KR20120023969A - 히터용 반사판 - Google Patents

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히로시 이와타
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Abstract

히터로부터 방사되는 적외선의 반사율을 향상시켜, 피가열물에 대한 효율적인 가열을 가능하게 하는 히터용 반사판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
램프히터(9)로부터 방사되는 적외선을 반사하는 반사판(11)에 있어서, 적외선을 반사하는 반사면(19a)이, 은 및 은 합금 중 적어도 일방으로 이루어진다. 은 또는 은 합금의 적외선 반사율은, 스테인레스는 물론, 금보다도 높다. 은 및 은 합금 중 적어도 일방으로 이루어지는 반사면(19a)으로 함으로써, 적외선 반사율이 높은 반사판(11)을 실현할 수 있어, 피가열물을 효율적으로 가열할 수 있다.

Description

히터용 반사판{Reflection plate for heater}
본 발명은, 진공 성막(成膜)장치 등의 가열원이 되는 히터로부터 방사되는 적외선을 반사하는 히터용 반사판에 관한 것이다.
예컨대, 인라인 타입의 성막장치에서는, 진공챔버로 이루어지는 가열실을 구비하고 있고, 가열실 내에는, 기판을 가열하는 히터가 설치되어 있다. 히터의 이면 측에는, 히터를 둘러싸도록 반사판이 설치되어 있어서, 히터로부터 방사되는 열선(적외선)을 기판 측을 향해 반사한다. 반사판으로서는, 연마된 스테인레스판이 사용되는 것이 일반적이고, 또한, 반사판에 금(gold)을 이용하는 기술도 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
일본특허 제 2820605호 공보
하지만, 스테인레스판을 이용한 반사판에서는, 적외선의 반사율이 낮고 흡수율이 높기 때문에, 스테인레스 자체의 온도가 상승되어 버려서, 기판 등의 피가열물을 향해서가 아니라, 반대쪽으로 방사되는 열량이 증가되고 말아서, 효율적인 가열이 어려웠다. 또한, 반사판으로서 금을 이용했을 경우에는 설비비용의 증대를 초래하게 되고, 설비비용에 걸맞은 반사율의 향상을 도모하는 것은 어려워서, 결과적으로 피가열물에 대한 효율적인 가열이 곤란했다.
본 발명은, 이상의 과제를 해결하는 것을 목적으로 하고 있으며, 히터로부터 방사되는 적외선의 반사율을 향상시켜, 피가열물에 대한 효율적인 가열을 가능하게 하는 히터용 반사판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 히터로부터 방사되는 적외선을 반사하는 히터용 반사판에 있어서, 적외선을 반사하는 반사면이, 은 및 은 합금 중 적어도 일방으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 은 또는 은 합금의 적외선 반사율은, 스테인레스는 물론, 금보다 높다. 은 및 은 합금 중 적어도 일방으로 이루어지는 반사면으로 함으로써, 적외선 반사율이 높은 반사판을 실현할 수 있어서, 피가열물을 높은 효율로 가열할 수 있다. 또한, 은이나 은 합금은, 금 등에 비해 저렴하기 때문에, 설비비용을 억제한다는 점에서도 유리하다.
또한, 반사면은, 은에 응집억제재가 첨가된 은 합금으로 이루어지면 바람직하다. 은은 고온에 있어서 원자끼리 응집하기 때문에 적외선 반사율 성능이 저하될 우려가 있다. 따라서, 은에 응집억제재가 첨가된 은 합금에 의해 반사면을 형성함으로써, 고온에서도 적외선 반사율 성능의 저하가 발생하지 않는 히터용 반사판을 실현할 수 있다.
또한, 응집억제재는, Cu, W, Ta, Ru, P, Au, Pt, Cr 및 Ni 중 적어도 하나로 이루어지면, 고온에서의 응집억제 효과를 기대할 수 있어 바람직하고, 특히, Cu, Ru, P, Au, Pt, 또는 Ni의 경우에는, 높은 응집억제 효과를 기대할 수 있어 유리하다.
또한, 반사면 상에는, 적외선이 투과 가능한 보호막이 마련되어 있으면 바람직하다. 보호막을 마련함으로써, 반사면의 산화 및 황화를 억제하여 적외선 반사율 성능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 보호막은, Si, SiN, SiO2, ITO, Al2O3 및 AlN 중 적어도 하나의 재료로 이루어지면, 반사면의 산화 및 황화의 높은 억제 효과를 기대할 수 있어 바람직하다.
또한, 반사면은, 기판 상에 형성된 반사층에 의해 형성되어 있고, 기판과 반사층의 사이에는, 반사층과 기판을 밀착시키는 밀착층이 마련되어 있으면 바람직하다. 밀착층을 마련함으로써 반사층을 기판 상에 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
또한, 밀착층은, Cr, Ni, NiCr, W, NiW 및 Ti 중 적어도 하나의 재료로 이루어지면, 반사층과 기판의 높은 밀착 효과를 기대할 수 있기 때문에 바람직하고, 특히, 반사층이 은 합금으로 이루어지는 경우, 반사층과의 밀착성을 우선하면, Cr, NiCr, NiW 또는 Ti가 유리하고, 기판과의 밀착성을 우선하면, NiCr 또는 Ti가 유리하다.
본 발명에 의하면, 히터로부터 방사되는 적외선의 반사율을 향상시켜, 피가열물에 대한 효율적인 가열을 가능하게 한다.
[도 1] 본 발명의 실시형태에 관한 히터 및 반사판을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
[도 2] 도 1의 II-II선을 따르는 확대단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 히터 및 히터용 반사판의 바람직한 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
성막장치(1)는, 기판(W)(도 1 참조)에, 다양한 증착법에 의하여 성막(막을 형성)하는 장치이며, 통칭 인라인 타입이라는 반송 형태를 채용하고 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 성막장치(1)는, 진공챔버로 이루어지는 가열실(3)을 구비하고 있다. 가열실(3) 내에는 기판(W)을 반송하기 위한 반송장치(5)가 설치되어 있고, 가열실(3)의 천장 부분에는, 기판(W)을 가열하기 위한 히터유닛(7)이 설치되어 있다.
가열실(3) 내는, 히터유닛(7)에 의해서 50℃~300℃ 정도의 고온 분위기로 유지되어 있다. 가열실(3)의 저부(바닥부)에는, 다양한 증착법에 의한 증착장치가 설치되고, 증착입자에 의해 기판(W)의 성막이 행하여진다.
히터유닛(7)은, 복수의 램프히터(9)와, 복수의 램프히터(9)를 지지하는 히터하우징(10)과, 램프히터(9)로부터의 적외선을 주로 반사하는 반사판(히터용 반사판)(11)을 구비하고 있다.
히터하우징(10)은, 단면 ㄷ자형의 스테인레스제의 판재로 이루어지고, 가열실(3) 내의 소정 위치에 배치되어 있다. 히터하우징(10) 내에는, 기판(W)에 대해 대략 평행하게 늘어선 복수의 램프히터(9)가 배치되어 있다. 램프히터(9)는, 벌브(9a) 내에 수용된 필라멘트(9b)를 가지며, 필라멘트(9b)에 통전하여 고온으로 하고, 거기서 방사되는 적외선을 주로 이용하여 기판(W)을 가열한다. 필라멘트(9b)로부터 방사된 적외선은, 히터하우징(10)의 개구를 통과하여 기판(W)에 도달한다. 다만, 이 적외선('열선'이라고도 함)이란, 근적외선부터 원적외선까지를 널리 포함한다.
히터하우징(10)은, 램프히터(9)의 이면 측, 즉, 기판(W) 측과는 반대가 되는 측에 배치되어 있고, 모든 램프히터(9)를 우산처럼 덮는다. 히터하우징(10)과 램프히터(9)의 사이에는, 반사판(11)이 배치되어 있다. 반사판(11)은, 브래킷(13)을 개재하여 히터하우징(10)과의 사이에 간극이 형성되도록 장착되어 있다. 반사판(11)과 히터하우징(10)의 사이에 간극을 마련함으로써, 반사판(11)으로부터 히터하우징(10)으로 열이 전달되기 어렵게 되어 있다.
반사판(11)은, 모든 램프히터(9)의 이면 측 전체면을 덮는다. 또한, 반사판(11)의 단부(端部)에는, 양단의 램프히터(9) 측으로 구부러진 만곡부(11a)가 형성되어 있다. 만곡부(11a)의 곡률중심은 기판(W) 측으로 향해져 있어서, 만곡부(11a)에서 반사된 적외선이 기판(W)에 도달되기 쉽게 되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 반사판(11)은, 스테인레스제의 기판(15)의 위에 성막된 밀착층(17)과, 밀착층(17)의 위에 성막된 반사층(19)을 구비하며, 반사층(19)의 표면, 즉 기판(W) 측을 향하는 면에 의해 반사면(19a)이 형성되어 있다. 또한, 반사면(19a) 상에는, 적외선이 투과 가능하고, 또한 반사층(19)의 산화나 황화를 억제하는 보호막(21)이 성막되어 있다.
반사층(19)은, 은 및 은 합금 중 적어도 일방에 의해 형성할 수 있는데, 본 실시형태에서는 고온상태에서의 반사층(19)의 응집억제 효과, 산화방지 효과 및 고온내성 효과 등을 기대할 수 있는 은 합금을 이용하고 있다. 반사층(19)의 막 두께는, 30nm~1000nm 정도이다. 이하, 은 합금을 생성하기 위해 은에 첨가되는 첨가원소에 대해 표 1을 참조해 설명한다.
첨가원소(첨가량) 응집억제효과 산화방지효과 고온내성효과 경제성 종합평가
Cu(0.1~2wt%) ◎ ◎ ○ ◎ ◎
W(0.1~2wt%) ○ ○ ○ ○ ○
Ta(0.1~2wt%) ○ ○ ◎ ○ ○
Ru(0.1~2wt%) ◎ ◎ ◎ × ×
P(0.1~2wt%) ◎ ◎ ○ ◎ ◎
Au(0.1~2wt%) ◎ ◎ ◎ △ △
Pt(0.1~2wt%) ◎ ◎ ◎ × ×
Cr(0.1~2wt%) ○ ○ ○ ◎ ○
Ni(0.1~2wt%) ◎ ○ △ ◎ △
표 1에서는, 각 첨가원소가 첨가된 은 합금의 성상을 평가하기 위해서, 응집억제 효과, 산화방지 효과, 고온내성 효과 및 경제성의 각 평가와 종합평가를 실시한 결과를 나타내고 있다. 다만, 표 1에 나타내는 바와 같이, 각 첨가원소의 첨가량은, 0.1wt%~2wt%이다.
(응집억제 효과)
응집억제 효과는, Cu(구리), Ru(루테늄), P(인), Au(금), Pt(백금) 및 Ni(니켈)의 평가가 '◎'로 매우 우수하고, W(텅스텐), Ta(탄탈) 및 Cr(크롬)의 평가가 '○'로 우수하다.
(산화방지 효과)
산화방지 효과는, Cu(구리), Ru(루테늄), P(인), Au(금) 및 Pt(백금)의 평가가 '◎'로 매우 우수하고, W(텅스텐), Ta(탄탈), Cr(크롬) 및 Ni(니켈)의 평가가 '○'로 우수하다.
(고온내성 효과)
고온내성 효과는, Ta(탄탈), Ru(루테늄), Au(금) 및 Pt(백금)의 평가가 '◎'로 매우 우수하고, Cu(구리), W(텅스텐), P(인), Cr(크롬)의 평가가 '○'로 우수하다. 다만, Ni(니켈)의 평가는 '△'이므로, 별로 우수하다고는 할 수 없다.
(경제성)
경제성은, Cu(구리), P(인), Cr(크롬) 및 Ni(니켈)의 평가가 '◎'로 매우 우수하고, W(텅스텐) 및 Ta(탄탈)의 평가가 '○'로 우수하다. 다만, Au(금)의 평가는 '△'이므로, 별로 우수하다고는 할 수 없고, Ru(루테늄) 및 Pt(백금)의 평가는 '×'이므로 적합하다고 할 수 없다.
(종합평가)
종합평가는, Cu(구리) 및 P(인)의 평가가 '◎'로 종합적으로 가장 우수하고, W(텅스텐), Ta(탄탈) 및 Cr(크롬)의 평가가 '○'로 우수하다. 또한, Au(금) 및 Ni(니켈)의 평가는 '△'이므로, 별로 우수하다고는 할 수 없고, Ru(루테늄) 및 Pt(백금)의 평가는 '×'이므로, 적합하다고 할 수 없다.
보호막(21)의 막 두께는, 1nm~30nm 정도이다. 보호막(21)은, Si(규소), SiN(질화규소), SiO2(이산화규소), ITO(인듐과 주석의 복합산화물), Al2O3(산화알루미늄) 및 AlN(질화알루미늄) 중 적어도 하나의 재료를 이용해 성막된다.
밀착층(17)의 막 두께는, 1nm~100nm 정도이다. 이하, 밀착층(17)을 구성하는 재료로서 적용 가능한 재료에 대해 설명한다. 다만, 표 2는, 밀착층(17)을 구성하는 재료로서 적용 가능한 각 재료와 각 평가항목을 나타내는 표이다.
밀착층의 재료 반사층과의 밀착성 기판과의 밀착성 경제성 종합평가
Cr ◎ ○ ◎ ◎
Ni ○ ○ ◎ ○
NiCr ◎ ◎ ◎ ◎
W ○ ○ △ △
NiW ◎ ○ △ ○
Ti ◎ ◎ ◎ ◎
표 2에서는, 기판(15) 또는 반사층(19)과 각 재료와의 궁합 및 경제성의 평가를 행한 결과를 나타내고 있다.
(반사층과의 밀착성)
반사층(19)과의 밀착성은, Cr(크롬), NiCr, NiW, Ti(티탄)의 평가가 '◎'으로 매우 우수하고, Ni(니켈) 및 W(텅스텐)의 평가가 '○'으로 우수하다.
(기판과의 밀착성)
기판(15)과의 밀착성은, NiCr 및 Ti(티탄)의 평가가 '◎'으로 매우 우수하고, Cr(크롬), Ni(니켈), W(텅스텐) 및 NiW의 평가가 '○'으로 우수하다.
(경제성)
경제성은, Cr(크롬), Ni(니켈), NiCr 및 Ti(티탄)의 평가가 '◎'으로 매우 우수하고, W(텅스텐) 및 NiW의 평가가 '△'이므로, 별로 우수하다고는 할 수 없다.
(종합평가)
종합평가는, Cr(크롬), NiCr 및 Ti(티탄)의 평가가 '◎'으로 매우(종합적으로 가장) 우수하고, Ni(니켈) 및 NiW의 평가가 '○'이므로 우수하고, W(텅스텐)의 평가가 '△'이므로, 별로 우수하다고는 할 수 없다.
이상, 본 실시형태에 관한 반사판(11)에 의하면, 반사층(19)이 은 합금에 의해 형성되어 있기 때문에, 스테인레스제의 판재의 표면에서 반사시키는 반사판에 비해, 1.5배 정도의 반사율을 기대할 수 있고, 또한, 흡수율을 10분의 1 정도로 억제할 수 있다. 또한, 금으로 만든 반사판에 비해서도 적외선의 반사율이 높아지기 때문에, 적외선 반사율이 높은 반사판(11)을 실현할 수 있어, 반사판(11) 자체의 온도상승을 억제하면서 기판(W)을 효율적으로 가열할 수 있다. 또한, 은 합금은, 금 등에 비해 저렴하기 때문에, 설비비용을 억제한다는 점에서도 유리하다.
다만, 반사층(19)으로서는, 은 합금이 아니라 은만을 이용해 형성하는 것도 가능하고, 은을 이용해도 스테인레스나 금만으로 이루어지는 반사판에 비해 적외선 반사율이 높은 반사판을 실현할 수 있다. 하지만, 은은 고온에 있어서 원자끼리 응축되어 적외선 반사율 성능이 저하되어 버릴 우려가 있기 때문에, 은에 응집억제재가 첨가된 은 합금에 의해서 반사층(19)을 형성함으로써, 고온에서도 적외선 반사율 성능의 저하가 발생하지 않는 반사판(11)을 실현할 수 있다.
또한, 반사면(19a) 상에는, 적외선이 투과 가능한 보호막(21)이 마련되어 있기 때문에, 반사면(19a)의 산화 및 황화를 억제해 적외선 반사율 성능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 기판(15)과 반사층(19)의 사이에는, 반사층(19)과 기판(15)을 밀착시키는 밀착층(17)이 마련되어 있기 때문에, 반사층(19)을 기판(15) 상에서 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 그 실시형태에 근거해 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 실시형태에서는, 스테인레스제의 기판의 위에 은 합금을 성막해 반사층을 형성한 태양을 설명했지만, 반사면이 은 또는 은 합금으로 구성되어 있으면 족하기 때문에, 반사판 자체를 은 또는 은 합금에 의해 형성해도 된다.
또한, 기판 상에 반사층을 형성하는 경우이더라도, 밀착층을 생략하는 것은 가능하다. 또한, 기판 상에 반사층을 형성하므로, 스테인레스제의 기판의 표면에 대해 연마처리를 반드시 실시하지 않아도 된다.
또한, 본 발명에 관한 반사판은, 진공 성막장치 이외에도, 전기 스토브, 오븐 토스터, 공업용 오븐 등에 이용할 수 있다. 또한, 태양전지 제조라인에서 기판을 가열할 때의 히터용 반사판으로서 이용할 수 있다. 또한, 이 반사판은 적외선에 있어서 높은 반사율을 가짐과 함께, 내후성 및 경제성도 뛰어나기 때문에, 적외선 망원경의 반사판에도 유효하게 적용시킬 수 있다.
본 발명은, 히터로부터 방사되는 적외선을 반사하는 히터용 반사판의 제조산업에 이용될 수 있다.
9…램프히터
19a…반사면
11…반사판(히터용 반사판)
17…밀착층
21…보호막

Claims (7)

  1. 히터로부터 방사되는 적외선을 반사하는 히터용 반사판에 있어서,
    적외선을 반사하는 반사면이, 은 및 은 합금 중 적어도 일방으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사면은, 은에 응집억제재가 첨가된 은 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 응집억제재는, Cu, W, Ta, Ru, P, Au, Pt, Cr 및 Ni 중 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사면 상에는, 적외선이 투과 가능한 보호막이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보호막은, Si, SiN, SiO2, ITO, Al2O3 및 AlN 중 적어도 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사면은, 기판 상에 피복된 반사층에 의해 형성되어 있고,
    상기 기판과 상기 반사층의 사이에는, 상기 반사층과 상기 기판을 밀착시키는 밀착층이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 밀착층은, Cr, Ni, NiCr, W, NiW 및 Ti 중 적어도 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 히터용 반사판.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106346920A (zh) * 2016-08-29 2017-01-25 苏州万隆汽车零部件股份有限公司 一种车窗节能反射膜

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