(57)【要約】【課題】成膜最適温度にフィルム基板を予備加熱して、成膜室での薄膜形成を安定して行うことができる薄膜形成装置を提供する。【解決手段】フィルム基板１０の巻出し及び／又は巻取りを行う少なくとも一対のロール１１，２１と、該少なくとも一対のロール１１，２１の間に配設された薄膜形成用の成膜室３と、一対のロールのうち巻出し側となる少なくとも一方のロール１１と成膜室３との間に配置された少なくとも一つのアイドラローラ１３と、該アイドラローラ１３と成膜室３との間に配置された加熱ローラ１４とを備え、フィルム基板１０が加熱ローラ１４に接触して昇温された後、成膜室３に導入されるように構成された薄膜形成装置において、アイドラローラ１３の位置を変更して加熱ローラ１４に対する抱き角αを変更する抱き角調整装置１５，１６を設けた薄膜形成装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルム基板の巻出し及び／又は巻取りを行う少なくとも一対のロールと、該少なくとも一対のロールの間に配設された薄膜形成用の成膜室と、前記一対のロールのうち巻出し側となる少なくとも一方のロールと前記成膜室との間に配置された少なくとも一つのアイドラローラと、該アイドラローラと前記成膜室との間に配置された加熱ローラとを備え、前記フィルム基板が前記加熱ローラに接触して昇温された後、前記成膜室に導入されるように構成された薄膜形成装置において、前記アイドラローラの位置を変更して前記加熱ローラに対する前記フィルム基板の抱き角を変更する抱き角調整装置を設けたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】
一対のロールのうち巻取り側となるロールと前記成膜室との間にも、前記アイドラローラ、前記加熱ローラ及び前記抱き角調整装置が配設されている、請求項１に記載の薄膜形成装置。
【請求項３】
前記少なくとも一対のロールは、前記フィルム基板を往復移動させる巻出し／巻取り兼用ロールであり、
前記アイドラローラ、前記加熱ローラ及び前記抱き角調整装置は、前記各巻出し／巻取り兼用ロールと前記成膜室との間に配設されている請求項１又は２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】
前記抱き角調整装置は、前記アイドラローラと前記加熱ローラとを連結し、前記加熱ローラの回転軸を中心に回動するリンクと、該リンクの回動角を変更する駆動手段とで構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【請求項５】
前記フィルム基板の移動速度が速いときには前記抱き角を大きくし、前記フィルム基板の移動速度が遅いときには前記抱き角を小さくするように、前記抱き角調整装置を制御する制御手段が設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば薄膜太陽電池のような各種電子機器の製造に際して、基板上に薄膜を成膜するために用いられる薄膜形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば薄膜太陽電池等に用いる薄膜形成方法の一つとして、ロール状に巻取られたフィルム基板を引出して各成膜室に順次送り、フィルム基板上に成膜室固有の薄膜を成膜、積層するロール・ツー・ロール方式が知られている。
【０００３】
このような方式に用いる薄膜形成装置は、巻出しロールを収納した巻出し室と、巻取りロールを収納した巻取り室と、成膜室とで主に構成される。また、フィルム基板上に複数の薄膜を積層する場合においては、それぞれに対応する成膜室が必要となる。そこで、下記特許文献１などに記載されるように、フィルム基板を巻き出しロール及び巻き取りロール間で往復搬送させ、往路及び復路のそれぞれにおいて、フィルム基板表面に薄膜を形成することが行われている。
【０００４】
また、成膜室での成膜温度はおよそ２００℃以上の高温で行われるので、成膜室に導入する前に、フィルム基板を予備加熱している。フィルム基板の予備加熱方法の一つとして、特許文献２に記載されるように、成膜室の入口側に加熱ローラを配置し、加熱ローラにてフィルム基板を搬送しながら予備加熱する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８３３８０号公報
【特許文献２】特開２００５−１２３４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、加熱ローラを用いてフィルム基板を予備加熱する場合、以下の問題があった。すなわち、例えば薄い膜厚を成膜するときのように高速搬送を要するプロセスでは、加熱ローラとフィルム基板との接触時間が少なくなるので、フィルム基板が十分昇温しないまま成膜室に導入されるおそれがあった。また、例えば厚い膜厚を成膜するときのように低速搬送を要するプロセスでは、加熱ローラとフィルム基板との接触時間が長くなるので、フィルム基板が過熱されるおそれがあった。そして、フィルム基板が過熱されると、ポリイミド等の可とう性樹脂フィルム基板を用いた場合においては、加熱皺が発生することがあった。
【０００７】
よって、本発明の目的は、フィルム基板を適切な温度に予備加熱して、成膜室での薄膜形成を安定して行うことができる薄膜形成装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の薄膜形成装置は、フィルム基板の巻出し及び／又は巻取りを行う少なくとも一対のロールと、該少なくとも一対のロールの間に配設された薄膜形成用の成膜室と、前記一対のロールのうち巻出し側となる少なくとも一方のロールと前記成膜室との間に配置された少なくとも一つのアイドラローラと、該アイドラローラと前記成膜室との間に配置された加熱ローラとを備え、前記フィルム基板が前記加熱ローラに接触して昇温された後、前記成膜室に導入されるように構成された薄膜形成装置において、前記アイドラローラの位置を変更して前記加熱ローラに対する抱き角を変更する抱き角調整装置を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の薄膜形成装置によれば、アイドラローラの位置を変更して加熱ローラに対する抱き角を変更する抱き角調整装置を設けたことにより、フィルム基板の移動速度や成膜条件に応じてフィルム基板と加熱ローラとの接触時間を調整して、フィルム基板を成膜最適温度まで昇温でき、成膜室での薄膜形成を安定して行うことができる。また、フィルム基板の過熱を抑制できるので、可とう性樹脂フィルム基板を用いた場合であっても、加熱皺の発生を防止できる。
【００１０】
本発明の薄膜形成装置は、一対のロールのうち巻取り側となる少なくとも一方のロールと前記成膜室との間にも、前記アイドラローラ、前記加熱ローラ及び前記抱き角調整装置が配置されていることが好ましい。成膜室から搬出された基板は、比較的高温なので、急激に常温まで降温するとフィルム基板に皺等が発生することがあるが、巻取り側となるロールと成膜室との間に加熱ローラを設けることにより、成膜直後の高温のフィルム基板を緩やかに冷却でき、皺の発生を防止できる。
【００１１】
本発明の薄膜形成装置の前記少なくとも一対のロールは、前記フィルム基板を往復移動させる巻出し／巻取り兼用ロールであり、前記アイドラローラ、前記加熱ローラ及び前記抱き角調整装置は、前記各巻出し／巻取り兼用ロールと前記成膜室との間に配設されていることが好ましい。この態様によれば、フィルム基板を、各巻出し／巻取り兼用ロールと成膜室との間を往復して成膜できるので、装置全体を大型化することなく複数の薄膜を形成できる。
【００１２】
本発明の薄膜形成装置の前記抱き角調整装置は、前記アイドラローラと前記加熱ローラとを連結し、前記加熱ローラの回転軸を中心に回動するリンクと、該リンクの回動角を変更する駆動手段とで構成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の薄膜形成装置は、前記フィルム基板の移動速度が速いときには前記抱き角を大きくし、前記フィルム基板の移動速度が遅いときには前記抱き角を小さくするように、前記抱き角調整装置を制御する制御手段が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の薄膜形成装置によれば、フィルム基板の移動速度や成膜条件に応じて基板と加熱ローラとの接触時間を調整してフィルム基板を昇温でき、成膜室での薄膜形成を安定して行うことができる。また、フィルム基板の過熱を抑制できるので、可とう性樹脂フィルム基板を用いた場合であっても、加熱皺の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の薄膜形成装置の概略構成図である。
【図２】同薄膜形成装置の要部拡大図である。
【図３】図２の斜視図である。
【図４】加熱ローラに対する基板の抱き角を大きくした状態図である。
【図５】同抱き角を中程度にした状態図である。
【図６】同抱き角を小さくした状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の薄膜形成装置について、以下図面を用いて説明する。
【００１７】
図１に示すように、この薄膜形成装置は、フィルム基板１０が巻かれた巻出しロール１１が収容される巻出し室１と、フィルム基板１０を巻取る巻取りロール２１が収容される巻取り室２と、これら巻出し室１と巻取り室２との間でフィルム基板１０の搬送方向に沿って配置される複数個（本実施形態では２個）の成膜室３とで主に構成される。
【００１８】
巻出し室１には、フィルム基板１０を巻取った巻出しロール１１と、フィルム基板１０をガイドしつつフィルム基板１０にかかる張力を均一にするためのガイドローラ１２と、アイドラローラ１３と、加熱ローラ１４とが配置されている。
【００１９】
図２〜６を併せて参照すると、加熱ローラ１４の回転軸には、リンク１５の一端が化移動可能に取付けられ、リンク１５の他端に前記アイドラローラ１３が装着されて、アイドラローラ１３はリンク１５を介して移動可能に取り付けられている。そして、リンク１５には駆動シリンダ１６のロッド１７が連結しており、駆動シリンダ１６を動かすことによりリンク１５が加熱ローラ１４の回転軸を中心に回動してアイドラローラ１３の位置が変更されるようになっている。これにより、図４〜６に示すように加熱ローラ１４へのフィルム基板１０の進入角度が変更され、加熱ローラに対するフィルム基板の抱き角αが変更される。なお、本発明において、抱き角とは、フィルム基板１０が加熱ローラに接し始めた点Ａと、加熱ローラの中心Ｏと、フィルム基板１０が加熱ローラから離れる直前の点Ｂとでなす角である。
【００２０】
この実施形態では、アイドラローラ１３と加熱ローラ１４とを連結するリンク１５、駆動シリンダ１６が、本発明における「抱き角調整装置」をなしている。
【００２１】
成膜室３は、室内に搬送されたフィルム基板上に、半導体薄膜（例えば、アモルファスシリコン膜、微結晶シリコン膜など）等の薄膜を成膜するものである。
【００２２】
この実施形態では、図１に示すように、２つの平行平板電極であるカソード電極３２とアノード電極３１とが互いに間隔を置いて対向して設置されている。アノード電極３１は、フィルム基板１０を加熱するための加熱機構（図示しない）を有し、カソード電極３２には、コンデンサを介して高周波電源（図示しない）が接続されている。そして、原料ガス（例えば、シラン及び水素などのＳｉ化合物ガス）が、マスフローコントローラ（図示しない）によって流量が制御されて成膜室３内部に供給され、反応後のガスは、図示しない反応ガス排出口を通して室外に排気される。
【００２３】
巻取り室２には、加熱ローラ２４、アイドラローラ２３、フィルム基板１０にかかる張力を均一にするためのガイドローラ２２、フィルム基板１０を巻取る巻取りロール２１が配置されている。
【００２４】
加熱ローラ２４の回転軸には、リンク２５の一端が回動可能に取付けられ、リンク２５の他端にアイドラローラ２３が装着されて、アイドラローラ２３はリンク２５を介して移動可能に取り付けられている。そして、リンク２５には駆動シリンダ２６のロッド２７が連結しており、駆動シリンダ２６を動かすことによりリンク２５が加熱ローラ２４の回転軸を中心に回動してアイドラローラ２３の位置が変更されるようになっている。これにより、加熱ローラに対するフィルム基板の抱き角α’が変更される。
【００２５】
次に、本発明の薄膜形成装置の動作について説明する。
【００２６】
まず、巻出しロール１１及び巻取りロール２１を順方向に回転駆動して、巻出しロール１１に巻取られたフィルム基板１０を引出す。巻出しロール１１から引き出されたフィルム基板１０は、ガイドローラ１２、アイドラローラ１３を経由し、加熱ローラ１４で加熱されて成膜室３に搬入される。成膜室３に搬入されたフィルム基板１０は、成膜室内を移動しながら薄膜が成膜される。そして、成膜室３から搬出されたフィルム基板１０は、加熱ローラ２４にて除熱されて緩やかに降温し、アイドラローラ２３、ガイドローラ２２を経由して巻取りロール２１に巻取られる。
【００２７】
また、この実施形態の薄膜形成装置では、巻出しロール１１及び巻取りロール２１を、順方向及び逆方向に交互に回転駆動して、巻出しロール１１と巻取りロール２１との間でフィルム基板１０を往復させて、フィルム基板１０表面に薄膜を積層して形成することができる。上記のようにフィルム基板１０を往復移動させる場合、巻出しロール１１及び巻取りロール２１は、巻出し／巻取り兼用ロールとして機能することになる。
【００２８】
すなわち、巻取りロール２１にフィルム基板１０を所定長さ巻取った後、巻出しロール１１及び巻取りロール２１を逆方向に回転駆動して、巻取りロール２１に巻取られたフィルム基板１０を引出す。巻取りロール２１から引き出されたフィルム基板１０は、ガイドローラ２２、アイドラローラ２３を経由し、加熱ローラ２４で加熱されて成膜室３に搬入される。成膜室３に搬入されたフィルム基板１０は、成膜室内を移動しながら薄膜が成膜される。そして、成膜室３から搬出されたフィルム基板１０は、加熱ローラ１４にて除熱されて緩やかに降温し、アイドラローラ１３、ガイドローラ１２を経由して巻出しロール１１に巻取られる。
【００２９】
このようにして、巻出しロール１１及び巻取りロール２１を、順方向及び逆方向に交互に回転駆動して、巻出しロール１１と巻取りロール２１との間でフィルム基板１０を往復させることにより、フィルム基板１０表面に多層の薄膜を形成することができる。
【００３０】
ところで、ロール・ツー・ロール方式でフィルム基板上に薄膜を形成する場合、フィルム基板の移動速度は、形成する薄膜の膜厚、成膜速度、成膜室の長さ等の要素により決まる。
【００３１】
このため、上述したように、成膜室にて膜厚を薄く成膜する場合においては、フィルム基板の移動速度を速める必要があるが、加熱ローラに対するフィルム基板の抱き角αが一定であると、フィルム基板が成膜最適温度まで昇温されないまま成膜室に搬入されることがあり、成膜初期段階の成膜が安定しないことがあった。また、膜厚を厚く成膜する場合においては、フィルム基板の移動速度を遅くする必要があるので、フィルム基板が過熱され、成膜初期段階の成膜が安定しないことがあった。また、フィルム基板としてポリイミドフィルム等の可とう性樹脂基板を用いた場合には、フィルム基板が過熱されると加熱皺が発生する恐れがあった。
【００３２】
この成膜形成装置では、アイドラローラ１３がリンク１５を介して取り付けられているので、駆動シリンダ１６を動かしてリンク１５を加熱ローラ１４の回転軸を中心に回動させることにより、アイドラローラ１３の位置が変更し、加熱ローラに対するフィルム基板の抱き角αを変化させることができる。フィルム基板１０の移動速度が速いときは、抱き角αを大きくするようにリンク１５を回動してアイドラローラ１３の位置を調整することで、フィルム基板１０と加熱ローラ１４との接触距離が長くなり、フィルム基板の加熱を十分に行えるようになる。また、フィルム基板１０の移動速度が遅いときには、抱き角αを小さくするようにリンク１５を回動してアイドラローラ１３の位置を調整することで、フィルム基板１０と加熱ローラ１４との接触距離が短くなり、フィルム基板１０が過熱されにくくなる。このように、フィルム基板１０の移動速度に応じて抱き角αを調整することで、フィルム基板１０と加熱ローラ１４との接触時間を調整でき、フィルム基板１０を過熱し過ぎることなく、成膜最適温度に加熱して成膜室３に搬送できる。図４〜６に、図４、図５、図６の順にフィルム基板１０の移動速度を速めた場合の、加熱ローラ１４に対するフィルム基板１０の抱き角αを変化させた状態図（抱き角α３＞抱き角α２＞抱き角α１）を示す。
【００３３】
また、抱き角と加熱ローラ１４の温度の両方を制御してもよい。例えば、抱き角αが大きくなるに伴い、加熱ローラ１４の温度を低くすることで、フィルム基板１０の過熱をより確実に防止できる。また、抱き角αが小さくなるに伴い、加熱ローラ１４の温度を高くすることで、フィルム基板を成膜最適温度まで昇温し易くできる。
【００３４】
また、この成膜形成装置は、成膜室の下流側（巻取りロール２１側）にも、加熱ローラ２４と、リンク２５を介して移動可能とされたアイドラローラ２３とが配置されているので、駆動シリンダ２６を動かすことによりリンク２５が加熱ローラ２４の回転軸を中心に回動してアイドラローラ２３の位置が変更し、加熱ローラに対するフィルム基板の抱き角α’を変化させることができる。このため、成膜室での成膜温度が高い場合や、フィルム基板１０の移動速度が速い場合には、抱き角α’を大きくし、成膜室での成膜温度が低い場合や、フィルム基板１０の移動速度が遅い場合には、抱き角α’を小さくすることで、フィルム基板を緩やかに降温させて、皺の発生をより確実に防止できる。
【００３５】
なお、この実施形態では、往路（巻出しロール１１及び巻取りロール２１を順方向に回転駆動させたとき）、復路（巻出しロール１１及び巻取りロール２１を逆方向に回転駆動させたとき）のいずれにおいても、それぞれの成膜室で成膜を行ったが、成膜室での成膜は、往路又は復路のいずれか一方のみで行ってもよい。例えば、各成膜室にて、異なる薄膜を成膜した場合、往路と復路とでは、各成膜室で異なる薄膜を成膜する必要が生じる場合がある。このように、一つに成膜室で異なる薄膜を成膜することとなると、その都度成膜室を洗浄する必要が生じ、生産性が損なわれるので、各成膜室で異なる薄膜を成膜する場合は、往路又は復路のいずれか一方向のみで半導体薄膜の成膜を行うことが好ましい。
【００３６】
また、この実施形態では、アイドラローラ１３（２３）は、リンク１５（２５）を加熱ローラの回転軸を中心に回動可能に配置されているが、アイドラローラの移動手段は特に限定はない。アイドラローラ２３の位置を変更できるように構成されていればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１：巻出し室
２：巻取り室
３：成膜室
１０：フィルム基板
１１巻出しロール
１２、２２：ガイドローラ
１３、２３：アイドラローラ
１４、２４：加熱ローラ
１５、２５：リンク
１６、２６：駆動シリンダ
１７、２７：ロッド
２１：巻取りロール
３１：アノード電極
３２：カソード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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