專利名稱：熱射線反射材料和使用熱射線反射材料的加熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠有效地反射從發(fā)熱體輻射的熱射線的熱射線反射材料，以及使用熱射線反射材料的加熱設(shè)備。
背景技術(shù)：
半導體晶片制造過程和使用半導體晶片的器件制造過程包括這樣一些過程，在這些過程中要把半導體晶片加熱到幾百到一千幾百攝氏度，為此而根據(jù)用途使用諸如那些基于電阻加熱系統(tǒng)(加熱器加熱系統(tǒng))、燈加熱系統(tǒng)等的各種類型的退火爐(annealing furnaces)。
例如，為了制造作為代表性半導體晶片的單晶硅晶片，使用單晶硅拉伸裝置來拉伸單晶硅錠。在單晶硅錠的拉伸中，使加熱器包圍裝滿多晶硅的石英熔爐，并把熔爐加熱到高達1,420℃的溫度，以熔化作為源材料的多晶硅。在處理如此產(chǎn)生的多晶硅以得到晶片之后，還在加熱氣氛下進行雜質(zhì)損傷的去除、雜質(zhì)擴散、半導體薄膜汽相生長等等，其中要使用多種加熱設(shè)備。在復合半導體的領(lǐng)域中，加熱設(shè)備也用于半導體薄膜的汽相生長或液相生長以及其它退火過程。
為了提高加熱效率，一般配置上述退火所使用的退火設(shè)備，把隔熱材料放置在諸如上述加熱器或燈之類的發(fā)熱體周圍，以防止熱散失到外面。在更簡化的加熱設(shè)備中，有時為了減小尺寸可能省略隔熱材料。
然而，隔熱材料的放置不但增加加熱設(shè)備的尺寸，而且由于隔熱材料的較大熱容量還需要附加較長的時間對隔熱材料進行加熱，而且在完成退火之后還需要附加較長的時間使之冷卻。設(shè)置基于水冷卻、空氣冷卻等的強制性冷卻設(shè)備進一步增加了設(shè)備的尺寸。此外，隔熱材料吸收的熱當然對工件的加熱不利，并使能量效率變差。意料之中，不使用隔熱材料的裝置會遭受到散失能量的更大浪費。
因此，本發(fā)明的主題是提供能夠以極有效的方式反射從發(fā)熱體輻射的熱射線的一種熱射線反射材料，以及一種設(shè)備，所述設(shè)備能夠通過使用熱射線反射材料通過集中從發(fā)熱體向工件輻射的熱射線而有效地升高或降低溫度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述主題，本發(fā)明的熱射線反射材料是能夠反射特定波長波段中的熱射線的，是多層單元反射層的疊層，所述單元反射層包括對于熱射線具有透明特性的材料，其中，在單元反射層中，用對于熱射線的折射率相互不同的材料的組合來構(gòu)成兩個相鄰的層，而同時保持折射率之間的差為1.1或更大。
根據(jù)對于熱射線分別具有透明特性的、對于熱射線的折射率相互不同的，而且保持折射率之間的差為1.1或更大的單元反射層的組合來構(gòu)成本發(fā)明的熱射線反射材料。通過根據(jù)單元反射層之間保證有較大的折射率差異的單元反射層的組合而構(gòu)成熱射線反射材料，可以按極高的反射率反射熱射線。因為單元反射層的疊層數(shù)目只要在有限的范圍內(nèi)增加就能夠獲得高反射率，所以可以以低成本來制造熱射線反射材料。折射率之間的差小于1.1必然使反射率降低，而為了提高反射率而增加疊層的循環(huán)數(shù)目又使成本升高。要組合的單元反射層之間的折射率差優(yōu)選保持在1.2或更大，更好的是1.5或更大，最好的是2.0或更大。
這里的“具有透明特性”定義為一種狀態(tài)，即物體具有允許諸如光之類的電磁波通過的特性，而在本發(fā)明中的透明特性優(yōu)選是保證使得要反射的熱射線的透射率對于所采用的厚度有80％或更大。透射率小于80％可能增加熱射線的吸收率，可能會阻止本發(fā)明的熱射線反射材料充分展現(xiàn)反射熱射線的效果。透射率較佳的是90％或更大，更佳的是100％。這里，100％的透射率意味著可以認為在測量透射率的一般方法中的測量極限的范圍內(nèi)(例如，在±1％誤差內(nèi))幾乎是100％的透射率。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種加熱設(shè)備包括一容器，在所述容器中形成有工件安放空間；一熱源，用于對工件安放空間中的工件進行加熱；以及熱射線反射部件，所述部件具有由本發(fā)明的熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面，以使在工件安放空間中產(chǎn)生的熱射線在熱反射表面上反射，從而使射線的方向改變成向著工件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種加熱設(shè)備至少包括用于執(zhí)行退火的退火箱；放置在退火箱外面的發(fā)熱體；以及圍繞發(fā)熱體和退火箱、并具有本發(fā)明的熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面的熱射線反射部件。
通過把由本發(fā)明的熱射線反射材料構(gòu)成的熱射線反射部件應用于加熱設(shè)備，以及通過使用該部件來替換，例如，熱射線反射材料的一部分或全部，可以改進歸因于隔熱材料的熱容量的退火設(shè)備的加熱速度或冷卻速度中的延遲，由此能夠比常規(guī)裝置更快速地進行加熱和冷卻。與傳統(tǒng)設(shè)備比較，還有可能延長一段均勻加熱。還有可能得到設(shè)備的尺寸減小和節(jié)約能量的效果，因為來自發(fā)熱體的熱射線能量可以有效地集中到工件上。
從1到10μm范圍選擇的熱射線的特定波長波段可以覆蓋各種應用中退火所需要的波長范圍，而且可以保證達到本發(fā)明的效果。雖然不特別限定本發(fā)明的加熱設(shè)備的可應用領(lǐng)域，但是一個可能的例子如下所述。為了制造作為代表性半導體晶片的單晶硅晶片，首先使用單晶硅拉伸設(shè)備拉伸單晶硅錠。在單晶硅錠的拉伸中，使加熱器包圍裝有多晶硅的石英熔爐(quartzcrucible)，并把熔爐加熱到高達1,420℃或1,420℃以上的溫度。本發(fā)明可應用于這個加熱設(shè)備。這時，要反射的熱射線的波長波段落在1到5μm的范圍內(nèi)，更好的是1到3μm，所述范圍成功地覆蓋從半導體源材料的熔融物或從用于保持半導體源材料的熔融狀態(tài)的加熱器輻射的熱射線的光譜的基本部分。這使得有可能有效地反射和控制輻射的紅外線。
在處理如此產(chǎn)生的單晶硅以得到晶片之后，還要在例如高達400到1,400℃的加熱氣氛下，進行損傷的去除、雜質(zhì)的擴散、半導體薄膜汽相生長等，其中，本發(fā)明可應用于執(zhí)行這些處理的各種加熱設(shè)備。在這些情況中，要反射的熱射線的波長波段落在1到30μm的范圍內(nèi)，更好的是1到10μm。這使得有可能有效地反射和控制來自諸如加熱器等熱源的熱射線，或來自同時加熱的工件自身的熱射線。
另一方面，還在半導體薄膜的汽相生長或液相生長的復合半導體的領(lǐng)域中或其它退火過程(溫度范圍400到1,400℃或附近)中使用加熱設(shè)備，其中，也可應用本發(fā)明。要反射的熱射線的波長波段落在1到30μm的范圍內(nèi)，更好的是1到10μm。
此外，熱處理不但應用于上述半導體材料，而且還廣泛地應用于各種材料、應用于許許多多種類的過程。例如，在制造金屬材料或金屬部件中使用各種加熱設(shè)備，用于材料的熔化、燒結(jié)、熱加工以及其它退火工藝過程(溫度范圍400到1,800℃或附近，要反射的熱射線的波長波段0.3到30μm)。還有，在制造諸如陶瓷或玻璃之類的無機材料中使用加熱設(shè)備，用于燒結(jié)、加工或其它退火工藝過程(溫度范圍700到1,800℃或附近，要反射的熱射線的波長波段0.3到20μm)。除此之外，可以說用于各種應用的烘干爐等是一種加熱設(shè)備。再有，除了這些工業(yè)應用之外，商用或家用的加熱烹飪設(shè)備(例如，爐灶)可以是一個例子。在相當?shù)偷臏囟确秶鲜褂眠@些設(shè)備，例如，200到500℃左右，(要反射的熱射線的波長波段3到40μm)。
可以配置構(gòu)成熱射線反射部件的疊層，使之包括折射率不同和相互相鄰的第一和第二單元反射層，以致在基本部件的表面上按兩個或多個循環(huán)形成每個包括第一和第二單元反射層的疊層循環(huán)單元。在疊層厚度方向的方向上的疊層折射率的周期性變化進一步成功地升高熱射線反射率。這種情況下，構(gòu)成疊層循環(huán)單元的多種材料的折射率的較大差異可以導致較大的反射率。例如，疊層循環(huán)單元的最簡單的構(gòu)成涉及包括對于熱射線的折射率相互不同的第一單元反射層和第二單元反射層的兩層結(jié)構(gòu)。這時，兩層的折射率之間的較大差異可以減少所需要的疊層循環(huán)單元的數(shù)目而使熱射線的反射率保持在足夠高水平。構(gòu)成疊層循環(huán)單元的層的數(shù)目可以是三層或更多層。
可以把疊層循環(huán)單元的厚度設(shè)置成小于要反射的熱射線的中心波長。這種設(shè)置成功地根據(jù)疊層循環(huán)單元中的折射率分布在熱反射層的厚度方向上形成了對于特定波長波段的熱射線的光學阻帶結(jié)構(gòu)(或一維光子帶隙結(jié)構(gòu))，而且使之有可能幾乎全反射這種特定波長波段的熱射線，從而完全取得本發(fā)明的上述效果。根據(jù)要反射的波長波段的范圍，通過計算或?qū)嶒灴梢源_定各個層的厚度以及循環(huán)的數(shù)目。采用本發(fā)明折射率差異為1.1或更大的材料的組合成功地順利實現(xiàn)了用相對少的疊層循環(huán)單元，更具體地說，5個循環(huán)或更少，構(gòu)成了具有接近全反射的熱射線反射率的疊層循環(huán)結(jié)構(gòu)。特別的，實現(xiàn)如上所述的較大熱射線反射率而只用4個循環(huán)、3個循環(huán)或甚至少到2個循環(huán)的循環(huán)形成數(shù)目，采用保證1.5或更大的折射率差的組合是成功的。
要反射的波長波段范圍取決于熱源的溫度。即，通過從完全黑體得到的單色光輻射功率表示在預定溫度下的單位時間內(nèi)從目標表面單位面積輻射的輻射能量的最大極限能量。這可以通過下面的公式來表達(普朗克定律)Ebλ＝Aλ-5(eB/λT-1)-1[W/(μm)2]其中，Ebλ黑體的單色光輻射功率[W/(μm)2]，λ波長[μm]，T目標表面的絕對溫度[K]，A3.74041×10-16[W·m2]，以及B1.4388×10-2[m·K]。圖8是曲線圖，示出當目標表面的絕對溫度T變化時得到的單色光輻射功率(Ebλ)和波長之間的關(guān)系?？煽吹?，當T降低時，單色光輻射功率降低，并向較長波長側(cè)偏移。
優(yōu)選從材料的組合來選擇構(gòu)成疊層的單元反射層的材料，所述構(gòu)成組合的材料對于高溫是穩(wěn)定的以及能夠保證紅外反射的折射率之間的差異具有必要的和充分的水平。可以配置疊層使之包括一具有3或3以上的折射率的半導體層或絕緣物層，作為起高折射率層作用的第一單元反射層。使用具有3或3以上折射率的半導體或絕緣物作為第一單元反射層可以促進而保證其折射率與要與其組合的第二單元反射層的折射率之間有較大的差異。表1概括了可應用于本發(fā)明的單元反射層的材料的折射率?？梢岳e具有3或3以上的折射率的物質(zhì)如Si、Ge和6h-SiC，還有諸如Sb2S3、BP、AIP、AlSb、GaP以及ZnTe之類的復合半導體(compound semiconductor)。優(yōu)選使用那些具有帶隙能量(例如，2ev或2ev以上)充分大于熱射線的光子能量的半導體和絕緣物，因為具有帶隙能量接近于要反射的熱射線的光子能量的間接過渡型(direct transition type)半導體和絕緣物容易吸收熱射線。另一方面，非直接過渡型的那些材料(例如，Si、Ge)可以把熱射線的吸收抑制在低水平，即使其中的帶隙能量小于上述值，也可以按所要求的方式應用于本發(fā)明。其中，本發(fā)明最好使用Si，因為它的價格相當?shù)?，可以容易地制造成薄膜的形式，以及具有高達3.5的折射率。因此，使用Si層作為第一單元反射層可以實現(xiàn)具有低成本的高反射率的疊層結(jié)構(gòu)。
可以例舉構(gòu)成第二單元反射層的低折射率材料，如SiO2、BN、AIN、Al2O3、Si3N4以及CN。這時，必需根據(jù)已經(jīng)選擇的第一單元反射層的材料的類型來選擇第二單元反射層的材料，使之保證1.1或1.1以上的折射率的差異。下面的表1概括了這些材料的折射率。尤其，在保證折射率的較大差異中，采用SiO2層、BN層或Si3N4層是特別有利的。SiO2層具有小至1.5的折射率，可以保證與由Si層構(gòu)成的第一單元反射層的折射率有較大的差異。還有利的是一般可以通過Si層的氧化而容易地形成它。另一方面，根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)和取向，BN層具有從1.65到2.1范圍的折射率。根據(jù)薄膜的質(zhì)量，Si3N4層具有從1.6到2.1范圍的折射率。雖然這些層與SiO2比較具有稍大的折射率，但是它們?nèi)员ＷC與Si的折射率有高達1.4到1.85的較大折射率差異。考慮制造硅晶片一般使用的溫度范圍(400到1,400℃)，在有效地反射輻射熱的方面，對于構(gòu)成熱射線反射層使之主要包括Si層以及另外包括至少SiO2層或BN層是有效的，尤其，構(gòu)成它以致包括Si層和SiO2層和/或BN層作為單元反射層。當應用于極高溫度使用時要求BN層，因為它具有比SiO2的熔點高的相當高的熔點。BN還有的優(yōu)點是如果在高溫分解時，它可以只輻射N2作為釋氣(outgas)，而硼按半金屬狀態(tài)保留在表面上，因此不會影響諸如Si晶片等半導體晶片的電特性。表2通過溫度區(qū)示出較佳材料的示例組合。
表1


半導體的折射率

表2

接下來的段落將根據(jù)一些條件討論計算檢查的結(jié)果，這些條件通過使用Si以及SiO2來形成一維光子帶隙結(jié)構(gòu)而可以保證紅外區(qū)域的幾乎全反射。Si具有約3.5的折射率，而其薄膜對于具有約1.1到10μm波長的紅外區(qū)域中的光是透明的。SiO2具有約1.5的折射率，而其薄膜對于具有約0.2到8μm波長的紅外區(qū)域中的光(可見的紅外區(qū)域)是透明的。

圖1是形成在Si襯底100上的熱射線反射層的截面圖，4個循環(huán)的疊層循環(huán)單元，每個疊層循環(huán)單元包括兩層100nm厚的Si層“A”以及233nm厚的SiO2層“B”。如在圖2中所示，這種結(jié)構(gòu)可以得到接近100％的1到2μm波段中的紅外輻射反射率，以及可以禁止紅外輻射的透射。還允許用其它材料(例如，石英(SiO2))來構(gòu)成基體部件，在其上形成Si層，以及可以再在其上形成相似地包括Si層“A”以及SiO2層“B”兩層的疊層循環(huán)單元。
例如，1,600℃的熱源具有1到2μm波段中的最大強度，通過添加與要反射的波長區(qū)域不同的另一個周期性組合來實現(xiàn)這個波段和2到3μm波段(相應于從約1,000到1,200℃的熱源得到的熱射線光譜的峰值波長區(qū)域)一起的覆蓋范圍。即，允許的配置可以如圖3所示，其中把上述100nm(Si)/233nm(SiO2)的組合與另一個加厚的157nm(Si)/366nm(SiO2)(圖3中的A’/B’)的組合一起添加。
與保證1到2μm波段中的紅外輻射的接近100％反射率的上述100nm(Si)/233nm(SiO2)的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)相比較，157nm(Si)/366nm(SiO2)的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)對于2到3μm波段中的紅外輻射保證接近100％的反射率，如在圖4中所示。因此，這些結(jié)構(gòu)堆疊在圖3所示的結(jié)構(gòu)上可以提供一種材料，這種材料可以保證在1到3μm波段上接近100％的反射率。
相似地，通過適當?shù)剡x擇進一步加厚的Si層和SiO2層的組合以及通過形成4-循環(huán)結(jié)構(gòu)可以覆蓋3到4.5μm波段。只能夠保證折射率之間的差異小于Si和SiO2之間的折射率的差異的層的組合可能需要較大數(shù)目的循環(huán)，以致選擇兩層之間的更大差異是更有利的。根據(jù)上述組合，1.3μm的總厚度保證1到2μm波段的幾乎全反射，而3.4μm的總厚度保證1到3μm波段的幾乎全反射。
另一方面，根據(jù)選擇6h-SiC(折射率3.2)以及h-BN(折射率1.65)，能夠保證它們之間有與Si和SiO2相似的折射率的較大差異，圖5示出具有94nm(SiC)/182nm(BN)的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)的熱射線反射層的反射率的計算結(jié)果。
附圖簡述圖1是本發(fā)明具有Si層和SiO2層的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)的熱射線反射材料的截面圖；圖2是曲線圖，示出具有圖1所示結(jié)構(gòu)的熱射線反射材料的熱射線反射率特性；圖3是具有一種結(jié)構(gòu)的熱射線反射材料的截面圖，在該結(jié)構(gòu)中，圖1所示的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)與具有不同厚度的Si層和SiO2層的另一個4-循環(huán)結(jié)構(gòu)堆疊在一起；圖4是曲線圖，示出具有圖3所示結(jié)構(gòu)的熱射線反射材料的熱射線反射率特性；圖5是曲線圖，示出具有6h-SiC層和h-BN層的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的熱射線反射材料的熱射線反射率特性；圖6是本發(fā)明的具有周期性結(jié)構(gòu)的熱射線反射材料的制造過程流程圖；圖7A是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第一實施例的加熱設(shè)備的縱向截面圖；圖7B是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第一實施例的加熱設(shè)備的橫向截面圖；圖8是曲線圖，示出當改變目標表面的吸收溫度T時黑體(Ebλ)的單色光輻射功率和波長之間的關(guān)系；圖9是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第二實施例的加熱設(shè)備的圖；圖10是光譜曲線圖，示出熱射線反射材料和在本發(fā)明中的參考物的不同光譜；圖11是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第三實施例的加熱設(shè)備的圖；圖12是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第四實施例的加熱設(shè)備的圖；以及圖13是根據(jù)本發(fā)明的熱射線反射材料的第五實施例的加熱設(shè)備的圖。
本發(fā)明的最佳模式下面的段落將描述實現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式，而本發(fā)明決不限于此。圖6示出本發(fā)明的熱射線反射材料20的制造過程流程。首先，選擇構(gòu)成熱射線反射材料的基本部分23的材料，然后處理材料以得到必需的形式(圖6中的處理步驟(a))。
這里需要的基本部分的形式可以隨熱射線反射材料的應用而有所不同，在打算應用于如圖7A和7B所示的用于半導體晶片的加熱裝置(例如，用于退火的氧化/擴散爐)20的情況中，對基體部件進行處理以得到一種形式，這種形式能夠包圍電阻黑體(熱源)3，所述黑體3放置在具有退火室(工件安放空間)1的反應管(容器)外面。因此，配置熱射線反射部分10(它具有形成在基本部分上的本發(fā)明的熱射線反射材料)，使之包圍黑體3和退火箱1，以致由本發(fā)明的熱射線反射材料構(gòu)成其表面。如此配置的加熱設(shè)備20是這樣的，具有反應管(容器)2，它具有形成在其中用于安放工件W的安放空間1；黑體(熱源)3，用于對在工件安放空間1中的工件(半導體晶片)W進行加熱；以及熱射線反射部分10，它具有由本發(fā)明的熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面10a，使之允許在工件安放空間中產(chǎn)生的熱射線在熱反射表面10a上反射，從而改變其方向而朝向工件(半導體晶片)W。
來自黑體3的任何大的熱傳導會發(fā)生熱射線反射部分10的溫度上升以及基體部件變形的問題。這種情況下，優(yōu)選提供冷卻熱射線反射部分10的冷卻機構(gòu)。冷卻機構(gòu)可能是空氣冷卻型的，諸如具有鰭狀物(fin)之類的輻射部分，或諸如與冷空氣流進行接觸，本實施例采用冷卻效率較高的水冷卻型冷卻機構(gòu)。更具體地，如圖7A中虛線所表示，這里采用的結(jié)構(gòu)包括水冷卻壁11，它具有嵌入在其中的水冷卻通路12(由用于循環(huán)水的管道部分或水套構(gòu)成)，并且形成使之與熱射線反射部分10接觸。本實施例中的熱射線反射部分10和水冷卻壁11是作為獨立部分而形成的，還有可能把水冷卻通路12嵌入熱射線反射部分10的基本部分中，從而使熱射線反射部分10自身具有冷卻機構(gòu)的功能。
在圖6中示出的基體部件23最好具有機械強度和熱阻，其中Si、SiO2、SiC、BN等作為材料是合適的。這些材料用于作為襯底，在其上制造半導體器件，以及一般用于一般退火裝置或退火架(jig)等的反應管，用于對襯底進行退火，具有廣泛的多用途，并可以進行處理以得到各種形式。
接著，在基體部件23的表面上形成對于從黑體輻射的熱射線是透明的第一單元反射層“B”(圖6中的處理步驟(b))。此后，在第一單元反射層“B”的表面上形成具有與第一單元反射層“B”的折射率不同的折射率的第二單元反射層“A”(圖6中的處理步驟(c))。然而，在形成這些層的方法上沒有特別的限制，CVD處理可以形成多種層，諸如Si、SiO2、SiC、BN、Si3N4等。當基體部件23是Si襯底時，可以通過熱氧化來形成作為第一單元反射層的SiO2層的第一層。相似地，在使用Si層作為第一或第二單元反射層的情況中，可以再通過熱氧化形成作為其它單元反射層的SiO2層。
然后通過形成這些第一和第二單元反射層的兩個或多個循環(huán)而產(chǎn)生周期性結(jié)構(gòu)24，從而形成本發(fā)明的熱射線反射材料20(圖6中的處理步驟(d))?？梢灾辉诨w部件的一個表面上或在兩個表面上形成這些具有周期性的兩層。如可以從上述SiO2和Si的示例情況所理解，根據(jù)要反射的波長波段范圍，通過計算或?qū)嶒灴梢源_定厚度和循環(huán)數(shù)目。要反射的波長波段范圍取決于黑體的溫度。
可以把本發(fā)明的熱射線反射材料不可分離地結(jié)合到退火裝置自身中，或在常規(guī)退火裝置中退火進行期間可以使用作為儡片(dummy wafer)。即，如在圖9中所示，允許把本發(fā)明的熱射線反射材料30制造成與要退火的半導體晶片W幾乎具有相等的形狀或具有較大的直徑的一種晶片形式，并把它們放置在退火船上對準的半導體晶片W的前端和后端，通過該退火船可以把熱射線反射到半導體晶片的兩側(cè)，并防止散失，因此可以有效地對半導體晶片W進行退火。
下面將說明另一個實施例。
圖11示出用于對工件W進行燒結(jié)或退火的加熱設(shè)備40，所述工件W包括金屬部分或陶瓷部分，其中，所述設(shè)備具有作為熱源的電阻發(fā)熱單元41，所述電阻發(fā)熱單元41在包括容器的爐壁部分42內(nèi)。在電阻發(fā)熱單元41沒有占據(jù)的空間中，在爐壁部分42的內(nèi)表面上放置熱射線反射材料43，所述熱射線反射材料43具有與上面描述的熱射線反射材料相似的周期性結(jié)構(gòu)。熱射線反射材料43不但能夠把來自電阻發(fā)熱單元41的熱射線集中到工件W上，而且還把來自經(jīng)加熱的工件W的輻射熱反射回工件W，從而保證更有效地加熱。
圖12示出使用諸如氣體燃燒器之類的燃燒熱源51的加熱設(shè)備50，其中，配置所述設(shè)備，使得一般在構(gòu)成容器的爐體52的底部放置熱源51，并使所產(chǎn)生的熱流HS通過爐體52中的對流而循環(huán)，從而對工件W進行加熱。放置形成在基體部件55上的本發(fā)明的熱射線反射材料56，使之包圍工件W，同時保持為對流而打開的孔徑路徑AP。來自經(jīng)加熱工件W的輻射熱反射回工件W保證了更有效的加熱。
除了使用溫度相當高的發(fā)熱體(諸如在半導體或金屬材料的制造過程中使用的那些)的上述應用之外，本發(fā)明的熱射線反射材料還可應用于幾百到一千攝氏度的溫度相當?shù)偷陌l(fā)熱體。這時，有熱射線反射材料形成在其上的基體部件或構(gòu)成周期性結(jié)構(gòu)的層可以包括玻璃、油漆、塑料或諸如空氣之類的氣體。
圖13示出應用本發(fā)明的用于烹調(diào)的加熱設(shè)備60。把由電阻加熱絲或陶瓷加熱器獨立地構(gòu)成的熱源61放置在具有門65的容器62的內(nèi)表面上，食物F可以通過所述門放入或取出，以及放置形成在基體部件63上的熱射線反射材料，同時保持位置關(guān)系不影響熱射線從熱源61射向食物F(在這里相鄰的熱源61、61之間的空間中)。還在門65的內(nèi)表面上放置熱射線反射材料64。這種配置使之有可能把熱有效地集中于食物F，而且可以實現(xiàn)具有低功耗和高輸出功率的烹調(diào)加熱設(shè)備。所述設(shè)備可以從所有方向?qū)κ澄颋進行加熱，并且允許熱射線以有效的的方式到達食物F的深處，通過該設(shè)備可以烹調(diào)厚的肉等而不會導致不均勻。這里，使用透明的基體部件(諸如耐熱玻璃等)來配置一部分門65，并使用對于可見光是透明的Si/SiO2在其上形成熱射線反射材料是較方便的，因為在烹調(diào)期間可以看到食物F。
(實施例)下面段落將描述確認本發(fā)明的效果所進行的實驗的結(jié)果。
在具有150mm直徑的硅晶片上，通過在1,000℃干燥氧化形成233nm厚的熱氧化薄膜。然后，再在熱氧化薄膜上通過降壓CVD過程沉積205nm厚的多晶硅層。再重復熱氧化，從而形成233nm厚的熱氧化薄膜，同時留下100nm厚的多晶硅。
此后，重復形成205nm厚的多晶硅層和233nm厚的熱氧化層兩次，最終形成100nm厚的多晶硅層，從而形成多晶硅層/熱氧化薄膜的4-循環(huán)結(jié)構(gòu)，如在圖1中所示。為了便于處理，在晶片的兩個表面上形成所述結(jié)構(gòu)。
用紅外輻射照射晶片，通過測量所發(fā)射的光而得到吸收光譜。為了參考，測量沒有周期性結(jié)構(gòu)的層形成在其上的硅晶片的吸收光譜。得到這些光譜的差異，并在圖10中示出。從圖10中示出的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在從約1到2μm(1,000到2,000nm)范圍的波長波段中的吸收率變高。這可歸因于由于晶片表面上的周期性結(jié)構(gòu)引起在1到2μm波長波段中反射率的增加，結(jié)果降低了光在該波長波段中的透射率，以致如上得到的光譜明顯地表示該波長波段中的吸收率增加。這意味著與參考例所示出的相比，本發(fā)明的晶片示出在約1到2μm波長波段中的紅外輻射的極高反射率。這顯示出較好地符合圖2示出的計算結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種能夠反射特定波長波段中的熱射線的熱射線反射材料，是多個單元反射層的疊層，所述單元反射層包括對于熱射線具有透明特性的材料，其中，在所述單元反射層中，兩層相鄰層由對于熱射線的折射率相互不同的材料組合構(gòu)成，同時保持1.1或更大的折射率之間的差。
2.如權(quán)利要求1所述的熱射線反射材料，其特征在于，要通過所述熱射線反射材料反射的特定波長波段落在從1到10μm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的熱射線反射材料，其特征在于，所述疊層包括折射率不同的以及相互鄰近的第一和第二單元反射層，并且配置所述疊層，以致使每個包括第一和第二單元反射層的疊層循環(huán)單元按兩個或多個循環(huán)而形成在基底部件的表面上。
4.如權(quán)利要求3所述的熱射線反射材料，其特征在于，疊層包括一層作為第一單元反射層，該層包括具有3或3以上的折射率的半導體或絕緣物。
5，如權(quán)利要求4所述的熱射線反射材料，其特征在于，第一單元反射層是Si層。
6.如權(quán)利要求4或5所述的熱射線反射材料，其特征在于，疊層包括一層作為第二單元反射層，該層包括SiO2、BN、AIN、Si3N4、Al2O3、TiO2、TiN以及CN中的任何一種。
7.如權(quán)利要求3所述的熱射線反射材料，其特征在于，所述第一或第二單元反射層是Si層，而與之相鄰的其它單元反射層是SiO2層或BN層。
8.如權(quán)利要求3到7中任一項所述的熱射線反射材料，其特征在于，所述疊層循環(huán)單元形成循環(huán)的數(shù)目是5個或少于5個循環(huán)。
9.如權(quán)利要求3到8中任一項所述的熱射線反射材料，其特征在于，所述基底部件包括Si、SiO2、SiC、BN、AIN、Si3N4、Al2O3、TiO2、TiN以及CN中的任何一種。
10.一種加熱設(shè)備，其特征在于，它包括具有形成在其中的工件安放空間的容器；熱源，用于對在工件安放空間中的工件進行加熱；以及熱射線反射部件，它具有由權(quán)利要求1到9中任一項所述的熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面，用于使在工件安放空間中產(chǎn)生的熱射線在熱反射表面上反射，從而改變熱射線的方向使之朝向工件。
11.一種加熱設(shè)備，其特征在于，它至少包括退火箱，用于進行退火處理；設(shè)置在退火箱外面的放熱體；以及熱射線反射部件，所述熱射線反射部件包圍放熱體和退火箱，并具有由權(quán)利要求1到8中任一項所述的熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面。
全文摘要
一種加熱設(shè)備20包括在其中形成有工件安放空間1的容器2，以及對工件安放空間1中的工件W進行加熱的熱源3。所述設(shè)備進一步包括熱射線反射部件10，所述熱射線反射部分10具有由熱射線反射材料構(gòu)成的熱反射表面10a，使之允許使工件安放空間1中產(chǎn)生的熱射線在熱反射表面10a上反射，從而改變熱射線的方向朝向工件W。用于在特定波長波段中反射熱射線的熱射線反射材料包括多個單元反射層的疊層，所述單元反射層包括對于熱射線具有透明特性的材料，其中，在單元反射層中，由對于熱射線的折射率相互不同的材料的組合來構(gòu)成兩個相鄰層，同時保持1.1或更大的折射率之間的差異。
文檔編號H01L21/00GK1531478SQ0280611
公開日2004年9月22日 申請日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月8日
發(fā)明者阿部孝夫 申請人:信越半導體株式會社