KR101390423B1

KR101390423B1 - 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101390423B1
Application number: KR1020120026975A
Authority: KR
Inventors: 유춘우; 양정순
Original assignee: 주식회사 제우스
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2014-06-09
Also published as: KR20130104966A

Abstract

본 발명은 다수개의 레이저 가공부(T) 일측에 설치되는 것으로서 회동 가능한 회전 미러(112)를 포함하여 상기 다수개의 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있는 경로 변환 장치(110); 얼라인 마크(A)를 가공하는 갈바노 유닛(T2)과 P1 패너닝을 수행하는 포커스 헤드유닛(T1)으로 이루어진 레이저 가공부(T); 및 카메라(CM)를 포함하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공장치(100)를 이용한 기판(W)을 가공하는 방법으로서,
상기 갈바노 유닛(T2)을 이용하여 기판(W)에 얼라인 마크(A)를 가공하는 제4단계(S140)와, 상기 경로 변환 장치(110)에 의해 레이저를 포커스 헤드 유닛(T1)측으로 조사되도록 하여 P1 패터닝을 수행하는 제5단계(S150)와, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 고 배율의 카메라로 상기 얼라인 마크(A)를 검사하는 제6단계(S160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법을 제공한다.

Description

다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 장치 및 방법{Method and apparatus for laser manufacturing of simultaneous manufacturing type}

본 발명은 다수개의 공정을 동시에 처리할 수 있는 장치에 대한 것으로서 특히 다수개의 레이저 가공부에 레이저를 선택적으로 주사할 수 있는 경로 변환 장치를 포함하여 여러 가지 공정을 동시에 수행할 수 있는 한편, 하나의 레이저 소스를 사용하여 제작 비용과 태양 전지 생산 원가를 절감할 수 있는 에 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 장치 및 방법에 대한 것이다.

일반적으로 여러 종류의 태양전지 중에서 에너지 변환효율이 높고 제조 비용이 상대적으로 저렴한 벌크형 실리콘 태양전지가 주로 지상 전력용으로 폭넓게 활용되어오고 있다.

그러나, 최근에는 벌크형 실리콘 태양전지의 수요가 급증함에 따라 원료의 부족 현상으로 가격이 상승하려는 추세에 있다.

이에 대규모 지상 전력용 태양전지의 저가화 및 양산화 기술 개발을 위해서는 실리콘 원료를 현재의 수 100분의1로 절감할 수 있는 박막형 태양전지의 개발이 절실히 요구되고 있다.

도 1은 일반적인 집적형 박막 태양전지의 구조를 나타낸 도면으로서 이를 참조하여 설명한다.

도시된 바와 같이, 일반적인 집적형 박막 태양전지(1)는 유리 기판이나 투명 플라스틱 기판(W) 상에 복수의 단위셀(C)이 전기적으로 직렬로 연결되어 집적화된 구조로 이루어진다.

따라서, 집적형 박막 태양전지는, 절연체인 투명기판(W)의 상부에 상호 단절(절연)된 띠 모양으로 형성된 투명전극(2)과, 투명전극(2)을 덮어 띠 모양으로 형성된 단위 태양전지(반도체)층(3), 태양전지층(3)을 덮어 띠 모양으로 형성된 금속이면전극층(4)으로 구성되며, 절단(절연)된 복수의 단위셀(C)들이 상호 전기적으로 직렬로 연결된 구조로 되어 있다.

그리고, 태양전지의 전기적인 단락 방지 및 보호를 목적으로 수지(resin)로 된 이면보호막층(5)을 금속 이면 전극을 덮어 형성함으로써 구성되어 있다.

이러한 구조의 집적형 박막 태양전지(1)를 제작하기 위해서는 레이저 패터닝(laser patterning)법과, 화학적 기화가공(chemical vaporization machining; CVM)법, 금속침에 의한 기계적 스크라이빙(mechanical scribing)법 등이 일반적으로 사용되고 있다.

상기 집적형 박막 태양전지 제작 공정 중 반드시 필요한 것이 단위셀을 전기적으로 연결하기 레이저 패터닝 공정이며, 투명전도막을 증착한 후 패터닝하는 공정을 P1, 실리콘층을 증착한 후 패터닝하는 공정을 P2, 금속막층을

증착한 후 패터닝하는 공정을 P3라 한다.

특히 상기 P1 패터닝 공정(P1)시 도 2에 도시된 바와 같이 기판(W)상에 얼라인 마크(A)를 형성하여 상기 기판(W)이 정확하게 장착되었는지 확인한 후 상기 P1패터닝 공정(P1)을 수행하며 이는 널리 알려진 내용으로서 특히 한국공개특허 제2011-0112026호, 한국공개특허 제2011-0137671호에 자세히 기재되어 있어 중복되는 설명은 생략한다.

이때, 상기 얼라인 마크(A)와 P1 패터닝을 위해서 종래의 가공장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수개의 레이저 소스(L)와 복수개의 가공부(T)를 포함한다.

특히 상술한 바와 같이 얼라인 마크(A)를 위한 레이저 가공부(T)로서, 갈바노 유닛(T2)이 사용되고, P1패터닝을 위한 레이저 가공부(T)로서 포커스 헤드 유닛(T1)이 사용된다.

또한, 상기 갈바노 유닛(T2) 및 포커스 헤드 유닛(T1)에 레이저를 공급하기 위한 레이저 소스(L)가 각각 상기 갈바노 유닛(T2) 및 포커스 헤드 유닛(T1)에 배치된다.

다시 말해서 2개의 레이저 가공부에 2개의 레이저 소스가 각각 설치되는 관계로 고가의 레이저 소스가 많이 사용되어 제작 비용 및 태양 전지 생산 원가가 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 상기 다수개의 레이저 가공부에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있는 경로 변환 장치를 포함하여 하나의 레이저 소스로도 여러가지 공정을 동시에 수행할 수 있도록 하여 제작 비용과 태양 전지 생산 원가를 절감할 수 있는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다수개의 레이저 가공부(T) 일측에 설치되는 것으로서 회동 가능한 회전 미러(112)를 포함하여 상기 다수개의 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있는 경로 변환 장치(110); 얼라인 마크(A)를 가공하는 갈바노 유닛(T2)과 P1 패너닝을 수행하는 포커스 헤드유닛(T1)으로 이루어진 레이저 가공부(T); 및 카메라(CM)를 포함하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공장치(100)를 이용한 기판(W)을 가공하는 방법으로서,

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상기 갈바노 유닛(T2)을 이용하여 기판(W)에 얼라인 마크(A)를 가공하는 제4단계(S140)와, 상기 경로 변환 장치(110)에 의해 레이저를 포커스 헤드 유닛(T1)측으로 조사되도록 하여 P1 패터닝을 수행하는 제5단계(S150)와, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 고 배율의 카메라로 상기 얼라인 마크(A)를 검사하는 제6단계(S160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법을 제공한다.

삭제

또한, 상기 제5단계(S150) 수행 후, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 상기 P1 패터닝을 검사하는 제7단계(S170)를 포함하는 것도 가능하다.

또한, 4단계(S140) 수행 전, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 기판(W)의 얼라인을 확인하는 제3단계(S130)를 더 포함하는 것도 가능하다.

또한, 상기 제5단계(S150)에 의해 P1 패터닝을 수행하기 전에 얼라인 마크(A)가 새겨진 기판(W)이 투입되는 경우, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라를 이용하여 얼라인 마크(A)를 인식한 후, 고 배율 카메라(CM)로 변환하여 상기 얼라인 마크(A)를 정밀하게 인식하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 하나의 레이저 소스로도 다수개의 레이저 가공부에 레이저를 주사할 수 있어 여러 가지 공정을 동시에 수행할 수 있는 한편, 제작 비용과 태양 전지 생산 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 박막 태양 전지를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 종래의 태양 전지 가공 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 종래의 태양 전직 가공 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 가공 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명의 가공 방법을 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 가공 장치의 작용 관계를 도시하는 개념도이다.

본 발명의 여러 실시 예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 다른 실시 예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다.

또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면과 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 레이저 가공 장치(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 다수개의 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있는 경로 변환 장치(110)를 포함한다.

즉, 상기 레이저 가공부(T)가 다른 여러가지 공정을 수행하는 다수개인 경우라도 상기 경로 변환 장치(110)에 의해 필요한 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있어 하나의 레이저 소스(L)만 있어도 여러가지 공정을 동시에 가공할 수 있다.

종래에는 도 3에 도시된 바와 같이 각 공정을 수행하는 복수개의 레이저 가공부(T) 개수만큼의 레이저 소스가 필요한 관계로 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.

그런데, 본 발명에 의해 단일한 레이저 소스(L)만 구비해도 여러가지 공정을 동시에 수행할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

한편, 상기 경로 변환 장치(110)는 상기 다수개의 레이저 가공부(T) 일측에 설치되는 것으로서 회동 가능한 회전 미러(112)를 포함한다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 회전 미러(112)가 회전을 하면서 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있으며 이에 대해서는 후술한다.

이때, 상기 경로 변환 장치(110)는 상기 레이저 가공부(T) 일측에 설치되는 베이스(111)을 더 포함하되,

상기 회전 미러(112)는 상기 베이스(111)에 설치된 후 상기 베이스(111)의 회전에 의해 회전되어 상기 레이저를 경로를 바꾸어 상기 다수개의 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있다.

즉, 상기 베이스(111)의 회전에 의해 상기 회전 미러(112)가 회전되어 상기 복수개의 레이저 가공부(T)에 레이저를 선택적으로 주사할 수 있다.

한편, 상기 베이스(111)의 회전은 도시되지 않은 구동부(예를 들어 모터에 직접 장착되거나, 혹은 모터에 의해 회전 동력을 전달하는 벨트등에 장착되는 구조)에 의해 회전될 수 있다.

한편, 상기 레이저 가공부(T)는 상술한 바와 같이 얼라인 마크(A)를 가공하는 갈바노 유닛(T2)과 P1 패터닝을 수행하는 포커스 헤드 유닛(T1)을 포함할 수 있다.(도 4 참조)

이때, 상기 경로 변환 장치(110)는 레이저 소스(L)에서 발생된 레이저의 경로에 설치되어 상기 레이저의 경로를 변환한다.

예를 들어 도 4에 도시된 경우는 레이저 소스(L)에서 나온 레이저가 경로변환장치(110)를 통과한 후 고정 미러(M)를 통해 굴절되어 갈바노 유닛(T2)에 주사될 수 있다.

이때, 상기 경로 변환 장치(110)에 장치되어 상기 경로 변환 장치(110)를 상기 레이저에 근접시키거나 멀어지게 하는 이동 유닛(130)을 더 포함하는 것도 가능하다.

즉, 상기 경로 변환 장치(110)가 다수개 장치되는 경우 레이저 경로상의 간섭을 회피하기 위해 상술한 바와 같이 경로 변환 장치(110)를 상기 레이저에 근접시키거나 멀어지게 하는 것이다.

이때, 도 4의 경우 상기 이동 유닛(130)에 의해 도면상 상하 방향으로 이동하도록 설치될 수 있으며, 이때, 상기 이동 유닛(130)은 상기 베이스(111)상에 설치되는 실린더 또는 이송 스크류와 같은 구성을 채택하여 상기 경로 변환 장치(110)를 이송할 수 있다.

물론 상기 고정 미러(M) 없이 상기 갈바노 유닛(T2)을 상기 레이저의 경로에 배치하여 직접 레이저가 주사되도록 하는 것도 가능하다.

한편, 상기 갈바노 유닛(T2)에 의해 얼라인 마크(A, 도 2참조)를 가공한 후 P1패터닝을 위해 상기 포커스 헤드 유닛(T1)을 사용하고자 하는 경우 상기 경로 변경 장치(110)의 회전 미러(112)를 회전하여 상기 레이저가 상기 회전 미러(112)에 의해 굴절된 후 상기 포커스 헤드 유닛(T1)으로 주사되게 할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 레이저 가공부(T) 일측에 배치되는 비젼 검사 장치(120)를 더 포함하는 것도 가능하다.

이때, 상기 비전 검사 장치(120)는 상이한 배율을 갖는 복수개의 카메라(CM,122,123)와, 상기 카메라(CM)가 설치되는 메인 바디(121)와, 상기 메인 바디(121) 일측에 설치되는 렌즈(124)를 포함할 수 있다.

이는 저 배율의 카메라만을 사용하는 경우 검사는 빨리 진행할 수 있으나 정밀도가 높은 시스템에서는 적용하기가 어렵고 또한 고 배율 카메라만을 사용하는 경우 정밀도가 높은 검사를 할 수 있으나 시간이 많이 소요된다.

따라서 본 발명의 경우 상이한 배율 즉 상대적으로 낮은 배율을 갖는 카메라(122)와 높은 배율을 갖는 카메라(123) 모두를 구비하여 저 정밀도 검사 시에는 낮은 배율을 갖는 카메라(122)를 사용하고 고 정밀도 검사 시에는 높은 배율을 갖는 카메라(123)를 사용하여 고 정밀도의 검사와 시간 단축을 동시에 도모할 수 있도록 한 것이다.

한편 본 발명은 레이저 가공 장치(100)를 이용하여 기판(W)을 가공하는 방법(S100)으로서 상기 이하 도 5 내지 도 7을 동시에 참조하여 설명한다.

본 발명의 방법(S100)은 우선 상기 갈바노 유닛(T2)을 이용하여 기판(W)에 얼라인 마크(A)를 가공하는 제4단계(S140)를 수행한다.

이때, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 레이저 소스(L)에서 나오는 레이저는 상기 갈바노 유닛(T2)측으로 조사되어야 하므로 상기 경로변환장치(110)의 회전 미러(112)를 상기 레이저와 평행하게 되도록 배치한다.

결국 상기 레이저는 상기 회전 미러(112)에 부딪히지 않고 고정 미러(M)에서 굴절되어 갈바노 유닛(T2)측으로 조사되어 기판상에 얼라인 마크(A)를 형성한다.

이때 도시되지 않은 무빙 스테이지에 의해 상기 기판을 이동하여 상기 기판의 필요한 곳에 얼라인 마크(A)를 형성할 수 있다.

또한, 상기 갈바노 유닛(T2)을 레이저 경로상에 배치되어 상기 고정 미러(M) 없이 레이저가 직접 조사되는 것도 가능함은 이미 설명한 바와 같다.

이와 같은 제4단계(S140) 수행 후, 상기 경로 변환 장치(110)에 의해 레이저를 포커스 헤드 유닛(T1)측으로 조사되도록 하여 P1 패터닝을 수행하는 제5단계(S150)를 수행한다.

이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이 회전 미러(112)를 회전시켜 상기 레이저 소스(L)에서 나온 레이저가 굴절되도록 하여 포커스 헤드 유닛(T1)으로 레이저가 조사되도록 하여 P1패터닝을 수행한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 방법(S100)에 의해 단일한 레이저 소스만으로도 여러가지 공정을 동시에 수행할 수 있어 비용을 절감할 수 있다.

한편, 상기 제5단계(S150) 수행 후, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 고 배율의 카메라로 상기 얼라인 마크(A)를 검사하는 제6단계(S160)를 포함하는 것도 가능하다.

즉, 상기 제4단계(S140)에 의해 형성된 얼라인 마크를 검사하는 과정도 필요하므로 상술한 제6단계(S160)를 수행하는 것이다.

물론, 상기 제5단계(S150) 수행 후, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 상기 P1 패터닝을 검사하는 제7단계(S170)를 포함하는 것도 가능하다.

이때, 상기 제6단계(S160)와 제7단계(S170)는 순서대로 시행해도 되고 반대의 순서대로 시행해도 무방하다.

한편, 제4단계(S140) 수행 전, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 기판(W)의 얼라인을 확인하는 제3단계(S130)를 더 포함하여 얼라인 마크(A)가 보다 정확하게 형성되도록 하는 것도 가능하다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 처음에는 기판을 이송 스테이지에 로딩하는 제1단계(S210)를 수행한 후 기판을 이송 스테이징에 고정하는 제2단계(S120)를 수행할 수 있다.

이때, 상기 제2단계(S1200) 수행 후 상술한 제3단계(S130)를 수행하는 것이다.

한편, 상기 제5단계(S150)에 의해 P1 패터닝을 수행하기 전에 얼라인 마크(A)가 새겨진 기판(W)이 투입되는 경우, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라를 이용하여 얼라인 마크(A)를 인식한 후, 고 배율 카메라(CM)로 변환하여 상기 얼라인 마크(A)를 정밀하게 인식하는 것도 가능하다.

100 : 본 발명의 레이저 가공 장치 110 : 경로변환장치
L : 레이저 소스 T : 레이저 가공부
120: 비젼 검사 장치

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다수개의 레이저 가공부(T) 일측에 설치되는 것으로서 회동 가능한 회전 미러(112)를 포함하여 상기 다수개의 레이저 가공부(T)에 선택적으로 레이저를 주사할 수 있는 경로 변환 장치(110); 얼라인 마크(A)를 가공하는 갈바노 유닛(T2)과 P1 패너닝을 수행하는 포커스 헤드유닛(T1)으로 이루어진 레이저 가공부(T); 및 카메라(CM)를 포함하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공장치(100)를 이용한 기판(W)을 가공하는 방법으로서,
상기 갈바노 유닛(T2)을 이용하여 기판(W)에 얼라인 마크(A)를 가공하는 제4단계(S140)와,
상기 경로 변환 장치(110)에 의해 레이저를 포커스 헤드 유닛(T1)측으로 조사되도록 하여 P1 패터닝을 수행하는 제5단계(S150)와,
상기 카메라(CM) 중 상대적으로 고 배율의 카메라로 상기 얼라인 마크(A)를 검사하는 제6단계(S160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법.
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제6항에 있어서,
상기 제5단계(S150) 수행 후, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 상기 P1 패터닝을 검사하는 제7단계(S170)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법.
제6항에 있어서,
제4단계(S140) 수행 전, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라로 기판(W)의 얼라인 마크를 확인하여 상기 기판을 얼라인하는 제3단계(S130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법.
제6항에 있어서,
상기 제5단계(S150)에 의해 P1 패터닝을 수행하기 전에 얼라인 마크(A)가 새겨진 기판(W)이 투입되는 경우, 상기 카메라(CM) 중 상대적으로 저 배율의 카메라를 이용하여 얼라인 마크(A)를 인식한 후, 고 배율 카메라(CM)로 변환하여 상기 얼라인 마크(A)를 정밀하게 인식하는 것을 특징으로 하는 다 공정 동시 가공 타입의 레이저 가공 방법.