JP3862660B2 - 磁場中熱処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として半導体素子の製造工程においてウエーハに磁界を印加しながら熱処理するための磁場中熱処理装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年の半導体技術の進歩は著しく、最近では、不揮発性,高速性,無限の書換え可能性という優れた特性のためにMRAM(Magnetic Random Access Memory) が注目を集めている。
【0003】
このMRAMは、非磁性材の絶縁膜を挟んで強磁性膜が積層された構造の半導体素子であって、強磁性膜間に電圧を印加するとトンネル電流が流れるが、2つの強磁性膜の磁化方向のなす角度をθとすると、積層膜の抵抗は、cosθに比例して変化する成分を有しているので、2つの磁性膜の磁化方向が平行なときに最も抵抗が低く、互いに反平行なときに最も抵抗が高くなる。そこで、この強磁性膜の一方の磁化の方向を反転させる事によって、“0”,“1”の書換えを行う様になっている。
【0004】
ここで重要な事は、チップ配線と磁性膜の磁化の方向が常に定まっている事であり、磁性膜相互の磁化の方向がずれると、前記磁化方向に起因する抵抗値がばらつき、エラーの原因となる。そこで、チップ内の磁化の方向を揃えるために、素子の製造工程において、磁性膜を長方形状に高磁場の雰囲気下でパターニングすると共に、磁性膜に所定の熱処理を施す事が要求されている。特に、1テスラ(1T)以上の高い磁場を発生する磁石として、通常の電磁石では発生磁界強度に限界(最大1.5T程度)があり、且つ、設備も大型化する事から、これを解決する装置として、超電導磁石を用いる磁場中熱処理装置が提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
上記特許文献1に記載の装置は、図9に概念的に示している様に、一対のスプリット型超電導磁石20a,20bの間に真空容器22を配置し、該真空容器22内に基板ホルダ(ウエーハホルダ)23にウエーハ4を水平に多数枚保持させて、前記真空容器22の周囲に配置された加熱用ヒータ21によって前記ウエーハ4に熱処理を施すと共に、前記スプリット型超電導磁石20a,20bによって形成される磁場中で前記ウエーハ4の磁性膜の磁化処理を行うものである。
【0006】
【特許文献1】
特開2001−102211号公報(図面及び段落0014〜段落0019参照)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
係る特許文献1に記載の磁場中熱処理装置においては、ウエーハ4は水平に配置され且つ上下方向に複数枚積層された状態で磁化される様に構成されているので、図9の要部横断面を示した図10に示している様に、スプリット型超電導磁石20a,20bにより形成される磁力線は、ウエーハ4の面と平行であるが、ウエーハ4の面内における磁力線の方向は必ずしも一様ではなく、ウエーハ中心部と周辺部とでは、僅かながら磁力線の方向が異なっている。このため、熱処理空間での磁場のずれ角度(スキュー角:skew角)が、許容範囲(3度以下)を外れるおそれがあり、且つ、このスキュー角を小さくする事は困難であるので、製品素子の性能を低下させるおそれが多分にある。
【0008】
又、ウエーハ4は水平に保持されているので、該ウエーハは水平面内で自由に回転するおそれもあり、この回転自由度が大きいと、ウエーハ基準線と印加磁場方向がウエーハ毎にばらついてしまい、製品MRAM素子の性能にばらつきが生じる原因となる。
【0009】
又、ウエーハのサイズ(直径)が大きくなると、前記超電導磁石20a,20bの巻枠半径も大きくせざるを得ないが、スプリット型超電導磁石の場合には、巻枠間に大きな電磁力が作用する結果、高強度の保持枠が必要となり、超電導磁石が大掛かりなものとならざるを得ず、実用化には問題がある。
【0010】
又、スプリット型超電導磁石においては、該超電導磁石から発生する漏れ磁場を小さくする事が困難であり、MRAMの如き半導体素子の製造においては、他の機器も近接配置する必要があるが、この漏れ磁場対策は、設備設計上の大きな制約条件となっている。
【0011】
更に、図9に示した如き真空容器22を用いる熱処理炉では、ウエーハの熱処理はバッチ処理にならざるを得ず、炉の昇温,降温に時間が掛かり、生産性にも大きな問題が残されている。
【0012】
加えて、超電導磁石への輻射熱を抑制するため、炉体表面温度を下げる必要があるが、このためには、図9に示した如き熱処理炉では、水冷ジャケット等の冷却手段を炉体外表面に配置する必要があり、これも超電導磁石の開空間を大きく設計する事になるので、装置の大型化とコスト増の要因にもなっている。
【0013】
本発明は、係る従来の超電導磁石を用いる磁場中熱処理装置の有する欠点を根本的に解消し、小型化が可能で且つ安価な磁場中熱処理装置を提供すると共に、品質の安定したMRAM素子の量産を可能にする新規な磁場中熱処理装置の提供を目的とするものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決するために成されたものであって、その最大の特徴とするところは、筒状のソレノイド型超電導磁石を用いる点にある。これにより、そのソレノイド内部の中空部に熱処理炉を配置すると共に、ソレノイド内部に形成される均一な平行磁場内に被処理物としてのウエーハを、垂直に且つウエーハ平面が磁場と平行に配置する事によって、磁化方向の揃った均質なウエーハの製造を可能にしたものである。又、前記熱処理炉内には、その長手方向に沿って所定の温度分布を形成する加熱手段を配置しておく事により、該熱処理炉内で被処理物を移動させるだけで、所定の加熱と徐冷という熱処理を連続して行う事をも可能にしたものである。
【0015】
具体的には、熱処理炉内に磁場を発生させて、磁場中で被処理物の熱処理を行う磁場中熱処理装置であって、水平方向に中心軸線を有する様に横置された筒状熱処理炉の外側に同一中心軸線を有する中空筒状のソレノイド型超電導磁石を配置して該熱処理炉内に前記中心軸線と平行な均一磁場を形成すると共に、該熱処理炉内の長軸方向に加熱手段を配置してなるものである。これにより、超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の小型化を可能にしている。
【0016】
又、前記熱処理炉内に、その長軸方向の一方から他方に向けて被処理物を移動可能に保持する被処理物搬送手段を配置し、該被処理物搬送手段による被処理物の移動速度と前記加熱手段による加熱温度とを制御する事により、被処理物に対する熱処理温度と熱処理時間とを制御する様にしてなす事により、被処理物の連続処理を一層容易になす事が可能となる。
【0017】
又、前記被処理物搬送手段には、前記熱処理炉の直径方向に立設された輻射遮蔽板を配置しておき、これによって、被処理物搬送手段を複数のブロックに画成し、各ブロック間の熱輻射を防止する様になすのも好ましい態様である。
【0018】
又、前記被処理物が半導体基板用のウエーハの場合には、該ウエーハの端面切削線部は、前記ソレノイド型超電導磁石の磁場の方向と平行になる様に、前記被処理物搬送手段に保持させておくのが好ましく、これにより、ウエーハの搬送中の自由回転を阻止し、磁化方向のばらつきのない製品を得る事が可能となる。
【0019】
又、前記熱処理炉の内面に、その長軸方向に沿って前記加熱手段としての電気ヒータが配置されており、該ヒータ配置の疎密によって前記炉内の長軸方向に所定の温度勾配を形成する様になすのも好ましい態様であり、特に、前記電気ヒータを密に配置した高温区間と疎に配置した低温区間との間に降温区間を形成しておき、該降温区間において前記被処理物としてのウエーハ表面に形成されている磁性膜のキューリー変態点を通過する様に各温度域が設定されているのは、一層好ましい態様である。
【0020】
更に、前記ソレノイド型超電導磁石の外側に、外部漏洩磁場を減少させるための補助超電導コイルを配置しておけば、周辺配置機器に対する漏洩磁気の問題を解消して装置のレイアウト設計を容易となす効果もある。
【0021】
又、前記ソレノイド型超電導磁石が多段式冷凍機によって伝導冷却される構成のものとなす事により、超電導磁石の小型化を一層可能になす効果がある。この場合の装置構成としては、中空円筒状の真空容器内に中空円筒状の輻射シールドを配置し、該輻射シールド内に前記ソレノイド型超電導磁石を内蔵させ、前記多段式冷凍機の第1段冷却端部及び第2段冷却端部を、夫々前記輻射シールド及び前記ソレノイド型超電導磁石に熱接続させ、前記真空容器の中空部に前記熱処理炉が配置された構成となすと共に、前記真空容器の少なくとも側端面部及び内側胴部を良熱伝導性金属で形成し、少なくとも前記側端面に冷却手段を配置し、これにより前記熱処理炉から該真空容器への放熱量を吸収する様に構成してなるものが好ましい態様である。
【0022】
又、前記熱処理炉の形状とウエーハ配置形状との間には最適な関係があり、前記熱処理炉の断面が略真円形の場合には、前記搬送手段に積層配置された前記ウエーハの一端側の下端部から他端側の上端部までの距離を、前記ウエーハ直径の(√2±0.2)倍となすのが好ましい。又、前記熱処理炉の断面が縦長長円形の場合には、該熱処理炉の横幅(短径)を前記搬送手段に積層配置された前記ウエーハの積層幅の1〜1.2倍となすのが好ましい。更に、前記熱処理炉の断面が横長長円形の場合には、該熱処理炉の縦幅(短径)を前記ウエーハ直径の1〜1.2倍となすのが好ましい。これにより、前記熱処理炉の一層の小型化が可能となり、同時に、熱処理炉の効果的な設計が可能となる。
【0023】
【発明の実施の態様】
以下に本発明を、図面の実施例に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の磁場中熱処理装置の要部縦断面図であり、同図に示されている様に、本発明の装置は、中空円筒状のソレノイド型超電導磁石1を、その中心軸線Oが水平となる様に横置し、その内部空間内に、筒状の熱処理炉3が、その中心軸線Oが前記ソレノイド型超電導磁石1の中心軸線Oと同一となる様に配置されている。該熱処理炉3は、石英或いはアルミナ等の耐熱性の材料で形成され、その外周面には加熱手段6としての電気ヒータが配置されており、該熱処理炉3の入口側(図中左側)の電気ヒータ6aは密に配置され、出口側の電気ヒータ6bは疎に配置されている。この電気ヒータの配置の疎密により、炉内の長手方向に温度分布が形成される様にしている。尚、この熱処理炉3は、真空炉又は不活性ガス炉のいずれでも基本的には使用可能であるが、真空炉の場合には被処理物4は間欠装入,排出となり連続運転が困難になるのみならず、被処理物の加熱も輻射熱のみとなるので、対流伝熱と伝導伝熱も生じる不活性ガス炉が好ましい。
【0024】
又、炉内には、被処理物4(図では半導体素子形成用のウエーハを図示しているので、以下の説明ではウエーハの例で説明する)を載置して移動させるための被処理物搬送手段5が装入されており、該搬送手段5は、ウエーハ4を搭載して図中左から右に移動可能となっている。この移動手段は、金属やセラミックス等で形成した無端ベルトの上面にウエーハ4の載置部を形成して連続或いは間欠的に移動可能にしたものや、耐熱材料で形成した転がりローラの上面に、前記ウエーハ4を搭載した移動枠が載置され、該移動枠が、新たな移動枠の搬入により押されて前方に押し進められる等の手段により、連続的又は間欠的に移動する様にしたもの等々があり、その構成は、本発明の要部ではないので詳細な説明は省略する。尚、係る搬送手段5には、熱処理炉3の直径方向に立設した輻射遮蔽板5aを設けておき、各輻射遮蔽板5a間を1つの搬送ブロックとなす様にしておくのが好ましい。
【0025】
又、前記ソレノイド型超電導磁石1の両端部外側には、該ソレノイド型超電導磁石1の磁力線方向とは逆向きの磁力線を発生する補助超電導コイル2a,2bを配置している。これにより、前記ソレノイド型超電導磁石1の両端部において該超電導磁石1から外部に漏洩する磁場を打ち消して漏洩磁場を低減させる様になっている。
【0026】
次に、図2は、図1の装置の炉内温度分布図を示したもので、炉内には、前記電気ヒータ6aを密に配置した高温区間Bと、前記電気ヒータ6bを疎に配置した低温区間Dとが形成されており、該高温区間Bと低温区間Dとの間には、電気ヒータの配置されていない降温区間Cが形成されている。従って、入口側から搬入されたウエーハ4は、先ず余熱域Aにおいて急速に昇温されて前記高温区間Bに送給されるが、この高温区間Bの温度は、ウエーハ4に形成されている強磁性膜の材質によって異なるので、処理すべきウエーハの種類によって適宜に設定されるものであるが、強磁性膜材質として一般的なCoNiFe合金系磁性膜の場合には、前記高温区間Bの温度は250℃以上、好ましくは350℃程度で30分以上、好ましくは60分間程度保持させ、この高温区間Bを移動している間に結晶粒を大きくし、続いて、前記降温区間Cを経て温度を降下させて次の低温域Dに移動させるが、この降温区間Cは、使用する磁性材料のキューリー点を通過する温度に設定されている。前記CoNiFe合金系磁性膜の場合には、270℃前後のキューリー点を通過させる様に設定される。次に、前記低温域Dは、前記磁性膜の磁化容易軸を一方向に揃える作用をなす温度域である。この低温区間Dにおける温度は、一般的に前記キューリー点よりも10℃程度低い温度が選定される。従って、前記CoNiFe合金系磁性膜の場合には260℃程度で30分以上、好ましくは60分間程度保持させ、続いて徐冷区間Eにおいて、大気に晒しても品質に影響を与えない程度の温度レベルにまで冷却して熱処理炉3から取り出される。
【0027】
尚、前記搬送手段5には、図1に示している様に熱処理炉3の直径方向に立設して、鏡面加工されたステンレス板等の輻射遮蔽板5aが設けられ、該輻射遮蔽板5aによって前記搬送手段5はブロックに画成されている。従って、前記高温域Bから低温域Dに移送されたブロック内のウエーハ4に対して高温域Bのヒータ6aからの輻射熱が届き難くなっており、各ブロック内のウエーハの熱管理が容易となる様に配慮されている。
【0028】
次に、図3は、本発明装置で処理する代表的なウエーハの形状を示しており、ウエーハ4は、一部に端面切削線部4aを有しており、この切削線部4aを基準線にしている。そこで、本発明においては、図1に示している様に、この切削線部4aを下にして、該切削線部4aが前記ソレノイド型超電導磁石1の磁場の方向と平行となる様に前記搬送手段5に載置されている。これにより、ウエーハ4の平面部が磁場の方向と平行に保持されている。
【0029】
次に、前記熱処理炉3におけるウエーハ4の配置構造と熱処理炉の形状及び大きさについて説明する。図4は、断面略真円形の熱処理炉3内でのウエーハの配置構造と該熱処理炉の大きさとの関係を示す概念図であって、同図に示す様に、ウエーハ4は、前記搬送手段5に多数積層して立設されており、該ウエーハ4の一端側の下端部aから他端側の上端部bまでの距離D1が、該熱処理炉3の炉心有効直径となる様な熱処理炉寸法とするのが好ましく、この値は、前記ウエーハ4の直径dに対して、D1≒√2dとなすのが最適であるが、少なくともD1=(√2±0.2)dとなすのが好ましい。この範囲を越えると、ウエーハの大きさに対して炉の直径が大き過ぎて、炉内に無駄な空間が生じて熱効率が低下する事になり、一方、この範囲よりも小さいと、炉内におけるウエーハの占有面積が大きくなり過ぎてウエーハ4の全体を均一に加熱し難くなるおそれが生じる事になる。
【0030】
次に、図5は、断面が縦長の略長円形の熱処理炉を用いる場合の炉内のウエーハの配置構造と該熱処理炉の大きさとの関係を示す概念図であって、同図に示す様に、前記搬送手段5に積層された前記ウエーハ4の積層幅D2と該縦長長円形断面の熱処理炉3の横方向の幅(短径)D3との関係は、D3=1〜1.2D2となる様に前記熱処理炉3の寸法と搬送手段5の寸法を決定するのが好ましい。熱処理炉3の前記短径D3がこの範囲より小さいと、ウエーハの配置が過密状態となって均一な熱処理が困難になり、品質にムラが生じるおそれがある。一方、D3がこれよ大きいと、炉内空間が大きくなり過ぎて炉内に無駄な空間が生じて熱効率が低下する事になる。
【0031】
次に、図6は、断面が横長の略長円形の熱処理炉を用いる場合の炉内のウエーハの配置構造と該熱処理炉の大きさとの関係を示す概念図であって、同図に示した横長長円形断面の熱処理炉3の縦方向の幅(短径)D4と前記ウエーハ直径dとの関係を、D4=1〜1.2dとなる様に前記熱処理炉3の寸法を決定するのが好ましい。熱処理炉3の前記短径D4が、この範囲より小さいと、ウエーハの配置が過密状態となって均一な熱処理が困難になり、品質にムラが生じるおそれがある。一方、D4がこれよ大きいと、炉内空間が大きくなり過ぎて炉内に無駄な空間が生じて熱効率が低下する事になる。
【0032】
次に、図7は、本発明装置の他の実施例を示す要部断面図であり、ソレノイド型超電導磁石1を多段式冷凍機9によって冷却する方式を採用した場合の例である。同図において、ソレノイド型超電導磁石1は常法に従って輻射シールド7内に配置され、該輻射シールド7は、真空容器8内に配置されている。前記多段式冷凍機9の第1段冷却端部9aは、前記輻射シールド7に熱的に接触しており、第2段冷却端部9bは、前記ソレノイド型超電導磁石1に熱的に接触しており、該多段式冷凍機9によって、輻射シールド7は液体窒素近傍の温度に冷却され、超電導磁石1は液体ヘリウム温度に冷却される様に構成されている点は、通常の多段式冷凍機を用いる超電導磁石装置と同様である。本発明においては、真空容器8が、銅等の熱伝導良好な金属で形成されている点で、従来の一般的な超電導磁石装置とは基本的に異なっている。
【0033】
即ち、本発明の磁場中熱処理装置においては、超電導磁石1の内側に熱処理炉3が配置されているので、該熱処理炉3からの超電導磁石装置への入熱を極力抑制する必要がある。そこで、図8に示している様に、銅製の真空容器8の少なくとも側端面部8aの表面に水冷銅管10をロウ付けして冷却手段となし、該水冷銅管10の一端側10aから冷却水を供給し、他端側10bから吸熱して昇温した水を排出する様にしている。これにより、熱処理炉3からの放熱によって前記真空容器8が昇温し、その熱が輻射熱となって内部の輻射シールドに伝達されたり、更に超電導磁石1に伝達されたりするのを防止すると共に、前記多段式冷凍機9に過負荷が作用するのを防止する役目を有している。
【0034】
尚、図8に点線で示している様に、前記真空容器8の内径胴部8bの外表面にも、同様の水冷銅管10をロウ付けしておく事も可能であるが、この場合には、有効な内部空間径が小さくなるので、側端面部8aにのみ冷却手段を配置するのが実用的である。特に、内径胴部8bの内側には前記電気ヒーター6a,6bが配置されているので、その熱を直接受けない様に、該内径胴部8bの表面には断熱材(図示せず)が配置されており、しかも該真空容器8は熱伝導の良好な金属で形成されているので、内側胴部8bのみが異常に昇温する事は避けられる様に構成されている。
【0035】
この意味から、上記真空容器8は、全体を銅等の熱伝導良好な金属で形成してもよいが、少なくとも、熱処理炉3からの放熱を受けてこれを吸収する前記内側胴部8bと放熱面となる側端面部8aとを銅等の熱伝導良好な金属で形成し、外周面部は、熱伝導特性の低いステンレス鋼等で形成する事も可能である。
【0036】
尚、図7の装置では、図1に示した補助コイル2a,2bを省略しているが、これを配置するのが好ましい事はいうまでもない。
【0037】
以上の説明において、熱処理炉3内に温度分布を形成する手段として、電気ヒータ6a,6bを疎密に配置した例が示されているが、本発明は、これに限定されるものではなく、他の温度分布形成手段、例えば、高温区間Bのヒータ6aと低温区間Dのヒータを夫々別電源に接続し、その供給電力を調整する事により入熱を調整して温度分布を形成したり、低温区間からシールドガスとしての不活性ガスを供給して外部の温度を低くなす等々の他の任意の手段を採用できる事はいうまでもない。
【0038】
又、温度分布を炉内に形成しておけば、連続してウエーハ等に被処理物の熱処理が可能であるが、ウエーハを先ず所定の高温域に昇温した後、ヒータ温度を下げて所定の低温域にまで降温させて一定時間保持し、しかる後にヒータを切って徐冷して取り出す様な従来と同様な運転方法も可能であり、特に、試験用熱処理炉の如く少量多品種のウエーハの熱処理を行う様な場合には、係る方法が採用される。
【0039】
又、前記真空容器8の冷却手段としては、図8に示した側端面部8aに水冷導管10をロウ付けしたものの他、該真空容器8の外面に水冷ジャケットを形成したものであっても良い。
【0040】
更に、前記ソレノイド型超電導磁石1の漏洩磁場を減少させる手段として、図1には、該ソレノイド型超電導磁石1の両側端部に一対の補助コイル2a,2bを配置した例を示しているが、これは、該ソレノイド型超電導磁石1と磁場方向の異なる1つの補助コイルを該ソレノイド型超電導磁石1の外側中央に配置した方式のものであってもよい事は言うまでもない。要は、本発明には多種多様な変形例が存在するが、本発明の特許請求の範囲に記載された思想の範囲内での各種変更が許容されている事は言うまでもない。
【0041】
【発明の効果】
以上詳述した如く、本発明によれば、従来のスプリット型超電導磁石に代えてソレノイド型超電導磁石を使用しているので、該ソレノイド内部に形成される均一な平行磁場内に、ウエーハを、その基準線を下にして垂直に配置する事によって、ウエーハ平面と磁場とが自動的に平行となり、且つ、ウエーハ自体が安定して搬送装置に保持されるので、磁化方向の揃った均質なウエーハの製造が可能となる。又、超電導磁石装置を大型化することなく、従来から問題となっていたスキュー角を小さな値に保持できるので、製品ウエーハの磁気特性は、一層均質で高品質なものが得られる事になる。
【0042】
又、ソレノイド型超電導磁石1に補助コイルを配置する事により、ソレノイド型超電導磁石からの漏洩磁場を極力小さくする事が可能となるので、周辺機器への漏洩磁場の問題もなくなり、設備設計が容易となる利点もある。
【0043】
又、前記熱処理炉内に、電気ヒータからなる加熱手段を配置し、且つ、該ヒータの配置の疎密等の手段によって、炉の長手方向に沿って所定の温度分布を形成する様になせば、該炉内でウエーハを移動させるだけで、異なる温度域での所定の熱処理を連続して行えるので、従来のバッチ処理に比して格段に生産性が向上する事になり、MRAM等の半導体素子の大幅なコストダウンが可能となる。
【0044】
又、ウエーハの搬送手段に輻射遮蔽板5aを配置しておく事により、搬送されるウエーハをブロック化して各ブロック毎の温度の均一化が可能となり、製品の均質化に寄与する事が期待される。
【0045】
又、ウエーハの炉内積層形態を最適に選択する事により、熱処理炉ない空間を効率良く活用できることになるので、熱処理炉径の小径化も可能となり、設備全体の小型化とコスト低減に寄与する事になる。
【0046】
更に、超電導磁石の冷却に多段式冷凍機を採用する事により、無冷媒化が可能となり、半導体素子製造現場であるクリーンルーム内に、液体ヘリウムの搬入や補充という煩雑な作業が不要となり、工場操業の安定度が向上する事が期待される。
【0047】
又、超電導磁石を収納する真空容器8を熱伝導良好な材料で形成し、その側端面部8a等に水冷銅管や水冷ジャケットによる冷却手段を配置して、該側端面部を冷却板として使用すれば、付設の冷却装置の省略や小型化が可能となり、設備の小型化が一層可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る磁場中熱処理装置の一例を示す要部断面図である。
【図2】図1の炉内温度分布の例を示す概念図である。
【図3】本発明装置で処理するウエーハの一例を示す平面図である。
【図4】本発明における熱処理炉内におけるウエーハ配置例を示す概略図である。
【図5】本発明における熱処理炉の断面形状とウエーハ配置例との関係を示す他の概略図である。
【図6】本発明における熱処理炉の断面形状とウエーハ配置例との関係を示す他の概略図である。
【図7】本発明にに係る磁場中熱処理装置の他の例を示す要部断面図である。
【図8】図7の真空容器の冷却手段の配置例を示す概念図である。
【図9】従来のスプリット型超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の一例を示す要部概念図である。
【図10】図9の装置におけるウエーハと磁場との関係を示す概念図である。
【符号の説明】
1 ソレノイド型超電導磁石
2a,2b 補助超電導コイル
3 熱処理炉
4 ウエーハ(被処理物)
4a ウエーハの基準線(端面切削線部)
5 被処理物搬送装置
5a 輻射遮蔽板
6 加熱手段
6a,6b 電気ヒータ
7 輻射シールド
8 真空容器
8a 真空容器の側端面部
8b 真空容器の内側胴部
9 多段式冷凍機
9a 多段式冷凍機の第1段冷却端部
9b 多段式冷凍機の第2段冷却端部
10 冷却手段(水冷銅管)
Claims (12)
- 熱処理炉(3)内に磁場を発生させて、磁場中で被処理物の熱処理を行う磁場中熱処理装置において、
水平方向に中心軸線(O)を有する様に横置された筒状熱処理炉(3)の外側に、同一中心軸線(O)を有する筒状のソレノイド型超電導磁石(1)を配置して、該熱処理炉(3)内に前記中心軸線(O)と平行な均一磁場を形成すると共に、
該熱処理炉(3)の長軸方向に加熱手段(6)が配置され、
前記熱処理炉(3)内を、その長軸方向の一方から他方に向けて被処理物(4)を移動可能に保持する被処理物搬送手段(5)が配置されており、該被処理物搬送手段(5)による被処理物(4)の移動速度と前記加熱手段(6)による加熱温度とを制御する事により、被処理物に対する熱処理温度と熱処理時間とを制御する様にしてなることを特徴とする磁場中熱処理装置 - 前記被処理物搬送手段(5)は、前記熱処理炉(3)の直径方向に立設された輻射遮蔽板(5a)によって、複数のブロックに画成されている請求項1に記載の磁場中熱処理装置
- 前記被処理物(4)が半導体基板用のウエーハであり、該ウエーハの端面切削線部(4a)は、前記ソレノイド型超電導磁石(1)の磁場の方向と平行になる様に、前記被処理物搬送手段(5)に保持されている請求項1又は2に記載の磁場中熱処理装置
- 前記加熱手段(6)により前記熱処理炉(3)内に所定の温度分布が形成されている請求項3に記載の磁場中熱処理装置
- 前記熱処理炉(3)の外面に、その長軸方向に沿って前記加熱手段(6)としての電気ヒータ(6a,6b)が配置されており、該ヒータ配置の疎密によって、前記炉内の長軸方向に所定の温度勾配を形成する様にしてなる請求項4に記載の磁場中熱処理装置
- 前記熱処理炉(3)内に、前記電気ヒータ(6a)を密に配置した高温区間(B)と、該電気ヒータ(6b)を疎に配置した低温区間(D)と、その間の降温区間(C)とを形成し、該降温区間(C)において、前記被処理物としてのウエーハの表面に形成されている磁性膜のキューリー変態点を通過する様に各温度域が設定されている請求項5に記載の磁場中熱処理装置
- 前記ソレノイド型超電導磁石(1)の外側に、外部漏洩磁場を減少させるための該ソレノイド型超電導磁石(1)とは逆向きの磁場を発生させる補助超電導コイル(2a,2b)が配置されてなる請求項1乃至6のいずれか1項に記載の磁場中熱処理装置
- 前記ソレノイド型超電導磁石(1)が、多段式冷凍機(9)によって伝導冷却される構成のものである請求項1乃至7のいずれか1項に記載の磁場中熱処理装置
- 中空筒状の真空容器(8)内に中空円筒状の輻射シールド(7)を配置し、該輻射シールド(7)内に前記ソレノイド型超電導磁石(1)を内蔵させ、前記多段式冷凍機(9)の第1段冷却端部(9a)及び第2段冷却端部(9b)を、夫々前記輻射シールド(7)及び前記ソレノイド型超電導磁石(1)に熱接続させ、前記真空容器(8)の中空部に前記熱処理炉(3)が配置されており、
前記真空容器(8)の少なくとも側端面部(8a)及びその内側胴部(8b)を良熱伝導性金属で形成すると共に、少なくとも前記側端面部(8a)に冷却手段(10)を配置し、これにより前記熱処理炉(3)から該真空容器(8)への放熱量を吸収する様に構成してなる請求項8に記載の磁場中熱処理装置 - 前記熱処理炉(3)の断面が略真円形であり、前記搬送手段(5)に積層配置された前記ウエーハ(4)の一端側の下端部(a)から他端側の上端部(b)までの距離(D1)が、前記ウエーハ直径(d)の(√2±0.2)倍である請求項4乃至9のいずれか1項に記載の磁場中熱処理装置
- 前記熱処理炉(3)の断面が縦長の略長円形であり、該熱処理炉(3)の横幅(D3)が、前記搬送手段(5)に積層配置された前記ウエーハ(4)の積層幅(D2)の1〜1.2倍である請求項4乃至9のいずれか1項に記載の磁場中熱処理装置
- 前記熱処理炉(3)の断面が横長の略長円形であり、該熱処理炉(3)の縦幅(D4)が、前記ウエーハ直径(d)の1〜1.2倍である請求項4乃至9のいずれか1項に記載の磁場中熱処理装置
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