JP5124982B2

JP5124982B2 - 薄膜製造装置および薄膜製造方法

Info

Publication number: JP5124982B2
Application number: JP2006136742A
Authority: JP
Inventors: 均清水; 泰仁田中
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2006-05-16
Filing date: 2006-05-16
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2026-05-16
Also published as: JP2007311417A

Description

本発明は薄膜製造装置および薄膜製造方法に関し、特に、薄膜光電変換素子の製造方法に適用して好適なものである。

薄膜光電変換素子を生産性よく製造する方法として、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、ａ−Ｓｉを主材料とした光電変換層を含む各層を形成する方法がある。ここで、長尺の可撓性基板上に複数の層を成膜する方式として、各成膜室内を移動する可撓性基板上に成膜するロールツーロール方式と、成膜室内で停止させた可撓性基板上に成膜した後、成膜の終わった可撓性基板部分を成膜室外へ送り出すステッピングロール方式とがある。

従来のこの種の成膜装置では、可撓性基板面を水平にして搬送が行われるが、装置の設置スペースを節減するために、可撓性基板面を鉛直にして搬送する方法が提案されている。さらに、一つの薄膜光電変換素子製造装置での成膜効率を上げるために、複数の可撓性基板を並行して搬送し、それぞれの可撓性基板面上に成膜することも知られている。

図３は、従来の薄膜製造装置の概略構成を示す平面断面図、図４は、図３の薄膜製造装置の成膜時の成膜室部分の概略構成を拡大して示す断面図、図３の薄膜製造装置の基板搬送時の成膜室部分の概略構成を拡大して示す断面図である。
図３および図４において、薄膜製造装置には、送り室１１、予備真空室１２、成膜用真空室１３および巻き取り室１４が設けられている。そして、送り室１１内には二つの搬入ロール２が収容されるとともに、巻き取り室１４には、二つの搬出ロール３が収容されている。ここで、成膜用真空室１３は、内部を外気と隔離する壁体１５にて覆われ、成膜用真空室１３内には、高電圧電極２１および接地電極２２が設けられている。ここで、高電圧電極２１は、各可撓性基板１１に対して一つずつ備えられ、高電圧電極２１に対して接地電極２２がそれぞれ対向配置されている。また、接地電極２２には、可撓性基板１１を加熱するヒータ２３が内蔵されている。

また、成膜用真空室１３の壁体１５の外側には、接地電極２２を駆動するアクチュエータ２４が設けられている。ここで、高電圧電極２１は蓋状で、高電圧電極２１の端面にシールブロック８が設けられている。そして、アクチュエータ２４は、接地電極２２を駆動し、高電圧電極２１の端面にシールブロック８を介して可撓性基板１を密着させることにより、気密に保つことのできる成膜室５を形成することができる。

また、高電圧電極２１の背面側は、絶縁材料よりなる排気ブロック９を介して連結され、二つの成膜室５に対して共通に一つの真空排気口７２が備えられている。そして、排気ブロック９は、シール材９１を介して高電圧電極２１と密着し、排気ブロック９に開けられた排気口７２および高電圧電極２１の背面の開口２５を介して排気系に接続されることで、各成膜室５を一括して成膜圧力に保つことができる。

そして、搬入ロール２から引き出された可撓性基板１は予備真空室１２を経て成膜用真空室１３に搬送され、高電圧電極２１と接地電極２２との間に保持された状態で一旦停止される。そして、高電圧電極２１と接地電極２２との間に可撓性基板１が保持されると、アクチュエータ２４は、接地電極２２を駆動することにより、高電圧電極２１の端面にシールブロック８を介して可撓性基板１を密着させ、成膜室５を形成する。そして、排気口７２を介して成膜室５内を排気しながら、ａ−Ｓｉ系の薄膜を形成するための反応ガスを成膜室５内に導入し、高電圧電極２１と接地電極２２との間に電圧を印加することにより、成膜室５内にプラズマ６を発生させ、プラズマＣＶＤにて成膜室５内の可撓性基板１の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する。なお、二つの成膜室５の間は、排気ブロック９により電気絶縁されているため、成膜室５毎にプラズマ６の制御を行うことができる。

そして、可撓性基板１の面上の成膜が終了した後、アクチュエータ２４にて接地電極２２を矢印４１のように上下に数十ｍｍだけ移動させることにより、接地電極２２に抑えられていた可撓性基板１を解放する。そして、シールブロック８およびシール材９１に接触させないようにして可撓性基板１を矢印４２の方向に搬送し、巻き取り室１４内の搬出ロール３にて巻き取ることができる。

ここで、可撓性基板１の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を安定して形成するためには、高電圧電極２１の端面にシールブロック８を介して可撓性基板１を密着させることにより、成膜室５の気密性を保ち、成膜室５に導入された反応ガスが漏れ出さないようにすることが必要である。このため、成膜に必要な成膜室５の気密性能を得るために、成膜用真空室１３の大気開放時に接地電極２２の面合わせが行われる。

また、例えば、特許文献１には、グロー放電により発生するプラズマを高密度にするための磁界の基板面に対する状態変化により膜質が不均一になるのを防ぎ、大面積のスパッタ成膜を可能にするために、陰極としてのターゲットの一部分と対向する陽極と磁石を一緒に往復して成膜面上を移動可能にする方法が開示されている。
特開平９−３６４５号公報

しかしながら、可撓性基板１の幅が１ｍｍを超えるような大面積化に対応できるようにするためには、それに伴って成膜用真空室１３を覆う壁体１５も相対的に大型化する必要があり、外界と成膜用真空室１３との圧力差に起因する壁体１５の歪も増大する。
図５は、外界と成膜用真空室との圧力差に起因する壁体１５の歪の様相を示す斜視図である。
図５において、外界と成膜用真空室１３との圧力差が発生すると、壁体１５の中心を最大値として同心円状に歪が発生する。

ここで、成膜室５の気密性能を得るために、大気開放時に接地電極２２の面合わせを行う方法では、接地電極２２を壁体１５に固定する固定点が壁体１５の歪の最大点と離れていることから、壁体１５の歪が増大すると、接地電極２２の調整面が傾くようになり、成膜室５の気密が保てなくなる。このため、成膜室５の気密性能を得るためには、成膜用真空室１３を真空状態にして調整する必要があり、外界と真空を隔てた作業が必要になることから、接地電極２２の面合わせが困難となるという問題があった。

一方、外界と成膜用真空室１３との圧力差に起因する壁体１５の歪を減らすために、壁体１５の板厚を増加させたり、リブ構造による補強を行ったりする方法もある。
しかしながら、このような方法では、薄膜製造装置の大型化および大重量化を招き、薄膜製造装置のコストアップを招くだけでなく、建屋床廻りの補強等などを施す必要があり、建設費も大きくなるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、外界と成膜用真空室との圧力差に起因して壁体に歪が発生した場合においても、壁体の板厚を増加させることなく、接地電極の接触面の傾きを抑制することが可能な薄膜製造装置および薄膜製造方法を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の薄膜製造装置は、可撓性基板の表面に薄膜を生成するための成膜用真空室を形成する箱体と、該箱体により形成された成膜用真空室の一端側から前記成膜用真空室に可撓性基板を水平面に対して垂直な状態で搬送する基板搬入手段と、該基板搬入手段により前記成膜用真空室に搬送された可撓性基板に高電圧を印加する一対の電極と、該一対の電極の間を通過する可撓性基板を前記成膜用真空室の他端側に巻き取る基板搬出手段と、前記一対の電極のうち一方の電極を他方の電極と平行に支持する支持体と、該支持体を介して前記一方の電極を前記他方の電極に対して接離する方向に駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを前記箱体の外面に固定する固定体とを備えた薄膜製造装置であって、前記固定体が板状に形成されているとともに、前記支持体を前記箱体の外側から内側に挿入するための連通穴が前記固定体の中心部に形成され、かつ前記箱体の外側と内側との圧力差に起因して前記箱体の外側面に発生する歪の中心部と前記固定体の中心部とが一致するように前記固定体が前記箱体の外側面に固定されていることを特徴とする。

また、請求項２記載の薄膜製造装置は、請求項１記載の薄膜製造装置であって、前記アクチュエータの駆動方向に前記支持体を案内する複数のガイド体を備え、該ガイド体が前記支持体に対して実質的に点対称となる配置で前記固定体に固定されていることを特徴とする。

また、請求項３記載の薄膜製造方法は、可撓性基板の表面に薄膜を生成するための成膜用真空室を形成する箱体と、該箱体により形成された成膜用真空室の一端側から前記成膜用真空室に可撓性基板を水平面に対して垂直な状態で搬送する基板搬入手段と、該基板搬入手段により前記成膜用真空室に搬送された可撓性基板に高電圧を印加する一対の電極と、該一対の電極の間を通過する可撓性基板を前記成膜用真空室の他端側に巻き取る基板搬出手段と、前記一対の電極のうち一方の電極を他方の電極と平行に支持する支持体と、該支持体を介して前記一方の電極を前記他方の電極に対して接離する方向に駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを前記箱体の外面に固定する固定体とを備え、前記固定体が板状に形成されているとともに、前記支持体を前記箱体の外側から内側に挿入するための連通穴が前記固定体の中心部に形成され、かつ前記箱体の外側と内側との圧力差に起因して前記箱体の外側面に発生する歪の中心部と前記固定体の中心部とが一致するように前記固定体が前記箱体の外側面に固定されている薄膜製造装置により前記可撓性基板の表面に薄膜を生成する方法であって、前記成膜用真空室に可撓性基板を搬送する工程と、前記アクチュエータにより前記一方の電極を駆動して前記一方の電極と前記他方の電極との間に成膜室を形成する工程と、前記成膜室内に反応ガスを導入しながら、前記成膜室内にプラズマを発生させることにより、前記可撓性基板の表面に薄膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、成膜用真空室と外界との圧力差に起因する壁体の歪中心に対して点対称になる位置で挟持部材を支持しながら、成膜用真空室内に成膜室を形成することができる。このため、外界と成膜用真空室との圧力差に起因して壁体に歪が発生した場合においても、挟持部材の接触面の傾きが打ち消されるように、挟持部材を支持することができ、可撓性基板の幅が１ｍｍを超えるような大面積化が図られた場合においても、壁体の板厚を増加させることなく、成膜室の気密性を維持することが可能となることから、コストアップを抑制しつつ、可撓性基板に形成される光電変換層を膜質の劣化を抑制することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る薄膜製造装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す平面断面図、図２は、図１のＡ−Ａ´線で切断した横断面図である。
図１および図２において、薄膜製造装置１００には、送り室１１、成膜用真空室１３および巻き取り室１４が設けられている。そして、送り室１１内には二つの搬入ロール２が収容されるとともに、巻き取り室１４には、二つの搬出ロール３が収容されている。ここで、成膜用真空室１３は、内部を外気と隔離する壁体１５にて覆われ、成膜用真空室１３内には、高電圧電極２１および接地電極２２が設けられている。ここで、高電圧電極２１は、各可撓性基板１１に対して一つずつ備えられ、高電圧電極２１に対して接地電極２２がそれぞれ対向配置されている。

また、高電圧電極２１の背面側は、絶縁材料よりなる排気ブロック９を介して連結され、各排気ブロック９には真空排気口７２が備えられている。また、高電圧電極２１には、電気絶縁性およびシール性を兼ね備えた間隔材５３を介して導電性の枠体５４がねじ止めにて固定され、排気ブロック９と高電圧電極２１の周囲には、断面Ｔ字上の導電性のシールドブロック５７が配置され、ねじ止めにて枠体５４に固定されている。

そして、接地電位に固定された壁体１５にシールドブロック５７を接続することにより、枠体５４を接地することができ、これら接地電位に固定されたシールドブロック５７および枠体５４にて高電圧電極２１を囲むことで、他の成膜室５の高電圧電極２１の印加電圧に起因するノイズを遮蔽することができる。また、シールドブロック５７には給電体６０が貫挿されるとともに、高電圧電極２１の中央部には突出部２１ａが形成され、高電圧電極２１は、突出部２１ａを介して給電体６０の一端に接続されている。

また、接地電極２２には、可撓性基板１を加熱するヒータ２３および可撓性基板１の温度を計測する熱電対２５が内蔵され、接地電極２２は、枠体５４の接触面と平行が保たれるようにして、支持体３３にて把持されている。ここで、支持体３３は、例えば、アルミニウムなどの導電性の部材から構成することができ、接地電極２２を内部にねじ止め可能な器状とすることができる。そして、支持体３３は、成膜用真空室１３に挿入されるとともに、可撓性基板１と接触する端面には、シール材３３１が配置されている。

また、壁体１５の外面には固定体３１が設置され、固定体３１には、壁体１５の貫通穴を介して成膜用真空室１３に連通する連通穴が形成されている。ここで、壁体１５の貫通穴および固定体３１の連通穴は、成膜用真空室１３と外界との圧力差に起因する壁体１５の歪中心を通るように形成することができる。そして、固定体３１の連通穴を壁体１５の貫通穴に同心に位置合わせを行い、シール材３１１を介して成膜用真空室１３と気密が保たれるようにして壁体１５にねじ止めすることができる。

また、固定体３１上には、固定体３１の平面に垂直な２対の対向する基準面を構成するガイド体３２が設けられ、ねじ止めにて固定体３１に固定することができる。ここで、ガイド体３２の基準面は、壁体１５の歪中心に対して実質的に点対称になる位置に配置することができる。例えば、ガイド体３２の基準面は、壁体１５の歪中心を基準に等分振り分けし、壁体１５の歪中心に対して同心円上に配置することができる。

さらに、固定体３１上には、ガイド体３２の基準面に勘合され、可撓性基板１の成膜面が接地電極２２にて挟み込まれるように支持体３３を案内するレール３４が設けられるとともに、レール３４による案内方向に支持体３３を可動させる伸縮可能な伸縮体３５が設けられている。
ここで、レール３４は、可動部材および固定部材から構成され、可動部材が直進性よく平行移動できるようにするために、可動部材と固定部材との間には溝案内機構を設けることができる。そして、可動部材は支持体３３にねじ止めにて固定するとともに、固定部材はガイド体３２の基準面に勘合することができる。

また、伸縮体３５は、例えば、ステンレスなどで構成されたばね性の部材を用いることができ、支持体３３を内部に貫挿可能な伸縮性の筒状とすることができる。そして、伸縮体３５の端部は、シール材３５１、３５２をそれぞれ介して固定体３１および支持体３３に固定することができる。
さらに、成膜用真空室１３の壁体１５の外側には、支持体３３を駆動するアクチュエータ２４が設けられている。そして、アクチュエータ２４は、支持体３３を駆動し、枠体５４の端面に可撓性基板１を密着させることにより、気密に保つことのできる成膜室５を形成することができる。

そして、排気ブロック９は高電圧電極２１と密着し、排気ブロック９に開けられた排気口７２を介して排気系に接続されることで、各成膜室５を一括して成膜圧力に保つことができる。
そして、薄膜製造装置１００では、送り室１１から引き出された２列の可撓性基板１を成膜用真空室１３に並行して搬送し、可撓性基板１を一旦停止させて成膜室５を形成してから、可撓性基板１の成膜面上にプラズマＣＶＤにて成膜を行い、可撓性基板１を解放して巻き取り室１４に搬送することで、スッテピングロール方式にて成膜を行うことができる。

すなわち、搬入ロール２から引き出された可撓性基板１は成膜用真空室１３に搬送され、高電圧電極２１と接地電極２２との間に保持された状態で一旦停止される。そして、高電圧電極２１と接地電極２２との間に可撓性基板１が保持されると、アクチュエータ２４は、レール３４に沿って支持体３３を駆動することにより、伸縮体３５を伸縮させながら枠体５４の端面に可撓性基板１を密着させ、成膜室５を形成する。これにより、外界との気密性を保ちながら、支持体３３にて把持された接地電極２２を倒れおよび傾きなく、しかも直進性よく移動させて可撓性基板１を挟み込ませることができる。

ここで、壁体１５の貫通穴および固定体３１の連通穴は、成膜用真空室１３と外界との圧力差に起因する壁体１５の歪中心を通るように形成することで、外界と成膜用真空室１３との圧力差に起因して壁体１５に歪が発生した場合においても、壁体１５の湾曲状の歪と同方向に固定体３１、支持体３３および伸縮体３５を動かすことができ、大気開放時に調整された支持体３３の接触面との面合わせ精度を維持することが可能となることから、成膜室５の気密性を良好に保つことができる。

そして、成膜用真空室１３内に成膜室５が形成されると、排気口７２を介して成膜室５内を排気しながら、ａ−Ｓｉ系の薄膜を形成するための反応ガスを成膜室５内に導入し、高電圧電極２１と接地電極２２との間に電圧を印加することにより、成膜室５内にプラズマを発生させ、プラズマＣＶＤにて成膜室５内の可撓性基板１の面上にａ−Ｓｉ系の薄膜を形成する。

そして、可撓性基板１の面上の成膜が終了した後、アクチュエータ２４にて支持体３３を上下に数十ｍｍだけ移動させることにより、支持体３３に抑えられていた可撓性基板１を解放し、可撓性基板１を搬送しながら、巻き取り室１４内の搬出ロール３にて巻き取ることができる。
これにより、成膜用真空室１３と外界との圧力差に起因する壁体１５の歪中心に対して点対称になる位置で接地電極２２を支持しながら、成膜用真空室１３内に成膜室５を形成することができる。

このため、外界と成膜用真空室１３との圧力差に起因して壁体１５に歪が発生した場合においても、接地電極２２の接触面の傾きが打ち消されるように、接地電極２２を支持することができ、可撓性基板１の幅が１ｍｍを超えるような大面積化が図られた場合においても、壁体１５の板厚を増加させることなく、成膜室５の気密性を維持することが可能となることから、コストアップを抑制しつつ、可撓性基板１に形成される光電変換層を膜質の劣化を抑制することが可能となる。

本発明の薄膜製造装置は、ａ−Ｓｉなどの薄膜光電変換素子の製造方法に好適に利用することができ、特に、長尺の可撓性基板上に複数の層が形成される薄膜素子の製造方法に広く用いることができる。

本発明の一実施形態に係る薄膜製造装置の概略構成を示す平面断面図である。図１のＡ−Ａ´線で切断した横断面図である。従来の薄膜製造装置の概略構成を示す平面断面図である。図３の薄膜製造装置の成膜時の成膜室部分の概略構成を拡大して示す断面図、図３の薄膜製造装置の基板搬送時の成膜室部分の概略構成を拡大して示す断面図である。外界と成膜用真空室との圧力差に起因する壁体歪の様相を示す斜視図である。

符号の説明

１可搬性基板
２搬入ロール
３搬出ロール
５成膜室
９排気部材
１１送り室
１３成膜用真空室
１４巻き取り室
１５壁体
３１固定体
５２、３１１、３３１、３５１、３５２シール材
３２ガイド体
３３支持体
３４レール
３５伸縮体
２１高電圧電極
２１ａ突出部
２２接地電極
２３ヒータ
２４アクチュエータ
５３間隔材
５４枠体
５７シールドブロック
６０給電体
７０排気口
１００薄膜製造装置
２５熱電対

Claims

可撓性基板の表面に薄膜を生成するための成膜用真空室を形成する箱体と、該箱体により形成された成膜用真空室の一端側から前記成膜用真空室に可撓性基板を水平面に対して垂直な状態で搬送する基板搬入手段と、該基板搬入手段により前記成膜用真空室に搬送された可撓性基板に高電圧を印加する一対の電極と、該一対の電極の間を通過する可撓性基板を前記成膜用真空室の他端側に巻き取る基板搬出手段と、前記一対の電極のうち一方の電極を他方の電極と平行に支持する支持体と、該支持体を介して前記一方の電極を前記他方の電極に対して接離する方向に駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを前記箱体の外面に固定する固定体とを備えた薄膜製造装置であって、
前記固定体が板状に形成されているとともに、前記支持体を前記箱体の外側から内側に挿入するための連通穴が前記固定体の中心部に形成され、かつ前記箱体の外側と内側との圧力差に起因して前記箱体の外側面に発生する歪の中心部と前記固定体の中心部とが一致するように前記固定体が前記箱体の外側面に固定されていることを特徴とする薄膜製造装置。
前記アクチュエータの駆動方向に前記支持体を案内する複数のガイド体を備え、該ガイド体が前記支持体に対して実質的に点対称となる配置で前記固定体に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜製造装置。
可撓性基板の表面に薄膜を生成するための成膜用真空室を形成する箱体と、該箱体により形成された成膜用真空室の一端側から前記成膜用真空室に可撓性基板を水平面に対して垂直な状態で搬送する基板搬入手段と、該基板搬入手段により前記成膜用真空室に搬送された可撓性基板に高電圧を印加する一対の電極と、該一対の電極の間を通過する可撓性基板を前記成膜用真空室の他端側に巻き取る基板搬出手段と、前記一対の電極のうち一方の電極を他方の電極と平行に支持する支持体と、該支持体を介して前記一方の電極を前記他方の電極に対して接離する方向に駆動するアクチュエータと、該アクチュエータを前記箱体の外面に固定する固定体とを備え、前記固定体が板状に形成されているとともに、前記支持体を前記箱体の外側から内側に挿入するための連通穴が前記固定体の中心部に形成され、かつ前記箱体の外側と内側との圧力差に起因して前記箱体の外側面に発生する歪の中心部と前記固定体の中心部とが一致するように前記固定体が前記箱体の外側面に固定されている薄膜製造装置により前記可撓性基板の表面に薄膜を生成する方法であって、
前記成膜用真空室に可撓性基板を搬送する工程と、前記アクチュエータにより前記一方の電極を駆動して前記一方の電極と前記他方の電極との間に成膜室を形成する工程と、前記成膜室内に反応ガスを導入しながら、前記成膜室内にプラズマを発生させることにより、前記可撓性基板の表面に薄膜を成膜する工程とを備えることを特徴とする薄膜製造方法。