CN104001633A - 涂布装置以及涂布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涂布装置，其中，具备：涂布喷嘴，其向基板涂布涂布液；气体供给部，其供给对涂布液向基板的喷出方向进行控制的调温气体。

Description

涂布装置以及涂布方法
技术领域
本发明涉及一种涂布装置以及涂布方法。
本申请基于2013年2月25日在日本申请的日本特愿2013-034836号主张优先权，并在本发明中援引其内容。
背景技术
作为旋转雾化涂装方法，已知向成形空气的周围供给调温空气，而消除空气与成形空气的温度差，从而防止紊流的产生的方法(例如，参照专利文献1)。
【在先技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开平9-225350号公报
但是，在上述现有技术中，未考虑成形空气的调温，例如在基板的处理温度高的情况下可能存在不能得到良好的涂布膜的现象。
发明内容
本发明就是鉴于这种课题而完成的，其目的在于提供能够对处理温度高的基板进行良好的涂布的涂布装置以及涂布方法。
为了实现上述目的，本发明的一方式所涉及的涂布装置的特征在于，具备：涂布喷嘴，其向基板涂布涂布液；气体供给部，其供给对所述涂布液向所述基板的喷出方向进行控制的调温气体。
根据本方式所涉及的涂布装置，由于通过调温气体对涂布液进行调温，因此即使在例如保持基板被调温了的状态的情况下，也能够通过减小基板与涂布液的温度差而将优质的涂布膜形成在基板上。
在上述涂布装置中，可以设置为如下的结构，即，所述气体供给部供给作为所述调温气体的不活泼气体。
根据该结构，通过供给不活泼气体能够将基板周边部保持为脱氧以及脱水分状态。
在上述涂布装置中，可以设置为如下的结构，即，所述不活泼气体为氮气。
根据该结构，能够将基板周边部良好地保持为脱氧以及脱水分状态。
在上述涂布装置中，可以设置为如下的结构，即，所述涂布喷嘴涂布作为所述涂布液的包含金属以及溶剂的液状体。
根据该结构，由于基板周边部被设置为脱氧以及脱水分状态，因此能够良好地涂布含有金属以及溶剂的液状体。
在上述涂布装置中，可以设置为如下的结构，即，所述涂布喷嘴由旋转雾化喷嘴构成，所述调温气体为成形空气。
根据该结构，能够利用旋转雾化喷嘴在基板上形成优质的涂布膜。
此外，可以设置为如下的结构，即，所述气体供给部供给作为所述旋转雾化喷嘴中的涡轮空气以及轴承空气的所述调温气体。
根据该结构，由于被供给至涂布喷嘴内的涡轮空气以及轴承空气成为被调温了的状态，因此能够抑制在喷嘴内成形空气的温度降低。
在上述涂布装置中，可以设置为如下的结构，即，还具备对将所述基板调温了的状态进行保持的调温机构。
根据该结构，通过将基板调温能够对处理温度高的基板进行涂布处理。
本发明的一方式所涉及的涂布方法的特征在于，具备从涂布喷嘴将由包含金属以及溶剂的液状体构成的涂布液涂布在基板的一面的涂布工序，在所述涂布工序中，供给对所述涂布液向所述基板的喷出方向进行控制的调温气体。
根据本发明的涂布方法，由于通过调温气体对涂布液进行调温，因此即使在例如保持基板被调温了的状态的情况下，也能够通过减小基板与涂布液的温度差而将优质的涂布膜形成在基板上。因此，通过使用由含有金属以及溶剂的液状体构成的涂布液，能够将例如优质的太阳能电池的光吸收层形成在基板上。
在上述涂布方法中，可以设置为如下的结构，即，在所述涂布工序中，将旋转雾化喷嘴用作所述涂布喷嘴。
根据该结构，利用旋转雾化喷嘴，能够在基板上形成优质的涂布膜。
在上述涂布方法中，可以设置为如下的结构，即，在所述涂布工序中，通过调温机构对所述基板被调温了的状态进行保持。
根据该结构，通过将基板调温能够对处理温度高的基板进行涂布处理。
根据本发明，能够对处理温度高的基板进行良好的涂布。
附图说明
图1为表示实施方式所涉及的涂布装置的结构的图。
图2为表示涂布喷嘴的周边结构的图。
图3为表示涂布喷嘴的剖面结构的图。
图4为表示涂布装置的结构的俯视图。
图5为表示吸引部的结构的图。
图6为表示涂布装置的动作的图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1为表示本实施方式所涉及的涂布装置CTR的结构的图。
如图1所示，涂布装置CTR具有基板收纳装置ACM以及涂布喷嘴CNZ。涂布装置CTR为利用涂布喷嘴CNZ对收纳在基板收纳装置ACM中的基板S涂布涂布液的装置。涂布装置CTR载置在与水平面平行的地板面上使用。作为涂布喷嘴CNZ，使用例如旋转雾化喷嘴。
在本实施方式中，作为基板S，而使用由例如玻璃、树脂等构成的板状构件。另外，作为基板S，也可以使用晶片。在本实施方式中，还在基板S上作为背面电极而通过溅射形成有钼。显然，作为背面电极，也可以设置为使用其他导电性物质的结构。
在本实施方式中，作为涂布在基板S的涂布液，使用使铜(Cu)、铟(In)、镓(Ga)、硒(Se)或铜(Cu)、锌(Zn)、锡(Sn)、硒(Se)这样的金属材料分散或溶解在溶剂中的液状组合物。
该液状组合物包含构成CIGS型、化合物半导体系太阳能电池的光吸收层(光电转换层)的金属材料。
而且，也可以在缓冲层中使锌(Zn)、铟(In)、Cd(镉)等金属材料溶解在溶剂中。
在本实施方式中，该液状组合物包含用于确保CIGS型等化合物半导体系太阳能电池的光吸收层的粒度尺寸的物质。显然，作为液状体，也可以设置为使用使其他金属分散或溶解在溶剂中的液状体的结构。
另外，涂布装置CTR被收纳在未图示的腔室中。该腔室例如通过向内部供给氮气而维持在规定气氛(低氧气氛，例如优选在1000ppm以下)。因此，涂布喷嘴CNZ能够将含有金属材料的涂布液(例如，铟溶液)良好地涂布在基板S。
以下，在说明本实施方式所涉及的涂布装置CTR的结构时，设置为使用XYZ直角坐标系。此处，将水平面上的一个方向作为X方向，将与该水平面平行且与X方向正交的方向作为Y方向，将铅垂方向作为Z方向。而且，有时将绕X轴、绕Y轴、绕Z轴的各方向表示为θX方向、θY方向、θZ方向。
图2为表示涂布喷嘴CNZ的周边结构的图，图3为表示涂布喷嘴CNZ的剖面结构的图。
如图2所示，涂布喷嘴CNZ经由喷嘴臂NA而安装在驱动部100。驱动部100通过使喷嘴臂NA移动从而使安装在前端的涂布喷嘴CNZ相对于收纳在基板收纳装置ACM的基板S移动。从收纳有涂布液的收纳罐1通过供给路2向涂布喷嘴CNZ供给涂布液。具体而言，涂布液通过设置在供给路2的中途的泵机构3而向涂布喷嘴CNZ侧供给。泵机构3由例如注射泵构成。
从调温气体供给部5向涂布喷嘴CNZ供给调温气体。调温气体供给部5包含气体供给部5a、加热器5b。气体供给部5a作为气体而供给例如氮气等不活泼气体。加热器5b设置在气体供给部5a与涂布喷嘴CNZ的气体供给路径的中途。加热器5b的温度设定在例如100℃～400℃的范围。根据该结构，从调温气体供给部5供给来的氮气加温至例如30℃～70℃左右。调温气体供给部5实现了作为后述的成形空气(SPA)、涡轮空气(TBA)以及轴承空气(BRA)而将被调温至30℃～70℃左右的不活泼气体向涂布喷嘴CNZ供给的结构。
而且，涂布喷嘴CNZ供给有用于通过空气供给路6而使后述的涡轮旋转的涡轮空气。在本实施方式中，涂布喷嘴CNZ由所谓的旋转雾化喷嘴构成。
而且，如图3所示，在涂布喷嘴CNZ的下端能够旋转地装配有喷雾嘴(air cup)19。该喷雾嘴19具备将涂布液喷射的喷射口。在喷雾嘴19的喷射口的内表面19A形成有多个孔与向旋转方向倾斜的多个槽。喷雾嘴19安装在涡轮14的前端。
涡轮14能够旋转地配备于主轴15的内部，在涡轮14的内部收纳有主轴16。该主轴16被上下一对轴承25、25支承。而且，涡轮14为在主轴16的旋转状态下在主轴16与各轴承25、25之间介有轴承空气的空气涡轮。在对主轴15供给有高压的空气时，该空气成为轴承空气使得主轴16被支承为旋转自如，涡轮14旋转。其结果为，安装在涡轮14的前端的喷雾嘴19以最大7000转／分钟进行高速旋转。
在主轴16的内部沿着轴心而贯通形成有供给涂布液的液供给路16A。通过向将涂布喷嘴CNZ的上端部封闭的背板17的供给口17A供给涂布液从而进行向液供给路16A的涂布液的供给。而且，通过使涡轮14以高速旋转，使得涂布液被雾化而从喷雾嘴19喷射。由此，涂布液的液滴直径形成数μm的大小而被细微化，从而在基板S上形成致密的涂布膜。
而且，在涂布喷嘴CNZ的空气帽18的前端形成有以高速喷射被称为成形空气的载气的成形空气孔18A，通过调节从该成形空气孔18A吹出的成形空气的压力(成形空气的风量)，能够控制涂布液的飞行液滴速度。由此，能够以几十m／s的速度喷射涂布液的液滴。
在本实施方式中，涂布涂布液的涂布喷嘴CNZ将调温至30℃～70℃左右的不活泼调温气体(氮气)用作成形气体。因此，喷嘴喷出口的附近的涂布液被设定为被调温至温度在30～70℃左右的涂布液。
在本实施方式中，涂布喷嘴CNZ将调温至30℃～70℃左右的不活泼调温气体(氮气)用作涡轮空气以及轴承空气。此处，涡轮空气为用于使涡轮14旋转的空气，轴承空气为用于通过向主轴15供给从而作为空气轴承发挥功能并由此将主轴16支承为旋转自如的空气。
因此，能够抑制成形气体的温度降低抑制，而将喷嘴喷出口的附近的涂布液的温度调温至30～70℃左右。
基板收纳装置ACM具有基板保持部10、罩部20、回收液供给部30、回收液贮存部40、吸引部50、升降部60以及控制部CONT。图4为表示从+Z侧观察涂布装置CTR时的结构的图。另外，图4中，为了容易辨别图，而由单点划线表示升降部60的结构。
如图1以及图4所示，基板保持部10具有吸附部11、加温部12以及气体喷射部13。吸附部11配置在罩部20的内部中从Z方向观察时的中央部。吸附部11成为通过吸引机构进行吸引动作的结构。
吸附部11中的+Z侧的面11a为保持基板S的保持面。以下，将面11a称为保持面11a。保持面11a与XY平面平行地平坦地形成。吸附部11配置在基台10a上。
加温部(调温机构)12对吸附在吸附部11的基板S的温度进行调节。加温部12以未图示的加热板为主体而构成。通过控制部CONT能够控制该加热板的动作。加温部12通过未图示的固定构件安装在吸附部11的-Z侧的面。另外，基板保持部10只要是能够调节基板S的温度的结构即可，安装加温部12的位置并不限定于上述形态。例如，也可以为将加温部12内置在吸附部11的内部的结构，还可以将加温部12安装在与吸附部11不同的构件。
加温部12(加热板)例如以200～250℃的温度加热基板S。加热板的温度例如被设定在从涂布喷嘴CNZ喷雾出的涂布液中含有的金属材料的熔点的附近。
气体喷射部13向被吸附部11的状态下的基板S的周围喷射气体(例如氮气等)。气体喷射部13具有在吸附部11的侧面形成的喷射口13a。该喷射口13a向吸附部11的径向的外侧开口。该喷射口经由气体流路13b而与未图示的气体供给源连接。
气体流路13b向吸附部11的径向的外侧相对于水平方向而向+Z侧倾斜。因此，气体喷射部13在基板S的周围形成朝向径向的外侧且+Z侧的气流。通过该气流，能够防止杂质接近基板S的背面。
罩部20以将被基板保持部10保持的基板S包围的方式配置。罩部20具有底部21以及壁部22。罩部20从Z方向观察时形成圆形。在底部21向-Z侧形成有倾斜部21a。如图4所示，倾斜部21a沿着基台10a的外周面而形成圆环状。
如图1以及图4所示，壁部22以将基板保持部10的周围包围的方式而形成圆筒状。如图1所示，在壁部22的+Z侧端部形成有折回部22a。折回部22a在对罩部20从Z方向进行观察时朝向中央部侧地形成。
回收液供给部30具有第一喷嘴31、第二喷嘴32、清洗液喷嘴33以及供给源34。回收液供给部30供给将基板S与罩部20之间的杂质回收的回收液。作为回收液，可以列举例如纯水、从涂布喷嘴供给来的液状体的溶剂等。
第一喷嘴31安装在基台10a。第一喷嘴31相对于基台10a而朝向外侧。具体而言，第一喷嘴31朝向罩部20的底部21。第一喷嘴31将设置在升降部60的板61的受液面61a(后述)清洗。第一喷嘴31向底部21喷出回收液。第一喷嘴31在基台10a的周向以大致相等的间距配置。因此，毫无遗漏地向受液面61a的整周供给回收液。另外，也可以设置为从第一喷嘴31喷射空气的结构。
第二喷嘴32形成于基台10a的外周面。第二喷嘴32朝向罩部20的底部21。第二喷嘴32对底部21喷出回收液。第二喷嘴32朝向基台10a的外周面的周向。具体而言，如图4所示，朝向逆时针旋转的方向。因此，通过从第二喷嘴32喷出的回收液，在底部21逆时针旋转地形成回收液的流动。第二喷嘴32在底部21的周向上以相等的间距配置。因此，回收液的流动在底部21的整周上形成大致相等的速度。
清洗液喷嘴33配置在底部21的倾斜部21a。清洗液喷嘴33朝向罩部20的壁部22。清洗液喷嘴33向壁部22喷出清洗液。作为该清洗液，除纯水、从涂布喷嘴供给来的液状体的溶剂以外，还能够使用例如臭氧水等。
清洗液喷嘴33被设置为能够在相对于XY平面倾斜的方向上调节角度。因此，能够在从折回部22a至壁部22的-Z侧的范围内调节清洗液喷嘴33的朝向。而且，通过调节清洗液喷嘴33的角度，也能够向设置在升降部60的气流调节构件62(后述)供给清洗液，而将该气流调节构件62清洗。清洗液喷嘴33在底部21的周方向以大致相等的间距配置。因此，向壁部22在周向的整周毫无遗漏地供给清洗液。
供给源34例如配置在罩部20的外部。供给源34向第一喷嘴31以及第二喷嘴32供给回收液。如此通过由第一喷嘴31与第二喷嘴32使回收液的供给源共通化，与分别设置供给源的情况相比能够节约空间。而且，也减轻了维护的工时。此外，供给源34向清洗液喷嘴33供给清洗液。在作为回收液以及清洗液而使用同一种类的液体的情况下，对清洗液喷嘴33也能够使供给源共通化。
此外，供给源34向空气喷出口35供给清洁干燥空气。基台10a中在第一喷嘴31的+Z侧设置有多个该空气喷出口35。多个空气喷出口35在基台10a的周向上以相等的间距配置。各空气喷出口35使设置在升降部60的板61的受液面61a(后述)干燥。各空气喷出口35朝向底部21。另外，也可以设置为从空气喷出口35喷出上述回收液的结构。
回收液贮存部40具有液受部41以及排出部42。液受部41形成在包含罩部20的底部21、壁部22的-Z侧的局部的部分。液受部41为接受从第一喷嘴31喷出的回收液、从第二喷嘴32喷出的回收液等的部分。通过使液受部41维持接受回收液的状态，从而在回收液贮存部40中贮存回收液。液受部41的外周部分的+Z侧端部41a配置在比第二喷嘴32靠-Z侧。
排出部42为形成在罩部20的底部21的开口部。排出部42将贮存在液受部41的回收液向罩部20的外侧排出。排出部42形成在倾斜部21a的底面。因此，液受部41中接受的回收液沿着倾斜部21a而容易排出。排出部42与未图示的排出路径连接。
在排出部42设置有未图示的开闭阀。通过使该开闭阀关闭，将回收液贮存在回收液贮存部40。而且，通过使开闭阀开放，从排出部42排出回收液。
而且，在壁部22的外周侧设置有排气部24。排气部24起到将被罩部20包围的空间K的气体排出并且使附着在壁部22的表面的涂布液流出的作用。另外，也可以为不设置排气部24的结构。在排气部24设置有疏液部24a以及24b。通过该疏液部24a以及24b，将向排气部24排出了的成分中的气体成分的至少一部分向开口部24c送出，将液体成分向开口部24d输送。疏液部24a以及24b也具有使气体成分的一部分液化的功能。在该情况下，液化了的成分向开口部24d输送。另外，排气部24的开口部24c与吸引部50连接。而且，排气部24的开口部24d与废液回收部(未图示)或供给源34连接。
吸引部50通过排气部24，而对被罩部20包围的空间K进行吸引。吸引部50与排气部24的开口部24c连接。而且，吸引部50通过该开口部24c以及疏液部24a、24b而与空间K连接。图5为表示吸引部50的结构的图。
如图5所示，吸引部50具有配管部50a～50f、气液分离部51以及臭氧清洗部52。
配管部50a与罩部20连接。配管部50a从外侧与壁部22连接。通过配管部50a，将存在于罩部20的内部的吸引对象物向罩部20的外侧吸引。配管部50a与气液分离部51连接。
气液分离部51具有疏液部51a。气液分离部51通过疏液部51a将吸引来的罩部20内的吸引对象物中的液体成分向配管部50b送出，并将气体成分向配管部50c送出。另外，疏液部51a也具有将气体成分的一部分液化的功能，也存在将液化了的成分向配管部50b送出的情况。在配管部50c设置有风扇，通过工厂排气等将向配管部50c送出了的气体成分向外部排出。
配管部50b与臭氧清洗部52连接。臭氧清洗部52具有臭氧生成装置52a以及清洗槽52b。由臭氧生成装置52a生成了的臭氧气体通过设置在清洗槽52b的未图示的散气管而与液体成分接触。通过该臭氧气体，将液体成分分解为溶剂与涂布液。另外，未必必须设置上述的臭氧清洗部52。
清洗槽52b将清洗后的液体成分向配管部50e送出。配管部50e与上述的供给源34连接。向配管部50e送出的液体成分通过该配管部50e而向上述的供给源34输送。而且，通过配管部50f使清洗中使用的臭氧气体排出。另外，在配管部50b分支并连接有配管部50d。配管部50d与废液回收部(未图示)连接。向配管部50b送出了的液体成分的一部分通过该配管部50d排出。
返回图1，升降部60具有板61、气流调节构件62、连结构件63、升降引导件64以及驱动部65。
如图1以及图4所示，板61以将基板S的周围包围的方式而形成圆环状。板61具有平坦地形成的受液面61a。在图1所示的状态下，板61配置于在被基板保持部10保持的状态下的基板S的+Z侧的第一面Sa与受液面61a成为齐面的第一位置PS1。板61以与被基板保持部10保持的基板S的外周之间空出间隙的方式配置。另外，气体喷射部13的喷射口13a从基板S的-Z侧的第二面Sb侧朝向该间隙。
气流调节构件62对通过了基板S的外周的气体的流动进行调节。气流调节构件62以将基板S的周围包围的方式而形成圆环状。气流调节构件62以将板61包围的方式而配置在该板61的外侧。气流调节构件62通过连结构件63而与板61一体地连结。气流调节构件62被设置为弯曲以使通过了基板S的外周的气体向吸引部50流动。
升降引导件64与Z方向平行地设置。板61被设置为能够通过驱动部65的驱动动作沿着升降引导件64在Z方向上移动。通过板61在Z方向上移动，使得与该板61一体地连结了的气流调节构件62也能够在Z方向上移动。
板61能够向例如Z方向的第二位置PS2以及第三位置PS3移动。第二位置PS2设置在从第一喷嘴31喷射的回收液的轨道上。因此，在将板61配置在第二位置PS2的情况下，通过从第一喷嘴31喷射回收液，能够进行板61的清洗。而且，第三位置PS3为板61的待机位置。
对以上述方式构成的涂布装置CTR的动作进行说明。
首先，通过未图示的输送机构将基板S收纳在基板收纳装置ACM。被收纳的基板S载置在吸附部11上。之后，控制部CONT使基板S吸附在吸附部11上。
在对基板S进行了吸附后，控制部CONT通过加温部12调节基板S的温度并从气体喷射部13喷射气体。加温部12例如以200～250℃的温度加热基板S。而且，控制部CONT使吸引部50的动作开始。此外，控制部CONT使升降部60配置在第一位置PS1。通过将升降部60配置在第一位置PS1，使得来自气体喷射部13的气体通过基板S的侧部，并经由气流调节构件62而向吸引部50流动。而且，成为板61的受液面61a与基板S的第一面Sa处于同一个面的状态。
在该状态下，如图6所示，控制部CONT使回收液Q从第一喷嘴31喷出。在从Z方向观察时，回收液Q将设置在基板S与罩部20的壁部22之间的回收液贮存部40充满。在该状态下，控制部CONT利用涂布喷嘴CNZ将涂布液喷雾在基板S的第一面Sa上。另外，在本实施方式中，涂布喷嘴CNZ的喷雾量设定为例如5g／min。
在本实施方式中，涂布喷嘴CNZ将调温至60℃～70℃左右的不活泼调温气体用作成形空气。因此，喷嘴喷出口的附近的涂布液的温度被调温至60～70℃左右。由此，与不对向基板S喷雾的涂布液进行调温的结构相比，抑制了吹向基板S的涂布液与通过加温部12调温的基板S的温度差。
根据该结构，能够在基板S附着有涂布液的时机使该涂布液中含有的金属材料瞬间熔融固化，从而能够在基板S上以均匀的膜厚形成涂布膜R。因此，涂布装置CTR能够将由没有偏差且均匀的粒子(金属材料)构成的、构成可靠性高的太阳能电池的光吸收层或缓冲层的涂布膜R形成在基板S上。
而且，在利用涂布喷嘴CNZ形成涂布膜R时，存在涂布液以雾状飞散的情况。当这种雾状的涂布液附着在罩部20时，罩部20成为污染状态。对此，根据本实施方式，由于来自第一喷嘴31的回收液向基板S与罩部20的壁部22之间供给，因此即使在基板S与罩部20之间飞散有雾状的涂布液的情况下，也能够回收该涂布液。而且，并不限定于涂布液，也能够回收污垢、灰尘等。由此，能够将装置环境洁净化。
另外，本发明的技术范围并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够适宜附加变更。
附图符号说明
CTR  涂布装置
S  基板
CNZ  涂布喷嘴
12  加温部(调温机构)
5  调温气体供给部

Claims (10)

1.一种涂布装置，其中，具备：
涂布喷嘴，其向基板涂布涂布液；
气体供给部，其供给对所述涂布液向所述基板的喷出方向进行控制的调温气体。
2.如权利要求1所述的涂布装置，其中，
所述气体供给部供给作为所述调温气体的不活泼气体。
3.如权利要求2所述的涂布装置，其中，
所述不活泼气体为氮气。
4.如权利要求2所述的涂布装置，其中，
所述涂布喷嘴涂布作为所述涂布液的包含金属以及溶剂的液状体。
5.如权利要求1所述的涂布装置，其中，
所述涂布喷嘴由旋转雾化喷嘴构成，
所述调温气体为成形空气。
6.如权利要求5所述的涂布装置，其中，
所述气体供给部供给作为所述旋转雾化喷嘴中的涡轮空气以及轴承空气的所述调温气体。
7.如权利要求1所述的涂布装置，其中，
还具备对将所述基板调温了的状态进行保持的调温机构。
8.一种涂布方法，其中，
具备从涂布喷嘴将由包含金属以及溶剂的液状体构成的涂布液涂布在基板的一面的涂布工序，
在所述涂布工序中，供给对所述涂布液向所述基板的喷出方向进行控制的调温气体。
9.如权利要求8所述的涂布方法，其中，
在所述涂布工序中，作为所述涂布喷嘴采用旋转雾化喷嘴。
10.如权利要求8所述的涂布方法，其中，
在所述涂布工序中，通过调温机构对所述基板被调温了的状态进行保持。
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