KR20230121783A - 롤-투-롤 처리 - Google Patents

롤-투-롤 처리 Download PDF

Info

Publication number
KR20230121783A
KR20230121783A KR1020237022843A KR20237022843A KR20230121783A KR 20230121783 A KR20230121783 A KR 20230121783A KR 1020237022843 A KR1020237022843 A KR 1020237022843A KR 20237022843 A KR20237022843 A KR 20237022843A KR 20230121783 A KR20230121783 A KR 20230121783A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
deposition
central cylinder
roll
substrate
head
Prior art date
Application number
KR1020237022843A
Other languages
English (en)
Inventor
디데릭크 안드리아누스 슈페
Original Assignee
칼파나 테크놀로지스 비.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 칼파나 테크놀로지스 비.브이. filed Critical 칼파나 테크놀로지스 비.브이.
Publication of KR20230121783A publication Critical patent/KR20230121783A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45544—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus
    • C23C16/45548—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction
    • C23C16/45551—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the apparatus having arrangements for gas injection at different locations of the reactor for each ALD half-reaction for relative movement of the substrate and the gas injectors or half-reaction reactor compartments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45523—Pulsed gas flow or change of composition over time
    • C23C16/45525—Atomic layer deposition [ALD]
    • C23C16/45527—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations
    • C23C16/45529—Atomic layer deposition [ALD] characterized by the ALD cycle, e.g. different flows or temperatures during half-reactions, unusual pulsing sequence, use of precursor mixtures or auxiliary reactants or activations specially adapted for making a layer stack of alternating different compositions or gradient compositions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/455—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for introducing gases into reaction chamber or for modifying gas flows in reaction chamber
    • C23C16/45563—Gas nozzles
    • C23C16/45574—Nozzles for more than one gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/54—Apparatus specially adapted for continuous coating
    • C23C16/545—Apparatus specially adapted for continuous coating for coating elongated substrates

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Rolls And Other Rotary Bodies (AREA)

Abstract

본 발명은 롤-투-롤 증착 시스템에 관한 것이며, 이 시스템은, 기다란 정적 중심 실린더를 포함하고 이 중심 실린더 주위에 배치되는 가요성 기재의 나선형 이송을 위한 기재 이송 시스템을 포함하고, 중심 실린더는, 중심 실린더의 표면 위에서 가요성 기재를 무마찰로 또는 낮은 마찰로 이송시키기 위해 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 베어링 구조를 포함하며, 본 시스템은 또한 하나 이상의 원자층 증착 ALD 증착 헤드를 포함하며, ALD 증착 헤드는 중공 실린더로 구성되며, 처리 헤드의 내측 표면은 가요성 기재 상에 원자층을 증착하기 위한 증착 구조를 포함하고, 증착 헤드의 내부 반경은 중심 실린더의 외부 반경 보다 크며, 하나 이상의 증착 헤드는 중심 실린더 주위에서 회전하도록 구성되며, 처리 헤드의 길이방향 축선은 중심 실린더의 길이방향 축선과 일치한다.

Description

롤-투-롤 처리
본 발명은 롤-투-롤(roll-to-roll) 처리(processing)에 관한 것으로, 특히, 하지만 비 배타적으로, 롤-투-롤 층 증착 시스템과 같은 롤-투-롤 처리 시스템 및 이러한 롤-투-롤 층 처리 시스템을 위한 기재 이송 기구에 관한 것이다.
롤-투-롤 처리(웨브(web) 처리 또는 릴(reel)-투-릴 처리라고도 함)는, 예컨대, 디스플레이, 광전지 또는 배터리 전극과 같은 박막 구조가 가요성 플라스틱 기재 또는 금속 포일의 롤 상에 연속적인 방식으로 증착, 에칭 또는 처리되는 방법을 포함한다. 현재, 높은 처리량으로 원자 수준에서 공정을 제어할 수 있는 롤-투-롤 처리 기술이 개발되었다. 예를 들어, 원자층 증착(ALD)은, 기재의 표면을 2개 이상의 교대적인 전구체(precursor) 가스에 노출시켜 그 기재의 표면에 무기 재료로 순차적으로 코팅하여 박막 재료를 증착하는 박막 증착 공정이다. 이러한 가스는 표면과 반응하여, 재료의 완벽한 단층이 기재에 형성된다. 이 공정은, 일단 전구체 가스가 단층 코팅으로 변환되면 반응이 중지된다는 점에서 자기(self) 제한적이고 매우 등각적인(conformal) 코팅을 제공한다. 이러한 방식으로, ALD는 고품질 코팅을 형성할 수 있으며, 반도체 산업에서의 많은 적용례, 예를 들어, 광전지, 배터리 전극, OLED 등을 위한 바람직한 방법이 되었다.
종래의 ALD 처리 방식에서, 반주기마다 반응 챔버를 비워야 하므로 증착 속도가 매우 느리며, 그래서 공정은 대규모 적용에는 덜 적합하게 된다. 이를 위해, 전구체가 연속적으로 하지만 다른 물리적 위치에서 증착되는 공간적 ALD 방식이 개발되었다. 공간적 ALD 기술의 개요는 Poodt 등의 논문인 Spatial atomic layer deposition: a route towards further industrialisation of atomic layer deposition., J.Vac.Sci.Technol. A30(1)(2012년 2월)에 설명되어 있다. 공간적 ALD 개념은 또한 가요성 기재 상에서의 층 증착을 위한 롤-투-롤 시스템에도 사용될 수 있다. 그 경우, 롤-투-롤 시스템에서는 기재의 정확한 제어가 어렵기 때문에, 가스의 분리가 어렵다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 방식이 개발되었다.
US2018/0037994에는, 증착 헤드로서 구성된 회전 드럼 주위에 가요성 기재가 안내되는 공간적 롤-투-롤 ALD 시스템이 설명되어 있다. 증착 동안에, 웨브는 가스 베어링을 사용하여 회전 드럼 위에서 비접촉식으로 이송된다. 유사하게, WO2012028776에는, 증착 헤드가 외부에서 움직이고 있을 때, 기재가 베어링 장치의 중심 원통형 구성 주위에 단단히 감기는 시스템이 설명되어 있다.
두 방식 모두의 경우, 도구 주위에서의 기재 위치를 제어하기가 매우 어렵다. 기재가 가스를 자체의 슬롯에 국한시키기 때문에, 높은 정확도로 기재를 이송시키는 것이 매우 중요하다. 더욱이, 두 방식 모두에서, 증착 헤드가 기재에 의해 덮이지 않는 영역이 있다. 여기서 가스가 제어되지 않으면서 유출할 수 있다. 이를 피하기 위해, 증착 헤드는 이 영역에 들어가기 전에 (적어도 부분적으로) 퍼징(purging)되어야 한다. 이러한 조치에서는 처리량이 희생될 것인데, 플러싱/퍼징이 어느 시점 전에 시작될 필요가 있으며 그래서 증착 영역의 대부분이 손실되기 때문이다. 더욱이, 퍼징은 완벽하지 않을 것이며, 그 결과, 이 영역에서 기상 반응, 즉 오염이 발생하게 된다.
따라서, 위와 같은 사항으로부터, 개선된 롤-투-롤 층 처리 시스템에 대한 당업계의 요구가 있다. 특히, 증착 헤드에 대한 기재의 정확한 위치 제어를 필요로 하는 ALD 기술과 같은 증착 기술에 적합한 롤-투-롤 층 증착 시스템과 같은 롤-투-롤 처리 시스템에 대한 당업계의 요구가 있다. 특히, 증착 헤드를 항상 기재로 완전히 덮을 수 있는 롤-투-롤 처리를 위한 개선된 기재 이송 시스템에 대한 당업계의 요구가 있다.
당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 양태는 시스템 또는 방법으로 구현될 수 있다.
본 발명은, 증착 동안에, 증착 헤드에 대한 기재의 정확한 제어를 가능하게 하는 개선된 롤-투-롤 증착 시스템 및 이러한 증착 시스템을 위한 기재 이송 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 증착 시스템은 고속 또는 고처리량의 롤-투-롤 공간적 ALD 공정에 특히 적합하다. 산업 공정에서 기재는 수 미터의 폭 및 10∼200 마이크로미터의 두께를 가질 수 있다는 점을 고려할 때, 그 기재는 일반적으로 매우 가요적이고 그의 정확한 위치를 제어하기가 복잡하다. 많은 증착 공정에서, 증착 헤드와 기재 사이의 거리를 정확하게 제어하는 것이 가장 중요하다. 특히 공간적 ALD 증착에서는, 적절한 가스 국한을 보장하기 위해 기재와 증착 헤드 사이의 거리가 200 마이크로미터 이하, 바람직하게는 50 마이크로미터 이하인 것이 필요하다.
일 양태에서, 본 발명은 롤-투-롤 처리 시스템에 관한 것일 수 있고, 이 시스템은, 기다란 정적 중심 실린더를 포함하고 이 중심 실린더 주위에 배치되는 가요성 기재의 나선형 이송을 위한 기재 이송 시스템(중심 실린더는, 이 중심 실린더의 표면 위에서 가요성 기재를 무마찰로 또는 낮은 마찰로 이송시키기 위해 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 베어링 구조를 포함함), 및 하나 이상의 ALD 증착 헤드를 포함하고, ALD 증착 헤드는 중공 실린더로 구성되며, 처리 헤드의 내측 표면은 가요성 기재 상에 원자층을 증착하기 위한 증착 구조를 포함하고, 증착 헤드의 내부 반경은 중심 실린더의 외부 반경 보다 크며, 하나 이상의 증착 헤드는 중심 실린더 주위에서 회전하도록 구성되며, 처리 헤드의 길이방향 축선은 중심 실린더의 길이방향 축선과 일치한다.
일 실시 형태에서, 중심 실린더의 표면과 증착 헤드의 내측 표면 사이의 공간은, 기재가 증착 헤드를 통해 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 통해 이송되는 동안에 가요성 기재 상에 원자층을 증착하기 위한 증착 영역을 형성한다.
회전 증착 헤드를 갖는 공간적 ALD 시스템에 있는 나선형 이송 시스템은, 증착 헤드가 웨브와 연속적으로 대향하여 효율적인 증착이 달성될 수 있고 증착 동안에 증착 헤드가 회전하여, 기재가 증착 영역을 통해 이동하는 중에 노출되는 ALD 사이클(한 ALD 사이클이 하나의 원자층을 형성함)의 수를 증가시키며 그리고 가스베어링 중심 실린더는 전체 증착 영역에 걸쳐 기재의 반경 방향 위치의 안정적이고 정확한 규정을 가능하게 한다는 사실을 포함하는, 종래 기술에 대한 다양한 이점을 제공한다. 이로써, 증착 영역에서 전구체 가스의 양호한 분리가 제공된다.
한 양태에서, 본 발명은 롤-투-롤 처리 시스템에 관한 것일 수 있는데, 이 처리 시스템은, 기다란 중심 실린더를 포함하고 이 중심 실린더 주위에 감긴 가요성 기재를 나선형으로 이송하기 위한 기재 이송 시스템, 및 중공 실린더로 구성된 처리 헤드를 포함하고, 증착 헤드의 내측 표면은 하나 이상의 물질을 가요성 기재의 표면 상에 증착하기 위한 처리 구조, 예를 들어 전구체 가스 출구를 포함하고, 처리 헤드의 내부 반경은 중심 실린더의 외부 반경보다 크며, 중심 실린더는 중공의 제1 증착 헤드 내부에 위치되며, 처리 헤드의 길이방향 축선은 중심 실린더의 길이방향 축선과 일치하고, 중심 실린더의 표면과 처리 헤드의 내측 표면 사이의 공간은 처리 영역을 규정하고, 기재 이송 시스템은 처리 헤드를 통해 가요성 기재를 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 통해 이송하도록 구성되며, 처리 헤드는 중심 실린더 주위에서 회전하도록 구성된다.
따라서, 본 발명은 가요성 기재, 예컨대 웨브 또는 포일에 대해 움직이는 처리 헤드를 포함하고, 그 기재는 처리 헤드를 통해 원통형 중심 실린더 주위에서 나선형 경로를 통해 이송된다.
이렇게 해서, 기재의 모든 위치는 가능한 한 빠르게 많은 전구체 사이클(상이한 전구체 가스)에 노출될 수 있다. 또한, 종래 기술의 해결책과 비교하여, 본 발명은 개선된 가스 국한을 제공하며, 그래서 전구체가 혼합되지 않으며, 그리하여 기상 반응, 시스템(처리 챔버) 또는 기재의 오염 및 먼지/입자 형성을 피할 수 있다. 추가로, 본 발명은, 증착된 코팅이 증착 시스템의 표면과 접촉할 수 있는 위험을 제거하거나 적어도 최소화하며, 그리하여 코팅의 가능한 손상 또는 코팅 내부 또는 코팅 상에서의 입자 형성을 피할 수 있다.
제안된 롤-투-롤 처리 시스템이 제공하는 중요한 공정 이점은, 전체 증착 헤드가 항상 기재로 덮여 있다는 것이다. 따라서, 가스 누출 및 오염이 발생할 수 있는, 노출된 슬롯이 없다. 추가로, 노출된 영역에 가스가 들어가기 전에 가스 슬롯을 퍼징할 필요가 없어, 증착 영역/효율이 크게 증가된다. 기재 위치의 연속적인 제어는, 기재와 접촉할 위험 없이 항상 양호한 가스 국한을 가능하게 한다. 증착 영역과 대향하는 기재의 인-피드 지점 또는 아웃-피드 지점이 없기 때문에, 어디에서도 증착 조건의 교란이 일어나지 않을 것이다.
본 발명의 추가 이점은, ALD 증착 시퀀스와 같은 증착 시퀀스에서 시작 또는 끝내기 전구체를 선택할 수 있는 가능성에 관한 것이다. 공지된 공간적 ALD 공정에서, 기재의 모든 부분에 대한 전구체의 시퀀스는 전구체 중의 다른 (무작위의) 하나로 시작하거나 끝난다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 공정을 시작하거나 끝내기 위한 하나 이상의 미리 결정된 전구체의 선택을 가능하게 하며, 그래서 기존의 공정에 새로운 증착 가능성을 더할 수 있다. 예컨대, 일부 증착 방식에서, 기재 상에서 ALD 성장의 균질한 핵형성을 보장하기 위해 항상 금속 전구체(산화제와는 반대)로 증착 공정을 시작하는(예컨대, 항상 트리메틸알루미늄 노출로 산화알루미늄 성장을 시작하는) 것이 바람직할 수 있다. 다른 증착 방식에서는, 마무리 전구체를 선택(예컨대, 항상 금속 전구체로 마무리하거나 심지어 그 위에 얇은 무기 층을 두는 일련의 사이클로, 주변 환경에서 불안정하고 분자층 증착을 통해 증착되는 유기 층을 부동태화)할 수 있는 것이 유익할 수 있다
일 실시 형태에서, 기재의 나선형 이송은 제1 회전 방향과 관련되어 있고 제1 증착 헤드의 회전은 제2 회전 방향과 관련되어 있으며, 제2 회전 방향은 제1 회전 방향과 반대이다.
일 실시 형태에서, 중심 실린더는, 제1 증착 챔버를 통한 가요성 기재의 무마찰 또는 저마찰 이송을 제공하기 위해 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 베어링 구조, 바람직하게는 가스 베어링 구조 및/또는 롤러 베어링 구조를 포함한다.
일 실시 형태에서, 기재 이송 시스템은 중심 실린더 위에서 서로의 옆에 배치되는 복수의 중공 튜브 세그먼트를 더 포함하고, 가요성 기재는 그 중공 튜브 세그먼트 주위에 감기며, 가요성 기재가 제1 증착 챔버를 통해 이송될 때, 튜브 세그먼트는 중심 실린더 위에서 그 중심 실린더의 단부 쪽으로 이동하게 된다.
일 실시 형태에서, 기재 이송 시스템은, 제2 나선형 경로를 통해 원통형의 중심 실린더 주위에서 움직이도록 구성된 가요성 벨트, 바람직하게는 무단 컨베이어 벨트를 더 포함하고, 가요성 벨트는 가요성 기재를 위한 나선형 벨트 이송 구조를 형성하며, 가요성 기재는 나선형 벨트 이송 구조 주위에 감기며, 가요성 벨트 구조가 제2 나선형 경로를 통해 중심 실린더 위에서 이송될 때, 가요성 기재는 처리 챔버를 통해 제1 나선형 경로를 통해 이송된다.
일 실시 형태에서, 기재 이송 시스템은 가요성 기재를 중심 실린더 상으로 안내하기 위한 이송 안내 구조를 더 포함하고, 이 안내 구조는, 가요성 기재가 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 따르도록 배치된다.
일 실시 형태에서, 증착 구조는 복수의 처리 영역에 배치되며, 각 처리 영역은 처리 헤드의 내측 표면에서 축방향으로 연장되어 있고, 각 처리 영역은 재료를 처리하기 위한, 예컨대 재료를 기재 상에 증착하기 위한 처리 구조를 포함한다.
일 실시 형태에서, 복수의 처리 영역 각각은 퍼징 영역 및/또는 배출 영역에 의해 분리될 수 있다.
일 실시 형태에서, 처리 구조는, 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD), 열선 화학적 기상 증착(HWCVD) 또는 금속 유기 화학적 기상 증착(MOCVD)과 같은 화학적 기상 증착 기술, 원자층 증착(ALD), 분자층 증착(MLD), 물리적 기상 증착(PVD) 기술 또는 인쇄 기술, 예컨대 슬롯 다이 코팅, 또는 잉크젯 인쇄에 기반하여 하나 이상의 층을 기재 상에 증착하도록 구성된 하나 이상의 증착 구조를 포함할 수 있다
추가 양태에서, 본 발명은 롤-투-롤 처리 시스템을 위한 기재 이송 시스템 에 관한 것일 수 있으며, 이 기재 이송 시스템은, 중심 실린더 주위에 감긴 가요성 기재의 나선형 이송을 위한 기다란 정적 중심 실린더를 포함하고, 이 중심 실린더는 가요성 기재의 무마찰 또는 저마찰 이송을 제공하기 위해 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 베어링 구조, 바람직하게는 가스 베어링 구조 및/또는 롤러 베어링 구조를 포함하고, 기재 이송 시스템은, 또한, 가요성 기재를 중심 실린더 상으로 안내하기 위한 이송 안내 구조를 포함하고, 이 안내 구조는 가요성 기재가 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 따르도록 배치된다.
본 시스템은 처리 헤드를 통한 기재의 연속적인 중단 없는 무마찰 이송을 가능하게 한다.
일 실시 형태에서, 기재 이송 시스템은 중심 실린더 위에서 서로의 옆에 배치되는 복수의 중공 튜브 세그먼트를 더 포함하고, 가요성 기재는 그 중공 튜브 세그먼트 주위에 감기며, 가요성 기재가 처리 챔버를 통해 이송될 때, 튜브 세그먼트는 중심 실린더 위에서 그 중심 실린더의 단부 쪽으로 이동하게 된다.
일 실시 형태에서, 기재 이송 시스템은 제2 나선형 경로를 통해 원통형의 중심 실린더 주위에서 움직이도록 구성된 가요성 벨트, 바람직하게는 무단 컨베이어 벨트를 더 포함하고, 가요성 벨트는 가요성 기재를 위한 나선형 벨트 이송 구조를 형성하며, 가요성 기재는 나선형 벨트 이송 구조 주위에 감기며, 가요성 벨트 구조가 제2 나선형 경로를 통해 중심 실린더 위에서 이송될 때, 가요성 기재는 처리 챔버를 통해 제1 나선형 경로를 통해 이송된다.
최신 기술의 롤-투-롤 이송 시스템과 비교되는, 제안된 이송 시스템의 중요한 공정 이점은, 이송 실린더가 기재와 영구적으로 접촉한다는 것이다. 이러한 밀접한 접촉에 의해, 진공 환경에서 사용되는 경우에도 이송 실린더 자체의 냉각 또는 가열을 통해 기재의 온도를 정확하게 제어할 수 있다. 추가로, 기재는 모든 지점에서 중심 실린더 주위에 단단히 감기기 때문에, 변형(예컨대, 기재의 가열/냉각으로 인한 주름 발생)의 가능성이 최소화된다.
더윽이, 기재의 영구적인 지지에 의해, 매우 얇고 취약한 기재의 사용이 가능하게 되며, 이는 매우 바람직한 것인데, 하지만 많은 최신 기술의 롤-투-롤 도구 및 공정에서는 불가능하다.
기재가 중심 실린더를 떠날 필요가 없기 때문에, 가요성 기재를 처리하는 생산 라인의 핵심 요소인 제안된 이송 실린더는 하나의 시스템에서 다수의 공정(CVD, ALD, 슬롯 다이 코팅, 경화 등)을 적용하는 데에 편리하다.
공정 사이에 조향 유닛/추가 롤러가 필요 없기 때문에, 전체 도구/라인의 점유 면적(footprint)이 매우 작을 수 있다.
모든 공정 장치가 생산 라인의 중심에서 차례 대로 배치되는 최신 기술의 생산 라인과는 대조적으로, 중심 이송 실린더와 대향하여 서로의 옆에 배치되는 증착 장치와 같은 처리 장치의 구성에 의해, 유지 보수, 수리 또는 청결화를 위해 모든 장치가 쉽게 접근 가능하다.
특히 연구 개발 상황에서 이송 시스템의 중요한 실제 이점은, 하나의 시스템을 사용하여 다양한 기재 폭을 처리할 수 있다는 것이다. 기재가 중심 실린더에 들어가는 각도를 조절하여 첫 번째 나선형 경로의 피치를 기재 폭과 일치하도록 선택할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 실시 형태를 개략적으로 나타내는 첨부된 도면을 참조하여 더 설명될 것이다. 본 발명은 이러한 특정 실시 형태에 결코 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
도 1a-1c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 2a-2b는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 단면의 개략도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 증착을 위한 기재 이송 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 단면의 개략도를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 증착을 위한 기재 이송 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기재 안내 구조를 나타낸다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기재 안내 구조의 공급 각도의 효과를 도시한다.
도 8은 본 발명의 추가 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템을 위한 증착 헤드의 개략도를 나타낸다.
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 증착을 위한 기재 이송 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 1a-1c는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 처리 시스템의 개략도를 나타낸다. 도 1a는 롤-투-롤 층 처리 시스템(100), 예컨대, 롤-투-롤 증착 시스템의 개략도를 도시하며, 이 시스템은, 기다란 가요성 기재(106)(당업계에서 웨브(web) 또는 포일(foil)로도 알려져 있음)를 수용하는 베어링 표면을 갖는 기다란 정적 중심 실린더(102)를 포함한다. 웨브 재료는 금속, 예컨대, 스테인레스강 또는 유기 재료일 수 있고, 웨브 폭은 작게는 수 센티미터에서 최대 2 미터 이상까지 될 수 있고, 10 내지 200 마이크로미터의 두께를 갖는다.
도 1b 및 도 1c는 시스템의 2개의 상이한 측면도(각각 길이 방향 축선(105)에 평행하고 또한 중심 실린더의 길이방향 축선에 수직임)를 나타낸다. 시스템은 웨브를 중심 실린더 주위에 나선형 방식으로 감도록 구성될 수 있으며, 그래서 이송 중에 가요성 기재는 중심 실린더 위에서 나선형 경로를 따르게 될 것이다. 또한, 시스템은 중공 실린더로서 구성되는 처리 헤드(104)를 포함할 수 있고, 그 중공 실린더의 내부 반경은 중심 실린더의 반경보다 크다. 또한, 증착 동안에, 원통형 증착 헤드는 중심 실린더 주위를 회전하도록 구성될 수 있다.
도면에 나타나 있는 바와 같이, 중심 실린더는 중공 원통형 처리 헤드 내부에 위치될 수 있으며, 그래서 중공 실린더의 길이방향 축선이 중심 실린더의 길이방향 축선과 일치한다. 중공 실린더의 내측 표면은, 중심 실린더 주위에 배치되는 기재의 외측 표면과 직접 대향하는 처리 구조, 예컨대, 증착 구조, 전처리 구조 및/또는 에칭 구조를 포함할 수 있다. 나선형 경로에 의해 기재의 인-피드(in-feed) 영역(1081) 및 아웃-피드 영역(1082)이 증착 헤드 외부에 위치될 수 있다. 중심 실린더는 가요성 기재가 증착 헤드를 통해 나선형 경로를 따라 움직일 수 있도록 구성됨에 따라, 증착 헤드 내의 모든 지점에서의 웨브 위치가 명확하게 정의되며, 그래서 종래 기술의 시스템과 관련된 문제가 일어나지 않으면서 연속적인 층이 증착될 수 있다. 웨브의 인-피드 영역과 아웃-피드 영역이 드럼의 외부에 있기 때문에, 처리 헤드는 증착 동안에 언제든지 항상 기재와 대향한다(그 기재로 덮힘). 처리 헤드의 퍼징 또는 플러싱이 필요하지 않다. 처리 헤드의 내측 표면과 기재의 표면 사이의 거리에 대한 정확한 제어가 가능하도록 웨브는 내측 실린더 주위에 단단히 감길 수 있다. 이렇게 해서, 이 거리는 예를 들어 50 내지 200 마이크로미터로 매우 작게 될 수 있으며, 그래서 기재에 접촉할 위험 없이 가스의 교차를 피할 수 있다. 따라서 이 시스템은 오염의 위험을 제거하면서 높은 증착 속도를 제공한다.
처리 헤드를 통한 웨브의 나선형 경로는 다양한 방식으로 실현될 수 있다. 예를 들어, 일 실시 형태에서, 중심 실린더는 중심 실린더 위에서 기재의 무마찰 이송을 가능하게 하도록 구성될 수 있다. 따라서, 그 경우에, 회전 드럼은, 특정 압력에서 가스를 방출하기 위해 회전 드럼의 표면에 있는 복수의 구멍 또는 다공성 층을 포함하는 가스 베어링 구조를 포함할 수 있고, 그래서, 기재가 회전 드럼 주위에 감길 때, 가스가 그 회전 드럼의 표면과 기재의 제1 (후방) 표면 사이에 간격을 형성하게 된다.
도 2a-2b는 본 발명의 다양한 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 단면의 개략도를 나타낸다. 특히, 도 2a는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 처리 시스템의 단면을 나타낸다. 특히, 이 도는 롤-투-롤 원자층 증착 층(ALD) 시스템(200)의 비제한적인 예를 나타낸다. 이 시스템은 가스 베어링 표면(204)을 포함하는 중심 실린더(202)를 포함할 수 있다. 가스 베어링은 중심 실린더의 외측 표면에 있는 가스(예컨대, 질소 가스) 출구 구조에 의해 실현될 수 있다. 또한, 중심 실린더는 중공 원통형 증착 헤드(210) 내부에 위치된다. 중심 실린더의 외경 및 증착 헤드의 중공 실린더의 내경은 원통형 공간(증착 챔버라고할 수 있음)을 형성하도록 치수 결정된다.
증착 챔버는 웨브(206)를 수용하고 위치시키도록 구성될 수 있으며, 중심 실린더의 외측 표면과 기재의 후방 표면 사이의 거리는 웨브의 양 표면 측에서 증착 챔버 내의 압력을 제어함으로써 제어될 수 있다. 웨브 안내 시스템(도 6 및 7을 참조하여 아래에 더 상세히 설명됨)을 포함하는 이송 기구를 사용하여 증착 챔버를 통해 웨브를 이송할 수 있다. 도면에 나타나 있는 바와 같이, 이송 중에 정상 표면은 증착 헤드의 내측 표면과 대향할 수 있다. 원통형 증착 헤드는 하나 이상의 증착 구조(2121-4)를 포함하는 기능 섹션, 예를 들어, 전구체 출구를 포함하는 섹션으로 분할될 수 있다. 각 전구체 섹션은, 전구체 가스가 기재와 반응할 수 있도록 기재의 일부분을 그 전구체 가스에 노출시키도록 구성될 수 있다. 웨브가 증착 챔버를 통해 이송되고 있을 때, 증착 헤드는 제1 접선 방향(210)으로 그의 축선을 중심으로 회전할 수 있고, 나선형 이송 방향은 제1 접선 방향과 반대인 제2 접선 방향(208)을 포함한다.
따라서, 증착 헤드가 기재 위에서 움직이고 있는 동안에 웨브가 증착 챔버를 통해 특정 속도로 이송될 때, 전구체 가스가 각 전구체 섹션에서 기재에 노출된다. 증착 헤드는 전구체 출구와 같은 증착 구조를 포함하는 증착 섹션(2121-4)을 포함할 수 있다. 증착 헤드의 증착 구조는 버퍼 섹션(2141-3)에 의해 분리될 수 있고, 이 버퍼 섹션은 질소 입구 및 출구(배기 개구)를 포함할 수 있으며, 그래서 가스가 배출될 수 있다. 회전하는 증착 헤드에 가스를 공급하고 또한 회전하는 증착 헤드로부터 가스를 추출하는 것은, 회전 유니온 또는 회전 조인트의 사용으로 실현될 수 있고, 이는 매체(가스, 액체)를 고정된 (정적) 부분으로부터 회전하는 부분 안으로 공급할 수 있는 잘 알려진 유니온 구조이다. 그것은 움직이지 않는 공급 통로(예컨대, 파이프 또는 튜브) 및 회전하는 부분(예컨대, 드럼, 실린더 또는 스핀들) 사이에 시일을 제공하여, 회전하는 부분 안으로 그리고/또는 밖으로의 유체 또는 가스의 유동을 허용한다. 일부 실시예에서, 증착 헤드에 대한 가스의 공급은, 증착 헤드의 일 측 또는 양 측에서 중심 이송 실린더 주위에 위치되는 하나 이상의 중공 축 회전 유니온에 의해 실현될 수 있다.
증착 동안, 질소는 버퍼 섹션의 위치에서 증착 챔버에 도입될 수 있다. 이렇게 해서, 웨브와 증착 헤드 사이의 공간에, 버퍼 영역(질소 가스를 포함함)에 의해 분리되는 증착 영역(하나 이상의 전구체 가스를 포함함)이 형성될 수 있다. 버퍼 영역은 예를 들어 상이한 전구체 섹션의 상이한 전구체 사이의 교차 오염을 방지할 수 있다. 버퍼 영역은 각 전구체 섹션에서 기재와의 전구체 반응을 정확하게 제어할 수 있다. 가스 베어링의 압력 및 버퍼 영역과 증착 구조의 압력에 대한 제어로, 웨브는 증착 챔버 내부에서 미리 결정된 위치에서 "부유된(suspended)" 상태로 있을 수 있다. 이렇게 해서, 모든 전구체 섹션에서 층이 웨브 상에 증착되는 동안에 웨브는 증착 챔버를 통해 무마찰로 또는 적어도 낮은 마찰로 이송될 수 있다.
도 2b는, 중심 실린더의 가스 베어링 표면(204) 사이에 위치되는 웨브(206)를 포함하는 중심 실린더(202)를 포함하는 롤-투-롤 원자층 증착 층(ALD) 시스템의 추가 단면을 나타낸다. 증착 헤드는 반경 방향으로 배치되는 복수의 증착 모듈(216)을 포함할 수 있으며, 그래서 증착 동안에 웨브의 표면은 항상 증착 모듈과 대향하게 된다. 증착 모듈 사이에는 가스 출구(배출구)가 위치될 수 있다. 도 2b에 나타나 있는 바와 같이, 증착 모듈은 버퍼 영역을 형성하기 위해, 하나 이상의 전구체를 위한 하나 이상의 출구(2201,2) 및 가스(예컨대, 질소)를 위한 출구를 포함할 수 있다. 이 도에 나타나 있는 바와 같이, 증착 모듈을 포함하는 증착 헤드의 내측 표면은 웨브에 가깝게 위치된다.
도 1a 내지 도 2b는 회전 증착 헤드를 갖는 공간적 ALD 시스템에서 나선형 웨브 이송 시스템의 이점을 명확하게 도시하며, 그 증착 헤드는 웨브와 연속적으로 대향하며 그래서 효율적인 증착이 달성될 수 있다. 또한, 증착 동안에, 증착 헤드가 회전하여, 기재가 증착 영역을 통해 이동하는 동안에 그 기재가 노출되는 ALD 사이클의 수를 증가시킨다. 추가로, 가스 베어링 중심 실린더는 전체 증착 영역에 걸친 기재의 반경 방향 위치의 안정적이고 정확한 규정을 가능하게 한다. 이는 증착 영역에서 전구체 가스의 양호한 분리를 보장하기 위해 필요하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기재 이송 시스템의 일부분의 개략도를 나타낸다. 특히, 그 도는 제1 단부(3051), 제2 단부(3052) 및 베어링 표면, 바람직하게는 저마찰 또는 무마찰 베어링 표면, 예를 들어 가스 베어링 표면을 포함하는 정적 중심 실린더(302)를 포함하는 기재 이송 시스템(300)을 나타낸다. 또한, 중공 실린더 형태의 튜브 세그먼트(3041-n)는 중심 실린더의 외경보다 약간 더 큰 내경을 갖는다. 예를 들어, 튜브 세그먼트가 중심 실린더 위에서 슬라이딩할 때, 중심 실린더의 외측 표면과 튜브 세그먼트의 내측 표면 사이의 작은 간격은, 중심 실린더 위에서의 튜브 세그먼트의 실질적인 무마찰 운동을 가능하게 하는 가스 베어링 구조를 형성할 수 있다. 튜브 세그먼트는, 웨브를 수용하기 위한 매끄러운 표면을 형성하기 위해 중심 실린더 위에 서로의 옆에 배치될 수 있다. 웨브 안내 구조(예를 들어, 도 6을 참조하여 아래에 설명됨)가 사용되어, 중심 실린더 세그먼트에 의해 형성된 표면 주위에 웨브(3061,2)를 나선형 방식으로 단단히 감을 수 있다. 기재 이송 시스템은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 롤-투-롤 처리 시스템에 사용될 수 있다.
따라서, 베어링 구조, 예를 들어 가스 베어링 구조를 갖는 정적 중심 실린더가 증착 챔버 내의 특정 위치에 웨브를 ("부유된" 상태로) 유지시킬 수 있는 도 2의 기재 이송 실린더와는 대조적으로, 이 실시 형태에서, 웨브는 중심 실린더의 베어링 표면 위에서 움직이는 튜브 세그먼트와 직접 접촉한다. 직접 접촉은 웨브의 위치 지정 및 이송에 대한 정확한 제어를 제공한다. 추가로, 웨브와 튜브 세그먼트와 직접 접촉은 웨브의 개선된 온도 제어를 가능하게 하는데, 이러한 온도 제어는 증착 공정에서 중요한 공정 파라미터이다.
중심 실린더와 웨브 안내 구조의 위치가 정적임에 따라, 튜브 세그먼트는 중심 실린더 위에서 제1 단부(3051)로부터 그 실린더의 제2 단부(3052) 쪽으로 이동할 것이다. 다시 말해, 세그먼트는, 도에 나타나 있는 바와 같이 나선형 경로로 증착 헤드를 통해 중심 실린더의 단부 쪽으로 이송되는 웨브와 동일한 나선형 패턴을 따를 것이다. 그 세그먼트는 웨브 자체에 의해 끌어 당겨지거나 추가적인 구동 요소에 의해 이송될 것이다. 중심 실린더의 단부에서 이송 기구가 사용되어 터브(tub) 요소를 다시 실린더의 출발부로 이송시킬 수 있다. 이렇게 해서, 증착 헤드를 통한 웨브의 연속적인 ("무단") 이송이 보장될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 층 증착 시스템의 단면의 개략도를 나타낸다. 특히, 이 도는 도 3을 참조하여 설명된 바와 같은 기재(웨브) 이송 시스템을 포함하는 롤-투-롤 층 증착 시스템의 단면을 나타낸다. 그 도는 중심(정적) 실린더(402) 및 베어링 구조(404), 예를 들어 가스 베어링 구조 또는 기계적 베어링 구조에 의해 중심 실린더의 표면의 위쪽에 있는 중공 튜브 세그먼트(405)를 나타낸다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 웨브는 튜브 세그먼트의 외측 표면 주위에 단단하게 감길 수 있다. 웨브가 중심 실린더 위에서 이송될 때, 튜브 세그먼트는 정적 중심 실린더에 대해 한 방향으로 움직일(회전할) 수 있다. 또한, 증착 헤드(410)는 중심 실린더 및 튜브 요소 주위에 위치될 수 있고, 웨브를 지니고 있는 튜브 세그먼트의 운동 방향과 반대인 방향으로 회전하도록 구성될 수 있다. 중심 실린더와 증착 헤드의 내측 표면 사이의 공간은 증착 챔버를 규정할 수 있고, 증착 헤드의 내측 표면은 가요성 기재의 표면 상에 하나 이상의 물질을 증착하기 위한 증착 구조(4121-4), 예를 들어 전구체 가스 출구를 포함할 수 있다. 추가적으로, 증착 헤드의 내측 표면은 버퍼 영역(4141-3), 예를 들어 가스 퍼지(purge) 영역을 포함할 수 있다. 증착 동안에, 이러한 버퍼 영역은 각 증착 구조에서 일어나는 화학적 과정을 분리한다. 이 도에 나타나 있는 바와 같이, 웨브 이송 기구는, 증착 챔버를 통한 웨브의 이송 동안에 증착 헤드에 대한 그 웨브의 정확한 위치 지정을 제공한다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 처리 시스템을 위한 기재 이송 시스템의 개략도를 나타낸다. 특히, 이 도는 베어링 표면을 포함하는 중심 정적 실린더(502)를 나타낸다. 또한, 벨트 안내 구조는 복수의 롤러(5081,2)를 포함하는 롤러 시스템을 포함할 수 있고, 이 롤러 시스템은, (반) 가요성 벨트(504), 예를 들어 적절한 (반) 가요성 재료 또는 웨브의 재료와 유사한 재료의 벨트를 중심 실린더 위에서 나선형 방식으로 안내하고 이송시키도록 구성된다. 또한, 가요성 벨트는 중심 실린더 상으로 안내될 수 있고, 웨브를 수용하기 위한 매끄러운 표면을 형성하기 위해 나선형 방식으로 중심 실린더를 따라 이동할 수 있다. 벨트는 폐쇄 루프를 형성하여, 도 3을 참조하여 설명된 실시 형태와 유사한, 웨브를 위한 "무단" 이송 표면을 생성한다. 웨브 안내 구조(예를 들어, 도 6을 참조하여 아래에서 설명되는 바와 같은)가 사용되어, 반가요성 벨트로 형성된 표면 주위에 웨브(5061,2)를 나선형 방식으로 단단히 감을 수 있다. 가요성 벨트는 중심 실린더 주위에 제2 나선형 경로를 형성할 수 있습니다. 따라서, 이 실시 형태에서도, 웨브는 벨트와 직접 접촉하여, 증착 챔버에서의 웨브의 위치에 대한 정확한 제어 및 증착 동안 웨브의 온도에 대한 정확한 제어를 가능하게 한다.
이 실시 형태에서, 중심 실린더, 벨트를 안내하기 위한 롤러 시스템 및 웨브 안내 시스템의 위치는 정적일 수 있는데, 즉 고정된 위치에 있을 수 있고, 웨브는 벨트의 매끄러운 표면 주위에 단단히 감길 것이다. 따라서, 웨브가 중심 실린더 위에서 나선형으로 이송되면, 웨브와 벨트 및/또는 추가 구동 기구(예컨대, 구동기 롤러) 사이의 마찰로 인해, 벨트가 중심 실린더 위에서 움직이게 될 것이며, 롤러 시스템은 본 출원에서 실시 형태를 참조하여 설명하는 바와 같은 롤-투-롤 처리 시스템을 위한 무단 기재(웨브) 이송 시스템을 형성할 것이다. 기재 이송 시스템은 도 1을 참조하여 설명된 바와 같은 롤-투-롤 처리 시스템에 사용될 수 있다. 그 경우, 그 시스템의 단면도는 도 4를 참조하여 설명한 것과 유사할 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기재 안내 구조를 나타낸다. 특히, 이 도는 가요성 기재(6031,2)를 중심 실린더(602) 상으로, 예컨대, 중심 실린더의 베어링 표면 상으로 또는 중심 실린더 세그먼트 또는 중심 실린더의 베어링 표면 위에서 움직이는 나선형 벨트에 의해 형성되는 표면 상으로 안내하기 위한 제1 기재 가이드 구조(600)를 나타낸다. 추가의 제2 기재 안내 구조(나타나 있지 않음)가 기재를 중심 실린더로부터 멀어지게 안내하도록 구성될 수 있다. 기재 안내 구조는 하나 이상의 기계적 롤(604, 6061,2)을 포함할 수 있고, 이 롤은, 실린더 위에서 웨브를 특정 속도로 움직이기 위해 웨브에 토크 또는 힘을 전달하기 위해 모터와 같은 토크 발생 장치에 연결될 수 있는, 구동 롤러로서 구성될 수 있는 하나 이상의 제1 롤(6061,2)을 포함한다. 롤러는 웨브의 장력을 모니터링하고 제어하는 장력 제어 시스템을 더 포함할 수 있다. 센서를 사용하여 웨브 장력을 측정할 수 있다. 또한, 웨브의 장력은 (피동 롤러 또는 브레이크를 사용하여) 2개의 롤러를 증속 또는 감속시켜 또는 댄서(dancer)와 같은 기구로 장력을 직접 가하여 제어될 수 있다. 추가의 롤러(604)가, 웨브가 나선형 경로를 따르도록 웨브를 중심 롤러 상으로 가하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 기재 안내 구조는 웨브를 특정한 공급 각도로 중심 실린더 상으로 공급할 것이다. 이 각도는 웨브의 길이방향 축선과 중심 실린더의 길이방향 축선 사이의 각도로 정의될 수 있다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 기재 안내 구조를 나타낸다다. 특히, 이들 도는, 정적 중심 실린더에 대한 기재 안내 구조의 위치를 변화시켜 웨브의 공급 각도를 변경할 수 있는 기재 안내 구조를 설명한다. 도 7a에 나타나 있는 바와 같이, 상대적으로 큰 폭의 웨브를 나선형 방식으로 중심 실린더 상으로 안내하기 위해 작은 공급 각도가 사용될 수 있다. 공급 각도를 증가시키면, 폭이 더 작은 웨브를 이송할 수 있다. 이러한 기능에 의해 기재 이송 시스템은 상이한 크기의 웨브에 사용될 수 있다.
이렇게 해서, 다양한 웨브 폭에 대해 단일의 기재 이송 시스템이 사용될 수 있다. 웨브가 중심 (이송) 실린더에 들어가는 각도를 조절함으로써, 시스템은 중심 실린더의 직경에 의해 제한되는 넓은 범위의 웨브 크기를 처리할 수 있다. 공급 각도가 45도 이상으로 될 필요가 있기 전에 웨브 폭은 중심 실린더 직경의 2배 이상이 될 수 있다. 이 실시 형태는, 특히 연구 및 개발 상황에서, 하나의 시스템이 다양한 기재 폭을 처리하는 데에 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 기재가 중심 실린더에 들어가는 각도를 조절하여, 첫번째 나선형 경로의 피치를 기재 폭과 일치하도록 선택할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 처리 증착 시스템의 개략도를 나타낸다. 특히, 이 도는 도 1c와 유사한 롤-투-롤 처리 시스템의 측면도에 관한 것이다. 그러나, 이 경우에, 중심 실린더(802)는 복수의 상이한 처리 헤드 (804, 806, 808)를 위한 기재 이송 시스템을 형성할 수 있다. 따라서, 웨브는 본 개시에서 설명되는 실시 형태 중 임의의 것에 근거하여 중심 실린더를 따라 나선형 방식으로 이송될 수 있다. 따라서, 중심 실린더 주위를 회전하는 원통형 처리 헤드와 조합하여 나선형 경로를 따라 중심 실린더를 따르는 웨브의 이송에 의해, 다수의 처리 헤드, 예컨대, 증착 헤드가 사용될 수 있고, 각 처리 헤드는 웨브를 처리하도록, 예컨대, 특정 조성을 갖는 그리고/또는 특정의 화학적 반응에 따르는 하나 이상의 층을 웨브 상에 증착하도록 구성될 수 있다. 이렇게 해서, 다층 구조가 효율적인 방식으로 웨브 상에 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 처리 시스템의 개략도를 나타낸다. 특히, 이 도는 중심 실린더(902) 주위에 배치되는 제1 측면(9011) 및 제2 측면(9012)을 갖는 처리 헤드, 예를 들어 증착 헤드를 포함하는 롤-투-롤 처리 시스템(900)의 단면도를 나타낸다. 처리 헤드의 내측 표면은 버퍼 영역(예컨대, 도 2 및 4를 참조하여 설명한 바와 같은)에 의해 분리될 수 있는, 중심 실린더의 길이방향 축선에 평행한 방향으로 배치되는 상이한 처리 구조(9081-n), 예컨대 증착 구조를 포함할 수 있다. 이들 처리 구조를 길이방향 처리 구조라고 할 수 있다. 도에 나타나 있는 바와 같이, 증착 헤드는 이 증착 헤드의 내측 표면을 따라 접선 방향으로 배치되는 처리 구조(904, 906)를 더 포함할 수 있다. 이 구조(904, 906)는 증착 헤드의 원통형 내측 표면 위에서 접선 방향으로 연장되어 완전한 원을 형성한다. 이들 접선 방향 처리 구조는 증착 구조, 전처리 구조 또는 에칭 구조일 수 있다. 이들 증착 구조를 접선 방향 처리 구조라고 할 수 있다. 예를 들어, 제1 접선 방향 처리 구조는 처리 헤드의 제1 측면에 배치될 수 있고 제2 접선 방향 처리 구조는 처리 헤드의 제2 측면에 배치될 수 있다. 일 실시 형태에서, 길이방향 처리 구조는 2개의 접선 방향 처리 구조 사이에 위치될 수 있다(예를 들어, 도에 나타나 있는 바와 같이). 그래서, 이 실시 형태는, 예컨대, ALD 증착 시퀀스와 같은 증착 시퀀스를 시작하거나 끝내기 위해 사용될 수 있는 전구체의 선택을 가능하게 할 수 있다. 공지된 공간적 ALD 공정에서, 기재의 모든 부분에 대한 전구체의 시퀀스는 전구체 중의 다른 (무작위의) 하나로 시작하거나 끝난다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 공정을 시작하거나 끝내기 위한 미리 결정된 전구체의 선택을 가능하게 하며, 그래서 기존의 공정에 새로운 증착 가능성을 더할 수 있다. 예컨대, 일부 증착 방식에서, 기재 상에서 ALD 성장의 균질한 핵형성을 보장하기 위해 항상 금속 전구체(산화제와는 반대)로 증착 공정을 시작하는(예컨대, 항상 트리메틸알루미늄 노출로 산화알루미늄 성장을 시작하는) 것이 바람직할 수 있다. 다른 증착 방식에서는, 마무리 전구체를 선택(예컨대, 항상 금속 전구체로 마무리하거나 심지어 그 위에 얇은 무기 층을 두는 일련의 사이클로, 주변 환경에서 불안정하고 분자층 증착을 통해 증착되는 유기 층을 부동태화)할 수 있는 것이 유익할 수 있다
도 10a 및 10b는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 롤-투-롤 증착을 위한 기재 이송 시스템의 개략도를 나타낸다. 특히, 이들 도는 표면 내에 그리고/또는 상에서 가스 베어링 구조를 포함하는 중심 이송 실린더의 비제한적 예를 도시한다. 도 10a는 가스 베어링 구조를 포함하는 중심 이송 실린더(1000)의 3D 개략도를 나타내고, 도 10b는 중공 (내측) 실린더(1003) 및 복수의 중공 환상면체형 요소(10021-3)를 포함하는 그러한 중심 이송 실린더의 단면(1001)을 나타내고, 그 중공 환상면체형 요소는 직사각형 단면 및 중공 실린더의 외경과 일치하는 내경을 가지며, 그래서 중공 실린더 위에 배치될 수 있어 함께 웨브(1010)를 위한 가스 베어링 표면을 형성하게 된다. 이를 위해, 각 환상면체형 요소는 파이프를 통해 가스 공급원(나타나 있지 않음)에 연결될 수 있고, 각 환상면체형 요소는 그의 외측 표면에서 가스 출구(1006)를 포함할 수 있어 가스 베어링 표면을 형성할 수 있다. 또한, 각 환상면체형 요소 사이의 간격(10041-3)은 가스 배출구로서 기능할 수 있고, 각 간격의 치에는, 가스 배출 구조를 제공하는 하나 이상의 개구가 존재하며, 가스 출구(1006)를 빠져나가 웨브(1010)를 위한 가스 베어링을 형성하는 가스가 가스 출구(10041-3)를 통해 나갈 수 있다. 이렇게 해서, 중공 (내측) 실린더는, 가스 베어링에 사용되는 가스를 위한 중심 가스 배출구로서 기능할 수 있다. 중심 실린더의 표면 위에 웨브의 안정적인 반경 방향 위치 지정을 제공하기 위해, 공기 베어링 표면과 배출구의 미리 결정된 조합이 선택될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 형태를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 없다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 단수형 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 나타내지 않는 한, 복수형도 포함하는 것으로 의도된다. "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 본 명세서에서 사용될 때, 언급된 특징, 정수, 단계, 작업, 요소 및/또는 구성품의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 작업, 요소, 구성품 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하는 것은 아니다.
아래의 청구 범위에서 기능 요소를 더한 모든 수단 또는 단계의 대응하는 구조, 재료, 작동 및 등가물은, 특별히 청구된 다른 청구된 요소와 조합하여 기능을 수행하기 위한 임의의 구조, 재료 또는 작동을 포함하도록 의도된다. 본 발명의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었지만, 포괄적이거나 개시된 형태의 본 발명에 한정되려는 의도는 없다. 본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않고 많은 수정 및 변화가 당업자에게 명백할 것이다. 실시 형태는, 본 발명의 원리 및 실제 적용을 가장 잘 설명하고 또한 고려되는 특정 용도에 적합한 다양한 수정을 갖는 다양한 실시 형태에 대해 당업자가 본 발명을 이해할 수 있도록 하기 위해 선택 및 설명된 것이다.

Claims (13)

  1. 롤-투-롤(roll-to-roll) 증착 시스템으로서,
    기다란 정적 중심 실린더를 포함하고 이 중심 실린더 주위에 배치되는 가요성 기재의 나선형 이송을 위한 기재 이송 시스템 - 상기 중심 실린더는, 중심 실린더의 표면 위에서 가요성 기재를 무마찰로 또는 낮은 마찰로 이송시키기 위해 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 베어링 구조를 포함함 -; 및
    하나 이상의 원자층 증착 ALD 증착 헤드를 포함하고, ALD 증착 헤드는 중공 실린더로 구성되며, 처리 헤드의 내측 표면은 가요성 기재 상에 원자층을 증착하기 위한 증착 구조를 포함하고;
    증착 헤드의 내부 반경은 중심 실린더의 외부 반경 보다 크며, 하나 이상의 증착 헤드는 중심 실린더 주위에서 회전하도록 구성되며, 처리 헤드의 길이방향 축선은 상기 중심 실린더의 길이방향 축선과 일치하는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    기재의 나선형 이송은 제1 회전 방향과 관련되어 있고, 증착 헤드의 회전은 제2 회전 방향과 관련되어 있으며, 제2 회전 방향은 제1 회전 방향과 반대인, 롤-투-롤 증착 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    베어링 구조는 중심 실린더의 표면 내에 또는 상에 배치되는 가스 베어링 구조 및/또는 롤러 베어링 구조를 포함하고, 가스 베어링 구조는 중심 실린더의 표면에서 복수의 가스 출구 및 복수의 가스 배출구를 포함하는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기재 이송 시스템은 중심 실린더 위에서 서로의 옆에 배치되는 복수의 중공 튜브 세그먼트를 더 포함하고, 가요성 기재는 중공 튜브 세그먼트 주위에 감기며, 가요성 기재가 처리 챔버를 통해 이송될 때, 튜브 세그먼트는 중심 실린더 위에서 중심 실린더의 제1 단부로부터 중심 실린더의 제2 단부 쪽으로 이동하는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    기재 이송 시스템은 제2 나선형 경로를 통해 중심 실린더 주위에서 움직이도록 구성된 가요성 벨트, 바람직하게는 무단 컨베이어 벨트를 더 포함하고, 가요성 벨트는 가요성 기재를 위한 나선형 벨트 이송 구조를 형성하며, 가요성 기재는 나선형 벨트 이송 구조 주위에 감기며,
    가요성 벨트 구조가 제2 나선형 경로를 통해 중심 실린더 위에서 이송될 때, 가요성 기재는 증착 헤드를 통해 제1 나선형 경로를 통해 이송되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    기재 이송 시스템은 가요성 기재를 중심 실린더 상으로 안내하기 위한 기재 안내 구조를 더 포함하고, 기재 안내 구조는 가요성 기재가 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 따르도록 배치되며,
    기재 안내 구조는 하나 이상의 롤러, 바람직하게는, 중심 실린더 위에서 웨브를 움직이기 위해 웨브에 토크 또는 힘을 전달하기 위해 모터와 같은 토크 발생 장치에 연결되는, 구동 롤러로서 구성되는 하나 이상의 제1 롤러를 포함하는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    가요성 기재는 특정한 공급 각도로 중심 실린더 상으로 공급되며, 기재 안내 구조는 중심 실린더에 대한 가요성 기재의 위치 및/또는 배향을 조절하도록 구성된 조절 가능한 기재 안내 구조이며, 공급 각도는 가요성 기재의 길이방향 축선과 중심 실린더의 길이방향 축선 사이의 각도로 정의되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리 헤드의 ALD 증착 구조는 중심 실린더 주위에 반경 방향으로 배치되고 복수의 처리 섹션으로 분할되며, 바람직하게는 그 복수의 처리 섹션 중의 적어도 일부가 처리 헤드의 내측 표면에서 중심 실린더의 길이방향 축선에 평행한 방향으로 연장되어 있는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    처리 섹션은 버퍼 섹션, 예컨대 퍼징(purging) 섹션에 의해 분리되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    처리 헤드는 가요성 기재를 처리하기 위한 처리 구조를 더 포함하고, 이 처리 구조는 처리 헤드의 내측 표면을 따라 반경 방향으로 배치되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    처리 헤드는 처리 구조를 더 포함하고, 이 처리 구조는 처리 헤드의 내측 표면을 따라 접선 방향으로 배치되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 회전 유니온, 바람직하게는 증착 헤드의 일 측 또는 양 측에 위치되는 하나 이상의 중공 축 회전 유니온을 사용하여, 하나 이상의 가스 공급부 및/또는 배출부가 회전 가능한 증착 헤드에 연결되는, 롤-투-롤 증착 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    중심 실린더의 표면과 증착 헤드의 내측 표면 사이의 공간은, 기재가 증착 헤드를 통해 중심 실린더 주위에서 제1 나선형 경로를 통해 이송되는 동안에 가요성 기재 상에 원자층을 증착하기 위한 증착 영역을 형성하는, 롤-투-롤 증착 시스템.
KR1020237022843A 2020-12-08 2021-12-08 롤-투-롤 처리 KR20230121783A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL2027074 2020-12-08
NL2027074A NL2027074B1 (en) 2020-12-08 2020-12-08 Roll-to-roll processing
PCT/NL2021/050749 WO2022124897A1 (en) 2020-12-08 2021-12-08 Roll-to-roll processing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230121783A true KR20230121783A (ko) 2023-08-21

Family

ID=75108727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237022843A KR20230121783A (ko) 2020-12-08 2021-12-08 롤-투-롤 처리

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20240018653A1 (ko)
EP (1) EP4259847A1 (ko)
JP (1) JP2023553201A (ko)
KR (1) KR20230121783A (ko)
CN (1) CN116867926A (ko)
CA (1) CA3201305A1 (ko)
NL (1) NL2027074B1 (ko)
WO (1) WO2022124897A1 (ko)

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005133165A (ja) * 2003-10-31 2005-05-26 Masahito Yonezawa 帯状基板の処理装置及び処理方法
US20050172897A1 (en) * 2004-02-09 2005-08-11 Frank Jansen Barrier layer process and arrangement
US20080166880A1 (en) * 2007-01-08 2008-07-10 Levy David H Delivery device for deposition
EP2360293A1 (en) 2010-02-11 2011-08-24 Nederlandse Organisatie voor toegepast -natuurwetenschappelijk onderzoek TNO Method and apparatus for depositing atomic layers on a substrate
FI20105906A0 (fi) 2010-08-30 2010-08-30 Beneq Oy Laite
EP2765218A1 (en) * 2013-02-07 2014-08-13 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method and apparatus for depositing atomic layers on a substrate
CN103436852A (zh) * 2013-08-22 2013-12-11 胡增鑫 一种柔性衬底箔卷到卷的运送装置和运送方法
CH710826A1 (de) * 2015-03-06 2016-09-15 Fofitec Ag Vorrichtungen und Verfahren zur Abscheidung dünner Schichten auf einer laufenden Folienbahn sowie Folienbahn oder Zuschnitte daraus.
WO2018228683A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Applied Materials, Inc. Deposition apparatus for coating a flexible substrate and method of coating a flexible substrate

Also Published As

Publication number Publication date
EP4259847A1 (en) 2023-10-18
NL2027074B1 (en) 2022-07-07
US20240018653A1 (en) 2024-01-18
WO2022124897A1 (en) 2022-06-16
JP2023553201A (ja) 2023-12-20
CN116867926A (zh) 2023-10-10
CA3201305A1 (en) 2022-06-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6255341B2 (ja) 基板上に原子層を堆積させる方法および装置
CN105102676B (zh) 在基底上沉积原子层的方法和装置
US11248292B2 (en) Deposition system with moveable-position web guides
KR101799609B1 (ko) 기판 상에 원자 층을 증착시키는 장치 및 방법
JP5828895B2 (ja) ロール・ツー・ロール薄膜堆積用の可撓性ウェブ基板の片面接触式基板輸送機構
US9683291B2 (en) Apparatus for processing surface of substrate and nozzle head
CN102597315A (zh) 用于气体气相沉积的负载膜暗盒
CN107406980B (zh) 用于涂覆基底表面的喷嘴头和设备
CN102482776A (zh) 用于气态气相沉积的薄膜暗盒
KR20230121783A (ko) 롤-투-롤 처리
TW201006954A (en) Vapour deposition process and device