로 스테인리스강, 티타늄, 또는 이들 재료를 포함하는 합금 또는 혼합물을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예에서, 프레임 (120)은 도 2b, 3 및 4에 121A로 표시된 채널 또는 립 섹션을 추가로 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 힘 인가 텐셔너 (121)는 채널 섹션 (121A) 상에 있다. 몇몇 실시예에서, 채널 섹션 (121A)은 힘 인가 텐셔너 (121) 단독으로서, 또는 상기 힘 인가 텐셔너를 볼트, 스크류, 스프링 로딩 메커니즘 등과 같은 체결구 (예를 들어, 체결구 (327))와 조합하여, 작용한다.

프레임 (120) 내로 또는 상기 프레임 상에 포함된 것은 보호 스페이서 (124)이다. 보호 스페이서 (124)는 수직 또는 수평으로 배향된 바, 블록, 플레이트, 레일, 실린더 등을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2a-2f는 보호 스페이서 (124)의 가능한 구성의 단면 예시를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 도 2b에서와 같이, 보호 스페이서 (124)는 프레임에 적어도 부분적으로 포함되고 - 가능하다면 프레임 (120)에 절단된 채널 또는 홈을 통해 포함된다. 몇몇 실시예에서, 도 2a와 같이, 보호 스페이서 (124)는 프레임의 표면 상에 있다. 보호 스페이서 (124)가 기판 (170)과 접촉하고, 그를 제자리에 유지시키는 것 및 열적 변화로 인해 보호 스페이서 (124)와 범퍼 (123) 사이에서 그가 움직이는 것을 허용하는 것 둘 다를 의미하기 때문에, 보호 스페이서 (124)는 상대적으로 낮은 마찰 계수 (동적 또는 정적)를 가지는, 및/또는 열적 순환 시 기판 (170)을 긁는 것을 피하기 위해 낮은 경도 역시 가지는 재료로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 재료의 동적 마찰 계수는 0.5, 0.4, 0.3, 0.28, 0.25, 0.23, 0.2, 0.18, 0.15, 0.1, 또는 0.05 (건조 대 강철, QTM 55007) 이하일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 (124) 재료의 동적 마찰 계수는 0.25 내지 0.1 (건조 대 강철, QTM 55007)이여야 한다. 몇몇 실시예에서, 적절한 경우, 사용된 임의의 재료의 모스 경도 (Moh's scale of hardness)는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1 이하이어야 한다. 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 (124)에 사용된 임의의 재료의 모스 경도는 3.5 내지 1이어야 한다. 대안적으로, 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 (124)는 130 이하, 120 이하, 110 이하, 100 이하, 90 이하, 80 이하, 70 이하, 60 이하, 50 이하, 40 이하, 30 이하, 또는 20 이하의 로크웰 E 경도 (Rockwell E hardness)를 가진 재료를 포함한다. 보호 스페이서 (124)는 고온 중합체, 종이 또는 테이프, 또는 가능하다면 저 경도 광물, 그 예로 운모로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 (124)는 중합체, 그 예로 폴리벤즈이미다졸 (polybenzimidazole), 폴리페닐설파이드 (polyphenylsulfide), 폴리아릴설폰 (polyarylsulfone), 플루오로폴리머 (fluoropolymer) 또는 폴리아릴에테르케톤 (polyarylethereketone)을 포함한다.

힘 인가 텐셔너 (121)는 프레임 (120)을 강성 캔틸레버 (122)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키고 클램핑 메커니즘 (100B)에 유지력을 제공하는 메커니즘을 포함한다. 각각의 클램핑 메커니즘 (100B)은 유리에서의 바람직하지 않은 처짐을 방지하기에 충분한 힘이지만, 여기에 기술된 공정에서 겪는 열적 변화로 유리가 이동될 수 없는 그렇게 큰 힘은 아닌 힘을 제공하도록 설계된다. 각각의 힘 인가 텐셔너 (121)는 40 N 이하, 30 N 이하, 25 N 이하, 20 N 이하, 18 N 이하, 15 N 이하, 12 N 이하, 또는 10 N 이하의 힘을 가한다. 몇몇 실시예에서, 힘 인가 텐셔너 (121)는 강성 캔틸레버 (122)가 프레임 (120)으로부터 오프셋되도록 간격을 제공하고, 몇몇 실시예에서는 강성 캔틸레버 (122)를 제자리에 잠그기 위한 수단을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 힘 인가 텐셔너 (121)는 스프링, 쇼크, 내부에 스프링 또는 쇼크를 포함한 고정 또는 고체 물체, 또는 강성 캔틸레버 (122)를 아래로 클램핑하는 것을 허용하는 하나 이상의 나사산 영역을 포함한 고정 또는 고체 물체 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 보면, 힘 인가 텐셔너 (121)는, 볼트 (327)가 스페이서 (226) 및 힘 인가 텐셔너 (121) 위에서 강성 캔틸레버 (122)를 아래로 고정시키는 것을 허용하는 내부 상의 나사산 영역을 가진 스페이서이다. 대안적으로, 도 3은, 프레임 (120)에 연결되고 121과 동일한 방식으로 작동하는 상승 리지 (raised ridge) 또는 채널인 힘 인가 텐셔너 (121A)를 제공한다. 채널 힘 인가 텐셔너 (121A)는 기판 (170)의 측면 모두 또는 몇몇을 따라 이어질 수 있다.

몇몇 실시예는, 힘이 기판 (170)의 면에 직교하고 강성 캔틸레버 (122)가 우발적으로 기판과 접촉하지 않는 것을 보장하기 위해, 힘 인가 텐셔너 (121)와 강성 캔틸레버 (122) 사이에서 진행하는 심 (shim, 226)을 추가로 포함한다. 심 (226)은 금속, 유리, 세라믹, 또는 고온 중합체로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 심 (226)은 중합체, 그 예로 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐설파이드, 폴리아릴설폰, 플루오로폴리머, 또는 폴리아릴에테르케톤을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 심 (226)은 금속을 포함한다. 금속은 알루미늄, 강철, 그 예로 스테인리스강, 티타늄, 또는 이들 재료를 포함하는 합금 또는 혼합물을 포함할 수 있다.

강성 캔틸레버 (122)는 전형적으로 힘 인가 텐셔너 (121)를 통하여, 범퍼를 프레임 (120)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 고체 물체를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 그는 기판 (170) 및 프레임 (120)의 면과 직교하는 축을 중심으로 회전하도록 설계된 상대적으로 평평한 물체를 포함하여, 기판 (170)이 프레임 (120)에 위치된 이후에, 캔틸레버 (122)는 범퍼 (123)를 보호 지지체 (124) 거의 바로 위에 위치시키고 그 후에 힘을 범퍼에 가하도록 위치될 수 있다. 강성 캔틸레버 (122)는 스크류, 볼트, 힌지를 통해 힘 인가 텐셔너 (121) 및 범퍼 (123)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있거나, 용접, 접착, 또는 그렇지 않으면 하나 또는 둘 다에 부착될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 강성 캔틸레버 (122), 힘 인가 텐셔너 (121), 및/또는 범퍼 (123) 모두는 단일 부분을 포함할 수 있다 (예를 들어, 도 2f 참조). 그러한 실시예에서, 강성 캔틸레버 (122)를 프레임 (120)에 연결시키는 단일 부착 지점이 있을 수 있다. 강성 캔틸레버 (122)는 금속, 유리, 세라믹, 또는 고온 중합체로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 강성 캔틸레버 (122)는 중합체, 그 예로 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐설파이드, 폴리아릴설폰, 플루오로폴리머, 또는 폴리아릴에테르케톤을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 강성 캔틸레버 (122)는 금속을 포함한다. 금속은 알루미늄, 강철, 그 예로 스테인리스강, 티타늄, 또는 이들 재료를 포함하는 합금 또는 혼합물을 포함할 수 있다.

강성 캔틸레버 (122)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 것은 범퍼 (123)이다. 범퍼 (123)는 수직 또는 수평으로 배향된 포인트, 콘, 볼, 바, 블록, 플레이트, 레일, 실린더 등을 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2a-2f는 범퍼 (123)의 가능한 구성의 단면으로 된 예시를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 도 2a-2c와 같이, 범퍼 (123)는 샤프트 (227)에 의해 강성 캔틸레버 (122)에 부착된다. 샤프트 (227)는 강성 캔틸레버 (122) 또는 범퍼 (123)와 동일한 재료이거나 또 다른 재료로 이루어질 수 있다. 범퍼 (123)가 기판 (170)과 접촉하고, 그를 제자리에 유지시키는 것 및 열적 변화로 인해 보호 스페이서 (124)와 범퍼 (123) 사이에서 그가 움직이는 것을 허용하는 것 둘 다를 의미하기 때문에, 범퍼 (123)는 상대적으로 낮은 마찰 계수를 가지고 열적 순환 시 기판 (170)을 긁는 것을 피하기 위해 낮은 경도 역시 가지는 재료로 많이 이루어질 수 있다. 범퍼 (123)의 동적 마찰 계수는 0.5, 0.4, 0.3, 0.28, 0.25, 0.23, 0.2, 0.18, 0.15, 0.1, 또는 0.05 (건조 대 강철, QTM 55007) 이하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 범퍼 재료의 동적 마찰 계수는 0.25 내지 0.1 (건조 대 강철, QTM 55007)이여야 한다. 사용된 임의의 재료의 모스 경도는 4.5, 4, 3.5, 3, 2.5, 2, 1.5, 또는 1 이하이여야 한다. 몇몇 실시예에서, 보호 스페이서 (124)에 사용된 임의의 재료의 모스 경도는 3.5 내지 1이여야 한다. 범퍼 (123)는 고온 중합체, 종이 또는 테이프, 또는 가능하다면 저 경도 광물, 그 예로 운모로 이루어질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 범퍼 (123)는, 중합체, 그 예로 폴리벤즈이미다졸, 폴리페닐설파이드, 폴리아릴설폰, 플루오로폴리머, 또는 폴리아릴에테르케톤을 포함한다. 전형적으로, 범퍼 (123) 및 보호 스페이서 (124)는 임의의 평면 외 응력을 도입하는 것을 피하기 위해 동일한 재료로 이루어진다. 추가로, 몇몇 실시예에서, 범퍼 (123)는 보호 스페이서 (124)에 대향하는 유리와 접촉하여 유리 상의 힘이 기판 면의 평면과 거의 동일하고 직교하도록 설계된다.

여기에 기술된 캐리어 (100)에서 사용될 수 있는 기판은 유리, 유리 세라믹, 중합체 또는 플라스틱, 그 예로 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 결정질 재료, 그 예로 사파이어, 및 광물로 이루어진 것을 포함한다.

이제, 도 2a-2f로 돌아가서, 상술된 바와 같이 이들 도면에서의 실시예는 캐리어 (100)에서 클램핑 메커니즘 (100B)의 예시를 제공한다. 도 2a는 강성 캔틸레버 (122)에 연결된 힘 인가 텐셔너 (121)에 연결된 프레임 (120)을, 121과 122 사이의 간격을 제어하는 스페이서 (226)와 함께 제공한다. 기판 (170)은 범퍼 (123)와 보호 스페이서 (124) 사이에서 제자리에 유지되고, 이때 범퍼 (123)는 샤프트 (227)를 통해 강성 캔틸레버 (122)에 연결된다. 도 2b는 유사한 설계를 도시하지만, 그러나 이 경우에 보호 스페이서 (124)는 이제 단면이 원형으로 되고, 프레임 (120)에 내장된다. 도 2c는 대안적인 설계이고, 이 경우에 힘 인가 텐셔너 (121B)는 스프링을 포함하고, 스페이서 (226)가 존재하지 않는다. 추가로, 범퍼 (123)는 기판 (170)의 특정 영역 상에 보다 집중된 힘을 제공하는 거의 원뿔형 형태를 가진다. 도 2d는 범퍼 (123)가 제거되거나 본질적으로 강성 캔틸레버 (122)에 통합된 예시 실시예이다. 그러한 실시예에서, 강성 캔틸레버 (122)는 기판에 손상 주는 것을 피하기 위해 저 마찰 계수 재료 및/또는 저 경도 재료를 포함하거나 상기 재료로 코팅될 수 있다. 추가로, 보호 스페이서 (124)는 원하지 않는 응력을 피하기 위해 힘이 기판 (170) 표면에 걸쳐 균일하게 되도록 연장될 필요가 있다. 도 2e 및 2f는 설계가 유사하지만, 도 2e에서, 강성 캔틸레버 (122)는 121이 프레임 (120)의 뒷면 상의 금속 채널인 경우에서와 같이 힘 인가 텐셔너 (121)에 직접 연결된다. 도 2f는 유사하지만, 이 경우에, 힘 인가 텐셔너 (121), 강성 캔틸레버 (122), 및 범퍼 (123)는 동일한 재료로 이루어진 단일 요소를 포함한다.

도 3은 여기에 기술된 실시예의 기본 요소의 분해를 제시한다. 프레임 (120), 스페이서 (226), 강성 캔틸레버 (122), 범퍼 (123) (볼트 (327)를 통해 강성 캔틸레버 (122)로의 연결을 허용하는 나사산 중심을 포함함), 보호 스페이서 (124) 및 기판 (170) 모두는 상술된 바와 같다. 힘 인가 텐셔너 (121)는 볼트 (327)에 대해 내부 나사산을 갖는 고정 부품으로서 이 다이어그램에 도시되고, 또한 프레임 (120)의 뒷면을 따라 이어지고 다수의 강성 캔틸레버를 위한 다수의 접촉 지점 (도시된 바와 같음)을 가질 수 있는 채널 힘 인가 텐셔너 요소 (121A)로서 대안적으로 도시된다.

도 4는 힘 인가 텐셔너 요소 (121)에 부착되고 기판 (170)에 유지되는 6 개 (각 측면 상에 3 개)의 클램핑 메커니즘 (100B)을 갖는 캐리어 (100)의 도면이다. 클램핑 메커니즘 (100B)은, 기판 (170)이 PVD 코팅을 겪는 동안, 몇몇 경우에는 기판 (170)이 다양한 공정 단계를 통해 이동되는 동안, 범퍼 (도시되지 않음)를 통해 보호 스페이서 (124)에 대해 기판을 가압함으로써 기판 (170)을 제자리에서 유지시킨다. 도 4는 프레임 (120)의 바닥을 따라 옵션의 채널 홈 (410)을 추가로 포함한다. 채널 홈 (410)은 기판 (170)에 대해 저압 지지를 제공한다. 채널 홈 (410)은 기판을 긁거나 손상시키지 않을 것 같은 재료료 이루어진다. 그는 보호 스페이서 (124) 또는 범퍼 (123)와 동일한 재료로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 고온 중합체는 채널 홈 (410)에 대해 사용될 수 있다.

캐리어 각도와 더불어, 별도로 또는 조합하여 사용될 수 있는 입자 감소에 대한 기하학적 방법이 없다. 특히, 금속 표면으로의 증착 막의 접착은 향상되어 플레이킹 (flaking) 및 입자 발생을 감소 또는 지연시킬 수 있다. 접착을 변경시키는 한 가지 방법은 샌드 블라스팅 (sand blasting) 또는 기계적 마모를 통하는 것과 같이, 캐리어 (100) 및/또는 프레임 (120) 표면의 거칠기를 제어하는 것이다. 몇몇 실시예에서, 표면을 500 nm 내지 100 ㎛, 1 ㎛ 내지 100 ㎛, 500 nm 내지 50 ㎛, 1 ㎛ 내지 75 ㎛, 1 ㎛ 내지 50 ㎛, 1 ㎛ 내지 25 ㎛, 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 500 nm 내지 10 ㎛, 500 nm 내지 5 ㎛, 또는 1 ㎛ 내지 5 ㎛의 값으로 거칠게 하는 것이 유리하다.

접착은 또한 중간 코팅을 사용함으로써 변형될 수 있다. 코팅은 예를 들어 구리, 크롬, 티타늄, 니켈 또는 이들의 조합물 또는 산화물을 포함할 수 있다. 코팅은 전해 코팅 또는 트윈-와이어 아크 분무와 같은 공지된 수단에 의해 적용될 수 있고, 일상적인 유지 보수 동안 캐리어 상에 증착될 수 있다.

여기에 기술된 실시예가 정사각형 또는 직사각형 구성을 가진 기판에 관한 것이지만, 기술된 장치 및 공정은 임의의 대안 형상을 갖는 임의의 기판에 동일하게 적용 가능하다. 예를 들어, 여기에 기술된 공정 및 장치는 원형, 삼각형 또는 다른 기하학적 형상의 기판에도 동일하게 적용될 수 있다. 그러한 실시예는 캐리어 (100), 프레임 (120) 또는 프레임의 섹션에서의 변화를 필요로 할 수 있지만, 그러나 그와 달리 일반적으로 실질적인 변형을 필요로 하지 않아야 한다.

여기에 기술된 적용에 사용될 수 있는 기판은 PVD 공정을 견디는 임의의 것을 포함한다. 주로 이는 유리 및 유리 세라믹 기판을 포함하지만, 몇몇 금속 및 고온 중합체도 포함할 수 있다.

여기에 기술된 캐리어 (100)는 잔여 입자에 의한 오염이 거의 없거나 전혀없는 기판을 코팅할 필요가 있는 많은 공정에 사용될 수 있다. 그는 PVD에 특히 유용하지만, 화학 기상 증착, 스퍼터링 증착, 전자 빔 증착, 펄스 레이저 증착, 분자 빔 에피택시 또는 이온 빔 증착과 같은 코팅 공정에도 사용될 수 있다. 이들 공정에서 캐리어의 사용은 기판이 캐리어에 위치되고, 적당하게 부착되고, 그 후에 박막 코팅 디바이스에 위치되고 코팅을 받는 상태로 비교적 간단하다. 코팅 공정에 의존하여, 기판 상에 축적되는 미립자 오염의 양을 최소화하기 위해 기판의 경사 각도를 최적화할 필요가 있을 수 있다.

예시

다음 예시는 여기에 기술 및 청구된 재료, 물품 및 방법이 어떻게 제조되고 평가되는지에 대한 완전한 개시 및 설명을 통상의 기술자에게 제공하기 위해 제시되며, 순수하게 예시적인 것이며, 설명의 권리 범위를 제한하려는 것은 아니다. 수치 (예를 들어, 양, 온도 등)에 대한 정확성을 보장하기 위한 노력이 이루어졌지만, 몇몇 오류 및 편차가 고려되어야 한다. 다른 언급이 없는 한, 함량 (parts)은 중량부 (parts by weight)이고, 온도는 ℃ 또는 주변 온도이며, 압력은 대기압 또는 대기압 부근이다. 기술된 공정으로부터 얻어진 생성물 순도 및 수율을 최적화하는데 사용될 수 있는 반응 조건, 예를 들어, 성분 농도, 원하는 용매, 용매 혼합물, 온도, 압력 및 다른 반응 범위 및 조건의 수많은 변형 및 조합이 존재한다. 그러한 공정 조건을 최적화하기 위해서는 합리적이고 일상적인 실험만을 필요로 할 것이다.

예시 1 - 이 실시예는 일반적으로 도 4에 기술되고, 대형 PVD 스퍼터링 공정에 사용되는 거의 수직인 캐리어 (100)의 내부 "창" 구역에 부착되도록 설계된 프레임 (120)을 제공한다. 얇은 유리 (170)의 앞 측면 (코팅될 측면)의 주변 또는 마스크 구역은 프레임 섹션 (120) 상에 놓인다. 프레임 섹션 (120)은, 다소 (프레임으로부터 멀어지도록) 들어올려지고 그 후에 범퍼 (또는 범퍼들) (123)가 에지에 인접한 구역에서 유리 기판 (170)의 뒷면 상에 놓이는 위치로 회전되는 클램핑 메커니즘 (122)을 가진다. 상기 예시에서, 유리 기판의 주변 둘레에 위치된 여러 범퍼 (123)가 있다. 부가적으로, 유리 기판 (170)의 하부 측면 상에서, 기판의 에지는 홈 블록 (410)에 놓인다. 홈 블록 (410)은 에지의 칩핑 (chipping) 가능성을 최소화하기 위해 다소 양의 컴플라이언스 (compliance)를 가지도록 설계된다.

프레임 섹션 (120)은 캐리어 (100)의 주변 내부에서 바닥 및 상부 상의 수평 "탭 (tap)" 바에서 제자리에 고정된다. 이들 프레임 섹션에 대한 중요 금속 구성요소는 유리 시트와 평행한 프레임 부분 (120) 및 유리 시트와 수직한 채널 섹션 (121A)이다. 프레임과 기판 (170) 사이에는 보호 스페이서가 있다. 홈은 이 보호 스페이서 (124)의 포획을 허용하도록 프레임 내로 밀링될 수 있거나, 플라스틱 재료의 패드는 프레임에 볼트로 고정되어 유리 접촉 구역을 제공 할수 있다. 임의의 볼트는 유리와의 접촉을 방지하기 위해 플라스틱 패드 내로 매입된다 (recessed). 도 4에서, 프레임 (120)은 금속과 유리의 직접적인 접촉을 방지하기 위해 프레임 내로 가압된 고온의 플라스틱 도웰 (dowels, 124)을 가진다. 대안적인 설계는 고온 플라스틱의 디스크 또는 얇은 블록이 프레임 (120)에 볼트 고정되거나 고정될 수 있도록 한다. 프레임의 에지에 대한 도웰 또는 블록의 간격은 가공 중에 유리 접촉을 방지한다.

채널 (121A)은 또한 클램핑 메커니즘 (100A)의 캔틸레버 (122)가 고정되는 곳이다. 클램프 힘 (Clamp force)은 스프링 중량을 사용하고 심 (226)으로 클램프 이동을 최소화함으로써 제한된다. 채널은 스프링이 유지되는 포켓을 생성하기 위해 드릴링 및 보어링된다. 숄더 볼트 (shoulder bolt)는 스프링을 통해 그 포켓에 위치되고 그 후에 클램프의 상단 플레이트 내로 끼워진다 (threaded). 소정의 두께의 심 (226)은 클램핑 모션의 범위를 제한하기 위해 사용된다. 클램핑 모션 (힘)은 처짐을 최소화하기 위해 유리의 상부 에지를 고정하는 클램프 상에서 보다 커질 수 있다. 클램핑 모션은 유리의 과도한 움직임을 방지하고 유리 및 그리드/프레임 구성요소의 열팽창에서의 차이를 허용하기 위해 유리의 코너, 측면 및 하단 클램프 상에서 보다 적을 수 있다.

다양한 위치에서의 스프링 및 심의 조합은 유리에서 관찰되는 처짐의 양을 최소화시킨다 (평면 외 변위 < 6 mm). 높이가 1930 mm이고 너비가 3150 mm이고 두께가 0.7 mm인 유리를 모델링한 것은 이러한 관찰과 일치한다. PVD 스퍼터 타겟으로부터의 거리에 기초한 계산은 관찰된 처짐이 얇은 유리의 상부로부터 바닥으로의 막 균일성의 <10% 변화를 초래할 것이라는 것을 암시한다. 프레임 깊이 (유리의 에지 주변과 겹치는 프레임의 양)는 높은 유리 활용성을 유지하기 위해 최소화되면서 또한 처짐을 최소화시킨다.

프레임은 보다 큰 수직 캐리어에 부착되고 PVD 디바이스 내로 삽입되도록 설계된다. 이 설계는, 유리를 평면/평탄면으로부터 비틀지만 프레임/캐리어 시스템의 개별 구성요소의 열 팽창 계수, 열 전달 또는 전체 질량으로 인한 팽창의 차이를 허용하는 프레임 부재의 회전을 최소화시킨다. 이는 클램프와 연관된 스프링 및 심과 함께 조합하여 낮은 반력 (reaction force)을 유지시킨다. 이로 인해 가열 또는 냉각 공정 단계에서 재료 손실이 거의 없다. 스프링 선택은 낮은 반력을 허용하여, 최대 주응력이 얇은 유리에 대한 안전한 제한보다 훨씬 낮아지게 한다 (도 7).

여기에 기술된 실시예는 유리의 용이한 로딩, 그 후에 고정을 위한 클램프의 수동 회전을 허용한다. 공차는 다양한 열적 조건을 통해 정렬을 유지하면서 부품이 자유롭게 움직일 수 있도록 충분한 틈새를 허용하도록 제작시 설정된다. 유리 로딩 전에 모든 클램프가 열린 위치로 회전된다. 유리의 바닥 에지는 먼저 바닥 컴플리언트, 고온 플라스틱 블록의 홈에 설치된다. 유리의 에지가 프레임의 측면과 접촉하지 않는 것을 보장하기 위해 좌측으로부터 우측으로 정렬된다. 그 후에 유리는 앞으로 기울어져서, 측면, 그 후에 프레임 표면 상에 있는 상부 플라스틱 도웰 또는 블록과 접촉하게 된다.

상부 중간 클램프는 그 후에 들어올려지고 폐쇄 위치로 회전된다. 클램프를 유리 상에 조심스럽게 놓아서 아무런 체크가 없도록 하는 주의가 요구된다. 그 후에, 나머지 상부, 측면, 그 후에 바닥 클램프가 폐쇄 위치로 이동된다.

Claims

물품에 있어서,
코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐;
상기 프레임은:
a) 평탄 프레임 섹션 및 채널 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치되고, 상기 채널 섹션은 적어도 하나의 기판 에지에 인접하게 위치됨;
i. 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서 (protective spacer)를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및
2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는:
a) 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 범퍼 - 상기 범퍼는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함;
b) 상기 채널 섹션을 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 강성 캔틸레버; 및
c) 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;
를 포함하며,
상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 400 ℃의 범위에 걸쳐 1˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력 (principal stress)을 받도록 (experience), 설계되는, 물품.
청구항 1에 있어서,
상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어지는, 물품.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 최대 주응력은 80 MPa 이하인, 물품.
청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반력은 15 N 미만인, 물품.
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되는, 물품.
청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능한, 물품.
청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과하는, 물품.
물품에 있어서,
코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐;
상기 프레임은:
a) 평탄 프레임 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치됨;
i. 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및
2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는:
a) 상기 캔틸레버를 상기 프레임과 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 캔틸레버 스페이서;
b) 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 옵션의 범퍼 - 상기 범퍼는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함;
c) 상기 캔틸레버 스페이서를 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 강성 캔틸레버, 여기서 상기 옵션의 범퍼가 존재하지 않을 때, 상기 강성 캔틸레버는 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및
d) 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;
를 포함하며,
상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 300 ℃의 범위에 걸쳐 5˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력을 받도록, 설계되는, 물품.
청구항 8에 있어서,
상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어지는, 물품.
청구항 8 또는 9에 있어서,
상기 최대 주응력은 80 MPa 이하인, 물품.
청구항 8 내지 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반력은 15 N 미만인, 물품.
청구항 8 내지 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되는, 물품.
청구항 8 내지 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능한, 물품.
청구항 8 내지 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과하는, 물품.
물품에 있어서,
코팅 디바이스를 포함하는 박막 증착 시스템에서 기판을 수직에 가까운 구성으로 유지시키는 프레임 - 상기 프레임은 상기 기판보다 치수가 크며, 상기 기판은 적어도 앞면, 뒷면, 및 적어도 하나의 에지를 가짐;
상기 프레임은:
a) 평탄 프레임 섹션;을 포함하고, 여기서 상기 물품이 상기 박막 증착 시스템 내에 있을 때, 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 코팅 디바이스와 상기 기판의 적어도 일부 사이에 위치됨;
i. 상기 평탄 프레임 섹션은 상기 앞면 상에서 상기 기판과 접촉하는 보호 스페이서를 포함하고, 상기 보호 스페이서는 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및
2 개 이상의 클램프 - 상기 클램프는:
a) 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하는 옵션의 범퍼;
b) 캔틸레버 스페이서를 포함하고 상기 프레임을 상기 범퍼와 직접적으로 또는 간접적으로 연결시키는 유기 중합체 캔틸레버, 여기서 상기 옵션의 범퍼가 존재하지 않을 때, 상기 강성 캔틸레버는 상기 뒷면 상에서 상기 기판과 접촉하고, 상기 기판의 표면을 긁지 않을 재료를 포함함; 및
c) 상기 기판 상에 25 N 미만의 반력을 제공하는 옵션의 힘-인가 텐셔너 메커니즘;을 포함함;
를 포함하며,
상기 물품은, 상기 프레임 내에 기판이 있을 때, 상기 기판은 0˚ 내지 약 10˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되고 0 ℃ 내지 300 ℃의 범위에 걸쳐 5˚/min 내지 40˚/min의 열적 변화를 겪는 동안 100 MPa 미만의 최대 주응력을 받도록, 설계되는, 물품.
청구항 15에 있어서,
상기 범퍼 및 보호 스페이서는 유기 중합체로 이루어지는, 물품.
청구항 15 또는 16에 있어서,
상기 최대 주응력은 80 MPa 이하인, 물품.
청구항 15 내지 17 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반력은 15 N 미만인, 물품.
청구항 15 내지 18 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판은 0˚ 내지 약 3˚ 앞으로 기울어진 각도 φ로 유지되는, 물품.
청구항 15 내지 19 중 어느 한 항에 있어서,
상기 2 개 이상의 클램프 각각은 기판 면에 직교하는 축 상에서 회전 가능한, 물품.
청구항 15 내지 20 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 뒷면과 직교하고 상기 범퍼가 상기 기판과 접촉하는 지점을 통과하는 가상 선은 추가로 상기 보호 스페이서를 통과하는, 물품.