JP4314932B2 - 薄膜製造装置および薄膜製造方法 - Google Patents

Description

本発明は薄膜製造装置に関し、特に薄膜光電変換素子のような可撓性基板上に複数の薄膜の層を有する薄膜素子を製造するための薄膜製造装置および薄膜製造方法に関する。

薄膜光電変換素子の製造において、例えばアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を主原料とする光電変換層を、長尺の高分子材料あるいはステンレス鋼などの金属からなる可撓性基板上に形成することは生産性の点で優れている。このような光電変換層をはじめとして薄膜光電変換素子には複数の層が形成される。長尺の可撓性基板上に複数層を形成するための薄膜製造装置には、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していく方式であり、ステッピングロール方式は、成膜室内で可撓性基板を一旦停止させて成膜した後、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と送り出す方式である。

成膜にはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が広く用いられており、プラズマＣＶＤ法を用いたステッピングロール方式の場合、成膜室開放−基板の１フレーム移動−成膜室封止−原料ガス導入−圧力制御−放電開始−放電終了−原料ガス停止−ガス引き−成膜室開放、の一連の操作が繰り返される。ステッピングロール方式の成膜は、ロールツーロール方式の成膜に比べ、隣接する成膜室とのガス相互拡散がない、装置がコンパクトになる、といった点で優れている。

図１０はステッピングロール方式の成膜室開放時の断面図、図１１はステッピングロール方式の成膜室封止時の断面図である。
図１０に示すように、成膜室１００は、断続的に搬送されてくる可撓性基板２００の上面側および下面側に函状の上部成膜室壁体１０１と下部成膜室壁体１０２が対向配置されている。下部成膜室には電源１０３に接続された高電圧電極１０４が、上部成膜室にはヒータ１０５を内蔵した接地電極１０６が設けられている。成膜時には、図１１に示すように、上部成膜室壁体１０１が下部成膜室壁体１０２側へ下降し、可撓性基板２００が接地電極１０６に押えられて下部成膜室壁体１０２の開口側の端面に取り付けられたシール材１０２ａに接触する。これにより、下部成膜室壁体１０２と可撓性基板２００によって排気管１０７に連通する気密に密閉された成膜空間１０８が形成される。高電圧電極１０４に高周波電圧が印加されると、成膜空間１０８にプラズマが発生し、図示しない導入管から導入された原料ガスが分解され、可撓性基板２００にａ−Ｓｉ膜などが形成される。

なお、薄膜太陽電池の分野では、例えば特許第２７５５２８１号公報に開示されているように、基板の一面上に形成された薄膜光電変換素子の透明電極層と他面上に形成された金属電極層とを、基板に開けられた貫通孔を通る導体を介して接続する構造が開発されている。これにより、電流がシート抵抗の高い透明電極層を流れる距離が短くなるようにしている。このような薄膜光電変換素子の形成を成膜室１００内で行う場合は、可撓性基板２００に形成された貫通孔を介して、上部成膜室壁体１０１と可撓性基板２００によって囲まれた非成膜空間１０９が成膜空間１０８に連通することになる。そのため、成膜空間１０８と共に非成膜空間１０９も真空気密に保つ必要がでてくる。このような場合には、成膜室１００に次の図１２に示すようなシール構造を設けることにより、非成膜空間１０９をも真空に保つことができるようになる。

図１２は成膜室のシール構造の要部断面図である。ただし、図１２では、図１０および図１１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。

上部成膜室壁体１０１の端面には２つの帯状端板１０１ｂ，１０１ｃが、下部成膜室壁体１０２の端面には２つの帯状端板１０２ｂ，１０２ｃが、それぞれねじ止めされ、その間に形成されるあり溝にシール材１０１ａ，１０２ａを脱落しないように保持している。成膜時には、可撓性基板２００を上部成膜室側の帯状端板１０１ｂ，１０１ｃ表面およびその間のシール材１０１ａと、可撓性基板２００を下部成膜室側の帯状端板１０２ｂ，１０２ｃ表面およびその間のシール材１０２ａとで挟む。それにより、図１１に示した上部成膜室および下部成膜室の成膜空間１０８および非成膜空間１０９が真空に保たれる。

ところで、例えば可撓性基板２００に耐熱性のある１ｍ幅のポリイミドフィルムを用い、その幅方向に直交する搬送方向に２００Ｎ程度の張力を加え、ヒータ１０５を温度２５０℃に加熱して接地電極１０６を可撓性基板２００に接触させると、その張力と熱により、可撓性基板２００の搬送方向に１ｍ当たり４ｍｍ程度の伸びが生じ、幅方向は２ｍｍ程度収縮する。この幅方向の収縮により、可撓性基板２００にはその搬送方向にウェーブ状の皺（ウェーブ高さ約２ｍｍ〜３ｍｍ）が発生するようになる。皺が発生したままの可撓性基板２００を上部成膜室と下部成膜室の間に挟み、真空保持して成膜すると、可撓性基板２００の位置に依って高電圧電極１０４との距離が異なってくるため、形成されるａ−Ｓｉ膜などの薄膜の膜厚分布が不均一になる。その結果、薄膜特性が著しく低下したり、色むらが生じて外観上の商品価値が低下したりするといった問題が生じる。

従来、このような問題を解決するため、例えば、可撓性基板縁部に、弾性のある唇状体の先端を押し当て、可撓性基板を接地電極で成膜室内に押し込む際に、唇状体の先端を可撓性基板外方に向けて滑らせることによって、唇状体の摩擦力で可撓性基板を外方へ放射状に伸ばし、可撓性基板にできた皺を伸ばした状態で薄膜を形成する方法が提案されている（特許文献１参照）。
特開平８−２５０４３１号公報（段落番号［０００９］〜［００１０］，図１，図４〜図９）

しかしながら、可撓性基板に生じる皺を唇状体で伸ばした上で薄膜を形成する方法の場合、唇状体の先端を摩擦力によって滑らせるため、用いる材質によっては唇状体が磨耗し、その際発生する塵が可撓性基板上に堆積して、薄膜特性の低下や不安定化を招く可能性がある。さらに、量産時には、繰り返し動作による磨耗や加熱によって唇状体が劣化してしまう場合があり、プロセス途中からその皺伸ばし効果が小さくなったりあるいはなくなったりする恐れもある。このような唇状体の交換には手間がかかりメンテナンス性が悪い。また、可撓性基板にはその幅方向にシール材よりも外側にはみ出す余分な寸法が必要になるので、可撓性基板の利用効率が低下するといった問題もある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、可撓性基板の皺の発生を抑えた状態で薄膜を形成することができ、薄膜を長期に安定して均一性良く形成することのできる薄膜製造装置および薄膜製造方法を提供することを目的とする。

本発明では上記問題を解決するために、成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、前記可撓性基板を前記成膜室に搬送する第１のロールと、送られた前記可撓性基板を巻取る第２のロールと、前記成膜室の前記可撓性基板搬送方向両側に固定配置されて前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部を挟持する第１保持機構部と、前記第１保持機構部に対向配置されて前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の他端部を挟持する第２保持機構部と、前記第２保持機構部を前記第１保持機構部との距離を広げる方向へ移動させて前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張る引張機構部と、前記引張機構部により引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させる押え機構と、を有することを特徴とする薄膜製造装置が提供される。

このような薄膜製造装置によれば、第１のロールが可撓性基板を成膜室に搬送し、第２のロールが可撓性基板を巻取り、成膜室の可撓性基板搬送方向両側で、第１保持機構部が可撓性基板の幅方向における一端部を挟持し、第２保持機構部が可撓性基板の幅方向における他端部を挟持し、引張機構部が第２保持機構部を第１保持機構部から離れる方向へ移動させることによって、第２保持機構部で挟持された他端部を可撓性基板の幅方向へと引っ張る。これにより、可撓性基板に発生する皺が伸ばされ、引っ張られた可撓性基板が成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触するようになる。

また、本発明では、成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、前記可撓性基板を前記成膜室に搬送する第１のロールと、送られた前記可撓性基板を巻取る第２のロールと、前記成膜室の前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向の外側に固定配置され、前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部であって前記成膜室と同幅または長尺幅の前記一端部を挟持する第１保持機構部と、前記成膜室を挟んで前記第１保持機構部に対向配置され、前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の他端部であって前記成膜室と同幅または長尺幅の前記他端部を挟持する第２保持機構部と、前記第２保持機構部を前記第１保持機構部との距離を広げる方向へ移動させて前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張る引張機構部と、前記引張機構部により引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させる押え機構と、を有することを特徴とする薄膜製造装置。

このような薄膜製造装置によれば、第１のロールが可撓性基板を成膜室に搬送し、第２のロールが可撓性基板を巻取り、搬送される可撓性基板に対し、第１保持機構部が成膜室と同幅または長尺幅の一端部を挟持し、第２保持機構部が成膜室と同幅または長尺幅の他端部を挟持し、引張機構部が第２保持機構部を第１保持機構部との距離を広げる方向へ移動させることによって、第２保持機構部で挟持された他端部を可撓性基板の幅方向へと引っ張る。これにより、可撓性基板に発生する皺が伸ばされ、引っ張られた可撓性基板が成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触するようになる。

また、本発明では、成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法において、前記可撓性基板を前記成膜室に第１のロールで搬送し、送られた前記可撓性基板を第２のロールで巻取り、前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部および他端部を挟持し、前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張り、引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させ、前記可撓性基板上に前記薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法が提供される。

このような薄膜製造方法によれば、第１のロールが可撓性基板を成膜室に搬送し、第２のロールが可撓性基板を巻取り、可撓性基板に発生する皺が伸ばされ、引っ張られた可撓性基板が成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触した状態で可撓性基板に薄膜が形成されるようになる。

本発明の薄膜製造装置は、可撓性基板をその幅方向に引っ張り、皺を伸ばした状態で薄膜を形成するようにしたので、可撓性基板上に形成される薄膜の膜厚分布の均一性が向上し、特性の良い薄膜を形成することができ、外観上の色むらもなくすことができる。また、本発明の薄膜製造装置では、量産時における繰り返し動作による性能低下がなく、長期に安定して均一性の良い薄膜を形成することができ、さらに、メンテナンス性の良い皺伸ばし機構を実現できる。これにより、高特性、高品質の薄膜光電変換素子を形成することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は薄膜製造装置の平面図、図２は薄膜製造装置の断面図である。
薄膜製造装置１は、可撓性基板２０にａ−Ｓｉなどの薄膜を形成するための成膜室として、真空容器１ａ内に複数のプラズマＣＶＤ室２を有している。さらに、薄膜製造装置１は、可撓性基板２０の送りロール３および巻取りロール４を有しており、可撓性基板２０は、送りロール３から送り出されて各プラズマＣＶＤ室２を通って所定の成膜処理が施され、巻取りロール４に巻き取られていくようになっている。搬送される可撓性基板２０の下面側と上面側には、下部成膜室壁体５と上部成膜室壁体６が対向して設けられている。下部成膜室壁体５の内側に形成される下部成膜室には、電源７に接続された高電圧電極８が配置され、上部成膜室壁体６の内側に形成される上部成膜室には、ヒータ９を内蔵した接地電極１０が配置されている。成膜時には、上部成膜室壁体６が下部成膜室壁体５側へ下降し、接地電極１０が可撓性基板２０を上面側から押え、可撓性基板２０は、下部成膜室壁体５の開口側の端面に取り付けられたシール材５ａに接触する。これにより、下部成膜室壁体５と可撓性基板２０により、排気管１１に連通する気密に密閉された成膜空間が形成される。高電圧電極８への高周波電圧の印加により、成膜空間にはプラズマが発生し、図示しない導入管から導入された原料ガスが分解され、可撓性基板２０にａ−Ｓｉなどの薄膜が形成されるようになっている。

なお、成膜時には、各プラズマＣＶＤ室２内に、上部成膜室壁体６と可撓性基板２０によって囲まれた非成膜空間が形成される。薄膜光電変換素子の中には、可撓性基板２０の一面上に形成された透明電極層と他面上に形成された金属電極層とを可撓性基板２０に形成した貫通孔を介して接続し、電流がシート抵抗の高い透明電極層を流れる距離を短くするようにした構造のものがある。このような構造の薄膜光電変換素子について、その薄膜形成をこの薄膜製造装置１で行う場合、可撓性基板２０に形成された貫通孔を介して、成膜空間および非成膜空間が連通することになる。したがって、このような場合には、薄膜製造装置１は、従来同様、下部成膜室壁体５および上部成膜室壁体６の端面にそれぞれねじ止めした２つの帯状端板の間に形成されるあり溝に脱落しないように保持されたシール材で可撓性基板２０を挟むように構成する。それにより、成膜空間および非成膜空間が気密に保たれるようになる。

また、この薄膜製造装置１は、プラズマＣＶＤ室２の可撓性基板２０の搬送方向両側に、その搬送方向に直交する可撓性基板２０の幅方向における一端部を挟持する第１保持機構部３０と、この第１保持機構部３０に対向する可撓性基板２０の他端側に、可撓性基板２０の幅方向における他端部を挟持する第２保持機構部４０とを有している。さらに、薄膜製造装置１は、可撓性基板２０の第２保持機構部４０で挟持された端部を、可撓性基板２０の幅方向に引っ張る引張機構部５０を有している。

図３は可撓性基板を挟持する前の状態を示す図、図４は可撓性基板を挟持した状態を示す図である。
第１保持機構部３０は、ベース３１に固定されたボディ３２を有し、このボディ３２にはスプール３３が内蔵されている。スプール３３は、例えばフッ素ゴム製のＯリングである第１シール３４ａおよび第２シール３４ｂによって気密を保持してボディ３２内を摺動するようになっている。ここではスプール３３の駆動源にはコンプレッサが用いられ、圧力調整弁によって圧力制御されたエアが第１チューブ３５ａおよび第２チューブ３５ｂからボディ３２内に導入され、第１シール３４ａで気密を保ち、エア圧に応じてスプール３３が移動するようになっている。第２シール３４ｂは、ボディ３２内部とボディ３２外部（図１および図２に示した真空容器１ａ内）との気密を保持するようになっている。

第１保持機構部３０のスプール３３の先端部には、弾力性のあるフッ素ゴム製の平面状の第１パッド３６ａがパッド受け３６ｂに焼き付け固定されており、パッド受け３６ｂは、スプール３３の先端にねじ固定されている。第１パッド３６ａに対向するベース３１上には、この第１パッド３６ａと同寸法でフッ素ゴム製の平面状の第２パッド３６ｃが焼き付け固定されている。

第１保持機構部３０は、ベース３１を図１および図２に示した真空容器１ａに固定され、それによってその全体が固定されている。この第１保持機構部３０に可撓性基板２０が搬送されてきたときには、第１保持機構部３０は、スプール３３を図３に示した初期の位置から図４に示した位置へ移動させ、可撓性基板２０の一端部を第１パッド３６ａと第２パッド３６ｃとの間に挟持するようになっている。ここでは、第１パッド３６ａおよび第２パッド３６ｃを耐熱性ゴムであるフッ素ゴムで形成し、第１パッド３６ａおよび第２パッド３６ｃが可撓性基板２０を高いグリップ力で挟持するようにしている。そのため、第１パッド３６ａと第２パッド３６ｃの間で可撓性基板２０が滑ってしまうのが防止され、また、耐熱性を有するため、第１パッド３６ａと第２パッド３６ｃは、ヒータ９で加熱された可撓性基板２０に接触しても劣化しにくい構成になっている。

第２保持機構部４０は、連結ブロック４１に固定されたボディ４２を有し、このボディ４２にはスプール４３が内蔵されている。スプール４３は、例えばフッ素ゴム製のＯリングである第１シール４４ａおよび第２シール４４ｂによって気密を保持してボディ４２内を摺動するようになっている。スプール４３は、圧力制御されたエアが第１チューブ４５ａおよび第２チューブ４５ｂからボディ４２内に導入され、第１シール４４ａで気密を保ち、エア圧に応じて移動するようになっている。第２シール４４ｂは、ボディ４２内外の気密を保持するようになっている。

第２保持機構部４０のスプール４３の先端部には、弾力性のあるフッ素ゴム製の平面状の第１パッド４６ａが、スプール４３の先端にねじ固定されたパッド受け４６ｂに焼き付け固定されている。第１パッド４６ａに対向する連結ブロック４１には、第１パッド４６ａと同寸法でフッ素ゴム製の平面状の第２パッド４６ｃが焼き付け固定されている。

第２保持機構部４０は、可撓性基板２０が搬送されてきたときには、スプール４３を図３に示した初期の位置から図４に示した位置へ移動させ、可撓性基板２０の第１保持機構部３０に挟持される側と反対側の端部を第１パッド４６ａと第２パッド４６ｃとの間に挟持するようになっている。ここでは、第１保持機構部３０と同様、第１パッド４６ａおよび第２パッド４６ｃをフッ素ゴムで形成して可撓性基板２０を高いグリップ力で挟持するようにしているので、第１パッド４６ａと第２パッド４６ｃの間での可撓性基板２０の滑りが防止され、また、第１パッド４６ａと第２パッド４６ｃは、耐熱性を有することで熱劣化しにくい構成になっている。

引張機構部５０は、プレート５１に固定されたボディ５２を有し、このボディ５２にはスプール５３が内蔵されている。スプール５３は、例えばフッ素ゴム製のＯリングである第１シール５４ａおよび第２シール５４ｂによって気密を保持してボディ５２内を摺動するようになっている。スプール５３は、圧力制御されたエアが第１チューブ５５ａおよび第２チューブ５５ｂからボディ５２内に導入され、第１シール５４ａで気密を保ち、エア圧に応じて移動するようになっている。第２シール５４ｂは、ボディ５２内外の気密を保持するようになっている。

引張機構部５０のスプール５３の先端は、第２保持機構部４０の連結ブロック４１に接続されている。また、引張機構部５０のプレート５１は図１および図２に示した真空容器１ａに固定され、このプレート５１には直線ガイド５１ａが設けられている。第２保持機構部４０の連結ブロック４１は、引張機構部５０のスプール５３の移動に伴って直線ガイド５１ａに案内され、それにより、第２保持機構部４０が第１保持機構部３０に対して近付いたり離れたりする方向に移動できるようになっている。

可撓性基板２０は、搬送されて所定の成膜位置（プラズマＣＶＤ室２）で停止され、温度２００℃〜２５０℃に加熱されたヒータ９の輻射熱によって温められ、さらに接地電極１０の接触によってヒータ９と同等の温度まで加熱される。可撓性基板２０に耐熱性のある１ｍ幅のポリイミドフィルムを用い、搬送方向に２００Ｎ程度の張力を加えると、可撓性基板２０の搬送方向に１ｍ当たり４ｍｍ程度伸びが生じ、幅方向は２ｍｍ程度収縮する。この幅方向の収縮により、可撓性基板２０にはウェーブ状の皺（ウェーブ高さ約２ｍｍ〜３ｍｍ）が発生する。

上記構成の薄膜製造装置１では、まず、第１保持機構部３０で第１チューブ３５ａから圧力制御されたエアがボディ３２内に導入され、それに伴ってボディ３２内の残存エアの一部が第２チューブ３５ｂから抜け、スプール３３が図３に示した初期位置から可撓性基板２０側へ移動する。これにより、図４に示したように、可撓性基板２０は、その一端部を第１パッド３６ａと第２パッド３６ｃとに挟持される。

一方、第２保持機構部４０では、第１チューブ４５ａからボディ４２内にエアが導入され、それに伴ってボディ４２内の残存エアの一部が第２チューブ４５ｂから抜け、スプール４３が図３に示した初期位置から可撓性基板２０側へ移動する。これにより、図４に示したように、可撓性基板２０は、第１保持機構部３０で挟持されている一端部と反対の他端部を第１パッド４６ａと第２パッド４６ｃとに挟持される。

その後、引張機構部５０で第１チューブ５５ａからボディ５２内にエアが導入され、ボディ５２内の残存エアの一部が第２チューブ５５ｂから抜け、スプール５３が図３に示した初期位置から第２保持機構部４０側へ移動する。これにより、第２保持機構部４０の連結ブロック４１が引張機構部５０のプレート５１の直線ガイド５１ａに案内されながら押され、第１保持機構部３０と第２保持機構部４０との間の距離が広がるようになる。可撓性基板２０は、その一端部を第１保持機構部３０にて挟持され、その他端部を第２保持機構部４０にて挟持された状態で、さらに引張機構部５０によって可撓性基板２０の幅方向に引き伸ばされ、図３に示したように可撓性基板２０に生じていた皺が、図４に示したように伸ばされるようになる。

成膜終了後に可撓性基板２０を搬送する際には、第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０において、それぞれ第２チューブ３５ｂ，４５ｂ，５５ｂからボディ３２，４２，５２内にエアを導入し、ボディ３２，４２，５２内の残存エアの一部を第１チューブ３５ａ，４５ａ，５５ａから抜く。これにより、引張機構部５０のスプール５３が図３の初期位置に戻って第１，第２保持機構部３０，４０間の距離が初期の状態に戻るとともに、第１，第２保持機構部３０，４０のスプール３３，４３がそれぞれ可撓性基板２０から離れる方向へ移動して可撓性基板２０の挟持が解除され、可撓性基板２０を搬送することができるようになる。

ここで、第１保持機構部３０における第１パッド３６ａと第２パッド３６ｃによる可撓性基板２０の挟持は、５０Ｎ〜１００Ｎ程度の力で行われるようにエア圧を制御し、第２保持機構部４０における第１パッド４６ａと第２パッド４６ｃによる可撓性基板２０の挟持は、５０Ｎ〜１００Ｎ程度の力で行われるようにエア圧を制御するようにする。可撓性基板２０を挟持する力が５０Ｎを下回る場合には、たとえ第１パッド３６ａ，４６ａと第２パッド３６ｃ，４６ｃにフッ素ゴムなどを用いていても、可撓性基板２０が確実に挟持されずに皺を伸ばす効果が小さくなってしまう可能性がある。また、可撓性基板２０を挟持するためには、その挟持する力は１００Ｎ程度あれば十分と考えられる。

引張機構部５０による可撓性基板２０の引っ張り力は、例えば搬送張力と同等の２００Ｎ程度の力になるようにエア圧を制御する。このように、可撓性基板２０の引っ張り力は、その搬送張力に応じて設定する。引っ張り力が搬送張力に対して小さすぎると可撓性基板２０の皺を伸ばす効果が小さくなってしまい、一方、引っ張り力が搬送張力に対して大きすぎると幅方向に引っ張ることによって可撓性基板２０に新たな皺が発生してしまうようになるためである。

また、第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０は、上記のエアのような気体やあるいは液体を用いてその流体圧力によって駆動制御されるように構成することが好ましい。それにより、成膜条件としてヒータ９の温度を変更して可撓性基板２０の収縮量が変化しても、制御された一定の張力で可撓性基板２０をその幅方向に引っ張ることが可能になる。

図５はａ−Ｓｉ膜の膜厚分布図である。この図５において、横軸は可撓性基板の幅方向の位置（ｍｍ）を表し、縦軸は形成されたａ−Ｓｉ膜厚（μｍ）を表している。また、図５において、実線は上記薄膜製造装置１を用いてａ−Ｓｉ膜を形成したときの結果を示しており、点線は第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０を有しない薄膜製造装置を用いてａ−Ｓｉ膜を形成したときの結果を示している。

図５に示すように、上記薄膜製造装置１を用いた場合には、ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布の均一性は良好であり、可撓性基板２０の幅方向にほぼ一定の膜厚でａ−Ｓｉ膜が形成されている。薄膜製造装置１の第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０により、可撓性基板２０に生じる皺が伸ばされて可撓性基板２０が平坦化され、可撓性基板２０と高電圧電極８との間の距離が可撓性基板２０上の位置に依らず均一化されているといえる。これに対し、第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０を有しない薄膜製造装置を用いた場合には、可撓性基板２０に皺が残っているため可撓性基板２０と高電圧電極８との間の距離が不均一になり、可撓性基板２０上の位置によってａ−Ｓｉ膜の膜厚が変化してしまっていることがわかる。

また、第１保持機構部３０および第２保持機構部４０における第１パッド３６ａ，４６ａおよび第２パッド３６ｃ，４６ｃは、上記のような弾力性があって高グリップ力のフッ素ゴムなどのほか、ステンレスやアルミニウムなどの金属またはアルミナなどのセラミック材料を用いて形成することもできる。その場合、第１パッド３６ａ，４６ａおよび第２パッド３６ｃ，４６ｃと可撓性基板２０との接触面積を高め、かつ、可撓性基板２０の保持力を高めるために、可撓性基板２０を挟持する部分となる第１パッド３６ａ，４６ａおよび第２パッド３６ｃ，４６ｃを、例えば以下の図６〜図８に示すような凹凸面を有する形状とすることができる。ここで、図６は第１パッドおよび第２パッドが断面矩形状で形成されている場合を示す図、図７は第１パッドおよび第２パッドが断面三角形状で形成されている場合を示す図、図８は第１パッドおよび第２パッドが断面円弧状で形成されている場合を示す図である。なお、図６〜図８には、それぞれ可撓性基板２０が挟持された状態を示している。

例えば図６に示すように、スプール３３（４３）の先端に固定されたパッド受け３６ｂ（４６ｂ）に、断面矩形状の凹凸面を有する第１パッド３６ａ（４６ａ）を固定し、これに対向するベース３１（連結ブロック４１）上に、第１パッド３６ａ（４６ａ）の凹凸面に噛み合う断面矩形状の凹凸面を有する第２パッド３６ｃ（４６ｃ）を固定する。可撓性基板２０は、断面矩形状の第１パッド３６ａ（４６ａ）と第２パッド３６ｃ（４６ｃ）に挟持されながら幅方向に引っ張られ、皺が伸ばされるようになる。

また、図７に示すように、スプール３３（４３）の先端に固定されたパッド受け３６ｂ（４６ｂ）に、断面三角形状の凹凸面を有する第１パッド３６ａ（４６ａ）を固定し、これに対向するベース３１（連結ブロック４１）上に、第１パッド３６ａ（４６ａ）の凹凸面に噛み合う断面三角形状の凹凸面を有する第２パッド３６ｃ（４６ｃ）を固定しても同様の効果が得られる。

さらに、図８に示すように、スプール３３（４３）の先端に固定されたパッド受け３６ｂ（４６ｂ）に、断面円弧状の凹凸面を有する第１パッド３６ａ（４６ａ）を固定し、これに対向するベース３１（連結ブロック４１）上に、第１パッド３６ａ（４６ａ）の凹凸面に噛み合う断面円弧状の凹凸面を有する第２パッド３６ｃ（４６ｃ）を固定するようにしてもよい。特に、第１パッド３６ａ，４６ａおよび第２パッド３６ｃ，４６ｃの凹凸面をこのような断面円弧状とした場合には、パッド面内にはエッジ部分がないため、挟持した可撓性基板２０に損傷を与える可能性がほとんどない。

以上説明したように、薄膜製造装置１のプラズマＣＶＤ室２の可撓性基板２０搬送方向両側に、第１保持機構部３０、第２保持機構部４０および引張機構部５０を設け、可撓性基板２０の皺を伸ばした状態でａ−Ｓｉ膜などの薄膜を形成するようにした。これにより、可撓性基板２０上に膜厚分布の良好な薄膜を形成することができるようになり、薄膜特性を向上させ、外観上の色むらもなくなるので商品価値も向上させることができるようになる。薄膜製造装置１を薄膜光電変換素子の製造に用いることにより、その発電効率が向上するようになり、また、外観上の商品価値も向上するようになるので、高特性、高品質の薄膜光電変換素子を実現できるようになる。

また、以上の説明では、プラズマＣＶＤ室２の可撓性基板２０搬送方向両側において、第１保持機構部３０および第２保持機構部４０によって可撓性基板２０の一端部および他端部を挟持するようにしたが、可撓性基板２０の縁部の広い領域を挟持して皺を伸ばすような構成とすることもできる。

図９は別の構成の薄膜製造装置の平面図である。ただし、図９では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
図９に示す薄膜製造装置６０には、送りロール３から巻取りロール４へ巻き取られて搬送される可撓性基板２０幅方向の各プラズマＣＶＤ室２の外側に、プラズマＣＶＤ室２外にはみ出した可撓性基板２０の対向位置の端部を挟持する第１保持機構部３０ａおよび第２保持機構部４０ａが配置されている。この薄膜製造装置６０における第１，第２保持機構部３０ａ，４０ａは、上記薄膜製造装置１における場合と同様に、可撓性基板２０を流体圧力などによって駆動制御されるパッドで挟めるように構成されている。図９に示したように、第１，第２保持機構部３０ａ，４０ａは、各プラズマＣＶＤ室２と同幅または長尺幅の広い領域の端部を挟持できる構成になっている。

また、薄膜製造装置６０は、可撓性基板２０の一端部を挟持した第２保持機構部４０ａを他端部を挟持した第１保持機構部３０ａから離れる方向へ移動させ、一方の縁部を可撓性基板２０幅方向に引っ張る引張機構部５０ａを有している。引張機構部５０ａは、上記薄膜製造装置１における場合と同様の構成で同様にして駆動制御することができる。また、第２保持機構部４０ａを第１保持機構部３０ａから引き離すことのできる構成であれば、引張機構部５０ａは、その他の構成を有していても構わない。

このような構成を有する薄膜製造装置６０を用いても、薄膜形成の際に可撓性基板２０の皺を伸ばすことができるので、可撓性基板２０上に膜厚分布の良好な薄膜を形成することができる。薄膜製造装置６０は、特にプラズマＣＶＤ室２の幅よりも大きな幅の可撓性基板２０を用いることができる場合などに有効となる。

なお、薄膜製造装置６０においては、上記薄膜製造装置１と同様、第１，第２保持機構部３０ａ，４０ａの可撓性基板２０を挟持するパッド部分に、フッ素ゴムなどの耐熱性ゴム、金属、セラミックなどの材料を用いることができる。さらに、そのパッド部分に、互いに噛み合う凹凸面を形成し、その凹凸面の間に可撓性基板２０を挟持するようにしてもよい。

本発明の薄膜製造装置は、薄膜光電変換素子の形成に好適に用いることができ、一般に可撓性基板上に複数層が形成される薄膜素子の製造に広く用いることができる。

薄膜製造装置の平面図である。 薄膜製造装置の断面図である。 可撓性基板を挟持する前の状態を示す図である。 可撓性基板を挟持した状態を示す図である。 ａ−Ｓｉ膜の膜厚分布図である。 第１パッドおよび第２パッドが断面矩形状で形成されている場合を示す図である。 第１パッドおよび第２パッドが断面三角形状で形成されている場合を示す図である。 第１パッドおよび第２パッドが断面円弧状で形成されている場合を示す図である。 別の構成の薄膜製造装置の平面図である。 ステッピングロール方式の成膜室開放時の断面図である。 ステッピングロール方式の成膜室封止時の断面図である。 成膜室のシール構造の要部断面図である。

符号の説明

１，６０ 薄膜製造装置
１ａ 真空容器
２ プラズマＣＶＤ室
３ 送りロール
４ 巻取りロール
５ 下部成膜室壁体
５ａ シール材
６ 上部成膜室壁体
７ 電源
８ 高電圧電極
９ ヒータ
１０ 接地電極
１１ 排気管
２０ 可撓性基板
３０，３０ａ 第１保持機構部
３１ ベース
３２，４２，５２ ボディ
３３，４３，５３ スプール
３４ａ，４４ａ，５４ａ 第１シール
３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ 第２シール
３５ａ，４５ａ，５５ａ 第１チューブ
３５ｂ，４５ｂ，５５ｂ 第２チューブ
３６ａ，４６ａ 第１パッド
３６ｂ，４６ｂ パッド受け
３６ｃ，４６ｃ 第２パッド
４０，４０ａ 第２保持機構部
４１ 連結ブロック
５０，５０ａ 引張機構部
５１ プレート
５１ａ 直線ガイド

Claims (7)

1. 成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、
   前記可撓性基板を前記成膜室に搬送する第１のロールと、
   送られた前記可撓性基板を巻取る第２のロールと、
   前記成膜室の前記可撓性基板搬送方向両側に固定配置されて前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部を挟持する第１保持機構部と、
   前記第１保持機構部に対向配置されて前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の他端部を挟持する第２保持機構部と、
   前記第２保持機構部を前記第１保持機構部との距離を広げる方向へ移動させて前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張る引張機構部と、
   前記引張機構部により引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させる押え機構と、
   を有することを特徴とする薄膜製造装置。
2. 前記第１保持機構部、前記第２保持機構部および前記引張機構部は、前記可撓性基板を挟持するときまたは前記他端部を引っ張るときに、流体圧力によって駆動制御されるようにしたことを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
3. 前記第１保持機構部および前記第２保持機構部は、前記可撓性基板を挟持する部分が耐熱性ゴムを用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
4. 前記第１保持機構部および前記第２保持機構部は、前記可撓性基板を挟持する部分が金属またはセラミックを用いて形成されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
5. 前記第１保持機構部および前記第２保持機構部は、前記可撓性基板を挟持する部分に互いに噛み合う凹凸面が形成されて前記凹凸面の間に前記可撓性基板を挟持することを特徴とする請求項１記載の薄膜製造装置。
6. 成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造装置において、
   前記可撓性基板を前記成膜室に搬送する第１のロールと、
   送られた前記可撓性基板を巻取る第２のロールと、
   前記成膜室の前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向の外側に固定配置され、前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部であって前記成膜室と同幅または長尺幅の前記一端部を挟持する第１保持機構部と、
   前記成膜室を挟んで前記第１保持機構部に対向配置され、前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の他端部であって前記成膜室と同幅または長尺幅の前記他端部を挟持する第２保持機構部と、
   前記第２保持機構部を前記第１保持機構部との距離を広げる方向へ移動させて前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張る引張機構部と、
   前記引張機構部により引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させる押え機構と、
   を有することを特徴とする薄膜製造装置。
7. 成膜室に搬送される可撓性基板上に薄膜を形成する薄膜製造方法において、
   前記可撓性基板を前記成膜室に第１のロールで搬送し、
   送られた前記可撓性基板を第２のロールで巻取り、
   前記可撓性基板搬送方向に直交する前記可撓性基板幅方向における前記可撓性基板の一端部および他端部を挟持し、
   前記他端部を前記可撓性基板幅方向へ引っ張り、
   引っ張られた前記可撓性基板を前記成膜室の壁体の開口側の端面に取り付けられたシール材に接触させ、
   前記可撓性基板上に前記薄膜を形成することを特徴とする薄膜製造方法。

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