KR101022314B1 - 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치가 개시된다. 본 발명의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 기판을 핸들링하는 기판 핸들링 로봇이 내부에 마련되는 트랜스퍼 모듈 챔버; 트랜스퍼 모듈 챔버의 일측에 연결되어 기판이 출입되는 적어도 하나의 로드락 챔버; 및 트랜스퍼 모듈 챔버의 타측에 연결되어 기판에 대한 실질적인 증착 공정이 진행되는 다수의 프로세스 모듈 챔버를 포함하며, 다수의 프로세스 모듈 챔버는, 기판의 표면에 증착될 다수의 증착막 중에서 그 증착 시간이 상대적으로 많이 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수가, 증착 시간이 상대적으로 적게 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수보다 상대적으로 더 많게 마련되어 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 간단하고도 단순한 구조를 가지면서도 종래와 같이 증착 공정을 위한 불필요한 대기 시간이 증가하는 것을 저지하여 택트 타임을 감소시킬 수 있으며, 나아가 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있어 종래보다 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치{Chemical vapor deposition apparatus for manufacturing thin-film solar cells}
본 발명은, 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 간단하고도 단순한 구조를 가지면서도 종래와 같이 증착 공정을 위한 불필요한 대기 시간이 증가하는 것을 저지하여 택트 타임을 감소시킬 수 있으며, 나아가 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있어 종래보다 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에 관한 것이다.
태양전지(solar cells)는, 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다. 이러한 태양전지는 그 종류에 따라 단결정 실리콘 태양전지, 다결정 실리콘 태양전지, 박막 태양전지(thin-film solar cells) 등으로 분류된다.
박막 태양전지는 얇은 막 형태로 제작되는 것으로서, 단결정 실리콘 태양전지 등에 비해 그 효율은 낮으나 제조 가격이 저렴하고 대면적화가 가능하며 표면이 불규칙한 곳이나 장치하기 어려운 곳에 용이하게 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 증착되는 기판의 종류에 따라 장판처럼 둘둘 말아서 운반하거나 보관할 수도 있다.
이러한 박막 태양전지는 반도체 공정과 유사한 다수의 공정들을 거치면서 제품으로 제작된다.
다수의 공정들 중에는 기판의 표면에 박막 형태의 증착막을 증착시키는 증착 공정이 존재하는데, 이러한 증착 공정은 주로 플라즈마를 이용한 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치(PECVD)를 통해 진행된다.
박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에서는, 기판의 표면에 증착막의 종류인 p 막(p-doped a-Si), i 막(a-Si/μc-Si), n 막(n-doped a-Si) 등을 순서대로 혹은 순서와 무관하게 증착시키는 공정이 진행된다. 즉 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 수 내지 수십 마이크로미터(μm) 정도 두께의 증착막을 2~5 mm 정도 두께의 유리(glass) 기판에 증착하는 공정을 진행하는 장치이다.
참고로, p 막, i 막, n 막 모두가 기판의 표면에 증착될 수도 있으나 반드시 그러한 것은 아니며, 또한 p 막, i 막, n 막 외의 다른 증착막이 증착되는 경우도 있다.
기판의 표면에 p 막 및 i 막이 증착되는 경우에 대해 살펴보면, p 막 및 i 막의 증착 공정이 진행되는 종래의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 증착 공정 대상의 기판이 인입되거나 증착이 완료된 기판이 취출되는 로드락 챔버와, 로드락 챔버와 연결되며 기판 핸들링 로봇이 내부에 구비된 트랜스퍼 모듈 챔버와, 트랜스퍼 모듈 챔버의 일측에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 2개 의 제1 및 제2 프로세스 모듈 챔버를 구비한다.
이러한 구성에 의해, 트랜스퍼 모듈 챔버 내의 기판 핸들링 로봇이 로드락 챔버로부터 증착 대상의 기판을 파지하여 제1 프로세스 모듈 챔버로 공급하면, 제1 프로세스 모듈 챔버 내에서 기판 표면에 p 막이 증착된다.
p 막의 증착이 완료되면, 기판 핸들링 로봇이 제1 프로세스 모듈 챔버 내의 기판을 꺼내어 제2 프로세스 모듈 챔버로 이송시켜 제2 프로세스 모듈 챔버를 통해 p 막 상에 i 막의 증착이 진행되도록 한다. 이 때, 비어있는 제1 프로세스 모듈 챔버의 내부로는 새로운 기판이 다시 인입되어 p 막의 증착 공정을 수행하게 된다.
한편, 전술한 바와 같이, 기판의 표면에 증착되는 증착막들(p 막, i 막, n 막)은, 태양전지의 종류 또는 제조사의 요구에 따라 그 증착막 두께, 그 증착막의 배열 순서, 나아가 그 증착막의 층 개수 등이 모두 상이할 수 있으므로 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 제조 시 이에 대한 적절한 설계가 요구된다.
그런데, 예를 들어 기판의 표면에 p 막, i 막, n 막이 모두 증착함에 있어 i 막의 증착을 위한 증착 시간이 p 막이나 n 막의 증착을 위한 증착 시간에 비해 훨씬 더 많이 소요되는 경우, 종래의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, p 막 및 n 막의 증착 공정이 완료되었음에도 불구하고 i 막의 증착이 완료될 때까지 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버 또는 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버가 대기해야 하기 때문에 전반적으로 택트 타임(tact time) 증가하는 문제가 발생된다.
그렇다고 해서 이러한 문제를 해소하기 위해, 복수개의 프로세스 챔버를 마련하되 하나의 프로세스 모듈 챔버 내에서 p 막, i 막, n 막 모두에 대한 증착 공 정을 수행하려 하는 경우에는 챔버 내부의 오염 문제 또는 기판 상의 오염 문제가 발생되거나 증착막의 변경을 위한 장치 세팅 등으로 인해 오히려 시간이 더 많이 소요되어 택트 타임(tact time) 감소의 효과가 거의 없기 때문에 이에 대한 적절한 대책이 요구된다 할 수 있다.
본 발명의 목적은, 간단하고도 단순한 구조를 가지면서도 종래와 같이 증착 공정을 위한 불필요한 대기 시간이 증가하는 것을 저지하여 택트 타임을 감소시킬 수 있으며, 나아가 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있어 종래보다 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판을 핸들링하는 기판 핸들링 로봇이 내부에 마련되는 트랜스퍼 모듈 챔버; 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 일측에 연결되어 상기 기판이 출입되는 적어도 하나의 로드락 챔버; 및 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 타측에 연결되어 상기 기판에 대한 실질적인 증착 공정이 진행되는 다수의 프로세스 모듈 챔버를 포함하며, 상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는, 상기 기판의 표면에 증착될 다수의 증착막 중에서 그 증착 시간이 상대적으로 많이 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수가, 증착 시간이 상대적으로 적게 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수보다 상대적으로 더 많 게 마련되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 둘레 방향을 따라 배열되도록 상기 트랜스퍼 모듈 챔버에 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결될 수 있다.
상기 트랜스퍼 모듈 챔버는 평면 투영 시 다각형 구조를 가질 수 있으며, 상기 적어도 하나의 로드락 챔버와 상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는 다각형 구조의 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 각 변에 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결될 수 있다.
상기 적어도 하나의 로드락 챔버는, 증착 대상의 기판이 인입되는 인입 로드락 챔버; 및 증착이 완료된 기판이 취출되는 취출 로드락 챔버를 포함할 수 있다.
상기 인입 로드락 챔버와 상기 취출 로드락 챔버는 상호 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결될 수 있다.
상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 중에서, 상기 기판의 표면에 최초로 증착되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버는 상기 인입 로드락 챔버에 인접되게 배치되고, 상기 기판의 표면에 마지막으로 증착되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버는 상기 취출 로드락 챔버에 인접되게 배치될 수 있다.
상기 트랜스퍼 모듈 챔버는 평면 투영 시 8각형 구조를 가질 수 있으며, 상기 증착막의 종류는 3 종류일 수 있으며, 상기 3 종류의 증착막 중에서 그 증착 시간이 가장 많이 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 상기 프로세스 모듈 챔버의 개수는 4개일 수 있으며, 나머지 2 종류의 증착막의 증착 공정을 위한 상기 프로세스 모듈 챔버의 개수는 각각 1개일 수 있다.
상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 각각은, 다수의 기판에 대한 증착 공정이 동시에 진행될 수 있도록 다수의 단위 챔버를 구비할 수 있다.
상기 다수의 단위 챔버는 하나의 프로세스 모듈 챔버 내에서 높이 방향을 따라 다층으로 배열될 수 있다.
상기 다수의 단위 챔버 각각은, 상기 기판이 로딩되는 서셉터; 및 상기 기판의 표면에 상기 증착막이 증착될 수 있도록, 상기 서셉터의 상부에 마련되어 상기 서셉터 상에 로딩된 상기 기판의 표면으로 소정의 반응성 가스 이온을 방출시키는 전극을 포함할 수 있으며, 상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 각각은, 그 내부에 마련된 다수의 단위 챔버 각각으로 상기 반응성 가스 이온을 공용으로 공급하는 가스 이온 공용 공급부; 상기 다수의 단위 챔버 각각에 대한 진공압을 공용으로 설정 및 설정해제하는 진공압 공용 펌프; 및 상기 프로세스 모듈 챔버 내의 진공압을 설정 및 설정해제하는 진공압 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 증착막은, p 막(p-doped a-Si), i 막(a-Si/μc-Si) 및 n 막(n-doped a-Si)일 수 있으며, 상기 기판은 유리(glass) 기판일 수 있다.
본 발명에 따르면, 간단하고도 단순한 구조를 가지면서도 종래와 같이 증착 공정을 위한 불필요한 대기 시간이 증가하는 것을 저지하여 택트 타임을 감소시킬 수 있으며, 나아가 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있어 종래 보다 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 프로세스 모듈 챔버의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2의 세부 구조도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 증착 공정 대상의 기판이 인입되거나 증착이 완료된 기판이 취출되는 로드락 챔버(100a,100b)와, 로드락 챔버(100a,100b)와 연결되며 기판 핸들링 로봇(210)이 내부에 구비된 트랜스퍼 모듈 챔버(200)와, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 다수의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)를 구비한다.
본 실시예의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)가 평면 투영 시 8각형의 구조를 가지며, 8개의 각 변에, 2개의 로드락 챔버(100a,100b)와 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 동심적으로 배열 되면서 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결된 구조를 갖는다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 즉, 로드락 챔버(100a,100b)와 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 트랜스퍼 모듈 챔버(200)와 연결되는 구조를 갖는다면 그것으로 충분하므로, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 8각형의 구조를 떠나 다양한 다각형의 구조를 가질 수도 있는 것이다.
다만, 이하에서는 도 1을 참조하여 8각형 구조의 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 2개의 로드락 챔버(100a,100b)와, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 연결되는 것에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선, 2개의 로드락 챔버(100a,100b)는, 증착 대상의 기판이 인입되는 인입 로드락 챔버(100a)와, 증착이 완료된 기판이 취출되는 취출 로드락 챔버(100b)로 구분된다.
본 실시예에서 인입 로드락 챔버(100a)와 취출 로드락 챔버(100b)는 상호 인접되도록 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결되고 있다. 이는 기판 핸들링 로봇(210)의 동작 거리를 가능한 한 줄여 택트 타임(tact time)을 감소시키기 위한 하나의 방편인데, 본 발명이 이에 제한될 필요는 없는 것이다.
인입 로드락 챔버(100a) 및 취출 로드락 챔버(100b)에 대해 부연한다. 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)를 통한 기판의 증착 공정이 진행되기 위해 기판 핸들링 로봇(210)이 증착 대상의 기판을 해당 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 이송시키게 되는데, 이 때 대기압 상태에 있는 기판을 직접 고온 저압의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 진입시키는 과정에 어려움이 있기 때문에, 기판을 해당 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 이송하기 전에 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 동일한 환경을 조성해줄 필요가 있다. 이를 위해 인입 로드락 챔버(100a)가 마련되는 것이다.
다시 말해, 인입 로드락 챔버(100a)는 장치 외측의 로봇(미도시)에 의해 외부로부터 증착 대상의 기판이 인입되면, 내부의 환경을 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 실질적으로 동일한 온도와 압력으로 조성하는 역할을 한다. 이처럼 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 실질적으로 동일한 환경이 조성된 인입 로드락 챔버(100a) 내의 기판은, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 마련되는 기판 핸들링 로봇(210)에 의해 핸들링되어 해당 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 이송된 후 그 곳에서 해당 증착 공정이 수행된다.
이와는 반대로, 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 내에서 증착 공정이 완료된 기판은 기판 핸들링 로봇(210)에 의해 핸들링되어 장치의 외부로 취출되어야 하는데, 이 경우에도 외부와 실질적으로 동일한 온도와 압력을 유지한 채로 기판이 취출되어야 하기 때문에 취출 로드락 챔버(100b)가 마련되는 것이다.
결과적으로 인입 로드락 챔버(100a)와 취출 로드락 챔버(100b)는 기판에 대한 출입 통로를 형성하기는 하되, 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 내부 및 외부 환경 조건에 기초하여 미리 기판의 상태를 조율하기 위해 마련된다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로, 인입 로드락 챔버(100a)와 취출 로드락 챔버(100b)가 반드시 구분되어 마련될 필요는 없다. 다시 말해 하나의 로드락 챔버(미도시)만을 마련하고, 이 로드락 챔버를 통해서 기판 의 출입이 모두 가능하도록 해도 무방하다.
다만, 본 실시예와 같이 인입 로드락 챔버(100a)와 취출 로드락 챔버(100b)가 별개로 마련될 경우라면 기판의 출입에 따른 로딩(loading) 혹은 대기 시간 등이 줄어들 수 있어 택트 타임 감소의 효과를 기대할 수 있고, 따라서 생산성 향상에 도움이 될 것임에 틀림이 없다.
로드락 챔버(100a,100b)에 대해 자세히 도시하고 있지는 않지만, 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정 진행을 위해, 로드락 챔버(100a,100b)는 그 내부에 높이 방향을 따라 다수의 기판이 수용되는 다단의 단위 챔버(미도시)를 구비하고 있다.
로드락 챔버(100a,100b)에는 예컨대, 20장의 기판이 수용될 수 있도록 20단의 단위 챔버가 구비될 수 있다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이의 개수에 제한될 필요는 없다.
다만, 로드락 챔버(100a,100b)에, 특히 인입 로드락 챔버(100a)에 20장의 기판이 수용될 경우라면 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 내의 기판 핸들링 로봇(210)이 20장의 기판을 한번에 파지하여 핸들링한 후, 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 각각 이송시킬 수 있으며, 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)에서는 한번에 동시에 20장의 기판에 대한 증착 공정을 진행해야 할 수 있을 것이며, 이와 같이 장치를 구성할 경우에는 뛰어난 생산성 효과를 기대할 수 있을 것이다.
물론, 이러한 구조가 전혀 불가능한 것은 아니지만, 하나의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)에서 20장의 기판에 대한 증착 공정이 진행되려면 도 2 및 도 3과 같이 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 각각의 내부에 20개의 단위 챔버(310a~310e)를 마련해야 하는데, 이러한 경우라면 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)를 비롯한 장치의 높이 및 규모가 과도하게 높아지거나 거대해질 수 있기 때문에 실질적으로 바람직하지만은 않다.
따라서 후술하는 바와 같이 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 각각은 그 내부에서 5장(혹은 많더라도 10장 정도) 정도의 기판에 대한 증착 공정을 동시에 진행할 수 있는 정도의 규모로 제작될 수 있고, 이러한 경우에는 기판 핸들링 로봇(210)이 인입 로드락 챔버(100a) 내에 수용된 20장의 기판 중에서 5장의 기판을 파지하여 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 핸들링할 수 있을 것이다.
이처럼 기판 핸들링 로봇(210)이 인입 로드락 챔버(100a) 내에 수용된 20장의 기판 중에서 5장의 기판을 파지하여 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 이송시키거나, 반대로 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로부터 증착이 완료된 5장의 기판을 취출 로드락 챔버(100b)로 이송시키는 경우, 기판 핸들링 로봇(210)의 기판 핸들링 위치와 로드락 챔버(100a,100b) 내의 단위 챔버들 간의 상대적인 높이 차가 수시로 변경되면서 맞춰져야 하므로 이 때는 기판 핸들링 로봇(210)이 승하강 동작되도록 하든지 아니면 로드락 챔버(100a,100b) 내의 단위 챔버들이 승하강 동작되도록 해야 할 것이다.
만일, 전자와 같이 기판 핸들링 로봇(210)을 승하강시키려 하는 경우에는 기판 핸들링 로봇(210)의 위치 제어가 사실상 쉽지 않기 때문에 후자와 같이 로드락 챔버(100a,100b) 내의 단위 챔버들이 승하강 동작되도록 구현하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 구조는 로드락 챔버(100a,100b) 내에 기판의 승하강 동작을 위한 엘리베이터 구조를 적용함으로써 쉽게 구현이 가능하므로 이에 대한 도면 및 설명은 생략하기로 한다.
트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 2개의 로드락 챔버(100a,100b)를 연결하는 챔버이다. 트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 도시된 바와 같이 평면 투영 시 8각형 구조를 갖는다.
앞서도 기술한 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 내부에는 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 2개의 로드락 챔버(100a,100b)로 예컨대 5장의 기판을 동시에 핸들링(handling)하는 기판 핸들링 로봇(210)이 마련되고, 또한 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 내부에서 기판 핸들링 로봇(210)에 의해 가로/세로의 폭이 1.5 미터 내외의 소위, 5세대라 불리는 기판이 이송되어야 하므로 트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 거대한 구조물로 마련된다.
한편, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)는 고온 저압의 환경에서 기판에 대한 실질적인 증착 공정을 진행하는 부분이다.
즉, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)를 통해서 기판의 표면에는 p 막(p-doped a-Si), i 막(a-Si/μc-Si), n 막(n-doped a-Si)의 증착막이 증착될 수 있다.
물론, p 막, i 막, n 막 모두가 반드시 기판의 표면에 증착되어야 하는 것은 아니며, 경우에 따라 p 막, i 막, n 막 중에서 어느 하나는 제외될 수도 있다. 뿐만 아니라 p 막, i 막, n 막 외의 다른 증착막이 기판의 표면에 증착될 수도 있는 데, 이 경우에는 도 1에 도시된 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 중에서 적어도 어느 하나를 선택하여 해당 증착막의 증착을 위한 반응성 가스 이온을 제공하면 된다.
이하에서는 기판의 표면에 p 막, i 막, n 막이 모두, 그리고 순서대로 증착되며, p 막, i 막, n 막 중에서 i 막의 증착 시간이 p 막, n 막의 증착 시간보다 훨씬 더 긴 것으로 가정하고 설명하기로 한다. 물론, p 막, i 막, n 막의 증착막 배열 순서와 증착 시간 등은 경우에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이, 기판의 표면에 p 막, i 막, n 막을 증착시킴에 있어 i 막의 증착 시간이 p 막, n 막의 증착 시간보다 훨씬 더 많이 소요됨에도 불구하고 종래와 같이 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a), i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b), n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)가 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 동일한 개수, 특히 하나씩 마련되면, p 막, n 막의 증착 공정이 완료되었음에도 불구하고 i 막의 증착 공정이 완료될 때가지 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 및 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)가 대기해야 하기 때문에 전반적으로 택트 타임(tact time) 증가하여 생산성이 저하될 수밖에 없다.
이에, 본 실시예에서는 기판의 표면에 증착될 다수의 증착막(p 막, i 막, n 막) 중에서 그 증착 시간이 상대적으로 많이 소요되는 증착막인 i 막의 증착 공정을 위한 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 개수가, 증착 시간이 상대적으로 적게 소요되는 증착막(p 막, n 막)의 증착 공정을 위한 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 및 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)의 개수보다 상대적으로 더 많이 마련되어 트랜스퍼 모듈 챔버(200)와 연결되도록 함으로써 종래의 문제점을 해소하고 있는 것이다.
즉, 본 실시예의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 가운데, p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 및 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)는 각각 1개씩 마련되고 있는 반면 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)는 4개 마련되고 있다.
이처럼 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 개수를 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 및 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)의 개수보다 늘리면, 종래와 같이 p 막, n 막의 증착 공정이 완료되었음에도 불구하고 i 막의 증착 공정이 완료될 때가지 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 및 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)가 대기해야 하는 불필요한 시간을 줄일 수 있게 된다.
물론, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 예컨대, p 막과 n 막의 경우에도 만약, p 막보다 n 막의 증착 시간이 좀 더 길어야 한다면, i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 개수를 한 개 줄이면서 대신에 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)의 개수를 한 개 더 늘리는 등 적절한 선택을 하면 된다. 이러한 변경은 p 막, i 막, n 막 외의 다른 증착막에도 동일하게 적용될 수 있으며, 적용의 과정이 어렵지 않기 때문에 현장 상황에 맞게 쉽게 구현될 수 있는 장점이 있다.
한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)는 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 둘레 방향을 따라 배열된다. 이는 트랜스퍼 모듈 챔 버(200) 내에 구비된 기판 핸들링 로봇(210)의 동작 경로를 단축시켜 택트 타임을 감소시키기 위한 방안이다.
이와 같이 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 둘레 방향을 따라 1개의 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a), 4개의 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b), 그리고 1개의 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)를 배치함에 있어, 본 실시예에서는 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)가 인입 로드락 챔버(100a)에 인접되게, 그리고 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)가 취출 로드락 챔버(100b)에 인접되도록 하고 있다. 이유는 기판에 p 막, i 막, n 막이 순서대로 증착되기 때문이며, 이처럼 인입 로드락 챔버(100a)와 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)를 가깝게 배치하고, 취출 로드락 챔버(100b)와 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)를 가깝게 배치함으로써 기판이 이송되는 시간을 그만큼 더 단축시켜 택트 타임을 단축시키고자 하는 것이다.
한편, 앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 각각은, 그 내부에서 5개의 기판에 대한 증착 공정이 동시에 진행될 수 있도록 5개의 단위 챔버(310a~310e)를 구비한다.
도 2 및 도 3을 통해 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 내부 구조에 대해 설명하면 다음과 같다.
i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)와 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)의 내부 구조에 대해서는 별도로 도시하고 있지 않지만 도 2 및 도 3의 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 내부 구조와 동일한 것으로 간주하도록 한 다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 내부에는 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 높이 방향을 따라 5개의 단위 챔버(310a~310e)가 다층으로 배열되어 있다. 설치 및 유지보수의 편의성을 위해 5개의 단위 챔버(310a~310e)들 간의 간격은 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
5개의 단위 챔버(310a~310e)들 각각은, 기판이 로딩되는 서셉터(311)와, 기판의 표면에 p 막의 증착막이 증착될 수 있도록 서셉터(311)의 상부에 마련되어 서셉터(311) 상에 로딩된 기판의 표면으로 p 막 증착을 위한 반응성 가스 이온을 방출시키는 전극(312)을 구비한다.
물론, 단위 챔버(310a~310e)들 각각에는 서셉터(311) 및 전극(312) 외에도, 서셉터(311) 상으로 기판을 로딩 및 언로딩시키기 위한 리프트 핀(lift pin), 전극(312)을 지지하는 현가지지수단(미도시), 전극(312)의 처짐을 방지하는 처짐방지수단(미도시) 등이 더 갖춰질 수 있는데, 이들에 대해서는 선출원된 기술을 인용하도록 하고, 여기서는 생략하기로 한다.
내부에 5개의 단위 챔버(310a~310e)들이 갖춰진 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)에는 5개의 단위 챔버(310a~310e)들 각각으로 p 막 증착용 반응성 가스 이온을 공용으로 공급하는 가스 이온 공용 공급부(320)와, 5개의 단위 챔버(310a~310e) 각각에 대한 진공압을 공용으로 설정 및 설정해제하는 진공압 공용 펌프(330)와, p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 진공압을 설정 및 설정해제하는 진공압 펌프(340)가 더 마련되어 있다.
가스 이온 공용 공급부(320)와 5개의 단위 챔버(310a~310e)를 연결하는 라인에는 해당 라인의 단속을 위한 단속밸브(321a~321e)가 마련되어 있으며, 진공압 공용 펌프(330)와 5개의 단위 챔버(310a~310e)를 연결하는 라인에는 해당 라인의 단속을 위한 단속밸브(331a~331e)가 마련되어 있다. 이에 의해, 만일 5개의 단위 챔버(310a~310e) 중 어느 하나에 고장이 발생하면 해당 단위 챔버에 대응하는 단속밸브(321a~321e,331a~331e)를 끊고 나머지 단위 챔버를 통해 증착 공정을 계속 진행할 수 있기 때문에 장치의 가동률을 높일 수 있는 추가의 이점이 있다. 가스 이온 공용 공급부(320), 진공압 공용 펌프(330) 및 진공압 펌프(340)로부터의 연장 라인에는 각각 해당 라인을 개폐하는 개폐기(320a,330a,340a)가 더 구비되어 있다.
이러한 구성에 의해, 박막 태양전지 제조를 위한 하나의 공정으로서 기판에 증착막을 형성시키는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 외부의 로봇(미도시)이 증착 대상의 기판 20장을 인입 로드락 챔버(100a)로 인입시킨다. 그리고 나서 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 내의 기판 핸들링 로봇(210)이 로드락 챔버(100a)로부터 예컨대 5장의 기판을 파지하여 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 5개의 단위 챔버(310a~310e)로 각각 이송시킨다.
5장의 기판이 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 5개의 단위 챔버(310a~310e)로 인입되어 해당 서셉터(311) 상에 로딩되면, 가스 이온 공용 공급부(321)로부터 p 막 증착용 반응성 가스 이온이 공급되어 해당 전극(312)을 통해 기판의 표면으로 공급됨으로써 기판에는 첫 번째 증착막으로서의 p 막이 증착된다.
p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)를 통해 상대적으로 그 증착 시간이 빠른 p 막의 증착이 완료되면, 기판 핸들링 로봇(210)은 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)로부터 p 막의 증착이 완료된 기판을 꺼내어 어느 한 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)로 이송시키게 되며, i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)에서는 위의 방법과 동일한 방법으로 p 막 상에 i 막이 증착되도록 한다.
한편, 이 때, 비어있는 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내부로는 새로운 5장의 기판이 인입 로드락 챔버(100a)로부터 다시 인입되어 p 막의 증착 공정을 진행하게 되고, p 막의 증착 공정이 완료되면 다른 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)로 이송시켜 p 막 상에 i 막이 증착되도록 한다.
전술한 바와 같이, i 막의 증착을 위한 증착 시간은 p 막의 증착을 위한 증착 시간보다 훨씬 더 길기 때문에 위의 과정은 반복적으로 진행된다.
그리고 첫 번째로 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 내부로 인입되어 p 막 상에 i 막이 증착 완료된 기판은 기판 핸들링 로봇(210)에 의해 핸들링되어 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)로 이송되며, n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c) 내에서 i 막 상에 n 막이 증착되도록 한다.
n 막의 증착을 위한 증착 시간 역시 빠르기 때문에, 종국적으로 n 막의 증착이 완료된 기판은 취출 로드락 챔버(100b)를 통해 신속하게 취출되며, 기판이 취출되는 과정에서 비어 있는 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c) 내로는, 두 번째로 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 내부로 인입되어 p 막 상에 i 막이 증착 완료된 기판이 다시 이송되어 n 막이 증착되는 동일한 과정을 반복하게 된다.
이와 같이, 기판 상에 p 막, i 막, n 막을 증착시키되 상대적으로 증착 시간 이 긴 i 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300b)의 개수를 늘여 배열한 본 실시예에 따르면, 간단하고도 단순한 구조를 가지면서도 종래와 같이 증착 공정을 위한 불필요한 대기 시간이 증가하는 것을 저지하여 택트 타임을 감소시킬 수 있으며, 나아가 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있어 종래보다 증착 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 다각형 구조를 갖는 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 둘레 방향을 따라 인입 및 취출 로드락 챔버(100a,100b)를 비롯하여 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)들이 동심적으로 배열되고, 또한 인입 및 취출 로드락 챔버(100a,100b)는 상호 인접되게 마련되며, 인입 로드락 챔버(100a)에 인접되게(가깝게) p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)가, 그리고 취출 로드락 챔버(100b)에 인접되게 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c)가 배치됨에 따라 불필요하게 낭비될 수 있는 시간을 더욱 줄일 수 있어 택트 타임을 감소시킬 수 있게 됨으로써 생산성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 프로세스 모듈 챔버의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2의 세부 구조도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100a,100b : 로드락 챔버 200 : 트랜스퍼 모듈 챔버
210 : 기판 핸들링 로봇 300a,300b,300c : 프로세스 모듈 챔버
310a~310e : 단위 챔버 310 : 서셉터
312 : 전극 320 : 가스 이온 공용 공급부
330 : 진공압 공용 펌프 340 : 진공압 펌프

Claims (11)

  1. 기판을 핸들링하는 기판 핸들링 로봇이 내부에 마련되는 트랜스퍼 모듈 챔버;
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 일측에 연결되어 상기 기판이 출입되는 적어도 하나의 로드락 챔버; 및
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 타측에 연결되어 상기 기판에 대한 실질적인 증착 공정이 진행되는 다수의 프로세스 모듈 챔버를 포함하며,
    상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는, 상기 기판의 표면에 증착될 다수의 증착막 중에서 그 증착 시간이 상대적으로 많이 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수가, 증착 시간이 상대적으로 적게 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버의 개수보다 상대적으로 더 많게 마련되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되며,
    상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 각각은, 다수의 기판에 대한 증착 공정이 동시에 진행될 수 있도록 다수의 단위 챔버를 구비하되 상기 다수의 단위 챔버는 하나의 프로세스 모듈 챔버 내에서 높이 방향을 따라 다층으로 배열되며,
    상기 다수의 단위 챔버 각각은,
    상기 기판이 로딩되는 서셉터; 및
    상기 기판의 표면에 상기 증착막이 증착될 수 있도록, 상기 서셉터의 상부에 마련되어 상기 서셉터 상에 로딩된 상기 기판의 표면으로 소정의 반응성 가스 이온을 방출시키는 전극을 포함하며,
    상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 각각은,
    그 내부에 마련된 다수의 단위 챔버 각각으로 상기 반응성 가스 이온을 공용으로 공급하는 가스 이온 공용 공급부;
    상기 다수의 단위 챔버 각각에 대한 진공압을 공용으로 설정 및 설정해제하는 진공압 공용 펌프; 및
    상기 프로세스 모듈 챔버 내의 진공압을 설정 및 설정해제하는 진공압 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 둘레 방향을 따라 배열되도록 상기 트랜스퍼 모듈 챔버에 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버는 평면 투영 시 다각형 구조를 가지며,
    상기 적어도 하나의 로드락 챔버와 상기 다수의 프로세스 모듈 챔버는 다각형 구조의 상기 트랜스퍼 모듈 챔버의 각 변에 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 로드락 챔버는,
    증착 대상의 기판이 인입되는 인입 로드락 챔버; 및
    증착이 완료된 기판이 취출되는 취출 로드락 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 인입 로드락 챔버와 상기 취출 로드락 챔버는 상호 인접하게 배치되어 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 연결되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다수의 프로세스 모듈 챔버 중에서, 상기 기판의 표면에 최초로 증착되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버는 상기 인입 로드락 챔버에 인접되게 배치되고, 상기 기판의 표면에 마지막으로 증착되는 증착막의 증착 공정을 위한 프로세스 모듈 챔버는 상기 취출 로드락 챔버에 인접되게 배치되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 트랜스퍼 모듈 챔버는 평면 투영 시 8각형 구조를 가지며,
    상기 증착막의 종류는 3 종류이며,
    상기 3 종류의 증착막 중에서 그 증착 시간이 가장 많이 소요되는 증착막의 증착 공정을 위한 상기 프로세스 모듈 챔버의 개수는 4개이며,
    나머지 2 종류의 증착막의 증착 공정을 위한 상기 프로세스 모듈 챔버의 개수는 각각 1개인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 증착막은, p 막(p-doped a-Si), i 막(a-Si/μc-Si) 및 n 막(n-doped a- Si)이며,
    상기 기판은 유리(glass) 기판인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
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