KR20030082612A - 열선반사 재료 및 그것을 사용한 가열장치 - Google Patents

열선반사 재료 및 그것을 사용한 가열장치 Download PDF

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KR20030082612A KR10-2003-7011254A KR20037011254A KR20030082612A KR 20030082612 A KR20030082612 A KR 20030082612A KR 20037011254 A KR20037011254 A KR 20037011254A KR 20030082612 A KR20030082612 A KR 20030082612A
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Abstract

가열장치(20)는 내부에 피처리물 수용공간(1)이 형성된 용기(2)와, 피처리물 수용공간내(1)의 피처리물(W)을 가열하기 위한 가열원(3)을 갖는다. 또, 열선반사 재료에 의해 반사면(10a)이 구성되고, 피처리물 수용공간내(1)에서 발생한 열선을 반사면(10a)으로 반사시킴으로써 피처리물(W)을 향하는 방향으로 방향전환시키는 열선반사 부재(10)가 설치되어 있다. 이 열선반사 재료는 특정 파장대의 열선을 반사하기 위한 것으로서 열선에 대한 투광성을 가진 재료로 이루어지는 복수의 요소반사층의 적층체이며, 그들 요소반사층은 서로 인접하는 2층이 열선에 대한 굴절율이 서로 다르고 또한, 그 굴절율차이가 1.1 이상이 되는 재료의 조합으로 이루어진다. 이것에 의해 발열체로부터 방사되는 열선을 극히 효율적으로 반사하는 열선반사 재료를 제공한다.

Description

열선반사 재료 및 그것을 사용한 가열장치{HEAT REFLECTING MATERIAL AND HEATING DEVICE USING THE MATERIAL}
반도체 웨이퍼의 제조 프로세스나 그 반도체 웨이퍼를 사용한 디바이스 제조 프로세스에는, 반도체 웨이퍼를 수백 ℃∼천 수백 ℃ 정도로 가열하는 프로세스가 있고, 저항 가열식(히터 가열식)이나 램프 가열식 등의 여러 방식의 열처리로가 용도에 따라서 사용되고 있다.
예를 들면, 반도체 웨이퍼의 대표예인 실리콘 단결정 웨이퍼를 제작하기 위해서, 우선, 단결정 인상장치를 사용하여 실리콘 단결정 잉곳을 인상할 수 있다. 그 단결정 잉곳의 인상에서는, 원료로 되는 다결정 실리콘을 용융하기 위해서, 다결정 실리콘을 투입하는 석영 도가니의 주위를 히터로 둘레 가열하여, 도가니내를 1420℃ 이상의 고온으로 가열한다. 또, 제조후의 실리콘 단결정을 웨이퍼에 가공한 후, 결함제거나 불순물 확산, 나아가서는 반도체 박막의 기상 성장 등도 가열 분위기에서 행해지고, 이것을 실시하기 위해 여러 가열장치가 사용된다. 또, 화합물 반도체의 분야에서도, 반도체 박막의 기상 성장이나 액상 성장 또는 그 밖의 열처리를 행하기 위해, 가열 장치가 사용된다.
그리고, 상기와 같은 가열 처리에 사용되는 열처리장치에서는 가열 효율을 높이기 위해, 상기 히터나 램프 등의 발열체의 주위에 단열재를 배치하여 열이 외부로 빠져나가기 어렵게 하는 등의 구성을 갖고 있는 것이 일반적이다. 또, 간이한 가열장치에서는 소형화를 위해 단열재가 배제되는 일도 있다.
그런데, 단열재를 배치함으로써 가열장치가 대형화할 뿐만아니라 단열재의 열용량이 크기 때문에, 단열재의 가열에도 시간이 필요하게 되고, 열처리 후의 냉각에도 장시간을 요한다는 문제가 있었다. 또, 냉각을 효율적으로 행하기 위한 수냉, 공냉 등의 강제냉각 설비를 설치하면 한층 더 장치의 대형화가 필요했다. 또, 단열재에 흡수된 열은 당연히 피처리물의 가열에는 기여하기 어려우므로, 에너지 효율이 나쁘다. 그리고, 단열재를 사용하지 않는 가열장치에서는, 에너지의 불필용한 방산이 더욱 현저해지는 것은 말할 필요도 없다.
본 발명의 과제는, 발열체로부터 방사되는 열선을 극히 효율적으로 반사하는 열선반사 재료와, 그 열선반사 재료를 사용하여 열원으로부터의 열선을 피처리물에 집중시킴으로써 효율적으로 온도를 승강할 수 있는 가열장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 발열체로부터 방사되는 특정 파장대의 열선을 효율적으로 반사하는 열선반사 재료에 관한 것이며, 더욱이, 그것을 사용한 가열장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 Si층과 SiO2층의 4주기 구조를 갖는 열선반사 재료의 단면도이다.
도 2는 도 1의 구조를 갖는 열선반사 재료의 열선반사율 특성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 1의 4주기 구조에 두께가 다른 Si와 SiO2의 4주기 구조를 적층한 구조를 갖는 열선반사 재료의 단면도이다.
도 4는 도 3의 구조를 갖는 열선반사 재료의 열선반사율 특성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 6h-SiC층과 h-BN의 4주기 구조를 갖는 열선반사 재료의 열선반사율 특성을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 주기 구조를 갖는 열선반사 재료의 흐름을 도시하는 도면이다.
도 7a는 본 발명의 열선반사 재료의 제 1 응용예를 도시하는 가열장치의 종단면도이다.
도 7b는 본 발명의 열선반사 재료의 제 1 응용예를 도시하는 가열장치의 횡단면도이다.
도 8은 물체표면의 절대온도(T)를 변화시켰을 때의 흑체의 단색방사능(Ebλ)과 파장의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 열선반사 재료의 제 2 응용예를 도시하는 가열장치를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서의 열선반사 재료와 레퍼런스의 흡수율의 차이 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 열선반사 재료의 제 3 응용예를 도시하는 가열장치를 도시하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 열선반사 재료의 제 4 응용예를 도시하는 가열장치를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 열선반사 재료의 제 5 응용예를 도시하는 가열장치를 도시하는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최량의 형태
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태에 대하여 도면을 사용해서 설명하는데, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 6은, 본 발명에 관계되는 열선반사 재료(20)의 제조 흐름을 도시하고 있다. 우선, 열선반사 재료의 기체(23)가 되는 재료를 선택하고, 필요한 형상으로 가공한다(도 6: 공정(a)).
여기에서, 필요한 기체의 형상은 열선반사 재료의 용도에 따라 다르지만, 예를 들면, 도 7A(종단면도), 도 7B(횡단면도)에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼용의 가열장치(예를 들면 열처리용의 산화·확산로)(20)에 적용할 경우에는, 열처리실(피처리물 수용공간)(1)을 갖는 반응관(용기)(2)의 외측에 배치된 저항 발열체(가열원)(3)이 둘러싸는 형상으로 가공된다. 따라서, 이 기체상에 본 발명의 열선반사 재료를 형성한 열선반사 부재(10)는 발열체(3)와 열처리실(1)을 둘러싸는 동시에, 표면이 본 발명의 열선반사 재료에 의해 구성된 것으로 된다. 또, 이렇게 구성된 가열장치(20)는 내부에 피처리물(W)의 수용공간(1)이 형성된 반응관(용기)(2)과, 이 수용공간(1)내의 피처리물(반도체 웨이퍼)(W)을 가열하기 위한 저항 발열체(가열원)(3)과, 본 발명의 열선반사 재료에 의해 반사면(10a)이 구성되고, 수용공간내에 발생해 있는 열선을 반사면(10a)으로 반사시킴으로써 피처리물(반도체 웨이퍼)(W)을 향하는 방향으로 방향전환시키는 열선반사 부재(10)를 갖는 것으로 된다.
또한, 발열체(3)로부터의 열전도가 클 경우는, 열선반사 부재(10)의 온도가 상승해서 기체의 변형 등이 문제로 되는 것도 있을 수 있다. 이 경우, 열선반사 부재(10)를 냉각하기 위한 냉각 기구를 설치해 두는 것이 바람직하다. 이 냉각 기구는, 예를 들면 핀 등의 방열 부재를 갖는 것,또는 냉풍을 접촉시키는 것 등, 공냉식의 것을 사용해도 좋지만, 본 실시형태에서는, 냉각 효율이 높은 수냉식의 냉각 기구를 채용하고 있다. 구체적으로는, 도 7A에 1점 쇄선에서 도시하는 바와 같이, 열선반사 부재(10)와 접하는 형태로 수냉 통로(12)(물 순환용의 관재 또는 워터 재킷으로 구성함)를 넣은 수냉벽(11)을 설치하는 구조를 채용하고 있다. 또한, 이 실시형태에서는, 열선반사 부재(10)와 수냉벽(11)을 별체로 형성하고 있지만, 열선반사 부재(10)의 기체에 수냉통로(12)를 조합해서 넣음으로써 열선반사 부재(10) 자체에 냉각 기구의 기능을 넣는 것도 가능하다.
도 6에서, 기체(23)의 재료로서는 기계적 강도가 있는 내열성의 기체인 것이바람직하고, Si, SiO2, SiC, BN 등이 적합한다. 이것들은 반도체 디바이스를 제작하기 위한 기판이나, 그들 기판을 열처리하는 일반적인 열처리장치의 반응관이나 열처리 지그 등에 사용되고 있고, 범용성이 높고, 여러 형상으로 가공할 수 있다.
다음에, 이 기체(23)의 표면에 발열체로부터 방사되는 열선에 대하여 투명한 제 1 요소반사층(B)을 형성한다(도 6: 공정(b)). 그 후, 제 1 요소반사층(B)의 표면에, 이 제 1 요소반사층(B)과는 굴절율이 다른 제 2 요소반사층(A)을 형성한다(도 6: 공정(c)). 이들 층의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, CVD법을 사용하면 Si, SiO2, SiC, BN, Si3N4등의 여러 종류의 층을 형성할 수 있다. 또, 기체(23)가 Si기판인 경우에는, 열산화에 의해 제 1 요소반사층이 되는 SiO2층의 제 1층째를 형성할 수 있다. 동일하게, 제 1 또는 제 2 요소반사층을 Si층으로 했을 경우에도, 열산화에 의해 그 표면에 다른 요소반사층으로서의 SiO2층을 형성할 수 있다.
다음에, 이들 제 1 및 제 2 요소반사층을 2주기 이상 형성한 주기 구조(24)를 제작함으로써 본 발명의 열선반사 재료(20)가 형성된다(도 6: 공정(d)). 이들 주기성을 갖는 2개의 층은, 기체의 일방의 표면에만 형성해도 좋고, 양면에 형성해도 좋다. 또, 이들 층의 두께 및 주기수는 상술한 SiO2와 Si의 예로부터 알 수 있는 바와 같이 반사해야 할 파장대의 범위에 따라, 계산 또는 실험적으로 결정할 수 있다. 그리고, 반사해야 할 파장대의 범위는 발열체의 온도에 의존한다.
본 발명의 열선반사 재료는 열처리장치 자체에 분리되지 않게 일체로 넣을 수도 있고, 열처리장치는 종래의 것을 사용해서, 열처리를 행할 때의 더미 웨이퍼로서 본 발명의 열선반사 재료를 사용할 수도 있다. 즉, 도 9와 같이 열처리를 행하는 반도체 웨이퍼(W)와 거의 동일 형상이든지, 또는 그것보다도 직경이 큰 웨이퍼 형상으로 본 발명의 열선반사 재료(30)를 형성하고, 열처리 보트상의 반도체 웨이퍼(W)의 전후에 배치함으로써 반도체 웨이퍼의 양측에 열선이 반사되어, 열이 빠져나가기 어렵게 되기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)를 효율적으로 열처리 할 수 있다.
이하, 더욱이 별도의 실시형태에 대하여 설명한다.
도 11은, 금속부재 또는 세라믹 부재로 이루어지는 워크(W)의 소결이나 열처리에 사용하는 가열장치(40)이며, 용기를 이루는 노벽 부재(42)의 내측에, 가열원으로서의 저항 발열체 엘리먼트(41)를 배치하고 있다. 또, 상기와 같은 동일한 주기 구조로 이루어지는 본 발명의 열선반사 재료(43)를, 노벽 부재(42) 내면에, 저항 발열체 엘리먼트(41)가 배치되어 있지 않은 스페이스를 이용해서 설치하고 있다. 열선반사 재료(43)에 의해, 저항 발열체 엘리먼트(41)의 열선을 워크(W)에 집중할 수 있는 것 외에, 승온한 워크(W)로부터의 복사열을 반사해서 워크(W)로 되돌림으로써 한층 더 효율적인 가열이 가능하다.
도 12는 가스 버너 등의 연소식 열원(51)을 사용한 가열장치(50)이며, 용기를 이루는 노본체(52)의 예를 들면 바닥부에 열원(51)이 배치되어, 발생한 열류(HS)를 대류에 의해 노본체(52) 내부에 순환시켜서 워크(W)의 가열을 행한다. 그리고, 그 대류의 통로부(AP)를 형성한 형태로, 기체(55)상에 형성한 본 발명의열선반사 재료(56)를 워크(W)를 둘러싸도록이 배치하고 있다. 가열된 워크(W)로부터의 복사열을 반사해서 워크(W)로 되돌림으로써 한층 더 효율적인 가열이 가능하다. 또한, 53은, 연소 가스의 배기 통로이다.
또한, 본 발명의 열선반사 재료는 상술한 바와 같은 반도체 제조 프로세스나 금속재료 제조 프로세스로의 적용과 같은 비교적 고온의 발열체로의 용도 이외에도, 수백℃∼1000℃ 정도의 저온의 발열체에의 용도도 생각할 수 있다. 그러한 경우에는, 열선반사 재료를 형성하기 위한 기체나 주기 구조를 형성하는 층으로서 유리, 도료, 플라스틱, 공기 등의 기체를 사용할 수도 있다.
도 13은, 식품조리용의 가열장치(60)에 본 발명을 적용한 예이다. 식품(F)을 출납하기 위한 문(65)을 가진 용기(62)의 내측에, 저항발열선 또는 세라믹 히터 등으로 구성된 가열원(61)이 배치되어, 가열원(61)으로부터 식품(F)을 향하는 열선을 차단하지 않는 위치 관계(여기에서는, 이웃한 가열원(61, 61) 사이의 스페이스)에서 기체(63)상에 형성된 본 발명의 열선반사 재료(64)를 배치하고 있다. 또, 문(65)의 내면에도 열선반사 재료(64)를 설치하고 있다. 이렇게 함으로써, 식품(F)에 효율적으로 열을 집중할 수 있고, 저소비전력으로 고파워의 조리용 가열장치를 실현할 수 있다. 또, 식품(F)에 사방팔방으로부터 열을 쪼일 수 있고, 게다가 열선에 의해 식품(F)의 내부로도 열을 효율적으로 침투할 수 있으므로, 두꺼운 두께 등도 가열 불균일 없이 조리할 수 있다. 여기에서, 문(65)의 일부를 내열 유리 등의 투명기체로 하여, Si/SiO2와 같이 가시광에 대해서도 투명한 열선반사 재료를 형성하면, 조리중의 식품(F)의 상태를 관찰할 수 있으므로 편리하다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 열선반사 재료는 특정 파장대의 열선을 반사하는 열선반사 재료로서 열선에 대한 투광성을 갖는 재료로 이루어지는 복수의 요소반사층의 적층체이며, 그들 요소반사층은 서로 인접하는 2층이 열선에대한 굴절율이 서로 다르고 또한, 그 굴절율차이가 1.1 이상이 되는 재료의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 열선반사 재료는 열선에 대해 투광성을 가지고, 이 열선에 대한 굴절율이 서로 다르고 또한, 그 굴절율차이가 1,1 이상이 되는 요소반사층의 조합에 의해 구성되어 있다. 이와 같이, 굴절율차이가 큰 요소반사층의 조합으로 구성함으로써 열선을 극히 높은 반사율로 반사할 수 있다. 또, 요소반사층의 적층수를 그 만큼 많게 하지 않더라도 높은 반사율을 실현할 수 있으므로, 염가로 형성할 수 있다. 굴절율차이가 1.1 미만에서는 반사율의 저하를 피하기 어렵게 되고 또, 반사율을 향상시키기 위해 적층주기수를 많게 하는 것은 코스트 상승으로 이어진다. 또한, 조합시키는 요소반사층간의 굴절율차이는, 바람직하게는 1.2 이상, 보다 바람직하게는 1.5 이상, 더욱 바람직하게는 2.0 이상 확보되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 「투광성을 갖는다」란 물체가 빛 등의 전자파를 통과시키는 성질을 갖고 있는 것으로서 정의되는데, 본 발명에서는 반사시켜야 할 열선의 투과율이 사용되는 층의 두께에서 80% 이상이 되도록 투광성을 가지고 있는 것이 바람직하다. 투과율이 80% 미만이면 열선의 흡수율이 높아지고, 본 발명의 열선반사 재료에 의한 열선의 반사 효과가 충분히 얻어지 못하게 될 우려가 있다. 상기의 투과율은 90% 이상이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 100%인 것이 좋다. 이 경우의 투과율 100%란 통상의 투과율 측정방법에서의 측정 한계(예를 들면 오차 1% 이내)의 범위에서 거의 100%라고 간주할 수 있을 정도의 것을 말한다.
다음에, 본 발명의 가열장치의 제 1은 내부에 피처리물 수용공간이 형성된 용기와, 피처리불 수용공간내의 피처리물을 가열하기 위한 가열원과, 상기 본 발명의 열선반사 재료에 의해 반사면이 구성되고, 피처리물 수용공간내에 발생한 열선을 반사면으로 반사시킴으로써 피처리물을 향하는 방향으로 방향전환시키는 열선반사 부재를 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 가열장치의 제 2는 적어도 열처리를 행하는 열처리실과, 이 열처리실의 외측에 배치된 발열체와, 이 발열체와 열처리실을 둘러싸는 동시에 표면이 상기 본 발명의 열선반사 재료에 의해 구성된 열선반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열선반사 재료를 사용한 열반사 부재를 가열장치에 적용하고, 예를 들면 단열재의 일부 또는 전부의 대체로서 사용함으로써 단열재의 열용량에 기인한 열처리장치의 온도 승강속도의 느림을 개선하여, 종래에 비해 급열급랭이 가능하게 된다. 또, 종래의 열처리장치에 비해 균일한 열의 길이를 길게 하는 것도 가능하다. 그리고, 발열체로부터의 열선의 에너지를 피처리물에 효율적으로 집중할 수 있으므로, 장치의 소형화나 에너지 절약 효과 등도 얻을 수 있다.
그리고, 열선반사 부재에 의해 반사시키는 열선의 특정 파장대는 1∼10㎛의 범위내에서 선택하면, 여러 용도의 가열 처리에 필요한 열선의 파장대를 커버할 수 있어 본 발명의 효과를 누릴 수 있다. 본 발명의 가열장치의 적용가능 분야는 특별히 한정되지 않지만, 일예를 들면 이하와 같은 것이다. 반도체 웨이퍼의 대표예인 실리콘 단결정 웨이퍼를 제작하기 위해서, 우선, 단결정 인상장치를 사용하여실리콘 단결정 잉곳을 인상할 수 있다. 그 단결정 잉곳의 인상에서는 원료가 되는 다결정 실리콘을 용융하기 위해서, 다결정 실리콘을 투입하는 석영 도가니의 주위를 히터로 둘레 가열하여, 도가니내를 1420℃ 이상의 고온으로 가열한다. 이 가열장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 반사해야 할 열선의 파장대는 1∼5㎛, 바람직하게는 1∼3㎛이며, 반도체의 원료융액 또는 그 원료융액을 용융 상태로 유지하기 위한 히터로부터의 열선의 스펙트럼의 요부를 대체로 커버할 수 있어, 이들 복사 적외선의 효율적인 반사제어가 가능하게 된다.
또, 제조후의 실리콘 단결정을 웨이퍼로 가공한 후, 결함제거나 불순물 확산, 나아가서는 반도체 박막의 기상 성장 등도, 예를 들면 400∼1400℃ 정도의 가열 분위기에서 행해지고, 이것을 실시하기 위한 여러 가열장치에 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우, 반사해야 할 열선의 파장대는 1∼30㎛, 바람직하게는 1∼10㎛이며, 히터 등의 열원 또는 그것에 의해 가열된 피처리물 자체로부터의 열선을 효율적으로 반사 제어할 수 있다.
다른 한편, 화합물 반도체의 분야에서도 반도체 박막의 기상 성장이나 액상 성장 또는 그 밖의 열처리를 행하기 위해서 가열장치가 사용되어(온도 영역 400∼1400℃ 정도), 본 발명의 적용이 가능하다. 반사해야 할 열선의 파장대는 1∼30㎛, 바람직하게는 1∼10㎛이다.
또, 가열 처리는, 상기와 같은 반도체재료 뿐만아니라, 그 밖의 여러 재료나 다종 다양하게 걸친 프로세스에서 폭넓게 실시되고 있다. 예를 들면, 금속재료 또는 금속부재의 제조시에, 재료의 용해, 소결, 열간 가공 또는 그 밖의 열처리 등에, 여러 가열장치가 사용되고 있다(온도 영역: 400∼1800℃ 정도, 반사해야 할 열선의 파장대 0.3∼30㎛). 또, 세라믹이나 유리 등의 무기재료의 제조시에도 소성이나 가공 또는 그 밖의 열처리를 행하기 위해서 가열장치가 사용되고 있다(온도영역: 700∼1800℃ 정도, 반사해야 할 열선의 파장대: 0.3∼20㎛). 또, 이밖에, 여러 용도에서 사용되는 건조로 등도 일종의 가열장치이다. 더욱이, 공업용 용도 이외로는, 업무용 또는 가정용의 가열식 조리기구(예를 들면 오븐 등)를 예시할 수 있다. 이것은, 예를 들면 200∼500℃ 정도의 비교적 저온이다(반사해야 할 열선의 파장대: 3∼40㎛).
열선반사 부재를 구성하는 상기 적층체는 굴절율의 다른 서로 인접한 제 1 및 제 2의 요소반사층을 포함하고, 이 제 1 및 제 2의 요소반사층을 포함하는 적층주기 단위가 기체표면에 2주기 이상으로 형성된 것으로 할 수 있다. 적층체의 굴절율을 이와 같이 층두께방향에서 주기적으로 변화시킴으로써 열선의 반사율을 더욱 높일 수 있다. 이 경우, 적층주기 단위를 구성하는 복수종류의 재료의 굴절율차이가 큰 만큼 반사율을 보다 높일 수 있다. 예를 들면, 적층주기 단위를 가장 간단히 구성하려면, 열선에 대한 굴절율이 서로 다른 제 1 요소반사층과 제 2 요소반사층의 2층 구조로 할 수 있다. 이 경우, 양층의 굴절율의 차가 큰 만큼, 열선의 반사율을 충분히 높게 확보하는 점에서의 필요한 적층주기 단위수를 삭감할 수가 있다. 또한, 적층주기 단위를 구성하는 요소반사층의 층수는 3층 이상이어도 좋다.
그리고, 상기와 같은 적층주기 단위는 그 두께를 반사해야 할 열선의 중심파장보다도 작게 할 수 있다. 이와 같이 하면, 적층주기 단위중의 굴절율 분포에 따라 열반사층의 층두께방향에, 특정 파장대의 열선에 대한 광학적 스톱 밴드 구조(또는 일차원 포토닉 밴드갭 구조)가 형성되므로, 이 파장대의 열선을 대략 완전히 반사시킬 수 있어, 상기한 본 발명의 효과를 최대한으로 끌어 낼 수 있게 된다. 각 층의 두께 및 주기수는 반사해야 할 파장대의 범위에 의해, 계산 또는 실험적으로 결정할 수 있다. 그리고, 본 발명과 같이 굴절율차이가 1.1 이상인 재료의 조합을 채용함으로써 이러한 완전반사에 가까운 열선 반사율을 갖는 적층주기 구조를 비교적 작은 적층주기 단위의 형성 주기수, 구체적으로는 5주기 이하로 간편하게 실현할 수 있다. 특히, 굴절율차이가 1.5 이상인 조합을 사용하면, 4주기, 3주기, 또는 2주기 정도의 형성 주기수라도 상기와 같은 큰 열선 반사율을 실현할 수 있게 된다.
또한, 반사해야 할 파장대의 범위는 열원의 온도에 의존한다. 즉, 어떤 일정 온도하에서 물체 표면의 단위면적으로부터 단위시간에 방사되는 방사 에너지중 최대한도의 크기를 도시하는 것은 완전흑체로부터 방사되는 단색 방사능이다. 이것을 식으로 나타내면 다음 식이 된다(플랭크의 법칙).
Ebλ= Aλ-5(eB/λT-1)-1〔W/(㎛)2〕
여기에서, Ebλ: 흑체의 단색 방사능 〔W/(㎛)2〕, λ: 파장〔㎛〕, T: 물체 표면의 절대온도〔K〕, A: 3.74041×10-16〔W·m2〕, B: 1.4388×10-2〔m·k〕이다.도 8은 물체 표면의 절대온도(T)를 변화시켰을 때의 흑체의 단색 방사능(Ebλ)과 파장의 관계를 도시하는 그래프이다. T가 낮아짐에 따라서 단색 방사능의 피크가 저하하여 장파장측으로 시프트 하는 것을 알 수 있다.
적층체를 구성하는 요소반사층의 재료는 고온에 대해 안정한 재료로서, 또한 적외선반사를 위한 필요 충분한 굴절율차이를 확보할 수 있는 재질의 조합을 선택하는 것이 바람직하다. 또, 적층체는 굴절율이 3 이상인 반도체 또는 절연체로 이루어지는 층을 고굴절율층이 되는 제 1 요소반사층으로서 포함하는 것으로 하여 구성할 수 있다. 굴절율이 3 이상인 반도체 또는 절연체를 제 1 요소반사층으로서 사용함으로써 이것과 조합되는 제 2 요소반사층 사이의 굴절율차이를 크게 확보하는 것이 용이하게 된다. 표 1에 본 발명에 적용할 수 있는 요소반사층 재료의 굴절율을 정리하여 나타낸다. 굴절율이 3 이상인 물질로서, Si, Ge, 6h-SiC, 및 Sb2S3, BP, AlP, AlAs, AlSb, GaP, ZnTe 등의 화합물 반도체를 예시할 수 있다. 반도체 및 절연체의 경우, 반사해야 할 열선의 포톤 에너지에 가까운 밴드갭 에너지를 갖는 직접천이형의 것은 열선흡수를 일으키기 쉬우므로, 열선의 포톤 에너지보다도 충분히 큰 밴드갭 에너지(예를 들면 2eV 이상)을 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 다른 한편, 이것보다도 밴드갭 에너지가 작은 것이라도 간접천이형의 것(예를 들면 Si나 Ge 등)이면 열선흡수를 낮게 머물게 할 수 있어, 본 발명에 매우 적합하게 사용할 수 있다. 이 중 Si는 비교적 저렴하고 박층화도 용이하며, 굴절율도 3.5라는 높은 값을 나타낸다. 따라서, 제 1 요소반사층을 Si층으로 함으로써 반사율이 높은 적층구조를 염가로 실현할 수 있다.
다음에, 제 2 요소반사층을 구성하는 저굴절율 재료로서는, SiO2, BN, AlN, Al2O3, Si3N4및 CN 등을 예시할 수 있다. 이 경우, 선택한 제 1 요소반사층의 재료종별에 따라 굴절율차이가 1.1 이상이 되도록, 제 2 요소반사층의 재료선정을 행할 필요가 있다. 또한, 하기 표 1은 상기 재질의 굴절율의 값을 정리한 것이다. 이중, 특히 SiO2층, BN층 또는 Si3N4층을 채용하는 것이 굴절율차이를 크게 확보하는 점에서 유리하다. SiO2층은 굴절율이 1.5로 낮고, 예를 들면 Si층으로 이루어지는 제 1 요소반사층과의 사이에 특히 큰 굴절율차이를 부여할 수 있다. 또, Si층의 열산화 등에 의해 형성이 용이한 이점이 있다. 다른 한편, BN층은, 결정 구조나 방위에 따라 차이를 보이는데, 그 굴절율은 1.65∼2.1의 범위이다. 또, Si3N4층은 막의 품질에 따라서도 다르지만, 1.6∼2.1 정도의 굴절율을 보인다. 이것들은 SiO2와 비교하면 다소 큰 값이지만, 그래도 Si와의 사이에는 1.4∼1.85나 큰 굴절율차이를 부여할 수 있다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼의 제조에서 통상 사용할 수 있는 온도 영역(400∼1400℃)을 고려하면, 상기 열반사층이 Si층을 필수로 하고 SiO2층 및 BN층중 적어도 어느 하나를 더 포함하도록 구성하는 것, 예를 들면 요소반사층으로서 Si층과 SiO2층 및/또는 BN층을 포함하도록 구성하는 것이 그 복사열을 효율적으로 반사하는 점에서 유효하다. 또한, BN은 융점이 SiO2에 비해 상당히 높아 초고온용의 용도에 매우 적합하다. 더욱이, BN은 고온에서 분해되어도 가스로서 나오는 것은 N2이며, 붕소는 반금속적인 상태로 표면에 잔존하기 때문에, Si웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼의 전기 특성에 영향을 미치지 않는 이점이 있다. 표 2에, 온도대별로 적합한 재료 조합의 예를 나타낸다.
이하, Si와 SiO2를 사용해서 1차원 포토닉 밴드갭 구조를 형성함으로써 적외영역을 거의 완전히 반사할 수 있는 조건을 계산에 의해 검토한 결과에 대하여 설명한다. Si는 굴절율이 약 3.5이며, 그 박막은 파장 약 1.1∼10㎛의 적외영역의 광에 대해 투명하다. 또, SiO2는 굴절율이 약 1.5로, 그 박막은 파장 약 0.2∼8㎛(가시영역부터 적외영역)의 광에 대해 투명하다. 도 1은, Si 기체(基體)(100)상에, 100nm의 Si층(A)과 233nm의 SiO2층(B)의 2층으로 이루어지는 적층주기 단위를 4주기 형성한 열반사층의 단면도이다. 이러한 구조이면, 도 2와 같이 1∼2㎛대에서의 적외선의 반사율이 거의 100%가 되어, 적외선의 투과는 금지된다. 또한, 기체를 다른 재질(예를 들면 석영(SiO2))로 구성하고, 그 위에 다른 Si층을 형성하고, 이후, 동일한 Si층(A)와 SiO2층(B)의 2층으로 이루어지는 적층주기 단위를 형성해도 좋다.
예를 들면, 1600℃의 열원의 최대강도는 1∼2㎛대에 있지만, 2㎛∼3㎛대(1000∼1200℃ 정도의 열원으로부터의 열선 스펙트럼 피크 파장영역에 상당함)까지 커버하려고 하면, 반사가능한 파장대의 다른 별도의 주기성이 있는 조합을 부가하면 된다. 즉, 전술의 100nm(Si)/233nm(SiO2)의 조합(도 1의 A/B)에 각각의 층두께를 증가시킨 157nm(Si)/366nm(SiO2)의 조합(도 3의 A'/B')을 부가한 도 3과 같은 구성으로 하면 된다.
이러한 구성으로 하면, 도 4에 도시하는 바와 같이, 상술한 100nm(Si)/233nm(SiO2)의 4주기 구조가 1∼2㎛대에서의 적외선의 반사율이 거의 100%로 되는 것에 대해서, 157nm(Si)/366nm(SiO2)의 4주기 구조는 2∼3㎛대에서의 적외선의 반사율이 거의 100%로 된다. 따라서, 이것들을 중첩한 도 3의 구조에서는 1∼3㎛대의 반사율이 거의 100%인 재료를 얻을 수 있다.
동일하게, 3∼4.5㎛대에 대해서는, Si층 및 SiO2층 모두 더욱 두꺼운 막의 조합을 적당히 선택해서 4주기 구조를 형성하면 좋다. Si과 SiO2의 굴절율차이보다도 굴절율차이가 작은 층의 조합에서는 필요한 주기수를 증가시킬 필요가 생길 경우도 있기 때문에, 선택하는 2개의 층으로서는 굴절율차이가 큰 쪽이 유리하다. 상기 조합에서는 전체의 층의 두께는 1.3㎛에서 1∼2㎛대를, 3.4㎛에서 1∼3㎛대를 거의 완전히 반사한다.
한편, 도 5는 Si과 SiO2동일하게 비교적 굴절율차이가 큰 6h-SiC(굴절율 3.2)와 h-BN(굴절율 1.65)을 선택하여, 94mn(SiC)/182nm(BN)의 4주기 구조를 형성한 열반사층의 반사율의 계산 결과이다. 이 경우는, 1∼1.5㎛대에서의 광(열선)의 반사율이 거의 100%가 되는 것을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실험 결과에 대하여 설명한다.
직경 150mm인 실리콘 웨이퍼에 1000℃의 드라이 산화에 의해 233nm 열산화막을 형성했다. 그 후, 열산화막 표면에 감압 CVD법에 의해 두께 205nm의 다결정 실리콘층을 퇴적했다. 그리고, 재차 열산화를 행하여, 100nm의 다결정 실리콘을 남키고 233nm의 열산화막을 형성했다.
그 후, 두께 205nm의 다결정 실리콘층, 두께 233nm의 열산화막의 형성을 2회 반복하고, 최후에 100nm의 다결정 실리콘층을 퇴적하여, 도 1에 도시하는 바와 같은 다결정 실리콘층/열산화막의 4주기 구조를 형성했다. 이것은 프로세스의 형편상 웨이퍼의 양면에 형성했다.
이 웨이퍼에 적외광을 조사하고, 투과광을 측정함으로써 흡수 스펙트럼을 측정했다. 또, 레퍼런스로서 주기 구조의 층을 형성하지 않는 실리콘 웨이퍼의 흡수 스펙트럼을 측정했다. 그리고, 이것들의 차이 스펙트럼을 취하고, 도 10에 도시했다. 도 10의 결과로부터 파장대 약 1∼2㎛(1000∼2000nm)의 흡수율이 큰 것을 알 수 있다. 이것은 웨이퍼 표면의 주기 구조에 의해 파장 1∼2㎛대의 반사율이 증대했기 때문에, 그 파장대의 광의 투과율이 감소한 것에 의해, 외관상, 그 파장대의 흡수율이 증대한 것 같이 보이는 스펙트럼이 얻어진 것이다. 즉, 본 발명의 웨이퍼는 레퍼런스에 비해 파장대 약 1∼2㎛의 적외광의 반사율이 극히 높은 것을 표시하고 있다. 이것은, 도 2의 계산 결과와 거의 일치하는 것이다.

Claims (11)

  1. 특정 파장대의 열선을 반사하는 열선반사 재료로서, 상기 열선에 대한 투광성을 가진 재료로 이루어지는 복수의 요소반사층의 적층체이며, 그들 요소반사층은, 서로 인접하는 2층이, 상기 열선에 대한 굴절율이 서로 다르고, 또한, 그 굴절율차이가 1.1 이상이 되는 재료의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 열선반사 재료에 의해 반사시키는 열선의 상기 특정 파장대는, 1∼10㎛의 범위내인 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 적층체는, 굴절율이 다른 서로 인접한 제 1 및 제 2 요소반사층을 포함하고, 이 제 1 및 제 2 요소반사층을 포함하는 적층주기 단위가, 기체 표면에 2주기 이상으로 형성된 것인 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적층체는, 굴절율이 3 이상인 반도체 또는 절연체로 이루어지는 층을 상기 제 1 요소반사층으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 요소반사층이 Si층인 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 적층체가 상기 제 2 요소반사층으로서, SiO2, BN, AlN, Si3N4, Al2O3, TiO2, TiN, CN중 어느 하나로 이루어지는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 또는 제 2 요소반사층이 Si층이며, 이것과 인접하는 다른 요소반사층이, SiO2층 또는 BN층인 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  8. 제 3 항 내지 제 7 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 적층주기 단위의 형성 주기수가 5주기 이하인 것을 특징으로 하는 열선반사 재료.
  9. 제 3 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 기체가, Si, SiO2, SiC, BN, AlN, Si3N4, Al2O3, TiO2, TiN 및 CN중 어느 하나로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 열선반사 재료.
  10. 내부에 피처리물 수용공간이 형성된 용기와,
    상기 피처리물 수용공간내의 피처리물을 가열하기 위한 가열원과,
    제 1 항 내지 제 9 항중 어느 한 항에 기재된 열선반사 재료에 의해 반사면이 구성되고, 상기 피처리물 수용공간내에 발생한 열선을 상기 반사면으로 반사시킴으로써, 상기 피처리물을 향하는 방향으로 방향전환시키는 열선반사 부재를 갖는 것을 특징으로 하는 가열장치.
  11. 적어도 열처리를 하는 열처리실과, 이 열처리실의 외측에 배치된 발열체와, 이 발열체와 상기 열처리실을 둘러싸는 동시에, 표면이 제 1 항 내지 제 8 항중 어느 한 항에 기재된 열선반사 재료에 의해 구성된 열선반사 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170090592A (ko) * 2016-01-29 2017-08-08 삼성전자주식회사 가열 장치 및 이를 갖는 기판 처리 시스템

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5269602B2 (ja) * 2005-11-11 2013-08-21 ディーエスジー テクノロジーズ シリコンウエハを熱加工するための装置及び方法
JP2008241194A (ja) * 2007-03-28 2008-10-09 Hitachi Ltd 加熱炉
IT1392068B1 (it) * 2008-11-24 2012-02-09 Lpe Spa Camera di reazione di un reattore epitassiale
US11774648B2 (en) 2010-05-07 2023-10-03 Pti Ip Llc Corner-cube irradiation control
DE102013223040A1 (de) * 2013-11-12 2015-05-13 Sms Siemag Ag Verfahren zum Verarbeiten von erhitztem Gut
CN113473657B (zh) * 2021-09-03 2021-11-30 中熵科技(北京)有限公司 一种定向传热的半导体发热薄膜及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4112483A (en) * 1976-07-28 1978-09-05 Optical Coating Laboratory, Inc. Lighting fixture and method using multiple reflections
US4081667A (en) * 1976-07-28 1978-03-28 Optical Coating Laboratory, Inc. Lighting fixture having fresnel reflector with high reflection coating thereon
JPH0247093B2 (ja) 1985-12-25 1990-10-18 Eastern Steel Denryuseigyogatakahenindakuta
JPS62152112U (ko) * 1986-03-19 1987-09-26
JPH04116129A (ja) 1990-09-05 1992-04-16 Nippon Steel Corp 焼結鉱の輸送方法
JPH04116129U (ja) * 1991-03-28 1992-10-16 大日本スクリーン製造株式会社 基板熱処理炉
US5659409A (en) * 1992-10-09 1997-08-19 Ag Technology Co., Ltd. Light source apparatus using a cone-like material and an applied apparatus thereof
JPH08133792A (ja) * 1994-10-31 1996-05-28 Central Glass Co Ltd 熱線反射紫外線吸収透明体
US6035100A (en) * 1997-05-16 2000-03-07 Applied Materials, Inc. Reflector cover for a semiconductor processing chamber
US6226453B1 (en) * 1997-09-16 2001-05-01 Applied Materials, Inc. Temperature probe with fiber optic core
JP2000034557A (ja) 1998-07-16 2000-02-02 Sumitomo Electric Ind Ltd 近赤外線用増反射膜および製造方法
US6054687A (en) * 1998-12-31 2000-04-25 General Electric Company Heating apparatus for a welding operation and method therefor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170090592A (ko) * 2016-01-29 2017-08-08 삼성전자주식회사 가열 장치 및 이를 갖는 기판 처리 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
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