KR20200025952A - 기능성 코팅막의 진공 증착 방법 및 장치 - Google Patents

기능성 코팅막의 진공 증착 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

기판에 기능성 코팅막을 형성하는 코팅 장치 및 이에 적용되는 기판 클램핑 장치 및 방법에 대해 기술된다. 기판 클램핑 장치는, 코팅하고자 하는 기판이 부착되는 기판 흡착면(adsorbing surface)과, 상기 기판 흡착면의 둘레의 적어도 일부분에 형성되어 열적 팽창(thermal expansion)에 의해 상기 기판을 상기 기판 흡착면에 고정하는 댐(dam) 형태의 고정턱(clamping jaw)을 구비하는 기판 고정용 가스켓(gasket), 및 상기 고정턱을 열팽창에 의한 상기 고정턱의 팽창이 상기 기판을 향하도록 상기 고정턱을 지지하는 고정턱 서포터(jaw supporter);를 포함한다.

Description

기능성 코팅막의 진공 증착 방법 및 장치{method for functional coating and device adopting the method}
본 개시는 기판에 대한 기능성 코팅 방법 및 장치에 관한 것으로 상세하게는 기판의 오염을 억제할 수 있는 기능성 코팅 방법 및 장치에 관한 것이다.
예를 들어 스마트폰이나 스마트워치 등에 사용되는 유리 패널 또는 유리 커버에 대한 기능성 코팅막의 증착은 일시에 여러 패널에 대한 동시 코팅막 형성이 가능한 메타모드 스퍼터(Meta mode sputter) 방식을 주로 적용한다.
메타모드 스퍼터 방식에서는, 증착 대상 기판을 스퍼터링 챔버 내의 회전 드럼에 수직 또는 수평으로 다수 부착한 상태에서 코팅이 진행되는데, 회전 드럼에 대한 기판의 부착에는 기계적 홀딩 장치인 그리퍼(gripper) 또는 실리콘 계열의 내열성 접착 테이프가 이용한다.
그립퍼(gripper)를 이용한 코팅막의 형성은 패널을 부분적으로 홀딩하는 핑거에 의한 국부적 코팅 품질의 저하가 발생할 수 있다. 그리고, 접착 필름의 경우는 필름이 고가일 뿐 아니라 접착 테이프가 부착되었던 기판에 접착물질이 잔류하여 이를 세척해야 하는 결점이 있다.
모범적인 실시 예들에 따르면, 코팅 대상 기판을 효과적으로 클램핑하는 기판 클램핑 방법 및 이를 적용하는 기판 코팅 장치 및 클램핑 장치가 제공된다.
모범적인 실시 예들에 따르면, 이물질에 의한 기판의 오염을 방지할 수 있는 기판 클램핑 방법 및 이를 적용하는 기판 코팅 장치 및 클램핑 장치가 제공된다.
모범적인 실시 예에 따르면 기판에 양질의 코팅층을 형성할 수 있는 기판 클램핑 방법 및 이를 적용하는 기판 코팅 장치 및 클램핑 장치가 제공된다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 장치:는
코팅하고자 하는 기판이 부착되는 기판 흡착면(adsorbing surface)과, 상기 기판 흡착면의 둘레의 적어도 일부분에 형성되어 열적 팽창(thermal expansion)에 의해 상기 기판을 상기 기판 흡착면에 고정하는 댐(dam) 형태의 고정턱(clamping jaw)을 구비하는 기판 고정용 가스켓(gasket); 및
상기 고정턱을 중심으로 상기 기판의 반대편에 마련되어 열팽창에 의한 상기 고정턱의 팽창이 상기 기판을 향하도록 상기 고정턱을 지지하는 고정턱 서포터(jaw supporter);를 포함한다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 고정턱은 상기 기판 흡착면과 일체로서 형성될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 가스켓은 상기 기판을 수용하는 부분으로 그 바닥에 상기 기판 흡착면과 상기 기판의 측면에 대응하는 소정 높이의 벽체에 의한 기판 흡착면 주위의 고정턱이 마련되어 있는 우물형 포켓을 하나 또는 그 이상 더 구비할 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 가스켓이 장착되는 우물형 가스켓 장착부가 마련되는 마운팅 플레이트를 더 구비하고, 그리고 상기 가스켓 장착부는 상기 고정턱 서포터를 포함할 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 가스켓의 배면과 상기 가스켓 장착부의 바닥에 상보적 결합부가 더 마련될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 가스켓의 배면에서는 돌출형 상보적 결합부가 마련되고 상기 가스켓 장착부의 바닥에는 상기 돌출형 상보적 결합부와 결합 가능한 우물형 또는 슬릿형 상보적 결합부가 마련될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 고정턱의 내면은 상기 기판의 가장자리와 상온에서 소정의 간격을 유지하며, 상기 고정턱이 열팽창했을 때에 상기 고정턱 서포터에 상기 고정턱의 후측부가 지지되고, 그 전방부가 상기 기판의 측면을 가압하도록 구성될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 기판 흡착면에, 열팽창에 따른 기판 흡착면의 횡적 확장을 흡수하여 기판 흡착면의 왜곡을 방지하는 단절부가 형성될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 고정턱이 상기 기판 흡착면 주위에 불연속적으로 형성될 수 있다.
모범적인 실시 예에 따르면, 상기 마운팅 플레이트가 장착되는 베이스 플레이트를 더 마련될 수 있다.
모범적 실시 예에 따르면, 상기 기판 흡착면에 상기 기판에 형성되는 장식층에 대응하는 오목한 리세스가 형성될 수 있다.
모범적인 실시 예에 따르면, 기판 코팅 장치:는
스퍼터 타겟 및 프라즈마 소스가 마련된 진공 챔버;
상기 진공챔버에 연결되는 진공 시스템;
상기 진공 챔버 내에 설치되는 회전드럼;
상기 회전 드럼에 코팅하고자 하는 기판을 장착하는 기판 클램핑 장치;를 구비하고,
상기 기판 클램핑 장치:는
상기 기판이 부착되는 기판 흡착면(adsorbing surface)과, 상기 기판 흡착면의 둘레의 적어도 일부분에 형성되어 열적 팽창(thermal expansion)에 의해 상기 기판을 상기 기판 흡착면에 고정하는 댐(dam) 형태의 고정턱(clamping jaw)을 구비하는 기판 고정용 가스켓(gasket) 및 상기 고정턱을 중심으로 상기 기판의 반대편에 마련되어 열팽창에 의한 상기 고정턱의 팽창이 상기 기판을 향하도록 l상기 고정턱을 지지하는 고정턱 서포터(jaw supporter);를 포함한다.
모범적인 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법:은
기판을 고정할 수 있는 기판 고정용 가스켓(gasket)을 준비하는 단계;
상온(room temperature)에서 분자력을 이용하여 상기 기판을 상기 가스켓에 부착하는 단계; 및
상기 기판을 기계적으로 클램핑하기 위하여 상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계;를 포함한다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법에 따르면, 상기 기판을 상기 가스켓에 부착하는 단계에서 상기 기판의 가장자리와 상기 고정턱의 측면이 소정 간격을 두고 이격시킬 수 있다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법에 따르면, 상기 온도를 상승시키는 단계에 의하여 상기 고정턱이 열팽창되어 상기 기판의 측면을 접촉 및 가압할 수 있다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법에 따르면, 상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계의 이전에, 상기 가스켓을 마운팅 플레이트에 고정시키는 단계를 더 포함하고, 상기 마운팅 플레이트는 상기 고정턱의 측방향에서 상기 고정턱을 지지하도록 구성된 고정턱 서포트를 포함할 수 있다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법에 따르면, 상기 마운팅 플레이트는 복수의 가스켓들을 고정시킬 수 있다.
모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 방법에 따르며, 상기 기판 흡착면이 단절부를 포함하고, 상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계에서 상기 기판 흡착면이 열팽창함에도 불구하고 상기 분자력이 유지시킬 수 있다.
도1은 모범적인 실시 예에 따라 유리 기판에 기능성 박막을 형성하는 메타 모드 스퍼터링 장치의 개략적 구성을 보인다.
도2는 모범적 실시 예에 따라 하나의 기판이 장착되는 기판 클램핑 장치를예시한다.
도3은 모범적 실시 예에 따라 다수의 기판이 장착되는 기판 클램핑 장치를예시한다.
도4는 모범적인 실시 예에 따라 도3에 예시된 기판 클램핑 장치의 분해 사시도이다.
도5는 도4에 도시된 클램핑 장치에 사용되는 베이스 플레이트의 배면을 보이는 사시도이다.
도6은 모범적인 실시 예에 따른 클램핑 장치에 적용되는 가스켓의 상면 구조를 보이는 사시도이다.
도7은 모범적인 실시 예에 따른 클램핑 장치에 적용되는 가스켓의 배면 구조를 보이는 사시도이다.
도8은 모범적 실시 예에 따른 도4의 I-I 선 부분 단면도로서, 기판이 장착된 가스켓의 장착 상태를 예시한다.
도9는 도8의 B 부분의 확대도이다.
도10은 스마트워치 등에 적용되는 원형 커버 글래스(기판)를 예시한다.
도11은 원형 커버 글래스가 장착되는 모범적 실시 예에 따른 원형 가스켓의 상면을 보이는 사시도이다.
도12는 도11에 도시된 모범적 실시 예에 따른 원형 가스켓의 밑 부분을 보이는 사시도이다.
도13은 모범적 실시 예에 따른 원형 가스켓이 장착된 클램핑 장치의 부분 단면을 보인다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정 되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함한다” 또는 “갖는다” 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
도 1은 모범적인 실시 예에 따라 유리 기판에 기능성 박막을 형성하는 메타 모드 스퍼터링 장치(10)의 개략적 구성을 보인다.
도1에 도시된 바와 같이, 메타 모드 스퍼터링 장치(10)의 챔버(11)에는 진공 시스템(15)이 연결되고 그 내부에 회전하는 드럼(14)이 마련된다. 상기 드럼(14)의 수직 외주면에는 성막 프로세스(thin layer coating processing) 대상인 기판을 장착하는 기판 클램핑 장치(20)가 다수 고정된다.
회전축(14a)을 가지는 드럼(14)을 중심으로, 일측(도면에서 좌측)에는 스퍼터 타겟(12)이 마련되고, 그 반대측(도면에서 우측)에는 플라즈마 소스(13)가 마련된다.
상기 기판에 대한 성막은 일반적인 메타 모드 스퍼터링 방법에서 동일하게 진행된다.
스마트폰이나 스마트 워치 등의 기기에 사용되는 커버 유리는, 그 위에 다양한 기능성 코팅층이 추가되어 사용자의 편의성을 증대할 수 있다. 반사 방지 (AR), Easy-to-clean (ETC) 및 긁힘 방지 코팅 (SRC) 등은 스마트 기기의 커버 유리에 적용되고 있다.
상기 기판은 성막 대상으로서 스마트폰, 스마트워치등의 커버 유리 등 중에서 선택될 수 있다. 이러한 커버 유리의 표면에는 다양한 기능성 코팅막이 형성될 수 있는데, 이들은 사용자의 편의성을 증대한다. 대표적인 기능성 코팅막은 AR(Anti-reflection) 박막, ETC(Easy to clean) 박막, SRC(Scratch-resistive coating) 등이다.
도2와 도3은 상기와 같은 커버 유리 등의 코팅 프로세스 대상 기판이 장착되는 기판 클램핑 장치(20)를 도시한다. 도2는 하나의 클램핑 장치(20)에 하나의 기판(1)이 장착되는 구조를 예시하며, 도3은 하나의 클램핑 장치(20)에 다수의 기판(1)이 장착되는 구조를 예시한다.
도4는 다수의 기판을 장착하는 모범적 실시 예에 따른 기판 클램핑 장치(20)의 분해 사시도이며, 도5는 상기 기판 클램핑 장치(20)에 사용되는 베이스 플레이트(21)의 배면을 보이는 사시도이다.
도4를 참조하면, 하나의 베이스 플레이트(21)에 다수의 가스켓(23)이 장착되는 마운팅 플레이트(22)가 고정된다. 상기 베이스 플레이트(21)는 증착 장치에 직접 고정되는 요소이며, 도5에 도시된 바와 같이 그 후면에 증착 장치에 고정하기 위해 사용되는 고정 보스(211)가 상하에 2개 형성되어 있다.
상기 베이스 플레이트(21)는 상기 마운팅 플레이트(22)를 지지하는 선택적 요소이며, 다른 실시 예에 따르면 상기 마운팅 플레이트(22) 자체가 베이스 플레이트의 기능을 포함하도록 하는 구조 변경을 통해서 증착 장치에 직접 고정될 수 있다.
상기 마운팅 플레이트(22)에는 다수의 가스켓 장착부(221)가 형성되어 있다. 각 가스켓 장착부(221)는 사각의 가스켓(23)의 형태에 맞게 얕은 사각 우물의 형태를 가질 수 있다. 여기에서, 상기 가스켓(23)의 배면에서는 돌기형 상보적 결합부가 마련되고 상기 가스켓 장착부(221)의 바닥에는 상기 돌기형 상보적 결합부가 결합되는 우물형 또는 슬릿형 상보적 결합부가 형성될 수 있다.
모범적인 한 실시 예에 따라, 상기 가스켓 장착부(221)의 바닥에 상기 가스켓(23)을 안정되게 고정하기 위한 상보적 결합부의 한 요소인 슬릿(221a)이 형성되고, 상기 가스켓(23)의 후면 또는 배면에 상기 슬릿(221a)에 대응하는 상보적 결합부의 다른 요소인 고정돌기(foot, 231)가 형성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면 상기 가스켓 장착부(221)는 다른 적절한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 얕은 원형 우물의 형태를 가질 수 있고 이에 대응하게 가스켓(23)도 원형으로 형성될 수 있다.
상기 기판(1)을 고정하는 가스켓(23)은 기판의 테두리를 전체 또는 일부를 감싸는 프레임형태로서 기판이 끼워져 고정되는 포켓 구조를 가진다. 이 포켓은 댐형 고정턱(232)와 이에 에워 싸인 기판 흡착면(233)을 포함한다. 구체적으로 살펴보면, 상기 기판(1)이 안착되는 기판 흡착면(233)의 가장자리를 따라서 기판의 가장자리 부분을 클램핑하는 테두리형 또는 댐형 고정턱(232)이 소정 높이로 돌출 형성되어 있다. 고정턱(232) 안쪽의 흡착면(233)은 반데르발스(VDW) 흡착면으로서 반데르발스힘에 의해 기판(1)을 고정하며, 댐형 고정턱(232)는 열팽창에 의해 기계적으로 기판(1)을 기판 흡착면(233)에 대해 고정한다.
즉, 모범적인 실시 예에 따른 클램핑 장치는 기판을 챔버 내 고정함에 있어서, 분자력에 의해 상기 기판을 기판 흡착면에 대해 1차 고정하고, 그리고 이어지는 고온 챔버 내에서의 고정턱의 팽창에 따른 기계적 힘을 이용해 상기 기판을 기판 흡착면에 대해 2차 고정한다. 이러한 기판 고정 메커니즘은 이하의 설명을 통해서 쉽게 이해될 수 있다.
도6은 전술한 가스켓(23)의 상면 구조를 보이는 사시도이며, 도7은 상기 가스켓(23)의 바닥면을 보이는 사시도이다. 도6에서 "A" 부분은 모범적 다른 실시 예에 따라 고정턱(232)의 불연속적 형성을 예시한다.
도6과 도7을 참조하면, 가스켓(23)에는 기판의 후면 가장자리가 밀착하는 기판 흡착면(233)과 그 가장자리를 따라서 벽체 또는 댐 형태의 고정턱(232)에 의한 포켓이 형성되어 있다. 상기 기판 흡착면(233)은 반데르발스힘에 의해 기판(1)을 1차 고정하며, 고정턱(232)는 열팽창에 의해 기판의 가장자리를 기판의 주평면(main surface)에 나란한 횡방향으로 가압하고 이를 통해서 기판을 가스켓(23) 에 고정한다.
상기 고정턱(232)는 열팽창 및 열팽창에 의한 어떤 작동에 의해서만 기판의 가장자리와 접촉 및 가압할 수 있으며, 따라서 고정턱(232) 안쪽(또는 내측 둘레) 의 흡착면은 흡착면에 대면하는 기판의 저면(또는 외측 가장자리)에 비해 넓은 면적을 가지도록 함으로써 가스켓(23)이 마운팅 플레이트(22)에 고정된 상태에서 기판을 가스켓에 쉽게 삽입 및 분리될 수 있게 할 수 있다.
상기 가스켓(23)의 기판 흡착면(233)은 기판(1)의 가장자리 부분을 따라서 위치하며, 다른 실시 예에 따르면 기판(1)의 전체 또는 일부에 대응하게 크기 조절될 수 있다. 또한, 고정턱(232)은 기판(1)의 가장자리를 완전히 또는 부분적으로 감싸는 형태로 형성될 수 있으며, 다른 실시 예에 따르면, 부분적으로 불연속적으로 형성될 수 있다. 도6에서 "A" 부분은 이러한 불연속적 고정턱(232)을 예시하는 것으로 고정턱(232)의 끊어진 부분에 소정폭의 단절부(232a)가 형성되어 있다. 이러한 단절부(232a)는 하나 또는 그 이상 상기 고정턱(232)에 형성될 수 있으며, 이는 선택적 요소이다.
한편, 상기 가스켓(23)의 저면에는 마운팅 플레이트(22)에 가스켓(23)을 고정하기 위한 상보적 결합부의 한 요소인 다수의 고정돌기(231)가 가스켓(23)의 바닥면에 형성된다. 이러한 가스켓(23) 가장자리 부분의 고정돌기(231)는 가스켓(23)을 프레임베이스에 고정하며, 그 안쪽의 고정돌기(231)는 기판 흡착면(233)의 열적 변형을 억제하여 기판(1)이 안정적으로 기판 흡착면(233)에 부착될 수 있도록 한다. 한편, 상기 기판 흡착면(233)의 대각선 방향의 단절부(234)는 그 양측의 기판 흡착면(233)의 횡방향 변형을 흡수하여 흡착면(233)의 평면 왜곡을 방지하기 위한 부분이다.
도8은 도4의 I-I 선 단면도로서 모범적 실시 예에 따른 클램핑 장치의 부분 단면도이다. 도8은 베이스 플레이트(21)에 마운팅 플레이트(22) 및 가스켓(23)이 상호 결합된 상태에서, 가스켓(23)에 기판(1)이 장착된 상태를 예시한다. 그리고, 도9는 도8의 "B" 부분의 확대도이다.
도8과 도9를 참조하면, 가스켓(23) 저면의 고정돌기(231)은 마운팅 플레이트(22)의 슬릿(221)에 끼워져 있다. 이때에 고정돌기(231)은 슬릿(221)에 대해 억지 끼움(예를 들어 테두리 맞춤)이 되어 있는 상태이며, 따라서 고정돌기(231)은 슬릿(221)에 대해 일정한 압축력(compressive force)에 의해 안정적으로 고정된 상태이다.
한편, 기판(1)은 가스켓(23)의 포켓 내에 설치되어 있으며, 이때에 15~35℃정도의 상온(room temperature)에서 가스켓(23)의 고정턱(232)은 기판(1)의 가장자리로부터 소정 간격(t) 이격되어 있다. 그리고 고정턱(232)의 바깥쪽에는 고정턱(232)을 기판(1)의 가장자리 측면을 향하여 지지하는 고정턱 서포터(222)가 고정턱(232)을 둘러 싸도록 마련되어 있으며, 여기에서 고정턱 서포터(222)는 마운팅 플레이트(22)의 한 부분일 수 있다. 따라서, 기판(1)은 상온에서 반데르발스 면인 기판 흡착면(233)에 밀착되고, 이때에 반데르발스(Van der Waals) 힘에 의해 기판(1)이 기판 흡착면(233)에 붙어 있게 된다. 따라서 클램핑 장치(20, 도4참조)에 대한 기판 로딩(loading)부터 클램핑 장치(20)와 이에 장착된 기판을 포함하는 기판 픽스쳐 세트(substrate fixture set)이 진공코팅 설비의 로드락 챔버(load-lock chamber)까지의 과정까지 반데르발스 힘으로 상기 기판(10)은 픽스쳐 세트(클램핑 장치)에서 고정되어 있을 수 있다.
한편, 픽스쳐 세트가 증착 장치, 예를 들어 메타 모드 스퍼터 장치(Meta-mode sputtering apparatus)에 장입된 후에, 공정 챔버(process chamber) 내의 드럼이 고속으로 회전하게 되므로, 반데르발스 힘 만으로 기판을 고정하기에 충분하지 않을 수 있다. 그러나, 공정 챔버 내의 온도가 올라가면, 예를 들어 공정 챔버 내에서 예열 또는 플라즈마 반응을 위해 챔버 내의 온도가 올라가면서 기판 및 이를 고정하고 있는 클램핑 장치도 가열된다. 따라서, 이 때 가스켓(22)이 팽창하게 되고 이에 따라 고정턱이 팽창하여 기판(1)의 가장자리를 가압하여 고정하게 된다. 또한, 고정턱(232)의 팽창은, 기판(1)을 향하여 고정턱(232)이 팽창하도록 하는 고정턱 서포터(222)에 의해 제한된다. 결과적으로 고정턱(232)은 기판(1)의 가장자리를 압박하고 이로써 기판(1)을 고정한다.
여기에서 가스켓의 열팽창률이 마운팅 플레이트 및 기판의 열팽창률보다 월등히 높기 때문에, 가스켓(23)이 말들어지는 물질에 기초한 적정 온도의 공정 챔버 내에서 상기 가스켓(23)의 고정턱(232)이 열팽창할 때에 고정턱(232) 후방의 고정턱 지지부(222)에 의해 고정턱(232)의 팽창은 기판 측을 향하게 된다. 가스켓(23)이 열팽창하여 그 가장자리의 고정턱(232)이 기판의 가장자리의 모든 변(측면)을 압박하게 된다. 결국 챔버 내의 상온에 비해 증가된 온도 환경에서는 열팽창한 가스켓이 기판을 고정하는 역할을 한다.
여기에서 가스켓(23)의 흡착면(233)의 표면이 매끄러울수록 높은 VDW 힘을 가질 수 있으므로, 가스켓(23)은 이 특성을 고려하여 그 원료 물질이 선택됨이 바람직하다. 일반적으로 고무 제품은 금형을 이용한 압축 또는 사출 성형을 통해 제작되므로, 금형 제작 시, 가스켓의 흡착면에 대응하는 금형 부분에 폴리싱(polishing) 및 래핑(lapping) 처리를 하는 것이 바람직하다. 흡착면의 면적이 넓을수록 이에 비례하여 VDW 힘도 증가하겠으나, 가스켓 내부의 빈 공간을 통하여 코팅 공정 후에 기판을 밀어서 클램핑 장치의 가스켓으로부터 쉽게 분리할 수 있도록 이러한 빈 공간을 고려하는 것이 바람직하다. 또한 일반적으로 고온 진공의 코팅 공정에 적합한 가스켓 재료 물질이 고가이므로 가스켓의 전체 부피를 줄이는 설계가 바람직하다.
모범적 실시 예에 따른 클램핑 장치에서, 상온에서의 가스켓의 고정턱과 기판 측면 간의 적절한 간격(t)과 고정턱(232)의 적절한 두께(W)는 효과적으로 기판을 고정하기 위한 주요 인자이다. 앞서 기술한 바와 같이 기판을 가스켓에 쉽게 삽입하기 위해서는 양의 가스켓(23)의 고정턱(232)과 기판(1) 측면 간의 유격이 필요하며, 이 값이 클수록 보다 용이하게 기판을 삽입할 수 있다. 반면에 가스켓 벽(gasket wall) 즉, 가스켓(23)의 고정턱(232)이 팽창하여 기판(1)의 가장자리 측면과 밀착하게 되는 온도가 증가하게 된다. 또한 고정턱(232)의 두께(W)가 두꺼울수록, 고정턱(232)의 팽창량이 커지므로 기판의 확고한 고정에 유리하다. 그러나, 고정턱(232)의 두께가 증가할수록 가스켓(23) 전체가 차지하는 면적이 증가하게 되므로, 한 번의 코팅 공정에서 수용할 수 있는 하나의 마운팅 플레이트(22)에 장착할 수 있는 기판(1)의 수가 감소할 수 있다. 따라서 고정턱(232)과 기판(1) 간의 간격과 고정턱(232)의 두께는 기판 삽입이 용이하면서도 되도록 낮은 온도에서도 고정턱(232)이 기판(1)의 가장자리 측면에 밀착되도록, 가스켓(23), 마운팅 플레이트(22) 및 기판(1) 재료의 각각의 열팽창률을 고려하여 설계조건을 최적화하는 것이 바람직하다. 또한, 원하는 열팽창 량에 적합한 치수 (W)를 제공하면서 가스켓 (23)의 비용을 감소시키기 위해, 고정턱(232)은 기판 (1)의 둘레 주위에 불 연속적으로 배치 될 수 있고; 예를 들어 클램핑 조 (232)는 다수의 단절부(232a)를 포함 할 수있다.
메타 모드 스퍼터 방법에 적용되는 클램핑 장치의 경우, 상온을 약간 상회하는 50~100 ℃에서 고정턱과 기판 간격이 대략 영(零, 0) 이 되도록 설계하는 것이 좋다.
가스켓에 적합한 재료를 선정하기 위해 다음과 같은 조건들이 고려됨이 바람직하다.
1) 일반적인 진공 코팅 공정에 적합하도록 아웃개싱(outgassing)이 적어야 하며, 100℃ 또는 그 이상의 고온에 대한 높은 내열성
2) 확고한 기판의 고정을 위해 높은 열팽창률
3) 강산 및 강알칼리 용액에 대한 내화학성
한편, 가스켓을 포함한 클램핑 장치를 반복 재사용하기 위해서는 주기적인크리닝, 예를 들어 샌드블라스팅 등의 물리적 세정 또는 에쳔트를 이용한 화학적 세정을 통해 클램핑 장치에 부착된 코팅 물질을 제거하는 것이 필요하며, 물리적 세정에 의해 손상이 우려되는 가스켓은 화학적 세정으로 크리닝하는 것이 바람직하다.
위와 같은 요건들을 충족할 수 있는 가스켓 물질로는 FFKM (perflouroelastomer)이 있다. 일반적으로 상용화된 FFKM 제품들은, 높은 내화학성을 가질 뿐 아니라 200℃ 이상의 고온 하에서도 아웃개싱이 매우 적은 장점을 가지며, 특히 열팽창률(coefficient of thermal expansion)이 최소 300㎛ /m℃ 또는 그 이상 이다.
도10은 스마트워치 등에 적용되는 원형 커버 글래스(기판)를 예시하며, 도11은 이러한 원형 커버 글래스에 대응하는 가스켓의 상면을 보이는 사시도이며, 도12는 가스켓의 밑 부분을 보이는 사시도이다. 그리고, 도13은 모범적 실시 예에 따른 원형 가스켓이 장착된 클램핑 장치의 부분 단면을 보인다.
도10 내지 도13을 참조하면, 원형 커버 글래스(2)는 원반 형태이며, 그 내면(저면) 둘레는 특정 문양이나 정보를 표시하는 장식층(decoration layer, 2a)가 마련될 수 있다. 이러한 원형 커버 글래스(2)에 적응하게 디자인된 가스켓(230)은, 도11에 도시된 바와 같이, 원형 커버 글래스에 대응하게 원형으로 형성되어 있다. 이러한 카스켓(230)에는 흡착면(233)과 고정턱(232)을 구비하고, 흡착면(233)의 둘레에는 상기 장식층(2a)이 가스켓(230)에 닿지 않도록 보호하는 오목부 또는 리세스(recess, 235)가 형성되어 있다. 그리고 가스켓(230)의 저면에는 전술한 바와 같은 상보적 결합부의 한 요소인 고정돌기(231)가 다수 형성되어 있다. 한편, 상기 기판 흡착면(233)에 소정 각도 간격으로 형성된 단절부(234)는 기판 흡착면(233)의 횡방향 변형을 흡수하여 흡착면의 평면 왜곡을 방지하기 위한 부분이다.
이러한 원형 가스켓에 대응하여 이 가스켓이 장착되는 마운팅 플레이트는 원형 가스켓에 대응하게 설계 되어야 할 것이다.
이상에서 설명된 바와 같은 클램핑 장치에 의하면, 기존에 사용하던 양면형 테이프, 예를 들어 켑톤 테이프를 사용하지 않아서 기본에 비해 간단하게 용이하게 기판을 고정 및 분리를 행할 수 있다. 또한, 기존의 그립퍼의 사용에 따른 불균일한 성막 상태의 발생 및 테이프를 사용함에 따른 이물질 잔류의 문제를 해결할 수 있게 되어 양질의 광학적 특성을 가지는 코팅층을 형성할 수 있게 된다. 또한, 상기 가스켓은 기판의 가장자리를 기밀하게 고정하므로 증착시, 증착이 요구되지 않은 이면(裏面) 또는 배면(背面)에 대한 불필요 코팅막 형성을 방지함으로 소위 백-코팅에 의한 기판의 품질 저하를 방지할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 모범적 실시 예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시 예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.
1: 기판
2: 기판(원형 커버 글래스)
11: 챔버
12: 스퍼터 타겟
10: 클램핑 장치
21: 베이스 플레이트
22: 마운팅 플레이트
23, 230: 가스켓
231: 고정돌기
232: 고정턱
233: 흡착면

Claims (19)

  1. 코팅하고자 하는 기판이 부착될 수 있는 기판 흡착면(adsorbing surface)과, 상기 기판 흡착면의 둘레의 적어도 일부분에 형성되어 열적 팽창(thermal expansion)에 의해 상기 기판을 상기 기판 흡착면에 고정하는 댐(dam) 형태의 고정턱(clamping jaw)을 구비하는 기판 고정용 가스켓(gasket); 및
    상기 고정턱에 인접하게 마련되어 열팽창에 의한 상기 고정턱의 팽창이 상기 기판을 향하도록 상기 고정턱을 지지하는 고정턱 서포터(jaw supporter);를 포함하는 기판 클램핑 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고정턱은 상기 기판 흡착면과 일체로서 형성되는, 기판 클램핑 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가스켓은 상기 기판을 수용하는 부분으로 그 바닥에 상기 기판 흡착면과 상기 기판의 측면에 대응하는 소정 높이의 벽체에 의한 기판 흡착면 주위의 고정턱이 마련되어 있는 우물형 포켓을 하나 또는 그 이상 구비하는, 기판 클램핑 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스켓이 장착되는 우물형 가스켓 장착부가 마련되는 마운팅 플레이트를 더 구비하고, 그리고
    상기 가스켓 장착부는 상기 고정턱 서포터를 포함하는, 기판 클램핑 장치..
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가스켓의 배면과 상기 가스켓 장착부의 바닥에 상보적 결합부가 마련되어 있는, 기판 클램핑 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스켓의 배면에서는 돌출형 상보적 결합부가 마련되고 상기 가스켓 장착부의 바닥에는 상기 돌출형 상보적 결합부와 결합 가능한 우물형 또는 슬릿형 상보적 결합부가 마련된, 기판 클램핑 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 고정턱의 내면은 상기 기판의 가장자리와 상온에서 소정의 간격을 유지하며, 상기 고정턱이 열팽창했을 때에 상기 고정턱 서포터에 상기 고정턱의 후측부가 지지되고, 그 전방부가 상기 기판의 측면을 가압하도록 구성된, 기판 클램핑 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판 흡착면에, 열팽창에 따른 기판 흡착면의 횡적 확장을 흡수하여 기판 흡착면의 왜곡을 방지하는 단절부가 형성되어 있는, 기판 클램핑 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 고정턱이 상기 기판 흡착면 주위에 불연속적으로 형성되어 있는, 기판 클램핑 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 마운팅 플레이트가 장착되는 베이스 플레이트를 더 포함하는, 기판 클램핑 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 흡착면에 상기 기판에 형성되는 장식층에 대응하는 오목한 리세스가 형성되어 있는, 기판 클램핑 장치.
  12. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버에 마련되는 스퍼터 타겟 및 프라즈마 소스;
    상기 진공챔버에 연결되는 진공 시스템;
    상기 진공 챔버 내에 설치되는 회전드럼;
    상기 회전 드럼에 코팅하고자 하는 기판을 장착하는 기판 클램핑 장치;를 구비하고,
    상기 기판 클램핑 장치:는
    상기 기판이 부착되는 기판 흡착면(adsorbing surface)과, 상기 기판 흡착면의 둘레의 적어도 일부분에 형성되어 열적 팽창(thermal expansion)에 의해 상기 기판을 상기 기판 흡착면에 고정하는 댐(dam) 형태의 고정턱(clamping jaw)을 구비하는 기판 고정용 가스켓(gasket) 및 상기 고정턱을 중심으로 상기 기판의 반대편에 마련되어 열팽창에 의한 상기 고정턱의 팽창이 상기 기판을 향하도록 l상기 고정턱을 지지하는 고정턱 서포터(jaw supporter);를 포함하는, 기판 코팅 장치.
  13. 기판을 고정할 수 있는 기판 고정용 가스켓(gasket)을 준비하는 단계;
    상온(room temperature)에서 분자력을 이용하여 상기 기판을 상기 가스켓에 부착하는 단계; 및
    상기 기판을 기계적으로 클램핑하기 위하여 상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계;를 포함하는 기판 클램핑 방법 기판 클램핑 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가스켓은:
    상기 기판이 부착될 수 있는 기판 흡착면(adsorbing surface); 및
    상기 기판 흡착면의 둘레에 돌출 형성되고 온도 상승에 의하여 상기 기판의 측면을 기계적으로 클램핑할 수 있는 댐 형태의 고정턱;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기판을 상기 가스켓에 부착하는 단계에서, 상기 기판의 가장자리와 상기 고정턱의 측면이 소정 간격을 두고 이격되는 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 온도를 상승시키는 단계에 의하여 상기 고정턱이 열팽창되어 상기 기판의 측면을 접촉 및 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계의 이전에, 상기 가스켓을 마운팅 플레이트에 고정시키는 단계를 더 포함하고,
    상기 마운팅 플레이트는 상기 고정턱의 측방향에서 상기 고정턱을 지지하도록 구성된 고정턱 서포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 마운팅 플레이트는 복수의 가스켓들을 고정시킬 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 기판 흡착면이 단절부를 포함하고,
    상기 가스켓의 온도를 상승시키는 단계에서 상기 기판 흡착면이 열팽창함에도 불구하고 상기 분자력이 유지되는 것을 특징으로 하는 기판 클램핑 방법.
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