JPH09176855A

JPH09176855A - 薄膜形成装置

Info

Publication number: JPH09176855A
Application number: JP7334522A
Authority: JP
Inventors: Hidekazu Funo; 布野　　秀和
Original assignee: Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】搬送されるフィルム基板の収縮を大きくする大
きな張力を加えることを避け、基板のたわみによる損傷
を防止し、均一な基板温度テクスチャ化した太陽電池用
の金属電極を形成する。【解決手段】送りロールから巻き取りロールに至る長い
距離の中間に搬送速度に同期して回転駆動されるガイド
ロールを設置し、スリップが生じないように基板を搬送
し、また基板加熱ヒータを幅方向に分割し、基板各部の
温度測定結果をフィードバックして各ヒータ部分の加熱
を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜太陽電池製造
などのために可とう性基板上に電極層等を形成する場合
等に用いる薄膜形成装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚さ数十ないし数百μｍ程度の高分子材
料フィルムやステンレス鋼箔を可とう性基板として用
い、光電変換層を非晶質シリコン薄膜で形成する薄膜太
陽電池は、高い量産性が得られることから、低コスト太
陽電池として期待されている。この種の太陽電池は、通
常、高い変換効率を得るために反射率の高いＡｇやＡｌ
の層が電極層として基板上に形成される。さらなる高効
率化技術として、テクスチャ化、すなわち、電極層表面
に高さ０．０５〜０．５μｍ程度の凹凸を設け、光を太
陽電池内部で散乱させることが考えられている。このテ
クスチャ化の方法として、特願平７−１１１１４１号明
細書に記載のようにＡｇを約３００〜４００℃で高温形
成して凝集させる方法や、特願平７−１８５３１５号明
細書に記載のようにＡｌを約２５０〜３５０℃で高温形
成して凝集させその上に２００℃程度でＡｇを形成する
方法があげられる。いずれの場合も、テクスチャ化には
３００℃程度に最適値があり、温度が低すぎても高すぎ
ても太陽電池の特性を低下させることにつながる。特
に、基板としてポリイミドのような耐熱性プラスチック
フィルムを用いた場合、約３００℃以上で急激な熱収縮
が生じることから、テクスチャ化電極形成時には３００
℃程度の温度領域で±１０℃程度の非常に精密な基板温
度制御が要求される。

【０００３】フィルム基板上にテクスチャ化電極を形成
する装置としては、図２（ａ）、（ｂ）に縦断面図およ
び横断面図で示すように、フィルム基板を複数の反応室
を通して直線的に通すものや、図３に示すように、キャ
ンロール上で成膜するものがある。図２の装置は、送り
室１、第一、第二、第三成膜室２１、２２、２３および
巻き取り室３から構成されている。送り室１にはフィル
ムの巻き出しのための送りロール４、巻き取り室３には
巻き取りロール５がそれぞれ設置され、さらにガイドロ
ール６が双方の部屋に設置されている。各成膜室２１、
２２、２３には、マグネトロンスパッタリングのため
に、フィルム加熱用のヒータ９、カソード７および環状
のアノード８が設置されている。カソード７はターゲッ
ト材料７１、バッキングプレート７２およびマグネット
７３により構成され、直流あるいは高周波の電圧を印加
することによりマグネトロンスパッタリングが行われ、
それぞれモータ１１で駆動される送りロール４から巻き
取りロール５へ搬送されるフィルム基板１０上に成膜さ
れる。図３に示す装置は、送りロール４から巻き取りロ
ール５へフィルム基板１０がキャンロール１２の表面に
接しながら搬送される。そして、キャンロール１２に対
向する３組のカソード７およびアノード８のそれぞれの
間の電圧印加によりスパッタが行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図４は一定温度２５０
℃に保持したフィルム基板の搬送時に加える張力と初期
値５０８ｍｍのフィルム幅の変化の関係を示す。図に示
すように、１９．６Ｎ（２ｋｇｆ）の張力をかけて搬送
するフィルム基板上に２００℃以上でＡｇやＡｌを形成
した場合、基板の幅方向の収縮率が０．２％を越え、表
１に示すように、フィルム基板の搬送方向にウエーブ状
の皺が生ずるというダメージが発生し、変換効率低下の
原因となる。

【０００５】

【表１】また、張力１６．５Ｎ（１．５ｋｇｆ）以下でＡｇやＡ
ｌをフィルム基板状に形成する場合も図２に示すように
複数の成膜室２１、２２、２３を通して搬送するための
搬送ガイドロール６が送り室１および巻き取り室３に設
置されているだけであれば、フィルム基板１０の自重に
より、鎖線で示すように基板が弧を描いた状態となる。
このことによりフィルム基板１０が成膜室の開口部分に
擦れたり、フィルム基板幅方向で膜厚が不均一になるこ
とが起こる。さらに、各成膜室を挟んだ位置に、基板を
支持するが駆動機構は持たず、フィルム基板の張力によ
り回転するガイドロールを備えた場合でも、フィルム基
板を搬送する張力が低張力であるため、ガイドロールを
回転させることができず、フィルム基板がガイドロール
上でスリップし、形成した薄膜を損傷してしまい変換効
率の低下の要因となるという問題点がある。

【０００６】フィルム基板加熱方法としては、図２に示
したヒータ９による抵抗加熱やランプ加熱の加熱領域
で、通過するフィルム基板１０を非接触で加熱する方法
が一般的である。しかし、フィルム基板の様に熱容量が
極めて小さい場合、非接触で間接的に加熱すると、幅方
向に対して両端部が冷めやすく中央部分と温度差が生じ
る。このため、フィルム基板に与えた張力によりフィル
ム中央部が両端部よりも伸び、ダメージが発生し変換効
率が低下する。

【０００７】一方、図３に示した装置を用いる場合、フ
ィルム基板１０が熱容量の大きなキャンロール１２に接
触しているため、フィルム基板の温度分布が良く、フィ
ルム基板にダメージが発生しにくい。しかしながら、装
置が大型になり装置コストアップする。その上、ターゲ
ット７の交換等のメンテナンスが困難であり、また、基
板温度が一つのロール１２で限定されるため、異なる成
膜温度で多層膜を形成することが出来ない等の問題点が
ある。

【０００８】本発明の目的は、上述の問題を解決し、フ
ィルム基板およびその上に形成された膜にダメージを発
生させることなく電極のテクスチャ化が可能な薄膜形成
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成させる
ために、本発明は、回転駆動される送りロールから巻き
取りロールに向けて張力を加えながら搬送される可とう
性基板を所定の温度に保持し、基板表面上に成膜する薄
膜形成装置において、送りロールと巻き取りロールとの
間に基板搬送速度に同期して回転駆動され、基板に接触
するガイドロールを備えたものとする。基板に接触する
ガイドロールを送りロールと巻き取りロールの間に備え
ることにより、搬送距離が長くても基板がたれ下がって
弧を描くことがなくなる。その結果、基板が成膜室の開
口部分に擦れたり、基板幅方向で膜厚が不均一になるこ
とがない。基板搬送速度に同期してガイドロールが回転
駆動されることにより，基板がガイドロール上でスリッ
プすることがなく、ガイドロールを膜面に接触させても
形成された薄膜を損傷することがない。このガイドロー
ルの温度が制御可能であることがよい。これによりガイ
ドロールに接触する基板の温度が幅方向で均一になる。
可とう性基板が高分子プラスチックよりなり、搬送時に
加えられる張力が１６．５Ｎ以下であることがよい。高
分子プラスチックフィルムが加熱されている場合、張力
が１６．５Ｎを超えると収縮率が大きくなってウエーブ
状の皺が生ずるが、駆動ガイドロールを備えることによ
って低張力でもたわみなく搬送される。

【００１０】別の本発明は、送りロールから巻き取りロ
ールに向けて搬送される可とう性基板を所定の温度に保
持し、基板表面上に成膜する薄膜形成装置において、基
板の幅方向に複数に分割された各部分に対向する部分よ
りなる加熱手段を備え、この加熱手段の各部分の温度
が、基板の分割された各部分に対向して設置された基板
温度測定手段の測定結果に基づいて制御可能であること
が有効である。これにより可とう性基板の温度分布がよ
り均一となり、所期のテクスチャ化した金属電極膜が形
成されている。

【００１１】

【発明の実施の形態】可とう性基板としては、ポリイミ
ド、ポリエーテルイミド、ポリサルホン、ポリエーテル
サルホン、ポリフェキレンサルファイド、バラ系アラミ
ド、ポリエーテルケントあるいはふつ素樹脂などの高分
子プラスチックフィルムを用いる。成膜法としては、ス
パッタリング、真空蒸着、プラズマＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ
などを実施することができる。送りロールから巻き取り
ロールまでの距離を長くとれるので、複数の成膜室を連
絡することも容易であり、異なる種類の成膜法により多
層膜を形成することも可能である。成膜室内を真空にす
るには、クライオポンプあるいはターボ分子ポンプなど
を用いる。ガイドロールの温度制御は、ロール内に空
気、水あるいは油を通して冷却あるいは加熱することに
より行う。基板の加熱手段としては、抵抗加熱あるいは
ランプ加熱を用いる。抵抗加熱の場合、各部分のヒータ
と一体でアルミニウム中に鋳込んだアルミニウム鋳込ヒ
ータを用いる。基板温度の非接触の測定手段としては赤
外線温度計を用いる。

【００１２】

【実施例】以下、図２と共通の部分に同一の符号を付し
た図１（ａ）、（ｂ）を引用して本発明の一実施例につ
いて説明する。図１の装置は、図２の装置と同様に送り
室１、第一、第二、第三成膜室２１、２２、２３および
巻き取り室３から構成されている。送り室１には、フィ
ルム基板１０の巻き出しのための送りロール４、巻き取
り室３にはフィルム基板１０の巻き取りのための巻き取
りロール５が設置され、それぞれモータ１１で駆動され
る。また、送り室１および巻き取り室３にはそれぞれガ
イドロール６が設置されているが、そのほかに、送り室
１、成膜室２１、２２、２３および巻き取り室３の各室
の間にも、従回転駆動モータ１３により駆動される搬送
ガイドロール１４と、フィルム基板１０を各成膜室で同
じ搬送高さにするための補助ロール１５とが設置されて
いる。搬送ガイドロール１４は、冷却および加熱機構を
備えている。フィルム基板１０は、送りロール４から巻
き取りロール５まで各ガイドロール６、搬送ガイドロー
ル１４および補助ロール１５を介して搬送される。搬送
ガイドロール１４は、送りロール４および巻き取りロー
ルを駆動する主回転駆動モータ１１の回転速度に同期す
る回転速度をもつ従回転駆動モータ１３により駆動され
て回転するので、低張力で搬送してもフィルム基板１０
と搬送ガイドロール１４との間にスリップは生じない。

【００１３】一方、フィルム基板１０の加熱のために、
基板に対向するヒータ９は中央部９２と両端部９１、９
３の３ゾーンに分割してアルミニウム中に鋳込んで配置
されている。そして、基板１０の中央部と両端部の同じ
側に対向して、赤外線温度計３２、３１、３３が配置さ
れ、基板温度をモニタリングする。そのモニタリング結
果を制御装置４１、４２、４３を経てアルミニウム鋳込
みヒータ９の各ヒータ９１、９２、９３にフィードバッ
クし、パワーコントロールする。このことにより、フィ
ルム基板１０の幅方向に対して温度分布良く加熱するこ
とができ、基板へのダメージが低減できる。そのほか
に、各成膜室２１、２２、２３でマグネトロンスパッタ
リングを行うためにカソード７、リング状のアノード８
が設置されている。カソード７は、ターゲット材料７
１、バッキングプレート７２およびマグネット７３によ
り構成される。また巻き取り室３にはポンプ１６が接続
されている。

【００１４】本装置の送りロール１にフィルム基板１０
をセットし、ポンプ１６により装置内部を１０^-2〜１０
^-5Ｐａに排気し、アルミニウム鋳込みヒータを予め２５
０〜３００℃に加熱した。次に、不活性ガスとしてＡｒ
ガスを導入し、装置内部の圧力を圧力コントローラによ
り１０³〜１０^-1Ｐａに制御する。そしてフィルム基板
１０を８×１０^-3〜３×１０^-2ｍ／ｓの速度で搬送し、
赤外線温度計３１、３２、３３によるモニタリングに基
づき、ヒータ９１、９２、９３のパワーコントロールを
し、搬送ガイドロール１４による加熱あるいは冷却と併
せて基板温度を制御しながらＡｇを成膜したところ、テ
クスチャ化したＡｇ電極が得られ、フィルム基板にも、
電極膜にもダメージは生じなかった。複数の成膜室は、
例えばＺｎＯ膜上のＡｌ膜、Ａｇ膜の積層あるいはＡｇ
膜のみの複数回に分けての成膜に利用することができ
る。

【００１５】

【発明の効果】本発明によれば、送りロールから巻き取
りロールに至る中間に回転駆動されるガイドロールの配
置あるいは基板を幅方向で分割して行う温度制御の採用
により、フィルム基板のような可とう性基板の搬送中
に、直線的に配置した比較的小型の成膜室で、基板にダ
メージを与えずに良質の薄膜をスパッタあるいはＣＶＤ
等で形成できる。この装置を太陽電池用の電極形成に用
いることで、非常に良好な形状のテクスチャ電極を異な
る成膜温度で多層状に安定して形成できる。これによっ
て生産性良く、かつ変換効率の高いアモルファスシリコ
ン太陽電池を安定して生産することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の薄膜形成装置を示し、
（ａ）が縦断面図、（ｂ）が横断面図

【図２】従来の薄膜形成装置の一例を示し、（ａ）が縦
断面図、（ｂ）が横断面図

【図３】従来の薄膜形成装置の別の例を示す断面図

【図４】フィルム張力とフィルム幅との関係線図

【符号の説明】

１送り室２１、２２、２３成膜室３巻き取り室４送りロール５巻き取りロール６ガイドロール７カソード７１ターゲット材料７２バッキングプレート７３マグネット８アノード９ヒータ１０フィルム基板１４搬送ガイドロール１５補助ロール３１、３２、３３赤外線温度計４１、４２、４３制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動される送りロールから巻き取りロ
ールに向けて張力を加えながら搬送される可とう性基板
を所定の温度に保持し、基板表面上に成膜する薄膜形成
装置において、送りロールと巻き取りロールとの間に基
板搬送速度に同期して回転駆動され、基板に接触するガ
イドロールを備えたことを特徴とする薄膜形成装置。
【請求項２】ガイドロールの温度が制御可能である請求
項１記載の薄膜形成装置。
【請求項３】可とう性基板が高分子プラスチックよりな
り、搬送時に加えられる張力が１６．５Ｎ以下である請
求項１あるいは２記載の薄膜形成装置。
【請求項４】送りロールから巻き取りロールに向けて搬
送される可とう性基板を所定の温度に保持し、基板表面
に成膜する薄膜形成装置において、基板の幅方向に複数
に分割された各部分にそれぞれ対向する部分よりなる加
熱手段を備え、この加熱手段の各部分の温度が、基板の
分割された各部分に対向して設置された基板温度測定手
段の測定結果に基づいて制御可能であることを特徴とす
る薄膜形成装置。