KR101149766B1 - 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 동시에 수행하는 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법 - Google Patents

Abstract

아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 동시에 수행하는 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법이 개시된다. 다층기판을 레이저 가공하는 다층기판 가공장치에 있어서, 다층기판을 적재하고 360도 회전 및 상승/하강 동작이 가능한 지지테이블, 제1 파장의 레이저 빔 및 제2 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공축에 평행한 다층기판의 일 에지에 대하여 아이솔레이션 공정을 수행하는 P4 가공부 및 제3 파장의 레이저 빔을 스캐닝하여 가공축에 평행한 다층기판의 다른 에지에 대하여 에지 딜리션 공정을 수행하는 P5 가공부를 포함하는 다층기판 가공장치에 의하면, 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 동시에 수행 가능하도록 시스템 통합함으로써 장비를 단순화시키고 택트 타임을 단축시키며 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 동시에 수행하는 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법{Device and method for machining multi-layer substrate performing isolation process and edge deletion process}

본 발명은 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 동시에 수행하는 다층기판 가공장치 및 다층기판 가공방법에 관한 것이다.

다층기판 중 하나인 태양전지(solar cell)는 태양으로부터 생성된 광 에너지를 광기전 효과(photovoltaic effect)에 의해 전기 에너지로 변환하는 반도체 소자이다. 태양전지는 재료의 종류에 따라 실리콘 태양전지와 화합물 반도체 태양전지 등으로 크게 분류할 수 있다. 이 중 광흡수층으로 실리콘을 사용하는 실리콘 태양전지는 단결정 또는 다결정 실리콘 태양전지와 같은 결정질 기판형 태양전지와 비정질의 박막형 태양전지 등으로 구분된다.

이 중 박막형 태양전지의 경우, 통상 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H, 이하 '비정질 실리콘'이라 함) 박막은 물질 자체의 특성으로 인해 캐리어의 확산거리가 결정계 실리콘 기판보다 매우 작기 때문에, p형 비정질 실리콘과 n형 비정질 실리콘 사이에 불순물이 첨가되지 않은 i형(intrinsic) 비정질 실리콘층을 삽입한 p-i-n 접합구조를 주로 사용한다. p-i-n 접합구조에서 태양광은 p형 비정질 실리콘층을 통해 광흡수층(i형 비정질 실리콘층)으로 입사된다. 이때, 광흡수층은 높은 도핑 농도를 갖는 p형 비정질 실리콘층과 n형 비정질 실리콘층에 의하여 공핍되기 때문에 공핍층이라고도 한다. 비정질의 박막형 태양전지의 광전류는 대부분 광흡수층의 공핍에서 발생된 유동전류에 기인한다.

도 1a 내지 도 1h는 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 1a 내지 도 1h를 참조하여 박막형 태양전지의 일반적인 제조방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 도 1a에 도시된 것과 같이 기판(1) 상에 예를 들어 주석-도핑된 산화인듐(ITO), 플루오르-도핑된 산화주석(FTO), 알루미늄-도핑된 산화아연(AZO) 등과 같은 투명전도막(transparent conductive oxide, TCO)으로 이루어진 전면전극층(2)을 형성한다. 기판(1)은 태양광이 입사될 수 있도록 투명한 유리 등의 재질로 형성되며, 전면전극층(2)은 빛의 흡수가 작아 대부분의 빛이 통과할 수 있도록 에너지 밴드갭 폭이 넓으면서도 전기를 잘 흘려줄 수 있도록 도핑된 산화물 기판의 전도막으로 이루어진다.

그리고 도 1b에 도시된 것과 같이 전면전극층(2)을 패터닝하여 증착된 전면전극층(2)이 전면전극들로 서로 분리되도록 한다. 전면전극층(2)은 가시광선 영역의 파장을 흡수하지 않는 특성으로 인하여 예를 들면 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P1 공정)을 수행하게 된다.

다음으로 도 1c에 도시된 것과 같이 패터닝된 전면전극층(2) 상에 반도체층(3)을 형성한다. 일반적으로 반도체층(3)은 전술할 것과 같은 p-i-n 접합구조를 가진다. 이러한 반도체층(3)은 예를 들면 화학 증착법(CVD)과 같은 방법으로 형성될 수 있다.

그리고 도 1d에 도시된 것과 같이 반도체층(3)을 패터닝하여 전면전극층(2)의 일부가 노출되도록 하고, 반도체층(3)이 서로 분리되도록 한다. 이 경우 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P2 공정)을 수행하게 된다.

다음으로 도 1e에 도시된 것과 같이 패터닝된 반도체층(3) 상에 예를 들면 알루미늄(Al) 등과 같은 금속으로 이루어진 후면전극층(4)을 형성한다.

그리고 도 1f에 도시된 것과 같이 후면전극층(4)을 패터닝하여 후면전극들로 서로 분리되도록 한다. 이 경우 하부의 반도체층(3)이 함께 패터닝될 수도 있다. 여기서는 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 패터닝 공정(P3 공정)을 수행하게 된다.

다음으로, 도 1g에 도시된 것과 같이 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)이 형성되고 각각에 대한 패터닝 공정(P1, P2, P3 공정)이 수행된 박막형 태양전지 기판(50)에 대하여, 아이솔레이션(isolation) 공정(P4 공정)을 수행하여 실제 광전변환을 통해 전기를 생산하는 단위셀들로 이루어진 액티브 영역(active area)과, 기판 가장자리 부분에 위치하여 액티브 영역을 둘러싸고 있으면서 액티브 영역을 보호하는 더미 영역(dummy area)으로 구분하게 된다. 이 경우 전면전극층(2)은 가시광선 영역의 파장을 흡수하지 않는 특성으로 인하여 예를 들면 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 제거하고, 반도체층(3)과 후면전극층(4)은 예를 들면 532nm 파장의 레이저를 이용하여 제거하게 된다. 일반적으로 532nm 파장의 레이저를 이용한 제1 홈(5a)보다 1064nm 파장의 레이저를 이용한 제2 홈(5b)의 폭이 좁은 형상을 가지는 아이솔레이션 홈(5)이 형성된다.

다음으로 도 1h에 도시된 것과 같이 아이솔레이션 공정이 수행된 박막형 태양전지 기판에 대하여, 더미 영역 중 내측 일부를 제외한 나머지 영역(6)에 대하여 기판(1)을 제외한 나머지 박막층들(전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4))을 제거하여 추후 모듈화 과정에서 소정의 프레임을 박막형 태양전지에 연결하는 과정에서 프레임과 박막형 태양전지 간에 불필요한 전기적인 접속이 발생하지 않도록 하는 에지 딜리션(edge deletion) 공정(P5 공정)을 수행한다. 이 경우 에지 딜리션 공정은 예를 들면 샌드 블라스트(sand blast)를 이용하거나 고출력의 1064nm 파장의 레이저를 이용하여 수행될 수 있다.

하지만, 이와 같은 종래 박막형 태양전지의 제조방법에 의하면 아이솔레이션 공정(P4 공정)과 에지 딜리션 공정(P5 공정)이 분리되어 있어 별도의 장비를 이용하게 되는 바 각 장비가 차지하게 되는 면적이 증가하고 장비 구입 비용이 증가하게 되며 전체 공정의 택트 타임(tact time)이 증가하게 되는 문제점이 있었다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

본 발명은 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 동시에 수행 가능하도록 시스템 통합함으로써 장비를 단순화시키고 택트 타임을 단축시키며 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있는 다층기판 가공장치 및 가공방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 다층기판을 레이저 가공하는 다층기판 가공장치에 있어서, 다층기판을 적재하고 360도 회전 및 상승/하강 동작이 가능한 지지테이블, 제1 파장의 레이저 빔 및 제2 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공축에 평행한 다층기판의 일 에지에 대하여 아이솔레이션(isoloation) 공정을 수행하는 P4 가공부 및 제3 파장의 레이저 빔을 스캐닝하여 가공축에 평행한 다층기판의 다른 에지에 대하여 에지 딜리션(edge deletion) 공정을 수행하는 P5 가공부를 포함하는 다층기판 가공장치가 제공된다.

가공축에 수직인 방향으로 연장된 폭 조절용 가이드와, 폭 조절용 가이드를 따라 이동하는 제1 가이드 프레임 및 제2 가이드 프레임을 더 포함하되, P4 가공부는 제1 가이드 프레임을 따라 가공축 방향으로 왕복 이동하며 P5 가공부는 제2 가이드 프레임을 따라 가공축 방향으로 왕복 이동할 수 있다.

P4 가공부는 제1 파장의 레이저 빔을 발진하는 제1 레이저 발진부와, 제1 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제1 고정광학계를 포함하는 제1 레이저 가공 유닛; 및 제2 파장의 레이저 빔을 발진하는 제2 레이저 발진부와, 제2 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제2 고정광학계를 포함하는 제2 레이저 가공 유닛을 포함할 수 있다.

P4 가공부는 다층기판을 기준으로 제1 레이저 가공 유닛 및 제2 레이저 가공 유닛과 대향되는 위치에 설치되어 아이솔레이션 공정에 따라 발생하는 분진을 집진하는 제1 집진부를 더 포함할 수 있다. P4 가공부는 다층기판, P4 가공부 및 P5 가공부 중 하나 이상을 정렬하는 얼라인부를 더 포함할 수 있다.

P5 가공부는 제3 파장의 레이저 빔을 발진하는 제3 레이저 발진부와, 제3 레이저 빔이 조사될 초점을 평면 상에서 조정하는 스캔광학계를 포함하는 제3 레이저 가공 유닛을 포함할 수 있다. P5 가공부는 다층기판을 기준으로 제3 레이저 가공 유닛과 대향되는 위치에 설치되어 에지 딜리션 공정에 따라 발생하는 분진을 집진하는 제2 집진부를 더 포함할 수 있다.

P4 가공부와 P5 가공부는 독립적으로 구동할 수 있다.

또는 P5 가공부가 구동되는 동안에 P4 가공부가 구동될 수 있다.

제1 파장은 가시광선 파장이고, 제2 및 제3 파장은 적외선 파장일 수 있다.

다층기판은 유리기판의 상면에 전면전극층의 형성 및 패터닝, 반도체층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판일 수 있다. 유리기판의 하면이 지지테이블에 의해 진공 흡착되어 지지되며, P4 가공부 및 P5 가공부는 쓰루글래스(thruglass) 방식으로 레이저 가공할 수 있다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 다층기판을 레이저 가공하는 다층기판 가공방법에 있어서, (a) 다층기판을 지지테이블 상에 적재하는 단계, (b) P4 가공부 및 P5 가공부를 다층기판의 양측 에지로 이동시키고 정렬하는 단계, (c) P4 가공부를 구동하여 가공축에 평행한 다층기판의 일 에지에 대하여 아이솔레이션 공정을 수행하는 단계, (d) P5 가공부를 구동하여 가공축에 평행한 다층기판의 다른 에지에 대하여 에지 딜리션 공정을 수행하는 단계, (e) 단계 (c) 및 (d)가 완료되면, 지지테이블이 다층기판을 소정 각도 회전시키는 단계 및 (f) 다층기판의 모든 에지에 대하여 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 완료될 때까지 단계 (b) 내지 (e)를 반복 수행하는 단계를 포함하는 다층기판 가공방법이 제공된다.

P4 가공부는 제1 파장의 레이저 빔을 발진하는 제1 레이저 발진부와, 제1 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제1 고정광학계를 포함하는 제1 레이저 가공 유닛 및 제2 파장의 레이저 빔을 발진하는 제2 레이저 발진부와, 제2 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제2 고정광학계를 포함하는 제2 레이저 가공 유닛을 포함하되, 단계 (c)는 제1 파장의 레이저 빔 및 제2 파장의 레이저 빔이 조사되어 아이솔레이션 공정이 수행될 수 있다. 제1 파장은 가시광선 파장이고, 제2 파장은 적외선 파장일 수 있다.

P5 가공부는 제3 파장의 레이저 빔을 발진하는 제3 레이저 발진부와, 제3 레이저 빔이 조사될 초점을 평면 상에서 조정하는 스캔광학계를 포함하는 제3 레이저 가공 유닛을 포함하되, 단계 (d)는 제3 파장의 레이저 빔이 스캐닝되어 에지 딜리션 공정이 수행될 수 있다. 제3 파장은 적외선 파장일 수 있다.

단계 (c)와 단계 (d)는 독립적으로 수행될 수 있다.

또는 단계 (d)가 수행되는 동안에 단계 (c)가 수행될 수 있다.

다층기판은 유리기판의 상면에 전면전극층의 형성 및 패터닝, 반도체층의 형성 미 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판일 수 있다. 단계 (a)에서 유리기판의 하면이 지지테이블에 의해 진공 흡착되어 지지되며, 단계 (c) 및 단계 (d)는 쓰루글래스 방식으로 레이저 가공할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 통합하여 하나의 장비에서 동시에 수행 가능하도록 시스템 통합함으로써 장비를 단순화시키고 택트 타임을 단축시키며 전체적인 제조 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 다층기판 중 유리기판의 하면을 지지함으로써 기판 손상을 최소화하고 반전 유닛이 불필요하기 때문에 장비 가격을 낮출 수 있다.

도 1a 내지 도 1h는 이러한 박막형 태양전지를 제조하는 과정을 단계적으로 설명하기 위한 도면,
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공방법을 수행하기 위한 다층기판 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도,
도 2b는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 평면도,
도 2c는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 정면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공방법의 순서도,
도 4a 내지도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공 공정을 나타낸 개념도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공방법을 수행하기 위한 다층기판 가공장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 평면도이며, 도 2c는 도 2a에 도시된 다층기판 가공장치를 나타낸 정면도이다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 다층기판 가공장치(100), P4 가공부(10), 제1 레이저 가공 유닛(11a), 제2 레이저 가공 유닛(11b), 제1 집진부(13), 얼라인부(15), P5 가공부(20), 제3 레이저 가공 유닛(21), 제2 집진부(23), 지지테이블(30), 이송부(40), 이송롤러(42), 롤러지지대(44), 제1 가이드 프레임(17), 제2 가이드 프레임(27), 폭 조절용 가이드(35), 다층기판(50)이 도시되어 있다.

본 실시예는 다층기판 가공 공정 중에 다층기판의 서로 다른 에지에 대하여 아이솔레이션 공정(P4 공정)과 에지 딜리션 공정(P5 공정)이 동시에 수행되도록 구성함으로써 전체 공정의 택트 타임을 단축시킨 것을 특징으로 한다.

이하, '다층기판'은 예를 들어 도 1a 내지 도 1f에 도시된 전면전극층의 형성 및 패터닝, 광전변환층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝 공정까지 완료된, 즉 P1~P3 공정이 완료된 박막형 태양전지 기판을 의미하는 용어로서 사용한다.

본 실시예에 따른 다층기판 가공장치(100)는, 이송부(40)를 통해 장치 내부로 이송되어진 다층기판(50)을 지지하면서 상승/하강 및 360도 회전이 가능한 지지테이블(30)과, 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 일 에지에 대하여 아이솔레이션 공정을 수행하기 위한 P4 가공부(10)와, 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 다른 에지에 대하여 에지 딜리션 공정을 수행하기 위한 P5 가공부(20)를 기본 골격으로 한다.

종래에는 가시광선 파장의 레이저 빔과 저출력의 적외선 파장의 레이저 빔을 이용한 아이솔레이션 공정과 고출력의 적외선 파장의 레이저 빔을 이용한 에지 딜리션 공정이 별도의 장비에서 개별적으로 수행되어야 했기 때문에, 장비 수량 및 생산 원가가 늘어나고 공정의 택트 타임이 증가하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 실시예에서는 하나의 장치 내에서 다층기판(50)의 에지 중 어느 하나에서 에지 딜리션 공정이 수행되고 있을 때 다른 에지에서 아이솔레이션 공정이 수행되도록 함으로써 에지 딜리션 공정 시간 내에 아이솔레이션 공정 시간이 중첩되어 결과적으로 전체 공정의 택트 타임을 단축시킬 수 있고, 장비를 단순화하는 것이 가능하다.

이하에서는 다층기판(50)이 직사각형 형상으로 이루어진 것으로 가정하여 설명하기로 한다. 이는 발명의 이해와 설명의 편의를 위함으로, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

지지테이블(30)은 바닥플레이트 상의 소정 위치에 고정되어 있으며, 이송부(40)를 통해 이송되어진 다층기판(50)을 지지대 상에 적재한다. 지지대는 Z축을 중심으로 한 360도 회전 및 Z축 방향으로의 상승/하강 동작을 수행할 수 있는 구동축을 가진다.

지지테이블(30)은 초기 위치에서 상승 동작을 통해 외부에서 장치 내로 투입되어 이송부(40)를 통해 이송되어진 다층기판(50)을 지지대 상에 적재하며, 다층기판(50)의 서로 다른 에지에 대하여 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 각각 완료된 경우 다층기판(50)을 시계방향 혹은 반시계방향으로 90도씩 회전시키고, 다층기판(50)의 모든 에지에 대하여 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 완료된 경우 하강 동작을 통해 다층기판(50)이 다시 이송부(40) 상에 놓여져 외부로 반출되도록 한다.

또한, 지지대는 진공 라인에 연결되어 있는 복수의 흡착홀이 표면에 천공되어 있어 다층기판(50)의 하면이 진공 흡착 방식으로 부착되어 고정되도록 할 수 있다. 이는 다층기판(50)이 가공 중에 지지대로부터 이탈하는 것을 방지하기 위함이다.

지지대에 적재되는 다층기판(50)은 도 1f에 도시된 것과 같이 유리기판(1)이 하측에 위치하고 전면전극층(2), 반도체층(3), 후면전극층(4)이 상측에 위치하도록 배치되어 있다. 즉, 패턴이 형성되지 않은 유리기판(1)의 하면만이 지지대에 접촉하게 되므로 다층기판(50)의 손상을 최소화할 수 있으며, 종래 에어 플로팅(air floating) 방식을 이용하던 경우 다층기판(50)을 반전시키기 위해 필수적이던 반전 유닛이 불필요하게 되어 장비를 단순화시키고 생산 원가를 절감시키는 효과가 있다.

이송부(40)는 다층기판(50)의 양측 가장자리부 하부를 지지하며 장치 내로 투입된 다층기판(50)을 지지테이블(30)이 있는 위치까지 이송시키고 가공 완료된 다층기판(50)을 다시 외부로 반출시키는 이송롤러(42)와, 이송롤러(42)를 지지하고 구동력을 제공하는 롤러지지대(44)를 포함한다.

이송롤러(42)의 정회전 혹은 역회전에 의해 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 수행될 다층기판(50)이 지지테이블(30) 위치까지 일방향 이동하고, 다시 이송롤러(42)의 정회전 혹은 역회전에 의해 가공 완료된 다층기판(50)이 투입부와 반대편에 위치하는 곳으로 반출될 수 있다. 또는 이송롤러(42)의 역회전 혹은 정회전에 의해 가공 완료된 다층기판(50)이 투입부 쪽으로 이동하여 반출될 수도 있을 것이다.

P4 가공부(10)는 아이솔레이션 공정을 수행하기 위한 레이저 가공부로서, 제1 파장(λ1)(가시광선 파장으로, 예를 들어 532nm)의 레이저 빔을 조사하는 제1 레이저 가공 유닛(11a)과, 제2 파장(λ2)(적외선 파장으로, 예를 들어 1064nm)의 레이저 빔을 조사하는 제2 레이저 가공 유닛(11b)을 포함한다.

제1 레이저 가공 유닛(11a)은 제1 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제1 레이저 발진부와, 제1 파장의 레이저 빔이 정해진 위치에 조사되도록 하는 제1 고정광학계를 포함한다. 제2 레이저 가공 유닛(11b)은 제2 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제2 레이저 발진부와, 제2 파장의 레이저 빔이 정해진 위치에 조사되도록 하는 제2 고정광학계를 포함한다.

제1 및 제2 고정광학계는 입사된 레이저 빔이 조사되는 초점이 고정되어 있는 광학계로서, 레이저 빔을 집광하여 조사하는 포커싱렌즈부로 이루어질 수 있다. 여기서, 포커싱렌즈부는 하나의 대물렌즈로 구성되거나 볼록렌즈, 오목렌즈 등 여러 개의 렌즈군이 모여 구성되거나 하나 이상의 렌즈와 기타 광학계의 조합으로 구성될 수 있다.

앞서 도 1g를 참조하여 설명한 것과 같이 아이솔레이션 공정이란 아이솔레이션 홈을 형성하여 액티브 영역과 더미 영역을 구분짓는 가공 공정이다. 이 경우 전면전극층은 가시광선 영역의 파장을 흡수하지 않는 특성을 가지는 바 제2 파장의 레이저 빔을 이용하여 제거하며, 반도체층과 후면전극층은 제1 파장의 레이저 빔을 이용하여 제거해야 하므로 최소 2개의 레이저 유닛이 필요하게 된다. 아이솔레이션 홈은 제1 파장의 레이저 빔에 의한 선가공 및 제2 파장의 레이저 빔에 의한 후가공에 의해 생성되거나 제2 파장의 레이저 빔에 의한 선가공 및 제1 파장의 레이저 빔에 의한 후가공에 의해 생성될 수 있다. 다만, 제2 파장의 레이저 빔에 의해 가공된 선폭이 제1 파장의 레이저 빔에 의해 가공된 선폭보다 작아 제1 파장의 레이저 빔에 의해 가공된 선폭 내에 포함될 수 있도록 한다.

지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 일 에지에 대하여 아이솔레이션 공정을 수행하기 위해, P4 가공부(10)는 구동부(미도시)로부터 동력을 전달받아 제1 가이드 프레임(17)을 따라 Y축(가공축) 방향으로 왕복 이동이 가능하다. P4 가공부(10)의 이동 속도는 800~1000 mm/sec 정도일 수 있다.

제1 레이저 가공 유닛(11a) 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)은 Y축 방향으로 일직선 상에 소정 간격 이격 배치되어 있어 P4 가공부(10)가 제1 가이드 프레임(17)을 따라 Y축 방향으로 왕복 이동함으로써 전술한 것과 같은 아이솔레이션 홈을 생성하는 아이솔레이션 공정을 수행하게 된다. 제1 가이드 프레임(17)은 P4 가공부(10)가 Y축 방향으로 움직일 수 있도록 하는, 예를 들어 LM(Linear Motor) 가이드 혹은 볼 스크류 등으로 이루어질 수 있다.

다층기판(50)은 지지테이블(30) 상에 도 1f에 도시된 것과 같이 유리기판(1)이 하측에 위치하도록 적재되어 있기 때문에, P4 가공부(10)의 제1 레이저 가공 유닛(11a) 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)은 다층기판(50)의 하부에 위치하도록 배치되어 있어 레이저 빔이 유리기판(1)을 통과하여 반대편에 위치한 박막층들을 가공하는 쓰루글래스(thruglass) 방식으로 아이솔레이션 공정을 수행한다.

P4 가공부(10)는 아이솔레이션 공정 중에 레이저 가공에 의해 발생하는 먼지, 이물 등을 집진하는 제1 집진부(13)('P4 집진부'에 해당함)를 더 포함할 수 있다. 제1 집진부(13)는 다층기판(50)이 지지테이블(30) 상에 적재된 높이를 기준으로 제1 레이저 가공 유닛(11a) 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)과 대향하는 위치, 즉 다층기판(50)의 상부에 설치될 수 있다. 제1 집진부(13)는 제1 레이저 가공 유닛(11a)에 의한 가공영역 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)에 의한 가공영역을 모두 커버할 수 있도록 Y축 방향으로 연장된 직사각형 형상의 집진홀이 하측에 형성되어 있을 수 있다.

제1 집진부(13)는 제1 레이저 가공 유닛(11a) 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)에 대응되는 위치, 즉 Z축 방향에서 일직선 상에 위치하며, 제1 레이저 가공 유닛(11a) 및 제2 레이저 가공 유닛(11b)과 연동하여 움직인다.

P5 가공부(20)는 에지 딜리션 공정을 수행하기 위한 레이저 가공부로서, 제3 파장(λ3)(적외선 파장으로, 예를 들어 고출력의 1064nm)의 레이저 빔을 조사하는 제3 레이저 가공 유닛(21)을 포함한다.

제3 레이저 가공 유닛(21)은 제3 파장의 레이저 빔을 발진시키는 제3 레이저 발진부와, 제3 파장의 레이저 빔이 조사될 위치를 조정하는 스캔광학계를 포함한다.

스캔광학계는 레이저 빔의 초점을 미세하게 조정하는 스캐너와, 초점이 미세하게 조정된 레이저 빔을 집광하여 다층기판(50)의 소정 지점에 조사되도록 하는 에프-쎄타 렌즈부(F-Theta Lens) 혹은 텔레센트릭 렌즈부(Telecentric Lens)를 포함한다.

스캐너는 초점 조정부에 해당하는 것으로, 레이저 빔의 초점을 다층기판(50)에서 미세하게 수평 이동시킨다. 스캐너는 두 개의 미러가 대향하여 설치되어 레이저 빔에 대하여 2차원적으로 위치 조정할 수 있도록 설치된 갈바노 미러(Galvano Mirror)일 수 있다. 제1 갈바노 미러는 레이저 빔을 수광하여 반사시키고 제1 축을 중심으로 회전한다. 제2 갈바노 미러는 제1 축과는 다른 제2 축을 중심으로 회전하면서 제1 갈바노 미러로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 반사시킨다. 따라서, 제1 축과 제2 축이 이루는 각도, 제1 갈바노 미러의 회전 정도, 제2 갈바노 미러의 회전 정도를 조절함으로써 레이저 빔이 지지 테이블에 거치된 다층기판(50)의 원하는 지점(본 실시예에서는, 소정 폭을 가지는 에지의 최외곽 부분)에 조사되도록 하는 것이 가능하다.

스캐너가 레이저 빔을 수평 상의 특정 지점에 위치시키면, 에프-세타 렌즈부 혹은 텔레센트릭 렌즈부는 초점이 미세하게 조정된 레이저 빔을 집광하여 유리기판(1) 상에 형성된 박막층들(전면전극층, 반도체층, 후면전극층)에 조사되도록 한다. 여기서, 에프-세타 렌즈부 혹은 텔레센트릭 렌즈부는 하나의 대물렌즈로 구성되거나 볼록렌즈, 오목렌즈 등 여러 개의 렌즈군이 모여 구성되거나 하나 이상의 렌즈와 기타 광학계의 조합으로 구성될 수 있다.

앞서 도 1f를 참조하여 설명한 것과 같이 에지 딜리션 공정이란 더미 영역 중 내측 일부를 제외한 나머지 영역, 즉 소정 폭을 가지는 에지 최외곽 부분에 대하여 유리기판(1)을 제외한 나머지 박막층들을 제거한다. 레이저 빔의 스팟 크기가 600 x 600 μm 정도이지만, 스캔광학계를 이용하여 짧은 시간 내에 레이저 빔을 X축 방향으로 스캐닝함으로써 대략 10~20 mm 정도의 폭을 가지는 에지 딜리션 영역을 생성하는 것이 가능하다.

P4 가공부(10)가 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 일 에지에 대하여 아이솔레이션 공정을 수행할 때, P5 가공부(20)는 지지테이블(30)을 중간에 두고 P4 가공부(10)와 이격되어 있어 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 다른 에지(예를 들면, 아이솔레이션 공정이 수행 중인 일 에지와 마주보는 에지)에 대하여 에지 딜리션 공정을 수행하게 된다.

P5 가공부(20)는 구동부(미도시)로부터 동력을 전달받아 제2 가이드 프레임(27)을 따라 Y축 방향으로 왕복 이동이 가능하다. P5 가공부(20)의 이동 속도는 스캐닝 동작으로 인하여 100~500 mm/sec 정도일 수 있다. 여기서, 제2 가이드 프레임(27)은 제1 가이드 프레임(17)과 평행하며, 제2 가이드 프레임(27)은 P5 가공부(20)가 Y축 방향으로 움직일 수 있도록 하는, 예를 들어 LM 가이드 혹은 볼 스크류 등으로 이루어질 수 있다.

이 경우 P5 가공부(20)는 P4 가공부(10)와는 독립적으로 Y축 방향으로 이동한다. P4 가공부(10)의 이동 속도가 P5 가공부(20)의 이동 속도보다 빠르기 때문에, 즉 다층기판(50)의 일 에지에 대한 P5 가공부(20)에 의한 가공 시간이 다른 에지에 대한 P4 가공부(10)에 의한 가공 시간보다 길기 때문에 에지 딜리션 공정에 상응하는 가공 시간 중에 서로 다른 두 가지 공정, 즉 에지 딜리션 공정과 아이솔레이션 공정을 완료할 수 있다.

다층기판(50)은 지지테이블(30) 상에 도 1f에 도시된 것과 같이 유리기판(1)이 하측에 위치하도록 적재되어 있기 때문에, P5 가공부(20)의 제3 레이저 가공 유닛(21)은 다층기판(50)의 하부에 위치하도록 배치되어 있어 쓰루글래스 방식으로 에지 딜리션 공정을 수행한다.

P5 가공부(20)는 에지 딜리션 공정 중에 레이저 가공에 의해 발생하는 먼지, 이물 등을 집진하는 제2 집진부(23)('P5 집진부'에 해당함)를 더 포함할 수 있다. 제2 집진부(23)는 다층기판(50)이 지지테이블(30) 상에 적재된 높이를 기준으로 제3 레이저 가공 유닛(21)과 대향하는 위치, 즉 다층기판(50)의 상부에 설치될 수 있다. 제2 집진부(23)는 제3 레이저 가공 유닛(21)에 의한 가공영역을 모두 커버할 수 있도록 X축 방향으로 소정 폭을 가지고 Y축 방향으로 연장된 직사각형 형상의 집진홀이 하측에 형성되어 있을 수 있다.

제2 집진부(23)는 제3 레이저 가공 유닛(21)에 대응되는 위치, 즉 Z축 방향에서 일직선 상에 위치하며, 제3 레이저 가공 유닛(21)과 연동하여 움직인다.

지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 양측 에지에 대하여 각각 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 수행하기 위해 P4 가공부(10)와 P5 가공부(20)가 X축 방향(가공축에 수직인 방향)으로 이동될 필요가 있다. 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 현재 가공될 양측 에지 사이의 간격에 상응하여 P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)가 상호 작용하여 이동함으로써 레이저 가공을 위한 정위치에 위치할 수 있게 된다.

이를 위해 P4 가공부(10)의 제1 가이드 프레임(17) 및 P5 가공부의 제2 프레임 가이드(35)는 X축 방향으로 연장된 폭 조절용 가이드(35)를 따라 X축 방향으로 왕복 이동될 수 있다. 폭 조절용 가이드(35)는 제1 가이드 프레임(17) 및 제2 가이드 프레임(27)이 X축 방향으로 움직일 수 있도록 하는, 예를 들어 LM 가이드 혹은 볼 스크류 등으로 이루어질 수 있다.

또한, 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 양측 에지에 대하여 각각 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정을 수행하기 위해 P4 가공부(10)와 P5 가공부(20)가 정확한 위치에 정렬될 필요가 있다. 이를 위해 P4 가공부(10)는 얼라인부(15)를 더 포함할 수 있다.

얼라인부(15)는 예를 들어 카메라와 같은 비젼 장치를 이용하여 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 표면에 표시된 얼라인 마크(align mark)를 촬영하고 영상 데이터를 획득한다. 얼라인부(15)는 획득한 영상 데이터와 미리 저장된 기준 데이터를 비교하여 다층기판(50)이 제대로 적재되었는지, 아니면 어느 정도의 오차가 있어서 정렬이 필요한지 여부를 판단한다. 다층기판(50)이 제대로 적재되지 않아 일정 정도의 정렬이 필요한 것으로 판단된 경우, 얼라인부(15)는 다층기판(50)의 정렬을 위해 지지테이블(30)이 회전해야 하는 각도를 출력하게 되며, 지지테이블(30)은 그 결과를 입력받아 다층기판(50)을 소정 각도 회전시킴으로써, 다층기판(50)의 정렬 작업이 완료된다.

또한, 얼라인부(15)는 획득한 영상 데이터를 통해 가공부(P4 가공부(10)와 P5 가공부(20))가 정확한 위치에 정렬하였는지 여부를 판단할 수도 있다. 가공부가 제 위치에 있지 않아 일정 정도의 간격 조정이 필요한 것으로 판단된 경우, 얼라인부(15)는 가공부의 정렬을 위해 가공부가 이동해야 하는 거리를 출력하게 되며, 가공부는 그 결과를 입력받아 다층기판(50)을 향해 혹은 그 반대 방향으로 이동함으로써, 가공부의 정렬 작업이 완료된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공방법의 순서도이고, 도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층기판 가공 공정을 나타낸 개념도이다.

도 4a 내지 도 4h를 참조하면, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 다층기판 가공장치(100) 중 P4 가공부(10), 제1 레이저 가공 유닛(11a), 제2 레이저 가공 유닛(11b), P5 가공부(20), 제3 레이저 가공 유닛(21), 제1 가이드 프레임(17), 제2 가이드 프레임(27), 폭 조절용 가이드(35)가 간략히 도시되어 있으며, 이는 발명의 이해와 설명의 편의를 위한 것이다.

본 실시예는 다층기판(50)에 대하여 전술한 다층기판 가공장치(100)를 구동하여 아이솔레이션 공정과 에지 딜리션 공정을 동시에 수행하는 방법에 관한 것으로, 본 실시예에 따른 다층기판 가공장치 외에도 다양한 구성요소가 추가, 변경, 생략될 수 있음은 물론이며, 편의상 다층기판(50)이 지지테이블(30)에 적재된 단계에서부터 설명한다.

도 4a에 도시된 바와 같이 이송부를 통해 이송되어진 다층기판(50)의 하부에서 지지테이블(30)이 상승 동작하여 지지테이블(30)에 다층기판(50)이 적재되고(단계 S110), P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)는 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 양측 에지로 이동한다(단계 S120). 이는 폭 조절용 가이드(35)를 따라 P4 가공부(10)의 제1 가이드 프레임(17) 및 P5 가공부(20)의 제2 가이드 프레임(27)이 X축 방향(가공축에 수직인 방향)으로 이동함으로써 수행될 수 있다.

여기서, 정확한 가공을 위해 지지테이블(30) 상에 적재된 다층기판(50)의 정렬, P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)의 정렬 작업이 선행될 수 있다. 정렬 작업은 P4 가공부(10)에 구비된 얼라인부에 의해 수행된다.

다음으로, 도 4b에 도시된 것과 같이 P4 가공부(10)가 Y축 방향(가공축 방향)으로 이동하면서 제1 아이솔레이션 라인(IL1)을 생성한다(단계 S130). 단계 S130과는 독립적으로, P5 가공부(20) 역시 Y축 방향으로 이동하면서 제1 에지 딜리션 영역(ED1)을 생성한다(단계 S135).

다층기판(50)의 양측 에지에 대한 레이저 가공이 완료된 후, 지지테이블(30)은 소정 방향(본 도면에서는 반시계 방향)으로 회전하여(단계 S140) 다층기판(50)의 다른 에지들이 Y축에 평행하게 위치하도록 한다.

그리고 도 4c에 도시된 것과 같이 P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)는 회전된 다층기판(50)의 양측 에지로 이동한다(단계 S150). 이 과정에서 폭 조절용 가이드(35)를 따라 P4 가공부(10)의 제1 가이드 프레임(17) 및 P5 가공부(20)의 제2 가이드 프레임(27)이 X축 방향으로 이동할 뿐만 아니라 P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)가 각각 제1 가이드 프레임(17) 및 제2 가이드 프레임(27)을 따라 Y축 방향으로 이동할 수도 있다. 또한, 정확한 가공을 위해 P4 가공부(10) 및 P5 가공부(20)의 정렬 작업이 선행될 수 있다.

다음으로, 도 4d에 도시된 것과 같이 P4 가공부(10)가 Y축 방향으로 이동하면서 제2 아이솔레이션 라인(IL2)을 생성한다(단계 S160). 단계 S160과는 독립적으로, P5 가공부(20) 역시 Y축 방향으로 이동하면서 제2 에지 딜리션 영역(ED2)을 생성한다(단계 S165).

이후 단계 S140 내지 S165의 과정을 반복함으로써, 도 4e 내지 4h에 도시된 것과 같이 다층기판(50)의 각 에지에 대하여 아이솔레이션 라인(IL3, IL4) 및 에지 딜리션 영역(ED3, ED4)이 동시에 생성되어 최종적으로 아이솔레이션 공정 및 에지 딜리션 공정이 모두 완료된 다층기판(50)이 지지테이블(30) 상에 적재되어 있게 된다.

이후 지지테이블(30)이 하강 동작하여 이송부로 다층기판(50)을 넘기고, 가공 완료된 다층기판(50)은 이송부를 통해 외부로 반출된다(단계 S170).

본 실시예에 따른 다층기판 가공방법에 의하면, 다층기판의 일 에지에 대하여 에지 딜리션 공정 수행 중에 독립적으로 타 에지(예를 들면, 마주보는 에지)에 대하여 아이솔레이션 공정을 함께 수행함으로써 아이솔레이션 공정에 따른 시간을 에지 딜리션 공정에 따른 시간 내에 중첩시킬 수 있어 전체 공정의 택트 타임을 단축시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 다층기판 가공장치 10: P4 가공부
11a: 제1 레이저 가공 유닛 11b: 제2 레이저 가공 유닛
13: 제1 집진부 15: 얼라인부
17: 제1 가이드 프레임 20: P5 가공부
21: 제3 레이저 가공 유닛 23: 제2 집진부
27: 제2 가이드 프레임 30: 지지테이블
35: 폭 조절용 가이드 40: 이송부
42: 이송롤러 44: 롤러지지대
50: 다층기판

Claims (21)

1. 다층기판을 레이저 가공하는 다층기판 가공장치에 있어서,
   상기 다층기판을 적재하고 360도 회전 및 상승/하강 동작이 가능한 지지테이블;
   제1 파장의 레이저 빔 및 제2 파장의 레이저 빔을 조사하여 가공축에 평행한 상기 다층기판의 일 에지에 대하여 아이솔레이션(isoloation) 공정을 수행하는 P4 가공부; 및
   제3 파장의 레이저 빔을 스캐닝하여 상기 가공축에 평행한 상기 다층기판의 다른 에지에 대하여 에지 딜리션(edge deletion) 공정을 수행하는 P5 가공부를 포함하되,
   상기 P5 가공부는 상기 제3 파장의 레이저 빔을 발진하는 제3 레이저 발진부와, 상기 제3 레이저 빔이 조사될 초점을 평면 상에서 조정하는 스캔광학계를 포함하는 제3 레이저 가공 유닛을 포함하며,
   상기 P5 가공부는 상기 다층기판을 기준으로 상기 제3 레이저 가공 유닛과 대향되는 위치에 설치되어 상기 에지 딜리션 공정에 따라 발생하는 분진을 집진하는 P5 집진부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가공축에 수직인 방향으로 연장된 폭 조절용 가이드; 및
   상기 폭 조절용 가이드를 따라 이동하는 제1 가이드 프레임 및 제2 가이드 프레임을 더 포함하되,
   상기 P4 가공부는 상기 제1 가이드 프레임을 따라 상기 가공축 방향으로 왕복 이동하며 상기 P5 가공부는 상기 제2 가이드 프레임을 따라 상기 가공축 방향으로 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 P4 가공부는
   상기 제1 파장의 레이저 빔을 발진하는 제1 레이저 발진부와, 상기 제1 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제1 고정광학계를 포함하는 제1 레이저 가공 유닛; 및
   상기 제2 파장의 레이저 빔을 발진하는 제2 레이저 발진부와, 상기 제2 레이저 빔을 고정된 초점에 조사되도록 하는 제2 고정광학계를 포함하는 제2 레이저 가공 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 P4 가공부는 상기 다층기판을 기준으로 상기 제1 레이저 가공 유닛 및 상기 제2 레이저 가공 유닛과 대향되는 위치에 설치되어 상기 아이솔레이션 공정에 따라 발생하는 분진을 집진하는 P4 집진부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 P4 가공부는 상기 다층기판, 상기 P4 가공부 및 상기 P5 가공부 중 하나 이상을 정렬하는 얼라인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
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8. 제1항에 있어서,
   상기 P4 가공부와 상기 P5 가공부는 독립적으로 구동하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 P5 가공부가 구동되는 동안에 상기 P4 가공부가 구동되는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 파장은 가시광선 파장이고, 상기 제2 및 제3 파장은 적외선 파장인 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 다층기판은 유리기판의 상면에 전면전극층의 형성 및 패터닝, 반도체층의 형성 및 패터닝, 후면전극층의 형성 및 패터닝이 완료된 박막형 태양전지 기판인 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 유리기판의 하면이 상기 지지테이블에 의해 진공 흡착되어 지지되며,
    상기 P4 가공부 및 상기 P5 가공부는 쓰루글래스(thruglass) 방식으로 레이저 가공하는 것을 특징으로 하는 다층기판 가공장치.
    
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