(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状可撓性基板の表面に複数の薄膜を積層して薄膜積層体を製造する装置であって、前記帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記帯状可撓性基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、前記帯状可撓性基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記帯状可撓性基板の表面に成膜を行う複数の成膜室とを具備する薄膜積層体の製造装置において、
前記複数の成膜室のそれぞれの間に配置され、前記帯状可撓性基板の鉛直方向上側の端部両面を挟む複数対のスパイラルローラを備えたことを特徴とする薄膜積層体の製造装置。
【請求項２】
前記複数の成膜室のうちの中央に位置する２室の成膜室の間において、前記上側の端部を挟む対のスパイラルローラが、連続して２対以上設置されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜積層体の製造装置。
【請求項３】
前記スパイラルローラは、ローラ端部から形成されるスパイラル状の溝または突起の形態を有し、該スパイラル状の溝または突起の搬送方向に直角な線に対する傾斜角度は、１°〜６°の範囲であることを特徴とする請求項１または２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、住宅の屋根、ビルディングの屋上等に設置することにより太陽光を利用して電力を発生する薄膜太陽電池の光電変換ユニットを形成する薄膜積層体等に適用され、成膜室内に、可撓性フィルム基板を走行させて、該成膜室内で可撓性フィルム基板上に薄膜を連続的に形成する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、高剛性の基板が用いられている。しかしながら、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、大量生産によるコスト低減のため、樹脂などの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、特許文献１（特開２００５−７２４０８号公報）には、連続して配列された複数の成膜室に、帯状の可撓性基板を通し、各成膜室で停止した状態の前記基板の表面上に成膜を行い、次いでこの可撓性基板を次の成膜室の位置まで搬送する操作を繰り返し、可撓性基板の上に複数の異なる性質の薄膜を積層するという成膜装置が提供されている。
【特許文献１】特開２００５-７２４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような成膜装置としては、帯状可撓性基板の幅方向を水平方向に保持して、帯状可撓性基板を水平方向に搬送して成膜を行うタイプと、帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に保持して、帯状可撓性基板を水平方向に搬送して成膜を行うタイプなどがある。
後者のタイプは、前者のタイプに比べ、帯状可撓性基板の表面が汚染されにくい等の利点があるが、成膜室の数が多くなると、重力や可撓性基板の伸びにより、可撓性基板の表面に皺が発生したり、可撓性基板が幅方向に蛇行したり、下方へ垂れ下がったりするという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解消するため、多数配列された成膜室のうちの中央に位置する２室の成膜室の問に中間室を配置し、ここで基板の幅方向の全面にわたって基板表面と接触する側端位置制御（ＥＰＣ）ローラを設けることが提案されている。
しかしながら、通常、成膜は比較的に高い温度で行われることから、このようなステンレス製のＥＰＣローラを成膜室の間に配置すると、当該ＥＰＣローラによって可撓性基板が急冷され、皺が発生するなどの問題がある。
【０００６】
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に向けながら、帯状可撓性基板を水平方向に長い距離にわたり搬送しても、帯状可撓性基板の表面に皺が発生したり、帯状可撓性基板が幅方向に蛇行したり、あるいは下方へ垂れ下がったりするのを防止することが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】
【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、帯状可撓性基板の表面に複数の薄膜を積層して薄膜積層体を製造する装置であって、前記帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記帯状可撓性基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、前記帯状可撓性基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記帯状可撓性基板の表面に成膜を行う複数の成膜室とを具備する薄膜積層体の製造装置において、前記複数の成膜室のそれぞれの間に配置され、前記帯状可撓性基板の鉛直方向上側の端部両面を挟む複数対のスパイラルローラを備えている。  
【０００８】
上記発明において、好ましくは次のように構成する。
（１）前記複数の成膜室のうちの中央に位置する２室の成膜室の間において、前記上側の端部を挟む対のスパイラルローラが、連続して２対以上設置されている。
（２）前記スパイラルローラは、ローラ端部から形成されるスパイラル状の溝または突起の形態を有し、該スパイラル状の溝または突起の搬送方向に直角な線に対する傾斜角度は、１°〜６°の範囲である。
【発明の効果】
【０００９】
上述の如く、本発明によれば、帯状可撓性基板の表面に複数の薄膜を積層して薄膜積層体を製造するものであって、前記帯状可撓性基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記帯状可撓性基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、前記帯状可撓性基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記帯状可撓性基板の表面に成膜を行う複数の成膜室とを具備しており、前記複数の成膜室のそれぞれの間に配置され、前記帯状可撓性基板の鉛直方向上側の端部両面を挟む複数対のスパイラルローラを備えているので、帯状可撓性基板が水平方向に搬送される際に、帯状可撓性基板を上方に持ち上げる力が発生し、帯状可撓性基板の鉛直方向における位置を精度高く維持することができる。
これにより、帯状可撓性基板が複数の成膜室の問を長い距離にわたって搬送されても、帯状可撓性基板に皺が発生したり、帯状可撓性基板が幅方向に蛇行したり、帯状可撓性基板が下方へ垂れ下がったりするのを防ぐことができる。
【００１０】
また、本発明に係る簿膜積層体の製造装置は、前記複数の成膜室のうちの中央に位置する２室の成膜室の間において、前記上側の端部を挟む対のスパイラルローラが、連続して２対以上設置され、あるいは、ローラ端部から形成されるスパイラル状の溝または突起の形態を有し、該スパイラル状の溝または突起の搬送方向に直角な線に対する傾斜角度は、１°〜６°の範囲であるので、帯状可撓性基板の皺の発生、帯状可撓性基板の幅方向への蛇行、帯状可撓性基板の下方への垂れ下がりの防止効果をより一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の薄膜積層体の製造装置について、図面を参照して、その実施形態に基づき更に詳細に説明する。
なお、ここでは、薄膜積層体の具体的な構成について特に言及しないが、本発明は、例えば、太陽電池用の光電変換素子や、有機ＥＬ等の半導体薄膜などの薄膜積層体の製造に適用することができる。
【００１２】
図１は、本発明に係る薄膜積層体の製造装置の実施の形態を模式的に示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線から見た正面図である。なお、図面はデフォルメされており、実物を縮尺通りに描いたものではない。
【００１３】
図１及び図２に示すように、本実施形態の薄膜積層体（例えば薄膜光電変換素子）の製造装置は、帯状可撓性基板１を送り出す巻出部１０と、帯状可撓性基板１の蛇行を制御する蛇行制御部２０と、帯状可撓性基板１の搬送方向を規定するガイド部３０と、帯状可撓性基板１上に複数の薄膜を積層する成膜部４０と、帯状可撓性基板1の搬送を制御する搬送部６０と、薄膜積層体が形成された帯状可撓性基板１を巻き取る巻取部７０とから主に構成されている。なお、帯状可撓性基板１は、その幅方向が鉛直方向を向きながら、水平方向へと搬送されるようになっている。
【００１４】
巻出部１０には、帯状可撓性基板１がロール状に巻かれた原反から、当該帯状可撓性基板１を送り出す巻出コア１１と、該巻出コア１１から送り出された帯状可撓性基板１の張力を制御するテンションローラ１２，１３が設けられている。これら巻出ローラ１１及びテンションローラ１２，１３は、軸方向が鉛直方向になるようにそれぞれ設置され、テンションローラ１２，１３は巻出コア１１の下流側に配置されている。
なお、以下に説明する各ローラも、特に言及しない限り、軸方向が鉛直方向になるように設置されている。
【００１５】
前記蛇行制御部２０には、巻出部１０からの帯状可撓性基板１が鉛直方向、すなわち幅方向に蛇行するのを防ぐために、３本の側端位置制御（ＥＰＣ）ローラ２１〜２３が設けられている。これらＥＰＣローラ２１〜２３は、帯状可撓性基板１の幅よりも広いローラ面を有している。
【００１６】
ガイド部３０には、蛇行制御部２０から帯状可撓性基板１を受け取り、帯状可撓性基板１の進行方向を９０°変えて成膜部４０へと送るガイドローラ３１，３２が設けられている。下流側のガイドローラ３２には、帯状可撓性基板１の側端位置を検出するＥＰＣ蛇行センサ(図示省略)が設けられている。なお、ＥＰＣ蛇行センサは、必要により、帯状可撓性基板１の搬送経路に適宜設けることができる。
【００１７】
成膜部４０には、帯状可撓性基板１の表面上に順次、薄膜を積層するために、複数の成膜室４２ａ〜４２ｍが、一直線上に配列されている。また、これら成膜室４２ａ〜４２ｍの基板入口の手前側には、それぞれ、帯状可撓性基板１を挟む一対のスパイラルローラ４４ａ〜４４ｍが設けられている。
スパイラルローラ４４ａ〜４４ｍ は、図２に示すように、帯状可撓性基板１の鉛直方向上側の端部と、下側の端部の両方に配置されている。また、スパイラルローラ４４ａ〜４４ｍは、詳しくは後述するが、図２に示すように、水平方向に対して基本的には水平設置であるか、傾斜させて設置されている。
【００１８】
図１及び図２中には、１３室の成膜室４２ａ〜４２ｍが示されているが、これら複数の成膜室のほぼ中央の位置、すなわち第７成膜室４２ｇと第８成膜室４２ｈとの間には、連続して複数対のスパイラルローラ５２ａ，５２ｂが設けられている。このように中央の位置に連続して複数対のスパイラルローラ５２ａ，５２ｂを設けることで、フィルム基板の質量支持と搬送精度調整を行うことが可能となる。
また、最後の成膜室、すなわち第１３成膜室４２ｍの基板出口の外側にも、連続して複数対のスパイラルローラ５２ｃ，５２ｄが設けられている。このように最後の成膜室４２ｍの後に連続して複数対のスパイラルローラ５２ｃ，５２ｄを設けることで、フィルム基板の質量支持と搬送精度調整を行うことが可能となる。
【００１９】
搬送部６０には、成膜室４０からの帯状可撓性基板１の進行方向を９０°変えるフードローラ６１と、帯状可撓性基板１を搬送方向に送る巻取ロール６２，６３が設けられ、巻取ロール６２，６３はフードローラ６１の下流側に配置されている。
また、巻取部７０には、帯状可撓性基板１の張力を制御するテンションローラ７１，７２と、薄膜積層体が形成された帯状可撓性基板１をロール状に巻き取る巻取コア７１が設けられ、テンションローラ７１，７２は巻取コア７１の上流側に配置されている。
【００２０】
次に、成膜室４２の構造についてより詳細に説明する。
帯状可撓性基板１の表面上に複数の異なる性質の薄膜を積層することから、各成膜室の構造は、形成する薄膜の種類によって異なるが、ここでは、プラズマＣＶＤによってアモルファスシリコン層を成膜する成膜室について説明する。その他の種類の薄膜を形成する場合であっても、成膜室内を気密状態にするのであれば、同様の構造を採用することができる。
【００２１】
図３（Ａ）は、図１に示した成膜室４２を模式的に拡大した断面平面図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）のＢ−Ｂ線から見た正面図である。
図３（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、帯状可撓性基板１の両面側には、それぞれ断面コ字形状の成膜室４２の壁８０ａ，８０ｂが対向して配置されている。これら壁８０ａ，８０ｂ  は、成膜する際に、壁の先端部が帯状可撓性基板１の表面に密着するまで可動する構成となっている。なお、壁８０（８０ａ，８０ｂ） の先端部には、成膜室４２内を気密状態にするためのシール材(図示省略〉が取り付けられている。
【００２２】
成膜室４２の内部空間には、帯状可撓性基板１を間に挟んで対向するように、高電圧電極８１と、基板ヒータを備えた接地電極８２とが設置されている。成膜室４２を構成する壁８０ｂには、成膜室４２内を排気して真空雰囲気にする排気管８３が設けられている。
また、成膜室４２の壁８０には、高電圧電極８１と接地電極８２との間で生ずるプラズマによって分解して薄膜を形成するためのシラン等の反応ガスを導入する導入管(図示省略)が設けられている。
【００２３】
高電圧電極８１と接地電極８２の幅方向の長さは、図３（Ｂ）に示すように、帯状可撓性基板１の両端に薄膜を形成しない余白９０ができるように、帯状可撓性基板１の幅よりも短くなっている。そして、この余白９０の部分で帯状可撓性基板１を挟むように、帯状可撓性基板１の上側と下側にそれぞれ一対のスパイラルローラ４４Ｂ，４４Ｂ１が配置されている。このように薄膜を形成しない余白９０の部分の上下をスパイラルローラ４４Ｂ，４４Ｂ１で挟むことで、帯状可撓性基板１の薄膜が形成される部分に皺が生じたり、形成した薄膜が損傷したりするのを防ぐことが可能となる。
【００２４】
また、上側のスパイラルローラ４４Ｂは、該ローラの回転方向が、帯状可撓性基板１の搬送方向(すなわち水平方向)に対して基本的に水平設置されているが、傾斜配置されても良い。
図５に示すように、上側のスパイラルローラ４４Ｂの回転方向と、帯状可撓性基板1の搬送方向との間にスパイラルローラ４４Ｂの端面を基準に、ローラ端部から形成されるスパイラル状の溝４４ｘあるいは突起を有することで、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、帯状可撓性基板１を上方に持ち上げる力が発生し、帯状可撓性基板１の鉛直方向における位置を精度高く維持することができるようになっている。
【００２５】
スパイラルローラ４４Ｂに刻設された溝４４ｘの傾斜角度θｓｐは、０．１°〜６°の範囲にあるのが好ましい。スパイラルローラ溝４４ｘの傾斜角度θｓｐが大きい程、帯状可撓性基板１を持ち上げる力は高くなるが、溝４４ｘの傾斜角度θｓｐが６°を超えるかまたはローラ自身の静止摩擦力を超えると、帯状可撓性基板１を持ち上げる力はほとんど向上しなくなる。
【００２６】
下側のスパイラルローラ４４Ｂ１は、該ローラの回転方向が、帯状可撓性基板１の搬送方向(すなわち水平方向)に対して基本的に水平設置されているが、傾斜配置されても良い。
スパイラルローラ４４Ｂ１の端面を基準に、ローラ端部から形成されるスパイラル状の溝４４ｘあるいは突起を有することで、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、帯状可撓性基板１を下方に引く力が発生し、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、帯状可撓性基板１の表面に皺が発生するのを防ぐことが可能となっている。θｓｐは、０．１°〜６°の範囲にあるのが好ましい。
【００２７】
次に、スパイラルローラ４４Ｂとその付属装置の構成について説明する。
図４は、上側のスパイラルローラ４４Ｂとその付属装置の一例を模式的に示す斜視図である。図５は、図４のスパイラルローラの正面図である。
図４及び図５に示すように、１対のスパイラルローラ４４Ｂは、ローラ固定用軸９１の下端にそれぞれ回転可能に設けられている。一方のローラ固定用軸９１の上端は、ローラ固定部９２の下面に固定されており、他方のローラ固定用軸９１の上端は、ローラ可動部９３の下面に固定されている。
【００２８】
ローラ固定部９２の上面には、回動支持部９４が設けられ、ローラ可動部９３の上面には、開口を下向きに配置したコ字形のハンドル部９５の一端が設けられている。ハンドル部９５の他端は、回動支持部９４とヒンジ９６を支点に回動可能に支持されている。
そして、ヒンジ９６を支点にローラ可動部９３を回動させることで、１対のスパイラルローラ４４Ｂ間で帯状可撓性基板１を挟んだり、スパイラルローラ４４Ｂ間の距離を離したりできるように構成されている。回動支持部９４とハンドル部９５の他端側とは、引張りバネ９６ｂで連結されており、１対のスパイラルローラ４４Ｂ間で帯状可撓性基板１を挟んだ状態のときに、引張りバネ９６ｂの長さが一番短くなるよう構成されている。
【００２９】
帯状可撓性基板１に対するスパイラルローラ４４Ｂの加圧力は、引張りバネ９６ｂの強さにより調整可能である。スパイラルローラ４４Ｂの加圧力は、１〜４０Ｎが好ましい。また、スパイラルローラ４４Ｂの加圧力を１〜４Ｎと低くすると、スパイラルローラ４４Ｂのスパイラルスパイラルローラ角度θｓｐが例えば４０以上と大きい場合でも、帯状可撓性基板１を持ち上げる力を低くすることができる。
一方、スパイラルローラ４４Ｂの加圧力を２０〜４０Ｎと高くすると、スパイラルローラ４４Ｂのスパイラルローラスパイラルローラ角度θｓｐが例えば２°以下と小さい場合でも、帯状可撓性基板１を持ち上げる力を高くすることができる。
【００３０】
ハンドル部９５の一端側には、レバー９８の一端がヒンジ９７を支点に回動可能に取り付けられている。ヒンジ９７の回動軸は、ヒンジ９６の回動軸に対して垂直に配置されている。ローラ固定部９２は、固定用板９０の表面に固定されており、この固定用板９０の表面には、バー９９がハンドル部９５へ突出して設けられている。
このバー９９は、ヒンジ９６を支点にしてハンドル部９５を回動させた時のレバー９８の他端の軌道に位置している。すなわち、バー９９は、レバー９８の他端と接触して、ハンドル部９５の回動を妨げる位置にある。また、ヒンジ９７を支点にしてレバー９８を回動させ、レバー９８の他端をバー９９から逃がした場合には、ハンドル部９５が自由に回動できるように構成されている。
なお、スパイラルローラ４４Ｂは、図５に示すように、該ローラの回転方向が、帯状可撓性基板１の搬送方向に対して水平設置されている。
【００３１】
以上は、上側のスパイラルローラ４４Ｂとその付属装置の構成について税明してきたが、下側のスパイラルローラ４４Ｂ１とその付属装置も、上下が逆になるが、同様の構成にすることができる。また、連続して複数対設けたスパイラルローラも、同様の構成にすることができる。
スパイラルローラ４４Ｂ，４４Ｂ１は、帯状可撓性基板１との接触面がシリコンゴムやフッ素等の耐熱性ゴム、ＰＴＦＥ、ポリイミド等の合成樹脂で作られていることが好ましい。また、ステンレス鋼や鉄にクロムめっきを施した素材であっても所定の性能が得られる。
【００３２】
さらに、本実施形態の製造装置には、帯状可撓性基板１の搬送及び停止、並びに各成膜室４２の壁８０ａ，８０ｂの移動を制御する制御手段(図示省略)が設けられている。この制御手段は、必要により、帯状可撓性基板１の蛇行の程度に応じてスパイラルローラ４４Ｂ，４４Ｂ１、スパイラルローラ角度θｓｐを変化させる制御を行うことが可能である。
【００３３】
以上の構成の製造装置において、先ず、巻取コア７１を回転させて、第１から第１３成膜室４２ａ〜４２ｍ内を通る帯状可撓性基板１を、巻出コア１１から巻取コア７１への方向に水平に搬送する。成膜を行う際は、巻取コア７１の回転を止めて帯状可撓性基板１を停止した状態にし、次いで、各成膜室４２ａ〜４２ｍの壁８０ａ，８０ｂを帯状可撓性基板１と密着するまで移動させて、該成膜室内を気密状態にする。そして、各成膜室内で帯状可撓性基板１の表面に薄膜を形成する。
【００３４】
成膜後、成膜室の壁８０ａ，８０ｂを元の位置に戻し、気密状態を解除する。再び、巻取コア７１を回転させて、帯状可撓性基板１を隣の成膜室の位置まで搬送する。そして、停止した状態の帯状可撓性基板１に対し、再び各成膜室内を気密状態にして成膜を行う。
このように帯状可撓性基板１の搬送と成膜を繰り返し行うことで、帯状可撓性基板１の表面に薄膜積層体を製造することが可能となる。
【００３５】
このように、帯状可撓性基板１は、第１成膜室４２ａから第１３成膜室４２ｍまでの長い距離を移動するが、帯状可撓性基板１を、この区間の両端に位置するガイド部３０のガイドローラ３２と搬送部６０のフィードローラ６１とでしか支えない場合は、重力や帯状可撓性基板１の伸びにより下方に垂れ下がったり、帯状可撓性基板１の幅方向に蛇行したりするという問題が生じる。
しかし、本実施形態の製造装置によれば、第１から第１３成膜室４２ａ〜４２ｍの各基板入口の手前側に設けたスパイラルローラ４４ａ〜４４ｍで、帯状可撓性基板１の上側端部を挟んでいることから、帯状可撓性基板１が下方に垂れ下がるのを防ぐことができ、また、帯状可撓性基板１が第１成膜室４２ａから第１３成膜室４２ｍまでの長い距離を移動しても、蛇行や皺の発生を防ぐことができる。
【００３６】
なお、帯状可撓性基板１の搬送と停止を繰り返すステッピングロール方式の成膜装置について説明してきたが、本発明は、帯状可撓性基板１の幅方向を鉛直方向に向けながら、帯状可撓性基板１を水平方向に長距離にわたって搬送する装置であれば、ステッピングロール方式に限らず、広く適用することができる。
【００３７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る薄膜積層体の製造装置を模式的に示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線から見た正面図である。
【図３】（Ａ）は、図1に示した成膜室を模式的に拡大した断面平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線から見た正面図である。
【図４】スパイラルローラとその付属装置の一例を模式的に示す斜視図である。
【図５】図４のスパイラルローラを示す正面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  帯状可撓性基板
１０  巻出部
１１  巻出コア
２０  駆動部
３０  ガイド部
４０  成膜部
４２  成膜室
４４，４４Ｂ，４４Ｂ１  スパイラルローラ
４４ｘ  スパイラル状の溝または突起
６０  搬送部
７０  巻取部
８１  高電圧電極
８２  接地電極
９１  ローラ固定用軸
９２  ローラ固定部
９３  ローラ可動部
９４  回転支持部
９５  ハンドル部
９６，９７  ヒンジ
９８  レバー
９９  バー
【図１】
0004958010.tif 000002
【図２】
0004958010.tif 000003
【図３】
0004958010.tif 000004
【図４】
0004958010.tif 000005
【図５】
0004958010.tif 000006