(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って搬送される可撓性基板の表面処理を行う可撓性基板の処理装置おいて、
前記可撓性基板の巻出し室に巻出しロールを配置するとともに、前記巻出しロールのコアに予備加熱、脱ガス、材料改質のための加熱処理を行う加熱機構を設け、
前記巻出しロールの外側には、前記可撓性基板を加熱する非接触式加熱機構が配置され、
前記非接触式加熱機構は、これを往復動させる駆動部を備え、前記駆動部によって、前記非接触式加熱機構が前記巻出しロールに巻かれた前記可撓性基板の巻き径に連動して移動するように構成されていることを特徴とする可撓性基板の処理装置。
【請求項２】
前記巻出し室には、前記可撓性基板の温度及び前記巻出しロールのコア温度の少なくとも一方を測定する温度測定器が配置され、前記温度測定器は、前記加熱機構及び前記非接触式加熱機構の出力を制御する温度制御手段に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性基板の処理装置。
【請求項３】
前記巻出し室には、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定するガス濃度測定器が配置され、前記ガス濃度測定器は、前記室内雰囲気中の不純物ガス濃度を監視するガス濃度監視手段に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可撓性基板の処理装置。
【請求項４】
前記巻出しロールは、これを回転駆動させる回転駆動部を備え、前記回転駆動部及び前記非接触式加熱機構の駆動部は、前記巻出しロールの回転速度及び前記非接触式加熱機構の移動距離を制御する駆動制御手段に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の可撓性基板の処理装置。
【請求項５】
前記巻出し室には、前記可撓性基板の温度及び前記巻出しロールのコア温度の少なくとも一方を測定する温度測定器が配置され、前記温度測定器は、前記加熱機構及び前記非接触式加熱機構の出力を制御する温度制御手段に電気的に接続され、
前記巻出し室には、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定するガス濃度測定器が配置され、前記ガス濃度測定器は、前記室内雰囲気中の不純物ガス濃度を監視するガス濃度監視手段に電気的に接続され、
前記巻出しロールは、これを回転駆動させる回転駆動部を備え、前記回転駆動部及び前記非接触式加熱機構の駆動部は、前記巻出しロールの回転速度及び前記非接触式加熱機構の移動距離を制御する駆動制御手段に電気的に接続され、
前記温度制御手段、前記ガス濃度監視手段及び前記駆動制御手段は、主制御装置を介して互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の可撓性基板の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、成膜等の表面処理を行うような可撓性基板を効率的に予備加熱、脱ガス、材料改質のため処理を行う処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜などの薄膜積層体基板には、通常、高剛性の基板が用いられている。一方、例えば太陽電池等に使用される光電変換素子の基板には、軽量で取り扱いが容易であるといった利便性や、大面積化及び大量生産によるコスト低減を図るため、樹脂製シートやステンレス鋼製薄板といった可撓性基板も用いられている。
このような可撓性基板を用いて薄膜積層体を製造する装置としては、主にロールツーロール方式のものと、ステッピングロール方式のものとがある。ロールツーロール方式の製造装置は、複数の各成膜室内を連続的に移動していく可撓性基板上に複数の層を連続的に成膜していくものであり、ステッピングロール方式の製造装置は、成膜室内で可撓性基板を一旦停止させて当該基板上に成膜した後、成膜が終了した可撓性基板部分をその成膜室から次の成膜室へ送り出すものである。
【０００３】
このような方式の表面処理装置では、処理前に可撓性基板を加熱し、当該基板上に吸着している水分子等の不純物成分を除去する必要がある。また、処理時間の短縮のためには、事前に可撓性基板を処理温度まで昇温する必要がある。
かかる制御装置としては、特許文献１のように、可撓性基板を搬送しつつ予備加熱及び脱ガス処理を行う加熱処理機構が使用されている。
この加熱処理機構は、成膜処理室の前段に加熱室（脱ガス処理室）を設け、成膜前に可撓性基板を搬送しつつ予備加熱及び脱ガス処理を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９５０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の加熱処理機構では、必要かつ十分な予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行うためには、大型の加熱室を真空容器に設ける必要があるので、真空チャンバの容積が大きくなり、設備の大型化ひいてはコスト高を招くといった問題がある。
また、可撓性基板は、巻出し室から巻出した後に急激に昇温すると、シワが発生してしまい、品質低下が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、小スペースで可撓性基板の予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を効率良く行うことが可能であり、かつ高い精度と応答性で温度及び処理条件の制御を行うことが可能な可撓性基板の処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、長手方向に沿って搬送される可撓性基板の表面処理を行う可撓性基板の処理装置において、前記可撓性基板の巻出し室に巻出しロールを配置するとともに、前記巻出しロールのコアに予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行う加熱機構を設け、前記巻出しロールの外側には、前記可撓性基板を加熱する非接触式加熱機構が配置され、前記非接触式加熱機構は、これを往復動させる駆動部を備え、前記駆動部によって、前記非接触式加熱機構が前記巻出しロールに巻かれた前記可撓性基板の巻き径に連動して移動するように構成されている。
【０００８】
本発明において、特に、次のように構成することが好ましい。
（１）前記巻出し室には、前記可撓性基板の温度及び前記巻出しロールのコア温度の少なくとも一方を測定する温度測定器が配置され、前記温度測定器は、前記加熱機構及び前記非接触式加熱機構の出力を制御する温度制御手段に電気的に接続されている。
（２）前記巻出し室には、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定するガス濃度測定器が配置され、前記ガス濃度測定器は、前記室内雰囲気中の不純物ガス濃度を監視するガス濃度監視手段に電気的に接続されている。
（３）前記巻出しロールは、これを回転駆動させる回転駆動部を備え、前記回転駆動部及び前記非接触式加熱機構の駆動部は、前記巻出しロールの回転速度及び前記非接触式加熱機構の移動距離を制御する駆動制御手段に電気的に接続されている。
（４）前記温度制御手段、前記ガス濃度監視手段及び前記駆動制御手段は、主制御装置を介して互いに電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１０】
上述の如く、本発明に係る可撓性基板の処理装置は、長手方向に沿って搬送される可撓性基板の表面処理を行うものであって、前記可撓性基板の巻出し室に巻出しロールを配置するとともに、前記巻出しロールのコアに予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行う加熱機構を設けているので、真空容器に大型の加熱室などを追加することなく、巻出しロールのコアに巻取られた状態で、可撓性基板を成膜処理前に予め加熱することができるとともに、当該可撓性基板上に吸着している水分子等の不純物成分を除去することができる。
したがって、本発明に係る可撓性基板の処理装置によれば、従来の加熱処理機構と比べて装置の小型化を図ることが可能となり、設置スペースの有効利用とコスト低減を実現することができる。また、本発明の処理装置によれば、従来の装置と比べて短い時間で、安定した特性を有する高い品質の表面処理を可撓性基板に対し施すことができる。
【００１１】
また、本発明の処理装置において、前記巻出しロールの外側には、前記可撓性基板を加熱する非接触式加熱機構が配置されているので、可撓性基板に対して効果的に予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行うことができる。
しかも、本発明の処理装置において、前記非接触式加熱機構は、これを往復動させる駆動部を備え、前記駆動部によって、前記非接触式加熱機構が前記巻出しロールに巻かれた前記可撓性基板の巻き径に連動して移動するように構成されているので、可撓性基板に対してより迅速にかつ効率よくまた常に一定の条件で、予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行うことができる。
【００１２】
さらに、本発明の処理装置において、前記巻出し室には、前記可撓性基板の温度及び前記巻出しロールのコア温度の少なくとも一方を測定する温度測定器が配置され、前記温度測定器は、前記加熱機構及び前記非接触式加熱機構の出力を制御する温度制御手段に電気的に接続されているので、可撓性基板の温度及び巻出しロールのコア温度を監視し、温度制御手段を介してフィードバック制御を行うことにより、加熱機構の出力を変更することが可能となり、可撓性基板の温度及び巻出しロールのコア温度を高い精度で制御することができる。
【００１３】
また、本発明の処理装置において、前記巻出し室には、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定するガス濃度測定器が配置され、前記ガス濃度測定器は、前記室内雰囲気中の不純物ガス濃度を監視するガス濃度監視手段に電気的に接続されているので、巻出し室内の雰囲気中の不純物ガス濃度を監視し、ガス濃度監視手段を介してフィードバック制御を行うことにより、加熱機構などの出力を変更することが可能となり、処理条件を高い精度で制御することができる。
【００１４】
さらに、本発明の処理装置において、前記巻出しロールは、これを回転駆動させる回転駆動部を備え、前記回転駆動部及び前記非接触式加熱機構の駆動部は、前記巻出しロールの回転速度及び前記非接触式加熱機構の移動距離を制御する駆動制御手段に電気的に接続されているので、可撓性基板の温度及び巻出しロールのコア温度を監視し、駆動制御手段を介してフィードバック制御を行うことにより、巻出しロールの回転速度及び非接触式加熱機構の移動距離を変更して可撓性基板の搬送速度や加熱温度を調整することが可能となり、可撓性基板に対し必要かつ十分な加熱処理を行うことができる。
【００１５】
そして、本発明の処理装置において、前記温度制御手段、前記ガス濃度監視手段及び前記駆動制御手段は、主制御装置を介して互いに電気的に接続されているので、応答性の優れた制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る可撓性基板の処理装置の構成を示す断面模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る処理装置の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係る可撓性基板の処理装置について、その実施形態に基づき詳細に説明する。
ここで、図１は本発明の実施形態に係る可撓性基板の処理装置の構成の断面模式図、図２は図１における処理装置の制御方法のフローチャートである。
【００１８】
図１は、可撓性基板１をロールツーロール方式で連続搬送する場合の実施の形態を示している。図１において、本実施形態の処理装置は、可撓性基板１の搬送方向に沿って延在する真空容器２を備えており、該真空容器２は、上流側から下流側（図中、左側から右側）にかけて巻出し室３、複数（図１では１つのみが示されている）の成膜室４及び巻取り室５が設置されている。一般に、可撓性基板１としては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳ、アクリル、アラミド等の絶縁性プラスチックやステンレス鋼材が使用されている。
巻出し室３内には、可撓性基板１の送り出し用の巻出しロール６及びガイドロール７が配置され、巻取り室５内には、可撓性基板１の巻取り用の巻取りロール８及びガイドロール７が配置されている。
可撓性基板１は、巻出しロール６からガイドロール７を経て、成膜室４を通過し、さらにガイドロール７を経て巻取りロール８までの間を連続的に移動するように構成されている。
【００１９】
成膜室４内には、外部の高周波電源から整合回路ユニットの整合回路、ケーブルを介して高周波電力（ＲＦ電力）が供給される高周波電極（ＲＦ電極）９と、該高周波電極９と対向する位置に接地電極１０が配置されている。高周波電極９は、表面側に成膜ガス（原料ガス）をシャワー状に放出するための多数のガス吹出口を穿設したシャワーヘッド電極板を備え、接地電極１０内には、搬送されてくる可撓性基板１を加熱するヒータが内蔵されている。
そして、高周波電極９に高周波電圧が印加されると、高周波電極９と接地電極１０との間の放電空間にプラズマが発生し、成膜ガスが分解、反応して、当該電極間に搬送されてくる可撓性基板１の表面に薄膜が形成されるようになっている。
【００２０】
一方、本実施形態の処理装置における巻出しロール６のコア（巻き芯）には、予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理を行う加熱機構のロールコアヒータ１１が設けられており、該ロールコアヒータ１１は、巻出しロール６を所定の温度まで昇温ならびに保温することが可能な構造になっている。具体的には、ステンレス鋼材やアルミニウム材で作製したロールコアの内側にヒータを設置することによって構成され、コア内部より加熱するようになっている。ロールコアヒータ１１としては、シーズヒータ、エレメントヒータまたはカートリッジヒータが用いられ、フィードスルーを介して電力が供給されている。なお、処理対象となる可撓性基板の材質や装置構成によっては、形状を円筒としたヒータ自体をロールコアとして使用することも可能である。
【００２１】
また、巻出しロール６の外側周囲には、所定以上の高温処理が必要な場合に対応できるようにするため、外周部側から可撓性基板１を加熱する例えば円弧状の非接触式加熱機構の非接触式ヒータ１２が所定の間隔を空けて配置されている。この非接触式ヒータ１２としては、遠赤外線加熱ランプヒータが挙げられる。遠赤外線加熱ランプヒータは、反射率が大きい、すなわち輻射率が小さい物質に対しての加熱効率が低いため、使用する可撓性基板１の処理状態に応じて使い分ける必要がある。なお、水分子等の長波長側の吸収が大きい物質については、加熱効率が高いため、脱ガス処理に適している。
加熱効率の例としては、厚さ５０〜５００μｍのポリイミドフィルムにスパッタリング法により２００〜１０００ｎｍのＡｇを裏面電極として成膜した、長さ３００ｍの太陽電池成膜用基板を、直径１６０ｍｍもアルミニウム製コアに巻き付けた場合、真空中においてコア温度を３００℃に保つことでフィルム表面の温度は、約２５０℃に保たれることになる。この２５０℃に昇温することで、基板表面に付着した水分子等は脱離し、その後の処理において問題とならないレベルまで温度が低下することになる。
【００２２】
しかも、非接触式ヒータ１２は、当該ヒータを往復動させるアクチュエータなどの駆動部（図示せず）を備え、可動式の構造となっている。すなわち、非接触式ヒータ１２は、当該駆動部によって、巻出しロール６に巻かれた可撓性基板１の巻き径に連動して移動するように構成されており、処理中において非接触式ヒータ１２と可撓性基板１との間の距離が一定に保持され、可撓性基板１が所望の温度に保たれるようになっている。
【００２３】
そして、本実施形態の巻出し室３内には、可撓性基板１の温度及び巻出しロール６のコア温度の少なくとも一方（本実施形態では両方）を測定する例えば非接触式の温度測定器１３が配置されている。この温度測定器１３は、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力を制御する温度制御手段１４に電気的に接続されている。
また、本実施形態の巻出し室３内には、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定するガス濃度測定器１５が配置されている。このガス濃度測定器１５には、例えば、四重極型質量分析計（ＱＭＡＳＳ）が用いられており、ガス濃度測定器１５は、室内雰囲気中の不純物ガス濃度を監視するガス濃度監視手段１６に電気的に接続されている。
【００２４】
さらに、本実施形態の巻出しロール６は、当該ロールを回転駆動させるモータなどの回転駆動部（図示せず）を備えており、該回転駆動部が巻出しロール６の回転速度を調整することによって、可撓性基板１の搬送速度が変更可能に構成されている。この巻出しロール６の回転駆動部及び非接触式ヒータ１２の駆動部は、巻出しロール６の回転速度及び非接触式ヒータ１２の移動距離を制御する駆動制御手段１７にそれぞれ電気的に接続されている。
しかも、これら温度制御手段１４、ガス濃度監視手段１６及び駆動制御手段１７は、主制御装置１８を介して互いに電気的に接続されている。
【００２５】
次に、本発明の実施形態に係る可撓性基板１の処理装置の制御方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。
まず、ガス濃度測定器１５によって、巻出し室３内における室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定し、不純物ガス濃度が上昇しているかどうかを監視する（ステップＳ１）。不純物ガス濃度が指定の閾値を超過している場合は、温度測定器１３によって、可撓性基板１の温度及び巻出しロール６のコア温度を測定し、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力上限かどうかを監視するとともに、可撓性基板１の耐熱温度以下かどうかも監視する（ステップＳ２）。
【００２６】
そして、監視の結果、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力上限以下であり、かつ可撓性基板１の耐熱温度以下である場合には、温度制御手段１４、ガス濃度監視手段１６及び主制御装置１８を介してフィードバック制御を行い、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力を上げる（ステップＳ３）。
一方、監視の結果、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力が上限である、または可撓性基板１の耐熱温度に到達しそうな場合には、巻出しロール６の回転速度を小さくして可撓性基板１の搬送速度を下げ、加熱時間を延長するような変更が可能かどうかを判定する（ステップＳ４）。その結果、可撓性基板１の搬送速度を下げるような変更が可能である場合には、駆動制御手段１７及び主制御装置１８を介してフィードバック制御を行い、巻出しロール６の回転速度を小さくする（ステップＳ５）。これにより、ステップ３のフローに戻ることなる。しかし、可撓性基板１の搬送速度を下げるような変更が不可能である場合には、エラー出力となり、処理装置の運転を停止し、作業者が巻出し室３内における室内雰囲気中の不純物ガス濃度を確認し、処理装置の運転を続行するのか、あるいは運転を中止するのかを判断する（ステップＳ６）。
【００２７】
次いで、ガス濃度測定器１５によって、巻出し室３内における室内雰囲気中の不純物ガス濃度を測定し、不純物ガス濃度が低下しているかどうかを監視する（ステップＳ７）。監視の結果、不純物ガス濃度が指定の閾値以下である場合は、制御終了となり（ステップＳ８）、成膜室４に送り出された可撓性基板１の表面に順次所望の表面処理が行われ、その後、可撓性基板１は巻取り室５の巻取りロール８に巻取られることになる。
一方、監視の結果、不純物ガス濃度が指定の閾値を超えている場合は、ステップＳ６と同様の操作が行われることになる（ステップＳ９）。
【００２８】
なお、本発明の実施形態に係る可撓性基板１の処理装置の制御方法では、ステップＳ１における監視の結果、不純物ガス濃度が指定の閾値よりも低い場合に、図２に示す制御フローに代えて、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力を下げたり、あるいは、巻出しロール６の回転速度を大きくして可撓性基板１の搬送速度を上げたりすることが可能になる。これによれば、処理装置の運転コストが低減し、処理装置の処理能力が上がり、可撓性基板１の生産性向上が図れることになる。
【００２９】
このように、本発明の実施形態の処理装置においては、巻出し室３に設置する巻出しロール６のコアにロールコアヒータ１１が設けられ、巻出しロール６の外側周囲に非接触式ヒータ１２が配置されているので、従来のように、可撓性基板１を加熱するために大型の加熱室などを設ける必要がなくなり、可撓性基板１を成膜処理前に予備加熱できるとともに、可撓性基板１上の水分子等の不純物成分を確実に除去することができる。
また、本実施形態の処理装置の巻出し室３には、温度測定器１３及びガス濃度測定器１５が配置され、これら温度測定器１３及びガス濃度測定器１５は温度制御手段１４及びガス濃度監視手段１６に電気的に接続されているので、フィードバック制御を行うことが可能であり、ロールコアヒータ１１及び非接触式ヒータ１２の出力を変更することにより可撓性基板１の加熱条件を高い精度で制御できる。しかも、巻出しロール６の回転駆動部が駆動制御手段１７に電気的に接続されているので、フィードバック制御を行うことが可能であり、巻出しロール６の回転速度を変更して可撓性基板１の搬送速度を調整することにより可撓性基板１の予備加熱、脱ガス及び材料改質のための処理時間を十分確保できる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形及び変更が可能である。
例えば、既述の実施の形態では、成膜室４を連続的に移動していく可撓性基板１上に連続的に成膜するロールツーロール方式の処理装置について説明したが、本発明は、成膜室４内に搬送される可撓性基板１を一旦停止させ、この状態で成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分をその成膜室４から次の成膜室４へ送り出すステッピングロール方式の処理装置に適用することも可能である。
また、既述の実施の形態では、巻出しロール６の外側周囲に、外周部側から可撓性基板１を加熱する非接触式ヒータ１２が配置されているが、適用機種によっては、ロールコアヒータ１１のみが設けられ、非接触式ヒータ１２が配置されていない場合も可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  可撓性基板
２  真空容器
３  巻出し室
４  成膜室
５  巻取り室
６  巻出しロール
８  巻取りロール
９  高周波電極
１０  接地電極
１１  ロールコアヒータ（加熱機構）
１２  非接触式ヒータ（非接触式加熱機構）
１３  温度測定器
１４  温度制御手段
１５  ガス濃度測定器
１６  ガス濃度監視手段
１７  駆動制御手段
１８  主制御装置
【図１】
0005471508.tif 000002
【図２】
0005471508.tif 000003