KR101095509B1 - 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, 기판이 출입되는 다수의 기판 출입구가 높이 방향을 따라 형성되는 챔버 게이트; 외관을 형성하는 유닛 프레임과, 기판 출입구마다 하나씩 대응되게 마련되어 기판 출입구를 개폐하는 다수의 게이트 밸브와, 다수의 게이트 밸브에 의해 기판 출입구가 개폐되도록 다수의 게이트 밸브를 유닛 프레임에 연결 지지하는 밸브 연결 지지부를 구비하는 게이트 밸브 유닛; 및 게이트 밸브 유닛에 연결되어 게이트 밸브 유닛을 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 게이트 밸브 유닛에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 다수의 게이트 밸브의 전후진 운동이 연동되면서 기판 출입구를 개폐할 수 있어 종래보다 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 다수의 게이트 밸브를 정확한 위치에서 개폐 동작시킬 수 있다.
Description
본 발명은, 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 게이트 밸브 유닛에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 다수의 게이트 밸브의 전후진 운동이 연동되면서 기판 출입구를 개폐할 수 있어 종래보다 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 다수의 게이트 밸브를 정확한 위치에서 개폐 동작시킬 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.
얇은 막 형태로 제작되는 박막 태양전지는, 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. 박막 태양전지는 수 내지 수십 마이크로미터(μm) 정도 두께의 증착물질을 2~5 mm 정도 두께의 유리 기판의 표면에 증착함으로써 제작된다.
박막 태양전지는 반도체 공정과 유사한 많은 공정들을 거치면서 제품으로 제작되는데, 공정들 중에 보면 기판 상에 박막을 증착시키는 증착 공정이 존재한다. 증착 공정은 플라즈마를 이용한 화학 기상 증착 장치(PECVD)를 통해 진행된다.
종래의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 기판이 공정으로 인입/취출되는 로드락(L/L) 챔버와, 로드락(L/L) 챔버와 연결되며 기판 핸들링 로봇이 내부에 구비되는 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버와, 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버의 일측에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 프로세스 모듈(PM) 챔버를 구비한다.
그리고 종래의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에서 로드락 챔버와 트랜스퍼 모듈 챔버, 그리고 트랜스퍼 모듈 챔버와 프로세스 모듈 챔버 사이에는 이들 사이의 기판 출입구를 개폐하는 게이트 밸브(Gate valve)가 마련된다.
즉 로드락 챔버, 트랜스퍼 모듈 챔버 및 프로세스 모듈 챔버 간의 압력, 온도 및 사용되는 가스의 종류가 다르기 때문에, 게이트 밸브는 로드락 챔버와 트랜스퍼 모듈 챔버, 그리고 트랜스퍼 모듈 챔버와 프로세스 모듈 챔버 간을 선택적으로 차단(격리)하기 위해 사용된다.
특히, 이러한 게이트 밸브는 프로세스 모듈 챔버에서 실질적인 증착 공정이 진행될 때, 트랜스퍼 모듈 챔버 및 프로세스 모듈 챔버 사이에 마련된 기판 출입구를 막아 프로세스 모듈 챔버 내의 압력 및 온도를 일정하게 유지시키고 프로세스 모듈 챔버 내의 가스가 트랜스퍼 모듈 챔버로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한 다.
하나의 프로세스 모듈 챔버 내에서는 하나의 기판에 대한 증착 공정이 진행되는 것이 일반적일 수 있지만, 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 경우에는 하나의 프로세스 모듈 챔버 내에서 다수의 기판에 대한 증착 공정이 진행된다. 이를 위해, 프로세스 모듈 챔버 내에는 그 높이 방향을 따라 다수의 단위 챔버들이 마련된다.
단위 챔버들의 개수는 20개 정도까지 마련될 수 있는데, 이처럼 하나의 프로세스 모듈 챔버 내에 다수의 단위 챔버가 마련될 경우라면 한번에 다수의 기판에 대하여 증착 공정이 진행될 수 있어 공정 효율이 높아지는 이점이 있다.
그런데, 종래의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 경우, 게이트 밸브가 트랜스퍼 모듈 챔버와 프로세스 모듈 챔버 사이에 형성되는 기판 출입구를 개폐하기 위해서는 상하 운동 및 전후진 운동을 각각 개별적으로 수행해야 하기 때문에 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.
특히, 전술한 바와 같이, 프로세스 모듈 챔버가 그 내부에 다수의 단위 챔버들이 마련되는 다층 구조로 적용되어 기판 출입구와 게이트 밸브가 다수개 마련되는 경우에는, 다수의 게이트 밸브를 각각 개별적으로 상하 운동 및 전후진 운동시켜 기판 출입구들을 개폐해야 하기 때문에 구조가 더더욱 복잡해지는 문제점이 있다.
그리고 위와 같이 프로세스 모듈 챔버가 다층 구조로 적용되는 경우에는 단위 챔버들마다 열에 의한 팽창 문제가 야기될 수 있기 때문에 게이트 밸브들을 요 구되는 정확한 위치에서 개폐 동작시키기 어려운 문제점이 있으므로 이에 대한 대책이 요구된다.
본 발명의 목적은, 게이트 밸브 유닛에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 다수의 게이트 밸브의 전후진 운동이 연동되면서 기판 출입구를 개폐할 수 있어 종래보다 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 다수의 게이트 밸브를 정확한 위치에서 개폐 동작시킬 수 있는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판이 출입되는 다수의 기판 출입구가 높이 방향을 따라 형성되는 챔버 게이트; 외관을 형성하는 유닛 프레임과, 상기 기판 출입구마다 하나씩 대응되게 마련되어 상기 기판 출입구를 개폐하는 다수의 게이트 밸브와, 상기 다수의 게이트 밸브에 의해 상기 기판 출입구가 개폐되도록 상기 다수의 게이트 밸브를 상기 유닛 프레임에 연결 지지하는 밸브 연결 지지부를 구비하는 게이트 밸브 유닛; 및 상기 게이트 밸브 유닛에 연결되어 상기 게이트 밸브 유닛을 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 기판 출입구에 인접된 위치에서 상기 챔버 게이트에 결합되며, 상기 업/다운 구동부에 의해 상기 게이트 밸브 유닛이 다운(down)될 때 상기 게이 트 밸브와 접촉되어 상기 게이트 밸브의 다운(down) 위치를 제한하는 다수의 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 스토퍼는 상기 기판 출입구의 하부 영역에서 상기 챔버 게이트에 결합되어 상기 게이트 밸브와 상호 작용하는 베어링(bearing)일 수 있다.
상기 유닛 프레임은, 상기 업/다운 구동부의 구동 방향에 가로 방향을 따라 상호 이격되고 나란하게 배치되는 한 쌍의 세로 프레임; 및 상기 한 쌍의 세로 프레임의 길이 방향을 따라 상호 이격 배치되어 상기 한 쌍의 세로 프레임을 연결하는 다수의 가로 프레임을 포함할 수 있으며, 상기 게이트 밸브는 상기 밸브 연결 지지부에 의해 상기 가로 프레임에 연결 지지될 수 있다.
상기 밸브 연결 지지부는, 일단부는 상기 가로 프레임의 내부에 부분적으로 배치되고 타단부는 상기 세로 프레임의 길이 방향을 따라 상기 가로 프레임의 외측으로 노출되는 너클 조인트; 및 상기 너클 조인트에 대하여 상기 게이트 밸브가 상하 방향 또는 전후진 방향으로 이동 가능하도록 상기 너클 조인트와 상기 게이트 밸브를 연결하는 링크를 포함할 수 있다.
상기 밸브 연결 지지부는, 상기 가로 프레임과 상기 너클 조인트 사이에 배치되는 코일 스프링을 더 포함할 수 있다.
상기 가로 프레임의 상면에는 상기 코일 스프링의 설치를 위한 개구에 캡이 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 업/다운 구동부는 브래킷에 의해 상기 챔버 게이트의 하부벽 또는 상부벽에 결합되는 실린더(cylinder)일 수 있다.
상기 업/다운 구동부는, 상기 실린더의 로드에 연결되는 판 형상의 로드 플레이트; 일단부가 상기 챔버 게이트에 연결되며, 상기 챔버 게이트의 하부벽에 형성되는 관통공을 통과하게 배치되는 연결 바아; 및 양단부가 상기 로드 플레이트와 상기 연결 바아에 연결되어 상기 챔버 게이트의 외부에서 상기 관통공을 밀봉시키는 밀봉부재를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉부재는 스테인리스 스틸로 제작되되 벨로우즈 형상을 가질 수 있다.
상기 챔버 게이트는, 상기 게이트 밸브 유닛의 측면을 둘러싸게 배치되는 게이트 본체부; 및 상기 게이트 본체부의 일측에 결합되되 판면에 다수의 제1 기판 출입구가 형성되는 전면판부를 포함할 수 있다.
상기 챔버 게이트는, 상기 게이트 밸브 유닛을 사이에 두고 상기 게이트 본체부의 타측에 결합되며, 판면에 상기 제1 기판 출입구와 대응되는 위치에 다수의 제2 기판 출입구가 형성되는 후면판부를 더 포함할 수 있다.
상기 다수의 게이트 밸브는 상기 밸브 연결 지지부를 중심으로 하여 상기 전면판부와 상기 후면판부에 각각 대응되게 대칭적으로 마련될 수 있다.
상기 기판이 공정으로 인입/취출되는 적어도 하나의 로드락(L/L) 챔버; 상기 로드락(L/L) 챔버와 연결되며 기판 핸들링 로봇이 내부에 구비되는 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버; 및 상기 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버의 일측에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 적어도 하나의 프로세스 모듈(PM) 챔버를 포함할 수 있으며, 상기 챔버 게이트는 상기 로드락 챔버와 상기 트랜스퍼 모듈 챔버 사이, 또는 상기 트랜 스퍼 모듈 챔버와 상기 프로세스 모듈 챔버 사이에 배치될 수 있으며, 상기 기판은 박막 태양전지(thin-film solar cells) 제조용 기판일 수 있다.
본 발명에 따르면, 게이트 밸브 유닛에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 다수의 게이트 밸브의 전후진 운동이 연동되면서 기판 출입구를 개폐할 수 있어 종래보다 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 다수의 게이트 밸브를 정확한 위치에서 개폐 동작시킬 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.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 프로세스 모듈 챔버의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 증착 공정 대상의 박막 태양전지(thin-film solar cells) 제조용 기판(이하, 기판이라 함)이 인입되거나 증착이 완료된 기판이 취출되는 로드락 챔버(100, LOADLOCK CHAMBER)와, 로드락 챔버(100)와 연결되며 기판 핸들링 로봇(210)이 내부에 구비되는 트랜스퍼 모듈 챔버(200, TRANSFER MODULE CHAMBER)와, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 다수의 프로세스 모듈 챔 버(300a,300b,300c, PROCESS MODULE CHAMBER)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, 1개의 로드락 챔버(100)와 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 동심적으로 배열되면서 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결된 구조를 갖는다.
하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없다. 즉, 로드락 챔버(100)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 4각형, 5각형 6각형 등 다양한 다각형의 구조를 가질 수도 있는 것이다.
뿐만 아니라 로드락 챔버(100), 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 하나의 프로세스 모듈 챔버(미도시)가 인라인(in-line) 구조를 가질 수도 있다.
다만, 이하에서는 도 1을 참조하여 8각형 구조의 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 1개의 로드락 챔버(100)와, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 연결되는 것에 대해 상세히 설명하기로 한다.
우선, 로드락 챔버(100)는, 증착 대상의 기판이 인입되거나 증착 완료된 기판이 취출되는 장소이다.
즉 본 실시예의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 외부에 마련된 외부로봇(미도시)이 증착 대상의 기판을 로드락 챔버(100)로 공급하면 로드락 챔버(100) 및 트랜스퍼 모듈 챔버(200)를 통해 기판이 프로세스 모듈 챔 버(300a,300b,300c)로 이송된 다음 기판에 대한 증착 공정이 진행되며, 증착 공정이 완료되면 역순으로 기판이 이동된 후 최종적으로 외부로봇에 의해 외부로 취출된다.
로드락 챔버(100)에 대해 자세히 도시하고 있지는 않지만, 동시에 다수개의 기판에 대한 증착 공정 진행을 위해, 로드락 챔버(100)는 그 내부에 높이 방향을 따라 다수의 기판이 수용되는 다단의 단위 챔버(미도시)를 구비한다. 즉 로드락 챔버(100)에는 예컨대, 20장의 기판이 수용되면 출입될 수 있는 20단의 단위 챔버가 구비될 수도 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 이의 개수에 제한될 필요는 없다.
이처럼 로드락 챔버(100)에 20장의 기판이 인입되거나 취출될 수 있도록 한다면 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 내의 기판 핸들링 로봇(210)이 20장의 기판을 한번에 파지하여 핸들링한 후, 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로, 또는 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로부터 이송시킬 수 있고, 따라서 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)에서는 한번에 동시에 20장의 기판에 대한 증착 공정을 진행할 수 있기 때문에 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 2와 같이 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 각각의 내부에 20개의 단위 챔버(310a~310f)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 6장(혹은 많더라도 9장 정도) 정도의 기판에 대한 증착 공정을 동시에 진행할 수 있는 정도의 규모로 제작될 수 있고, 이러한 경우에는 기판 핸들링 로봇(210)이 로드락 챔버(100) 내에 수용된 20장의 기판 중에서 6장의 기판을 파지하여 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 핸들링할 수 있을 것이다.
이처럼 기판 핸들링 로봇(210)이 로드락 챔버(100) 내에 수용된 20장의 기판 중에서 예컨대 6장의 기판을 파지하여 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 인입 이송시키거나, 반대로 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로부터 증착이 완료된 6장의 기판을 로드락 챔버(100)로 취출 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(100) 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(100) 내의 단위 챔버들이 승하강 동작되도록 구현하는 것이 바람직할 것이다. 이러한 구조는 로드락 챔버(100) 내에 기판의 승하강 동작을 위한 엘리베이터 구조를 적용함으로써 쉽게 구현이 가능하므로 이에 대한 도면 및 설명은 생략하기로 한다.
한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 본 실시예의 박막 태양전지 제조용 화학 기 상 증착 장치는, 통상적인 LCD 기판 제조용 화학 기상 증착 장치(PECVD)와 실질적으로 유사한 구성과 공정을 갖는 것이 일반적이다.
그렇지만, 박막 태양전지 제조용 기판이 LCD 제조용 기판보다 더 두껍기 때문에(대략 5 내지 7배 두꺼운 것으로 알려짐) 만약, 종래와 같이 전술한 통상의 공정을 통해 박막 태양전지 제조용 기판에 대해 증착 공정을 진행하게 되면 프로세스 챔버(300a,300b,300c) 내에서 박막 태양전지 제조용 기판을 가열하여 요구되는 공정 온도로 도달되기까지 많은 시간이 소요될 수밖에 없고, 따라서 전체적인 공정 시간의 지연으로 인해 생산성이 감소되는 문제점이 야기된다.
뿐만 아니라 프로세스 챔버(300a,300b,300c) 내에서 증착 공정이 완료되어 취출되는 박막 태양전지 제조용 기판은 이미 가열에 의한 높은 온도를 유지하고 있기 때문에 이를 냉각하지 않고 로드락 챔버(100)를 통해 대기 중으로 박막 태양전지 제조용 기판을 취출하게 되면 급격한 온도차로 인해 박막 태양전지 제조용 기판의 손상 또는 이 기판을 취급하는 외부로봇의 열적 손상이 발생될 수 있다.
따라서 이러한 현상 또는 문제점을 해결하기 위해, 본 실시예의 로드락 챔버(100)에는 증착 공정으로 인입되는 기판을 가열하는 구조와, 증착 완료되어 대기 중으로 취출되는 기판을 냉각하는 구조가 마련될 수 있다. 다시 말해, 로드락 챔버(100)에는 기판의 가열 및 냉각을 위한 기판 가열유닛과 기판 냉각유닛이 구비될 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)는, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 1개의 로드락 챔버(100)를 연결하는 챔버이다.
트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 평면 투영 시 8각형 구조를 갖는다. 앞서도 기술한 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 내부에는 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)와 1개의 로드락 챔버(100)로 예컨대 6장의 기판을 동시에 핸들링(handling)하는 기판 핸들링 로봇(210)이 마련되고, 또한 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 내부에서 기판 핸들링 로봇(210)에 의해 일정 사이즈 이상의 기판이 이송되어야 하므로 트랜스퍼 모듈 챔버(200)는 거대한 구조물로 마련된다.
마지막으로, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)는 고온 저압의 환경에서 기판에 대한 실질적인 증착 공정을 진행하는 부분이다. 즉, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)를 통해서 기판의 표면에는 예컨대, 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 있는데, 이 경우에는 도 1에 도시된 7개의 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 증착되는 것에 관해 설명한다. 특히, p 막, i 막, n 막 중에서 i 막의 증착 시간이 p 막, n 막의 증착 시간보다 훨씬 더 긴 것으로 가정하고 설명하기로 한다.
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 소요되는 경우에는, 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 하는 구조가 바람직하다.
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, 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 되므로 전체적으로 생산성 향상에 기여할 수 있다.
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.
앞서도 기술한 바와 같이, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)는 트 랜스퍼 모듈 챔버(200)의 둘레 방향을 따라 배열된다. 이는 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 내에 구비된 기판 핸들링 로봇(210)의 동작 경로를 단축시켜 택트 타임을 감소시키기 위한 방안이다.
한편, 앞서도 잠시 언급한 바와 같이, 7개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 각각은, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 내부에서 6개의 기판에 대한 증착 공정이 동시에 진행될 수 있도록 6개의 단위 챔버(310a~310f)를 구비한다.
도 2를 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 2의 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 내부 구조와 동일한 것으로 간주하도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 내부에는 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)의 높이 방향을 따라 6개의 단위 챔버(310a~310f)가 다층으로 배열되어 있다. 설치 및 유지보수의 편의성을 위해 6개의 단위 챔버(310a~310f)들 간의 간격은 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.
단위 챔버(310a~310f)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~310f)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 있다.
내부에 다수의 단위 챔버(310a~310f)들이 갖춰진 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a)에는 다수의 단위 챔버(310a~310f)들 각각으로 p 막 증착용 반응성 가스 이온을 공용으로 공급하는 가스 이온 공용 공급부(320)와, 5개의 단위 챔버(310a~310f) 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 마련된다.
가스 이온 공용 공급부(320)와 다수의 단위 챔버(310a~310f)를 연결하는 라인에는 해당 라인의 단속을 위한 단속밸브(321a~321f)가 마련되어 있으며, 진공압 공용 펌프(330)와 6개의 단위 챔버(310a~310f)를 연결하는 라인에는 해당 라인의 단속을 위한 단속밸브(331a~331f)가 마련되어 있다. 이에 의해, 만일 6개의 단위 챔버(310a~310f) 중 어느 하나에 고장이 발생하면 해당 단위 챔버에 대응하는 단속밸브(321a~321f,331a~331f)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.
도 3은 업/다운 구동부가 연결된 게이트 밸브 유닛과 챔버 게이트의 결합 상 태 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이며, 도 5는 업/다운 구동부가 연결된 게이트 밸브 유닛의 사시도이고, 도 6 내지 도 9는 게이트 밸브에 의해 기판 출입구가 닫히는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.
한편, 외부로봇(미도시)이 증착 대상의 기판을 로드락 챔버(100)로 공급하면 로드락 챔버(100) 및 트랜스퍼 모듈 챔버(200)를 통해 기판이 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)로 이송된 다음 기판에 대한 증착 공정이 진행되며, 증착 공정이 완료되면 역순으로 기판이 이동된 후 최종적으로 외부로봇에 의해 외부로 취출된다.
이처럼 기판이 로드락 챔버(100), 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 간을 이송하려면, 로드락 챔버(100)와 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 사이, 그리고 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 사이에 기판이 출입되는 기판 출입구(421,431)가 형성되어야 하며, 기판 출입구(421,431)는 게이트 밸브(520)에 의해 선택적으로 개폐되어야 한다.
앞서도 기술한 바와 같이, 로드락 챔버(100), 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 간의 압력, 온도 및 사용되는 가스의 종류가 다르기 때문에, 게이트 밸브(520)는 로드락 챔버(100), 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 간을 필요에 따라 선택적으로 차단(격리)하기 위해 사용된다.
특히, 이러한 게이트 밸브(520)는 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)에서 실질적인 증착 공정이 진행될 때, 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 사이에 마련된 기판 출입구(421,431)를 막아 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 내의 압력 및 온도를 일정하게 유지시키고 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 내의 가스가 트랜스퍼 모듈 챔버(200)로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.
다만, 이러한 역할을 수행하는 게이트 밸브(520)가 종래기술의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에도 적용 시도된 바 있지만, 종래기술의 경우에는 게이트 밸브(520)가 기판 출입구(421,431)를 개폐하기 위해서는 상하 운동 및 전후진 운동을 각각 개별적으로 수행해야 하기 때문에 구조가 복잡해지는 문제점이 있었다. 특히 본 실시예와 같이 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 다층 구조로 기판 출입구(421,431)와 게이트 밸브(520)가 다수개 마련되는 경우에는, 다수의 게이트 밸브(520)를 각각 개별적으로 상하 운동 및 전후진 운동시켜 기판 출입구(421,431)들을 개폐해야 하기 때문에 구조가 더더욱 복잡해지는 문제점이 있었다.
또한 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 다층 구조로 적용되는 경우에는 단위 챔버(310a~310f, 도 2 참조)들마다 열에 의한 팽창 문제가 야기될 수 있기 때문에 게이트 밸브(520)들을 요구되는 정확한 위치에서 개폐 동작시키기 어려운 문제점이 있었다.
이에 이러한 종래의 문제점 해결을 위해 본 실시예에서는 도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같은 구조를 제안하고 있는 것이다.
도 3 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 기판이 출입되는 다수의 기판 출입구(421,431)가 높이 방향을 따라 형성되는 챔버 게이트(400)와, 게이트 밸브 유닛(500)과, 게이트 밸브 유닛(500)에 연결되어 게이트 밸브 유닛(500)을 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부(600)를 포함한다.
챔버 게이트(400)는, 앞서 기술한 바와 같이, 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 사이에 마련되어 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 간을 출입하는 기판의 출입 통로 역할을 한다.
이러한 챔버 게이트(400)는 도 3 및 도 4와 같은 구조물로 제작되어 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 사이에 배치될 수도 있지만, 경우에 따라 챔버 게이트(400)는 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 접하는 벽면 그 자체일 수도 있다.
챔버 게이트(400)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 게이트 밸브 유닛(500)의 측면을 둘러싸게 배치되는 게이트 본체부(410)와, 게이트 본체부(410)의 일측에 결합되되 판면에 다수의 제1 기판 출입구(421)가 형성되는 전면판부(420)와, 게이트 밸브 유닛(500)을 사이에 두고 게이트 본체부(410)의 타측에 결합되며 판면에 제1 기판 출입구(421)와 대응되는 위치에 다수의 제2 기판 출입구(431)가 형성되는 후면판부(430)를 구비한다.
이러한 챔버 게이트(400)의 구조에서 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 모 두 열리면 기판은 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 및 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 간을 이송할 수 있지만, 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c) 내에서의 증착 공정 시에는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 닫힌다.
이처럼 필요에 따라 선택적으로 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 열고 닫기 위해, 업/다운 구동부(600)가 연결되는 하나의 어셈블리(assembly) 구조의 게이트 밸브 유닛(500)이 마련된다.
게이트 밸브 유닛(500)은 도 4에 도시된 바와 같이, 전면판부(420)와 후면판부(430) 사이에 배치되며, 하단부에 연결된 업/다운 구동부(600)의 동작에 기초하여 상하 운동되면서 게이트 밸브(520)의 전후진 동작을 연동시켜 게이트 밸브(520)로 하여금 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 열거나 닫도록 한다.
이와 같이, 게이트 밸브 유닛(500)이라는 구조물을 만들고 이를 상하 운동시키는 동작만으로 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 개폐되도록 하면, 구조가 단순화되어 설치, 유지보수 또는 제어가 편해지는 이점이 있기 때문에 종래기술보다 월등히 향상된 효과를 제공할 수 있다.
이러한 게이트 밸브 유닛(500)은, 도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 외관을 형성하는 유닛 프레임(510)과, 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)들마다 하나씩 대응되게 마련되어 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)들을 개폐하는 다수의 게이트 밸브(520)와, 다수의 게이트(520)의 동시 동작에 의해 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)들이 개폐되도록 다수의 게이트 밸브(520)를 유닛 프레임(510)에 연결 지지하는 밸브 연결 지지부(530)를 구비한다.
유닛 프레임(510)은, 게이트 밸브 유닛(500)의 외관을 형성하는 부분이다. 유닛 프레임(510)은 도 5에 도시된 바와 같이, 업/다운 구동부(600)의 구동 방향에 가로 방향을 따라 상호 이격되고 나란하게 배치되는 한 쌍의 세로 프레임(511)과, 한 쌍의 세로 프레임(511)의 길이 방향을 따라 상호 이격 배치되어 한 쌍의 세로 프레임(511)을 연결하는 다수의 가로 프레임(512)을 구비한다.
세로 프레임(511)과 가로 프레임(512)은 일정한 강성을 보유한 사각 파이프(pipe)로 제작될 수 있고, 이들은 용접에 의해 상호간 결합될 수 있다.
세로 프레임(511)은 완전 밀폐형 사각 파이프일 수 있지만, 가로 프레임(512)은 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이 밸브 연결 지지부(530)의 설치를 위해 밑면이 개방된 사각 파이프일 수 있다.
게이트 밸브(520)는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐하는 문(door)으로서, 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)들마다 하나씩 대응되게 마련된다. 이러한 게이트 밸브(520)는 게이트 밸브 유닛(500)에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 전후진 운동이 연동되면서 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐한다. 다시 말해, 본 실시예의 경우, 종래와 같이 게이트 밸브(520)에 대한 별개의 전후진 운동은 수행되지 않으며, 단지 게이트 밸브 유닛(500)에 대한 상하 운동 시 그에 연동되어 게이트 밸브(520)가 전후진 운동되면서 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐하게 되는 것이다.
본 실시예의 경우, 전면판부(420)에 6개의 제1 기판 출입구(421)가, 후면판부(430)에 6개의 제2 기판 출입구(431)가 형성되고 있기 때문에 게이트 밸브(520) 는 밸브 연결 지지부(530)를 중심으로 하여 전면판부(420)와 후면판부(430)에 각각 대응되게 6개씩이 대칭적으로 마련된다.
게이트 밸브(520)는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐하는 문(door)이기 때문에 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)의 개구 면적보다는 더 큰 사이즈로 마련된다.
본 실시예에서 게이트 밸브(520)는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 향한 면이 평면을 형성하고, 후면은 경사진 면을 형성하고 있으나 도면의 형상에 본 발명의 권리범위가 제한될 필요는 없다.
한편, 이러한 게이트 밸브(520)와 상호 작용되는 구성으로서 다수의 스토퍼(440)가 챔버 게이트(400)에 마련된다.
다수의 스토퍼(440)는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)들 각각에 인접된 위치에서 챔버 게이트(400)에 결합되는데, 업/다운 구동부(600)에 의해 게이트 밸브 유닛(500)이 다운(down)될 때 게이트 밸브(520)와 접촉되어 게이트 밸브(520)의 다운(down) 위치를 제한하는 역할을 한다.
다시 말해, 게이트 밸브(520)는 업/다운 구동부(600)의 동작에 의해 다운(down)되다가 스토퍼(440)에 접촉된 후, 계속되는 업/다운 구동부(600)의 동작에 의해 스토퍼(440)와의 상호 작용으로 전후진 방향으로 이동되면서 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 닫게 된다.
이처럼 게이트 밸브(520)에 의해 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 닫히기 위해 게이트 밸브(520)와 상호 작용하는 다수의 스토퍼(440)는, 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)의 하부 영역에서 챔버 게이트(400)에 결합되는 베어링(440, bearing)으로 적용될 수 있다.
이처럼 스토퍼(440)가 베어링(440)으로 적용되면 하방으로 이동되던 게이트 밸브(520)가 베어링(440)에 접촉된 후 베어링(440)의 회전에 따른 상호 작용에 의해 전후진으로 이동되기에 용이해진다.
뿐만 아니라 위와 같이 스토퍼(440)를 마련한 후, 스토퍼(440)와의 상호 작용에 의해 게이트 밸브(520)가 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐하도록 하면, 열팽창에 무관하게 게이트 밸브(520)가 보다 정확한 위치에서 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 개폐할 수 있어, 특히 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 닫을 수 있어 전반적으로 증착 공정의 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
밸브 연결 지지부(530)는, 게이트 밸브(520)들을 유닛 프레임(510)에, 특히 유닛 프레임(510)의 가로 프레임(512)에 연결 지지하는 역할을 한다.
밸브 연결 지지부(530)는, 도 6 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 일단부는 가로 프레임(512)의 내부에 부분적으로 배치되고 타단부는 세로 프레임(511)의 길이 방향을 따라 가로 프레임(512)의 외측으로 노출되는 너클 조인트(531)와, 너클 조인트(531)에 대하여 게이트 밸브(520)가 상하 방향 또는 전후진 방향으로 이동 가능하도록 너클 조인트(531)와 게이트 밸브(520)를 연결하는 링크(532)와, 가로 프레임(512)과 너클 조인트(531) 사이에 배치되는 코일 스프링(533)을 구비한다.
코일 스프링(533)의 설치 또는 유지보수를 위해, 가로 프레임(512)의 상면에는 코일 스프링(533)의 설치 또는 유지보수를 위한 개구(미도시)에 캡(513)이 착탈 가능하게 결합된다.
이러한 밸브 연결 지지부(530)는 게이트 밸브(520)들을 가로 프레임(512)에 연결 지지하는 역할 외에도, 게이트 밸브(520)가 스토퍼(440)에 접촉된 후에 게이트 밸브(520)를 전후진 방향으로 이동시키는 역할을 한다. 즉 게이트 밸브(520)가 스토퍼(440)에 접촉되었음에도 불구하고 업/다운 구동부(600)가 계속해서 게이트 밸브 유닛(500)을 당기면 그 힘에 의해 코일 스프링(533)이 압축되면서 너클 조인트(531)를 가압하여 너클 조인트(531)를 약간 하강시키게 된다. 이처럼 너클 조인트(531)가 하강되면 너클 조인트(531)가 하강되는 동작에 연동되어 게이트 밸브(520)와 연결된 링크(520)가 수평 방향으로 펼쳐지게 됨으로써 스토퍼(440)에 의해 더 이상 하강될 수 없는 게이트 밸브(520)를 전후진 방향으로 이동시키게 되는데, 이러한 역할을 밸브 연결 지지부(530)가 담당한다. 밸브 연결 지지부(530)의 동작에 대해서는 아래에서 다시 설명하도록 한다.
마지막으로, 업/다운 구동부(600)는, 게이트 밸브 유닛(500)에 연결되어 게이트 밸브 유닛(500)을 한번에 업/다운(up/down) 구동시키는 구성이다.
이러한 업/다운 구동부(600)는 실린더(601)와, 실린더(601) 쪽에 결합되는 로드 플레이트(620)와, 챔버 게이트(400) 쪽에 결합되는 연결 바아(630)와, 로드 플레이트(620) 및 연결 바아(630)를 연결하는 밀봉부재(640)를 구비한다.
실린더(601)는 게이트 밸브 유닛(500)의 상하 운동을 위한 구동력을 제공하는 구성이다. 실린더(601) 대신에 리니어 모터(linear motor) 등이 적용될 수도 있지만, 본 실시예의 유압 실린더(601)를 적용하고 있다. 하지만, 유압 실린더(601) 대신에 공압 실린더나 유공압 복합 실린더가 적용될 수도 있다.
이러한 실린더(601)는 도시된 바와 같이, 브래킷(610)에 의해 챔버 게이트(400)의 하부벽에 결합된다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 도시된 것과는 달리 실린더(601)가 챔버 게이트(400)의 상부벽에 결합되어 게이트 밸브 유닛(500)을 상하 운동시킬 수도 있다.
로드 플레이트(620)는 판 형상을 가지며, 실린더(601)의 로드(601a)에 연결된다. 연결 바아(630)는 챔버 게이트(400)의 하부벽에 그 일단부가 연결되고 나머지 부분은 챔버 게이트(400)의 하부벽에 형성되는 관통공(602, 도 4 참조)을 통해 챔버 게이트(400)의 외측으로 노출되게 마련된다. 그리고 밀봉부재(640)는 로드 플레이트(620)와 연결 바아(630)를 챔버 게이트(400)의 외부에서 연결하는 역할을 한다.
이때, 밀봉부재(640)는 로드 플레이트(620)와 연결 바아(630)를 연결시키는 역할 외에도 챔버 게이트(400)의 외부에서 관통공(602)을 밀봉시키는 역할을 겸한다. 이 경우, 게이트 밸브 유닛(500)은 업/다운 구동부(600)에 의해 업/다운 구동되기 때문에, 관통공(602)이 밀봉부재(640)에 의해 밀봉된 상태를 계속 유지하려면 밀봉부재(640) 역시 상하 방향을 따라 약간의 유동성이 있는 재질 또는 구조로 마련되어야 할 것인데, 이를 위해 본 실시예에서는 밀봉부재(640)를 스테인리스 스틸로 제작되되 벨로우즈 형상을 갖도록 제작하고 있다.
이러한 구성에 의해, 박막 태양전지 제조를 위한 하나의 공정으로서 기판에 증착막을 형성시키는 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.
우선, 외부로봇(미도시)이 증착 대상의 기판 20장이 로드락 챔버(100)로 인입되고, 로드락 챔버(100) 내에서 기판의 가열이 진행되고 나면, 트랜스퍼 모듈 챔버(200) 내의 기판 핸들링 로봇(210)이 로드락 챔버(100)로부터 다수의 기판을 파지하여 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 단위 챔버(310a~310f)들로 각각 이송시킨다.
이때, 챔버 게이트(400)에 형성된 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)는 개방된 상태이므로 로드락 챔버(100)로부터의 기판들은 별도의 간섭 없이 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 단위 챔버(310a~310f)들로 이송될 수 있다.
다수의 기판이 p 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300a) 내의 단위 챔버(310a~310f)들로 인입되어 해당 서셉터(311) 상에 로딩되면, 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 닫힌다.
제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 닫히는 동작에 대해 도 6 내지 도 9를 참조하여 살펴보면, 우선 도 6과 같이, 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 개방된 상태에서 도 7에 도시된 바와 같이, 실린더(601)의 로드(601a)가 화살표 D1 방향으로 동작되어 게이트 밸브 유닛(500) 전체를 다운(down)시킨다.
다음, 도 8에 도시된 화살표 D2 방향으로 실린더(601)의 로드(601a)가 계속 동작되어 게이트 밸브(520)의 하부가 베어링(440)으로 된 스토퍼(440)에 접촉 지지된다. 도 8과 같은 상태일지라도 게이트 밸브(520)가 제1 및 제2 기판 출입구(421,431) 영역에 배치되어 있을 뿐 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 완전히 닫힌 상태는 아니다.
이 상태에서 도 9에 도시된 바와 같이, 실린더(601)의 로드(601a)가 화살표 D3 방향으로 더 동작된다.
그러면 스토퍼(440)에 의해 더 이상 하강될 수 없는 게이트 밸브(520)는, 스토퍼(440)와의 상호 작용에 의해, 즉 스토퍼(440)의 회전에 의해 전후진 방향으로 이동되면서 도 9와 같이 전면판부(420)와 후면판부(430)에 각각 마련되는 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 닫게 된다.
이때는 코일 스프링(533)이 압축되면서 너클 조인트(531)를 하방으로 약간 밀게 되고, 밀린 너클 조인트(531)가 게이트 밸브(520)와의 사이에 링크(532)를 가압하여 링크(532)의 각도를 도 9에 도시된 바와 같이 약간 수평되게 펼치게 됨으로써 이러한 유기적인 동작에 의해 게이트 밸브(520)가 전후진 방향으로 이동되면서 도 9와 같이 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)를 닫게 되는 것이다.
이처럼 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 닫히면, 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, 도 6 내지 도 9의 역순으로 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 개방된다.
그러면 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. 그리고는 다시 동일한 방법으로 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c) 내에서 i 막 상에 n 막이 증착되도록 한다.
최종적으로 증착 공정이 모두 완료되면 n 막 증착용 프로세스 모듈 챔버(300c) 쪽의 제1 및 제2 기판 출입구(421,431)가 개방되어 로드락 챔버(100) 내로 취출된 후, 기판이 장치의 외측으로 취출된다. 이때는 전술한 바와 같이, 로드락 챔버(100) 내의 기판 냉각유닛(미도시)에 의해 미리 냉각된 후 대기 중으로 취출될 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 게이트 밸브 유닛(500)에 대한 하나의 상하 운동에 기초하여 다수의 게이트 밸브(520)의 전후진 운동이 연동되면서 기판 출입구(421,431)를 개폐할 수 있어 종래보다 구조를 단순화시킬 수 있으며, 또한 다수의 게이트 밸브(520)를 정확한 위치에서 개폐 동작시킬 수 있게 된다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
전술한 실시예와는 달리, 본 실시예의 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치는, 평면 투영 시 8각형의 구조를 갖는 트랜스퍼 모듈 챔버(200)의 각 변에, 2개의 로드락 챔버(100a,100b)와 6개의 프로세스 모듈 챔버(300a,300b,300c)가 동심적으로 배열되면서 트랜스퍼 모듈 챔버(200)에 연결된 구조를 갖는다.
이 때, 2개의 로드락 챔버(100a,100b) 중 하나는, 증착 대상의 기판이 인입되는 인입 로드락 챔버(100a)이고, 다른 하나는 증착이 완료된 기판이 취출되는 취 출 로드락 챔버(100b)이다.
이와 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.
본 실시예와 같이, 인입 로드락 챔버(100a)와 취출 로드락 챔버(100b)로 구분되어 있다면, 전술한 실시예에서 간략하게 설명된 기판 가열유닛(미도시)이 인입 로드락 챔버(100a)에, 그리고 기판 냉각유닛(미도시)이 취출 로드락 챔버(100b)에 각각 개별적으로 마련되면 된다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에서 게이트 밸브 유닛과 챔버 게이트 간의 배치 상태 측면도이다.
본 실시예의 경우, 챔버 게이트(400a)에 전술한 실시예와는 달리, 후면판부(430, 도 6 내지 도 9 참조)가 마련되어 있지 않다.
이러한 경우, 게이트 밸브(520)는 전면판부(420) 쪽에만 마련되면 그것으로 충분하다. 나머지의 구성들은 전술한 실시예와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
전술한 실시예들의 경우, 챔버 게이트와 게이트 밸브 유닛이, 트랜스퍼 모듈 챔버와 프로세스 모듈 챔버 사이에 배치되어 사용되고 있지만, 로드락 챔버와 트랜스퍼 모듈 챔버 사이에 배치되어 사용되어도 좋다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에 서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 프로세스 모듈 챔버의 개략적인 구성도이다.
도 3은 업/다운 구동부가 연결된 게이트 밸브 유닛과 챔버 게이트의 결합 상태 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 업/다운 구동부가 연결된 게이트 밸브 유닛의 사시도이다.
도 6 내지 도 9는 게이트 밸브에 의해 기판 출입구가 닫히는 과정을 단계적으로 도시한 도면들이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치의 개략적인 구성도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치에서 게이트 밸브 유닛과 챔버 게이트 간의 배치 상태 측면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100,100a,100b : 로드락 챔버 200 : 트랜스퍼 모듈 챔버
210 : 기판 핸들링 로봇 300a,300b,300c : 프로세스 모듈 챔버
310a~310f : 단위 챔버 310 : 서셉터
312 : 전극 320 : 가스 이온 공용 공급부
330 : 진공압 공용 펌프 340 : 진공압 펌프
400 : 챔버 게이트 440 : 스토퍼
500 : 게이트 밸브 유닛 510 : 유닛 프레임
520 : 게이트 밸브 530 : 밸브 연결 지지부
600 : 업/다운 구동부 640 : 밀봉부재
Claims (14)
- 기판이 출입되는 다수의 기판 출입구가 높이 방향을 따라 형성되는 챔버 게이트;외관을 형성하는 유닛 프레임과, 상기 기판 출입구마다 하나씩 대응되게 마련되어 상기 기판 출입구를 개폐하는 다수의 게이트 밸브와, 상기 게이트 밸브에 의해 상기 기판 출입구가 개폐되도록 상기 게이트 밸브를 상기 유닛 프레임에 연결 지지하는 밸브 연결 지지부를 구비하는 게이트 밸브 유닛; 및상기 게이트 밸브 유닛에 연결되어 상기 게이트 밸브 유닛을 업/다운(up/down) 구동시키는 업/다운 구동부를 포함하며,상기 유닛 프레임은,상기 업/다운 구동부의 구동 방향에 가로 방향을 따라 상호 이격되고 나란하게 배치되는 한 쌍의 세로 프레임; 및상기 한 쌍의 세로 프레임의 길이 방향을 따라 상호 이격 배치되어 상기 한 쌍의 세로 프레임을 연결하는 다수의 가로 프레임을 포함하며,상기 게이트 밸브는 상기 밸브 연결 지지부에 의해 상기 가로 프레임에 연결 지지되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기판 출입구에 인접된 위치에서 상기 챔버 게이트에 결합되며, 상기 업/다운 구동부에 의해 상기 게이트 밸브 유닛이 다운(down)될 때 상기 게이트 밸브와 접촉되어 상기 게이트 밸브의 다운(down) 위치를 제한하는 다수의 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제2항에 있어서,상기 스토퍼는 상기 기판 출입구의 하부 영역에서 상기 챔버 게이트에 결합 되어 상기 게이트 밸브와 상호 작용하는 베어링(bearing)인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 밸브 연결 지지부는,일단부는 상기 가로 프레임의 내부에 부분적으로 배치되고 타단부는 상기 세로 프레임의 길이 방향을 따라 상기 가로 프레임의 외측으로 노출되는 너클 조인트; 및상기 너클 조인트에 대하여 상기 게이트 밸브가 상하 방향 또는 전후진 방향으로 이동 가능하도록 상기 너클 조인트와 상기 게이트 밸브를 연결하는 링크를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제5항에 있어서,상기 밸브 연결 지지부는, 상기 가로 프레임과 상기 너클 조인트 사이에 배치되는 코일 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제6항에 있어서,상기 가로 프레임의 상면에는 상기 코일 스프링의 설치를 위한 개구에 캡이 착탈 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 업/다운 구동부는 브래킷에 의해 상기 챔버 게이트의 하부벽 또는 상부벽에 결합되는 실린더(cylinder)인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제8항에 있어서,상기 업/다운 구동부는,상기 실린더의 로드에 연결되는 판 형상의 로드 플레이트;일단부가 상기 챔버 게이트에 연결되며, 상기 챔버 게이트의 하부벽에 형성 되는 관통공을 통과하게 배치되는 연결 바아; 및양단부가 상기 로드 플레이트와 상기 연결 바아에 연결되어 상기 챔버 게이트의 외부에서 상기 관통공을 밀봉시키는 밀봉부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제9항에 있어서,상기 밀봉부재는 스테인리스 스틸로 제작되되 벨로우즈 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 챔버 게이트는,상기 게이트 밸브 유닛의 측면을 둘러싸게 배치되는 게이트 본체부; 및상기 게이트 본체부의 일측에 결합되되 판면에 다수의 제1 기판 출입구가 형성되는 전면판부를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제11항에 있어서,상기 챔버 게이트는, 상기 게이트 밸브 유닛을 사이에 두고 상기 게이트 본체부의 타측에 결합되며, 판면에 상기 제1 기판 출입구와 대응되는 위치에 다수의 제2 기판 출입구가 형성되는 후면판부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막 태 양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제12항에 있어서,상기 다수의 게이트 밸브는 상기 밸브 연결 지지부를 중심으로 하여 상기 전면판부와 상기 후면판부에 각각 대응되게 대칭적으로 마련되는 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
- 제1항에 있어서,상기 기판이 공정으로 인입/취출되는 적어도 하나의 로드락(L/L) 챔버;상기 로드락(L/L) 챔버와 연결되며 기판 핸들링 로봇이 내부에 구비되는 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버; 및상기 트랜스퍼 모듈(TM) 챔버의 일측에 연결되어 실질적인 증착 공정을 진행하는 적어도 하나의 프로세스 모듈(PM) 챔버를 포함하며,상기 챔버 게이트는 상기 로드락 챔버와 상기 트랜스퍼 모듈 챔버 사이, 또는 상기 트랜스퍼 모듈 챔버와 상기 프로세스 모듈 챔버 사이에 배치되며,상기 기판은 박막 태양전지(thin-film solar cells) 제조용 기판인 것을 특징으로 하는 박막 태양전지 제조용 화학 기상 증착 장치.
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2009
- 2009-06-04 KR KR1020090049440A patent/KR101095509B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009063009A (ja) * | 2007-09-04 | 2009-03-26 | Nippon Valqua Ind Ltd | ゲート弁 |
| JP2009097534A (ja) | 2007-10-12 | 2009-05-07 | Nippon Valqua Ind Ltd | ゲート弁 |
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|---|---|---|---|---|
| KR101479933B1 (ko) | 2012-12-27 | 2015-01-12 | 주식회사 에스에프에이 | 게이트 밸브 |
Also Published As
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