(57)【要約】【課題】可撓性基板の搬送位置制御のために新たな設備を設置することが不要であり、既存の搬送ラインの構成をそのまま維持できるとともに、可撓性基板の搬送位置を所望の方向へ迅速かつ確実に移動させることが可能な基板搬送位置制御装置を提供することにある。【解決手段】可撓性基板１０に張力を付与し、可撓性基板１０を長手方向に沿って搬送する曲率半径可変ロール１を備え、曲率半径可変ロール１は、曲率半径を軸方向で部分的に変化させることによって、可撓性基板１０が接触した際に生ずる張力に可撓性基板１０の幅方向で分布を与え、可撓性基板１０の搬送位置を変化させるように構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性基板に張力を付与し、前記可撓性基板を長手方向に沿って搬送するロールを備え、前記ロールは、曲率半径を軸方向で部分的に変化させることによって、前記可撓性基板が接触した際に生ずる張力に前記可撓性基板の幅方向で分布を与え、前記可撓性基板の搬送位置を変化させるように構成されていることを特徴とする基板搬送位置制御装置。
【請求項２】
前記ロールの内部は、軸方向に沿って少なくとも２分割以上に区切られており、各分割構造部は、供給及び排出される流体圧により膨張及び収縮して曲率半径が可変に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の基板搬送位置制御装置。
【請求項３】
前記各分割構造部は、流体の供給及び排出にて径が変化することにより前記ロールの内部を加圧及び減圧するための供給管部と、前記供給管部の外側に位置し、前記供給管部の径の変化に追従して径方向へ移動する支持部と、前記支持部の外側に位置し、前記支持部の移動に伴って拡大及び縮小する内外筒状部とを備えていることを特徴とする請求項２に記載の基板搬送位置制御装置。
【請求項４】
前記ロールの外周部は、弾性体により形成されており、前記ロールの外周部表面の動摩擦係数が、０．１〜０．６の範囲内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の基板搬送位置制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に帯状の可撓性基板の位置ズレ（蛇行）を修正する基板搬送位置制御装置に関する。
【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ような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、大量生産によるコスト低減や、大面積が容易であるなどの理由から、樹脂などで形成された可撓性基板も用いられている。
【０００３】
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。前者のロールツーロール方式は、成膜室を連続的に移動していく可撓性基板上に連続的に成膜する方式であり、後者のステッピングロール方式は、成膜室内に搬送される可撓性基板を一旦停止させ、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から次の成膜室へ送り出す方式である。
どちらの方式の成膜装置も、成膜室内の可撓性基板に対向して配置される２つの平行平板型の電極間に電圧を印加するとともに原料ガスを流すことによってプラズマを生成し、このプラズマを利用して原料ガスを分解、反応させることにより一対の電極の片側、もしくは両側に設置した可撓性基板の表面に薄膜を形成している。
【０００４】
ステッピングロール方式の成膜装置は、可撓性基板を固定して成膜し、しかる後に可撓性基板の非成膜部を電極間に移動させてバッチ処理を行うものである。図５に示す成膜装置１００では、送り室１１１に収納された２つの巻き出しロール１０２から可撓性基板１０１がそれぞれ引き出され、予備真空室１１２を経て成膜用真空室１１３に入る。この成膜用真空室１１３内では、１つの電圧印加電極１２１の外側に２つの接地電極１２２がそれぞれ対向配置されており、両電極の間に搬送された基板１０１は成膜室１０５で一旦停止されて成膜が行われる。成膜終了後、アクチュエータ１２４が作動し、各基板１０１は、巻き取り室１１４に収納された２つの巻き取りロール１０３に巻き取られる。
【０００５】
一方、図６に示すロールツーロール方式の成膜装置２００は、更なる生産効率の向上、生産コスト及び販売価格低減の要請により提供されたものであり、容器２０１の成膜室２０２には、外部の高周波電源から高周波電力が供給される高周波電極（ＲＦ電極）２０３と、該高周波電極２０３と対向する位置に接地電極２０４が配置されている。この接地電極２０３内には、搬送ロール２０５によって搬送されてくる可撓性基板２０６を加熱するヒータが内蔵されている。また、容器２０１の両側側壁には、可撓性基板２０６を通過させるための開口部２０１ａが設けられている。
この成膜装置２００を用いて可撓性基板２０６に薄膜を形成するには、先ず、図示しない搬送機構及び搬送ロール２０５により可撓性基板２０６を容器２０１内に連続的に搬送し、接地電極２０４に密着させるとともに、接地電極２０４内のヒータによって可撓性基板２０６を所望の温度に加熱する。次いで、高周波電極２０３と可撓性基板２０６との間の放電空間に、図示しないガス導入ラインから薄膜原料となる原料ガスを導入し、高周波電源により高周波電極２０３に電圧を印加し、当該放電空間にプラズマ２０７を発生させる。すると、原料ガスがプラズマ化して分解、反応するため、可撓性基板２０６上に所望の薄膜が形成されることになる。
【０００６】
ところで、このような成膜装置においては、可撓性基板の幅方向を水平方向に保持した状態で、当該可撓性基板を水平方向に搬送して成膜する方法と、可撓性基板の幅方向を鉛直方向に保持した状態で、当該可撓性基板を鉛直方向に搬送して成膜する方法がある。どちらの方法においても、所定の搬送路から変位する可撓性基板の幅方向へのズレ、いわゆる蛇行の現象を生じやすい。さらに後者の方法では、前者の方法に比べて基板表面が汚染されにくいなどの利点を有しているが、成膜室の増加などによる搬送距離の増加は、重力や可撓性基板の伸びにより表面に皺が発生したり、下方へ垂れ下がったりするという問題を有している。
これらの問題を解決するためには、可撓性基板の搬送路にズレが生じたときにこれを直ちに検出して、ズレに対応した措置を取る必要がある。このような措置として、特許文献１、２に開示された基板側縁位置制御装置（ＥＰＣ装置）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−６１２４８号公報
【特許文献２】特開平５−１３９５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このＥＰＣ装置は、一般に、基板側縁位置制御センサ（ＥＰＣセンサ）と、基板巻き出し装置もしくは巻き取り装置または蛇行修正ロールと、前記基板巻き出し装置を移動させる駆動装置（ＥＰＣ駆動装置）とから構成されている。
しかしながら、ＥＰＣ駆動装置や蛇行修正ロールは、ＥＰＣセンサからの距離が離れると、蛇行の修正結果がＥＰＣセンサへ反映されるのに時間が掛かり、迅速な蛇行の修正ができず、応答性に問題を有している。また、ＥＰＣ駆動装置や蛇行修正ロールは、広い設置スペースが必要となるため、設備コスト高などを招くおそれがある。
【０００９】
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、可撓性基板の搬送位置制御のために新たな設備を設置することが不要であり、既存の搬送ラインの構成をそのまま維持できるとともに、可撓性基板の搬送位置を所望の方向へ迅速かつ確実に移動させることが可能な基板搬送位置制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、可撓性基板に張力を付与し、前記可撓性基板を長手方向に沿って搬送するロールを備え、前記ロールは、曲率半径を軸方向で部分的に変化させることによって、前記可撓性基板が接触した際に生ずる張力に前記可撓性基板の幅方向で分布を与え、前記可撓性基板の搬送位置を変化させるように構成されている。
【００１１】
また、本発明において、前記ロールの内部は、軸方向に沿って少なくとも２分割以上に区切られており、各分割構造部は、供給及び排出される流体圧により膨張及び収縮して曲率半径が可変に構成されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、本発明において、前記各分割構造部は、流体の供給及び排出にて径が変化することにより前記ロールの内部を加圧及び減圧するための供給管部と、前記供給管部の外側に位置し、前記供給管部の径の変化に追従して径方向へ移動する支持部と、前記支持部の外側に位置し、前記支持部の移動に伴って拡大及び縮小する内外筒状部とを備えていることが好ましい。
【００１３】
そして、本発明において、前記ロールの外周部は、弾性体により形成されており、前記ロールの外周部表面の動摩擦係数が、０．１〜０．６の範囲内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
上述の如く、本発明に係る基板搬送位置制御装置は、可撓性基板に張力を付与し、前記可撓性基板を長手方向に沿って搬送するロールを備え、前記ロールは、曲率半径を軸方向で部分的に変化させることによって、前記可撓性基板が接触した際に生ずる張力に前記可撓性基板の幅方向で分布を与え、前記可撓性基板の搬送位置を変化させるように構成されているので、可撓性基板を搬送するロールが当該可撓性基板と接触する部分において、ロール軸方向の全長のうち、ある一定の長さの部分のみ曲率半径を変化させることができる。
【００１５】
これにより、可撓性基板に作用する張力に可撓性基板の幅方向で分布が生じ、当該張力を均一にする方向へ可撓性基板が移動する現象を適用することが可能となり、可撓性基板の搬送位置を所望の方向へ迅速かつ確実に移動させ、可撓性基板の蛇行を修正することができる。
また、本発明の基板搬送位置制御装置は、可撓性基板の搬送位置制御のために新たな設備を設置する必要がなく、既存の搬送ラインの構成をそのまま維持でき、低コストで安定した特性を有する薄膜を成膜することができる。
しかも、本発明の基板搬送位置制御装置は、可撓性基板の搬送方向が逆転した場合でも何ら問題なく対応することが可能であり、優れた機能性を有している。
【００１６】
また、本発明は、前記基板搬送位置制御装置において、前記ロールの内部は、軸方向に沿って少なくとも２分割以上に区切られており、各分割構造部は、供給及び排出される流体圧により膨張及び収縮して曲率半径が可変に構成され、さらに具体的には、前記各分割構造部は、流体の供給及び排出にて径が変化することにより前記ロールの内部を加圧及び減圧するための供給管部と、前記供給管部の外側に位置し、前記供給管部の径の変化に追従して径方向へ移動する支持部と、前記支持部の外側に位置し、前記支持部の移動に伴って拡大及び縮小する内外筒状部とを備えているので、可撓性基板の位置ズレに応じてロールの必要部分の曲率半径を迅速に拡大及び縮小することができる。
【００１７】
さらに、本発明は、前記基板搬送位置制御装置において、前記ロールの外周部は、弾性体により形成されており、前記ロールの外周部表面の動摩擦係数が、０．１〜０．６の範囲内であるので、可撓性基板の搬送に支障なく、可撓性基板に必要な張力を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板搬送位置制御装置を構成する曲率半径可変ロールを示す側面断面図である。
【図２】図１における曲率半径可変ロールを示す正面断面図である。
【図３】図１における曲率半径可変ロールを可撓性基板の搬送ラインに設置した状態を示す概要図である。
【図４】図１における曲率半径可変ロールのロール径の変化と可撓性基板の搬送位置との関係を示す線図である。
【図５】従来のステッピングロール方式の成膜装置の全体構成を示す概念的断面図である。
【図６】従来のロールツーロール方式の成膜装置の構成を示す概念的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る基板搬送位置制御装置について、その実施形態に基づき詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態に係る基板搬送位置制御装置を構成する曲率半径可変ロールを側面から見た模式的断面図、図２は軸方向に沿って２分割の曲率半径可変ロールを正面から見た模式的断面図、図３は上記曲率半径可変ロールを可撓性基板の搬送ラインに設置した状態の概要図、図４は上記曲率半径可変ロールのロール径の変化と可撓性基板の搬送位置との関係を示す線図である。
【００２１】
本実施形態の基板搬送位置制御装置は、帯状の可撓性基板を連続的（あるいは断続的）に搬送して成膜するロールツーロール方式（あるいはステッピングロール方式）の成膜装置の搬送ライン（図５及び図６参照）に設置されるものであり、図１〜図３に示すように、帯状の可撓性基板１０に張力を付与し、可撓性基板１０を長手方向に沿って搬送する曲率半径可変ロール１を備えている。なお、図３において矢印Ｚは、可撓性基板１０の搬送方向を示している。
【００２２】
本実施形態の可変ロール１は、曲率半径を軸方向で部分的に変化させることによって、可撓性基板１０が接触した際に生ずる張力に可撓性基板１０の幅方向で分布を与え、可撓性基板１０の搬送位置を変化させるように構成されている。すなわち、可変ロール１により一定の張力が付与された可撓性基板１０には、幅方向で部分的に所定以上もしくは所定以下の張力が付与されるため、その幅方向において張力の分布が不均一となる。したがって、可撓性基板１０は、圧力分布が均一となるように搬送位置を変化させ、搬送位置が調整されることになる。
【００２３】
そのため、可変ロール１の内部は、図１及び図２に示すように、軸方向に沿って少なくとも２分割以上（本実施形態では２分割）に区切られ、２つの分割構造部２ａ，２ｂを有している。
これら分割構造部２ａ，２ｂは、供給及び排出される流体（例えば、空気）の圧力により膨張及び収縮して、それぞれの曲率半径が可変に構成されている。すなわち、可変ロール１は、可撓性基板１０を調整する方向に応じて、搬送位置を調整したい方向と反対側に位置する分割構造部２ａ，２ｂの曲率半径を変えることができるようになっている。
【００２４】
各分割構造部２ａ，２ｂは、流体の供給及び排出にて径が変化することにより可変ロール１の内部を加圧及び減圧するための供給管部３と、供給管部３の外側に位置し、供給管部３の径の変化に追従して径方向へ移動する複数の支持部４と、これら支持部４の外側に位置し、支持部４の移動に伴って拡大及び縮小する内外２つの円筒状部５，６とをそれぞれ備えている。
供給管部３は、可変ロール１の軸方向に沿って延在する内側先端部が閉じた管状体で形成され、可変ロール１の軸心部に設けられており、外周部の径を拡大及び縮小できるような弾力性を有している。また、供給管部３は、図３に示すように、可変ロール１の開口端部１ａ及び管路７ａを介して流体供給装置７に接続されており、流体供給装置７からの流体が管路７ａ及び開口端部１ａを通って矢印Ａに示すように供給管部３の内部に供給され、あるいは、供給管部３の内部の流体が矢印Ｂに示すように開口端部１ａ及び管路７ａを通って流体供給装置７に排出されるようになっている。
【００２５】
そして、支持部４は、板状体に形成されており、供給管部３の外周面からそれぞれ径方向に突出して設けられ、内側円筒状部５を支持している。本実施形態においては、８枚の支持部４が同一位置で周方向に沿って等間隔に配置されている。また、支持部４は、同様の配置関係の枚数で、可変ロール１の軸方向に間隔を空けて設けられている。
【００２６】
さらに、内外２つの円筒状部５，６は、同一の軸心を中心にして径方向に間隔を空けて配置されており、外側円筒状部６の外径は、内側円筒状部５のものよりも大きく形成されている。また、２つの円筒状部５，６は、外周部の径を拡大及び縮小できるような弾力性を有する弾性体により形成されており、外側円筒状部６の外周部表面の動摩擦係数は、０．１〜０．６の範囲内となるように設定されている。外側円筒状部６の外周部表面の動摩擦係数が上記範囲を超えると、可撓性基板１０の搬送に支障が生じる可能性がある。
【００２７】
ところで、本実施形態の基板搬送位置制御装置において、可変ロール１の曲率半径を大きくするほど可撓性基板１０の搬送位置の調整効果は大きくなるが、可変ロール１の軸方向長さ内で曲率半径の差が大きくなり過ぎると、搬送する可撓性基板１０に皺が発生することになる。このため、可変ロール１の曲率半径の増大量及び減少量には、制限を設ける必要がある。例えば、各分割構造部２ａ，２ｂの配設位置に対応するロール外径の差は５〜２０ｍｍ程度が好ましい。
また、可変ロール１の表面材質は、フッ素系ゴムなど摩擦係数が小さく、かつ弾性有する材質が好ましい。その理由として、可変ロール１の外径が一部変化することから、無変化部との差による可撓性基板１０への傷を防止し、ロール内部からの流体圧による押し出し機構部（分割構造部２ａ，２ｂ）との鋭角な接触を避けるためには、弾性有する材質を可変ロール１の外周部に使用することが良いからである。さらに、可変ロール１の外周を覆う材料の表面は、凹凸を有する形状に形成され、皺の発生を防ぐような処理が施されているのが好ましい。
【００２８】
また、本実施形態の基板搬送位置制御装置は、図３に示すように、可撓性基板１０の幅方向端部の位置を検出する変位センサ８を備えている。この変位センサ８は、可撓性基板１０の搬送位置制御を必要とする可変ロール１の設置場所より搬送方向（矢印Ｚ方向）において下流側に設置されている。また、変位センサ８は、コントローラ９と電気的に接続されており、検出した可撓性基板１０の幅方向端部の位置の信号は、コントローラ９に送られるようになっている。コントローラ９は、流体供給装置７と電気的に接続されており、変位センサ８の位置検出信号に基づいて流体供給装置７を作動させ、可変ロール１の分割構造部２ａ，２ｂのいずれか一方の供給管部３に流体を供給したり、あるいは供給管部３の流体を排出したりするように構成されている。
【００２９】
本発明の実施の形態に係る基板搬送位置制御装置を用いて、可撓性基板１０の位置ズレや蛇行位置を調整するには、まず、変位センサ８により搬送中の可撓性基板１０の幅方向端部の位置を検出する。この検出結果に基づいて、コントローラ９が流体供給装置７を作動させ、移動させたい方向と反対側の端部に位置する可変ロール１の分割構造部２ａ，２ｂの供給管部３に流体供給装置７から流体を開口端部１ａより供給し、可撓性基板１０の全幅のうち０．１０〜０．４０倍の範囲で可変ロール１の外径（曲率半径）を変化させると、所望の方向へ可撓性基板１０の位置を移動させることが可能となる。
したがって、本発明の実施の形態に係る基板搬送位置制御装置によれば、可撓性基板１０に掛かる張力に可撓性基板１０の幅方向で分布を生じさせることが可能となり、可撓性基板１０の位置ズレや蛇行に応じて可撓性基板１０の搬送位置を蛇行などの不具合を解消する方向へ迅速に移動させることができる。
【００３０】
なお、可変ロール１を変化させる軸方向の長さが短く（幅が狭く）、より端部または外径を大きくするほど、可撓性基板１０の移動量は大きくなるので、位置調整効果は大きいものとなる。しかし、可変ロール１の軸方向で外径差が大き過ぎると、極度に基板位置が移動するため可撓性基板１０の表面に皺を発生させてしまうことになる。
【実施例】
【００３１】
本発明の実施の形態に係る基板搬送位置制御装置の効果を確認するため、図３に示す搬送ラインを有する成膜装置に本実施形態の基板搬送位置制御装置を配置して実施した。この実施例の成膜装置は、可撓性基板１０の幅方向を水平方向にして搬送する装置である。搬送する可撓性基板１０には、５００ｍｍ幅のポリイミドフィルムを使用した。また、搬送に使用した装置の全ライン長は約７ｍであり、巻き取り部１１にはガイドロール及び巻き取り軸部を使用した。
本実施例では、可撓性基板１０に張力を付与するため、可変ロール１を一対のガイドローラ１２の間であって、搬送ラインから偏位させて設置した。また、可撓性基板１０の搬送位置を検出するため、可変ロール１に対して搬送方向（矢印Ｚ方向）の下流側であって、巻き取り部１１の軸部手前の端部に変位センサ８を設置し、可撓性基板１０の幅方向端部の位置変動を検証した。
【００３２】
また、実施例に使用した可変ロール１の外径（ロール径）は１００ｍｍ、軸方向の長さ（ロール幅）は６５０ｍｍである。可変ロール１の外径の変化については、当該可変ロール１の一方の端部から軸方向で１５０〜２００ｍｍの長さにわたってロール径を変化させるようにするため、可変ロール１の外周部に摩擦係数が１．０以下であるニトリルゴム、ウレタンゴムなどを巻き付けて可変ロール１の曲率半径を部分的に順次変化させた。厚みの調整は、ゴムを巻く回数を変えることで行った。
そして、このように可変ロール１の曲率半径を変化させた状態で、上記した条件の可撓性基板１０を２０ｍ搬送して、そのときのフィルム端面の変位量を５ｍ置きに測定し、評価した。
【００３３】
その結果を図４に示した。可変ロール１の一方の端部の外径を１０ｍｍまで大きくすると、可撓性基板１０は、正常位置より約３ｍｍ程度ロール径を大きくした方の端部と反対側の端部の方向へ移動することが分かった。さらに、可変ロール１の一方の端部の外径を２０ｍｍまで大きくすると、可撓性基板１０の移動量は、さらに大きくなることが分かった。また、可変ロール１の一方の端部の外径を２０ｍｍまで大きくしても、可撓性基板１０の表面に皺が発生せず、ロール径の可変による可撓性基板１０への影響はなかった。しかし、可変ロール１の一方の端部の外径を更に大きくすると、可撓性基板１０の表面に皺が発生するため、軸方向で可変ロール１の外径差には一定の範囲を設ける必要があることが分かった。
【００３４】
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。
【００３５】
例えば、既述の実施の形態では、可変ロール１の分割数を２分割としているが、搬送する可撓性基板１０などに応じて３分割以上とすることもできる。また、既述の実施の形態における可撓性基板１０の搬送方向（矢印Ｚ方向）を逆転して使用することもできる。この場合、巻き取り部１１は巻き出し部とし、変位センサ８は可変ロール１の下流側（既述の実施の形態の巻き取り部１１と反対側）に配置を変更する必要がある。
【符号の説明】
【００３６】
１  曲率半径可変ロール
１ａ  開口端部
２ａ，２ｂ  分割構造部
３  供給管部
４  支持部
５  内側円筒状部
６  外側円筒状部
７  流体供給装置
７ａ  管路
８  変位センサ
９  コントローラ
１０  可撓性基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2011037587.tif 000006
【図５】
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【図６】
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