KR20130070753A - Pecvd용 롤투롤 기판이송장치 - Google Patents

Pecvd용 롤투롤 기판이송장치 Download PDF

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이홍재
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Abstract

본 발명은 롤투롤 방식으로 플렉시블 실리콘 박막 태양전지의 제조시에 필름의 구부러짐을 방지하고 필름의 장력을 유지할 수 있는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치에 관한 것으로서, 이송되는 기판의 증착면이 형성되는 측에 설치되어 상기 기판에 접촉하는 점접촉롤러와, 상기 기판의 증착면의 이면측에 접촉하며 상기 점접촉롤러에 대향하여 배치되는 이면롤러와, 상기 기판의 폭방향의 양끝단에서 상기 기판의 증착면 및 이면측에 설치되어 이송되는 상기 기판을 지지하는 양단롤러를 구비하며, 점접촉롤러의 외주에는 첨단이 형성되어 있고, 이면롤러 및 상기 양단롤러의 외주면은 평평한 형상으로 형성되거나 첨단이 형성되어 있으며, 점접촉롤러는 기판의 폭방향을 따라 이격 배치되며, 기판상에 형성되는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 셀 분리부와 접촉하여, 플렉시블 박막 필름의 증착면의 손상을 최소화하고, 기판이 PECVD 챔버의 히터를 통과할 때에 열이나 플라즈마에 의해 필름이 구부러지거나 부풀어오르는 것을 방지하여 후속 공정에서 플렉시블 실리콘 박막의 증착의 균일도를 유지하고 공정가스의 흐름에 방해를 주지 않도록 구성할 수 있다.

Description

PECVD용 롤투롤 기판이송장치{ROLL-TO-ROLL SUBSTRATE TRANFERRING APPARATUS FOR PECVD}
본 발명은 기판이송장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 롤투롤 방식으로 플렉시블 실리콘 박막 태양전지의 제조시에 필름의 구부러짐을 방지하고 필름의 장력을 유지할 수 있는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치에 관한 것이다.
태양 전지는 반도체의 성질을 이용하여 빛 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치로서, 태양 광에 포함되는 광자라는 에너지 입자가 i층에 닿으면, 광기전력 효과에 의해 전자와 정공(hole)이 발생하고, 전자는 N(negative)층으로 향하여 이동함과 동시에, 정공은 P(positive)층으로 향하여 이동한다. 따라서, 광기전력 효과에 의해 발생한 전자/정공을 태양 전지에 전기적으로 연결된 상부 전극과 이면 전극으로부터 취출함으로써, 광 에너지를 전기 에너지로 변환할 수 있다.
비정질의 박막형 태양전지는 통상 수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)박막을 사용한다. 또한, 수소화된 비정질 실리콘박막은 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.
수소화된 비정질 실리콘(a-Si:H)박막의 증착방법으로는 SiH4와 H2 가스를 이용한 PECVD법이 가장 많이 이용되고 있다. 이러한 PECVD방법을 이용하여 제조되는 태양전지 중에서 플렉시블 박막 실리콘 태양전지는 유리기판 대신에 저가이고 경량인 플렉시블 기판의 사용과 함께 롤투롤 공정과 같은 연속적 생산이 가능하고 대량생산이 가능한 방법을 이용하여 태양전지 제조의 저가화를 도모하고 있다.
종래의 롤투롤 공정에 의한 플렉시블 박막 태양전지의 제조장치로서 한국공개특허공보 10-2010-0072463호에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 유연한 마스크의 시작부분과 끝 부분이 연결되도록 순환식으로 하여 연속공정이 가능하게 하거나, 롤 마스크용 권취롤과 권출 롤을 적용하여 연속공정이 가능하도록 하며, 플렉시블 기판과 롤 마스크에 동일한 홈을 형성하고 각각의 롤러의 양측에 상기 홈에 끼워지는 톱니를 적용하여 기판과 롤 마스크를 자동으로 정렬할 수 있도록 하는 롤투롤 기판이송장치가 개시되어 있다.
또한, 한국공개특허공보 10-2011-0062856호에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 롤투롤 유닛과 스퍼터유닛 및 이베퍼증착부를 하나의 단일챔버에 일체화되도록 설치함으로써, 하나의 단일챔버 내에서 연속적으로 수행될 수 있도록 구성한 것으로서, 롤투롤유닛은 상기 언와인더롤과 리와인더롤이 상기 단일챔버 내의 일측부에 설치되게 하되, 상기 기판이 상기 단일챔버의 타측부로 이동하는 순방향이송부와 되돌아오는 역방향이송부가 형성되도록 가이드롤러가 설치된 롤투롤 기판이송장치가 개시되어 있다.
그러나, 상기 종래기술들에 있어서 플렉시블 기판은 롤투롤 장치에 의해 이송될 때에 롤이 위치한 지점에서만 기판을 유지하고 있을 뿐만 아니라, 롤이 위치한 지점에서도 기판의 폭방향으로 양측끝단에서만 기판에 접촉하여 유지하고 있기 때문에, 실리콘 박막을 증착하는 PECVD에서 플렉시블 필름이 실리콘 박막을 증착하기 위한 PECVD 챔버의 히터 위를 지나갈 때, 챔버 내에서 발생하는 열 또는 플라즈마에 의해 필름의 양 끝단이 구부러져 올라가거나 필름의 안쪽이 부풀어 오르게 되며, 이는 다음 PECVD 공정에서 실리콘 박막의 증착 균일도를 저해하고 공정 가스의 흐름에 방해가 된다고 하는 문제점이 있었다.
또한, 롤투롤 장치에 의해 플렉시블 실리콘 박막을 증착하는 장치에 있어서, 플렉시블 기판에 일정한 장력을 유지하기 위하여 다양한 형태의 롤러를 도입하고 있으나, 플렉시블 기판을 이송할 때에 실리콘 박막의 증착면에 롤러가 접촉하게 되면 접촉한 부분에서 증착면의 손상을 가져오게 된다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명의 목적은 플렉시블 실리콘 박막 태양전지를 제조함에 있어서 플렉시블 박막 필름의 증착면의 손상을 최소화하면서도 필름이 PECVD 챔버의 히터를 통과할 때에 열이나 플라즈마에 의해 필름이 구부러지거나 부풀어오르는 것을 방지하여 후속 공정에서 플렉시블 실리콘 박막의 증착의 균일도를 유지하고 공정가스의 흐름에 방해를 주지 않도록 구성되는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 증착이 완료된 플렉시블 실리콘 박막이 권취롤에 권취될 때에 증착면의 손상을 최소화하면서도 플렉시블 실리콘 박막의 장력을 일정하게 유지할 수 있는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 PECVD용 롤투롤 기판이송장치는, 이송되는 기판의 증착면이 형성되는 측에 설치되어 상기 기판에 접촉하는 점접촉롤러와, 상기 기판의 증착면의 이면측에 접촉하며 상기 점접촉롤러에 대향하여 배치되는 이면롤러와, 상기 기판의 폭방향의 양끝단에서 상기 기판의 증착면 및 이면측에 설치되어 이송되는 상기 기판을 지지하는 양단롤러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 기판에 접촉되는 상기 점접촉롤러의 외주에는 첨단이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이면롤러 및 상기 양단롤러의 외주면은 평평한 형상으로 형성되거나 첨단이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 점접촉롤러는 상기 기판의 폭방향을 따라 이격 배치되며, 상기 기판상에 형성되는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 셀 분리부와 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 점접촉롤러는 증착이 완료된 상기 기판을 권취하는 권취롤의 전방에 복수 개 설치되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본 발명의 PECVD용 롤투롤 기판이송장치에 의하면, 기판의 폭방향을 따라 기판의 증착면에 접촉하는 점접촉롤러를 일정간격 이격되게 설치함과 동시에 기판과의 접촉하는 부분을 외주에 첨단이 형성된 점접촉롤러를 설치함으로써 플렉시블 박막 필름의 증착면의 손상을 최소화하고, 기판의 이면에는 상기 이면롤러를 설치하여 상기 점접촉롤러와 상기 이면롤러의 가압에 의해 필름이 PECVD 챔버의 히터를 통과할 때에 열이나 플라즈마에 의해 필름이 구부러지거나 부풀어오르는 것을 방지할 수 있다.
이로써, 후속 공정에서 플렉시블 실리콘 박막의 증착의 균일도를 유지하고 공정가스의 흐름에 방해를 주지 않도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명은 증착이 완료된 플렉시블 실리콘 박막이 권취롤에 권취될 때에 권취롤의 전방에 상기 점접촉롤러를 설치하여, 증착면의 손상을 최소화하면서도 플렉시블 실리콘 박막의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 롤투롤 기판이송장치를 나타내는 도면이다.
도 3a는 본 발명에 의한 기판이송장치의 롤러구조를 나타내는 단면도, 도 3b는 본 발명의 점접촉롤러와 이면롤러의 접촉상태를 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 점접촉롤러를 나타내는 도면, 도 4b는 본 발명의 점접촉롤러 및 양단롤러를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 기판이송장치의 롤러구조를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 롤러구조를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 점접촉롤러의 배치를 나타내는 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 PECVD용 롤투롤 기판이송장치를 실시예로써 상세하게 설명한다. 본 발명에 따른 실시예들을 설명하는데 있어, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하며, 필요에 따라 그 설명은 생략할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 기판이송장치(1)는 플렉시블 실리콘 박막 태양전지의 제조를 위한 장치로서, 실리콘 박막을 증착하는 PECVD장치에서 플렉시블 필름에 실리콘 박막을 증착하기 위하여 플렉시블 필름을 공정챔버내에서 또는 공정챔버간에 이송하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치로서, 본 실시예에서는 증착공정에 사용되는 기판이송장치를 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고 식각 장치 등에서도 사용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 기판은 플렉시블 실리콘 박막 태양전지의 제조에 사용되는 플렉시블 필름을 예로 한다.
<실시예 1>
도 3a 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 기판이송장치(1)를 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 기판이송장치(1)는 점접촉롤러(10)와, 이면롤러(20)와, 양단롤러(30)를 포함하여 구성된다. 본 실시예에 있어서, 상기 롤러들을 구동시키기 위한 구동수단 등은 종래기술의 구동수단 등과 대략 동일하므로 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 점접촉롤러(10)는, 증착챔버내로 이송되어 상기 챔버내에서 이송되는 기판(2)의 증착면이 형성되는 측에 설치되며, 상기 기판에 접촉되어 상기 기판을 가압한다.
상기 점접촉롤러(10)에는 후술하는 양단롤러(30) 중 상기 기판의 증착면에 접촉하는 양단롤러(31)를 관통하는 롤러 샤프트(33)가 삽입관통하여, 상기 양단롤러(31)의 회전구동에 의해 회전구동된다.
상기 점접촉롤러(10)는, 도 3a 내지 도 4b에 나타낸 바와 같이, 단면이 대략 세워진 타원형으로 형성되어 있고, 외주에 첨단이 형성된 형상을 갖는다.
본 실시예에 있어서, 첨단이라 함은 외주면에서 끝단부분으로 갈수록 그 폭이 좁아지는 형태를 의미한다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 점접촉롤러는 단면이 타원형상인 것을 예로 하였으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 평평한 원반형상으로 이루어지되 끝단부분에서 첨단으로 형성된 형상으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
본 실시예에 있어서, 상기 점접촉롤러의 점접촉이라 함은, 상기 점접촉롤러와 상기 기판이 접촉하는 부분을 기판의 이송방향을 따라 보면 선형상이 되지만 기판과 점접촉롤러가 접촉하는 어느 한 지점에서 보면, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 점의 형태가 되기 때문에 이를 점접촉이라 칭한다.
상술한 바와 같이, 상기 기판(2)의 증착면이 형성되는 측에 상기 기판(2)을 가압하면서도 상기 기판(2)과의 접촉면을 최소화하는 점접촉롤러를 구비함으로써, 기판의 증착면의 손상을 최소화하면서 기판이 증착챔버 내에서 증착챔버내에 마련된 히터(3)를 통과할 때에, 증착챔버 내에 발생된 열이나 플라즈마에 의해 얇은 플렉시블 기판의 양끝단이 구부러져 올라가거나 기판의 폭방향의 중앙부분이 부풀어 오르는 등의 기판의 변형을 상기 점접촉롤러의 가압에 의해 방지하고 상기 기판의 장력을 유지할 수 있다.
한편, 상기 점접촉롤러(10)는 250℃ 이상의 고온에서도 변형이 없는 내열수지로 제작되는 것이 바람직하다. 상기 증착챔버 내에서 상기 기판(2)이 이송되면서 증착이 이루어질 때에, 상기 증착챔버는 상기 히터(3)에 의해 고온의 열이 발생하거나 플라즈마의 생성에 의해 증착챔버의 온도가 상승하게 되는데, 고온으로 상승된 증착챔버 내에 설치되는 상기 점접촉롤러가 고온에 의해 녹아서 상기 기판에 달라붙거나 하여 기판의 증착면에 손상을 일으키지 않도록 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 점접촉롤러를 내열수지로 형성함으로써, 상기 점접촉롤러가 플렉시블하고 얇은 상기 기판(2)에 접촉되어 가압할 때에, 상기 점접촉롤러의 첨단에 의해 상기 기판이 손상을 입지 않도록 수지재질로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 점접촉롤러(10)는 상기 기판의 폭방향을 따라 일정간격 이격되어 복수 개 설치되어, 상기 기판이 열이나 플라즈마에 의해 변형되는 것을 더욱 양호하게 방지할 수 있다. 이 때, 상기 점접촉롤러(10) 및 상기 기판의 증착면과의 접촉지점은 레이저 스크라이빙(scribing) 공정 등을 이용하여 상기 기판상에 형성되는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 셀 분리부(40)와 일치하도록 조절함으로써, 점접촉롤러와의 접촉에 의해 증착면이 손상되더라도 태양전지의 제조에 영향이 없도록 구성할 수 있다. 여기서, 셀 분리부(40)는 레이저 스크라이빙 공정에 의해 제거되는 부위를 의미한다.
한편, 상기 점접촉롤러(10)에 대향하는 측에는 이면롤러(20)가 설치된다. 상기 이면롤러(20)는 증착챔버내로 이송되어 상기 챔버내에서 이송되는 기판(2)의 증착면이 형성되는 측의 반대측에 설치되며, 상기 점접촉롤러(10)가 설치되는 측의 반대측에, 단면상에서는 상기 점접촉롤러의 하부측에 설치된다.
상기 이면롤러(20)는 상기 기판의 이면측에서 상기 기판에 접촉되며, 상기 점접촉롤러(10)와 상기 이면롤러(20)가 상기 기판의 증착면측과 이면측에서 각각 상기 기판을 가압하여 상기 기판의 변형을 방지하고 이송되는 상기 기판의 장력을 유지하도록 구성된다.
상기 이면롤러(10)에는 후술하는 양단롤러(30) 중 상기 기판의 이면에 접촉하는 양단롤러(32)를 관통하는 롤러 샤프트(34)가 삽입관통하여, 상기 양단롤러(32)의 회전구동에 의해 회전구동된다.
본 실시예에 있어서, 상기 이면롤러(20)는, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 바와 같이, 상기 기판에 선접촉하도록 외주면이 평평한 형상으로 형성되어 있다.
여기서, 상기 이면롤러의 선접촉이라 함은, 상기 이면롤러와 상기 기판이 접촉하는 부분을 기판의 이송방향을 따라 보면 면형상이 되지만 기판과 이면롤러가 접촉하는 어느 한 지점에서 보면, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 선의 형태가 되기 때문에 이를 선접촉이라 칭한다.
상기 기판의 폭방향의 양끝단에는 양단롤러(30)가 설치된다. 상기 양단롤러(30)는 상기 기판의 증착면측에 설치되어 상기 점접촉롤러와 동축으로 설치되는 양단롤러(31)와, 상기 기판의 이면측에 설치되어 상기 이면롤러와 동축으로 설치되는 양단롤러(32)를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 상기 양단롤러(30)는 상기 기판의 양끝단에서 기판의 증착면과 이면을 각각 가압하여 상기 기판을 지지하고 이송시키도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상기 양단롤러(30)는 상기 이면롤러와 마찬가지로 상기 기판에 선접촉하도록 외주면이 평평한 형상으로 형성되어 있다.
한편, 상기 점접촉롤러와 상기 이면롤러와 상기 양단롤러의 배치위치를 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 기판이송장치(1)는 상기 기판에 실리콘 박막이 증착되는 PECVD용 증착챔버 내에서 히터(3)의 전방과 후방에 각각 배치될 수 있다.
이로써, 복수의 히터가 설치된 증착챔버 내에서 각각의 히터의 전방과 후방측에 각각 설치되어, 상기 기판이 히터(3)를 통과하면서 발생된 기판의 변형을 상기 점접촉롤러와 상기 이면롤러와의 가압에 의해 방지하고 상기 기판의 장력을 유지할 수 있다.
<실시예 2>
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서는, 상기 이면롤러의 구성이 실시예 1의 이면롤러와 상이하고 다른 구성은 동일하므로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 중복된 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서, 이면롤러(21)는 상기 점접촉롤러(10)와 동일하게 구성되어 있다. 상기 이면롤러(21)를 실시예 1의 이면롤러(20)와 같이 상기 기판과 선접촉하지 않고 점접촉하도록 구성함으로써, 플렉시블한 얇은 상기 기판과의 접촉을 최소화함으로써 기판의 손상을 최소화하도록 구성된다.
또한, 본 실시예에서, 양단롤러는 상기 기판과 선접촉하도록 구성되어 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 상기 양단롤러도 상기 기판과 점접촉하도록 상기 점접촉롤러와 동일한 형상 및 재질로 구성할 수도 있음은 물론이다.
<실시예 3>
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다. 본 실시예에 있어서는 각각의 공정챔버 내에서 또는 공정챔버 외에서 각각의 공정이 완료된 후에 플렉시블한 기판이 권취롤에 권취될 때에 기판의 손상을 방지하기 위하여 상기 이면롤러 및/또는 상기 점접촉롤러를 이송방향의 도중에 더욱 설치한다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 증착이 완료된 플렉시블 실리콘 박막이 권취롤에 권취될 때에, 히터의 전방 및 후방에 설치되는 상기 점접촉롤러와 상기 이면롤러와 상기 양단롤러 외에도, 상기 히터와 상기 권취롤 사이에 이면롤러나 점접촉롤러를 더욱 배치하도록 구성된다. 이로써, 증착이 완료된 기판의 증착면의 손상을 최소화하면서도 플렉시블 실리콘 박막의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
본 실시예는 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타낸 것에 불과하며, 본 발명의 명세서에 포함된 기술적 사상의 범위내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것은 자명하다.
1 : PECVD용 롤투롤 기판이송장치
10 : 점접촉롤러
20, 21 : 이면롤러
30, 31, 32 : 양단롤러
33, 34 : 롤러샤프트
40 : 셀 분리부

Claims (5)

  1. 이송되는 기판의 증착면이 형성되는 측에 설치되어 상기 기판에 점 접촉하는 점접촉롤러;
    상기 기판의 증착면의 이면측에 접촉하며 상기 점접촉롤러에 대향하여 배치되는 이면롤러; 및
    상기 기판의 폭방향의 양끝단에서 상기 기판의 증착면 및 이면측에 설치되어 이송되는 상기 기판을 지지하는 양단롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에 접촉되는 상기 점접촉롤러의 외주에는 첨단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 이면롤러 또는 상기 양단롤러의 외주면은 평평한 형상으로 형성되거나 첨단이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점접촉롤러는 상기 기판의 폭방향을 따라 이격 배치되며,
    상기 기판상에 형성되는 태양전지를 복수 개의 단위셀로 분리하는 셀 분리부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송되는 기판을 권취하는 권취롤의 전방에 설치되고,
    상기 기판의 증착면과 점 접촉하는 점접촉롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 PECVD용 롤투롤 기판이송장치.
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