JP5652700B2 - 可撓性基板の位置制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、帯状の可撓性基板を搬送しその搬送経路にて前記基板に成膜等の処理を行なう装置における可撓性基板の幅方向位置の制御装置に関する。
半導体薄膜などの薄膜積層体の基板には、通常、剛性基板が用いられるが、軽量でロールを介した取り扱いの利便性による生産性向上やコスト低減を目的として、プラスチックフィルムなどの可撓性基板が用いられる場合がある。特許文献１には、巻出しロールから供給される帯状可撓性基板（ポリイミドフィルム）を所定のピッチで間欠的に搬送しながら、前記可撓性基板の搬送方向に配列された複数の成膜ユニットで、前記可撓性基板上に性質の異なる複数の薄膜を積層形成し、製品ロールとして巻取る薄膜積層体の製造装置が開示されている。
このような薄膜積層体の製造装置には、横姿勢すなわち帯状可撓性基板の幅方向を水平方向にして搬送しつつ成膜を行なうタイプと、縦姿勢すなわち帯状可撓性基板の幅方向を上下方向にして搬送しつつ成膜を行なうタイプがある。後者は、前者に比べて設置面積が小さく、基板表面が汚染されにくい等の利点があるが、搬送スパンが長くなると、重力に抗して搬送高さを一定に維持するのが困難になり、可撓性基板の表面に皺が発生したり、可撓性基板が垂れ下がったりする傾向が顕著になる。
そこで、図１（ａ）〜（ｂ）に示すように、薄膜積層体製造装置を構成する各成膜ユニット２０，２０間に、可撓性基板１の上下の側縁部を挟持する上側および下側挟持ローラ対３０，３０′を配設し、それぞれの挟持ローラの挟持部における回転方向を、可撓性基板１の搬送方向Ｆに対して斜上方および斜下方に向かう傾斜角＋θ，−θを有するようにして、可撓性基板１の上下の側縁部に上方および下方に向かう持ち上げ力および引き下げ力を作用させ、可撓性基板１の搬送高さを調整する装置が、本発明者らによって開発されている（特許文献１〜３参照）。
特開２００９−３８２７６号公報 特開２００９−３８２７７号公報 特開２００９−５７６３２号公報
上記装置は、可撓性基板を展張しかつ可撓性基板の搬送高さを制御するうえで有利であるが、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復成膜プロセスには直ちに適用できない。可撓性基板を逆方向に搬送すると、上記傾斜角に応じた持ち上げ力および引き下げ力が上下逆方向に作用し、各挟持ローラ３０，３０′から可撓性基板が離脱する問題を生じる。
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、帯状可撓性基板の下垂や皺の発生を抑制でき、高品質の処理が可能であると共に、可撓性基板の逆方向への搬送にも対応可能な可撓性基板の位置制御装置を提供することにある。
上記課題を解決することを目的として、本発明は、
帯状の可撓性基板を縦姿勢で横方向に搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラと、
前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構と、
前記支持機構を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記支持機構によって支持されていることを特徴とする。
上記処理装置において、可撓性基板は、処理部（成膜部）の上流側および下流側それぞれに配置されたフィードロール等の搬送手段により、縦姿勢すなわち幅方向を上下方向にして横方向に搬送され、搬送経路に設置された処理部にて成膜等の処理がなされる。その際、可撓性基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラは、可撓性基板の搬送力によって従動回転するが、挟持ローラを構成する各円錐ローラは、大径側と小径側とで周差を有しているので、可撓性基板の幅方向中央側に誘導され、この相対運動の結果として、可撓性基板には、幅方向縁端側となる上方に向かう展張力が付与される。
この展張力は、ローラ周面の摩擦力を介して可撓性基板に伝達されるので、挟持ローラ対の加圧力に比例し、加圧力が充分に大きい場合は、ローラ周面の傾斜角通りの展張力が可撓性基板に作用するが、加圧力が小さくなるにつれて、挟持面内での滑りが主体的になり、展張力は減少する。したがって、付勢手段による加圧力を調整することで、可撓性基板に付与される展張力を調整でき、それにより、可撓性基板の上下幅方向の位置を調整して、搬送高さを一定に維持することが可能となる。また、可撓性基板の上側縁部が縁端側に向かって展張されることで、搬送スパンの中間部で自重による垂れ下がりや皺が抑制され、可撓性基板に対して高品位の処理を実施可能となる。
しかも、上記加圧力の制御は、挟持ローラの挟持面における回転方向に依存せず、挟持面における回転方向が基板の搬送方向と同方向であるので、逆方向の搬送においても同一の装置で全く同様の位置制御を行なうことができ、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復プロセスに低コストで対応可能である。
本発明の好適な態様では、前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラである。上述したように、円錐ローラは、大径側と小径側とで周差を有し、それにより可撓性基板に対する展張力が発生する一方で、接触範囲内での速度差による搬送負荷を生じている。挟持ローラを構成する各ローラを、截頭円錐形状の円錐ローラとすることにより、接触部幅が短縮され、搬送負荷を低減する上で有利である。
その場合、前記円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が２０〜８０度の範囲から選定されていることが好ましい。傾斜角が２０度未満の場合には展張力が急激に減少し、また、傾斜角が８０度より大きい場合は装置を構成困難である。特に好ましい態様では、前記円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が４５〜６５度の範囲から選定されている。全般的に傾斜角の増加に伴い搬送抵抗も増加するが、傾斜角が４５度以上では搬送抵抗の増加はごく僅かである。また、傾斜角が６５度を越えると展張力は殆ど増加しなくなる。
本発明は、可撓性基板の上下各側に挟持ローラ対が配設される態様をも対象としている。すなわち、本発明の好適な態様では、前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラと、前記支持機構および前記付勢手段と同様に構成された前記一対の下側挟持ローラのための支持機構および付勢手段と、をさらに備えている。この態様では、前記加圧力の調整により、可撓性基板を幅方向の上下両方向に展張しつつ、上下各側の挟持面に作用する加圧力の展張成分の差によって可撓性基板を上昇または降下させ、搬送高さの制御を行なうことができ、これにより、可撓性基板の皺を効果的に抑制し、可撓性基板の位置精度を一層向上できる。
本発明の好適な態様では、前記処理装置が、前記処理部として前記基板の搬送経路に沿って等ピッチで並設された複数の成膜部を備え、前記基板を前記成膜部に対応したピッチで間欠的に搬送しながら、前記基板の表面に薄膜を順次積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記複数の成膜部の間に配設されている。
本発明の他の好適な態様では、前記処理装置が、前記基板を連続的に搬送し、前記処理部としての成膜部にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記成膜部の上下に搬送方向に沿って複数列設されている。
上記態様において、前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間でそれぞれ前記基板を支持すべく搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラをさらに備えることが好適である。この態様では、加圧力調節のための可動部を含まない耐熱性の支持ローラにより、成膜部の近傍で可撓性基板を確実に支持可能であるとともに、挟持ローラ対群を高温度の成膜部から離隔して配設可能となり、挟持ローラに対する輻射熱の影響を低減でき、挟持ローラの材質選択の自由度を向上するうえで有利である。
本発明は、帯状の可撓性基板を、平姿勢など、縦姿勢以外の姿勢で横方向や上下方向あるいは斜方向に搬送し、成膜等の処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置にも適用できる。
すなわち、本発明は、
帯状の可撓性基板を搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
前記基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の挟持ローラと、
前記各一対の挟持ローラをそれぞれ回転可能かつ各対において相互に接離可能に支持する各支持機構と、
前記各支持機構を介して前記各一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備え、
前記各一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記各支持機構によって支持されている、可撓性基板の位置制御装置としても適用されうる。
この態様では、可撓性基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の円錐ローラからなる挟持ローラは、可撓性基板の搬送力によって従動回転し、それぞれの大径側と小径側との周差によって、可撓性基板の幅方向中央側に誘導され、この相対運動の結果として、可撓性基板には、幅方向縁端側に向かう展張力が付与される。この展張力は、それぞれの付勢手段による加圧力に応じて変化するので、各側の付勢手段による加圧力をそれぞれ調整することにより、可撓性基板の幅方向の位置を調整可能であり、可撓性基板を幅方向に展張しつつその蛇行を抑制できる。しかも、これらの作用は各挟持ローラの回転方向に依存せず、各挟持面における回転方向が基板の搬送方向と同方向であるので、逆方向の搬送においても同様の位置制御を行なうことができる。
この態様においても、前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラであることが好適である。
本発明に係る可撓性基板の位置制御装置は、上述したように、帯状の可撓性基板を搬送しつつ成膜等の処理を行なうに際して、可撓性基板の下垂や皺の発生を効果的に抑制でき、幅方向位置を一定に維持して高品質の処理を可能にするとともに、可撓性基板の逆方向への搬送を含む往復プロセスにも低コストで対応可能である。
（ａ）は薄膜積層体製造装置の２つの成膜部を示す概略平断面図、（ｂ）は概略側断面図である。 本発明第１実施形態に係る基板位置制御装置を示す正面図である。 （ａ）は図２の要部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は挟持ローラの展張作用を示す（ｂ）の拡大図である。 （ａ）は本発明実施形態に係る基板位置制御装置を備えた薄膜積層体製造装置の２つの成膜部を示す概略平断面図、（ｂ）は概略側断面図である。 本発明第１実施形態に係る基板位置制御装置を実施した場合を示す図４のＡ−Ａ断面図である。 （ａ）は標準的な加圧力の場合、（ｂ）は加圧力を増加させた場合、（ｃ）は加圧力を減少させた場合を示す図３（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 本発明実施形態に係る挟持ローラおよび比較例の挟持ローラにおける加圧力と展張力との関係を示す特性図である。 本発明第２実施形態に係る基板位置制御装置を示す正面図である。 （ａ）は図２の要部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は挟持ローラの展張作用を示す（ｂ）の拡大図である。 （ａ）は搬送張力と搬送抵抗との関係を示す図、（ｂ）は挟持ローラ設置数と搬送抵抗との関係を示す図、（ｃ）は薄膜積層体製造装置における搬送張力の分布を示す図である。 挟持ローラの接触部幅と展張力および搬送抵抗の関係を示す図である。 挟持ローラの接触部傾斜角と展張力および搬送抵抗の関係を示す図である。 本発明第２実施形態に係る基板位置制御装置を実施した連続式成膜装置の１つの成膜部を示す概略側面図である。 図１３のＣ−Ｃ断面図である。 本発明第３実施形態に係る基板位置制御装置を実施した他の連続式成膜装置を示す概略断面図である。
以下、本発明の実施形態について、本発明を太陽電池用の薄膜光電変換素子を構成する薄膜積層体製造装置の基板位置制御装置に実施する場合を例にとり、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下において、各実施形態に共通または対応する構成には、共通または対応する符号を付すことで説明を省略する場合がある。
（第１実施形態）
図２は、本発明第１実施形態に係る基板位置制御装置１００を示す搬送方向上流側から見た正面図である。薄膜積層体製造装置は、図４（ａ）（ｂ）に部分的に示されるように、所定の真空度に維持された真空室１０の内部に、帯状の可撓性基板１（フレキシブルフィルム）を、縦姿勢すなわち幅方向を上下方向にして水平方向に搬送し、可撓性基板１の搬送経路に沿って並設された複数の成膜ユニット２０（成膜部）で、可撓性基板１の表面に薄膜を積層形成するものである。
成膜部の搬送方向上流側および下流側には、可撓性基板１の搬送手段を構成するフィードロールやテンションロールなどが配設され、さらにそれらの搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板１の巻出しロールおよび巻取りロールが配設されている。また、上流側および下流側のフィードロールと成膜部との間には、成膜部の上流側および下流側で可撓性基板１を折り返すように案内し、成膜部での可撓性基板１の直線的な搬送経路を設定するガイドロール（アイドルロール）が配設されている。これらの構成は、従来と同様であるため、詳細な図示を省略するが、図１０（ｃ）に概略的に示されている。
基板位置制御装置１００は、上記ガイドロール間に張架されて成膜部を通って搬送される可撓性基板１の上下方向の位置を制御し搬送高さを一定に維持するとともに、可撓性基板１を幅方向すなわち上下方向に展張するために、成膜部における搬送経路の上部に配置されており、図２に示されるように、可撓性基板１の上側縁部を挟持する挟持ローラ１３０対、挟持ローラ１３０対を構成する各ローラ１３１，１３２を回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構１４０、該支持機構１４０を介して挟持ローラ対１３０（１３１，１３２）に加圧力を付与する付勢手段（１５０）および加圧力調整手段（１６０）などで構成される。
挟持ローラ対１３０を構成する各ローラ１３１，１３２は、図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、いずれも軸方向に対して傾斜した周面１３１ｂ，１３２ｂを有する同形状の円錐ローラからなる。一方が固定ローラ１３１、他方が可動ローラ１３２であり、固定ローラ１３１は、軸１３１ａで回転可能に支持され、可動ローラ１３２は、軸１３２ａで回転可能に支持されている。
これらの挟持ローラ１３１，１３２は、可撓性基板１を介して相互に圧接される作動状態で、それぞれの先端側（小径側）が、可撓性基板１の上下幅方向の中央側にとなる図中下方に位置し、かつ、それぞれの大径部が可撓性基板１の縁端側となる図中上方に位置しており、さらに、可撓性基板１の上側縁部が搬送面に対して平坦な挟持面で挟持されるように、それぞれの軸１３１ａ，１３２ａが、可撓性基板１の搬送方向と直交する仮想平面内Ｄで、前記搬送面（可撓性基板１）に対して各周面１３１ｂ，１３２ｂの傾斜（すなわち円錐形状の頂角）に相当する傾斜角をなして、固定側支持部材１４１、可動側支持部材１４２の先端部に斜めに保持されている。これにより、各挟持ローラ１３１，１３２の挟持面における回転方向は、可撓性基板１の搬送方向と同方向になっている。
固定側支持部材１４１は、その上端部においてブラケット１１１に固定され、該ブラケット１１１は、図示しない真空室の構造要素に固定されている。固定側支持部材１４１とブラケット１１１が一体に構成されていても良い。一方、可動側支持部材１４２は、その上端のヒンジ部１４２ｂにおいてブラケット１１１に揺動可能に連結されており、ヒンジ部１４２ｂを中心とした可動側支持部材１４２の揺動により、可動ローラ１３２が固定ローラ１３１に対して接離可能となっている。
固定側支持部材１４１と可動側支持部材１４２との間には、付勢手段としてスプリング１５０（引張スプリング）が介装されている。スプリング１５０の一端部は、固定側支持部材１４１に連結され、スプリング１５０の他端部は、加圧力調整ネジ１６０を介して可動側支持部材１４２に連結され、この加圧力調整ネジ１６０を回動させてスプリング１５０の初期変位を調整することにより、固定ローラ１３１に対する可動ローラ１３２の加圧力（接圧）を調整可能である。
挟持ローラ対１３０を構成する各挟持ローラ１３１，１３２は、例えば、金属、セラミック、プラスチックなどで形成されるか、または、それらの材料で形成された芯体の周囲に、ゴムなどの弾性体を被着することにより構成される。各ローラ１３１，１３２は、それぞれの軸１３１ａ，１３２ａ（支軸）に対して所定の軸方向位置に保持されるように、スラスト荷重を受圧可能にベアリングを介して回転自在に支持されている。代替的に、それぞれの軸１３１ａ，１３２ａ（回転軸）が、スラスト荷重を受圧可能なベアリングを介して固定側支持部材１４１、可動側支持部材１４２の各先端部に回転自在に支持されていても良い。
以上のように構成された基板位置制御装置１００において、各挟持ローラ１３１，１３２は大径側と小径側とで周長差を有している。これにより、各挟持ローラ１３１，１３２は、図３（ｂ）に示されるように、搬送方向Ｆ（Ｒ）に移動する可撓性基板１との接触によって従動回転される際に、接触面（挟持面）内で回転力ＶＦ（ＶＲ）を生じるが、可撓性基板１は所定の搬送張力を付与された状態で直線的に搬送されるので、回転力ＶＦ（ＶＲ）の垂直方向の分力Ｑｙ（展張力）のみが可撓性基板１の接触面に伝達され、この上方に向かう展張力Ｑｙによって、可撓性基板１の上側縁部が上方に展張されることになる。
上記各挟持ローラ１３１，１３２による展張力Ｑｙは、摩擦力として可撓性基板１に伝達されるので、基本的に各挟持ローラ１３１，１３２による加圧力Ｐｘに比例する。各挟持ローラ１３１，１３２による加圧力Ｐｘは、スプリング１５０の弾性変位に比例するので、加圧力調整ネジ１６０を回動してスプリング１５０の初期変位を調整することにより、可撓性基板１の上側縁部に対する展張力Ｑｙを調整可能であり、この展張力Ｑｙは、可撓性基板１の上側縁部を自重に抗して上昇させる持ち上げ力となることから、可撓性基板１の上側縁部の位置を調整可能である。
なお、図示例では、加圧力の調整手段として手動操作用の加圧力調整ネジ１６０を用い、加圧力を、試験運転などで求めた最適値に予め設定して運転する場合を示したが、加圧力調整ネジ１６０を回動させるかまたはスプリング１５０の支持点を直接もしくは機構を介して間接的に変位させるアクチュエータ、可撓性基板１の上側縁部の位置を検出するセンサ、該センサの検出値に基づいて前記アクチュエータを制御する制御装置を併設し、フィードバック制御により、可撓性基板１の搬送高さを制御可能に構成することもできる。
図７は、本発明実施形態に係る円錐形状の挟持ローラ（１３０）と、比較例として、図１に示した円筒形状の挟持ローラ（３０）の加圧力Ｐｘと展張力Ｑｙとの関係を示す特性図である。図中破線で示される円筒形状の挟持ローラ（３０）の展張力Ｑｙは、加圧力Ｐｘが比較的小さい範囲では加圧力Ｐｘに比例して増加するが、加圧力Ｐｘをさらに増加させていくと次第に飽和する傾向があるのに対して、図中実線で示される円錐形状の挟持ローラ（１３０）の展張力Ｑｙは、より広範囲に亘って加圧力Ｐｘに比例する傾向がある。これは、搬送方向に対する傾斜角θに依存した円筒形状の挟持ローラ（３０）の展張力Ｑｙに対して、円錐形状の挟持ローラ（１３０）は、搬送方向に対する傾斜は有さず、展張力Ｑｙの発生機構そのものが異なることに起因する。
図６の（ａ）は標準的な加圧力の場合、（ｂ）は加圧力を増加させた場合、（ｃ）は加圧力を減少させた場合の各場合における接触面（挟持面）を、周方向に拡大して可視化した図である。挟持ローラ１３１（１３２）が円錐形状であることから、可撓性基板１との接触面１３１ｃは扇形もしくはクサビ状となり、加圧力Ｐｘが大きくなるほど、挟持ローラ１３１，１３２による実質的な挟持点（後述する）が大径側にシフトする。
さらに、加圧力Ｐｘが大きい場合には各挟持ローラ１３１，１３２の形状通りの展張力Ｑｙが可撓性基板１に伝達されるが、加圧力Ｐｘが小さい場合には、次第に接触面内での滑りが主体的になり、伝達される展張力Ｑｙが減少することになる。このような展張力Ｑｙの発生機構自体の特殊性によって、加圧力Ｐｘに比例して展張力Ｑｙを広範囲に変化させることが可能であり、加圧力Ｐｘが大きい領域でも展張力Ｑｙが飽和しにくい要因となっている。
次に、図４（ａ）（ｂ）および図５は、上記第１実施形態の基板位置制御装置１００を、図１に示したのと同様のステップ成膜方式の薄膜席層体製造装置１１０に適用した実施形態を示している。図４には、１つの成膜ユニット２０のみ示されているが、先述したように、共通真空室１０の内部に多数の成膜ユニット２０が搬送方向に沿って並設されている。各成膜ユニット２０は、プラズマＣＶＤなどの化学蒸着（ＣＶＤ）や、スパッタなどの物理蒸着（ＰＶＤ）を行なうための真空蒸着ユニットで構成される。
各成膜ユニット２０は、可撓性基板１を挟んでその両側に対向配置された電極２１（表面に多数の原料ガス噴出孔を有する高周波電極またはターゲット）と、ヒータを内蔵した接地電極２２で構成され、これら電極２１および接地電極２２は、それぞれが、可撓性基板１の搬送面に向かって開口したチャンバーに収容されている。ステップ成膜プロセスでは、１つの成膜ユニット２０に対応したステップ搬送の停止時に、チャンバーを開閉すべく電極２１および／または接地電極２２が進退するので、電極２１と接地電極２２との間には挟持ローラ対１３０を設置できない。
そこで、ステップ成膜方式の製造装置１１０では、成膜ユニット２０を避けてその前後に、すなわち、各成膜ユニット２０の間に、基板位置制御装置１００が設置される。図示例では、搬送経路の上下各側に、それぞれ挟持ローラ対１３０，１３０′を配置している。下側の挟持ローラ対１３０′は、図５に示されるように、上側の挟持ローラ対１３０と同構造のものを上下反対にして用いることができる。
この態様では、上側挟持ローラ対１３０による可撓性基板１の上側縁部に対する上方への展張力Ｑｙと同時に、下側挟持ローラ対１３０′による可撓性基板１の下側縁部に対する下方への展張力−Ｑｙを作用させ、可撓性基板１を上下両方に展張可能であるとともに、それらの差が、可撓性基板１を自重に抗して持ち上げる力となる。したがって、上下各側の挟持ローラ対１３０，１３０′は、搬送スパンが長い場合など、自重による影響が大きい場合には、上側挟持ローラ対１３０の展張力が下側挟持ローラ対１３０′よりも大きくなる範囲で設定されることになる。
基板位置制御装置１００を構成する各挟持ローラ１３１，１３２が、可撓性基板１との接触によって従動回転される際に、接触面（挟持面）内で回転力ＶＦ（ＶＲ）を生じ、その垂直方向の分力が展張力Ｑｙとして可撓性基板１に伝達されることは既に述べた通りである。より詳細に述べると、大径側と小径側とで周長差がある円錐形状の挟持ローラ１３１、１３２では、周速が可撓性基板１の搬送速度と一致する実質的な挟持点（可撓性基板１の搬送力が静止静摩力として挟持ローラに伝達される地点）は、伝達トルクの大きい大径側の地点となり、その地点より小径側では、周速差に応じて、可撓性基板１の搬送方向Ｆと反対方向の滑りを生じることになる。
図３（ｂ）の拡大図（ｃ）において、上述した実質的な挟持点がＬ１からＬ２まで移動する間に、円錐形状の挟持ローラ１３１の小径側はＳ０からＳ２まで回転する。しかし、挟持ローラ１３１の軸方向は一定に保持されているので、挟持点がＬ１にあるとき、挟持ローラ１３１の小径側はＳ１にあり、Ｓ１とＳ０の差の分だけ、可撓性基板１の搬送方向Ｆと反対方向に滑りを生じており、それが可撓性基板１に摩擦力として伝達され、搬送抵抗Ｑｘとなる。
図１０（ａ）は、本発明に係る基板位置制御装置１００における搬送張力の変化に応じた搬送抵抗Ｑｘの変化を示し、図１０（ｂ）は挟持ローラ設置数と総搬送抵抗ΣＱｘとの関係を示している。また、図１０（ｃ）は、本発明に係る基板位置制御装置（挟持ローラ対１３０，１３０′）を実施した薄膜積層体製造装置における搬送張力の分布を示しており、その横軸に沿って、可撓性基板１の巻出部１１から巻取部１２に至る搬送経路に沿って９つの成膜ユニット２０（ＣＶＤ１〜９）が設置され、各成膜ユニット２０の間にそれぞれ基板位置制御装置（挟持ローラ対１３０，１３０′）が設置された薄膜積層体製造装置が概略的に示されている。
基板位置制御装置に起因した搬送抵抗Ｑｘは、その設置数に比例して加算され、搬送張力の増減に伴って増減し、搬送方向下流側に設置されたフィードローラやテンションローラに負荷される。搬送抵抗Ｑｘが大きくなるとこれらの搬送手段に対する負荷が大きくなるとともに、搬送経路の上流側と下流側で張力差が発生するため、搬送抵抗Ｑｘは可及的に少なくすることが好ましい。但し、可撓性基板１を間欠的に搬送するステップ成膜方式の薄膜席層体製造装置では、正逆両方向に作用する搬送抵抗Ｑｘが可撓性基板１を停止位置に安定させる保持力として作用するという好ましい一面もある。
（第２実施形態）
図８は、本発明第２実施形態に係る基板位置制御装置２００を示す搬送方向上流側から見た正面図である。基板位置制御装置２００は、挟持ローラ対２３０を構成する各挟持ローラ２３１，２３２が、何れも截頭円錐形状の円錐ローラで構成されている。すなわち、第２実施形態の各挟持ローラ２３１，２３２は、大径側の形状は第１実施形態の挟持ローラ１３１，１３２と同様であるが、小径側が短縮されている。その他の構成については、第１実施形態と同様であるので、対応する符号を付すことで詳細な説明は省略する。図９（ａ）〜（ｃ）は、図３（ａ）〜（ｃ）に対応している。
図示例の各挟持ローラ２３１，２３２は、図１１（ａ）に示される全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率：Ｗ／Ｗｍａｘが５０％である。第２実施形態の各挟持ローラ２３１，２３２においても、可撓性基板１に対する展張作用は基本的に同様であるが、搬送抵抗Ｑｘを低減する上で有利である。
第２実施形態に係る挟持ローラ２３１（２３２）の作用を示す図９（ｃ）を、先述した第１実施形態の挟持ローラ１３１（１３２）の作用を示す図３（ｃ）と比較すると、大径側の形状は同様であるから、実質的な挟持点Ｌ１，Ｌ２の移動軌跡も同様であり、したがって可撓性基板１に対する展張力Ｑｙも基本的に同様である。しかし、第２実施形態に係る挟持ローラ２３１（２３２）では、大径側と小径側との周長差が減少したことに伴い、小径側における滑り（Ｓ０−Ｓ１）が減少し、搬送抵抗Ｑｘは大幅に低減される。
図１１は、挟持ローラの接触部傾斜角が一定である場合における接触部幅Ｗ（全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率：Ｗ／Ｗｍａｘ）と展張力Ｑｙおよび搬送抵抗Ｑｘの関係を示している。図１１（ｂ）において、ＷとＷｍａｘが等しい場合、すなわち、截頭円錐形状でない全円錐形状の場合にＷ／Ｗｍａｘが１００％であり、截頭の度合いに応じてＷが小さくなると共にＷ／Ｗｍａｘの値が小さくなる。
図中破線で示される接触部幅Ｗと搬送抵抗Ｑｘの関係は上述した通りであり、ＷとＷｍａｘが等しい場合（Ｗ／Ｗｍａｘ＝１００％）の搬送抵抗Ｑｘの値を基準とすると、Ｗ／Ｗｍａｘ＝６０％の場合に、搬送抵抗Ｑｘは０．７倍（３０％減）となり、さらに、Ｗ／Ｗｍａｘ＝３０％の場合には、Ｗ／Ｗｍａｘ＝１００％に比べて搬送抵抗Ｑｘは０．５倍（５０％減）となる。すなわち、搬送抵抗Ｑｘは、接触部の幅Ｗが小さくなると、大きく減少する。
一方、展張力Ｑｙに関しては、挟持面での圧力の上昇などにより、挟持ローラ２３１，２３２と可撓性基板１の接触部幅Ｗが短縮するほど展張力Ｑｙが増大する傾向が認められ、ＷとＷｍａｘが等しい場合（Ｗ／Ｗｍａｘ＝１００％）の展張力Ｑｙの値を基準とすると、Ｗ／Ｗｍａｘ＝６０％の場合には、展張力Ｑｙが１．０４倍（４％増加）の少ない増加であるが、Ｗ／Ｗｍａｘ＝３０％の場合には、Ｗ／Ｗｍａｘ＝１００％に比べて展張力Ｑｙは１．７１倍（７１％増）の急激な増加となった。展張力Ｑｙを示す線と搬送抵抗Ｑｘを示す線とが交差する、全円錐形状の接触部幅に対する接触部幅の比率：Ｗ／Ｗｍａｘの低減分が６０％を越えた付近から、展張力Ｑｙの増加が顕著になる。しかし、接触部幅Ｗが極端に狭い場合は、展張力Ｑｙを制御する上での制御幅も減少するので、接触部幅Ｗは、全円錐形状の接触部幅Ｗｍａｘの３０〜６０％程度が好ましい。
図１２は、挟持ローラの接触部幅Ｗが一定である場合の接触部傾斜角αと展張力Ｑｙおよび搬送抵抗Ｑｘの関係を示しており、展張力Ｑｙおよび搬送抵抗Ｑｘは、接触部傾斜角α＝４５°の場合に対する比率（％）で表示されている。図１２に示されるように、接触部傾斜角αを大きくすることで展張力Ｑｙを増加させることができるが、接触部傾斜角α＝６５°を越えると展張力Ｑｙは殆ど増加しなくなる。接触部傾斜角α＝８０°より大きい場合には装置を構成困難になる。また、接触部傾斜角αを小さくする場合、α＝２０°を下回ると展張力Ｑｙが急激に減少する。一方、接触部傾斜角αの全範囲で展張力Ｑｙの増加に伴い搬送抵抗Ｑｘも増加するが、接触部傾斜角α＝４５°以上では搬送抵抗Ｑｘの増加はごく僅かである。したがって、加圧力Ｐｘに対して大きな展張力Ｑｙを必要とする場合は、接触部傾斜角α＝４５〜６５°が好ましい。
次に、図１３および図１４は、上記第２実施形態の基板位置制御装置２００を、連続成膜方式の薄膜積層体製造装置１１２に適用して基板位置制御装置２００aとした実施形態を示している。連続成膜方式の製造装置１１２の各成膜部２４でも、可撓性基板１を挟んでその両側に電極２５（ターゲット）と、ヒータを内蔵した接地電極２６とが対向配置される。しかし、これら電極２５および接地電極２６は、可撓性基板１に対して所定のギャップを有して固定されており、非接触で連続成膜を行なう。このため、可撓性基板１上の成膜領域は搬送方向に区分されず、成膜部２４の搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板１を案内するロール２３，２３を配置できる。
したがって、連続成膜方式の製造装置１１２では、可撓性基板１の自重による垂下よりも、張力および熱により可撓性基板１に生じる皺を抑制すべく幅方向に展張することに重点が置かれ、図示のように、成膜部２４の上下両側に沿ってそれぞれ複数の上側および下側挟持ローラ対２３０、２３０′が一直線上に列設される。
また、連続成膜方式の製造装置１１２では、ヒータからの輻射熱により、電極２５周辺が３００℃程度まで温度上昇する。そこで、挟持ローラ対２３０、２３０′への輻射熱の影響を考慮して、電極２５と上下の各挟持ローラ対２３０、２３０′との間に、搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラ２７を配設し、各挟持ローラ対２３０、２３０′を電極２５の外に配置している。支持ローラ２７は、好適には耐熱性が良好な金属ローラで構成され、ブラケット２８の下面側に突設された軸に回転自在に支持されている。図示例では、ブラケット２８は固定側支持部材２４１に固定されているが、電極２５側に固定されていても良い。
上記各実施形態では、本発明に係る基板位置制御装置を、可撓性基板１を縦姿勢で横方向に搬送しつつ成膜処理を行なう薄膜積層体製造装置に実施する場合について述べたが、本発明に係る基板位置制御装置は、可撓性基板１を横姿勢（平姿勢）で水平方向や上下方向あるいは斜方向に搬送しつつ成膜等の処理を行なう各種処理装置あるいは製造装置に実施することもできる。
（第３実施形態）
図１５は、本発明第２実施形態と同様の基板位置制御装置３００を、横姿勢で搬送する連続成膜方式の製造装置３１２に適用した実施形態を示す搬送方向上流側から見た断面図である。薄膜積層体製造装置３１２は、所定の真空度に維持された真空室の内部に、可撓性基板１を挟んでその上下に対向配置された電極３２５（ターゲット）と、接地電極３２６とからなる成膜部が配設されている。成膜部の搬送方向上流側および下流側には、搬送手段を構成するガイドロール（アイドルロール）やフィードロール、テンションロールなどが配設され、さらにそれらの搬送方向上流側および下流側に、可撓性基板１の巻出しロールおよび巻取りロールが配設されている。これらの構成は、従来と同様であるため、図示を省略する。
図１５において、薄膜積層体製造装置３１２の基板位置制御装置は、可撓性基板１の搬送経路の幅方向両側に配置された２つの基板位置制御装置３００，３００で構成されており、２つの基板位置制御装置３００，３００は、固定側の挟持ローラ３３１（固定側支持部材３４１）が下になるように横向きに配置されている点、何れも、アクチュエータ３６６およびセンサ３６７が付設され、スプリング３５０による加圧力を積極的に制御可能に構成されている点、および、可動側支持部材３４２がブラケットを兼ねた固定側支持部材３４１に揺動可能に連結されている点を除けば、基本的に第２実施形態の基板位置制御装置２００と同じ構造であるので、対応する符号を付すことで詳細な説明は省略する。
この製造装置３１２では、可撓性基板１の下面側に接地電極３２６が配設され、可撓性基板１の自重による影響は小さく、かつ、各側の基板位置制御装置３００，３００に同様である。したがって、各側の基板位置制御装置３００，３００におけるスプリング３５０，３５０の初期変位および各アクチュエータ３６６の制御量は、基本的に同等に設定される。
一方、各アクチュエータ３６６による加圧力の制御は、可撓性基板１を幅方向に展張しつつ、可撓性基板１の幅方向の変位や蛇行を補正するために、各側センサ３６７の検知に基づいて制御装置により個別にかつ連携して実施されることになる。したがって、各側センサ３６７は、可撓性基板１の各側縁位置の許容される最大値と最小値とに対応して幅方向に隣接配置された２つの検出部をそれぞれ備えるか、代替的に、各側センサ３６７がそれぞれ１つのイメージセンサからなり、可撓性基板１の各側縁位置を画像処理によって検知するようにしても良い。
以上、本発明の実施の形態につき述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記以外にも本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
例えば、上記各実施形態では、付勢手段として引張スプリングを用いる場合を示したが、各固定側および可動側支持部材や各リンクおよび可動軸に対する連結点を適宜変更することで、圧縮スプリングとして装置を構成することもできる。その場合、各固定側または可動側支持部材、あるいは各リンクや可動軸に必要に応じて腕部等が追加されても良い。また、コイルスプリングは、スパイラルスプリング、トーションスプリング、リーフスプリング等、周知の各種スプリングに変更されても良い。各固定側および可動側支持部材や各リンクが相互に接離する形態を、直線的な摺動で代替することもできるが、効率的には揺動（枢回動）が好ましい。
また、上記各実施形態では、本発明に係る基板位置制御装置を太陽電池用の薄膜積層体の製造装置に実施する場合について述べたが、本発明に係る基板位置制御装置は、有機ＥＬ等の半導体薄膜の製造装置は勿論、塗装、洗浄、乾燥、熱処理、表面加工など、成膜以外にも、可撓性基板の位置制御や展張が求められる各種処理装置に適用できる。
１ 可撓性基板
１０ 真空室
１１ 構造要素
２０ 成膜ユニット
２１，２５，３２５ 電極
２２，２６，３２６ 接地電極
２４ 成膜部
２７ 支持ローラ
１００，２００，３００ 基板位置制御装置
１１１，２１１ ブラケット
１３０，２３０，３３０ 挟持ローラ対
１３１，２３１，３３１ 固定ローラ
１３２，２３２，３３２ 可動ローラ
１４０，２４０，３４０ 支持機構
１４１，２４１，３４１ 固定側支持部材
１４２，２４２，３４２ 可動側支持部材
１４２ｂ，２４２ｂ ヒンジ部
１５０，２５０，３５０ スプリング（付勢手段）
１６０，２６０，３６０ 加圧力調整ネジ
３６５ 可動軸
３６６ アクチュエータ
３６７ センサ

Claims (9)

  1. 帯状の可撓性基板を縦姿勢で横方向に搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
    前記基板の上側縁部を挟持する一対の挟持ローラと、
    前記一対の挟持ローラを回転可能かつ相互に接離可能に支持する支持機構と、
    前記支持機構を介して前記一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
    前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
    前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記支持機構によって支持されていることを特徴とする可撓性基板の位置制御装置。
  2. 前記一対の挟持ローラを構成する各ローラが、截頭円錐形状の円錐ローラであることを特徴とする請求項１に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  3. 前記各円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が２０〜８０度の範囲から選定されていることを特徴とする請求項２に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  4. 前記各円錐ローラは、回転軸に対する周面の傾斜角が４５〜６５度の範囲から選定されていることを特徴とする請求項２に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  5. 前記基板の下側縁部を挟持する一対の下側挟持ローラと、前記支持機構および前記付勢手段と同様に構成された前記一対の下側挟持ローラのための支持機構および付勢手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  6. 前記処理装置が、前記処理部として前記基板の搬送経路に沿って等ピッチで並設された複数の成膜部を備え、前記基板を前記成膜部に対応したピッチで間欠的に搬送しながら、前記基板の表面に薄膜を順次積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記複数の成膜部の間に配設されていることを特徴とする請求項５に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  7. 前記処理装置が、前記基板を連続的に搬送し、前記処理部としての成膜部にて、前記基板の表面に薄膜を積層形成する薄膜積層体製造装置であり、前記一対の上側挟持ローラと、前記一対の下側挟持ローラとが、前記成膜部の上下に搬送方向に沿って複数列設されていることを特徴とする請求項５に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  8. 前記基板の薄膜形成領域と前記複数対の上側挟持ローラとの間および前記複数対の下側挟持ローラとの間でそれぞれ前記基板を支持すべく搬送方向に沿って列設された複数の支持ローラをさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載の可撓性基板の位置制御装置。
  9. 帯状の可撓性基板を搬送し、前記基板の搬送経路に設置された処理部にて、前記基板に処理を行なう処理装置における可撓性基板の位置制御装置であって、
    前記基板の各側縁部をそれぞれ挟持する各一対の挟持ローラと、
    前記各一対の挟持ローラをそれぞれ回転可能かつ各対において相互に接離可能に支持する各支持機構と、
    前記各支持機構を介して前記各一対の挟持ローラに加圧力を付与する付勢手段と、
    前記付勢手段による前記加圧力の調整手段と、を備えるものにおいて、
    前記各一対の挟持ローラを構成する各ローラが、軸方向に対して傾斜した周面を有する円錐ローラであり、前記各円錐ローラの小径側が前記基板の幅方向中央側に位置しかつ前記基板の挟持面における回転方向が前記基板の搬送方向と同方向になるように、前記各支持機構によって支持されていることを特徴とする可撓性基板の位置制御装置。
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