(57)【要約】      （修正有）【課題】帯状可撓性基板を縦姿勢で搬送し、基板の下垂や皺発生を抑制できる薄膜積層体製造装置を提供する。【解決手段】可撓性基板１を、その幅方向を鉛直方向にして水平方向に搬送しながら、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体の製造装置は、可撓性基板１の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラ５１，５２、前記各挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構部５３，５４，５５、該支持機構部を介して前記挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段を有する、複数の挟持ローラユニット５を備えている。前記各挟持ローラユニットは、前記成膜部の固定電極枠部２０に、それぞれ基板搬送面と交差する方向の軸回りに揺動可能に支持されるとともに、それぞれの挟持ローラの回転軸が互いに平行に維持されるようにリンク部材６で相互に連結されており、前記リンク部材を基板搬送方向に進退変位させる駆動手段７をさらに備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の可撓性基板を、その幅方向を鉛直方向にして水平方向に搬送しながら、前記基板の搬送経路に設置された成膜部にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体の製造装置であって、
前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラ、前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構部、および該支持機構部を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段を有する、複数の挟持ローラユニットを備え、
前記各挟持ローラユニットは、基板搬送方向に並設され、かつ、前記成膜部の固定電極枠部に、それぞれ基板搬送面と交差する方向の軸回りに揺動可能に支持されるとともに、それぞれの挟持ローラの回転軸が互いに平行に維持されるようにリンク部材で相互に連結されており、前記リンク部材を基板搬送方向に進退変位させる駆動手段をさらに備えた、薄膜積層体の製造装置。
【請求項２】
前記成膜部における前記基板の上端位置を検出する上端位置センサと、前記上端位置センサの検出値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、をさらに備えた、請求項１に記載の薄膜積層体の製造装置。
【請求項３】
前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラ、前記一対の下側挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構部、および該支持機構部を介して前記一対の下側挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段を有する、複数の下側挟持ローラユニットであって、基板搬送方向に並設され、かつ、前記成膜部の固定電極枠部に、それぞれ基板搬送面と交差する方向の軸回りに揺動可能に支持されるとともに、それぞれの下側挟持ローラの回転軸が互いに平行に維持されるように下側リンク部材で相互に連結されているような複数の下側挟持ローラユニットと、前記下側リンク部材を基板搬送方向に進退変位させる下側駆動手段と、前記成膜部における前記基板の下端位置を検出する下端位置センサをさらに備え、前記制御手段は、前記上端位置センサおよび前記下端位置センサのそれぞれの検出値に基づいて、前記駆動手段および前記下側駆動手段を制御するように構成されている、請求項２に記載の薄膜積層体の製造装置。
【請求項４】
前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間に基板搬送方向に沿ってそれぞれ延設され、前記基板を前記薄膜形成領域の上下両側で張支する一対のガイド部材をさらに備えた、請求項３に記載の薄膜積層体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状可撓性基板上に複数の薄膜を形成して、薄膜光電変換素子などの薄膜積層体を製造する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜などの薄膜積層体の基板には、通常、剛性基板が用いられるが、軽量でロールを介した取り扱いの利便性による生産性向上やコスト低減を目的として、プラスチックフィルムなどの可撓性基板が用いられる場合がある。例えば、特許文献１には、巻出しロールから供給される帯状可撓性基板（ポリイミドフィルム）を所定のピッチで間欠的に搬送しながら、前記可撓性基板の搬送方向に配列された複数の成膜ユニットで、前記可撓性基板上に性質の異なる複数の薄膜を積層形成し、製品ロールとして巻取る薄膜積層体の製造装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−７２４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような薄膜積層体の製造装置には、帯状可撓性基板の幅方向を水平方向に一致させて搬送しつつ成膜を行なうタイプと、帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に一致させて搬送しつつ成膜を行なうタイプがある。後者は前者に比べて設置面積が小さく、基板表面が汚染されにくい等の利点があるが、搬送スパンが長くなると、重力に抗して搬送高さを一定に維持するのが困難になり、可撓性基板の表面に皺が発生したり、可撓性基板が垂れ下がったりする傾向が顕著になる。
【０００５】
特許文献１には、可撓性基板のステップ搬送における停止期間中に、可撓性基板の上下の側縁部を把持部材（パッド）で把持して幅方向に引張する装置が開示されている。しかし、この装置は、可撓性基板の把持と引張、解放を反復するため、可撓性基板の搬送高さを一定に維持することは困難であり、また、可撓性基板を連続的に搬送しつつ成膜を行なう連続成膜装置には実施できない。
【０００６】
そこで、可撓性基板の上下の側縁部を挟持する上側および下側挟持ローラを成膜部間に配設し、それぞれの挟持ローラの挟持部における回転方向を、可撓性基板の搬送方向に対して斜上方および斜下方に向かう偏角を有するようにして、可撓性基板の上下の側縁部に上方および下方に向かう持ち上げ力および引き下げ力を作用させ、可撓性基板の搬送高さを調整可能とした薄膜積層体の製造装置が開発されている。
【０００７】
この装置において、可撓性基板の上側縁部（下側縁部）に対する持ち上げ力（引き下げ力）は、挟持ローラの偏角と挟持圧に関連しており、偏角が一定であれば、挟持圧を大きくすることで持ち上げ力（引き下げ力）が大きくなる。この際、挟持ローラ付近では、図３に示すように、可撓性基板１が挟持ローラ５０を中心にねじられる傾向があるため、より広範囲で発生する皺や弛みを展張するために、挟持ローラを基板搬送方向に複数設置すると、個々の挟持ローラの展張作用が相互に干渉し、設備に見合った展張効果が得られないという新たな課題が生じた。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状可撓性基板を縦姿勢で搬送しつつも可撓性基板の下垂や皺の発生を広範囲に亘って抑制でき、高品質の製品を製造可能な薄膜積層体の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、帯状の可撓性基板を、その幅方向を鉛直方向にして水平方向に搬送しながら、前記基板の搬送経路に設置された成膜部（２）にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体の製造装置であって、前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラ（５１，５２）、前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構部（５３，５４，５５）、および該支持機構部を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段（５６）を有する、複数の挟持ローラユニット（５）を備え、前記各挟持ローラユニットは、基板搬送方向に並設され、かつ、前記成膜部の固定電極枠部（２０）に、それぞれ基板搬送面と交差する方向の軸回りに揺動可能に支持されるとともに、それぞれの挟持ローラの回転軸が互いに平行に維持されるようにリンク部材（６）で相互に連結されており、前記リンク部材を基板搬送方向に進退変位させる駆動手段（７）をさらに備えた、薄膜積層体の製造装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る薄膜積層体の製造装置は、上記の通り構成されているので、駆動手段とリンク部材により、帯状可撓性基板の搬送方向に並設された全ての挟持ローラ対に、等しい偏角を容易に設定でき、かつ同位相で調整可能となり、成膜部における可撓性基板の広範囲に亘って挟持ローラの展張力を安定的に作用させ、可撓性基板を縦姿勢で搬送しつつも該基板の下垂や皺の発生を成膜部の広範囲に亘って抑制でき、高品質の製品を製造する上で有利である。また、駆動手段とリンク部材により、全ての挟持ローラユニットを一斉に反転させることで、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復成膜プロセスに対応できる利点もある。
【００１１】
本発明の好適な態様では、前記成膜部における前記基板の上端位置を検出する上端位置センサ（８）と、前記上端位置センサの検出値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、をさらに備えている。
【００１２】
上述したように、本発明に係る装置構成では、成膜部における可撓性基板の広範囲に亘って挟持ローラの展張力を安定的に作用させることができるため、少ない検出地点、例えば１箇所の検出地点における上端位置の検出によっても、可撓性基板の上端位置を成膜部の広範囲に亘って一定に維持することができる。
【００１３】
本発明のさらに好適な態様では、前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラ、前記一対の下側挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構部、および該支持機構部を介して前記一対の下側挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段を有する、複数の下側挟持ローラユニットであって、基板搬送方向に並設され、かつ、前記成膜部の固定電極枠部に、それぞれ基板搬送面と交差する方向の軸回りに揺動可能に支持されるとともに、それぞれの下側挟持ローラの回転軸が互いに平行に維持されるように下側リンク部材で相互に連結されているような複数の下側挟持ローラユニット（５′）と、前記下側リンク部材を基板搬送方向に進退変位させる下側駆動手段（７′）と、前記成膜部における前記基板の上端位置を検出する上端位置センサ（８′）と、前記上端位置センサの検出値に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と、をさらに備えている。
【００１４】
この構成により、成膜部における可撓性基板の広範囲に亘って、上下幅方向の両側から複数の挟持ローラの展張力を安定的に作用させることが可能となり、加熱皺が発生しやすい連続式成膜プロセスに特に有利である。特に、上端および下端位置を同時に検出し、それらの検出値を、上下の駆動手段に反映させることで、可撓性基板を成膜部の広範囲に亘って上下幅方向に展張しつつ搬送高さを一定に維持するうえで有利である。
【００１５】
本発明のさらに好適な態様では、前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間に基板搬送方向に沿ってそれぞれ延設され、前記基板を前記薄膜形成領域の上下両側で張支する一対のガイド部材（２３，２３）をさらに備えている。
【００１６】
この構成により、薄膜形成領域の上下各側に比較的狭いピッチで複数の挟持ローラ（ユニット）を並設した場合にも、上下両側のガイド部材によって、個々の挟持ローラの展張力で発生する干渉皺が緩和され、薄膜形成領域への伝搬が抑制されるとともに、各ガイド部材で可撓性基板が支承されることによる位置決め効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明実施形態に係る製造装置の１つの成膜部示す概略側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】１つの挟持ローラに挟持された可撓性基板の縁部における展張作用を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明を、連続成膜方式の薄膜積層体製造装置に適用した実施形態における１つの成膜部２を示している。薄膜積層体の製造装置は、帯状の可撓性基板１（フレキシブルフィルム）を、その幅方向を鉛直方向にして水平方向に搬送しつつ、その搬送経路に沿って並設された少なくとも１つの成膜部２において可撓性基板１の表面に薄膜を積層形成するものである。
【００２０】
成膜部２の搬送方向上流側および下流側には、可撓性基板１を成膜部２に案内するガイドロール３，４が配設され、それらの搬送方向上流側および下流側には、搬送手段を構成するフィードローラやテンションローラを介して可撓性基板１の巻出し／巻取りロールが配設されている。フィードローラや巻出し／巻取りロールなどの駆動系は、往復成膜プロセスに対応すべく正逆両方向に駆動可能な駆動系が採用される。成膜部２および搬送手段は、所定の真空度に維持された真空室内に配置され、その基本構成は従来と同様であるため図示を省略する。
【００２１】
成膜部２は、プラズマＣＶＤなどの化学蒸着や、スパッタなどの物理蒸着を行なうための蒸着装置で構成され、図２に示すように、可撓性基板１を挟んでその両側に対向配置された電極２１（高周波電極またはターゲット）と、ヒータを内蔵した接地電極２２とを備えている。これら電極２１および接地電極２２は、可撓性基板１に対して所定のギャップを有して固定的に配置され、非接触で連続成膜を行なうように構成されている。
【００２２】
可撓性基板１は、搬送手段により所定の搬送張力を付与されて上記ガイドロール３，４間に張架され、かつ前記ヒータで加熱されつつ成膜部２を搬送されるため、上下幅方向中央付近で張力皺や加熱皺が生じ易いこと、自重による垂下が生じうることは既に述べた通りである。そこで、成膜部２における可撓性基板１の上下方向の位置を制御して搬送高さを一定に維持しつつ上下幅方向に展張するために、可撓性基板１の搬送経路の上下各側に、搬送方向Ｆに沿って各４つの挟持ローラユニット５，５′が並設されている。
【００２３】
上下の挟持ローラユニット５，５′は、基本的に同構造であり、図２に示すように、それぞれ、可撓性基板１の上下各側縁部を挟持する各一対の挟持ローラ（５１，５２）を備えている。挟持ローラの一方は固定ローラ５１、他方は可動ローラ５２であり、固定側および可動側支持部材５３，５４の下端部（ローラ支軸）に、スラスト荷重を受圧できるようにベアリングを介して回転自在に支持されている。
【００２４】
固定側支持部材５３の中間部には、搬送面と交差する方向に延出するブラケット５５が固着され、該ブラケット５５の先端部に、可動側支持部材５４が、軸５４ａを介して固定側支持部材５３に接離する方向に揺動可能に支持されている。ブラケット５５から上方に延出した固定側支持部材５３および可動側支持部材５４の上端部５３ｂ，５４ｂ間には、スプリング５６（圧縮スプリング）が介装されており、該スプリング５６の弾発力により可動側支持部材５４が図２中時計方向に付勢され、可動ローラ５２が固定ローラ５１に圧接されるように構成されている。
【００２５】
また、スプリング５６の一端と、固定側支持部材５３の上端部５３ｂとの間には、調整ネジ５６ａが設けられており、該調整ネジ５６ａを回動してスプリング５６の初期変位を調整することにより、挟持ローラ（５１，５２）の加圧力すなわち可撓性基板１に対する挟持力を調整可能である。
【００２６】
上記のように構成された各挟持ローラユニット５，５′は、電極２１の固定枠部２０に突設された軸５３ａに固定側支持部材５３が回動可能に支持され、それぞれが搬送面と平行な面内で揺動可能に支持されるとともに、それぞれの固定側支持部材５３の上端部５３ｂが、平行リンク機構を構成するリンク部材６，６′で相互に連結され、各リンク部材６，６′の一端は、サーボモータなどのアクチュエータ７，７′に連結されている。
【００２７】
この構成により、アクチュエータ７，７′を作動させ、上下のリンク部材６，６′を搬送方向Ｆ（Ｒ）に進退変位させることにより、各挟持ローラ（５１，５２）の回転軸方向を互いに平行に維持した状態で、各挟持ローラユニット５，５′の挟持ローラ（５１，５２）挟持面における偏角（±θ）、すなわち挟持面におけるローラ回転方向の搬送方向Ｆ（Ｒ）に対する角度を、正逆両方の角度範囲で一斉に調整可能である。
【００２８】
さらに、成膜部２の搬送方向Ｆ（Ｒ）中央の上下各側には、可撓性基板１の上端位置および下端位置を検出するセンサ８，８′が配設され、センサ８，８′は、図示しない制御装置に接続されている。該制御装置は、各センサ８，８′の検出値に基づいてアクチュエータ７，７′を制御し、上下のリンク部材６，６′の変位を制御するように設定されている。
【００２９】
また、成膜部２は、電極２１の薄膜形性領域と、その上下両側に搬送方向Ｆ（Ｒ）に沿って並設された各挟持ローラ（５１，５２）の挟持部との間で、可撓性基板１を張支する上下一対のガイド部材２３，２３を備えている。ガイド部材２３，２３は、電極２１の上下両側の縁部に沿って延在し、可撓性基板１を少ない摺動抵抗で案内可能な平滑かつ低摩擦な案内面を有している。ガイド部材２３，２３は、挟持ローラ（５１，５２）の挟持面に対して搬送面側に突出しており、可撓性基板１を僅かに屈曲させた状態で張支可能である。
【００３０】
次に、上記実施形態に基づく作用について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
連続成膜プロセスでは、可撓性基板１は、ガイドロール３，４で案内され、幅方向を鉛直方向にして図１中左に向かう搬送方向Ｆに連続的に搬送され、成膜部２において、電極２１と接地電極２２との間を通過することで、可撓性基板１の表面に所定の薄膜が形成される。この際、可撓性基板１の上下各側の縁部は、搬送方向Ｆに並設された各挟持ローラユニット５，５′の挟持ローラ（５１，５２）で挟持されつつ送出され、かつ、各挟持ローラの挟持面における回転方向が、それぞれ搬送方向Ｆに対して斜上方（５）／斜下方（５′）に向かう所定の偏角（±θ）を有することによって、可撓性基板１の上下各側の縁部に持ち上げ力／引き下げ力が作用し、これにより、可撓性基板１は上下幅方向に展張される。
【００３２】
上記持ち上げ力／引き下げ力は、各挟持ローラの接圧が一定の場合、それぞれの偏角（±θ）に依存するので、センサ８，８′による可撓性基板１の上端位置／下端位置の検出値に基づいてアクチュエータ７，７′を制御し、上下のリンク部材６，６′を進退変位させて、各挟持ローラユニット５，５′の偏角（±θ）を上下各側で一斉に調整することで、ガイドロール３，４間の広範囲に亘って持ち上げ力／引き下げ力が調整され、可撓性基板１の展張度および上端位置／下端位置が一定の範囲内に維持される。
【００３３】
上記各挟持ローラユニット５，５′の偏角（±θ）は、±０．１°〜６°の比較的小さい角度範囲で調整される。可撓性基板１および挟持ローラ（５１，５２）の表面性状や接圧にも依るが、偏角（±θ）が大きくなると動摩擦が主体的になり、持ち上げ力や引き下げ力は増加しなくなる。
【００３４】
また、上記角度範囲内で偏角（±θ）が相対的に大きい角度に調整される場合に、搬送方向Ｆに隣接する個々の挟持ローラユニット５，５′の展張力が相互に干渉しても、各挟持ローラユニット５，５′の挟持面と薄膜形成領域との間に配置されたガイド部材２３，２３で可撓性基板１が支承されることによって、可撓性基板１の上下縁部における干渉皺が緩和され、かつ薄膜形成領域への伝搬が抑制されるとともに、各ガイド部材２３，２３による位置決め効果で、成膜プロセスを安定的に実施可能である。
【００３５】
このようにして連続的に搬送される可撓性基板１に対する所定長の成膜プロセスが終了した後、巻出し側／巻取り側双方のフィードローラおよび巻出し／巻取りロールを逆転させるとともに、アクチュエータ７，７′により上下のリンク部材６，６′を図１中左方向に変位させて各挟持ローラユニット５，５′の偏角（±θ）を上下各側で一斉に反転させ、可撓性基板１を逆方向Ｒに連続的に搬送しながら既に形成された薄膜上に成膜プロセスを実施することにより、正方向（Ｆ）への搬送時と同様に、可撓性基板１の展張度および上端位置／下端位置の制御を行なうことができる。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
【００３７】
例えば、上記各実施形態では、付勢手段として圧縮スプリング（５６）を用いる場合を示したが、固定側および可動側支持部材（５３，５４）に対する連結点を適宜変更することで、引張スプリングとして構成することもできる。また、スプリング（５６）は、コイルスプリング以外の、スパイラルスプリング、トーションスプリング、リーフスプリング等、各種スプリングに変更されても良い。さらに固定側および可動側支持部材（５３，５４）が相互に接離する形態を、直線的な摺動で代替することもできるが、効率的には揺動（枢回動）が有利である。
【００３８】
また、上記各実施形態では、各挟持ローラユニットにおける挟持ローラの一方が固定ローラである場合を示したが、挟持ローラの両方を可動ローラとすることもできる。その場合、例えば、各支持部材（５３，５４）が共にブラケット（５５）に揺動可能に支持され、該ブラケット（５５）が、軸（５３ａ）で固定枠部（２０）に揺動可能に支持されるとともに、リンク部材（６）に連結される形態で実施できる。
【００３９】
また、上記実施形態では、挟持ローラユニットを基板搬送経路の上下両側に設置する場合を示したが、装置の仕様により、例えば、可撓性基板の張力皺や加熱皺の展張よりも、可撓性基板の垂下に対する搬送高さの制御が優先される場合には、搬送経路の上側にのみ挟持ローラユニットやセンサ、アクチュエータを設置することもできる。
【００４０】
また、上記実施形態では、本発明を、可撓性基板を連続的に搬送しながら成膜処理を行なう連続成膜プロセスに実施する場合を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、可撓性基板を間欠的に搬送しその停止期間中に各成膜部で成膜処理を行なうステップ成膜プロセスに実施することも可能である。
【００４１】
本発明は、太陽電池用の薄膜積層体の製造装置の他に、有機ＥＬ等の半導体薄膜など、可撓性基板を用いた各種薄膜積層体の製造装置や処理装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  可撓性基板
２  成膜部
３，４  ガイドロール
５、５′  挟持ローラユニット
６、６′  リンク部材
７，７′  アクチュエータ（駆動手段）
８，８′  センサ
２０  固定枠部
２１  電極
２２  接地電極
５１  固定ローラ
５２  可動ローラ
５３  固定側支持部材
５３ａ，５３ａ′  軸
５４  可動側支持部材
５５  ブラケット
５６  スプリング
５６ａ  調整ネジ
【図１】
2010177343.tif 000003
【図２】
2010177343.tif 000004
【図３】
2010177343.tif 000005