JP2010212160A

JP2010212160A - ヒータ用反射板

Info

Publication number: JP2010212160A
Application number: JP2009058606A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Iwata; 寛岩田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-03-11
Filing date: 2009-03-11
Publication date: 2010-09-24

Abstract

【課題】ヒータから放射される赤外線の反射率を向上させ、被加熱物への効率的な加熱を可能にするヒータ用反射板を提供することを目的とする。
【解決手段】ランプヒータ９から放射される赤外線を反射する反射板１１において、赤外線を反射する反射面１９ａが、銀及び銀合金の少なくとも一方からなる。銀または銀合金の赤外線の反射率は、ステンレスは勿論、金よりも高い。銀及び銀合金の少なくとも一方からなる反射面１９ａとすることで、赤外線反射率の高い反射板１１を実現でき、被加熱物を効率よく加熱できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、真空成膜装置などの加熱源となるヒータから放射される赤外線を反射するヒータ用反射板に関する。

例えば、インラインタイプの成膜装置では、真空チャンバーからなる加熱室を備えており、加熱室内には、基板を加熱するヒータが設けられている。ヒータの裏側には、ヒータを囲むように反射板が設けられており、ヒータから放射される熱線（赤外線）を基板側に向けて反射する。反射板としては、研磨したステンレス板が使用されるのが一般的であり、また、反射板に金を用いる技術も知られている（特許文献１参照）。

特許第２８２０６０５号公報

しかしながら、ステンレス板を用いた反射板では、赤外線の反射率が低くて吸収率が高いため、ステンレス自体の温度が上昇してしまい、基板などの被加熱物に向けてではなく、反対側に放射される熱量が増えてしまい、効率的な加熱が難しかった。また、反射板として金を用いた場合には設備コストの増大を招来してしまい、設備コストに見合った反射率の向上を図ることは難しく、結果として被加熱物に対する効率的な加熱は困難であった。

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、ヒータから放射される赤外線の反射率を向上させ、被加熱物への効率的な加熱を可能にするヒータ用反射板を提供することを目的とする。

本発明は、ヒータから放射される赤外線を反射するヒータ用反射板において、赤外線を反射する反射面が、銀及び銀合金の少なくとも一方からなることを特徴とする。銀または銀合金の赤外線の反射率は、ステンレスは勿論、金よりも高い。銀及び銀合金の少なくとも一方からなる反射面とすることで、赤外線反射率の高い反射板を実現でき、被加熱物を効率よく加熱できる。さらに、銀や銀合金は、金などに比べて安価であるため、設備コストを抑えるという点でも有利である。

さらに、反射面は、銀に凝集抑制材が添加された銀合金からなると好適である。銀は高温において原子同士が凝集するため赤外線反射率性能が低下してしまう虞がある。そこで、銀に凝集抑制材が添加された銀合金によって反射面を形成することにより、高温でも赤外線反射率性能の低下が発生しないヒータ用反射板を実現できる。

さらに、凝集抑制材は、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも一からなると、高温での凝集抑制効果を期待できて好適であり、特に、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｐ、Ａｕ、Ｐｔ、またはＮｉの場合には、高い凝集抑制効果が期待できて有利である。

さらに、反射面上には、赤外線が透過可能な保護膜が設けられていると好適である。保護膜を設けることで、反射面の酸化及び硫化を抑制して赤外線反射率性能の低下を防止できる。

さらに、保護膜は、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＩＴＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＡｌＮの少なくとも一の材料からなると、反射面の酸化及び硫化の高い抑制効果を期待できて好適である。

さらに、反射面は、基板上に設けられた反射層によって形成されており、基板と反射層との間には、反射層と基板とを密着する密着層が設けられていると好適である。密着層を設けることで反射層を基板上に安定して保持できるようになる。

さらに、密着層は、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｗ、ＮｉＷ及びＴｉの少なくとも一の材料からなると、反射層と基板との高い密着効果を期待できるために好適であり、特に、反射層が銀合金からなる場合、反射層との密着性を優先すれば、Ｃｒ、ＮｉＣｒ、ＮｉＷまたはＴｉが有利であり、基板との密着性を優先すれば、ＮｉＣｒまたはＴｉが有利である。

本発明によれば、ヒータから放射される赤外線の反射率を向上させ、被加熱物への効率的な加熱を可能にする。

本発明の実施形態に係るヒータ及び反射板を模式的に示す断面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った拡大断面図である。

以下、本発明に係るヒータ及びヒータ用反射板の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。

成膜装置１は、基板Ｗ（図１参照）に、種々の蒸着法により成膜する装置であり、通称、インラインタイプと呼ばれる搬送形態を採用している。図１に示されるように、成膜装置１は、真空チャンバーからなる加熱室３を備えている。加熱室３内には基板Ｗを搬送するための搬送装置５が設けられており、加熱室３の天井部分には、基板Ｗを加熱するためのヒータユニット７が設けられている。

加熱室３内は、ヒータユニット７によって５０℃〜３００℃程度の高温雰囲気に保持されている。加熱室３の底部には、種々の蒸着法による蒸着装置が設けられ、蒸着粒子によって基板Ｗの成膜が行われる。

ヒータユニット７は、複数のランプヒータ９と、複数のランプヒータ９を保持するヒータ筐体１０と、ランプヒータ９からの赤外線を主として反射する反射板（ヒータ用反射板）１１とを備えている。

ヒータ筐体１０は断面コの字状のステンレス製の板材からなり、加熱室３内の所定位置に配置されている。ヒータ筐体１０内には、基板Ｗに対して略平行に並ぶ複数のランプヒータ９が配置されている。ランプヒータ９は、バルブ９ａ内に収容されたフィラメント９ｂを有し、フィラメント９ｂに通電して高温にし、そこから放射される赤外線を主に利用して基板Ｗを加熱する。フィラメント９ｂから放射された赤外線は、ヒータ筐体１０の開口を通過して基板Ｗに到達する。なお、この赤外線（「熱線」ともいう）とは、近赤外線から遠赤外線までを広く含む。

ヒータ筐体１０は、ランプヒータ９の裏側、すなわち、基板Ｗ側とは逆になる側に配置されており、全てのランプヒータ９を傘のように覆う。ヒータ筐体１０とランプヒータ９との間には、反射板１１が配置されている。反射板１１は、ブラケット１３を介してヒータ筐体１０との間で隙間が形成されるように取り付けられている。反射板１１とヒータ筐体１０との間に隙間を設けることで、反射板１１からヒータ筐体１０に熱が伝わり難くなっている。

反射板１１は、全てのランプヒータ９の裏側全面を覆う。さらに、反射板１１の端部には、両端のランプヒータ９側に折り曲げられた湾曲部１１ａが形成されている。湾曲部１１ａの曲率中心は基板Ｗ側に向けられており、湾曲部１１ａで反射した赤外線が基板Ｗに到達し易くなっている。

図２に示されるように、反射板１１は、ステンレス製の基板１５の上に成膜された密着層１７と、密着層１７の上に成膜された反射層１９とを備え、反射層１９の表面、すなわち基板Ｗ側を向く面によって反射面１９ａが形成されている。さらに、反射面１９ａ上には、赤外線が透過可能で、且つ反射層１９の酸化や硫化を抑止する保護膜２１が成膜されている。

反射層１９は、銀及び銀合金の少なくとも一方によって形成することができるが、本実施形態では高温状態での反射層１９の凝集抑制効果、酸化防止効果及び高温耐性効果等を期待できる銀合金を用いている。反射層１９の膜厚は、３０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。以下、銀合金を生成するために銀へ添加される添加元素について表１を参照して説明する。

表１では、各添加元素を添加された銀合金の性状を評価するために、凝集抑制効果、酸化防止効果、高温耐性効果及び経済性の各評価と総合評価とを行った結果を示している。なお、表１に示されるように、各添加元素の添加量は、０．１ｗｔ％〜２ｗｔ％である。

（凝集抑制効果）
凝集抑制効果は、Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐ（リン）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）及びＮｉ（ニッケル）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＣｒ（クロム）の評価が「○」で優れている。

（酸化防止効果）
酸化防止効果は、Ｃｕ（銅）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｐ（リン）、Ａｕ（金）及びＰｔ（白金）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）、Ｃｒ（クロム）及びＮｉ（ニッケル）の評価が「○」で優れている。

（高温耐性効果）
高温耐性効果は、Ｔａ（タンタル）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ａｕ（金）及びＰｔ（白金）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｃｕ（銅）、Ｗ（タングステン）、Ｐ（リン）、Ｃｒ（クロム）の評価が「○」で優れている。なお、Ｎｉ（ニッケル）の評価は「△」であるため、必ずしも優れているとは言えない。

（経済性）
経済性は、Ｃｕ（銅）、Ｐ（リン）、Ｃｒ（クロム）及びＮｉ（ニッケル）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｗ（タングステン）及びＴａ（タンタル）の評価が「○」で優れている。なお、Ａｕ（金）の評価は「△」であるため、必ずしも優れているとは言えず、Ｒｕ（ルテニウム）及びＰｔ（白金）の評価は「×」であるため、適しているとは言えない。

（総合評価）
総合評価は、Ｃｕ（銅）及びＰ（リン）の評価が「◎」で総合的に最も優れており、Ｗ（タングステン）、Ｔａ（タンタル）及びＣｒ（クロム）の評価が「○」で優れている。また、Ａｕ（金）及びＮｉ（ニッケル）の評価は「△」であるため、必ずしも優れているとは言えず、Ｒｕ（ルテニウム）及びＰｔ（白金）の評価は「×」であるため、適しているとは言えない。

保護膜２１の膜厚は、１ｎｍ〜３０ｎｍ程度である。保護膜２１は、Ｓｉ（ケイ素）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＳｉＯ_２（二酸化ケイ素）、ＩＴＯ（インジウムとすずの複合酸化物）、Ａｌ_２Ｏ_３（酸化アルミニウム）及びＡｌＮ（窒化アルミニウム）の少なくとも一つの材料を用いて成膜される。

密着層１７の膜厚は、１ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。以下、密着層１７を構成する材料として適用可能な材料について説明する。なお、表２は、密着層１７を構成する材料として適用可能な各材料と各評価項目とを示す図である。

表２では、基板１５または反射層１９と各材料との相性及び経済性の評価を行った結果を示している。

（反射層との密着性）
反射層１９との密着性は、Ｃｒ（クロム）、ＮｉＣｒ、ＮｉＷ、Ｔｉ（チタン）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｎｉ（ニッケル）及びＷ（タングステン）の評価が「○」で優れている。

（基板との密着性）
基板１５との密着性は、ＮｉＣｒ及びＴｉ（チタン）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）及びＮｉＷの評価が「○」で優れている。

（経済性）
経済性は、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、ＮｉＣｒ及びＴｉ（チタン）の評価が「◎」で非常に優れており、Ｗ（タングステン）及びＮｉＷの評価が「△」であるため、必ずしも優れているとは言えない。

（総合評価）
総合評価は、Ｃｒ（クロム）、ＮｉＣｒ及びＴｉ（チタン）の評価が「◎」で非常に（総合的に最も）優れており、Ｎｉ（ニッケル）及びＮｉＷの評価が「○」であるため優れており、Ｗ（タングステン）の評価が「△」であるため、必ずしも優れているとは言えない。

以上、本実施形態に係る反射板１１によれば、反射層１９が銀合金によって形成されているため、ステンレス製の板材の表面で反射させる反射板に比べて、１．５倍程度の反射率を期待でき、さらに、吸収率を１０分の１程度に抑えることができる。また、金製の反射板に比べても赤外線の反射率が高くなるため、赤外線反射率の高い反射板１１を実現でき、反射板１１自体の温度上昇を抑えながら基板Ｗを効率よく加熱できる。さらに、銀合金は、金などに比べて安価であるため、設備コストを抑えるという点でも有利である。

なお、反射層１９としては、銀合金ではなくて銀のみを用いて形成することも可能であり、銀を用いてもステンレスや金のみからなる反射板に比べて赤外線反射率の高い反射板を実現できる。しかしながら、銀は高温において原子同士が凝縮して赤外線反射率性能が低下してしまう虞があるため、銀に凝集抑制材が添加された銀合金によって反射層１９を形成することにより、高温でも赤外線反射率性能の低下が発生しない反射板１１を実現できる。

さらに、反射面１９ａ上には、赤外線が透過可能な保護膜２１が設けられているため、反射面１９ａの酸化及び硫化を抑制して赤外線反射率性能の低下を防止できる。

さらに、基板１５と反射層１９との間には、反射層１９と基板１５とを密着する密着層１７が設けられているため、反射層１９を基板１５上で安定して保持できるようになる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ステンレス製の基板の上に銀合金を成膜して反射層を形成した態様を説明したが、反射面が銀または銀合金から構成されていれば足りるため、反射板自体を銀または銀合金によって形成してもよい。

また、基板上に反射層を形成する場合であっても、密着層を省くことは可能である。また、基板上に反射層を形成するので、ステンレス製の基板の表面に対して研磨処理は必ずしも施さずともよい。

さらに、本発明に係る反射板は、真空成膜装置以外でも、電気ストーブ、オーブントースター、工業用オーブンなどに利用できる。さらに、太陽電池製造ラインで基板を加熱する際のヒータ用反射板として利用できる。また、この反射板は赤外線に於いて高い反射率を有するとともに、耐候性及び経済性にも優れるため、赤外線望遠鏡の反射板へも有効に適用できる。

９…ランプヒータ、９ａ…反射面、１１…反射板（ヒータ用反射板）、１７…密着層、２１…保護膜。

Claims

ヒータから放射される赤外線を反射するヒータ用反射板において、
赤外線を反射する反射面が、銀及び銀合金の少なくとも一方からなることを特徴とするヒータ用反射板。
前記反射面は、銀に凝集抑制材が添加された銀合金からなることを特徴とする請求項１記載のヒータ用反射板。
前記凝集抑制材は、Ｃｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｐ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｃｒ及びＮｉの少なくとも一からなることを特徴とする請求項２記載のヒータ用反射板。
前記反射面上には、赤外線が透過可能な保護膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のヒータ用反射板。
前記保護膜は、Ｓｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ_２、ＩＴＯ、Ａｌ_２Ｏ_３及びＡｌＮの少なくとも一の材料からなることを特徴とする請求項４記載のヒータ用反射板。
前記反射面は、基板上に被覆された反射層によって形成されており、
前記基板と前記反射層との間には、前記反射層と前記基板とを密着する密着層が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載のヒータ用反射板。
前記密着層は、Ｃｒ、Ｎｉ、ＮｉＣｒ、Ｗ、ＮｉＷ及びＴｉの少なくとも一の材料からなることを特徴とする請求項６記載のヒータ用反射板。