KR20140004087A - 색소 흡착 장치, 색소 흡착 방법 및 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 표면 위의 다공질 반도체층에 색소를 흡착시키는 공정의 처리 시간을 대폭 단축하는 것을 과제로 한다.
처리중에, 노즐(20)의 용액 안내면(92L, 92R)과 기판(G) 사이의 갭 내에 색소 용액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층은 그와 같은 색소 용액의 흐름 속에서 색소 흡착 처리를 받는다. 또한, 색소 용액이 흐름에 더하여, 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터의 충격 압력과 홈형 요철부(94L, 94R)에서의 난류의 압력이 연직 방향으로 작용한다. 이것에 의해, 기판 피처리면의 다공질 반도체층의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합이 일어나기 어렵고, 다공질 반도체층의 안쪽 깊이 색소가 효율적으로 침투하며, 다공질 반도체층에의 색소 흡착이 고속으로 진행된다.
처리중에, 노즐(20)의 용액 안내면(92L, 92R)과 기판(G) 사이의 갭 내에 색소 용액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층은 그와 같은 색소 용액의 흐름 속에서 색소 흡착 처리를 받는다. 또한, 색소 용액이 흐름에 더하여, 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터의 충격 압력과 홈형 요철부(94L, 94R)에서의 난류의 압력이 연직 방향으로 작용한다. 이것에 의해, 기판 피처리면의 다공질 반도체층의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합이 일어나기 어렵고, 다공질 반도체층의 안쪽 깊이 색소가 효율적으로 침투하며, 다공질 반도체층에의 색소 흡착이 고속으로 진행된다.
Description
본 발명은 기판의 표면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 색소 흡착 장치, 및 색소 흡착 방법과 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근, 색소 증감형 태양 전지가 장래의 저비용 태양 전지로서 유망시되고 있다. 도 20에 도시하는 바와 같이, 색소 증감 태양 전지는, 기본 구조로서, 투명 전극(음극)(200)과 대향 전극(양극)(202) 사이에, 증감 색소를 담지하는 다공질의 반도체층(204)과 전해질층(206)을 두고 있다.
여기서, 반도체층(204)은 투명 전극(200), 전해질층(206) 및 대향 전극(202)과 함께 셀 단위로 분할되어 있고, 투명 기판(208) 위에 투명 전극(200)을 사이에 두고 형성된다. 대향 전극(202)의 이면측은 대향 기판(210)으로 덮여 있다. 각 셀의 투명 전극(200)은 이웃하는 대향 전극(202)과 전기적으로 접속되어 있고, 모듈 전체에서 다수의 셀이 전기적으로 직렬 접속 또는 병렬 접속되어 있다.
이러한 구성의 색소 증감 태양 전지에서는, 투명 기판(208)의 이면측으로부터 가시광이 조사되면, 반도체층(204)에 담지되어 있는 색소가 여기되어, 전자를 방출한다. 방출된 전자는 반도체층(204)을 통해 투명 전극(200)에 유도되어, 외부로 취출된다. 송출된 전자는 외부 회로(도시 생략)를 경유하여 대향 전극(202)에 되돌아가고, 전해질층(206) 내의 이온을 통해 재차 반도체층(204) 내의 색소에 수취된다. 이렇게 하여, 광에너지를 즉시 전력으로 변환하여 출력하도록 되어 있다.
이러한 색소 증감 태양 전지의 제조 프로세스에 있어서, 다공질의 반도체층(204)에 증감 색소를 흡착시키기 위해, 종래는 투명 기판(208) 위에 형성된 반도체층(204)을 색소 용액에 침지하는 방법이 채용되고 있었다.
상기와 같은 침지 방식의 색소 흡착 처리 시간은, 색소의 종류에도 의존하지만, 적어도 수십 시간을 요하고 있어, 색소 증감 태양 전지 제조의 제조 프로세스에서 전체 공정의 택트를 율속하며, 생산 효율을 내리는 하나의 원인이 되고 있다. 이 문제에 대하여, 침지 방식의 색소 흡착 장치를 복수대 병렬 가동시키는 것도 생각할 수 있지만, 적어도 수십 대의 장치를 준비해야 하여, 실용적이지 않다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것이며, 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 공정의 처리 시간을 대폭 단축할 수 있는 색소 흡착 장치 및 색소 흡착 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 공정의 처리 시간을 대폭 단축하고, 다공질 반도체층의 표층부에서의 색소의 회합·석출을 효과적으로 방지 내지 억제할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 색소 흡착 장치는 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 색소 흡착 장치로서, 상기 기판의 피처리면을 위로 향하게 상기 기판을 유지하는 유지부와, 토출구를 아래로 향하게 상기 유지부의 위쪽에 배치되는 노즐과, 상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 노즐에 압송하기 위한 색소 용액 공급부를 가지며, 상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키고, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시킨다.
본 발명의 색소 흡착 방법은 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 색소 흡착 방법으로서, 상기 기판의 피처리면을 위로 향하게 상기 기판을 정해진 위치에 배치하는 공정과, 상기 기판에 노즐을 대향시키는 공정과, 상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 노즐에 압송하고, 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키며, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시키는 공정을 포함한다.
본 발명의 색소 흡착 장치 또는 색소 흡착 방법에서는, 처리중에 노즐의 안내면과 기판 사이의 갭 내에 색소 용액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층은 그와 같은 색소 용액의 흐름 속에서 색소 흡착 처리를 받는다. 또한, 색소 용액의 흐름에 더하여, 토출구로부터의 충격 압력이 연직 방향으로 작용한다. 이것에 의해, 다공질 반도체층의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합을 일어나기 어렵게 하고, 다공질 반도체층의 안쪽 깊이 색소를 효율적으로 침투시키며, 다공질 반도체층의 색소 흡착을 고속으로 진행시킬 수 있다.
본 발명의 적합한 일 양태에 의하면, 노즐의 용액 안내면에 요철부가 형성되고, 이 요철부에서 색소 용액의 흐름에 소용돌이 또는 난류가 발생하며, 이것에 의해 색소 용액이 기판의 피처리면(다공질 반도체층)의 안쪽 깊이 한층 더 침투하기 쉬워진다.
또한, 본 발명의 적합한 일 양태에 의하면, 기판 위에서 색소 용액의 흐름의 종단에 위치하여, 색소 용액을 흡인하는 흡인부가 설치된다. 이 흡인부는, 바람직하게는 노즐의 하면에 형성되는 흡인구와, 노즐의 내부에 형성되는 진공 통로를 갖는다. 이 흡인부의 흡인 작용에 의해, 기판 위에 색소 용액의 흐름을 원활히 형성하여, 색소 흡착을 한층 더 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 기판 처리 장치는, 피처리면에 다공질의 반도체층이 형성되어 있는 기판을 상기 피처리면이 위를 향하게 하여 유지하는 유지부와, 상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 반도체층에 색소를 흡착시키기 위한 색소 흡착부와, 상기 기판의 반도체층의 표면으로부터 여분의 색소를 씻어 내기 위한 린스부를 구비하고, 상기 색소 흡착부가, 토출구를 아래로 향하게 상기 유지부의 위쪽에 배치되는 제1 노즐과, 상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 제1 노즐에 압송하기 위한 색소 용액 공급부를 가지며, 상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 제1 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키고, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시킨다.
본 발명의 기판 처리 장치에서는, 색소 흡착 처리중에 노즐의 안내면과 기판 사이의 갭 내에 색소 용액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층은 그와 같은 색소 용액의 흐름 속에서 색소 흡착 처리를 받는다. 또한, 색소 용액의 흐름에 더하여, 토출구로부터의 충격 압력이 연직 방향으로 작용한다. 이것에 의해, 다공질 반도체층의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합을 일어나기 어렵게 하고, 다공질 반도체층의 안쪽 깊이 색소를 효율적으로 침투시키며, 다공질 반도체층의 색소 흡착을 고속으로 진행시킬 수 있다. 그리고, 색소 흡착 처리에 계속해서 린스 처리를 행하여, 기판 위의 반도체층 표면으로부터 여분의 색소를 제거함으로써, 다공질 반도체층의 표층부에서의 색소의 회합·석출을 효율적으로 방지 내지 억제할 수 있다.
본 발명의 색소 흡착 장치 또는 색소 흡착 방법에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 기판의 피처리면 위의 다공질 반도체층에 색소를 흡착시키는 공정의 처리 시간을 대폭 단축할 수 있다.
또한, 본 발명의 기판 처리 장치에 의하면, 상기와 같은 구성 및 작용에 의해, 기판의 피처리면 위의 다공질 반도체층에 색소를 흡착시키는 공정의 처리 시간을 대폭 단축할 수 있고, 다공질 반도체층의 표층부에서의 색소의 회합·석출을 효과적으로 방지 내지 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에서의 색소 흡착 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 2는 상기 색소 흡착 장치의 주요부의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3a는 상기 색소 흡착 장치에서의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 상기 노즐의 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 4는 상기 색소 흡착 장치에서의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 기판 표면 부근의 단면도이다.
도 5는 상기 노즐의 홈형 요철부의 사이즈 조건을 도시하는 도면이다.
도 6은 상기 노즐을 대기 버스에서 대기시키고 있는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 대기 버스에서 대기하고 있는 상기 노즐의 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에서의 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9a는 상기 노즐의 홈형 요철부의 일 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 노즐의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 10은 상기 노즐의 토출 통로 및 토출구의 일 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 11은 상기 노즐의 홈형 요철부의 일 변형예를 도시하는 종단면도이다.
도 12는 상기 노즐의 토출부 및 흡인부의 일 변형예를 도시하는 종단면도이다.
도 13a는 상기 노즐에서 홈형 요철부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 노즐의 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 14a는 상기 노즐에서 흡인부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 14b는 도 14a의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 15a는 상기 노즐에서 흡인부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 15b는 도 15a의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 16a는 처리중에 노즐의 토출 압력을 가변시키는 일 방식을 나타내는 시간-압력 특성도이다.
도 16b는 처리중에 노즐의 토출 압력을 가변시키는 다른 방식을 나타내는 시간-압력 특성도이다.
도 17은 기판을 덮는 크기로 상기 노즐을 형성하는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 18은 상기 노즐을 원반형으로 형성하는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 19는 처리중에 기판을 직진 이동 또는 왕복 이동시키는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 20은 색소 증감 태양 전지의 기본 구조를 도시하는 종단면도이다.
도 2는 상기 색소 흡착 장치의 주요부의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3a는 상기 색소 흡착 장치에서의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 상기 노즐의 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 4는 상기 색소 흡착 장치에서의 작용을 모식적으로 설명하기 위한 기판 표면 부근의 단면도이다.
도 5는 상기 노즐의 홈형 요철부의 사이즈 조건을 도시하는 도면이다.
도 6은 상기 노즐을 대기 버스에서 대기시키고 있는 상태를 도시하는 사시도이다.
도 7은 대기 버스에서 대기하고 있는 상기 노즐의 상태를 도시하는 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시형태에서의 기판 처리 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.
도 9a는 상기 노즐의 홈형 요철부의 일 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 노즐의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 10은 상기 노즐의 토출 통로 및 토출구의 일 변형예를 도시하는 사시도이다.
도 11은 상기 노즐의 홈형 요철부의 일 변형예를 도시하는 종단면도이다.
도 12는 상기 노즐의 토출부 및 흡인부의 일 변형예를 도시하는 종단면도이다.
도 13a는 상기 노즐에서 홈형 요철부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 13b는 도 13a의 노즐의 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 14a는 상기 노즐에서 흡인부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 14b는 도 14a의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 15a는 상기 노즐에서 흡인부를 없애는 일 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 15b는 도 15a의 노즐 주요부의 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 16a는 처리중에 노즐의 토출 압력을 가변시키는 일 방식을 나타내는 시간-압력 특성도이다.
도 16b는 처리중에 노즐의 토출 압력을 가변시키는 다른 방식을 나타내는 시간-압력 특성도이다.
도 17은 기판을 덮는 크기로 상기 노즐을 형성하는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 18은 상기 노즐을 원반형으로 형성하는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 19는 처리중에 기판을 직진 이동 또는 왕복 이동시키는 일 실시예를 도시하는 평면도이다.
도 20은 색소 증감 태양 전지의 기본 구조를 도시하는 종단면도이다.
이하, 도 1 ~ 도 19를 참조하여 본 발명의 적합한 실시형태를 설명한다.
[실시형태 1]
도 1 및 도 2에, 본 발명의 일 실시형태에서의 색소 흡착 장치의 전체 구성을 도시한다. 이 색소 흡착 장치는, 예컨대 색소 증감 태양 전지의 제조 프로세스에 있어서, 다공질의 반도체층에 증감 색소를 매엽 방식으로 흡착시키는 공정에서 사용된다. 그 경우, 대향측의 부재[대향 전극(202), 대향 기판(210), 전해질층(206)]가 조합되기 전에 투명 전극(200) 및 다공질의 반도체층(204)이 형성된 투명 기판(208)(도 20)이 이 색소 흡착 장치에서의 피처리 기판(G)이 된다.
여기서, 투명 기판(208)은, 예컨대 석영, 유리 등의 투명 무기 재료, 또는 폴리에스테르, 아크릴, 폴리이미드 등의 투명 플라스틱 재료로 이루어진다. 투명 전극(200)은 예컨대 불소 도핑 SnO2(FTO), 또는 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어진다. 또한, 다공질의 반도체층(204)은, 예컨대 TiO2, ZnO, SnO2 등의 금속 산화물로 이루어진다. 피처리 기판(G)은 정해진 형상(예컨대 사각형) 및 정해진 사이즈를 가지며, 반송 로봇(도시 생략)에 의해 이 색소 흡착 장치에 반입/반출된다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 이 색소 흡착 장치는 대기 공간에 개방 가능한 처리실(10)을 가지며, 이 처리실(10)의 중심부에 기판 유지부(12)를 설치하고 있다. 이 기판 유지부(12)는 기판(G)을 수평 자세로 회전 가능하게 유지하는 스핀척으로서 구성되어 있고, 직경이 기판(G)의 짧은 변보다 짧은 원반형의 척 플레이트(14)와, 회전 지지축(16)을 통해 척 플레이트(14)를 둘레 방향으로 회전 구동하는 구동부(18)를 갖고 있다.
척 플레이트(14)의 상면(기판 배치면)에는, 예컨대 동심형 및/또는 방사형의 홈이 형성되어 있고, 이들 홈은 회전 지지축(16) 및 구동부(18)의 내부를 관통하는 진공 통로를 통해 부압원 예컨대 진공 펌프(도시 생략)에 접속되어 있다. 반도체층(204)이 형성되어 있는 피처리면(표면)을 위로 향하게 기판(G)이 척 플레이트(14)에 배치되면, 부압원으로부터의 부압이 척 플레이트 상면의 각 홈에 부여되고, 각 홈으로부터 부압 흡인력이 기판(G)의 이면에 작용하여, 기판(G)은 척 플레이트(14) 위에 고정 유지된다. 기판 유지부(12)에는, 기판(G)의 반입/반출 시에 척 플레이트(14) 위에서 기판(G)을 올리거나 내리기 위한 리프트핀 기구(도시 생략)도 설치되어 있다.
처리실(10)의 측벽(10a)에는, 기판(G)을 출입시키기 위한 개폐 가능한 개구(도시 생략)가 형성되어 있다. 처리실(10)의 상부 덮개(10b)에는, 밖에서부터 청정 공기를 실내에 도입하기 위한 다수의 통기 구멍(도시 생략)이 형성되어 있다. 다른 형태로서, 상부 덮개(10b)가 없고 전면 개구되어 있어도 좋고, 또는 처리실(10)의 천정에 팬 필터 유닛(FFU)이 설치되어도 좋다.
처리실(10) 내에서, 기판 유지부(12)의 위쪽에는 가동(可動) 노즐(20)이 설치되어 있다. 이 노즐(20)은 처리실(10) 밖에 설치된 노즐 이동 기구(22)에 의해 아암(24)을 통해 수평으로 지지되어, 척 플레이트(14) 위에 설정된 처리 위치(P1)와, 척 플레이트(14)의 옆에 설치된 대기 버스(26) 위의 대기 위치(P2) 사이에서 수평으로 이동할 수 있도록 되어 있다. 노즐 이동 기구(22)는, 예컨대 볼나사 기구 또는 리니어 모터 등의 직진 구동 기구를 갖고 있고, 더 나아가서는 연직 방향으로 노즐(20)의 높이 위치를 가변 또는 조정하기 위한 승강 기구도 구비한다.
노즐(20)은 뒤에 자세히 설명하는 바와 같이, 기판(G) 위에 색소 용액을 토출하는 토출부(28)와, 기판(G) 위로부터 색소 용액을 흡인하는 흡인부(30L, 30R)를 갖고 있다. 노즐(20)의 상면에는, 색소 용액 공급부(32)로부터 보내져 온 색소 용액을 토출부(28)에 도입하기 위한 1개 또는 복수개의 도입 포트(33)와, 흡인부(30L, 30R)로부터 흡입된 색소 용액을 노즐(20) 밖으로 배출하여 색소 용액 회수부(34)에 보내기 위한 1개 또는 복수개의 배출 포트(36L, 36R)가 설치되어 있다.
색소 용액 공급부(32)는 색소 용액을 저류하는 탱크(38)와, 이 탱크(38)와 노즐(20)의 도입 포트(33)를 연결하는 예컨대 배관으로 이루어지는 색소 용액 공급 라인(40)과, 이 색소 용액 공급 라인(40)의 도중에 설치된 전자식 개폐 밸브(42), 공급 펌프(44) 및 전자식 비례 밸브(46)를 갖고 있다. 전자식 비례 밸브(46)는 공급 펌프(44)에 의해 탱크(38)로부터 퍼 올려져 노즐(20)에 압송되는 색소 용액의 압력 또는 유량을 가변 제어 또는 조정하기 위해 이용된다.
탱크(38)에는, 색소 용액의 온도를 색소 흡착 처리에 적합한 정해진 처리 온도로 조절하기 위한 온도 조절기(48)가 부착되어 있다. 또한, 탱크(38)에 색소 용액을 보충하기 위해, 색소 용액 공급원(50)으로부터의 신액(新液) 공급관(52) 및 후술하는 색소 용액 회수부(34)로부터의 재생액 공급관(54)이 탱크(38)에 접속되어 있다.
또한, 이 색소 흡착 장치에서 이용되는 색소 용액은 증감 색소를 정해진 농도로 용매에 녹인 것이다. 증감 색소로서는, 예컨대 금속 프탈로시아닌 등의 금속 착체 또는 시아닌계 색소, 염기성 색소 등의 유기 색소가 이용된다. 용매에는, 예컨대 알코올류, 에테르류, 아미드류, 탄화수소 등이 이용된다.
색소 용액 회수부(34)는 색소 용액을 공기와 함께 흡인하여 색소 용액 트랩(56)에 보내기 위한 흡인 펌프(58)와, 이 흡인 펌프(58)의 입구측과 노즐(20)의 배출 포트(36L, 36R)를 연결하는 예컨대 배관으로 이루어지는 진공 라인(60)과, 이 진공 라인(60)의 도중에 설치되는 전자식 비례 밸브(62) 및 전자식 개폐 밸브(64)를 갖고 있다. 전자식 비례 밸브(62)는 노즐(20)의 배출 포트(36L, 36R)로부터 색소 용액을 배출하는 부압력 또는 유량을 가변 제어 또는 조정하기 위해 이용된다.
색소 용액 트랩(56)은 흡인 펌프(58)의 출구측으로부터 공기와 함께 보내져 오는 회수된 색소 용액을, 예컨대 라비린스 방식 또는 사이클론 방식에 의해 트랩 부재에 수집하고, 수집된 회수 색소 용액을 색소 용액 재생부(66)에 보낸다. 색소 용액 재생부(66)는 필터, 농도 조정부 등을 가지며, 회수 색소 용액으로부터 신규 색소 용액과 대략 동일한 성분 및 농도를 갖는 재생 색소 용액을 생성한다. 색소 용액 재생부(66)와 탱크(38)를 연결하는 재생액 공급관(54)의 도중에는 전자식 개폐 밸브(68) 및 펌프(70)가 설치되어, 색소 용액 재생부(66)로부터 재생액 공급관(54)을 통해 탱크(38)에 재생 색소 용액을 수시 보급할 수 있도록 되어 있다. 또한, 신액 공급관(52)의 도중에도 전자식 개폐 밸브(51)가 설치되어, 색소 용액 공급원(50)으로부터 신액 공급관(52)을 통해 탱크(38)에 신규 색소 용액을 수시 보급할 수 있도록 되어 있다. 이것에 의해, 색소 용액의 재이용이 가능해져, 신규 색소 용액의 사용량을 적게 할 수 있다.
처리실(10)의 바닥면에는 하나 또는 복수의 배기/드레인구(72)가 형성되어 있고, 이들 배기/드레인구(72)는 예컨대 배관으로 이루어지는 배기/드레인 라인(74)을 통해 흡인 펌프(58)의 입구측에 접속되어 있다. 배기/드레인 라인(74)의 도중에는 전자식 개폐 밸브(76)가 설치되어 있다.
또한, 후술하는 대기 버스(26)에도 배기 라인(78)이 접속되어 있다. 이 배기 라인(78)은 흡인 펌프(58)의 입구측에 접속되어도 좋지만, 바람직하게는 별도의 배기 펌프(도시 생략)에 접속된다. 배기 라인(78)의 도중에도 전자식 개폐 밸브(80)가 설치되어 있다.
컨트롤러(82)는 마이크로컴퓨터 및 소요의 인터페이스를 갖고 있어, 이 색소 흡착 장치 내의 각부의 동작을 제어하고, 더 나아가서는 색소 흡착 처리를 실행하기 위한 장치 전체의 시퀀스를 제어한다.
여기서, 노즐(20)의 구성을 상세히 설명한다. 노즐(20)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 수평 이동 방향(X 방향)과 직교하는 수평 방향(Y 방향)으로 연장되는 장척(長尺)형 노즐이고, 바람직하게는 기판(G)의 대각선보다 긴 전장을 갖고 있다.
이 노즐(20)의 토출부(28)는 도 3a에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)의 중심부에서 노즐 길이 방향(Y 방향)으로 연장되는 터널형의 버퍼실(매니폴드)(84)과, 이 버퍼실(84)의 바닥부로부터 V형으로 2개로 나눠져 비스듬하게 아래쪽으로 연장되는 한 쌍의 슬릿형 토출 통로(86L, 86R)와, 이들 슬릿형 토출 통로(86L, 86R)의 종단부에 각각 형성되는 슬릿형 토출구(88L, 88R)와, 버퍼실(84)의 정상부로부터 도입 포트(33)(도 1, 도 2)까지 수직 위쪽으로 연장되는 슬릿형 용액 도입 통로(90)를 갖고 있다.
노즐(20)의 하면은 양 토출구(88L, 88R)로부터 폭방향(X 방향)의 좌우 외측으로 연장되어, 안내면(92L, 92R)을 구성한다. 이들의 안내면(92L, 92R)에는, 슬릿형 토출구(88L, 88R)와 평행하게 노즐 길이 방향(Y 방향)으로 연장되는 하나 또는 복수개(도시한 예는 3개)의 홈형 요철부(94L, 94R)가 형성되어 있다.
또한, 홈형 요철부(94L, 94R)의 외측에는, 역시 슬릿형 토출구(88L, 88R)와 평행하게 노즐 길이 방향으로 연장되는 흡인부(30L, 30R)의 흡인구(96L, 96R)가 안내면(92L, 92R)에 각각 형성되어 있다. 이들 좌우 한 쌍의 흡인구(96L, 96R)는 노즐(20) 내부에 형성되어 있는 슬릿형의 하부 진공 통로(98L, 98R), 터널형의 버퍼실(매니폴드)(100L, 100R) 및 슬릿형의 상부 진공 통로(102L, 102R)를 통해 배출 포트(36L, 36R)에 각각 접속되어 있다(도 7).
다음에, 이 실시형태에서의 색소 흡착 장치의 작용을 설명한다.
처리 대상 기판(G)은 반송 로봇에 의해 처리실(10) 내에 반입되고, 기판 유지부(12)의 척 플레이트(14) 위에 배치된다. 이 직후에, 노즐 이동 기구(22)가 작동하여, 노즐(20)을 대기 버스(26) 위의 대기 위치(P2)로부터 척 플레이트(14) 위쪽의 처리 위치(P1)까지 X 방향으로 이동시킨다. 이 처리 위치(P1)에서, 노즐(20)의 하면, 특히 노즐 토출구(88L, 88R) 및 홈형 요철부(94L, 94R)는 정해진 갭을 두고 척 플레이트(14) 위의 기판(G)과 대향한다.
이어서, 색소 용액 공급부(32), 색소 용액 회수부(34) 및 기판 유지부(12)의 구동부(18)가 작동하여, 색소 흡착 처리가 개시된다.
색소 용액 공급부(32)에서는, 전자식 개폐 밸브(42)가 개방되고 공급 펌프(44)가 작동하여, 탱크(38)로부터 색소 용액이 색소 용액 공급 라인(40)을 통해 노즐(20)의 도입 포트(33)에 정해진 유량으로 보내진다. 노즐(20) 내에서는, 도입 포트(33)에 도입된 색소 용액이 용액 도입 통로(90)를 통해 버퍼실(84) 내에 들어가고, 거기에서 용액 토출 통로(86L, 86R)를 통해 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터 기판(G) 위에 토출된다. 이와 같이, 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터 기판(G) 위에 색소 용액이 토출됨으로써, 기판(G)의 피처리면[다공질 반도체층(204)]에 색소 용액이 일정한 충격력으로 가압 접촉한다.
또한, 양 토출구(88L, 88R)로부터 기판(G) 위에 토출된 색소 용액은 도 3b에 도시하는 바와 같이, 각각 좌우 양측의 안내면(92L, 92R)을 따라 좌우 외측, 즉 흡인구(96L, 96R)를 향해 흐른다. 이 때, 도 4에 도시하는 바와 같이, 안내면(92L, 92R)의 홈형 요철부(94L, 94R)에 의해, 색소 용액의 흐름에 상하 방향의 소용돌이 또는 난류가 발생하여, 기판(G)의 피처리면[다공질 반도체층(204)]에 대한 색소 용액의 접촉 압력을 높일 수 있다.
홈형 요철부(94L, 94R)를 통과한 색소 용액은 흡인구(96L, 96R) 내에 흡입된다. 색소 용액 회수부(34)에서는, 전자식 개폐 밸브(64)가 개방되고 흡인 펌프(58)가 작동하여, 기판(G) 위로부터 노즐(20)의 흡인부(30L, 30R)에 흡입된 색소 용액을 노즐(20)의 배출 포트(36L, 36R) 및 진공 라인(60)을 통해 회수한다.
기판 유지부(12)의 구동부(18)는 처리중에 기판(G)을 척 플레이트(14)와 일체로 정해진 회전 속도로 둘레 방향 또는 방위각 방향으로 회전 운동시킨다. 이 기판(G)의 회전 운동에 의해, 기판(G)의 피처리면 전체에 구석구석까지 색소 용액의 흐름이 미칠 수 있다. 또한, 기판(G)의 피처리면 중에서, 색소 용액의 흐름에 대하여 기판(G)의 이동이 순방향이 되는 지점과 역방향이 되는 지점이 생긴다. 이러한 색소 용액의 흐름과 기판(G)의 이동과의 상대 속도의 변동을 작게 하기 위해서는, 기판 회전 속도를 저속(예컨대 1 rpm ~ 10 rpm 정도)으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 기판(G)의 회전 운동 도중에, 노즐의 토출구(88L, 88R)가 기판(G) 밖으로 돌출되었을 때는 토출구(88L, 88R)로부터 토출된 색소 용액이 기판(G)의 주위에 비산한다. 그러나, 비산된 색소 용액은 처리실(10) 바닥에 모여 배기/드레인구(72)로부터 색소 용액 회수부(32)에 회수되게 된다.
상기와 같이, 이 실시형태에서는, 노즐(20)의 안내면(92L, 92R)과 기판(G) 사이의 갭 내에 색소 용액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층(204)은 그와 같은 색소 용액의 흐름 속에서 색소 흡착 처리를 받는다. 또한, 색소 용액의 흐름에 더하여, 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터의 충격 압력과 홈형 요철부(94L, 94R)에서의 난류의 압력이 연직 방향으로 작용한다. 이것에 의해, 다공질 반도체층(204)의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합이 일어나기 어렵고, 다공질 반도체층(204)의 안쪽 깊이 색소가 효율적으로 침투하며, 다공질 반도체층(204)에의 색소 흡착이 고속으로 진행된다. 이 실시형태의 기법을 이용함으로써, 색소 증감 태양 전지의 제조 프로세스에서의 색소 흡착 처리 시간을 대폭 단축하는 것이 가능하고, 예컨대 10분 이내로 마치는 것도 가능하다.
이 실시형태에서, 상기한 바와 같이 노즐(20)의 홈형 요철부(94L, 94R)에서 색소 용액의 난류를 효율적으로 안정적으로 확실하게 발생시키기 위해서는, 홈형 요철부(94L, 94R)를 적절한 사이즈로 선정해야 한다. 본 발명자가 실험을 거듭한 바, 이 점에 대해서는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 안내면[92R(92L)]과 기판(G) 사이의 갭 치수(설정값)를 Sa로 하면, 홈형 요철부[94R(94L)]의 폭(W)은 0.3Sa ~ 1.5Sa의 범위 내로 선택되는 것이 바람직하고, 0.5Sa ~ 1.0Sa의 범위에서 가장 바람직한 효과가 얻어지는 것을 알 수 있다. 또한, 홈형 요철부[94R(94L)]의 깊이(D)도 0.3Sa ~ 1.5Sa의 범위 내에 선택되는 것이 바람직하고, 0.5Sa ~ 1.0Sa의 범위가 가장 바람직한 것을 알 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 노즐(20)의 양 토출구(88L, 88R)로부터 기판(G)의 피처리면에 부여되는 토출 압력도 중요하므로, 양 토출구[88R(88L)]와 기판(G) 사이의 갭 치수(Sb)를 용액 안내면[92R(92L)]측의 갭 치수(Sa)와는 독립적으로 최적화하여도 좋으며, 슬릿 폭(K)도 적절한 사이즈로 선택하는 것이 바람직하다. 단, 통상은 Sb≒K≒Sa로 선택하여도 좋다.
이 실시형태에서의 색소 흡착 처리는, 정해진 처리 시간이 경과했을 때에, 색소 용액 공급부(32), 색소 용액 회수부(34) 및 기판 유지부(12)의 구동부(18)가 정지하여, 종료된다. 이 직후에, 노즐 이동 기구(22)가 작동하여, 노즐(20)을 척 플레이트(14) 위쪽의 처리 위치(P1)로부터 노즐 대기 버스(26) 위의 대기 위치(P2)까지 이동시킨다. 기판 유지부(12)는 척 플레이트(14) 위에서 기판(G)에 대한 흡착 유지를 해제하고, 리프트핀 기구에 의해 기판(G)을 척 플레이트(14)의 위쪽으로 들어 올려 반송 로봇에 건넨다.
도 6 및 도 7에 도시하는 바와 같이, 노즐 대기 버스(26)는 노즐(20)에 대응한 상면 개구(104)를 갖는 장척형의 용매 저장부로서 구성되어 있다. 노즐(20)이 노즐 대기 버스(26) 위에 대기하고 있는 동안은 노즐(20) 하면의 토출구(88L, 88R), 홈형 요철부(94L, 94R) 및 흡인구(96L, 96R)가 노즐 대기 버스(26) 내의 용매(106)의 증기에 노출된다. 이것에 의해, 막힘을 일으키지 않게 된다.
또한, 노즐(20)이 노즐 대기 버스(26)로부터 떨어져 있는 동안은 배기 라인(78)의 개폐 밸브(80)(도 1)가 개방되어, 노즐 대기 버스(26) 내의 국소 배기가 행해진다. 이것에 의해, 노즐 대기 버스(26)로부터 용매(106)의 증기가 주위에 누출되지 않도록 되어 있다.
[실시형태 2]
도 8에, 본 발명의 일 실시형태에서의 기판 처리 장치의 전체 구성을 도시한다. 도면 중, 상기 제1 실시형태(도 1 ~ 도 7)와 동일한 구성 또는 기능을 갖는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 있다.
이 기판 처리 장치는, 상기 제1 실시형태에서의 색소 흡착 장치를 색소 흡착부로서 그대로 포함하고, 또한 린스부 및 건조부도 구비한다. 이 실시형태에서의 린스부는, 기판 유지부(12), 노즐(20), 린스액 공급부(110), 린스액 회수부(112)를 포함하여 구성된다. 여기서, 기판 유지부(12) 및 노즐(20)은 색소 흡착부뿐만 아니라, 린스부 및 건조부에서도 이용된다. 또한, 진공 라인(60), 전자식 비례 밸브(62), 전자식 개폐 밸브(64) 및 흡인 펌프(58)는 색소 흡착부의 색소 용액 회수부(34)와 린스부의 린스액 회수부(112) 사이에서 공용된다.
린스액 공급부(110)는 린스액을 저류하는 탱크(114)와, 이 탱크(114)로부터 노즐(20)에 린스액을 공급하기 위한, 예컨대 배관으로 이루어지는 린스액 공급 라인(116)과, 이 린스액 공급 라인(116)의 도중에 설치된 전자식 개폐 밸브(118), 공급 펌프(120) 및 전자식 비례 밸브(122)를 갖고 있다. 전자식 비례 밸브(122)는 공급 펌프(120)에 의해 탱크(114)로부터 퍼 올려져 노즐(20)에 압송되는 린스액의 압력 또는 유량을 가변 제어 또는 조정하기 위해 이용된다.
탱크(114)에 린스액을 보충하기 위해, 린스액 공급원(124)으로부터의 신액 공급관(126) 및 린스액 회수부(112)로부터의 린스액 회수관(128)이 탱크(114)에 접속되어 있다. 신액 공급관(126)의 도중에는 전자식 개폐 밸브(130)가 설치되어, 린스액 공급원(124)으로부터 신액 공급관(126)을 통해 탱크(114)에 신규 린스액을 수시 보급할 수 있도록 되어 있다. 린스액 회수부(112)는 린스액 회수관(128)의 도중에 먼지나 불순물을 제거하기 위한 필터(132)를 설치하고 있다. 린스액은 증감 색소가 녹은 임의의 액이어도 좋고, 예컨대 알코올류, 에테르류, 아미드류, 탄화수소 등을 적합하게 이용할 수 있다.
이 실시형태에서는, 색소 흡착부, 린스부 및 건조부 사이에서 노즐(20)을 공용시키기 위해, 예컨대 방향 제어 밸브를 포함하는 제1 전환부(134)를 설치하고, 노즐(20)의 도입 포트(33)를, 예컨대 배관으로 이루어지는 공통되는 유체 공급 라인(136)을 통해 전환부(134)의 출력 포트에 접속하며, 색소 용액 공급 라인(40), 린스액 공급 라인(116) 및 후술하는 건조부로부터의 가스 공급 라인(148)의 종단을 전환부(134)의 3개의 입력 포트에 각각 접속한다.
또한, 색소 흡착부의 색소 용액 회수부(34)와 린스부의 린스액 회수부(112) 사이에서, 흡인 펌프(58), 진공 라인(60), 전자식 비례 밸브(62) 및 전자식 개폐 밸브(64)를 공용시키기 위해, 예컨대 방향 제어 밸브를 포함하는 제2 전환부(138)를 설치하고, 흡인 펌프(58)의 출구측을 배액관(140)을 통해 전환부(138)의 입력 포트에 접속하며, 색소 용액 회수관(142), 린스액 회수관(128) 및 드레인관(144)의 시단을 전환부(138)의 3개의 출력 포트에 각각 접속한다.
건조부는, 예컨대 온풍 발생기 또는 블로우 팬을 포함하는 건조용 가스 공급원(146)을 구비하고, 가스 공급 라인(148), 전환부(134) 및 유체 공급 라인(136)을 통해 노즐(20)에 건조용 가스(예컨대 공기, 질소 가스 등)를 정해진 유량으로 압송할 수 있도록 되어 있다. 가스 공급 라인(148)의 도중에는 개폐 밸브(150)가 설치되어 있다.
컨트롤러(82)는 상기 제1 실시형태와 마찬가지로 마이크로컴퓨터 및 소요의 인터페이스를 가지며, 이 기판 처리 장치 내의 각부(색소 흡착부, 린스부, 건조부)의 동작을 제어하고, 더 나아가서는 색소 흡착 공정, 린스 공정 및 건조 공정을 실행하기 위한 시퀀스를 제어한다.
이 기판 처리 장치에서는, 처리실(10) 내에서 기판 유지부(12)의 척 플레이트(14) 위에 배치된 처리 대상 기판(G)에 대하여, 색소 흡착 공정, 린스 공정 및 건조 공정이 순차 행해진다.
색소 흡착 공정은 컨트롤러(82)의 제어 하에서 색소 흡착부에 의해 실행된다. 이 경우, 제1 전환부(134)의 입구측을 색소 용액 공급 라인(40)으로 전환하고, 제2 전환부(138)의 출구측을 색소 용액 회수관(142)으로 전환한다. 상기 제1 실시형태에서의 색소 흡착 처리와 마찬가지로, 색소 용액 공급부(32)로부터 색소 용액이 노즐(20)에 정해진 유량으로 보내지고, 척 플레이트(14)와 일체로 회전 운동하는 기판(G) 위에 노즐(20)의 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터 색소 용액이 토출된다. 이렇게 하여, 기판(G)의 피처리면[다공질 반도체층(204)]에 색소 용액이 일정한 충격력으로 가압 접촉하고, 또한 노즐(20)의 용액 안내면(92L, 92R)의 홈형 요철부(94L, 94R)에서 색소 용액의 흐름에 상하 방향의 소용돌이 또는 난류가 발생하여, 기판(G)의 피처리면[다공질 반도체층(204)]에 대한 색소 용액의 접촉 압력을 높일 수 있다. 이것에 의해, 다공질 반도체층(204)의 표층부에서 색소들 간의 응집 또는 회합이 일어나기 어렵고, 다공질 반도체층(204)의 안쪽 깊이 색소가 효율적으로 침투하며, 다공질 반도체층(204)에의 색소 흡착이 고속으로 진행된다.
색소 흡착 공정을 개시한 후 정해진 처리 시간이 경과하면, 색소 흡착부[특히, 색소 용액 공급부(32), 색소 용액 회수부(34) 및 기판 유지부(12)의 구동부(18)]가 정지하여, 색소 흡착 공정이 종료된다. 다음에, 노즐(20)을 처리 위치(P1)에 고정한 채, 린스부가 린스 공정을 개시한다. 그 때, 제1 전환부(134)의 입구측을 린스액 공급 라인(116)으로 전환한다. 또한, 개폐 밸브(64)를 개방하여, 흡인 펌프(58) 및 전자식 비례 밸브(62)를 작동시킨다. 단, 린스 공정의 개시 직후에, 제2 전환부(138)의 출구측을 색소 용액 회수관(142)에 접속한 채로 해 둔다.
린스 공정에서는, 린스액 공급부(110)로부터 린스액이 노즐(20)에 정해진 유량으로 보내지고, 척 플레이트(14)와 일체로 정해진 속도로 회전 운동하는 기판(G) 위에 노즐(20)의 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터 린스액이 토출된다. 이렇게 하여, 노즐(20)의 안내면(92L, 92R)과 기판(G) 사이의 갭 내에 린스액의 흐름이 형성되고, 기판 피처리면의 다공질 반도체층(204)은 그와 같은 린스액의 흐름 속에서 린스 처리를 받는다. 이 린스 처리에 의해, 다공질 반도체층(204)의 표면에 부착 또는 잔존해 있는 여분의 색소 내지 색소 용액이 조속히 씻긴다.
색소 흡착 공정에 의해 다공질 반도체층(204)의 표면에 부착 또는 잔존해 있는 여분의 색소 내지 색소 용액을 그대로 두면, 색소가 회합하고 석출하여, 광전 변환 효율이 저하될 우려가 있다. 이 실시형태에서는, 상기와 같은 린스 처리에 의해, 다공질 반도체층(204)의 표면으로부터 여분의 색소를 제거하기 때문에, 다공질 반도체층(204)의 표층부에서의 색소의 회합·석출을 효과적으로 방지할 수 있다. 이것에 의해, 이 색소 증감 태양 전지에서의 광전 변환의 효율·재현성·안정성을 향상시킬 수 있다.
이 실시형태에서는, 린스 공정의 개시 직후 내지 초기에, 제2 전환부(138)의 출구측을 색소 용액 회수관(142)으로 전환한 상태이기 때문에, 노즐(20)의 배출 포트(36L, 36R)로부터 배출되는 색소 용액이 섞인 사용된 린스액(회수액)은 진공 라인(60), 제2 전환부(138) 및 색소 용액 회수관(142)을 통해 색소 용액 회수부(34)에 보내진다. 색소 용액 회수부(34)는 색소 용액이 섞여 있는 회수액으로부터 재생 색소 용액을 생성하고, 재생 색소 용액을 색소 용액부(32)의 탱크(38)(도 1)에 보낸다.
단, 회수액에 섞여 있는 색소 용액은 린스 공정이 진행됨에 따라 차츰 연해진다. 그래서, 린스 공정의 중기 이후는, 제2 전환부(138)의 출구측을 린스액 회수관(128)으로 전환하고, 회수액을 린스액 회수부(112)에 보낸다. 또는, 린스 공정의 중기는 제2 전환부(138)의 출구측을 드레인관(144)으로 전환하고, 린스 공정의 후기만 제2 전환부(138)의 출구측을 린스액 회수관(128)으로 전환하여도 좋다.
린스 공정을 개시한 후 정해진 처리 시간이 경과하면, 린스부[특히, 린스액 공급부(110), 린스액 회수부(112) 및 기판 유지부(12)의 구동부(18)]가 정지하여, 린스 공정이 종료된다. 다음에, 노즐(20)을 처리 위치(P1)에 고정한 채, 건조부가 건조 공정을 개시한다. 이 경우, 제1 전환부(134)의 입구측을 가스 공급 라인(148)으로 전환하고, 개폐 밸브(150)를 개방한다. 한편, 색소 용액/린스액 회수계의 개폐 밸브(64)는 폐쇄해 둔다. 단, 개폐 밸브(76)를 개방한 상태에서, 흡인 펌프(58)를 작동시켜, 처리실(10) 내의 배기를 계속한다. 제2 전환부(138)의 출구측은 드레인관(144)으로 전환한다.
건조 공정에서는, 건조용 가스 공급원(146)으로부터 건조용 가스가 노즐(20)에 정해진 유량으로 보내지고, 척 플레이트(14)와 일체로 정해진 속도로 회전 운동하는 기판(G)의 피처리면에 노즐(20)의 슬릿형 토출구(88L, 88R)로부터 건조용 가스가 분사된다. 이것에 의해, 기판(G)의 피처리면에 부착되어 있던 린스액이 노즐(20)로부터의 가스류에 날아가, 기판(G)의 피처리면이 건조된다.
건조 공정을 개시한 후 정해진 처리 시간이 경과하면, 건조부[특히, 건조용 가스 공급원(146), 흡인 펌프(58) 및 기판 유지부(12)의 구동부(18)]가 정지하여, 건조 공정이 종료된다. 이 직후에, 노즐 이동 기구(22)가 작동하여, 노즐(20)을 척 플레이트(14) 위쪽의 처리 위치(P1)로부터 노즐 대기 버스(26) 위의 대기 위치(P2)까지 이동시킨다. 기판 유지부(12)는 척 플레이트(14) 위에서 기판(G)에 대한 흡착 유지를 해제하고, 리프트핀 기구에 의해 기판(G)을 척 플레이트(14)의 위쪽으로 들어 올려 반송 로봇에 건넨다.
상기한 바와 같이, 이 실시형태의 기판 처리 장치는 상기 제1 실시형태의 색소 흡착 장치를 포함함으로써, 기판 위의 다공질 반도체층에 증감 색소를 흡착시키는 처리의 소요 시간을 대폭 단축할 수 있고, 린스부를 구비함으로써, 색소 흡착 처리 직후에 린스 처리를 행하여 기판의 반도체층의 표층부로부터 여분의 색소를 제거하고, 색소의 회합·석출을 효과적으로 방지 내지 억제하여, 색소 증감 태양 전지에서의 광전 변환의 효율·재현성·안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 실시형태의 기판 처리 장치에서는, 증감 색소 흡착 처리에 이용하는 노즐(20)을 그대로 후처리용 노즐로서, 즉 린스용 린스 노즐로서, 더 나아가서는 건조용 가스 노즐로서 이용하기 때문에, 장치 전체의 간략화 및 저비용화를 도모할 수 있는 것뿐만 아니라, 이들 복합 처리 전체의 효율화 내지 시간 단축도 도모할 수 있다.
또한, 도 8의 구성예에서는, 린스액 공급부(110)에 전용 공급 펌프(120), 비례 밸브(122)를 설치하였다. 그러나, 색소 용액 공급부(32)의 공급 펌프(44), 비례 밸브(46)를 공급 펌프(120), 비례 밸브(122)로서 이용하는 것도 가능하다.
또한, 도시 생략하지만, 증감 색소 흡착 처리용 노즐(20)과는 별개로, 린스 전용 노즐 또는 건조 전용 노즐을 구비하는 것도 가능하다. 이와 같은 린스 전용 노즐 또는 건조 전용 노즐에는, 종래 주지 또는 공지의 임의 노즐을 이용할 수 있지만, 증감 색소 흡착 처리 전용 노즐(20)과 동일 구성의 별도의 노즐을 이용하여도 좋다. 따라서, 이와 같이 처리별로 상이한 노즐을 이용하는 경우에, 처리마다 기판 유지부(12)나 처리실(10) 등이 상이하여도 좋다. 또한, 건조 공정에서는, 노즐을 일체 사용하지 않고, 예컨대 척 플레이트(14)와 일체로 기판(G)을 회전 운동시켜, 기판 피처리면의 액 제거(건조)를 행하는 것도 가능하다.
[다른 실시형태 또는 변형예]
이상, 본 발명의 적합한 일 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 기술적 사상의 범위 내에서 다른 실시형태 또는 여러 가지의 변형이 가능하다.
예컨대 노즐(20)의 홈형 요철부(94L, 94R)의 단면 형상을 사각형 이외의 형상, 예컨대 도 9a 및 도 9b에 도시하는 바와 같은 삼각형으로 하는 구성도 가능하다. 이 경우도 홈형 요철부(94L, 94R)에서 색소 용액(또는 린스액)의 난류를 효율적이고 안정적으로 확실하게 발생시키기 위해서는, 홈형 요철부(94L, 94R)의 입구의 폭을 W, 깊이(높이)를 D로 하면, W=0.3Sa ~ 1.5Sa, D=0.3Sa ~ 1.5Sa의 범위가 바람직하고, W=0.5Sa ~ 1.0Sa, D=0.5Sa ~ 1.0Sa의 범위가 가장 바람직하다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)의 토출 통로(86L, 86R) 및 토출구(88L, 88R)를, 노즐 길이 방향으로 일정 피치로 배열되는 다수의 세공(터널)으로 구성하는 것도 가능하다. 이러한 다공형의 토출구는 기판(G)에 대한 토출 압력(충격력)을 한층 더 높일 수 있는 이점이 있다.
노즐(20)의 홈형 요철부(94L, 94R)에서는, 오목부가 안내면(92L, 92R)에 대하여 깊이 패이는 구성에 한정되지 않고, 도 11에 도시하는 바와 같이 볼록부가 안내면(92L, 92R)에 대하여 갭측에 돌출하는 구성도 가능하다.
또한, 도 12에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)에 1계통의 토출구(86), 안내면(92), 홈형 요철부(94) 및 흡인구(96)를 구비하는 구성도 가능하다. 이 경우에, 기판(G) 위의 색소 용액의 흐름에 대하여 기판(G) 위의 각 위치에서 기판측의 이동을 항상 순방향 또는 역방향으로 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 역방향의 기판 이동 방향(회전 방향)을 선택한 경우는, 기판(G) 위의 각 위치에서 색소 용액(또는 린스액)의 상대적인 유속을 크게 할 수 있다.
또한, 다른 실시형태로서, 도 13a 및 도 13b에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)의 안내면(92L, 92R)에서 홈형 요철부(94L, 94R)를 없애는 구성도 가능하다. 상기한 바와 같이, 노즐(20)의 홈형 요철부(94L, 94R)는 기판(G) 위의 색소 용액(또는 린스액)의 흐름에 소용돌이 또는 난류를 일으켜, 색소 흡착 처리의 고속화에 크게 공헌한다. 따라서, 홈형 요철부(94L, 94R)가 없는 만큼, 색소 흡착 처리(또는 린스 처리)의 효율이 내려가고, 처리 시간은 길어진다. 그러나, 종래의 침지법과 비교하면, 색소 용액의 흐름과 토출 압력(충격력)의 작용에 의해, 색소 흡착 처리의 효율은 각별히 높고, 처리 시간은 현저히 짧아진다.
또한, 다른 실시형태로서, 도 14a 및 도 14b 또는 도 15a 및 도 15b에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)로부터 흡인부(30L, 30R)를 없애는 구성도 가능하다. 이 경우, 흡인부(30L, 30R)가 없는 만큼, 기판(G) 위의 색소 용액(또는 린스액)의 흐름은 완만하게 되어, 색소 흡착 처리(또는 린스 처리)의 효율이 내려가고, 처리 시간은 길어진다. 그러나, 종래의 침지법과 비교하면, 색소 흡착 처리의 효율은 높고, 처리 시간은 짧아진다.
또한, 흡인부(30L, 30R)가 없는 만큼을 노즐(20)의 토출 압력 또는 토출 유량을 가변 제어함으로써 보충하는 것도 가능하다. 즉, 흡인부(30L, 30R)가 없는 경우에, 기판(G) 위의 색소 용액의 흐름이 완만하게 되어, 처리 시간의 경과에 따라 색소 흡착의 효율이 저하된다. 그래서, 도 16a에 도시하는 바와 같이, 처리 시간의 일(一)구간(특히, 바람직하게는 후반 부분) 또는 전(全)구간(시간 t=0 ~ TE)에 걸쳐, 시간의 경과와 함께 전자식 비례 밸브(46, 62)를 통해 노즐(20)의 토출 압력(또는 토출 유량)을 선형적으로 높이는 방법을 적합하게 채용할 수 있다. 또는 도 16b에 도시하는 바와 같이, 처리 시간의 도중(특히, 바람직하게는 후반 또는 종료 직전)에, 전자식 비례 밸브(46, 62)를 통해 노즐(20)의 토출 압력(또는 토출 유량)을 단계적으로 높이는 방법을 적합하게 채용할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 처리중에 기판 유지부(12) 위에서 기판(G)을 방위각 방향으로 회전 운동시켰다. 다른 형태로서, 노즐 이동 기구(22)를 작동시켜, 노즐(20)을 노즐 길이 방향(Y 방향)과 직교하는 수평 방향(X 방향)으로 일정한 주기로 반복하여 왕복 이동시키는 것도 가능하다. 이 경우는, 노즐 길이 방향(Y 방향)에 있어서, 노즐(20)[토출구(88)]의 전장을 기판(G)의 길이에 맞춤으로써, 처리중에 노즐(20)[토출구(88)]의 양단부가 기판(G) 밖으로 돌출되지 않도록 할 수 있다(즉, 색소 용액이 주위에 비산하는 것을 완전히 방지할 수 있다).
또는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)이 길이 방향(Y 방향)뿐만 아니라 폭방향(X 방향)에서도 기판(G)의 사이즈를 상회하여 기판(G)을 완전히 덮도록, 노즐(20)을 기판(G)보다 훨씬 큰 사이즈로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우는 노즐(20) 및 기판(G)의 쌍방을 정지시킨 상태로, 색소 흡착 처리를 행할 수 있다.
또한, 다른 실시형태로서, 도 18에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)을 원반형으로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 노즐(20)은 동심형으로 형성된 원형의 토출구(88), 원형의 안내면(92), 원형의 홈형 요철부(94), 원형의 흡인구(96)를 구비한다.
또한, 도시 생략하지만, 노즐(20)의 요철부[94(94L, 94R)]를 홈 이외의 형태, 예컨대 딤플형으로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 처리중에 노즐(20)과 기판(G) 사이에서 상대 이동을 행하게 하는 다른 형태로서, 도 19에 도시하는 바와 같이, 노즐(20)을 정지시켜 기판(G)을 노즐(20)의 길이 방향(Y 방향)과 직교하는 수평 방향(X 방향)으로 직진 이동 또는 왕복 이동시키는 구성도 가능하다. 이 경우, 기판(G)을 유지하여 수평 이동시키는 수단으로서, 배치식 또는 부상식(浮上式) 스테이지 또는 컨베이어 등을 이용할 수 있다.
또한, 도시 생략하지만, 노즐(20)로부터 흡인부[30(30L, 30R)]를 독립시키는 구성도 가능하다. 따라서, 예컨대 노즐(20)로부터 떨어져 그 양측(또는 한쪽) 옆에 별개 부재의 흡인부[30(30L, 30R)]의 흡인구[96(96L, 96R]를 배치하는 구성도 가능하다.
본 발명은, 전술한 바와 같이 색소 증감 태양 전지의 제조 프로세스에 있어서 다공질의 반도체층에 증감 색소를 흡착시키는 공정에 적합하게 적용할 수 있다. 그러나, 기판의 표면에 형성되어 있는 임의의 박막에 임의의 색소를 흡착시키는 처리에도 본 발명은 적용 가능하다.
10: 처리실 12: 기판 유지부
22: 노즐 이동 기구 26: 대기 버스
28: 토출부 30L, 30R: 흡인부
32: 색소 용액 공급부 34: 색소 용액 회수부
40: 색소 용액 공급 라인 46, 62: 전자식 비례 밸브
60: 진공 라인 86L, 86R: 토출 통로
88L, 88R: 토출구 92L, 92R: 용액 안내면
94L, 94R: 홈형 요철부 96L, 96R: 흡인구
110: 린스액 공급부 112: 린스액 회수부
134, 138: 전환부 146: 건조용 가스 공급원
22: 노즐 이동 기구 26: 대기 버스
28: 토출부 30L, 30R: 흡인부
32: 색소 용액 공급부 34: 색소 용액 회수부
40: 색소 용액 공급 라인 46, 62: 전자식 비례 밸브
60: 진공 라인 86L, 86R: 토출 통로
88L, 88R: 토출구 92L, 92R: 용액 안내면
94L, 94R: 홈형 요철부 96L, 96R: 흡인구
110: 린스액 공급부 112: 린스액 회수부
134, 138: 전환부 146: 건조용 가스 공급원
Claims (21)
- 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 색소 흡착 장치에 있어서,
상기 기판의 피처리면을 위로 향하게 상기 기판을 유지하는 유지부와,
토출구를 아래로 향하게 상기 유지부의 위쪽에 배치되는 노즐과,
상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 노즐에 압송하기 위한 색소 용액 공급부
를 가지며,
상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키고, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시키는 색소 흡착 장치. - 제1항에 있어서, 상기 유지부 위의 상기 기판과 상기 노즐 사이에서 상기 기판과 평행하게 상대적인 이동을 행하게 하는 이동 기구를 가지며,
상기 노즐의 토출구는 슬릿형으로 형성되고, 그 슬릿이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 색소 흡착 장치. - 제1항에 있어서, 상기 유지부 위의 상기 기판과 상기 노즐 사이에서 상기 기판과 평행하게 상대적인 이동을 행하게 하는 이동 기구를 가지며,
상기 노즐의 토출구는 일정한 방향으로 일정한 피치로 배열된 다수의 토출 구멍을 가지며, 상기 토출 구멍의 배열 방향과 교차하는 방향으로 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 색소 흡착 장치. - 제1항에 있어서, 상기 노즐의 토출구의 주위 또는 옆에는, 제2 갭을 두고 상기 기판의 피처리면과 대향하는 안내면이 형성되어 있고, 상기 안내면을 따라 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 색소 흡착 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 기판 위에서 상기 색소 용액의 흐름의 종단에 위치하여, 상기 색소 용액을 흡인하는 흡인부를 갖는 색소 흡착 장치.
- 기판의 피처리면에 형성되어 있는 다공질의 반도체층에 색소를 흡착시키는 색소 흡착 방법에 있어서,
상기 기판의 피처리면을 위로 향하게 상기 기판을 정해진 위치에 배치하는 공정과,
상기 기판에 노즐을 대향시키는 공정과,
상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 노즐에 압송하고, 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키며, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시키는 공정
을 포함하는 색소 흡착 방법. - 제6항에 있어서, 처리중에, 상기 기판과 상기 노즐 사이에서 상기 기판과 평행하게 상대적인 이동을 행하게 하고,
상기 기판과 평행한 면내에서, 상기 토출구가 연장되는 방향 또는 분포하는 방향과 교차하는 방향으로 상기 색소 용액의 흐름을 형성하는 것인 색소 흡착 방법. - 제6항에 있어서, 상기 노즐의 토출구의 주위 또는 옆에서, 제2 갭을 두고 상기 기판의 피처리면과 대향하는 상기 노즐의 안내면을 따라 상기 색소 용액의 흐름을 형성하는 것인 색소 흡착 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 색소 용액은, 상기 안내면에 형성되어 있는 요철부에 의해 난류를 일으키는 것인 색소 흡착 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 색소 용액의 흐름의 종단에서 상기 색소 용액을 흡인하여 회수하는 색소 흡착 방법.
- 제6항에 있어서, 처리중에 상기 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 가변시키는 색소 흡착 방법.
- 제11항에 있어서, 처리 시간의 일(一)구간 또는 전(全)구간에 걸쳐 시간의 경과와 함께 상기 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 선형적으로 증대시키는 색소 흡착 방법.
- 제11항에 있어서, 처리 도중에 상기 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 단계적으로 증대시키는 색소 흡착 방법.
- 피처리면에 다공질의 반도체층이 형성되어 있는 기판을 상기 피처리면이 위를 향하게 하여 유지하는 유지부와,
상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 반도체층에 색소를 흡착시키기 위한 색소 흡착부와,
상기 기판의 반도체층의 표면으로부터 여분의 색소를 씻어 내기 위한 린스부
를 구비하고,
상기 색소 흡착부는,
토출구를 아래로 향하게 상기 유지부의 위쪽에 배치되는 제1 노즐과,
상기 색소를 정해진 용매에 녹인 색소 용액을 상기 제1 노즐에 압송하기 위한 색소 용액 공급부
를 가지며,
상기 유지부에 유지되는 상기 기판의 피처리면에 대하여 상기 제1 노즐의 토출구로부터 제1 갭을 통해 상기 색소 용액을 토출시키고, 상기 기판의 피처리면 위에서 상기 색소 용액의 흐름을 형성하여, 상기 색소 용액에 포함되는 상기 색소를 상기 반도체층에 흡착시키는 것인 기판 처리 장치. - 제14항에 있어서, 상기 유지부 위의 상기 기판과 상기 제1 노즐 사이에서 상기 기판과 평행하게 상대적인 이동을 행하게 하는 이동 기구를 가지며,
상기 제1 노즐의 토출구는 슬릿형으로 형성되고, 그 슬릿이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 기판 처리 장치. - 제14항에 있어서, 상기 유지부 위의 상기 기판과 상기 제1 노즐 사이에서 상기 기판과 평행하게 상대적인 이동을 행하게 하는 이동 기구를 가지며,
상기 제1 노즐의 토출구는 일정한 방향으로 일정한 피치로 배열된 다수의 토출 구멍을 갖고,
상기 토출 구멍의 배열 방향과 교차하는 방향으로 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 기판 처리 장치. - 제14항에 있어서, 상기 제1 노즐의 토출구의 주위 또는 옆에는, 제2 갭을 두고 상기 기판의 피처리면과 대향하는 안내면이 형성되어 있고, 상기 안내면을 따라 상기 색소 용액의 흐름이 형성되는 것인 기판 처리 장치.
- 제14항에 있어서, 상기 기판 위에서 상기 색소 용액의 흐름의 종단에 위치하여, 상기 색소 용액을 흡인하는 흡인부를 갖는 기판 처리 장치.
- 제14항에 있어서, 처리중에 상기 제1 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 가변시키는 기판 처리 장치.
- 제19항에 있어서, 처리 시간의 일구간 또는 전구간에 걸쳐 시간의 경과와 함께 상기 제1 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 선형적으로 증대시키는 기판 처리 장치.
- 제19항에 있어서, 처리 도중에 상기 제1 노즐의 토출 압력 또는 토출 유량을 단계적으로 증대시키는 기판 처리 장치.
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