(57)【要約】【課題】急冷と破損防止の両立【解決手段】加熱部（１）と成膜部（２）と冷却部（１３）とに一連に搬送路（６）が通される。ガラス基板は、搬送路の搬送方向に搬送される。冷却部は、ガラス基板の搬送方向に直交する直交方向に対向する両側領域を冷却する第１冷却部（１７−１）と、ガラス基板の両側領域に挟まれる中央領域を冷却する第２冷却部（１７−２）とで形成されている。第２冷却部の第２冷却能力は第１冷却部の第１冷却能力より高い。温度が高い中央領域は両側領域の冷却能力より高い冷却能力で冷却されるので、冷却されるガラス基板は横方向に均一な温度に冷却される。その冷却速度が速くても、基板は幅方向に均一であって、鞍型曲面に反り曲がることが有効に防止される。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱部と、
前記加熱部で加熱されるガラス基板に透明電極膜を成膜する成膜部と、
前記成膜部で成膜された前記ガラス基板を冷却する冷却部と、
前記加熱部と前記成膜部と前記冷却部に一連に通され規定される搬送方向に前記ガラス基板を搬送する搬送路とを具え、
前記冷却部は、
前記ガラス基板の前記搬送方向に直交する直交方向に対向する両側領域を冷却する第１冷却部と、
前記ガラス基板の前記両側領域に挟まれる中央領域を冷却する第２冷却部とを備え、
前記第２冷却部の第２冷却能力は前記第１冷却部の第１冷却能力より高い
ガラス基板の成膜装置。
【請求項２】
前記第１冷却能力は前記第１冷却媒体の温度Ｔ１と流量Ｑ１の関数Ｐ１（Ｔ１，Ｑ１）として表され、前記第２冷却能力は前記第２冷却媒体の温度Ｔ２と流量Ｑ２の関数Ｐ２（Ｔ２，Ｑ２）として表され、下記関係：
Ｐ１＜Ｐ２
が与えられている
請求項１のガラス基板の成膜装置。
【請求項３】
前記第１冷却部は前記直交方向に延び第１冷却媒体が通される第１冷却管を具え、
前記第２冷却部は前記直交方向に延び第２冷却媒体が通される第２冷却管を具え、
前記第１冷却管が前記直交方向に延びる第１延び幅はＤ１で表され、前記第２冷却管が前記直交方向に延びる第２延び幅はＤ２で表され、下記関係：
Ｄ２＜Ｄ１
が与えられている
請求項１のガラス基板の成膜装置。
【請求項４】
前記第１冷却管は、前記直交方向に折り返して延びる複数の直交方向部位を備え、
前記第２冷却管は、前記直交方向に折り返して延びる複数の直交方向部位を備える
請求項３のガラス基板の成膜装置。
【請求項５】
前記第１冷却管に通される前記第１冷却媒体の流量と温度はそれぞれにＱ１とＴ１で表され、前記第２冷却管に通される前記第２冷却媒体の流量と温度はそれぞれにＱ２とＴ２で表され、前記温度Ｔ１と前記温度Ｔ２は冷却開始前に概ね等しく、且つ、流量Ｑ２は流量Ｑ１より大きい
請求項３のガラス基板の成膜装置。
【請求項６】
前記搬送路の下側に配置され前記成膜部の前記ガラス基板を加熱する加熱器と、
前記搬送路の下側に配置され前記加熱器より前記搬送方向に下流側に配置される補助加熱器とを更に具え、前記冷却部は前記補助加熱器より前記下流側に配置され、前記補助加熱器は前記成膜部の前記ガラス基板の急冷を緩和する
請求項１〜５から選択される１請求項のガラス基板の成膜装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガラス基板の成膜装置に関し、特に、冷却構造の改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業の基幹であるエネルギー特に電力は、その提供形態が時代ととともに多様に移り変わっている。循環する環境の保全は、電力供給の条件である。クリーンエネルギーとして期待される太陽光発電は、地球外環境で必定であるとともに、地球の環境を保全するために重要である。発電用の透明電極・ＴＣＯである導電性薄膜の物理的改良による発電効率の向上とともに、製造装置の改善が求められる。透明電極は基板上に形成される。次式：
ＳｎＣｌ４＋Ｈ２Ｏ→ＳｎＯ２
の反応条件を整える透明電極製膜装置は、反応炉と反応炉を通過する搬送ベルトとを含んでいる。一般に基板面蒸着膜形成装置には、文献１に見られるように、基板を搬送するために搬送ベルトが用いらている。搬送ベルトが通る反応炉の中では、ガラス基板は５００゜Ｃの程度に加熱される。このようなガラス基板には、温度分布が生じる。温度分布、特に、基板周囲の温度が基板中央の温度より低い温度分布が生じれば、基板端で引張応力が発生して、ガラス表面のマイクロクラックに端を発する熱割れが発生する。熱割れは、損失と歩留まりの低下を招いている。温度均一化の課題を有する技術は、特許文献１で知られている。温度の均一化により熱割れを有効に回避することが求められる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１５２３１８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、冷却部の搬送路を短くするために冷却対象の基板の温度を均一化するガラス基板の成膜装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によるガラス基板の成膜装置は、加熱部（１又は１５）と、加熱部で加熱されるガラス基板（Ｋ）に透明電極膜を成膜する成膜部（２）と、成膜部（２）で成膜されたガラス基板を冷却する冷却部（１７）とに一連に、搬送路（６）が通される。ガラス基板は、搬送路の搬送方向に搬送される。冷却部は、ガラス基板の搬送方向に直交する直交方向に対向する両側領域を冷却する第１冷却部（１７−１）と、ガラス基板の両側領域に挟まれる中央領域を冷却する第２冷却部（１７−２）とで形成されている。第２冷却部の第２冷却能力は第１冷却部の第１冷却能力より高い。
【０００６】
冷却開始前により温度が高い中央領域は両側領域の冷却能力より高い冷却能力で冷却されるので、冷却されるガラス基板は横方向に均一な温度に冷却される。その冷却速度が速くても、基板は幅方向に均一であって、鞍型曲面に反り曲がることが有効に防止される。
【０００７】
第１冷却能力は第１冷却媒体の温度Ｔ１と流量Ｑ１の関数Ｐ１（Ｔ１，Ｑ１）として表され、第２冷却能力は第２冷却媒体の温度Ｔ２と流量Ｑ２の関数Ｐ２（Ｔ２，Ｑ２）として表される。この場合に、Ｐ１＜Ｐ２の関係が与えられる。
【０００８】
第１冷却部（１７−１）は直交方向に延び第１冷却媒体が通される第１冷却管として具体化される。第２冷却部（１７−２）は直交方向に延び第２冷却媒体が通される第２冷却管として具体化される。第１冷却管が直交方向に延びる第１延び幅がＤ１で表され、第２冷却管が直交方向に延びる第２延び幅がＤ２で表されれれば、冷却能力の具体化のためには、Ｄ２＜Ｄ１の条件が有効である。
【０００９】
第１冷却管は、直交方向に折り返して延びる複数の直交方向部位として形成されることが有効である。第２冷却管は、直交方向に折り返して延びる複数の直交方向部位として形成されることが有効である。搬送方向に移動するガラス基板は、冷却部の搬送区間に存在する期間で常に幅方向に均等に冷却されるので、温度は２次元的に面内方向に均一化され、急冷されても破壊、破損が有効に防止される。
【００１０】
冷却能力の他の表現では、第１冷却管に通される第１冷却媒体の流量と温度はそれぞれにＱ１とＴ１で表され、第２冷却管に通される第２冷却媒体の流量と温度はそれぞれにＱ２とＴ２で表され、温度Ｔ１と温度Ｔ２は冷却開始前に概ね等しい場合には、流量Ｑ２は流量Ｑ１より大きい。
【００１１】
搬送路の下側に配置され成膜部のガラス基板を加熱する加熱器（１５）と、搬送路の下側に配置され加熱器（１５）より搬送方向に下流側に配置される補助加熱器（１６）の追加が好ましい。この場合には、冷却部は補助加熱器より下流側に配置される。補助加熱器は成膜部のガラス基板の急冷を緩和する。均一冷却前の温度の急降下による曲げ、破損が有効に防止される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によるガラス基板の成膜装置は、急冷に係わらず損失が飛躍的に低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明によるガラス基板の成膜装置の実施の最良の形態は、図に対応して、詳細に記述される。反応プロセスは、図１に示されるように、直線状に諸装置が並ぶ反応ライン１０として形成されている。反応ラインの主装置は、加熱炉１とインジェクタ２と冷却器の組として提供されている。反応ライン１０の一端部位は基板搬入部位４として形成され、反応ライン１０の他端部位は基板搬出部位５として形成されている。搬送ベルト６は、基板搬入部位４と基板搬出部位５との間で無端状に周回する。インジェクタ２は、第１インジェクタ７と第２インジェクタ８として提供されている。第１インジェクタ７は、基板面に（ＳｉＨ４＋Ｏ２）の反応によりアルカリバリア膜を成膜する加熱反応炉である。第２インジェクタ８は、基板面に（ＳｎＣｌ４＋Ｈ２Ｏ）の反応により透明導電膜を成膜する多段形式の加熱反応炉である。超音波ベルト洗浄機３は、基板搬出部位５の側で反応ライン１０の一端側末端部位に配置されている。第１インジェクタ７は、第２インジェクタ８より導入側に配置されている。
【００１４】
図２は、反応ライン１０の詳細を示している。反応ライン１０は、反応環境槽９を形成している。加熱炉１の加熱器は、一次加熱器１１と二次加熱器１２として提供されている。一次加熱器１１は、第１インジェクタ７より導入側（上流側）に配置されている。二次加熱器１２は、第１インジェクタ７と第２インジェクタ８の間に配置されている。一次加熱器１１と二次加熱器１２はそれぞれに、反応環境槽９の中の反応温度・焼成温度のそれぞれの環境を調整している。第２インジェクタ８より導出側（下流側）に、空冷式冷却器１３が配置されている。反応環境槽９の中の導出側は、空冷式冷却器１３に通される空気１４により空冷される。
【００１５】
搬送ベルト６の概半分であるベルト往部分６−１は、反応環境槽９の中で概水平方向に通されている。搬送ベルト６は、複数のローラギアにより周回している。搬送ベルト６の他の概半分であるベルト復部分６−２は、屈曲しながら超音波ベルト洗浄機３に通されている。ベルト往部分６−１の下方側で、基板加熱用加熱器１５と補助ヒータ１６とが配置されている。補助的に基板を加熱する補助ヒータ１６は、基板加熱用加熱器１５より導出側に配置されている。補助ヒータ１６より導出側で、基板冷却用水冷器１７がベルト復部分６−２の下側に配置されている。基板Ｋは、ベルト往部分６−１の上面に載置されて導入側から導出側に搬送される。
【００１６】
反応ライン１０は、このように、それぞれに外部から概ね遮断される加熱環境と成膜環境と冷却環境とに基板Ｋを閉じ込めるプロセスラインとして形成されている。加熱環境の加熱は、反応ガス雰囲気を形成する反応用加熱と基板温度を適正化する基板加熱を含んでいる。成膜環境も反応用加熱と基板加熱を含んでいる。冷却環境は、基板を冷却する（特には急冷する）環境である。
【００１７】
図３は、補助ヒータ１６より導出側に配置される基板冷却用水冷器１７の具体的な形態を示している。ベルト往部分６−１より導出側に配置される基板冷却用水冷器１７は、第１冷却用水冷管１７−１と第２冷却用水冷管１７−２の組として提供されている。第１冷却用水冷管１７−１と第２冷却用水冷管１７−２はそれぞれに、搬送ベルト６の搬送方向に直交して（直交成分を持って延び）曲折しながら搬送方向（導出方向）Ａに延びている。第１冷却用水冷管１７−１の搬送方向に直交する部位の幅である搬送方向直交幅Ｄ１は、第２冷却用水冷管１７−２の搬送方向直交幅Ｄ２より広い。
Ｄ２＜Ｄ１
基板Ｋの中央領域は、基板Ｋの両側方領域（搬送方向に直交して対向している）よりも強力に冷却される。直交方向対向は、斜め向き対向を含む。第１冷却用水冷管１７−１に流される冷却水の温度と第２冷却用水冷管１７−２に流される冷却水の温度が概ね等しい場合には、第１冷却用水冷管１７−１に流される流量Ｑ１は第２冷却用水冷管１７−２に流される流量Ｑ２より少なく、特には、顕著に少ない。
Ｑ１＜Ｑ２，又は、Ｑ１＜＜Ｑ２
このように基板Ｋは、中央領域でより強力に冷却されるので、基板の温度分布は、幅方向にも均等化される。幅方向均等冷却は、搬送方向に異なる位置で実行されるので、冷却は幅方向にも搬送方向にも均等に実行される。
【００１８】
基板Ｋは、加熱炉１の反応ガス雰囲気と基板加熱用加熱器１５により加熱され、反応適正温度（例示：５００゜Ｃ）に加熱される。反応終了後の基板Ｋは、空冷式冷却器１３により空冷されるが、急冷の回避のために、補助ヒータ１６により適正に加温される。基板Ｋは、搬送方向に短い冷却環境の中で適正に急冷される。冷却環境の中を通る搬送路の長さをより長くすることにより反応プロセス炉の全体の長さが長くなることは、設備コストの点で好ましくない。
【００１９】
基板冷却用水冷器１７により冷却が開始される直前の基板Ｋの温度は、基板両側領域と基板中央領域とで異なる。ここで、基板両側方向は搬送路両側方向（搬送方向に直交する直交方向）に対応している。基板Ｋの基板両側領域の温度は基板中央領域の温度より高い。第１冷却用水冷管１７−１の第１冷却媒体の温度Ｔ１と流量Ｑ１とに対応する第１冷却能力Ｐ１は、第２冷却用水冷管１７−２の第２冷却媒体の温度Ｔ２と流量Ｑ２とに対応する第２冷却能力Ｐ２より高い。冷却能力として、下記式で例示的に表される。
Ｐ１＝（Ｔ０−Ｔ１）・Ｑ１＜Ｐ２＝（Ｔ０−Ｔ２）・Ｑ２
ここで、Ｔ０（例示：４００゜Ｃ）は、温度Ｔ１（例示：１００゜Ｃ）と温度Ｔ２（５０゜Ｃ）とに対して比較するための温度であり、温度Ｔ１より適正に高く、且つ、温度Ｔ２より適正に高く、流量Ｑ２は流量Ｑ１のｋ倍（例示：２倍）である。又は、温度Ｔ１と温度Ｔ２が同じであればＱ２はＱ１より大きく、流量Ｑ１と流量Ｑ２が同じであれば温度Ｔ１は温度Ｔ２より高い。
【００２０】
一般的には、下記のように表現される。第１冷却能力は、第１冷却媒体の温度Ｔ１と流量Ｑ１の関数Ｐ１（Ｔ１，Ｑ１）として表され、第２冷却能力は第２冷却媒体の温度Ｔ２と流量Ｑ２の関数Ｐ２（Ｔ２，Ｑ２）として表される。この表現では、
Ｐ１＜Ｐ２
ここで、流量Ｑ１，Ｑ２と温度Ｔ１，Ｔ２は、冷却管の任意の位置座標（管が延びる方向に沿う曲線座標）で定義される。管の直径又は流路断面積が同じであれば、流量Ｑ１，Ｑ２はそれぞれに一定である。座標値がより大きい位置で、温度Ｔ１，Ｔ２はそれぞれにより大きい（高い）。又は、温度Ｔ１，Ｔ２は、ガラス基板を冷却し始める直前の冷却開始前の温度としても定義され得る。
【００２１】
基板Ｋの両側領域より初期的に温度が高い基板Ｋの中央領域は、基板Ｋの両側領域より強く冷却され（より大きい冷却能力で冷却され）、基板Ｋの中央領域より初期的に温度が低い基板Ｋの両側領域は、基板Ｋの中央領域より比較の上で弱く冷却される。このような冷却能力に差がある冷却は、図３に示されるように、搬送路上の基板Ｋを直交方向に複数回にそれぞれに横切る２系統の冷却媒体により多段階に実行される。基板Ｋの全体は、多段階のそれぞれの均等冷却により横方向に均等な冷却能力で冷却され、且つ、段階的に搬送方向にも均等に冷却される。このような冷却は急冷的であることが好ましく実際に短い冷却搬送区間で急冷されるが、基板Ｋは横方向と縦方向に全体に均等に冷却される。
【００２２】
このような冷却方法が適正であるという知見は、公知の冷却方法で下記する実験的事項が認められたことによっている。
（１）透明電極成膜装置は、ガラス基板を搬送路上で搬送し、加熱、成膜、冷却のための連続したトンネル炉構造であるため、内部の基板破損位置を目視することができないが、音響計測によりガラス基板が割れる位置を測定することにより、ガラス基板が割れる位置は冷却環境であること
（２）成膜終了後の基板を冷却する過程では、ガラス端部の冷却が速く、このため、面内温度分布が発生していること
（３）初期的に、基板端部温度が基板中央温度より高いこと
【００２３】
本発明によるガラス基板の成膜装置の実施の好ましい形態では、下記の冷却方法が採用されることが好ましい。
ステップ１：
基板は、５００゜Ｃの程度に加熱される。このような温度は、基板歪点温度に近く又はそれに相当している。
ステップ２：
基板冷却用水冷器１７による冷却の速度を５０゜Ｃ／分以下に設定し、且つ、基板出口温度を１００゜Ｃ以下に設定することが重要である。冷却速度が速くなり過ぎれば、基板に残留応力が残って、基板破壊又は基板変形が生じる。冷却速度が遅くなり過ぎれば、適正な有限長さ冷却搬送区間で基板出口温度を１００゜Ｃ以下にすることが困難である。ここで、基板出口温度として設定される１００゜Ｃ以下は、出口から出た直後の基板がその外部環境温度により受けやすい温度分布により割れない温度である（実験的確認事項）。
【００２４】
本発明によるガラス基板の成膜装置の実施の好ましい他の形態では、下記の冷却方法が採用されることが好ましい。
ステップ１：
定期的に成膜ステップを停止することが好ましい。成膜工程中には、成膜装置内の成膜関連部品に膜又は粉が付着する。このような付着物質を炉外に除去するために、清掃が実行される。
ステップ２：
ダミーガラス基板が、正規の成膜条件（加熱環境と成膜環境と冷却環境のそれぞれの条件）の成膜装置系に流される。再起動が行われた後の一定時間帯では、炉内温度分布が安定せず、基板割れが発生する。このような時間帯では、基板割れが発生しない場合にも、成膜後の基板の温度低下速度が速く、透明電極成膜後の基板は残留応力により鞍型の３次元変形が生じて、後処理工程で支障が出る。適正な枚数（例示：１０枚）のダミー基板を正規の温度環境条件で流すことにより、ガラス基板が存在する環境条件で温度分布を早期に適正化することができる。
【００２５】
本発明によるガラス基板の成膜装置の実施の好ましい更に他の形態では、下記の冷却方法が採用されることが好ましい。
ステップ１：
補助ヒータ１６により、冷却前加熱が実行される。成膜工程後の５００゜Ｃの程度の基板の温度を４００゜Ｃの程度に低下させるまでの時間は、２０゜Ｃ／分以下が適正である。このような温度調整は、ダミー基板の枚数を３０％の程度で削減することができる。
【００２６】
従来比較：
中央領域の冷却能力と両側領域の冷却能力との調整により、基板割れ確率が１／１００から１／１００００に低下した。これに相当して、鞍型３次元変形が抑制され、且つ、電極膜性能が向上した。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明によるガラス基板の成膜装置の実施の好ましい形態を示す平面図である。
【図２】図２は、図１の一部の正面断面図である。
【図３】図３は、冷却機構を示す配管図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…加熱部
２…成膜部
６…搬送路
１３又は１７…冷却部
１５…加熱部又は加熱器
１６…補助加熱器
１７−１…第１冷却部
１７−２…第２冷却部
Ｋ…ガラス基板
【図１】
2006176842.tif 000003
【図２】
2006176842.tif 000004
【図３】
2006176842.tif 000005