KR20230048093A - R2r 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법, 및 기상 증착 시스템 - Google Patents

R2r 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법, 및 기상 증착 시스템 Download PDF

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KR20230048093A
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flexible
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안드레아스 사우어
토마스 데피쉬
매튜 딘 앨리슨
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

롤-투-롤(roll-to-roll) 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법이 설명된다. 이 방법은 언와인딩 롤(unwinding roll)(20)로부터 가요성 기판을 언와인딩하는 단계 ― 가요성 기판은 그의 제1 주 면(14) 상에 제1 코팅(12)을 가짐 ― ; 가요성 기판을 코팅 드럼(drum)(30)으로 안내하면서, 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝(positioning)을 측정하는 단계; 제1 코팅(12)의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 코팅 드럼(30) 상의 가요성 기판의 측방향 포지션(position)을 조정하는 단계; 및 가요성 기판 상에, 특히 제1 주 면에 대향하는, 가요성 기판의 제2 주 면 상에 제2 코팅(13)을 증착하는 단계를 포함한다. 또한, 본 명세서에 설명된 방법들을 수행하기 위한 진공 증착 장치가 설명된다.

Description

R2R 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법, 및 기상 증착 시스템
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 롤-투-롤(roll-to-roll) 증착 시스템에서 열 증착에 의한 기판 코팅에 관한 것이다. 본 개시내용의 실시예들은 특히, 예를 들어 리튬 배터리(battery)의 제조를 위해, 증발을 통해 가요성 기판의 양 면들 상의, 예를 들어, 가요성 금속 포일(foil) 상의 하나 이상의 코팅 스트립(strip)들의 증착에 관한 것이다. 구체적으로, 실시예들은 가요성 기판의 2-면 코팅 방법들, 리튬 배터리의 애노드(anode)를 제조하는 방법들, 및 롤-투-롤 기상 증착 장치들에 관한 것이다.
[0002] 예를 들어 화학 기상 증착(CVD) 및 물리 기상 증착(PVD)과 같은 가요성 기판 상에 증착하기 위한 다양한 기법들이 알려져 있다. 높은 증착 속도들로 기판을 코팅하기 위해, PVD 프로세스로서 열 증착이 사용될 수 있다. 열 증착을 위해, 코팅 재료를 가열하여, 예를 들어 코팅 드럼(drum), 즉, 웹(web) 기판을 지지하기 위한 만곡된 드럼 표면을 갖는 회전 가능한 드럼에 의해 지지되는 기판 상에 증착될 수 있는 증기를 생성한다. 가열된 코팅 재료의 온도를 증가시키면 증기 농도가 증가하고, 높은 증착 속도들이 가능할 수 있다.
[0003] 예를 들어, 기판 상에 증착될 코팅 재료는 상승된 증기압에서 증기를 생성하기 위해 도가니에서 가열될 수 있다. 증기는 도가니로부터, 복수의 노즐(nozzle)들을 갖는 가열된 증기 분배기로 스트림(stream)될 수 있다. 증기는, 복수의 노즐들에 의해, 가요성 기판 상에 코팅 스트립을 증착하기 위해 코팅 드럼 상에 지지되는 이동하는 웹 기판의 표면 상으로 지향될 수 있다.
[0004] 배터리들의 제조를 위해, 가요성 기판 상에 여러 코팅들이 증착될 수 있으며, 전형적으로 가요성 기판의 양 면들이 코팅될 수 있다. 롤-투-롤 증착 시스템에서 기판 양 면들 상에 코팅들을 증착하기 위한 상이한 접근법들이 존재한다. 제1 접근법에서, 기판의 양 면들은 2-면 코팅들을 위해 구성된 증착 시스템을 통해 하나의 단일 경로를 따라 후속적으로 코팅될 수 있다. 대안적으로, 가요성 기판은 먼저 기판의 제1 주 면을 제1 코팅으로 코팅하기 위한 증착 시스템을 통해 와인딩(wind)될 수 있고, 기판은 후속적으로 기판의 제2 주 면을 제2 코팅으로 코팅하기 위해 대향 배향으로 동일한 증착 시스템을 통해 또는 다른 증착 시스템을 통해 다시 와인딩될 수 있다.
[0005] 후자의 경우, 제1 코팅에 대해 기판 상의 미리 결정된 측방향 포지션(position) 상에 정확하게 제2 코팅을 증착하는 것이 어려울 수 있다. 예를 들어, 제1 코팅의 측방향 포지셔닝(positioning)은 기판의 길이 방향을 따라 약간 변할 수 있거나, 또는 제1 코팅은 미지의 포지셔널(positional) 정확도로 가요성 기판 상에 증착될 수 있다.
[0006] 따라서, 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판 상에, 특히 이미 제1 코팅이 코팅된 제1 기판 면에 대향하는 제2 기판 면 상에 제2 코팅을 정확하게 증착하기 위한 방법들을 제공하는 것이 유익할 것이다. 또한, 특히 리튬 배터리의 애노드의 제조를 위해, 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판 상에 제2 코팅을 정확하게 증착하도록 구성된 기상 증착 장치를 제공하는 것이 유익할 것이다.
[0007] 위의 내용에 비추어, 독립 청구항들에 따른 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판의 코팅 방법, 기상 증착 장치, 및 리튬 배터리의 애노드를 제조하는 방법이 제공된다. 본 개시내용의 추가 양태들, 이점들, 및 특징들은 상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 명백하다.
[0008] 일 양태에 따르면, 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법이 제공된다. 이 방법은: 언와인딩 롤(unwinding roll)로부터 가요성 기판을 언와인딩하는 단계 ― 가요성 기판은 제1 주 면 상에 제1 코팅을 가짐 ― ; 가요성 기판을 코팅 드럼으로 안내하면서, 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하는 단계; 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 단계; 및 가요성 기판 상에 제2 코팅을 증착하는 단계를 포함한다.
[0009] 일부 실시예들에서, 제2 코팅은 제1 주 면에 대향하는, 기판의 제2 주 면 상에 증착되어 양 면들 상에 코팅들을 갖는 가요성 기판을 제공한다.
[0010] 일 양태에 따르면, 가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치가 제공된다. 기상 증착 장치는 가요성 기판을 언와인딩하기 위한 언와인딩 롤; 가요성 기판 상에 증발된 재료를 증착하도록 구성된 적어도 하나의 증기 소스(source); 언와인딩 롤의 하류에 배열되고 적어도 하나의 증기 소스를 지나 가요성 기판을 안내하도록 구성된 코팅 드럼; 가요성 기판의 제1 주 면 상의 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하도록 구성된 센서; 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하도록 구성된 액추에이터(actuator); 및 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 액추에이터를 제어하도록 구성된 제어기를 포함한다.
[0011] 일 양태에 따르면, 리튬 배터리의 애노드를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기상 증착 장치, 특히 본 명세서에 설명된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 기상 증착 장치에서 가요성 기판을 안내하는 단계를 포함한다. 이 방법은 가요성 기판의 제1 주 면 상에 제공된 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 단계; 및 제2 코팅이 상기 제1 코팅과 측방향으로 정렬되도록 가요성 기판 상에 제2 코팅을 형성하기 위해, 증발된 재료를 에지 배제 차폐부(edge exclusion shield)를 지나 가요성 기판의 제2 주 면으로 지향시키는 단계를 더 포함한다. 증발된 재료는 리튬 함유 재료 또는 리튬을 포함할 수 있다.
[0012] 실시예들은 또한 개시된 방법들을 수행하기 위한 장치들에 관한 것이고, 각각의 설명된 방법 양태를 수행하기 위한 장치 부품들을 포함한다. 이들 방법 양태들은 하드웨어 컴포넌트(component)들에 의해, 적절한 소프트웨어로 프로그래밍된 컴퓨터에 의해, 둘의 임의의 조합에 의해 또는 임의의 다른 방식으로 수행될 수 있다. 또한, 본 개시내용에 따른 실시예들은 또한 설명된 장치들 및 제품들을 제조하기 위한 방법들, 및 설명된 장치들을 작동시키는 방법들에 관한 것이다. 설명된 실시예들은 설명된 장치들의 모든 기능을 수행하기 위한 방법 양태들을 포함한다.
[0013] 본 개시내용의 위에 인용된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에서 간략하게 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조하여 이루어질 수 있다. 첨부된 도면들은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이고, 다음과 같이 설명된다:
도 1은 본 명세서에 설명된 방법들을 수행하도록 구성된 기상 증착 장치의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 2는 도 1의 기상 증착 장치의 개략적인 평면도를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 종래의 코팅 방법(도 3a)을 통해 그리고 본 명세서에 설명된 코팅 방법(도 3b)을 통해 그의 양 면들 상에 코팅된 가요성 기판들의 단면도들을 도시한다.
도 4는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기상 증착 장치의 코팅 드럼의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 가요성 기판을 코팅하는 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
[0014] 이제 본 개시내용의 다양한 실시예들을 상세히 참조할 것이며, 그 중 하나 이상의 예들이 도면들에 예시되어 있다. 도면들에 대한 다음 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 컴포넌트들을 지칭한다. 개별 실시예들에 대한 차이점들만이 설명된다. 각각의 예는 본 개시내용의 설명에 의해 제공되며, 본 개시내용의 제한으로 의미되지 않는다. 또한, 하나의 실시예의 일부로서 예시되거나 또는 설명된 특징들은 또 다른 실시예를 생성하기 위해 다른 실시예들에 대해 또는 다른 실시예들과 함께 사용될 수 있다. 본 설명은 그러한 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 의도된다.
[0015] 도면들에 대한 이하의 설명 내에서, 동일한 참조 번호들은 동일한 또는 유사한 컴포넌트들을 지칭한다. 일반적으로, 개별 실시예들에 대한 차이점들만이 설명된다. 달리 명시되지 않는 한, 하나의 실시예에서의 부분 또는 양태에 대한 설명은 또한 다른 실시예에서의 대응하는 부분 또는 양태에도 적용된다.
[0016] 본 개시내용의 실시예들에 따르면, 진공 챔버에서 증발에 의해 코팅하기 위한 장치들 및 방법들이 제공된다. 증발에 의해 코팅 재료로 가요성 기판(본 명세서에서 "웹" 또는 "포일"이라고 또한 지칭됨)을 증착하기 위해, 코팅 재료는 코팅 재료의 증발 온도 초과로, 증기 소스 내부에서, 예를 들어 증기 소스의 도가니 내부에서 가열될 수 있다. 증발된 재료는 그 후 증발된 재료를 가요성 기판 쪽으로 지향시키기 위해 분배기에 의해 복수의 노즐들 쪽으로 안내될 수 있다.
[0017] 본 명세서에 설명된 기상 증착 장치들은 웹 기판들을 코팅하도록 구성된 롤-투-롤(R2R) 증착 시스템들이다. 롤-투-롤 증착 시스템들은, 수백 미터 이상과 같은 상당한 길이의 웹 기판이 스토리지 스풀(storage spool)로부터 언코일링(uncoil)되고, 하나 이상의 코팅 드럼들 상에 지지되는 동안 하나 이상의 얇은 층들로 코팅되고, 그리고 선택적으로 와인드업(wind-up) 스풀 상에 다시 리코일링(recoil)되는 것으로 이해된다. 박막 배터리들의 제조는 물론 디스플레이 산업 및 태양광 산업에서도, 롤-투-롤 증착 시스템들에 대한 수요가 증가하고 있다. 예를 들어, 리튬 배터리들, 터치 패널(touch panel) 요소들, 가요성 디스플레이들, 및 가요성 PV 모듈들은 R2R 코터(coater)들로 층들을 증착하는 것에 대한 수요 증가를 초래한다.
[0018] 도 1은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 R2R-증착 시스템의 기상 증착 장치(100)의 개략적인 단면도이다. 도 2는 도 1의 기상 증착 장치(100)의 개략적인 평면도이다. 기상 증착 장치(100)는 본 명세서에 설명된 방법들 중 임의의 방법을 수행하도록 구성될 수 있다.
[0019] 기상 증착 장치(100)는 언와인딩 롤(20)로부터 코팅 드럼(30)까지 웹 수송 경로(T)를 따라 가요성 기판(10)을 안내하기 위한 복수의 롤들 또는 롤러들을 수용하는 진공 챔버(101)를 포함할 수 있다. 코팅 드럼(30) 상에서 가요성 기판을 코팅한 후, 가요성 기판은 와인드업 스풀 상에 와인딩될 수 있거나, 또는 다른 코팅 드럼(도면들에 도시되지 않음) 쪽으로 안내될 수 있다.
[0020] 기상 증착 장치(100)는 스토리지 스풀로부터 가요성 기판(10)을 언와인딩하기 위한 언와인딩 롤(20), 및 웹 수송 경로(T)를 따라 언와인딩 롤(20)의 하류에 배열되는 코팅 드럼(30)을 포함한다. 기상 증착 장치는 가요성 기판 상에 증발된 재료를 증착하도록 구성된 적어도 하나의 증기 소스(120)를 더 포함한다. 적어도 하나의 증기 소스(120)는 코팅 드럼(30) 쪽으로 향하고, 코팅 드럼(30)은 적어도 하나의 증기 소스(120)를 지나 가요성 기판을 안내하도록 구성된다. 기상 증착 장치는 적어도 하나의 증기 소스(120)를 지나 또는 복수의 증기 소스들을 지나 코팅 드럼(30)의 만곡된 드럼 표면(111) 상에서 가요성 기판을 이동시키도록 구성되어, 가요성 기판은 코팅 드럼 상에서 안내되고 코팅 드럼에 의해 지지되는 동안 증발된 재료로 코팅될 수 있다.
[0021] 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 기상 증착 장치는 이미 제1 코팅(12)이 기판의 제1 주 면 상에 제공된 가요성 기판을 코팅하도록 구성된다. 제1 코팅(12)은 하나 이상의 코팅 스트립들의 형태로 가요성 기판의 길이 방향으로 연속적으로 연장되는 영역 코팅일 수 있다. 구체적으로, 제1 코팅(12)은, 도 2의 평면도에 개략적으로 묘사된 바와 같이, 기판 에지들(11)로부터 개개의 거리들에서 본질적으로 가요성 기판의 길이 방향으로 연장될 수 있는 면 에지들(16)(도 2 참조)을 가질 수 있다.
[0022] 본 명세서에 설명된 방법들 및 장치들은 이미 제1 코팅(12)이 상부에 제공된 가요성 기판 상에 제2 코팅(13)의 정확한 증착을 가능하게 한다. 구체적으로, 제1 코팅(12)은 가요성 기판(10)의 제1 주 면(14) 상에 제공될 수 있고, 제2 코팅(13)은 제1 주 면(14)에 대향하는, 가요성 기판(10)의 제2 주 면(15) 상에 증착될 수 있다. 대안적으로, 제2 코팅은 제1 코팅의 최상부 상에, 즉, 가요성 기판의 제1 주 면(14) 상에도 또한 증착될 수 있다. 박막 배터리들의 제조에서, 제2 코팅(13)은 전형적으로 제1 코팅(12)과 측방향 정렬되어 제1 주 면(14)에 대향하는, 가요성 기판의 제2 주 면(15) 상에 증착된다.
[0023] 제2 코팅(13)은 유익하게는 제1 코팅(12)과 미리 결정된 공간 관계를 가져야 한다. 예를 들어, 제2 코팅(13)은 (웹 기판의 길이 방향에 수직인) 웹 기판의 측 방향(L)에서 제1 코팅(12)과 정렬되어야 하고, 및/또는 제2 코팅(13)의 측방향 에지 포지션들은 제1 코팅(12)의 측방향 에지 포지션들에 대응해야 한다. 구체적으로, 박막 배터리들의 제조에서, 웹의 양 기판 면들 상의 코팅된 영역의 에지들은 정렬되어야 한다. 가요성 기판 상의 여러 개의 코팅들, 특히 대향하는 기판 면들 상의 코팅들을 정확하게 정렬하는 것은 어려운 일이다.
[0024] 전형적인 2R2 증착 시스템들은, 가요성 기판의 하나 또는 둘 모두의 기판 에지들의 포지션을 측정하고 기판 에지(들)의 측정된 포지션에 따라 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 소위 "에지 제어 시스템들"을 사용할 수 있다. 목표 포지션으로부터의 기판 에지의 포지션의 편차가 이러한 제어 시스템들에서 검출되면, 이에 따라 기판의 측방향 포지션이 수정된다. 그러나, 기판 에지의 측정된 포지션에 기초하여 가요성 기판의 포지션을 조정하는 것은 제2 코팅이 가요성 기판 상에 이미 제공된 제1 코팅과 정렬되어야 하는 경우 원하는 증착 정확도를 제공하지 못할 수 있다. 예를 들어, 기판 에지에 대한 가요성 기판 상의 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝은 제1 코팅의 증착 동안 선택된 (잠재적으로 알려지지 않은) 파라미터(parameter)들에 따라 약간 변할 수 있거나, 또는 기판 상의 제1 코팅의 증착 정확도는 일반적으로 알려질 수 없다. 또한, 기판 상의 라인(line)들 또는 다른 마킹(marking)들에 기초하여 기판 포지션을 제어하는 것은, 예를 들어 이미 제1 코팅이 상부에 제공된 가요성 기판이 이러한 마킹들을 갖지 않거나 또는 갖지 않을 수 있는 경우, 항상 가능한 것은 아닐 수 있다.
[0025] 본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 기상 증착 장치는 가요성 기판의 제1 주 면(14) 상에 이미 제공된 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝을 측정하도록 구성된 센서(40)를 포함한다. 기상 증착 장치는 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하도록 구성된 액추에이터(50), 및 제1 코팅(12)의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 액추에이터(50)를 제어하도록 구성된 제어기(60)를 더 포함한다. 따라서, 기판의 측방향 포지션은 기판 에지(11)의 측정된 측방향 포지션에 기초하여 조정되는 것이 아니라, 이미 가요성 기판 상에 제공된 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝에 기초하여 조정된다. 센서가 목표 포지셔닝으로부터의 제1 코팅의 포지셔닝의 편차를 측정하면, 제어기는 이에 따라 기판 포지션을 조정하기 위해 액추에이터를 제어해서, 적어도 하나의 증기 소스에 의해 제공되는 코팅 윈도우에 대해 원하는 대로 배열되도록 코팅 드럼 상의 기판을 시프트시킬 수 있다.
[0026] 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "측방향 포지션"은 가요성 기판의 길이 방향에 수직인 방향의 포지션, 즉, 측 방향(L)에서의 포지션에 관한 것이다. 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝은 웹 수송 롤러들의 축 방향에 대응하는 측 방향(L)에서의 제1 코팅의 포지셔닝에 관한 것이다.
[0027] 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에 따르면, 센서(40)는 기판의 제1 주 면 상에서 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝을 측정하고 이에 따라 액추에이터(50)를 제어하는 제어기(60)에 입력 파라미터로서 측정된 포지션 값을 전달하도록 구성된다. 적어도 하나의 증기 소스(120)는 제1 주 면에 대향하는, 기판의 제2 주 면 상에 제2 코팅(13)을 증착하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 코팅들은 기판의 대향하는 면들 상에 증착될 수 있다. 코팅 드럼(30) 상의 가요성 기판의 포지션은 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 조정되기 때문에, 제2 코팅의 측방향 포지셔닝은 적절하게 제1 코팅의 포지셔닝에 대해 정확하게 설정될 수 있다.
[0028] 구체적으로, 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션은, 제2 주 면 상의 제2 코팅이 제1 주 면 상의 제1 코팅과 정렬되어 증착되도록, 제어기(60)에 의해 제어되는 액추에이터(50)에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 제2 코팅(13)의 면 에지들(17)은 높은 정확도로 제1 코팅(12)의 면 에지들(16)과 정렬될 수 있다(도 2 참조). 특히, 제1 및 제2 코팅들의 면 에지들의 포지션들의 편차들은 0.5 mm 이하, 특히 0.1 mm 이하일 수 있다. 다른 말로 하면, 제1 및 제2 코팅들은 서로 정확히 정렬될 수 있는데, 즉, 제2 코팅의 측방향 연장 및 측방향 포지션은 제1 코팅의 측방향 연장 및 포지션에 정확히 대응할 수 있고, 이는 박막 배터리들의 제조에 유익할 수 있다.
[0029] 제1 코팅 및 제2 코팅은 각각 기판의 길이 방향으로 연장되는 하나 이상의 연속적인 재료 스트립들을 포함할 수 있다. 제1 코팅이 2 개 이상의 재료 스트립들을 포함하는 경우, 제2 코팅은 제1 코팅의 재료 스트립들과 정렬된, 즉, 측 방향(L)에서 대응하는 폭들 및 포지션들을 갖는 동일한 개수의 재료 스트립들을 포함할 수 있다.
[0030] 도 3a는 가요성 기판의 제1 주 면(14) 상의 제1 코팅(12) 및 가요성 기판의 제2 주 면(15) 상의 제2 코팅(13)을 갖는 가요성 기판(10)의 단면도를 도시한다. 제1 코팅(12) 및 제2 코팅(13)은 오정렬되어 있는데, 즉, 제1 및 제2 코팅의 코팅 에지들의 측방향 포지션들은 서로 대응되지 않는다. 도 3b는 본 명세서에 설명된 방법들에 따라 코팅된 가요성 기판(10)의 단면도를 도시한다. 도 3b에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 제2 코팅(13)은 제1 코팅(12)과 정렬되는데, 즉, 제2 코팅(13)의 면 에지들(17)의 포지션들은 제1 코팅(12)의 면 에지들(16)의 포지션들에 대응하고, 측 방향(L)에서 제2 코팅(13)의 폭은 측 방향(L)에서 제1 코팅(12)의 폭에 대응한다.
[0031] 도 1 및 도 2로 돌아가서, 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 액추에이터(50)는 언와인딩 롤(20)을 축방향으로 이동시키기 위한 메커니즘을 포함할 수 있다. 액추에이터(50)는 제어기(60)로부터 수신된 입력에 기초하여 언와인딩 롤(20) 상에 유지된 스토리지 스풀 상에 와인딩된 가요성 기판과 함께 언와인딩 롤(20)을 측 방향(L)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 따라서, 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하기 위해 언와인딩 롤(20)의 축방향 포지션이 직접 제어될 수 있으므로, 적어도 하나의 증기 소스(120)에 의해 코팅되는 기판의 면적이 조정될 수 있다. 언와인딩 롤(20)의 축방향 이동은 웹 수송 경로(T)를 따라 언와인딩 롤의 하류에 배열된 코팅 드럼 상의 기판의 대응하는 축방향 이동을 발생시킨다.
[0032] 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 증기 소스(120)는 가요성 기판이 코팅 드럼(30) 상에 지지되는 동안 증발된 재료를 가요성 기판의 제2 주 면(15) 상으로 지향시키기 위한 복수의 노즐들(121)을 포함한다.
[0033] 도 1 및 도 2에 묘사된 기상 증착 장치(100)는 그의 제1 주 면(14) 상에 제1 코팅(12)을 갖는 가요성 기판을 제2 코팅(13)으로 코팅하는 것을 허용한다. 제2 코팅은 제1 주 면(14)에 대향하는, 가요성 기판의 제2 주 면(15) 상에 증착될 수 있다. 본 명세서에 설명된 코팅 방법은 다음을 포함한다: 제1 주 면 상에 제1 코팅을 갖는 가요성 기판(10)이 언와인딩 롤(20)로부터 언와인딩된다. 가요성 기판이 코팅 드럼(30)으로 안내되는 동안 제1 코팅의 측방향 포지셔닝이 측정된다. 제1 코팅의 측방향 포지셔닝은 연속적으로 또는 짧은 시간 간격들로, 예를 들어 초당 10 회 초과 측정될 수 있다. 또한, 코팅 드럼(30) 상의 가요성 기판의 측방향 포지션은 예를 들어 연속적으로 또는 짧은 시간 간격들로 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 조정될 수 있다. 특히, 가요성 기판의 측방향 포지션은 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝을 입력 파라미터로서 이용하는 피드백 루프(feedback loop), 특히 폐쇄 루프를 사용하여 조정될 수 있다. 제2 코팅(13)은 코팅 드럼 상에 지지되는 가요성 기판의 영역 상에 증착되어, 예를 들어 제1 코팅과 제2 코팅 사이의 정렬을 얻기 위해 제2 코팅이 증착되는 코팅 영역이 적절하게 조정된다.
[0034] 일부 실시예들에서, 제2 코팅(13)은 제1 주 면에 대향하는, 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착된다. 따라서, 가요성 기판의 대향하는 면들 상의 코팅들은 본 명세서에 설명된 방법들에 따라 서로 양호하게 정렬되어 증착될 수 있다.
[0035] 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션은 제1 코팅(12)의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 언와인딩 롤(20)을 축방향으로 이동시킴으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 언와인딩 롤(20)은 액추에이터(50), 예를 들어 언와인딩 롤을 축 방향으로 이동시키도록 구성된 전기기계식 액추에이터에 의해 축방향으로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(50)는 선형 포지셔닝 모션(motion)들을 위해 설계될 수 있는 DC 모터(motor)를 포함할 수 있다. 액추에이터는 포지션 피드백, 즉, 액추에이터의 현재 포지션의 기록을 가질 수 있다.
[0036] 또한, 언와인딩 롤(20)의 회전 이동을 구동하기 위한 롤러 드라이브(drive)(70)가 제공될 수 있다. 롤러 드라이브(70)는 언와인딩 롤(20)을 회전시키도록 구성된 전기 모터를 포함할 수 있다. 따라서, 가요성 기판(10)는 언와인딩 롤(20)로부터 와인딩될 수 있고, 웹 수송 경로(T)를 따라 코팅 드럼(30)을 향해, 선택적으로 수동 롤러들일 수 있는 하나, 2 개 또는 그 초과의 추가 안내 롤러들 위로 안내될 수 있다.
[0037] 도 2에 개략적으로 묘사된 바와 같이, 제어기(60)는 액추에이터(50)에 제공되거나 또는 액추에이터와 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 액추에이터(50)는 적어도 부분적으로 진공 챔버(101) 외부에 배열될 수 있고, 진공 챔버(101) 내부에 배열되는 언와인딩 롤(20)을 이동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(50)의 모터는 진공 챔버 외부에 배열될 수 있고, 액추에이터(50)의 선형 이동 가능한 아암(arm)은 언와인딩 롤(20)을 축방향으로 이동시키기 위해 진공 챔버의 벽을 통해 언와인딩 롤(20)까지 연장될 수 있다.
[0038] 일부 실시예들에서, 액추에이터(50) 및 롤러 드라이브(70) 둘 모두는 적어도 부분적으로 진공 챔버(101) 외부에 배열될 수 있다. 액추에이터(50)는 언와인딩 롤(20)의 축방향 이동이 도 2에 개략적으로 묘사된 바와 같이 롤러 드라이브(70)에 의해 구동되는 언와인딩 롤(20)의 회전 이동 동안 그리고 이 회전 이동과는 독립적으로 가능하도록 구성될 수 있다.
[0039] 언와인딩 롤(20)은 반드시 가요성 기판이 상부에 와인딩된 스토리지 스풀을 포함하는 것이 아니라, 기판이 상부에 와인딩된 스토리지 스풀을 고정하기 위한 스풀 마운트(mount)로 이해될 수 있고, 이 스풀 마운트는 스토리지 스풀이 언와인딩 롤 상에 장착될 때 기판이 스토리지 스풀로부터 언와인딩될 수 있도록 회전 가능하다는 점에 주목해야 한다.
[0040] 일부 실시예들에서, 제1 코팅(12)의 측방향 포지셔닝의 측정은 예를 들어 센서(40)로 제1 코팅(12)의 하나 이상의 면 에지들(16)의 포지션을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서(40)는 광학 센서, 콘트라스트(contrast) 측정 센서, 또는 제1 코팅(12)의 면 에지(16)의 포지션을 결정하도록 구성된 거리 센서이거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 센서(40)는 코팅의 면 에지들을 검출하도록 구성된 카메라일 수 있다. 카메라는 동시에 양쪽 면들을 모니터링(monitor)할 수 있으므로, 카메라가 오프셋(offset)들을 확인하는 데 유익할 수 있다. 센서(40)는 센서(40)가 제1 코팅(12)의 하나 이상의 면 에지들(16)의 포지션을 스캐닝(scan)할 수 있도록 구성되고 장착될 수 있다. 예를 들어, 제1 코팅(12)의 면 에지(16)는 기판 에지(11)로부터 측 방향(L)으로 이격될 수 있고, 센서(40)는 제1 코팅(12)의 면 에지(16)의 포지션을 스캐닝하도록 장착될 수 있다.
[0041] 일부 구현들에서, 가요성 기판의 측방향 포지션은 제2 코팅(13)이 가요성 기판의 제1 주 면 상의 제1 코팅(12)과 정렬되어 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착되도록 조정될 수 있다. 구체적으로, 가요성 기판의 측방향 포지션은 제2 코팅(13)의 면 에지들(17)이 구체적으로 0.5 mm 이하, 특히 0.1 mm 이하의 편차로 제1 코팅(12)의 면 에지들(16)과 정렬되도록 조정될 수 있다.
[0042] 일부 실시예들에서, 제2 코팅은 다음과 같이 증착될 수 있다: 증발된 재료는, 가요성 기판이 코팅 드럼(30)의 만곡된 드럼 표면(111) 상에서 적어도 하나의 증기 소스(120)를 지나 이동되는 동안, 적어도 하나의 증기 소스(120)의 복수의 노즐들(121)로, 코팅 드럼(30) 상에 지지된 가요성 기판의 제2 주 면(15) 쪽으로 지향될 수 있다.
[0043] 증발된 재료는 코팅되지 않을, 가요성 기판의 측방향 에지 영역들을 마스킹하는 에지 배제 차폐부(130)에 의해 정의되는 코팅 윈도우를 통해 가요성 기판 쪽으로 지향될 수 있다. 액추에이터(50)는 제1 코팅(12)이 에지 배제 차폐부에 의해 정의되는 코팅 윈도우에 정확히 배열되도록 코팅 드럼 상에서 측 방향(L)으로 기판의 포지션을 조정할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 증기 소스(120)에 의해 증착되는 제2 코팅은 제1 코팅과 정렬되어 증착된다.
[0044] 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 제1 코팅(12) 및 제2 코팅(13) 중 적어도 하나는 금속 코팅, 특히 리튬 코팅이거나, 또는 리튬 함유 재료를 포함할 수 있다.
[0045] 가요성 기판은 금속 포일, 특히 구리 포일이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 가요성 기판은 50 ㎛ 이하, 특히 20 ㎛ 이하, 또는 심지어 6 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속 포일 또는 가요성 금속 코팅된 포일이 본 명세서에 설명된 기상 증착 장치에서 코팅될 수 있다. 일부 구현들에서, 가요성 기판은 30 ㎛ 미만, 예를 들어 6 ㎛ 이하의 두께를 갖는 얇은 구리 포일 또는 얇은 알루미늄 포일이다. 가요성 기판은 이미 제1 코팅으로 코팅되어 있다. 제1 코팅은 예를 들어 150 ㎛ 이하, 특히 100 ㎛ 이하, 또는 심지어 50 ㎛ 이하까지의 두께로 흑연, 실리콘 및/또는 실리콘 산화물, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 제1 코팅은 리튬 코팅일 수 있거나 또는 리튬 코팅을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 코팅은 리튬, 흑연, 실리콘, 및 실리콘 산화물로 이루어진 군 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 코팅은 흑연 및 실리콘 및/또는 실리콘 산화물을 포함하는 제1 코팅을 사전 리튬화(pre-lithiate)할 수 있거나, 또는 제2 코팅은 제1 코팅이 제공된 제1 주 면에 대향하는, 기판의 제2 주 면 상에 증착될 리튬 코팅일 수 있다.
[0046] 제1 코팅(12) 및 제2 코팅(13) 중 적어도 하나는 리튬 배터리의 제조를 위한 애노드를 구성하거나 또는 애노드의 일부를 형성할 수 있다. 증발에 의해 가요성 기판 상에 금속을 증착하는 것은 리튬 배터리들과 같은 배터리들의 제조에 사용될 수 있다. 예를 들어, Li-배터리의 애노드를 생성하기 위해 얇은 가요성 기판 상에 리튬 층이 증착될 수 있다. 선택적으로 전해질 및/또는 분리막을 사이에 두고, 애노드 층 스택(stack) 및 캐소드(cathode) 층 스택을 조립한 후, 제조된 층 배열체는 롤링되거나 또는 달리 적층되어 Li-배터리를 생성할 수 있다.
[0047] 도 4는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 기상 증착 장치(100)의 코팅 드럼의 개략적인 단면도이다.
[0048] 코팅 드럼(30)은 코팅될 가요성 기판(10)을 지지하도록 구성된 만곡된 드럼 표면(111)을 포함한다. 적어도 하나의 증기 소스(120)는 증기 전파 체적(151)을 통해 만곡된 드럼 표면(111) 쪽으로 증기(150)를 지향시키기 위한 복수의 노즐들(121)을 갖는다. 증기 전파 체적(151)은 복수의 노즐들(121)에 의해 증기(150)가 지향되는, 적어도 하나의 증기 소스(120)와 코팅 드럼(30) 사이의 체적 또는 공간으로 이해될 수 있다. 증기 전파 체적(151) 외부의 컴포넌트들, 예를 들어 진공 챔버 벽들의 스트레이(stray) 코팅이 감소되거나 또는 방지될 수 있도록, 복수의 노즐들(121)에 의해 방출되는 증기의 대부분이 증기 전파 체적(151) 내에, 즉, 복수의 노즐들(121) 하류의 정의된 체적 내에 가두어지는 경우 유익하다.
[0049] 코팅 드럼(30)은 가요성 기판(10)이 기상 증착 동안 적어도 하나의 증기 소스를 지나 이동될 수 있도록 축(A) 주위에서 회전 가능하다. 기판이 기상 증착 동안 증기 소스를 지나 이동할 때, 코팅 재료가 없는 상태로 유지되어야 하는 가요성 기판(10)의 에지 영역들의 정확한 마스킹(본 명세서에서 "에지 배제"라고도 함)이 어렵다. 가요성 기판의 에지 영역들의 정확한 마스킹은 기상 증착 동안 가요성 기판이 만곡된 드럼 표면(111) 상에서 이동하고 지지되는 경우에 특히 어려운데, 왜냐하면 기판이 지지되는 코팅 드럼과 증기 소스 사이의 거리가 만곡된 드럼 표면(111)의 곡률로 인해 원주방향으로 변할 수 있기 때문이다. 일부 실시예들에서, 코팅 드럼(30)은 300 mm 내지 1400 mm 또는 그 초과의 범위의 직경을 가질 수 있다.
[0050] 본 명세서에 설명된 실시예들은 만곡된 드럼 표면 상의 웹 기판을 제2 코팅으로 코팅하도록 구성된 롤-투-롤 증착 시스템들에서 신뢰할 수 있고 정확한 에지 배제 및 재료 차폐를 가능하게 한다.
[0051] 일부 실시예들에 따르면, 기상 증착 장치는, 적어도 하나의 증기 소스(120)로부터 코팅 드럼(30)을 향해 연장되고 증기 전파 체적(151)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 에지 배제 차폐부(130)를 포함한다. 에지 배제 차폐부(130)는 코팅되지 않을 가요성 기판의 하나 이상의 에지 영역들을 마스킹하기 위한 에지 배제 부분(131)을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 에지 배제 차폐부(130)는 코팅 드럼의 원주 방향으로 코팅 드럼(30)을 따라 연장되고, 만곡된 드럼 표면의 곡률을 따른다(도 1 참조).
[0052] 에지 배제 차폐부(130)는 적어도 하나의 증기 소스(120) 상에, 예를 들어, 증기 소스의 주변부에 또는 진공 챔버 내의 다른 고정 지지체에 장착될 수 있고, 적어도 하나의 증기 소스(120)로부터 코팅 드럼(30)을 향해 연장될 수 있다.
[0053] 에지 배제 차폐부(130)는 에지 배제 차폐부가 증기 전파 체적(151)을 적어도 부분적으로 또는 전체적으로 둘러싸서, 증기 전파 체적 외부의 증기(150)의 전파를 감소시키거나 또는 방지하도록 형상화될 수 있다. 다른 말로 하면, 에지 배제 차폐부(130)는 증기 전파 체적(151)의 측벽을 형성할 수 있고, 증기 전파 체적 내에 증기(150) 또는 적어도 그 주요 부분을 가둘 수 있다. 에지 배제 차폐부에 의해 (적어도 부분적으로 또는 전체적으로) 둘러싸인 증기 전파 체적(151) 외부의 표면들 상의 스트레이 코팅이 감소될 수 있고, 장치의 세정이 용이해질 수 있다.
[0054] 에지 배제 차폐부(130)는 도 4의 단면도에 개략적으로 묘사된 바와 같이 증기 전파 체적(151)의 적어도 2 개의 대향하는 측방향 면들에 배열될 수 있어, 증기가 도 4의 좌측 및 우측 면들을 향해, 즉, 측 방향(L)으로 증기 전파 체적(151)을 빠져나가는 것을 방지한다.
[0055] 에지 배제 차폐부(130)는 코팅 드럼(30)과 접촉하지 않으므로, 코팅 드럼 상에 지지된 가요성 기판은 기상 증착 동안 적어도 하나의 증기 소스(120)를 지나 그리고 에지 배제 차폐부(130)를 지나 이동할 수 있다. 에지 배제 차폐부(130)는 에지 배제 차폐부(130)와 코팅 드럼(30) 사이에 단지 작은 갭(gap), 예를 들어, 5 mm 이하, 3 mm 이하, 2 mm 이하, 또는 심지어 약 1 mm 이하의 갭만을 남길 수 있으므로, 거의 임의의 증기가 측 방향(L)으로 에지 배제 차폐부를 지나 전파될 수 없다.
[0056] 에지 배제 차폐부(130)는 에지 배제 차폐부(130)가 작동 온도, 예를 들어 일부 실시예들에서 500 ℃ 이상의 작동 온도로 가열될 때 에지 배제 차폐부(130) 상의 증기 응축이 감소되거나 또는 방지될 수 있도록 가열 가능할 수 있다. 에지 배제 차폐부(130) 상의 증기 응축을 방지하는 것은 세정 노력들이 감소될 수 있기 때문에 유익하다. 또한, 에지 배제 차폐부(130) 상의 코팅은 에지 배제 차폐부에 의해 제공되는 코팅 윈도우의 치수들을 변경할 수 있다. 특히, 에지 배제 차폐부(130)와 코팅 드럼(30) 사이에 단지 몇 밀리미터, 예를 들어, 약 1 mm 이하의 범위만의 갭이 제공되는 경우, 에지 배제 차폐부 상의 코팅은 갭 치수들의 변화를 야기할 것이고 따라서 가요성 기판 상에 증착되는 제2 코팅의 에지 형상의 바람직하지 않은 변화를 야기할 것이다. 또한, 에지 배제 차폐부 상에 코팅 재료가 축적되지 않으면 코팅 재료의 활용도가 개선될 수 있다. 구체적으로, 에지 배제 차폐부가 증기 응축 온도보다 높을 수 있는 작동 온도로 가열되는 경우, 증기 전파 체적 내부에서 전파되는 코팅 재료 중 본질적으로 모두가 기판 표면을 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 구체적으로 예를 들어 500 °C 내지 600 °C의 작동 온도에서 제공되는, 에지 배제 차폐부에 부딪치는 증기는, 개개의 증기 분자들이 에지 배제 차폐부의 표면 상이 아닌 기판 표면 상에서 끝나도록, 즉시 재증발되거나 또는 반사될 수 있다.
[0057] 에지 배제 차폐부(130)는 또한 본 명세서에서, 에지 배제 차폐부의 온도가 기상 증착 동안 미리 결정된 작동 온도로 설정될 수 있는 경우 "온도-제어 차폐물"로 지칭될 수도 있다. 제어기 및 제어기에 의해 제어되는 개개의 가열 배열체(140)가 기상 증착 동안 에지 배제 차폐부의 온도를 제어하기 위해 제공될 수 있다.
[0058] 본 명세서에 설명된 일부 실시예들에 따르면, 에지 배제 차폐부(130)는 코팅되지 않을, 기판의 에지 영역들을 마스킹하기 위한 에지 배제 부분(131)을 포함한다. 특히, 코팅 드럼(30)에 가깝게 배열되는 에지 배제 차폐부(130)의 전방 부분은, 코팅 재료가 없는 상태로 유지되어야 하는, 기판의 에지 영역들을 마스킹하는 에지 배제 마스크로서 구성될 수 있다. 특히, 측 방향(L)으로의 하나 또는 2 개의 기판 에지들(11)은 에지 배제 마스크로서 작용하는 에지 배제 차폐부(130)의 에지 배제 부분들(131)로 인해 코팅 재료가 없는 상태로 유지될 수 있다. 에지 배제 마스크로서 작용할 수 있도록, 에지 배제 부분(131)은 기상 증착 동안 기판으로부터 가까운 거리에, 구체적으로 2 mm 이하 또는 1.5 mm 이하, 특히 약 1 mm 이하(예를 들어, 1 mm +/- 20 %)의 거리에 배열될 수 있다. 증착 동안 에지 배제 부분(131)과 가요성 기판 사이의 2 mm 이상의 갭은 떨어져서 배열된 노즐들로부터 갭 내로 이미 상당한 증기 전파가 발생하여, 에지 배제를 방지하고 경사진 층 에지들 및 코팅된 기판 에지들을 제공할 수 있다.
[0059] 본 명세서에 설명된 일부 실시예들에 따르면, 에지 배제 부분(131)과 코팅 드럼(30) 사이의 거리(D)는 전형적으로 기상 증착 동안 2 mm 이하, 특히 1 mm 이하이다. 따라서, 에지 배제 부분(131)은 에지 배제 마스크로서 작용하여, 기판 에지들을 마스킹하고, 선명(sharp)하고 잘 정의된(well-degined) 코팅 층 에지들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 코팅 층 두께는 코팅 층 측방향 에지에서 측 방향(L)으로 3 mm 이하 범위 내에서 100 %에서 1 % 이하로 드롭될 수 있다.
[0060] 에지 배제 차폐부(130)가 제공되기 때문에, 가요성 기판(10) 상에서 측 방향(L)으로 미리 결정된 포지션에 제2 코팅(13)이 정확하게 증착될 수 있고, 제2 코팅(13)의 면 에지들은 매우 선명하고 명확하게 정의될 수 있다. 또한, 제1 코팅(12)의 측정된 측방향 포지셔닝에 기초하여 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션이 조정되기 때문에, 제2 코팅(13)은 예를 들어 대향하는 기판 면 상의 제1 코팅과 정렬되어, 제1 코팅(12)에 대해 정확하게 증착될 수 있다. 따라서, 박막 배터리의 제조에 적합할 수 있는 바와 같이 대향하는 기판 면들 상에 정확하게 정렬된 층 스택들을 보유하는 기판이 제조될 수 있다. 또한, 기판 포지션의 조정 및 에지 배제 차폐부로 인해, 제1 코팅에 대해 제2 코팅이 정확하게 증착될 수 있으므로, 재료 활용도가 개선될 수 있고, 제2 코팅이 폭 및 포지션에 있어 제1 코팅에 대응되는 것이 보장될 수 있다.
[0061] 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 에지 배제 차폐부(130)는 가요성 기판의 2 개의 대향하는 에지 영역들을 마스킹하도록 구성된다. 예를 들어, 도 4에 개략적으로 묘사된 바와 같이, 에지 배제 차폐부(130)의 에지 배제 부분들(131)은 측 방향(L)으로 기판의 제1 에지 영역을 향해 그리고 측 방향(L)으로 기판의 제2 대향 에지 영역을 향해 돌출되어, 기판 에지들(11) 근처의 에지 영역들을 마스킹하고, 잘 정의된 코팅 층 에지들을 보장한다.
[0062] 본 명세서에 설명된 다른 실시예들과 조합될 수 있는 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 증기 소스(120)는 금속, 특히 500 ℃ 이상, 특히 600 ℃ 이상의 증발 온도를 갖는 금속을 증발시키도록 구성될 수 있다. 일부 구현들에서, 적어도 하나의 증기 소스(120)는 기판 상에 리튬 층을 증착하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 증기 소스(120)는 600 ℃ 이상, 특히 800 ℃ 이상의 온도로 가열되도록 구성된 도가니(160), 및 도가니(160)로부터 복수의 노즐들(121)로 증기를 안내하도록 구성된 분배기(161)를 포함할 수 있고, 여기서 분배기의 내부 체적은 600 ℃ 이상, 특히 800 ℃ 이상의 온도로 가열될 수 있다.
[0063] 기상 증착 장치는 에지 배제 차폐부(130)를 작동 온도, 특히 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하의 온도로 능동적으로 또는 수동적으로 가열하기 위한 가열 배열체(140)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 에지 배제 차폐부의 작동 온도는 기판 쪽으로의 과도한 열 부하를 회피하기 위해, 증기 응축 온도보다 약간 더 높을 수 있는데, 예를 들어 증기 응축 온도보다 10 ℃ 이상 50 ℃ 이하 더 높을 수 있다.
[0064] 예를 들어, 기판 상에 여러 개의 재료 층들을 증착하기 위해 또는 기판 상에 동일한 재료의 하나의 두꺼운 재료 층을 증착하기 위해, 코팅 드럼의 원주 방향을 따라 2 개, 3 개 또는 그 초과의 증기 소스들이 나란히 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 기판이 하나의 회전하는 드럼의 만곡된 드럼 표면(111) 상에서 이동하는 동안, 두꺼운 금속 층이 기판 상에 증착될 수 있도록, 2 개, 3 개 또는 그 초과의 금속 증발 소스들, 특히 리튬 소스들이 하나의 회전 가능한 드럼의 원주 방향으로 서로 인접하게 배열된다(도 1 참조).
[0065] 도 5는 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법을 예시하기 위한 다이어그램이다.
[0066] 박스(501)에서, 제1 주 면 상에 제1 코팅을 갖는 가요성 기판이 언와인딩 롤로부터 언와인딩된다.
[0067] 박스(502)에서, 가요성 기판이 코팅 드럼으로 안내되는 동안 제1 코팅의 측방향 포지셔닝이 측정된다. 구체적으로, 제1 코팅의 면 에지의 포지션이 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 코팅의 측방향 포지셔닝은 개개의 센서에 의해 연속적으로 또는 짧은 시간 간격들로 스캐닝된다.
[0068] 박스(503)에서, 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션은 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 조정된다. 가요성 기판의 측방향 포지션은 예를 들어 선형 액추에이터를 통해, 언와인딩 롤을 축방향으로 이동시킴으로써 조정될 수 있다. 측방향 포지션은 기판 상에 이미 제공된 제1 코팅이 적어도 하나의 증기 소스에 의해 정의된 코팅 윈도우와 정렬되도록 조정될 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 증기 소스에 의해 증착된 제2 코팅은 제1 코팅과 정렬되어 증착된다.
[0069] 박스(504)에서, 제2 코팅은 적어도 하나의 증기 소스에 의해 가요성 기판 상에, 특히 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착된다. 제2 코팅은 제1 코팅과 정렬되어 증착될 수 있다.
[0070] 박스(504)에서의 증착은 증발된 재료를, 적어도 하나의 증기 소스로부터 코팅 드럼을 향해 연장되는 에지 배제 차폐부를 지나 가요성 기판의 제2 주 면으로 지향시키는 단계를 포함할 수 있다. 에지 배제 차폐부는 코팅 드럼의 만곡된 드럼 표면 상에 코팅 윈도우를 정의할 수 있고, 여기서 증발된 재료는 측 방향(L)으로 웹 기판 상에 충돌할 수 있다. 에지 배제 차폐부는 코팅되지 않을, 기판의 영역들, 특히 코팅되지 않을, 기판의 면 영역들을 마스킹할 수 있다. 에지 배제 차폐부의 에지 배제 부분은 코팅 드럼의 원주 방향으로 연장될 수 있고, 만곡된 드럼 표면에 대해 가까운 거리에서 코팅 드럼의 곡률을 따를 수 있다.
[0071] 일부 실시예들에서, 증기 소스는 금속 소스, 특히 리튬 소스이고, 증기는 금속 증기, 특히 리튬 증기이다. 에지 배제 차폐부의 작동 온도는 500 ℃ 이상 600 ℃ 이하, 특히 500 ℃ 내지 550 ℃일 수 있다. 증기 소스가 리튬 소스인 경우, 증기 소스 내부의 증발 온도는 600 ℃ 이상 850 ℃ 이하일 수 있다.
[0072] 기판은 가요성 포일, 특히 가요성 금속 포일, 보다 특히 구리 포일 또는 구리 보유 포일일 수 있다. 기판은 50 ㎛ 이하, 특히 20 ㎛ 이하, 예를 들어 약 8 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 기판은 20 ㎛ 이하 범위의 두께를 갖는 얇은 구리 포일일 수 있다.
[0073] 제1 코팅의 현재 포지션에 기초한 기판 포지션의 제어로 인해 그리고 에지 배제 차폐부로 인해, 제2 코팅은 제1 코팅과 정확한 정렬로 연속적으로 증착될 수 있는데, 즉, 제1 및 제2 코팅들의 면 에지들은 측 방향으로 대응하는 포지션들에 있을 수 있고, 제2 코팅의 면 에지들은 선명하고 잘 정의될 수 있다. 양쪽 기판 면들 상에 선명한 에지들을 갖는 잘 정렬된 코팅들을 갖는 기판들이 제조될 수 있으며, 이는 박막 배터리들의 제조에 특히 유익하다.
[0074] 본 명세서에 설명된 실시예들은 특히 다음에 관한 것이다:
실시예 1: 롤-투-롤 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법으로서:
언와인딩 롤로부터 가요성 기판을 언와인딩하는 단계 ― 가요성 기판은 제1 주 면 상에 제1 코팅을 가짐 ― ; 가요성 기판을 코팅 드럼으로 안내하면서, 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하는 단계; 제1 코팅의 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 단계; 및 가요성 기판 상에 제2 코팅을 증착하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 2: 실시예 1에 있어서, 제2 코팅은 제1 주 면에 대향하는, 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착되는, 방법.
실시예 3: 실시예 1 또는 2에 있어서, 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션은 제1 코팅의 측방향 포지셔닝에 따라 언와인딩 롤을 축방향으로 이동시킴으로써 조정되는, 방법.
실시예 4: 실시예들 1 내지 3 중 어느 하나에 있어서, 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하는 단계는 제1 코팅의 면 에지의 포지션을 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 5: 실시예들 1 내지 4 중 어느 하나에 있어서, 가요성 기판의 측방향 포지션은, 제2 코팅이 제1 주 면 상의 제1 코팅과 정렬되어 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착되도록 조정되는, 방법.
실시예 6: 실시예들 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 가요성 기판의 측방향 포지션은, 제2 코팅의 면 에지들이 특히 0.5 mm 이하, 보다 특히 0.1 mm 이하의 편차로 제1 코팅의 면 에지들과 정렬되도록 조정되는, 방법.
실시예 7: 실시예들 1 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 가요성 기판의 측방향 포지션은 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 입력 파라미터로서 이용하는 피드백 루프를 사용하여 조정되는, 방법.
실시예 8: 실시예들 1 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 제2 코팅을 증착하는 단계는, 가요성 기판이 코팅 드럼의 만곡된 드럼 표면 상에서 적어도 하나의 증기 소스를 지나 이동되는 동안, 적어도 하나의 증기 소스의 복수의 노즐들을 사용하여, 가요성 기판의 제2 주 면 쪽으로, 증발된 재료를 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 9: 실시예들 1 내지 8 중 어느 하나에 있어서, 제2 코팅을 증착하는 단계는, 코팅되지 않을, 가요성 기판의 측방향 에지 영역들을 마스킹하는 에지 배제 차폐부에 의해 정의된 코팅 윈도우를 통해, 증발된 재료를 가요성 기판 쪽으로 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 10: 실시예 9에 있어서, 에지 배제 차폐부는 제2 코팅의 증착 동안 500 ℃ 이상의 온도를 갖는, 방법.
실시예 11: 실시예들 1 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 제1 코팅 및 제2 코팅 중 적어도 하나는 리튬 코팅이거나 또는 리튬 함유 재료를 포함하는, 방법.
실시예 12: 실시예들 1 내지 11 중 어느 하나에 있어서, 가요성 기판은 금속 포일, 특히 구리 포일을 포함하는, 방법.
실시예 13: 실시예들 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 제1 코팅 및 제2 코팅 중 적어도 하나는 리튬 배터리를 제조하기 위한 애노드를 구성하거나 또는 애노드의 일부를 형성하는, 방법.
실시예 14: 가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치로서: 가요성 기판을 언와인딩하기 위한 언와인딩 롤; 가요성 기판 상에 증발된 재료를 증착하도록 구성된 적어도 하나의 증기 소스; 언와인딩 롤의 하류에 배열되고 적어도 하나의 증기 소스를 지나 가요성 기판을 안내하도록 구성된 코팅 드럼; 가요성 기판의 제1 주 면 상의 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하도록 구성된 센서; 코팅 드럼 상의 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하도록 구성된 액추에이터; 및 제1 코팅의 측방향 포지셔닝에 따라 액추에이터를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 기상 증착 장치.
실시예 15: 실시예 14에 있어서, 액추에이터는 언와인딩 롤을 축방향으로 이동시키기 위한 메커니즘을 포함하는, 기상 증착 장치.
실시예 16: 실시예들 14 또는 15에 있어서, 적어도 하나의 증기 소스는 증발된 재료를 코팅 드럼 상에 지지된 가요성 기판의 제2 주 면 상으로 지향시키는 복수의 노즐들을 포함하는, 기상 증착 장치.
실시예 17: 실시예들 14 내지 16 중 어느 하나에 있어서, 적어도 하나의 증기 소스로부터 코팅 드럼을 향해 연장되고 증기 전파 체적을 적어도 부분적으로 둘러싸는 에지 배제 차폐부를 더 포함하는, 기상 증착 장치.
실시예 18: 실시예 17에 있어서, 에지 배제 차폐부는 코팅되지 않을, 가요성 기판의 에지 영역들을 마스킹하기 위한 에지 배제 부분을 포함하고, 에지 배제 차폐부는 원주 방향으로 코팅 드럼을 따라 연장되고 코팅 드럼의 곡률을 따르는, 기상 증착 장치.
실시예 19: 실시예 17 또는 18에 있어서, 에지 배제 차폐부는 증발된 재료의 응축 온도 초과의 작동 온도로 가열 가능한, 기상 증착 장치.
실시예 20: 리튬 배터리의 애노드를 제조하는 방법으로서: 기상 증착 장치, 특히 본 명세서에 설명된 바와 같은 기상 증착 장치에서 가요성 기판을 안내하는 단계; 가요성 기판의 제1 주 면 상에 제공된 제1 코팅의 측방향 포지셔닝에 따라 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 단계; 및 제2 코팅이 제1 코팅과 측방향으로 정렬되도록 가요성 기판 상에 제2 코팅을 형성하기 위해, 증발된 재료를 에지 배제 차폐부를 지나 가요성 기판의 제2 주 면으로 지향시키는 단계를 포함하는, 방법.
[0075] 전술한 바가 실시예들에 관한 것이지만, 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있고, 그 범위는 다음 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 롤-투-롤(roll-to-roll) 증착 시스템에서 가요성 기판을 코팅하는 방법으로서,
    상기 가요성 기판을 언와인딩 롤(unwinding roll)로부터 언와인딩하는 단계 ― 상기 가요성 기판은 제1 주 면(side) 상에 제1 코팅을 가짐 ― ;
    상기 가요성 기판을 코팅 드럼(drum)으로 안내하면서, 상기 제1 코팅의 측방향 포지셔닝(positioning)을 측정하는 단계;
    상기 제1 코팅의 상기 측정된 측방향 포지셔닝에 따라 상기 코팅 드럼 상의 상기 가요성 기판의 측방향 포지션(position)을 조정하는 단계; 및
    상기 가요성 기판 상에 제2 코팅을 증착하는 단계를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 코팅은 상기 제1 주 면에 대향하는, 상기 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착되는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅 드럼 상의 상기 가요성 기판의 측방향 포지션은 상기 제1 코팅의 측방향 포지셔닝에 따라 상기 언와인딩 롤을 축방향으로 이동시킴으로써 조정되는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하는 단계는 상기 제1 코팅의 면 에지(edge)의 포지션을 스캐닝(scan)하는 단계를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 측방향 포지션은, 상기 제2 코팅이 상기 제1 주 면 상의 상기 제1 코팅과 정렬되어 상기 가요성 기판의 제2 주 면 상에 증착되도록, 조정되는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 측방향 포지션은 상기 제2 코팅의 면 에지들이 0.5 mm 이하의 편차로 상기 제1 코팅의 면 에지들과 정렬되도록 조정되는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판의 상기 측방향 포지션은 상기 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 입력 파라미터로서 이용하는 피드백 루프(feedback loop)를 사용하여 조정되는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  8. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코팅을 증착하는 단계는, 상기 가요성 기판이 상기 코팅 드럼의 만곡된 드럼 표면 상에서 적어도 하나의 증기 소스(source)를 지나 이동되는 동안, 상기 적어도 하나의 증기 소스의 복수의 노즐(nozzle)들을 사용하여, 상기 가요성 기판의 제2 주 면 쪽으로, 증발된 재료를 지향시키는 단계를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  9. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코팅을 증착하는 단계는, 코팅되지 않을, 상기 가요성 기판의 측방향 에지 영역들을 마스킹(mask)하는 에지 배제 차폐부(edge exclusion shield)를 지나 상기 가요성 기판 쪽으로, 증발된 재료를 지향시키는 단계를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 에지 배제 차폐부는 500 ℃ 이상의 온도를 갖는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  11. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅 중 적어도 하나는 리튬 코팅이거나 또는 리튬 함유 재료를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  12. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가요성 기판은 금속 포일(foil)을 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  13. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 코팅 및 상기 제2 코팅 중 적어도 하나는 리튬 배터리(battery)를 제조하기 위한 애노드(anode)를 구성하거나 또는 애노드의 일부를 형성하는,
    가요성 기판을 코팅하는 방법.
  14. 가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치로서,
    상기 가요성 기판을 언와인딩하기 위한 언와인딩 롤;
    상기 가요성 기판 상에 증발된 재료를 증착하도록 구성된 적어도 하나의 증기 소스;
    상기 언와인딩 롤의 하류에 배열되고 상기 적어도 하나의 증기 소스를 지나 상기 가요성 기판을 안내하도록 구성된 코팅 드럼;
    상기 가요성 기판의 제1 주 면 상의 제1 코팅의 측방향 포지셔닝을 측정하도록 구성된 센서;
    상기 코팅 드럼 상의 상기 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하도록 구성된 액추에이터(actuator); 및
    상기 제1 코팅의 상기 측방향 포지셔닝에 따라 상기 액추에이터를 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 언와인딩 롤을 축방향으로 이동시키기 위한 메커니즘을 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  16. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 증기 소스는 상기 증발된 재료를 상기 코팅 드럼 상에 지지된 상기 가요성 기판의 제2 주 면 상으로 지향시키는 복수의 노즐들을 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  17. 제14 항 또는 제15 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 증기 소스로부터 상기 코팅 드럼을 향해 연장되고 증기 전파 체적을 적어도 부분적으로 둘러싸는 에지 배제 차폐부를 더 포함하는,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 에지 배제 차폐부는 코팅되지 않을, 상기 가요성 기판의 에지 영역들을 마스킹하기 위한 에지 배제 부분을 포함하고, 상기 에지 배제 차폐부는 원주 방향으로 상기 코팅 드럼을 따라 연장되고 상기 코팅 드럼의 곡률을 따르는,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 에지 배제 차폐부는 상기 증발된 재료의 응축 온도 초과의 작동 온도로 가열 가능한,
    가요성 기판을 코팅하기 위한 기상 증착 장치.
  20. 리튬 배터리의 애노드를 제조하는 방법으로서,
    제14 항의 기상 증착 장치에서 가요성 기판을 안내하는 단계;
    상기 가요성 기판의 제1 주 면 상에 제공된 제1 코팅의 측방향 포지셔닝에 따라 상기 가요성 기판의 측방향 포지션을 조정하는 단계; 및
    제2 코팅이 상기 제1 코팅과 측방향으로 정렬되도록 상기 가요성 기판 상에 상기 제2 코팅을 형성하기 위해, 리튬 함유 재료 또는 리튬을 포함하는 증발된 재료를 에지 배제 차폐부를 지나 상기 가요성 기판의 제2 주 면으로 지향시키는 단계를 포함하는,
    리튬 배터리의 애노드를 제조하는 방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023150882A1 (en) * 2022-02-11 2023-08-17 Li-Metal Corp. Processing pvd-deposited anode assemblies
DE102022105874A1 (de) 2022-03-14 2023-09-14 Körber Technologies Gmbh Stapelstation und Stapelverfahren für die Batteriezellen produzierende Industrie

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1460643B1 (en) 2003-03-20 2009-01-07 Agfa HealthCare NV Manufacturing method of phosphor or scintillator sheets and panels suitable for use in a scanning apparatus.
US7339139B2 (en) * 2003-10-03 2008-03-04 Darly Custom Technology, Inc. Multi-layered radiant thermal evaporator and method of use
JP2010055922A (ja) * 2008-08-28 2010-03-11 Toppan Printing Co Ltd 膜電極接合体の製造装置及び製造方法
WO2011016471A1 (ja) 2009-08-06 2011-02-10 富士電機ホールディングス株式会社 薄膜積層体の製造装置
EP2762608B1 (en) 2013-01-31 2019-10-02 Applied Materials, Inc. Gas separation by adjustable separation wall
JP5622893B1 (ja) * 2013-05-24 2014-11-12 富士機械工業株式会社 両面塗工システム
KR101684550B1 (ko) * 2015-07-29 2016-12-08 현대자동차 주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법
HUE054863T2 (hu) 2015-09-09 2021-10-28 Flisom Ag Leválasztórendszer
KR101905560B1 (ko) * 2016-03-08 2018-11-21 현대자동차 주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법
KR102371231B1 (ko) * 2017-05-18 2022-03-04 현대자동차 주식회사 연료전지용 막-전극 어셈블리의 제조장치 및 방법
TWI773761B (zh) * 2017-05-25 2022-08-11 美商麥吉克利普公司 雙面壓印方法
JP7408541B2 (ja) * 2017-09-21 2024-01-05 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド リチウムアノードデバイススタック製造

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