WO2009122836A1 - 薄膜積層体の製造装置および方法 - Google Patents

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横山　勝治
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富士電機システムズ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for manufacturing a thin film laminate such as a thin film photoelectric conversion element by forming a plurality of thin films on a strip-like flexible substrate.
  • a high-rigidity substrate is usually used as a substrate for a thin film laminate such as a semiconductor thin film.
  • a flexible substrate such as a resin is also used for a substrate of a photoelectric conversion element used for, for example, a solar cell for convenience such as light weight and easy handling and cost reduction due to mass production. .
  • a strip-shaped flexible substrate is passed through a plurality of continuously arranged film forming chambers and stopped in each film forming chamber.
  • a film forming apparatus has been developed in which a film is formed on the surface of the substrate, and then the operation of transporting the substrate to the position of the next film forming chamber is repeated to stack a plurality of thin films having different properties on the substrate.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 2005-72408 Japanese Patent Laid-Open No. 2005-72408
  • the width direction of the strip-shaped flexible substrate is held in the horizontal direction, the substrate is transported in the horizontal direction, and the film is formed in the horizontal direction, and the width direction of the strip-shaped flexible substrate is set in the vertical direction.
  • the substrate is transported in the horizontal direction to form a film.
  • the latter type has advantages such as less contamination of the substrate surface compared to the former type, but when the number of film forming chambers increases, wrinkles occur on the surface of the substrate due to gravity and substrate elongation, There is a problem that the substrate meanders in the width direction or hangs downward.
  • an intermediate chamber is disposed between two film forming chambers located at the center of a plurality of film forming chambers, and the substrate surface is spread over the entire surface in the width direction of the substrate.
  • EPC side edge position control
  • the EPC roller in the intermediate chamber is eliminated and the end portion of the substrate is held by the grip roller and conveyed.
  • the substrate since the substrate is not restrained by the EPC roller in the intermediate chamber, it becomes more susceptible to variations in the initial properties of the substrate itself. This problem becomes apparent when the number of film forming chambers in the line is increased and the line length is increased in order to increase the production efficiency of the line, and the amount of meandering in the substrate height direction during transportation increases, and the film formation of the substrate increases. The position variation becomes large.
  • the substrate portion located from the first film formation chamber to the last film formation chamber cannot form a predetermined thin film in all layers. Therefore, until the substrate portion formed in the first film formation chamber reaches the take-up core (that is, for all the film passes), the substrate has a property different from the substrate on which all the predetermined thin films are formed. change. Therefore, the substrate having a length from the unwinding position to the winding position at the initial stage of film formation rises or falls in the width direction from a predetermined target height. It is also necessary to transport the substrate for a longer time until the substrate converges to a predetermined height.
  • the present invention increases the process length in order to increase the production efficiency when the substrate is transported over a long distance in the horizontal direction while the width direction of the belt-like flexible substrate is directed in the vertical direction.
  • Manufacture of a thin film stack that can prevent the substrate from meandering in the width direction and hanging down even if the substrate that has not been formed is transported for a long time even if it is long.
  • an apparatus for manufacturing a thin film laminate by laminating a plurality of thin films on the surface of a strip-like flexible substrate wherein the width direction of the substrate is A substrate transport means for transporting the substrate in a horizontal direction so as to be in a vertical direction, and a plurality of film forming chambers that are continuously arranged along the transport direction of the substrate and perform film formation on the surface of the substrate; And at least one pair of grip rollers disposed between at least one of the plurality of film forming chambers and sandwiching an upper end portion in the vertical direction of the substrate, and the rotation direction of the grip rollers is the transport direction of the substrate.
  • a grip roller installed obliquely upward with respect to a direction; and a control unit that controls a height of the substrate by changing a force of sandwiching the substrate between the at least one pair of grip rollers.
  • the present invention provides an apparatus for manufacturing a thin film laminate by laminating a plurality of thin films on the surface of a strip-shaped flexible substrate, the width direction of the substrate being a vertical direction.
  • a substrate transfer means for transferring the substrate in the horizontal direction, a plurality of film forming chambers that are continuously arranged along the transfer direction of the substrate, and for forming a film on the surface of the substrate, and the plurality of film forming chambers Between the plurality of pairs of grip rollers sandwiching the upper end in the vertical direction of the substrate and at least one of the plurality of film forming chambers.
  • An apparatus for manufacturing a thin film laminate according to the present invention includes an actuator that changes a force sandwiching a substrate of the grip roller, a power unit for inputting energy to the actuator, and a load cell that detects energy input to the actuator.
  • the control device calculates a target value of energy input to the actuator in order to set a force sandwiching the substrate of the grip roller to a target value, and uses the target value of the input energy as the power.
  • the detected value of the input energy detected by the load cell is compared with the target value of the input energy, and the target value of the energy input to the actuator is changed.
  • the apparatus for manufacturing a thin film laminate according to the present invention further includes a sensor for detecting the height of the substrate, and the control device is configured so that the height of the substrate is not within a predetermined range by the sensor.
  • the determination it is preferable to change the target value of the force sandwiching the grip roller substrate.
  • Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a thin film laminate by laminating a plurality of thin films on the surface of a strip-like flexible substrate, the width direction of the substrate being a vertical direction, A step of transporting the substrate in a horizontal direction, a step of performing film deposition on the surface of the substrate by a plurality of film deposition chambers arranged continuously along the transport direction of the substrate, and the plurality of film deposition chambers And at least one pair of grip rollers disposed between at least one of the gaps and sandwiching the upper end in the vertical direction of the substrate, the rotation direction of the grip rollers being obliquely upward with respect to the transport direction of the substrate And a step of controlling the height of the substrate by changing a force sandwiching the substrate with respect to the installed grip roller.
  • the present invention is a method for producing a thin film laminate by laminating a plurality of thin films on the surface of a strip-like flexible substrate, the width direction of the substrate being a vertical direction, A step of transporting the substrate in a horizontal direction, a step of performing film deposition on the surface of the substrate by a plurality of film deposition chambers arranged continuously along the transport direction of the substrate, and the plurality of film deposition chambers At least one pair of grip rollers disposed between at least one of the upper and lower ends of the substrate, wherein the rotation direction of the upper pair of grip rollers is the substrate.
  • the grip rollers in which the rotation direction of the pair of lower grip rollers is installed obliquely downward with respect to the transport direction of the substrate are arranged above and below the grip rollers.
  • by changing the force sandwiching the substrate of at least one of the gripping rollers characterized in that it comprises a step of controlling the height of the substrate.
  • the step of controlling the height of the substrate is a step of calculating a target value of energy input to the actuator that changes the force of sandwiching the substrate of the grip roller in order to set the force of sandwiching the substrate of the grip roller to a target value.
  • a step of changing a target value of energy input to the actuator is a step of calculating a target value of energy input to the actuator that changes the force of sandwiching the substrate of the grip roller in order to set the force of sandwiching the substrate of the grip roller to a target value.
  • the step of controlling the height of the substrate includes a step of detecting the height of the substrate by a sensor and determining whether or not the height of the substrate is within a predetermined range; It is preferable that the method further includes a step of changing a target value of a force for sandwiching the substrate of the grip roller when it is determined that it is not within the predetermined range.
  • the grip roller disposed between the film forming chambers and sandwiching the vertical end of the substrate is installed so that the rotation direction is oblique with respect to the substrate transport direction, and the substrate is sandwiched. Since the height of the substrate can be controlled by changing the force, even if the belt-like flexible substrate is transported over a long distance between a plurality of film forming chambers, the substrate can meander in the width direction, It is possible to prevent the sagging downward.
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing an experimental apparatus used in a test of Example 2.
  • FIG. It is a graph which shows the test result of the experimental apparatus of FIG.
  • a thin film laminate manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • this invention is applied to manufacture of thin film laminated bodies, such as a semiconductor thin film, such as a photoelectric conversion element for solar cells, and organic EL, for example. be able to.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing one embodiment of a thin film laminate manufacturing apparatus according to the present invention. The drawings are deformed and are not drawn to scale.
  • the thin film laminate manufacturing apparatus includes an unwinding unit 10 that feeds the strip-shaped flexible substrate 1 and an unwinding unit that transports the strip-shaped flexible substrate 1 from the unwinding unit to the film forming unit.
  • Side driving unit 20 film forming unit 30 for laminating a plurality of thin films on strip-shaped flexible substrate 1, and winding-side driving unit 60 for transporting strip-shaped flexible substrate 1 from the film forming unit to the winding unit
  • a winding portion 70 for winding the belt-like flexible substrate 1 on which the thin film laminate is formed.
  • substrate 1 is conveyed to a horizontal direction, while the width direction faces a perpendicular direction.
  • the unwinding unit 10 includes an unwinding core 11 that feeds the band-shaped flexible substrate 1 from an original fabric on which the band-shaped flexible substrate is wound in a roll shape, and a band-shaped flexible substrate that is fed from the unwinding core 11.
  • a tension detection roller 13 for detecting the tension of 1 and a free roller 12 positioned between them are provided.
  • the unwinding core 11, the free roller 12, and the tension detection roller 13 are installed such that the axial direction is the vertical direction.
  • Each roller described below is also installed so that the axial direction is the vertical direction unless otherwise specified.
  • the unwinding side driving unit 20 includes an unwinding side film driving roller 21 that is rotationally driven to convey the band-shaped flexible substrate 1 from the unwinding unit 10 to the film forming unit 40, and the band-shaped flexibility at the time of driving.
  • a tension detection roller 22 for detecting the tension of the conductive substrate 1
  • a free roller 23 for changing the advancing direction of the belt-like flexible substrate 1 by 90 degrees and sending it to the film forming unit 40.
  • the film forming unit 30 is provided with a preheating chamber 38 and a plurality of film forming chambers 40a to 40p for sequentially laminating thin films on the surface of the strip-shaped flexible substrate 1.
  • the film formation chamber 40 is provided with a film formation apparatus such as CVD or sputtering according to the type of thin film to be formed.
  • a CVD film forming apparatus is provided in the first 14 film forming chambers 40a to 40n arranged in a straight line, and the film forming chambers 40o and 40p in the last two chambers are sputtered.
  • a device is provided. Between the CVD film forming chamber and the sputter film forming chamber, two free rollers 31 and 32 that change the traveling direction by 90 degrees are arranged.
  • Each film forming chamber 40 is provided with a movable wall (not shown) for making the film forming chamber airtight.
  • Each film forming chamber 40 is provided with a pair of grip rollers 44 and 52 sandwiching the strip-shaped flexible substrate 1 on the substrate entrance side of the film forming chamber.
  • the grip rollers include a fixed grip roller 44 having a constant force for pressing the substrate 1 and a variable grip roller 52 capable of controlling the force for pressing the substrate 1.
  • the variable grip roller 52 is installed in the fourth, sixth, eighth, tenth, and sixteenth film forming chambers 40d, 40f, 40h, 40j, and 40p, and the fixed grip roller 44 is installed in the remaining film forming chambers. Yes.
  • Each film forming chamber in which the variable grip roller 52 is installed is provided with an end surface sensor 42 for detecting the upper end surface of the strip-shaped flexible substrate 1 as will be described in detail later.
  • the take-up drive unit 60 includes a take-up film drive roller 62 that rotates to convey the belt-like flexible substrate 1 from the film forming unit 40 to the take-up unit 70, and a free roller positioned before and after this 61 and 63 are provided.
  • the winding unit 70 has a belt-like belt formed with a tension detection roller 72 for controlling the tension of the belt-like flexible substrate 1 at the time of winding, free rollers 71 and 73 positioned before and after this, and a thin film laminate.
  • a winding core 75 for winding the flexible substrate 1 in a roll shape and a free roller 74 positioned in front of the winding core 75 are provided.
  • FIG. 2 is an enlarged front view showing the belt-like flexible substrate 1 and the fixed grip roller 44 in the manufacturing apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is an enlarged front view showing the belt-like flexible substrate 1 and the variable grip roller 52 in the manufacturing apparatus of FIG.
  • both grip rollers 44 and 52 are arranged at both the upper end and the lower end of the belt-like flexible substrate 1 in the vertical direction.
  • each grip roller is installed obliquely at an angle ⁇ with respect to the horizontal that is the transport direction.
  • the upper fixed grip roller 44 ⁇ / b> U is installed such that the rotation direction of the roller is inclined upward with respect to the transport direction (that is, the horizontal direction) of the belt-like flexible substrate 1.
  • the angle ⁇ U between the rotation direction of the upper fixed grip roller 44U and the transport direction of the strip-shaped flexible substrate 1
  • the strip-shaped flexible substrate 1 is transported in the horizontal direction.
  • a force F U that raises the substrate 1 upward is generated.
  • certain types grip roller 44L of the lower likewise at an angle theta U, is installed to be inclined downward, the force F D pulling the substrate 1 downward is generated.
  • the vertical angles ⁇ U and ⁇ L are preferably equal, and preferably 0.1 to 6 °.
  • the upper variable grip roller 52U is similarly installed at an angle ⁇ U and inclined upward, and the lower variable grip roller 52L is similarly positioned at an angle ⁇ L below. It is installed at an angle.
  • the difference obtained by subtracting the force F D that pulls the substrate 1 downward from the force F U that pulls the substrate 1 upward is the force F X that actually increases the height of the substrate 1. is there.
  • the force F U raising the substrate 1, when the angle theta U grip rollers is constant, as the pressure F P sandwiching the substrate 1 of the grip roller increases, increases.
  • the angles ⁇ U and ⁇ L of the grip roller are larger, the forces F U and F D for pulling the substrate 1 are larger, but the angles ⁇ U and ⁇ L exceed 6 ° or the static frictional force of the roller itself is increased. If exceeded, the forces F U and F D for pulling the substrate 1 hardly improve. Therefore, the angles ⁇ U and ⁇ L are preferably 0.1 to 6 °. It is preferable to make the vertical angles ⁇ U and ⁇ L equal.
  • the variable grip roller 52 has been described as being installed on the upper side and the lower side, but of course, by installing only the upper variable gripping rollers 52U, by changing the pressurizing force F P, likewise the substrate 1 The height can be controlled.
  • FIG. 4 is a cutaway side view schematically showing an example of the upper variable grip roller 52 and its attached device.
  • the pair of grip rollers 52 are rotatably mounted in roller housings 91 and 92 opened on the substrate 1 side.
  • One roller housing 91 is fixed to one end of an arm 98 having an L-shaped cross section, and this arm 98 is fixed to the lower surface of the wall surface 110 of the film forming chamber via a suspension member 103.
  • the other roller housing 92 is fixed to one end of a plate-like pressure lever 90, and this pressure lever 90 is rotatably attached to the other end of the arm 98 via a hinge 96 at the center portion thereof. It has been.
  • the arm 98 and the pressure lever 90 are connected by a pressure spring 93, and the pair of grip rollers 52 sandwich the substrate 1 in the horizontal direction with the initial tension F 0 of the pressure spring 93. ing.
  • an adjustment lever 95 having an L-shaped cross section is in contact with the other end of the pressure lever 90.
  • the adjustment lever 95 is rotatably attached to a fixing member (not shown) via a hinge 97 at the corner portion.
  • One end of an adjustment spring 94 is connected to the other end of the adjustment lever 95.
  • the adjustment spring 94 the other end of the adjusting lever 95, when pulled vertically with a force F.alpha X, the hinge 97 as a fulcrum adjusting lever 95 is rotated, one end of the adjusting lever 95 is at the other end of the pressing lever 90 and it is configured to push the horizontal direction with a force F.alpha L.
  • the other end of the adjustment spring 94 is connected to the tip of the movable rod 105.
  • the opposite end of the movable rod 105 is connected to the linear drive motor 100, and the movable rod 105 moves forward and backward in the vertical direction L X by the rotation of the linear drive motor 100.
  • the linear drive motor 100 is provided with a brake 104 that locks the linear drive motor 100 at a desired position.
  • the linear drive motor 100 is provided with a motor position sensor 101 that detects the position M S of the current rotational speed of the linear drive motor 100. As the motor position sensor 101, an absolute encoder is preferable.
  • the movable rod 105 is provided with a load cell 99 for measuring a force F ⁇ X at which the adjustment spring 94 pulls the adjustment lever 95.
  • the linear drive motor 100, the motor brake 104, the motor position sensor 101, and the load cell 99 are fixed on the wall surface 110 of the film forming chamber by a flange 102.
  • the movable rod 105 is configured to pass through the inside of the flange 102 and the wall surface 110 of the film forming chamber.
  • the wall surface 110 of the film formation chamber and the flange 102 are fixed via an O-ring seal or magnetic seal 106, and the flange 102 and the movable rod 105 are in contact via an O-ring seal or magnetic seal 107. As a result, the film formation chamber is kept airtight.
  • the contact surface with the substrate is preferably made of heat-resistant rubber such as silicon rubber or fluorine rubber, or synthetic resin such as PTFE or polyimide. Moreover, even if it is the raw material which gave chromium plating to stainless steel or iron, a predetermined performance is obtained.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a grip roller attachment device and its control means.
  • the controller 120 includes a digital signal input interface 122, an analog signal output interface 123, an analog signal input interface 124, and a computer calculation unit 125 that can transmit and receive these interfaces.
  • the controller 120 includes a display operation unit 126 for operating the control.
  • the digital signal input interface 122 is connected to the motor position sensor 101 so as to be receivable.
  • the analog signal output interface 123 is connected to the motor brake 104 and the AC 100V brake drive power supply 128 via the relay 127 so as to be able to transmit.
  • the analog signal output interface 123 is connected to the linear drive motor 100 via a motor amplifier 129 so as to be able to transmit.
  • the analog signal input interface 124 is connected to the load cell 99 via the load cell amplifier 130 so as to be receivable.
  • two end surface sensors 42 for detecting the end surface of the substrate 1 are arranged vertically in the vertical direction.
  • the upper end surface sensor 42a is attached at a position where the substrate end surface is detected when the substrate 1 rises beyond a predetermined range, and the lower end surface sensor 42b descends beyond the predetermined range. In this case, it is attached at a position where the end face of the substrate is not detected.
  • the end face detection range of the end face sensor 42 can be set to ⁇ 5 mm, for example.
  • a digital signal input interface 122 is connected to the upper and lower end surface sensors 42a and 42b through the sensor amplifiers 131a and 131b so as to be receivable.
  • FIG. 5 shows only the attachment device for one upper variable grip roller, but each of the attachment devices for all the upper and lower variable grip rollers 52a to 52f is connected to this one controller. 120.
  • two end surface sensors 42 are arranged on the upper and lower sides.
  • the present invention is not limited to this, and three or more end surface sensors can be arranged.
  • the strip-shaped flexible substrate 1 passing through the plurality of film forming chambers 40 a to 40 p is wound from the unwinding core 11 by the unwinding side and winding side drive units 20 and 60. It is conveyed horizontally in the direction toward the core 75.
  • the rotation of the driving rollers 21 and 62 is stopped so that the belt-like flexible substrate 1 is stopped, and the walls (not shown) of the film formation chambers 40a to 40p are moved until they are in close contact with the substrate 1.
  • the film formation chamber is made airtight.
  • a thin film is formed on the surface of the strip-shaped flexible substrate 1 in each film forming chamber.
  • a thin film laminated body can be manufactured on the surface of the strip
  • the belt-like flexible substrate 1 moves a long distance from the first film formation chamber 40a to the fourteenth film formation chamber 40n, but the belt-like flexible substrate 1 is free rollers 23 and 31 located at both ends of this section. If it can only be supported, there is a problem that it hangs down due to gravity or elongation of the substrate, or meanders in the width direction of the substrate. Therefore, in this embodiment, as described above, by changing the pressurizing force F P sandwiching the substrate 1 of the variable grip roller 52, controls the force F to increase the height of the substrate 1, thereby, The height of the substrate 1 can be maintained within a predetermined range.
  • the target value F PX of the pressing force of the variable grip roller 52 can be obtained by the following formula 1.
  • F PX F 0 -R 0 ⁇ R 1 ⁇ F ⁇ X (Formula 1)
  • F 0 Initial tension of the pressure spring.
  • F ⁇ X Force that the adjustment spring pulls the adjustment lever.
  • R 0 Lever ratio of the pressure lever.
  • R 1 Lever ratio of the adjustment lever.
  • the target value F PX of the pressure applied to the variable grip roller can be controlled by changing only the tension F ⁇ X of the adjustment spring 94.
  • the target position L X of the movable rod 105 for achieving the target tension F ⁇ X of the adjustment spring 94 can be obtained by the following equation 2.
  • the target position L X of the movable rod 105 is the rotational speed M of the linear drive motor 100.
  • the screw lead G 0 is a rod feed amount per rotation of the motor by a ball screw.
  • the position M S of the current rotational speed of the linear drive motor 100 can be detected by the motor position sensor 101. Therefore, when rotating the linear drive motor 100 to the position M X of the rotational speed of the target, only a difference obtained by subtracting the current rotational speed M S, may be rotationally drives the linear motor 100.
  • a block diagram of an algorithm for controlling the linear drive motor 100 is shown in FIG.
  • the tension F ⁇ X of the adjustment spring 94 can be controlled more accurately.
  • the target value F ⁇ X of the tension of the adjustment spring 94 is obtained from the target value F PX of the applied pressure of the variable grip roller 52 by Formula 1, and then the target position of the movable rod 105 is calculated by Formula 2.
  • L X is obtained, and the linear drive motor 100 is rotationally driven to the target rotational position M X.
  • the load cell 99 measures the current value F ⁇ S of the tension of the adjustment spring 94.
  • the moving distance ⁇ L X of the movable rod 105 for achieving the target tension F ⁇ X of the adjustment spring 94 can be obtained by the following equation 3.
  • the height of the substrate 1 can be more accurately maintained within a predetermined range.
  • the upper end surface sensor 42 a does not detect the end surface of the substrate 1 (OFF)
  • the lower end surface sensor 42 b is the end surface of the substrate 1. Is detected (ON).
  • both the upper and lower end surface sensors 42a, 120b detect the end surface of the substrate 1 (ON, ON).
  • the upper and lower end surface sensors 42a and 120b do not detect the end surface of the substrate 1 (OFF, OFF).
  • the ON / OFF signals transmitted from the end face sensors 42 are amplified by the amplifier 131 and then received by the digital signal input interface 122 of the controller 120. Then, the computer calculation unit 125 determines whether the height of the substrate 1 is within a predetermined range, above it, or below it.
  • the algorithm shown in FIG. 6 is controlled.
  • the control for setting the re-target value F ⁇ XR is repeated until the height of the substrate 1 falls within a predetermined range and the upper end face sensor 42a is turned off.
  • an operation signal is sent from the analog signal output interface 123 of the controller 120 to the relay 127 to operate the motor brake 104, and the tension F ⁇ X of the adjustment spring 94 varies.
  • the linear drive motor 100 is fixed so that it does not occur.
  • the pressure F PX of the upper variable grip roller 52U is increased.
  • the re-target value F PXR is set by adding a predetermined change amount ⁇ F PX from the current target value F PX of the pressing force of the upper variable grip roller 52U.
  • a re-target value F ⁇ XR of the tension of the adjustment spring 94 is calculated.
  • F PXR F PX + ⁇ F P (Formula 6)
  • F PXR F 0 -R 0 ⁇ R 1 ⁇ F ⁇ XR (Expression 7)
  • the algorithm shown in FIG. 6 is controlled.
  • the control for setting the re-target value F ⁇ XR is repeated until the height of the substrate 1 rises within a predetermined range and the lower end face sensor 42b is turned on. Then, when the lower end face sensor 42b is turned ON, an operation signal is sent from the analog signal output interface 123 to the relay 127, the motor brake 104 is operated, and the linear drive motor 100 is fixed.
  • the target value F PX of the pressing force for sandwiching the substrate 1 of the variable grip roller 52 varies depending on the properties of the substrate, the transport distance, and the interval between the film forming chambers. A range is preferred.
  • the height of the substrate is converged within a predetermined range by changing only the pressing force of the upper variable grip roller, but if the substrate rises beyond the predetermined range, It is possible to lower the substrate within a predetermined range by increasing the pressing force of the variable gripping roller on the side, and when the substrate is lowered beyond the predetermined range, the pressing force of the lower variable gripping roller
  • the substrate can be raised within a predetermined range by lowering.
  • the height of the substrate can be converged within a predetermined range by changing both the applied pressures of the upper and lower variable grip rollers to increase or decrease the difference.
  • the pressing force sandwiching the substrate 1 of the fixed-type grip roller 44 varies depending on the properties of the substrate, the transport distance, and the distance between the film forming chambers, but is preferably in the range of 2 to 40 N, for example, 4 to 17 N. A range is preferred.
  • the pressure applied by the upper and lower constant-type grip rollers 44 is preferably the same in order to prevent wrinkles from occurring on the surface of the substrate 1.
  • the present invention transports the substrate in a horizontal direction over a long distance while directing the width direction of the strip-shaped flexible substrate in the vertical direction. If it is an apparatus which does, it can apply not only to a stepping roll system but widely.
  • Example 1 The change of the force which supports the film produced when a film was pinched
  • the result is shown in FIG.
  • the vertical axis in FIG. 7 is the difference obtained by subtracting the force F UX for supporting the film being transported from the force F U0 for supporting the substrate before the film is transported, and the film lifting force F U (N).
  • Example 2 Using the experimental apparatus shown in FIG. 8, a test for quantitatively measuring the variation in the height of the film was performed.
  • the experimental apparatus shown in FIG. 8 has basically the same configuration as the apparatus shown in FIG. 1 except that there is no film forming chamber.
  • 10 sets of fixed-type grip rollers are installed up and down, and 5 sets of variable-type grip rollers are installed only on the upper side.
  • variable grip rollers were arranged at the fifth, seventh, ninth, eleventh and thirteenth positions.
  • three sets of fixed-type grip rollers were installed up and down.
  • the length of each section of the experimental equipment is as shown in the figure.
  • the total transport distance of the film was about 40 m.
  • a roller made of silicon rubber was used for each grip roller.
  • the set angle ⁇ of the grip roller was all fixed at 1 °.
  • a Kapton film was used as the film.
  • the vertical axis of the graph in FIG. 9 indicates the amount of displacement (mm), which is the difference in height that has relatively changed from the initial height of the film.
  • the horizontal axis represents the film transport distance (m).
  • the thick line in the graph indicates the control target of the film displacement amount.
  • the film was transported for about 16 m, stopped, the grip roller pressure was changed manually, and then the film was transported again.
  • One film transport operation is defined as one step, and in FIG. 9, the displacement amount of the film measured at the positions of the sixth to thirteenth grip rollers is plotted for each step.
  • the film was transported for 12 steps, and the film was transported by about 200 m. During that time, the amount of film displacement changed almost in the same way as the thick line as the control target, according to the change in the pressure applied to the grip roller. Therefore, it was confirmed that the amount of film displacement can be controlled as desired by changing the pressing force of the grip roller.

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Abstract

　帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に向けながら、基板を水平方向に長い距離にわたり搬送しても、基板の鉛直方向における位置を精度高く維持する。帯状可撓性基板１の表面に複数の薄膜を積層して薄膜積層体を製造する際に、複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、基板の鉛直方向上側の端部を挟む少なくとも一対のグリップローラ５２Ｕを、このグリップローラの回転方向が基板１の搬送方向に対して角度θUをつけて上方斜めになるように設置し、このグリップローラ５２Ｕの基板１を挟む力を変化させることで、基板１に上昇する力ＦXが発生し、基板１の高さを制御することができる。

Description

薄膜積層体の製造装置および方法
　本発明は、帯状可撓性基板上に複数の薄膜を形成して、薄膜光電変換素子などの薄膜積層体を製造する装置および方法に関する。
　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。
　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、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し、次いでこの基板を次の成膜室の位置まで搬送する操作を繰り返し、前記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開発されている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００５－７２４０８号公報
　このような成膜装置では、帯状可撓性基板の幅方向を水平方向に保持して、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、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、基板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、重力や基板の伸びにより、基板の表面に皺が発生したり、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。
　このような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室の成膜室の間に中間室を配置し、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、基板が急冷され、折れ皺が発生するなどの問題がある。
　また、中間室のＥＰＣローラによる基板の折れ皺を防ぐために、中間室のＥＰＣローラをなくし、基板の端部をグリップローラで把持して搬送することが提案されている。しかしながら、中間室のＥＰＣローラによる基板の拘束がなくなる分、基板自身の初期性状のばらつきの影響を受けやすくなる。この問題は、ラインの生産効率を上げるために、ラインの成膜室数を増やし、ライン長をより長くすると、顕在化し、搬送時の基板高さ方向の蛇行量が増大し、基板の成膜位置のばらつきが大きくなる。
　また、成膜初期において、最初の成膜室から最後の成膜室までに位置する基板部分は、所定の薄膜を全層成膜できない。よって、最初の成膜室で成膜された基板部分が、巻取コアまで到達するまでの間（すなわち、全フィルムパス分）は、所定の薄膜が全層成膜された基板とは性状が変わる。そのため、この成膜初期の巻き出し位置から巻き取り位置までの長さの基板は、所定の目標高さよりも幅方向に上昇したり、下降したりする。また、基板が所定高さに収束するまで、さらに基板を長い間にわたり搬送する必要もある。
　そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に向けながら、基板を水平方向に長い距離にわたり搬送する際に、生産効率を上げるためにプロセス長をより長くしても、成膜初期に成膜が行われていない基板を長く搬送しても、基板が幅方向に蛇行したり、下方へ垂れ下がったりするのを防止することができる薄膜積層体の製造装置および方法を提供することを目的とする。
　上記の目的を達成するために、本発明は、その一態様として、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、前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、前記基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記基板の表面に成膜を行う複数の成膜室と、前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む少なくとも一対のグリップローラであって、このグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されているグリップローラと、前記少なくとも一対のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
　また、本発明は、別の態様として、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、前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、前記基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記基板の表面に成膜を行う複数の成膜室と、前記複数の成膜室のそれぞれの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む複数対のグリップローラと、前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側および下側の各端部を挟む少なくとも二対のグリップローラであって、前記上側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されており、前記下側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して下方斜めに設置されているグリップローラと、前記上側および下側の二対のグリップローラのうち、少なくとも一方のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
　本発明に係る薄膜積層体の製造装置は、前記グリップローラの基板を挟む力を変化させるアクチュエータと、前記アクチュエータにエネルギーを入力するための動力手段と、前記アクチュエータに入力したエネルギーを検出するロードセルとを更に備えることが好ましく、前記制御装置は、前記グリップローラの基板を挟む力を目標値にするために、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を算出し、この入力エネルギーの目標値を前記動力手段で前記アクチュエータに入力した後、前記ロードセルで検出した入力エネルギーの検出値を、前記入力エネルギーの目標値と比較して、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を変更することが好ましい。
　さらに、本発明に係る薄膜積層体の製造装置は、前記基板の高さを検出するセンサを更に備えることが好ましく、前記制御装置は、前記センサにより前記基板の高さが所定の範囲内でないと判定された場合に、前記グリップローラの基板を挟む力の目標値を変更することが好ましい。
　本発明は、また別の態様として、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方法であって、前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送するステップと、前記基板の搬送方向に沿って連続して配列された複数の成膜室により、前記基板の表面に成膜を行うステップと、前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む少なくとも一対のグリップローラであって、このグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されているグリップローラについて、その前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御するステップとを含むことを特徴とする。
　本発明は、さらに別の態様として、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方法であって、前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送するステップと、前記基板の搬送方向に沿って連続して配列された複数の成膜室により、前記基板の表面に成膜を行うステップと、前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側および下側の各端部を挟む少なくとも二対のグリップローラであって、前記上側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されており、前記下側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して下方斜めに設置されているグリップローラについて、これら上側および下側の二対のグリップローラのうち、少なくとも一方のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御するステップとを含むことを特徴とする。
　前記基板の高さを制御するステップは、前記グリップローラの基板を挟む力を目標値にするために、前記グリップローラの基板を挟む力を変化させるアクチュエータに入力するエネルギーの目標値を算出するステップと、このエネルギーの目標値を、動力手段により前記アクチュエータに入力するステップと、前記アクチュエータに入力したエネルギーをロードセルで検出し、この入力エネルギーの検出値を、前記入力エネルギーの目標値と比較して、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を変更するステップとを更に含むことが好ましい。
　また、前記基板の高さを制御するステップは、センサにより前記基板の高さを検出し、前記基板の高さが所定の範囲内であるかどうかを判定するステップと、前記基板の高さが所定の範囲内でないと判定された場合に、前記グリップローラの基板を挟む力の目標値を変更するステップとを更に含むことが好ましい。　　　
　このように、成膜室の間に配置され、基板の鉛直方向の端部を挟むグリップローラを、その回転方向が基板の搬送方向に対して斜めになるように設置するとともに、その基板を挟む力を変化させることで、基板の高さを制御することができるので、帯状可撓性基板が複数の成膜室の間を長い距離にわたって搬送されても、基板が幅方向に蛇行したり、下方へ垂れ下がったりするのを防止することができる。
本発明に係る薄膜積層体の製造装置の一実施の形態を模式的に示す平面図である。 図１の製造装置における帯状可撓性基板と一定型グリップローラを拡大して示す正面図である。 図１の製造装置における帯状可撓性基板と可変型グリップローラを拡大して示す正面図である。 グリップローラとその付属装置の一例を模式的に示す切欠側面図である。 グリップローラの付属装置とその制御手段を示すブロック図である。 リニヤ駆動モータの制御のアルゴリズムを示すブロック図である。 グリップローラの加圧力と設定角度と基板の引き上げ力との関係を示すグラフである。 実施例２の試験に用いた実験装置を模式的に示す平面図である。 図８の実験装置の試験結果を示すグラフである。
　以下、添付図面を参照して、本発明に係る薄膜積層体の製造装置の一実施の形態について説明する。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。
　図１は、本発明に係る薄膜積層体の製造装置の一実施の形態を模式的に示す平面図である。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。
　図１に示すように、この薄膜積層体の製造装置は、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を巻出部から成膜部へと搬送する巻出側駆動部２０と、帯状可撓性基板１上に複数の薄膜を積層する成膜部３０と、帯状可撓性基板１を成膜部から巻取部へと搬送する巻取側駆動部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。
　巻出部１０には、帯状可撓性基板がロール状に巻かれた原反から、帯状可撓性基板１を送り出す巻出コア１１と、巻出コア１１から送り出された帯状可撓性基板１の張力を検出する張力検出ローラ１３と、これらの間に位置するフリーローラ１２が設けられている。これら巻出コア１１、フリーローラ１２及び張力検出ローラ１３は、軸方向が鉛直方向になるようにそれぞれ設置されている。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。
　巻出側駆動部２０には、帯状可撓性基板１を巻出部１０から成膜部４０へと搬送するために回転駆動する巻出側フィルム駆動ローラ２１と、この駆動時の帯状可撓性基板１の張力を検出する張力検出ローラ２２と、帯状可撓性基板１の進行方向を９０度変えて成膜部４０へと送るフリーローラ２３が設けられている。
　成膜部３０には、予熱室３８と、帯状可撓性基板１の表面上に順次、薄膜を積層するための複数の成膜室４０ａ～４０ｐが設けられている。成膜室４０には、形成する薄膜の種類に応じて、ＣＶＤやスパッタ等の成膜装置が設けられている。本実施の形態では、直線状に配列された最初の１４室の成膜室４０ａ～４０ｎにＣＶＤ成膜装置が設けられており、最後の２室の成膜室４０ｏ、４０ｐに、スパッタ成膜装置が設けられている。ＣＶＤ成膜室とスパッタ成膜室の間には、進行方向を９０度変えるフリーローラ３１、３２が２つ配置されている。また、各成膜室４０には、成膜室内を気密状態にするための可動式の壁（図示省略）が設けられている。
　各成膜室４０には、成膜室の基板入口側に、帯状可撓性基板１を挟む一対のグリップローラ４４、５２が設けられている。詳細は後述するが、グリップローラには、基板１を加圧する力が一定の一定型グリップローラ４４と、基板１を加圧する力を制御できる可変型グリップローラ５２がある。可変型グリップローラ５２が、第４、６、８、１０、１６成膜室４０ｄ、４０ｆ、４０ｈ、４０ｊ、４０ｐに設置され、残りの成膜室には、一定型グリップローラ４４が設置されている。また、可変型グリップローラ５２を設置した各成膜室には、詳細は後述するが、帯状可撓性基板１の上側の端面を検出する端面センサ４２が設けられている。
　巻取側駆動部６０には、帯状可撓性基板１を成膜部４０から巻取部７０へと搬送するために回転駆動する巻取側フィルム駆動ローラ６２と、この前後に位置するフリーローラ６１、６３が設けられている。巻取部７０には、巻き取り時の帯状可撓性基板１の張力を制御するための張力検出ローラ７２と、この前後に位置するフリーローラ７１、７３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７５と、この前に位置するフリーローラ７４が設けられている。
　次に、グリップローラについて詳細に説明する。図２は、図１の製造装置における帯状可撓性基板１と一定型グリップローラ４４を拡大して示す正面図である。また、図３は、図１の製造装置における帯状可撓性基板１と可変型グリップローラ５２を拡大して示す正面図である。いずれのグリップローラ４４、５２も、図２及び図３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、いずれのグリップローラも、図２及び図３に示すように、搬送方向である水平に対して、角度θをつけて、斜めに設置されている。
　図２に示すように、上側の一定型グリップローラ４４Ｕは、ローラの回転方向を、帯状可撓性基板１の搬送方向（すなわち水平方向）に対して上方に傾けて設置されている。このように、上側の一定型グリップローラ４４Ｕの回転方向と、帯状可撓性基板１の搬送方向との間に角度θUをつけることで、帯状可撓性基板１が水平方向に搬送される際に、基板１を上方に引き上げる力ＦUが発生する。また、下側の一定型グリップローラ４４Ｌは、同様に角度θUで、下方に傾けて設置されており、基板１を下方に引き下げる力ＦDが発生する。この２つの力ＦU、ＦDが等しく発生することで、基板１の表面に皺が発生するのを防ぐことができる。上下の角度θU、θLは、等しくすることが好ましく、０．１～６°が好ましい。
　図３に示すように、上側の可変型グリップローラ５２Ｕも、同様に角度θUで、上方に傾けて設置されており、下側の可変型グリップローラ５２Ｌも、同様に角度θLで、下方に傾けて設置されている。可変型グリップローラ５２の場合、発生する基板１を上方に引き上げる力ＦUから、基板１を下方に引き下げる力ＦDを減算した差分が、実際に基板１の高さを上昇させる力ＦXである。ここで、基板１を引き上げる力ＦUは、グリップローラの角度θUが一定の場合、グリップローラの基板１を挟む加圧力ＦPが高くなる程、大きくなる。また、基板１を引き下げる力ＦDも、グリップローラの角度θLが一定の場合、グリップローラの基板１を挟む加圧力ＦPが高くなる程、大きくなる。よって、グリップローラの加圧力ＦPを変化させることで、基板１の高さを上昇させる力ＦX（＝ＦU－ＦD）を変化させることができ、すなわち、基板１の高さを制御することができる。
　なお、グリップローラの角度θU、θLが大きい程、基板１を引く力ＦU、ＦDは大きくなるが、角度θU、θLが６°を超えるか又はローラ自身の静止摩擦力を超えると、基板１を引く力ＦU、ＦDはほとんど向上しなくなる。よって、角度θU、θLは０．１～６°が好ましい。上下の角度θU、θLは、等しくすることが好ましい。可変型グリップローラ５２を上側と下側に設置した場合について説明したが、もちろん、上側の可変型グリップローラ５２Ｕのみを設置して、この加圧力ＦPを変化させることで、同様に基板１の高さを制御することができる。
　次に、グリップローラの付属装置の構成について説明する。図４は、上側の可変型グリップローラ５２とその付属装置の一例を模式的に示す切欠側面図である。図４に示すように、一対のグリップローラ５２は、基板１側が開口したローラハウジング９１、９２内にそれぞれ回転可能に取り付けられている。一方のローラハウジング９１は、断面Ｌ字形のアーム９８の一端に固定されており、このアーム９８は、懸垂部材１０３を介して、成膜室の壁面１１０の下面に固定されている。他方のローラハウジング９２は、板状の加圧レバー９０の一端に固定されており、この加圧レバー９０は、その中央部分において、ヒンジ９６を介して、アーム９８の他端に回転可能に取り付けられている。そして、アーム９８と加圧レバー９０は、加圧バネ９３で結ばれており、この加圧バネ９３の初期張力Ｆ0で、一対のグリップローラ５２が水平方向に基板１を挟むように構成されている。
　加圧レバー９０の他端には、断面Ｌ字形の調整レバー９５の一端が接触している。この調整レバー９５は、その角部分において、ヒンジ９７を介して、固定部材（図示省略）に回転可能に取り付けられている。調整レバー９５の他端には、調整バネ９４の一端が結ばれている。調整バネ９４が調整レバー９５の他端を、力ＦαXで鉛直方向に引っ張ると、ヒンジ９７を支点にして調整レバー９５が回転し、調整レバー９５の一端が、加圧レバー９０の他端を水平方向に力ＦαLで押すように構成されている。
　調整バネ９４の他端は、可動ロッド１０５の先端が結ばれている。可動ロッド１０５の反対端は、リニヤ駆動モータ１００に連結されており、リニヤ駆動モータ１００の回転によって、可動ロッド１０５が鉛直方向ＬXに進退するように構成されている。リニヤ駆動モータ１００には、所望の位置でリニヤ駆動モータ１００をロックするブレーキ１０４が設けられている。また、リニヤ駆動モータ１００には、リニヤ駆動モータ１００の現在の回転数の位置ＭSを検出するモータ位置センサ１０１が設けられている。モータ位置センサ１０１としては、アブソリュートエンコーダが好ましい。可動ロッド１０５には、調整バネ９４が調整レバー９５を引っ張る力ＦαXを測定するためのロードセル９９が設置されている。
　リニヤ駆動モータ１００、モータブレーキ１０４、モータ位置センサ１０１、ロードセル９９は、フランジ１０２により、成膜室の壁面１１０上に固定されている。また、可動ロッド１０５は、フランジ１０２内部および成膜室の壁面１１０を通過するように構成されている。成膜室の壁面１１０とフランジ１０２とは、オーリングシールまたは磁気シール１０６を介して固定されており、また、フランジ１０２と可動ロッド１０５とは、オーリングシールまたは磁気シール１０７を介して接触しており、これにより成膜室の気密状態が保たれている。
　上側の可変型グリップローラ５２Ｕとその付属装置の構成について説明してきたが、下側の可変型グリップローラ５２Ｌ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。一定型および可変型のグリップローラは、基板との接触面がシリコンゴムやフッ素ゴム等の耐熱性ゴム、ＰＴＦＥや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。
　次に、基板１の高さを制御するための構成について説明する。図５は、グリップローラの付属装置とその制御手段を示すブロック図である。図５に示すように、コントローラ１２０は、デジタル信号入力インターフェース１２２と、アナログ信号出力インターフェース１２３と、アナログ信号入力インターフェース１２４と、これらインターフェースと送受信可能なコンピュータ演算部１２５とをその内部に備えている。また、コントローラ１２０は、制御を操作するための表示操作部１２６を備えている。
　デジタル信号入力インターフェース１２２は、モータ位置センサ１０１に対して受信可能に接続されている。アナログ信号出力インターフェース１２３は、リレー１２７を介してモータブレーキ１０４およびＡＣ１００Ｖのブレーキ駆動電源１２８と、送信可能に接続されている。また、アナログ信号出力インターフェース１２３は、モータ用アンプ１２９を介してリニヤ駆動モータ１００と送信可能に接続されている。アナログ信号入力インターフェース１２４は、ロードセル用アンプ１３０を介してロードセル９９と受信可能に接続されている。
　図５に示すように、基板１の端面を検出する端面センサ４２が、鉛直方向に上下に２つ配置されている。上側の端面センサ４２ａは、基板１が所定の範囲を超えて上昇した場合に、基板端面を検出する位置に取り付けられ、下側の端面センサ４２ｂは、基板１が所定の範囲を超えて下降した場合に、基板端面を検出しなくなる位置に取り付けられている。端面センサ４２の端面検出範囲は、例えば、±５ｍｍとすることができる。上側および下側の各端面センサ４２ａ、４２ｂには、デジタル信号入力インターフェース１２２がセンサ用アンプ１３１ａ、１３１ｂを介して受信可能に接続されている。
　なお、図５には、１台の上側の可変型グリップローラの付属装置しか示していないが、上側および下側の全ての可変型グリップローラ５２ａ～５２ｆの各付属装置が、この１台のコントローラ１２０に接続されている。また、図５では、端面センサ４２を上下に２つ配置したが、もちろんこれに限定されず、３つ以上の複数の端面センサを配置することができる。
　以上の構成によれば、先ず、巻出側および巻取側の駆動部２０、６０によって、複数の成膜室４０ａ～４０ｐ内を通る帯状可撓性基板１を、巻出コア１１から巻取コア７５への方向に水平に搬送する。成膜を行う際は、駆動ローラ２１、６２の回転を止めて帯状可撓性基板１を停止した状態にし、各成膜室４０ａ～４０ｐの壁（図示省略）を基板１と密着するまで移動させて、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。
　成膜後、成膜室の壁を元の位置に戻し、気密状態を解除する。再び、駆動ローラ２１、６２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できる。
　帯状可撓性基板１は、第１成膜室４０ａから第１４成膜室４０ｎ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フリーローラ２３、３１でしか支えない場合は、重力や基板の伸びにより下方に垂れ下がったり、基板の幅方向に蛇行したりするという問題がある。そこで、本実施の形態では、上述したように、可変型グリップローラ５２の基板１を挟む加圧力ＦPを変化させることで、基板１の高さを上昇させる力Ｆを制御し、これにより、基板１の高さを所定の範囲内に維持することができる。可変型グリップローラ５２の加圧力の目標値ＦPXは、次の式１により求めることができる。
　ＦPX＝Ｆ0－Ｒ0・Ｒ1・ＦαX　　　・・・（式１）
　Ｆ0：加圧バネの初期張力。
　ＦαX：調整バネが調整レバーを引っ張る力。
　Ｒ0：加圧レバーのレバー比。
　Ｒ1：調整レバーのレバー比。
　Ｆ0、Ｒ0、Ｒ1はいずれも固定値であるから、可変型グリップローラの加圧力の目標値ＦPXは、調整バネ９４の張力ＦαXのみを変化させることで、制御することができる。目標とする調整バネ９４の張力ＦαXを達成するための可動ロッド１０５の目標位置ＬXは、次の式２により求めることができる。
　ＬX＝（ＦαX－Ｆα0）／Ｋ　　　・・・（式２）
　Ｆα0：調整バネの初期張力。
　Ｋ：調整バネのバネ定数。
　可動ロッド１０５の位置Ｌは、リニヤ駆動モータ１００の回転数Ｍに固定値であるネジリードＧ0を乗じた関係であるから、可動ロッド１０５の目標位置ＬXは、リニヤ駆動モータ１００の回転数ＭXで制御することができる。なお、ネジリードＧ0とは、ボールネジによるモータ１回転当たりのロッドの送り量である。リニヤ駆動モータ１００の現在の回転数の位置ＭSは、モータ位置センサ１０１で検出できる。よって、リニヤ駆動モータ１００を目標の回転数の位置ＭXまで回転駆動する際は、現在の回転数ＭSを減算した差分のみ、リニヤ駆動モータ１００を回転駆動すれば良い。このリニヤ駆動モータ１００の制御のアルゴリズムのブロック図を図６に示す。
　また、ロードセル９９を用いることで、調整バネ９４の張力ＦαXをより正確に制御することができる。先ず、上述したように、式１により、可変型グリップローラ５２の加圧力の目標値ＦPXから調整バネ９４の張力の目標値ＦαXを求めた後、式２により、可動ロッド１０５の目標位置ＬXを求め、リニヤ駆動モータ１００を目標の回転数の位置ＭXまで回転駆動する。次に、ロードセル９９で、調整バネ９４の張力の現状値ＦαSを測定する。目標とする調整バネ９４の張力ＦαXを達成するための可動ロッド１０５の移動距離ΔＬXは、次の式３により求めることができる。
　ΔＬX＝（ＦαX－ＦαS）／Ｋ　　　・・・（式３）
　ＦαX：調整バネの張力の目標値。
　ＦαS：調整バネの張力の実測値。
　Ｋ：調整バネのバネ定数。
　可動ロッド１０５の移動距離ΔＬXをネジリードＧ0で除することで、リニヤ駆動モータ１００の回転数ΔＭXを求めることができる。また、リニヤ駆動モータ１００をこのΔＭXの数だけ回転駆動した後、再び、ロードセル９９で調整バネ９４の張力の現状値ＦαSを測定する。そして、式３によりΔＬXを求めて、再度、リニヤ駆動モータ１００を回転駆動する。これを繰り返し行うことで、実際の調整バネ９４の張力を、目標値ＦαXにより正確に近づけることができる。このロードセル９９を用いた制御のアルゴリズムのブロック図を図６に示す。
　さらに、端面センサ４２を用いることで、基板１の高さを所定の範囲内により正確に維持することができる。図５に示すように、基板１の高さが所定の範囲内であれば、上側の端面センサ４２ａは基板１の端面を検出せず（ＯＦＦ）、下側の端面センサ４２ｂは基板１の端面を検出する（ＯＮ）。基板１の高さが所定の範囲を超えて上昇してしまった場合は、上側と下側の両方の端面センサ４２ａ、１２０ｂが基板１の端面を検出する（ＯＮ、ＯＮ）。また、基板１の高さが所定の範囲を超えて下降してしまった場合は、上側と下側の両方の端面センサ４２ａ、１２０ｂは基板１の端面を検出しない（ＯＦＦ、ＯＦＦ）。
　これら各端面センサ４２から送信されたＯＮ、ＯＦＦ信号は、アンプ１３１で増幅された後、コントローラ１２０のデジタル信号入力インターフェース１２２が受信する。そして、コンピュータ演算部１２５で、基板１の高さが所定の範囲内であるか、その上であるか、又はその下であるかを判定する。
　基板１の高さが所定の範囲より上と判定した場合、上側の可変型グリップローラ５２Ｕの加圧力の目標値ＦPXを下げる。具体的には、式４に示すように、上側の可変型グリップローラ５２Ｕの加圧力の現在の目標値ＦPXから所定の変化量ΔＦPXを減算して、再目標値ＦPXRを設定する。そして、式５に示すように、調整バネ９４の張力の再目標値ＦαXRを算出する。
　ＦPXR＝ＦPX－ΔＦPX　　　・・・（式４）
　ＦPXR＝Ｆ0－Ｒ0・Ｒ1・ＦαXR　　　・・・（式５）
　この再目標値ＦαXRに基づいて、上述した図６に示すアルゴリズムの制御を行う。また、この再目標値ＦαXRを設定する制御は、基板１の高さが所定の範囲内に下降して、上側の端面センサ４２ａがＯＦＦになるまで、繰り返し行う。そして、上側の端面センサ４２ａがＯＦＦになった時点で、コントローラ１２０のアナログ信号出力インターフェース１２３から、リレー１２７に作動信号を送り、モータブレーキ１０４を作動させて、調整バネ９４の張力ＦαXが変動しないように、リニヤ駆動モータ１００を固定する。
　一方、基板１の高さが所定の範囲より下と判定した場合、上側の可変型グリップローラ５２Ｕの加圧力ＦPXを上げる。具体的には、式６に示すように、上側の可変型グリップローラ５２Ｕの加圧力の現在の目標値ＦPXから所定の変化量ΔＦPXを加算して、再目標値ＦPXRを設定する。そして、式７に示すように、調整バネ９４の張力の再目標値ＦαXRを算出する。
　ＦPXR＝ＦPX＋ΔＦP　　　・・・（式６）
　ＦPXR＝Ｆ0－Ｒ0・Ｒ1・ＦαXR　　　・・・（式７）
　この再目標値ＦαXRに基づいて、上述した図６に示すアルゴリズムの制御を行う。また、この再目標値ＦαXRを設定する制御は、基板１の高さが所定の範囲内に上昇して、下側の端面センサ４２ｂがＯＮになるまで、繰り返し行う。そして、下側の端面センサ４２ｂがＯＮになった時点で、アナログ信号出力インターフェース１２３から、リレー１２７に作動信号を送り、モータブレーキ１０４を作動させて、リニヤ駆動モータ１００を固定する。
　可変型グリップローラ５２の基板１を挟む加圧力の目標値ＦPXは、基板の性質や、搬送距離、成膜室の間隔によって異なるが、例えば、２～４０Ｎの範囲が好ましく、４～１７Ｎの範囲が好ましい。なお、上記の説明では、上側の可変型グリップローラの加圧力のみを変化させて、基板の高さを所定の範囲内に収束させたが、基板が所定の範囲を超えて上昇した場合、下側の可変型グリップローラの加圧力を上げることでも、基板を所定の範囲内に下降させることができるし、基板が所定の範囲を超えて下降した場合、下側の可変型グリップローラの加圧力を下げることでも、基板を所定の範囲内に上昇させることができる。もちろん、上側と下側の可変型グリップローラの加圧力を両方とも変化させて、その差分を上げたり、下げたりすることでも、基板の高さを所定の範囲内に収束させることができる。
　また、一定型グリップローラ４４の基板１を挟む加圧力も、同様に、基板の性質や、搬送距離、成膜室の間隔によって異なるが、例えば、２～４０Ｎの範囲が好ましく、４～１７Ｎの範囲が好ましい。上側と下側の一定型グリップローラ４４の加圧力は、基板１の表面に皺が発生するのを防止するため、同じにすることが好ましい。
　なお、基板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、帯状可撓性基板の幅方向を鉛直方向に向けながら、基板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。
（実施例１）
　上側の一対の可変型グリップローラにフィルムを挟み、フィルムを搬送させた際に生じたフィルムを支持する力の変化を測定した。グリップローラの設定角度θUを０°から７°まで１°ずつ変化させたとともに、各設定角度θUにおいて、グリップローラのフィルムを挟む加圧力を、４．４Ｎ、８．９Ｎ、１６．３Ｎと増加させた。その結果を図７に示す。なお、図７の縦軸は、フィルムを搬送する前の基板を支持する力ＦU0から、搬送中のフィルムを支持する力ＦUXを減算した差分で、フィルムの引き上げ力ＦU（Ｎ）を表す。
　図７に示すように、グリップローラの設定角度θUが０°の場合を除き、設定角度θUが同じであれば、グリップローラがフィルムを挟む加圧力ＦPを大きくする程、フィルムの引き上げ力ＦUは大きくなった。一方、グリップローラの設定角度θUが０°の場合、加圧力ＦPを大きくしても、フィルムの引き上げ力ＦUはほとんど変化しなかった。また、グリップローラの設定角度θUが１～６°の間では、同じ加圧力ＦPにおいて、設定角度θUが大きい程、フィルムの引き上げ力ＦUが大きくなったが、設定角度θUが７℃の場合は、設定角度θUが６°の場合とほぼ同じであった。
（実施例２）
　図８に示す実験装置を用いて、フィルムの高さの変動を定量的に測定する試験を行った。図８に示す実験装置は、成膜室がない点を除いて、図１に示す装置と基本的に同じ構成である。図８に示す実験装置には、ＣＶＤ成膜室を設ける区間において、一定型のグリップローラを上下にそれぞれ１０セット設置するとともに、可変型のグリップローラを上のみに５セット設置した。なお、合計１５セットのグリップローラのうち、可変型のグリップローラを第５、７、９、１１、１３番目に配置した。また、スパッタ成膜室を設ける区間には、一定型のグリップローラを上下にそれぞれ３セット設置した。
　実験装置の各区間の長さは、図中に示す通りである。フィルムの総搬送距離は約４０ｍであった。各グリップローラのローラにはシリコンゴム製のものを用いた。また、グリップローラの設定角度θは全て１°に固定した。フィルムにはカプトンフィルムを用いた。
　本試験では、第５、７、９、１１、１３番目の可変型グリップローラの加圧力は、フィルムを約３２ｍ搬送する間に、フィルムが、当初の高さから１０ｍｍ上昇し、次の約３２ｍの搬送の間に、当初の高さまで下降し、今度は約３２ｍの搬送の間に１０ｍｍ下降し、そして約３２ｍの搬送の間に再び１０ｍｍ上昇して当初の高さに戻ることを目標として、手動で変化させた。この試験結果を、図９に示す。
　図９のグラフの縦軸は、フィルムの当初高さから相対的に変化した高さの差である変位量（ｍｍ）を示す。横軸は、フィルムの搬送距離（ｍ）を示す。グラフ中の太線は、フィルム変位量の制御目標を示している。試験は、フィルムを約１６ｍ搬送して停止させ、グリップローラの加圧力を手動で変化させた後、再びフィルムを搬送するという作業を繰り返し行った。１回のフィルムの搬送作業を１ステップとし、図９には、１ステップ毎に、第６番目から第１３番目までの各グリップローラの位置において測定したフィルムの変位量をプロットした。
　図９に示すとおり、フィルムの搬送を１２ステップ行って、フィルムを約２００ｍ搬送した。その間、グリップローラの加圧力の変化に従って、フィルム変位量は、制御目標である太線とほぼ同様に変化した。よって、グリップローラの加圧力を変化させることで、フィルム変位量を目標通りに制御できることが確認できた。

Claims (8)

  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、
    　前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、
    　前記基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記基板の表面に成膜を行う複数の成膜室と、
    　前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む少なくとも一対のグリップローラであって、このグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されているグリップローラと、
    　前記少なくとも一対のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御する制御手段と
    　を備えた薄膜積層体の製造装置。
  2. 　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、
    　前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送する基板搬送手段と、
    　前記基板の搬送方向に沿って連続して配列され、前記基板の表面に成膜を行う複数の成膜室と、
    　前記複数の成膜室のそれぞれの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む複数対のグリップローラと、
    　前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側および下側の各端部を挟む少なくとも二対のグリップローラであって、前記上側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されており、前記下側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して下方斜めに設置されているグリップローラと、
    　前記上側および下側の二対のグリップローラのうち、少なくとも一方のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御する制御手段と
    　を備えた薄膜積層体の製造装置。
  3. 　前記グリップローラの基板を挟む力を変化させるアクチュエータと、
    　前記アクチュエータにエネルギーを入力するための動力手段と、
    　前記アクチュエータに入力したエネルギーを検出するロードセルと
    　を更に備え、前記制御装置が、前記グリップローラの基板を挟む力を目標値にするために、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を算出し、この入力エネルギーの目標値を前記動力手段で前記アクチュエータに入力した後、前記ロードセルで検出した入力エネルギーの検出値を、前記入力エネルギーの目標値と比較して、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を変更する請求項１又は２に記載の薄膜積層体の製造装置。
  4. 　前記基板の高さを検出するセンサを更に備え、前記制御装置が、前記センサにより前記基板の高さが所定の範囲内でないと判定された場合に、前記グリップローラの基板を挟む力の目標値を変更する請求項３に記載の薄膜積層体の製造装置。
  5. 　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方法であって、
    　前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送するステップと、
    　前記基板の搬送方向に沿って連続して配列された複数の成膜室により、前記基板の表面に成膜を行うステップと、
    　前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側の端部を挟む少なくとも一対のグリップローラであって、このグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されているグリップローラについて、その前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御するステップと
    　を含む薄膜積層体の製造方法。
  6. 　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方法であって、
    　前記基板の幅方向が鉛直方向になるようにして、前記基板を水平方向に搬送するステップと、
    　前記基板の搬送方向に沿って連続して配列された複数の成膜室により、前記基板の表面に成膜を行うステップと、
    　前記複数の成膜室の間のうち少なくとも１つの間に配置され、前記基板の鉛直方向上側および下側の各端部を挟む少なくとも二対のグリップローラであって、前記上側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して上方斜めに設置されており、前記下側の一対のグリップローラの回転方向が前記基板の搬送方向に対して下方斜めに設置されているグリップローラについて、これら上側および下側の二対のグリップローラのうち、少なくとも一方のグリップローラの前記基板を挟む力を変化させることで、前記基板の高さを制御するステップと
    　を含む薄膜積層体の製造方法。
  7. 　前記基板の高さを制御するステップが、
    　前記グリップローラの基板を挟む力を目標値にするために、前記グリップローラの基板を挟む力を変化させるアクチュエータに入力するエネルギーの目標値を算出するステップと、
    　このエネルギーの目標値を、動力手段により前記アクチュエータに入力するステップと、
    　前記アクチュエータに入力したエネルギーをロードセルで検出し、この入力エネルギーの検出値を、前記入力エネルギーの目標値と比較して、前記アクチュエータに入力するエネルギーの目標値を変更するステップと
    　を更に含む請求項５又は６に記載の薄膜積層体の製造方法。
  8. 　前記基板の高さを制御するステップが、
    　センサにより前記基板の高さを検出し、前記基板の高さが所定の範囲内であるかどうかを判定するステップと、
    　前記基板の高さが所定の範囲内でないと判定された場合に、前記グリップローラの基板を挟む力の目標値を変更するステップと
    　を更に含む請求項７に記載の薄膜積層体の製造方法。
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