DE10216865A1

DE10216865A1 - Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld sowie Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung desselben

Info

Publication number: DE10216865A1
Application number: DE10216865A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiko Kuriyama; Makoto Ushijima; Yasuyuki Azuma
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2002-12-12
Also published as: KR100944745B1; KR100880597B1; CN1220221C; KR20020081109A; CN1389879A; US6833107B2; US20020182557A1; TW564442B; KR20080106879A

Abstract

Ein Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld ist mit Folgendem versehen: (a) einer Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung aus einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit mehreren Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vorliegt, und einer innerhalb der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeordneten inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit einer Anzahl Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vorliegt; und (b) einer in einem zentralen Loch der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeordneten Wärmebehandlungseinrichtung mit einer Kühleinrichtung, einer Heizeinrichtung und einem Wärmebehandlungsbehälter zum Aufnehmen eines Wärmebehandlungshalters zum Aufnehmen mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände in dieser Reihenfolge von außen her, wobei das axiale Zentrum des von der inneren und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe erzeugten Magnetfelds im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum einer Anordnung von Gegenständen im Wärmebehandlungsbehälter übereinstimmt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Wärmebehandlung von Wafersubstraten zum Herstellen von MR(magnetoresistiven)- Köpfen, GMR(giant magnetoresistive = Riesenmagnetowider standseffekt)-Köpfen, MRAMs (magnetische Direktzugriffsspei cher) usw. in einem Magnetfeld während ihres Herstellprozes ses sowie ein Wärmebehandlungsverfahren unter Verwendung eines derartigen Ofens.

STAND DER TECHNIK

Ein Magnetkopf verfügt allgemein über eine Struktur, bei der eine Anzahl ferromagnetischer Schichten auf ein Substrat auflaminiert ist. Z. B. verfügt ein GMR-Kopf über eine Struk tur mit unmagnetischen Isolierschichten zwischen ferromagne tischen Schichten. Ein MRAM-Kopf verfügt über eine Struktur mit antiferromagnetischen Schichten, einer gepinnten magne tischen Schicht, einer unmagnetischen, leitenden Schicht und freien magnetischen Schichten in dieser Reihenfolge von der Seite eines Substrats her. Die gepinnten magnetischen Schichten sind ganz in einer Richtung magnetisiert.

Um die gepinnte Schicht in einer Richtung zu magnetisieren, ist es erforderlich, ein mit dünnen magnetischen Schichten versehenes Substrat in einem Magnetfeld einer Wärmebehand lung oder Temperung zu unterziehen. Im Allgemeinen muss ein ausgerichtetes Magnetfeld von 0,5 T (Tesla) oder mehr ange legt werden, und ein ausgerichtetes Magnetfeld von mehr als 1,0 T ist abhängig von den Materialien der gepinnten Schicht erforderlich. Um ein ausgerichtetes Magnetfeld an Wafersub strate anzulegen, wurde herkömmlicherweise ein Vakuum-Wärme behandlungsofen verwendet, wie er in der Fig. 15 dargestellt ist. Dieser Vakuum-Wärmebehandlungsofen verfügt über eine mit einer Kühlleitung 112 versehene Magnetfeld-Erzeugungs spule 113, eine innerhalb derselben angeordnete Hochfre quenzspule 114 sowie einen Vakuumbehälter 106 zum Aufnehmen mehrerer Wafersubstrate 110, die innerhalb der Hochfrequenz spule 114 angeordnet sind.

Jedoch besteht die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung bei die sem Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld aus einem Elektro magnet mit einer Spule, an den ein großer elektrischer Strom von 500-800 A geliefert werden sollte, um ein Magnetfeld von 1,0 T oder mehr zu erzeugen, was aus Sicherheitsgesichts punkten unzufriedenstellend ist. Es ist auch eine Einrich tung zum Einsetzen von viel elektrischer Energie erforder lich, so dass zum Erzeugen eines Magnetfelds hohe Elektrizi tätskosten erforderlich sind, und es sollte eine große Menge an Kühlwasser dazu verwendet werden, durch den großen elek trischen Strom erzeugte Wärme abzuführen. Wegen dieser Er fordernisse leidet die Einrichtung unter hohen Betriebskos ten. Ferner sollte, da bei der obigen Struktur ein extrem großer Streumagnetfluss existiert, zusätzlich zu einem Anla genraum aus Sicherheitsgründen ein großer freier Raum auf rechterhalten werden, und die Vorrichtung sollte durch einen magnetischen Körper wie Eisen, Permalloy usw. umschlossen sein, um einen Einfluss auf elektronische Ausrüstungen in der Umgebung zu verhindern, wobei die Gefahr für den mensch lichen Körper zu berücksichtigen ist.

Mit einer supraleitenden Spule kann ein Magnetfeld erzeugt werden, ohne dass eine große Menge elektrischer Energie ver wendet wird. Zwar kann der Verbrauch an Erregungsstrom klei ner gemacht werden, wenn eine supraleitende Spule anstelle eines Elektromagnets verwendet wird, jedoch muss immer flüs siger Stickstoff oder flüssiges Helium verbraucht werden, um die Supraleitung aufrechtzuerhalten, was zu hohen Betriebs kosten führt. Auch kommt es in einem System unter Verwendung einer supraleitenden durch Variationen eines Magnetfelds örtlich von Supraleitung zu Normalleitung, was zu Wärmeer zeugung in der Spule führt, und wenn dieser Zustand erhalten bliebe, würde die Supraleitung der gesamten Vorrichtung zer stört werden. Eine supraleitende Spule kann zwar ein starkes Magnetfeld von einigen Tesla bis zu einigen zehn Tesla er zeugen, jedoch weitet sich der Bereich eines starken Streu magnetfelds proportional zur Magnetfeldstärke aus, wie bei einem Elektromagnet. Demgemäß leidet der Magnet, wie ein Elektromagnet, unter dem Problem eines Streumagnetfelds.

Ein Halbach-Magnetkreis aus einer Kombination mehrerer Per manentmagnetsegmente mit im Wesentlichen derselben Magnet kraft mit verschiedenen Magnetisierungsrichtungen kann die Magnetfeldstärke geeignet ändern, ohne dass ein Erregungs strom verwendet wird. Siehe z. B. Journal of Applied Physics, Vol. 86, No. 11, 1. Dezember 1999 und Journal of Applied Physics, Vol. 64, No. 10, 15. November 1988 und die japani sche Patentoffenlegung Nr. 6-224027.

Die Fig. 16 zeigt ein Beispiel eines Halbach-Magnetkreises. Der in der Fig. 16 dargestellte kreisförmige Halbach-Magnet kreis besteht aus einer inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1 und einer äußeren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe 2, die gegeneinander verdrehbar sind. Wenn sich die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 an den in der Fig. 16(a) dargestellten Positionen befinden, ist die Magnetfeldrichtung der inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1 dieselbe wie die der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2. Demgemäß existiert ein zusam mengesetztes Magnetfeld mit einer durch den Pfeil darge stellten Stärke und Richtung, das durch Kombination des von der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 er zeugten Magnetfelds und eines von der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 erzeugten Magnetfelds in einem zentralen Loch 20 der inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 1 ausgebildet wird.

Andererseits hebt im in der Fig. 16(b) dargestellten Zu stand, in dem die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe 2 um 180° gegenüber der Position der Fig. 16(a) ver dreht ist, das vom Magnetkreis der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 erzeugte Magnetfeld das vom Mag netkreis der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 erzeugte Magnetfeld auf, da entgegengesetzte Magnetisie rungsrichtungen vorliegen. Demgemäß existiert im zentralen Loch 20 im Wesentlichen kein Magnetfeld. So kann die Stärke des Magnetfelds durch den Verdrehungswinkel der beiden Win kel von im Wesentlichen Null bis auf maximal eingestellt werden.

Wenn die einer Wärmebehandlung zu unterziehenden Gegenstände Wafersubstrate mit Magnetowiderstandsschichten sind, ist im Allgemeinen ein großes Magnetfeld von 1,0 T oder mehr erfor derlich, um den Magnetowiderstandseffekt stabil zu verbes sern, und das Magnetfeld sollte gleichmäßig sein und paral lel zur Magnetisierungsrichtung der dünnen magnetischen Schichten verlaufen. Jedoch gelingt es bei einem herkömmli chen Wärmebehandlungsofen mit einem Elektromagnet nicht, ein gleichmäßiges Magnetfeld parallel zu den dünnen, magneti schen Schichten zu erzeugen.

AUFGABEN DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen kleinen Wärmebehandlungsofen mit hoher Sicherheit und hoher Genauig keit, mit gleichmäßigem, parallelem Magnetfeld und mit ver ringertem Streumagnetfeld zu schaffen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Gegenständen in einem Magnetfeld unter Verwendung eines derartigen Wärmebehandlungsofens zu schaf fen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfinder haben herausgefunden, dass dann, wenn eine An zahl von Gegenständen gleichzeitig in einem Magnetfeld wär mebehandelt oder getempert wird, Permanentmagnete für eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung dann verwendet werden kön nen, wenn um eine Einrichtung zum Erwärmen der Gegenstände eine Kühleinrichtung angebracht wird, und dass unter Verwen dung eines Halbach-Magnetkreises vom Doppelringtyp als Mag netfeld-Erzeugungseinrichtung ein gleichmäßiges, paralleles Magnetfeld hoher Genauigkeit während der Wärmebehandlung in radialer Richtung an die Gegenstände angelegt werden kann. Die Erfindung wurde auf Grundlage dieser Erkenntnisse fer tiggestellt.

Der erste erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnet feld ist mit Folgendem versehen: (a) einer Magnetfeld-Erzeu gungseinrichtung aus einer ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe mit einer Anzahl von Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass ein magnetischer Fluss in einer Durchmesserrichtung existiert; und (b) einer in einem zen tralen Loch der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe ange ordneten Wärmebehandlungseinrichtung mit einer Kühleinrich tung, einer Heizeinrichtung und einem Wärmebehandlungsbehäl ter zum Aufnehmen eines Wärmebehandlungshalters zum Aufneh men mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände in dieser Rei henfolge von außen her.

Die ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe verfügt vorzugs weise über einen Innendurchmesser von 120 mm oder mehr, einen Außendurchmesser von 300 mm oder mehr und eine axiale Länge von 100 mm oder mehr. Die ringförmige Permanentmagnet- Baugruppe verfügt in radialer Richtung nach außen über eine kürzere axiale Länge.

Jedes die ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe aufbauende Permanentmagnet-Segment verfügt über eine magnetische Rest flussdichte von 1,1 T oder mehr und eine Koerzitivfeldstärke von 1114 kA/m (14 kOe) oder mehr.

Die axiale Länge H₁ und der Außendurchmesser D₂ der ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe genügen der Bedingung 2 ≦ D₂/H₁ ≦ 10.

Der zweite erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnet feld ist mit Folgendem versehen: (a) einer Magnetfeld-Erzeu gungseinrichtung aus einer äußeren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe mit mehreren Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vorliegt, und einer innerhalb der äußeren, ring förmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeordneten inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit einer Anzahl Per manentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in ei ner Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vorliegt; und (b) einer in einem zentralen Loch der ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe angeordneten Wärmebehandlungseinrichtung mit einer Kühleinrichtung, einer Heizeinrichtung und einem Wär mebehandlungsbehälter zum Aufnehmen eines Wärmebehandlungs halters zum Aufnehmen mehrerer wärmezubehandelnder Gegen stände in dieser Reihenfolge von außen her.

Beim ersten und zweiten Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld befindet sich das Innere desselben vorzugsweise im Vakuum, wobei jedoch für das Ausmaß des Vakuums keine Beschränkung besteht. Der Wärmebehandlungsofen kann eine kleine Menge an Inertgas enthalten.

Beim ersten und zweiten Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld verfügt die Kühleinrichtung vorzugsweise über eine Kühllei tung, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, und eine Wärme senkeplatte, die außerhalb der Kühlleitung und innerhalb der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeordnet ist.

Beim ersten und zweiten Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld stimmt das axiale Zentrum des Magnetfelds der Magnetfeld-Er zeugungseinrichtung im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum einer Anordnung mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände überein, die im Wärmebehandlungsbehälter aufgenommen sind.

Die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe sind vorzugs weise gegeneinander verdrehbar, und die wärmezubehandelnden Gegenstände im zentralen Loch und die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe können vorzugsweise in ihren Rela tivrichtungen nichtverändert werden. Da die innere, ring förmige Permanentmagnet-Baugruppe und die äußere, ringförmi ge Permanentmagnet-Baugruppe nicht gegeneinander verdrehbar sind, ist ein Magnetfeld im zentralen Loch im Bereich von 0-2 T veränderbar.

Es ist bevorzugt, dass die innere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe einen Innendurchmesser von 120 mm oder mehr aufweist, dass die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe einen Außendurchmesser von 300 mm oder mehr aufweist und dass die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe oder die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe eine axiale Länge von 100 mm oder mehr aufweist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe verschie dene axiale Längen auf.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe und/oder die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe radial nach außen eine kürzere axiale Länge auf.

Jedes die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe und die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe bildende Permanentmagnet-Segment verfügt vorzugsweise über eine mag netische Restflussdichte von 1,1 T oder mehr und eine Koer zitivfeldstärke von 1114 kA/m (14 kOe) oder mehr.

Die axiale Länge H₁ der inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe sowie der Außendurchmesser D₂ der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe genügen vorzugsweise der Bedingung 2 ≦ D₂/H₁ ≦ 10.

Das Verfahren zur gleichzeitigen Wärmebehandlung mehrerer Gegenstände in einem Magnetfeld, unter Verwendung des obigen Wärmebehandlungsofens mit Magnetfeld, verfügt über die fol genden Schritte: (1) Einführen eines Wärmebehandlungshal ters, an dem eine Anzahl der wärmezubehandelnden Gegenstände platziert ist, in den Wärmebehandlungsbehälter bei einer Relativrotationsposition der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe und der äußeren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe, bei der das radiale Magnetfeld im zen tralen Loch im Wesentlichen Null ist; (2) Wärmebehandeln der Gegenstände im genannten Wärmebehandlungsbehälter durch die Heizeinrichtung, während die Magnetfeld-Erzeugungseinrich tung durch die Kühleinrichtung gekühlt wird, in einem Zu stand, in dem durch Verdrehen der äußeren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe in Bezug zur inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe dafür gesorgt ist, dass im zentra len Loch ein vorbestimmtes Magnetfeld existiert; und (3) Entnehmen, nach Abschluss der Wärmebehandlung der Gegenstän de, einer Anzahl wärmebehandelter Gegenstände aus dem Wärme behandlungsbehälter, wobei eine Relativposition der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe vorliegt, bei der das radiale Magnetfeld im zentralen Loch im Wesentlichen Null ist.

Der wärmezubehandelnde Gegenstand ist vorzugsweise ein Wa fersubstrat mit einer dünnen Magnetschicht auf der Oberflä che.

Eine Anordnung der wärmezubehandelnden Gegenstände wird im Wärmebehandlungsbehälter aufgenommen, vorzugsweise an einer Position, an der das axiale Zentrum der Anordnung mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum des Magnetfelds der Magnetfeld-Erzeugungs einrichtung übereinstimmt.

Die Wärmebehandlung wird vorzugsweise dann ausgeführt, wenn sich der Wärmebehandlungsbehälter im Wesentlichen in einem Vakuumzustand befindet.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) ist ein Vertikalschnitt, der ein Beispiel des ersten erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld zeigt;

Fig. 1(b) ist ein Vertikalschnitt, der ein Beispiel des zweiten erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofens mit Magnet feld zeigt;

Fig. 2(a) ist eine schematische Schnittansicht, die eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung des erfindungsgemäßen Wär mebehandlungsofens mit Magnetfeld zeigt, bei der die Magne tisierungsrichtung der Permanentmagnet-Segmente einer inne ren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit der Magneti sierungsrichtung der Permanentmagnet-Segmente einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe identisch ist;

Fig. 2(b) ist eine schematische Schnittansicht, die eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung des erfindungsgemäßen Wär mebehandlungsofens mit Magnetfeld zeigt, bei der die Magne tisierungsrichtung der Permanentmagnet-Segmente einer inne ren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe im Wesentlichen entgegengesetzt zur Magnetisierungsrichtung der Permanent magnet-Segmente einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe ist;

Fig. 2(c) ist eine schematische Schnittansicht, die eine Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung des erfindungsgemäßen Wär mebehandlungsofens mit Magnetfeld zeigt, bei der die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe um einen Winkel α re lativ zur inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe verdreht ist;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel einer Kombination aus einer inneren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe und einer äußeren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe zeigt;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel einer Kombination aus einer inneren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe und einer äußeren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe zeigt;

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die noch ein weiteres Bei spiel einer Kombination einer inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe und einer äußeren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe zeigt;

Fig. 6(a) ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel zur Be ziehung der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe in axialer Richtung zeigt;

Fig. 6(b) ist eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel zur Beziehung der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe in axialer Richtung zeigt;

Fig. 6(c) ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel zur Beziehung der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe in axialer Richtung zeigt;

Fig. 7 ist ein Kurvenbild, das die Verteilung der Magnet feldstärke im zentralen Loch einer ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe entlang der axialen Richtung derselben zeigt;

Fig. 8 ist ein Kurvenbild, das die Abhängigkeit der Magnet flussdichte im zentralen Loch vom Außendurchmesser des Mag netkreises und dessen Länge in axialer Richtung zeigt;

Fig. 9 ist eine schematische Ansicht, die die Beziehung zwischen dem Rotationswinkel der äußeren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe zur inneren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe und dem Neigungswinkel eines zusammenge setzten Magnetfelds zeigt;

Fig. 10 ist eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Permanentmagnet-Segments aus mehreren Permanentmagnet-Stücken zeigt;

Fig. 11 ist eine Draufsicht, die ein anderes Beispiel eines aus mehreren Permanentmagnet-Stücken bestehenden Permanent magnet-Segments zeigt;

Fig. 12(a) ist eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die ein Beispiel für die Querschnittsform eines Permanentmagnet- Segments zeigen;

Fig. 12(b) ist eine Draufsicht und eine Schnittansicht, die ein anderes Beispiel für die Querschnittsform eines Perma nentmagnet-Segments zeigen;

Fig. 13 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel einer ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe aus zwei Typen von Perma nentmagneten mit verschiedenen Magnetisierungsrichtungen zeigt;

Fig. 14 ist ein Kurvenbild, das die Beziehung zwischen einer Magnetflussdichte auf der Achse einer ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe in deren zentralen Loch und dem Abstand vom Zentrum der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe in axialer Richtung für eine ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe aus acht Permanentmagnet-Segmenten in der Umfangs richtung und eine ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe aus zwölf Permanentmagnet-Segmenten in der Umfangsrichtung zeigt;

Fig. 15 ist eine schematische Schnittansicht, die einen her kömmlichen Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld mit einem Elektromagnet zeigt;

Fig. 16(a) ist eine schematische Schnittansicht, die einen Halbach-Magnetkreis zeigt, bei dem die Magnetisierungsrich tung der Permanentmagnet-Segmente in einer äußeren, ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe mit der Magnetisierungsrich tung von Permanentmagnet-Segmenten in einer inneren, ring förmigen Permanentmagnet-Baugruppe übereinstimmt; und

Fig. 16(b) ist eine schematische Schnittansicht, die einen Halbach-Magnetkreis zeigt, bei dem die Magnetisierungsrich tung von Permanentmagnet-Segmenten in einer äußeren, ring förmigen Permanentmagnet-Baugruppe im Wesentlichen entgegen gesetzt zur Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnet-Seg mente in einer inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe verläuft.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Wie es in der Fig. 1(a) dargestellt ist, verfügt der erste erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld, über eine Wärmebehandlungseinrichtung mit einem Wärmebehandlungs behälter 6 und einer Heizeinrichtung 5 sowie eine ringförmi ge Permanentmagnet-Baugruppe 1, die über eine Kühleinrich tung 3 um die Wärmebehandlungseinrichtung herum angeordnet ist, wobei in einer Richtung in der horizontalen Ebene ein gleichmäßiges Magnetfeld stabil und billig erzeugt werden kann.

Auch verfügt, wie es in der Fig. 1(b) dargestellt ist, der zweite erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld über eine Wärmebehandlungseinrichtung mit einem Wärmebehand lungsbehälter 6 und einer Heizeinrichtung 5 sowie eine über eine Kühleinrichtung 3 um die Wärmebehandlungseinrichtung herum angeordnete Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung, die ein Halbach-Magnetkreis vom Doppelringtyp aus einer inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 ist, wobei in einer Richtung in der horizontalen Ebene ein gleichmäßiges Magnet feld stabil und billig in einem relativ begrenzten Bereich in axialer Richtung erzeugt werden kann. Die Magnetfeldstär ke im zentralen Loch 20 kann beliebig eingestellt werden. Demgemäß ist dieser Ofen zur gleichzeitigen Wärmebehandlung einer Anzahl relativ dünner Wafersubstrate A mit großem Durchmesser (z. B. 6-8 Zoll oder mehr) mit dünnen magneti schen Schichten geeignet.

Beim zweiten Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld sind die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2, die beide die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung bilden, gegeneinander verdrehbar, wobei es jedoch erwünscht ist, dass die wärmezu behandelnden Gegenstände A und die innere, ringförmige Per manentmagnet-Baugruppe 1 in ihren Relativrichtungen unverän dert bleiben. Z. B. können sowohl die wärmezubehandelnden Gegenstände A als auch die innere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 1 stationär sein. Alternativ können die wärme zubehandelnden Gegenstände A und die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 gleichzeitig verdreht werden, und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 kann relativ zu ihnen verdreht werden. Wenn die konzentrischen, doppelringförmigen Magnetkreise 1, 2 relativ verdreht wer den, werden von der inneren und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1, 2 erzeugte Magnetfelder so kom biniert, das im zentralen Loch 20 ein zusammengesetztes Mag netfeld mit beliebiger Stärke erzeugt wird. Demgemäß kann sich ein paralleles Magnetfeld in der horizontalen Ebene im zentralen Loch 20 einhergehend mit der Drehung der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 im Wesentlichen im Bereich von 0-2 T ändern, wenn angenommen wird, dass jede ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1, 2 eine Magnetfeld stärke von 1 T aufweist.

Um die Qualität der in einem Magnetfeld wärmebehandelten Ge genstände A zu stabilisieren, ist es bevorzugt, die Magnet feldstärke im zentralen Loch 20 im Wesentlichen zu Null zu machen, wenn die Gegenstände A in den Wärmebehandlungsofen 6 eingeführt und aus Ihm entnommen werden. Der Begriff "im We sentlichen Null" in Zusammenhang mit der Magnetfeldstärke bedeutet, dass diese so klein ist, dass die Magnetisierung der wärmebehandelten Gegenstände durch das vorhandene Mag netfeld nicht beeinflusst wird. Wenn die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 relativ zur inneren, ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe 1 verdreht wird, ändert sich ein zusammengesetztes Magnetfeld im zentralen Loch 20 der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 im Bereich von 0-2 T während der Drehung, wie es in der Fig. 9 darge stellt ist.

Demgemäß weist das erfindungsgemäße Wärmebehandlungsverfah ren die folgenden Schritte auf: (1) Verdrehen der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 in solcher Weise, dass das von ihr erzeugte Magnetfeld und das von der inne ren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 erzeugte Mag netfeld im Wesentlichen einander entgegengesetzt gerichtet sind, und Einführen der wärmezubehandelnden Gegenstände A in den Wärmebehandlungsbehälter 6 und Positionieren derselben im axialen Zentrum des von den Magnetkreisen der beiden ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppen 1, 2 erzeugten zu sammengesetzten Magnetfelds in einem Zustand, in dem die Magnetfeldstärke im Wesentlichen Null ist; (2) Wärmebehan deln der Gegenstände A, während die Magnetfeldstärke durch Verdrehen der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugrup pe 2 auf eine gewünschte Stärke eingestellt wird; und (3) Entnehmen, nach Abschluss der Wärmebehandlung, der wärmebe handelten Gegenstände A aus dem Wärmebehandlungsbehälter 6, wobei die Magnetfeldstärke durch dasselbe Verfahren wie oben wieder auf im Wesentlichen Null gestellt wird. In diesem Fall ändert sich, wenn die innere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 1 verdreht wird, während die Gegenstände A stationär sind, das an sie angelegte Magnetfeld, was zur Wahrscheinlichkeit einer Ungleichmäßigkeit und Beeinträchti gung der magnetischen Eigenschaften der wärmebehandelten Gegenstände A führt. Demgemäß bleiben die Relativrichtungen der wärmezubehandelnden Gegenstände A im zentralen Loch 20 und der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 vorzugsweise unverändert.

Von den beiden ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppen 1, 2 erzeugte Magnetfelder werden vektormäßig zusammengesetzt. Demgemäß sind, wenn jedes von der inneren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe 2 erzeugte Magnetfeld eine Stärke von z. B. 0,5 T aufweist, die Beziehung zwischen dem Rotations winkel α der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 zur inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und der Neigungswinkel Θ des erzeugten Magnetfelds dergestalt, wie es in der Fig. 9 dargestellt ist. Demgemäß wird, wenn die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 verdreht wird, um die Stärke des zusammengesetzten Felds zu ändern, das Magnetfeld schließlich in genau die entgegengesetzte Richtung (180°) verdreht. Wenn jedoch die äußere, ringförmi ge Permanentmagnet-Baugruppe 2 verdreht wird; ist der Nei gungswinkel Θ des zusammengesetzten Magnetfelds mit 90° ma ximal. Um das Magnetfeld dauernd in konstanter Richtung an die wärmebehandelten Gegenstände A anzulegen, während es nach der Wärmebehandlung auf im Wesentlichen Null gedreht wird, sollte die innere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe 1 oder der Wärmebehandlungshalter 10 in Ausrichtung mit der Richtung des zusammengesetzten Magnetfelds der bei den ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppen 1, 2 verdreht werden.

Wenn die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 konzen trisch mit einem Zwischenraum dazwischen angeordnet sind, können sie so angesehen werden, als würden sie einen ring förmigen Magnetkreis bilden. Wenn zwischen der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 ein Zwischenraum besteht, nimmt der magnetische Widerstand zwischen ihnen zu, was zu einer Verringerung der Magnetfeldstärke im zentralen Loch 20 der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 führt. Demgemäß weist die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung minimale Größe auf, wenn zwischen der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 ein Zwischenraum besteht. Daher kann die Funktion der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung durch den Innendurchmesser der inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1 und den Außendurchmesser der äußeren, ring förmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 bestimmt werden.

Bei wärmezubehandelnden Wafern mit einem Durchmesser von 30 mm beträgt der Innendurchmesser des Vakuumbehälters 6 50 mm, wenn zwischen dem Außenumfang jedes Wafers und der Innenwand des Vakuumbehälters 6 ein Zwischenraum von 10 mm besteht. Da die Wanddicke des Vakuumbehälters 6 z. B. 5 mm beträgt, die Dicke des Heizers 5 z. B. 5 mm beträgt und die Dicke der Kühleinrichtung z. B. 20 mm beträgt, beträgt der Innendurch messer der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 120 mm mit einem Gesamtzwischenraum von 10 mm zwischen Tei len.

Wenn die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 einen Innendurchmesser von D₀ von 120 mm aufweist, wie in der Fig. 8 dargestellt, und der Permanentmagnet eine magne tische Restflussdichte Br von 1,45 T aufweist, beträgt der Außendurchmesser D der ringförmigen Permanentmagnet-Baugrup pe vorzugsweise 300 mm oder mehr, und die Länge H der Perma nentmagnet-Baugruppe in axialer Richtung beträgt vorzugswei se 100 mm oder mehr, damit die Magnetfeldstärke im zentralen Loch 20 1 T überschreitet.

Gemäß "Journal of Applied Physics", Vol. 86, No. 11, 1. De zember 1999, wird die Magnetfeldstärke B im zentralen Loch der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe zu B = Br/(Ro/Ri) berechnet, wobei Ri der Radius des zentralen Lochs ist und Ro der Außenradius der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe ist. Jedoch hat es sich als Ergeb nis einer Berechnung der Magnetfeldstärke durch Simulation ergeben, dass sich die Magnetfeldstärke entlang der axialen Länge der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 ändert, wie in der Fig. 8 dargestellt, und dass die Magnetfeldstärke im zentralen Loch 20 umso kleiner ist, je kürzer die ring förmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 ist. Dieses Ergebnis zeigt, dass sowohl die äußere, ringförmige Permanentmagnet- Baugruppe 2 als auch die innere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 1 eine axiale Länge von 100 mm aufweisen soll ten, um im zentralen Loch 20 eine Magnetflussdichte von 1 T oder mehr zu erzielen.

Um den Streumagnetfluss zu verringern, ist die äußere, ring förmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 in der axialen Richtung wünschenswerterweise kürzer als die innere, ringförmige Per manentmagnet-Baugruppe 1. Wenn die innere, ringförmige Per manentmagnet-Baugruppe 1 und/oder die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 in radialer Richtung nach außen hin kürzer werden, ist das Streumagnetfeld in der axialen Richtung weiter verringert. Bei einer derartigen Struktur kann das Streumagnetfeld des ringförmigen Magnetkreises klein gemacht werden, was eine Verringerung der Größe und des Gewichts des Magnetkreises ermöglicht.

Wie es in der Fig. 3 dargestellt ist, kann, um den Magnet kreis klein zu machen, die axiale Länge H₁ der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 kleiner gemacht werden als die axiale Länge H₂ der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2. Um einen Bereich derselben Län ge mit gleichmäßigem Magnetfeld zu erzielen, ist es wir kungsvoller, die ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe zu verlängern, anstatt ihren Radius zu vergrößern, was zu einer Verkleinerung der Installationsfläche führt.

Die für die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 ver wendeten Permanentmagnete verfügen vorzugsweise über eine magnetische Restflussdichte von 1,1 T oder mehr und eine Koerzitivfeldstärke von 1114 kA/m (14 kOe) oder mehr, und die axiale Länge H₁ der inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1 und der Außendurchmesser D₂ der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 genügen vorzugswei se der Bedingung 2 ≦ D₂/H₁ ≦ 10. Je größer das Verhältnis D₂/H₁ ist, umso größer ist der axiale Bereich, in dem ein gleichmäßiges Magnetfeld erzeugt werden kann. In diesem Be reich kann ein großes Magnetfeld bei verringertem Gewicht der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppen 1, 2 insgesamt erzeugt werden.

Beim erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld, wie er in der Fig. 1 dargestellt ist, verfügt die Wärmebe handlungseinrichtung über eine Kühleinrichtung 3 mit einem Gehäuse mit spiegelglatter Fläche und einer im Gehäuse ent haltenen Kühlleitung 4, eine Heizeinrichtung 5 wie einen in Quarzglas eingebetteten Kohlenstoffheizer sowie einen Va kuumbehälter 6 aus transparentem Quarzglas, in den ein meh rere wärmezubehandelnde Gegenstände A aufnehmender Wärmebe handlungshalter 10 eingesetzt wird. Bei dieser Wärmebehand lungseinrichtung wird das Magnetfeldzentrum der Magnetfeld- Erzeugungseinrichtung aus der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 2 leicht mit dem Zentrum einer Anord nung wärmezubehandelnder Gegenstände A ausgerichtet. Da sich zwischen der Heizeinrichtung 5 und der Magnetfeld-Erzeu gungseinrichtung eine Kühleinrichtung 3 befindet, sind die Permanentmagnete gegen thermische Einflüsse geschützt. Dem gemäß werden die Permanentmagnete thermisch nicht beein trächtigt, obwohl die Wärmebehandlungstemperatur ungefähr 250-300°C beträgt. Übrigens kann die Wärmebehandlungsein richtung in nicht oxidierender Atmosphäre, wie Stickstoff gas, platziert werden.

Die für die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 ver wendeten Permanentmagnete können Ferritmagnete wie Ba-Fer ritmagnete, Sr-Ferritmagnete, La und Co enthaltende Ferrit magnete sowie Seltenerdmagnete wie Nd-Fe-B-Magnete, Sm-Co- Magnete, Sm-Fe-N-Magnete usw. sein. Nd-Fe-B-Magnete mit ho her magnetischer Restflussdichte sind besonders bevorzugt.

Für die Permanentmagnete besteht keine Beschränkung auf Sin termagnete, sondern es können Magnete mit Bindemittel sein. Obwohl es wegen der niedrigen Wärmebeständigkeitstemperatur schwierig war, Nd-Fe-B-Magnete für herkömmliche Wärmebehand lungsöfen zu verwenden, wurde es möglich, sie für einen er findungsgemäßen Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld zu ver wenden, da zwischen der Wärmebehandlungseinrichtung und der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung die Kühleinrichtung 3 ange bracht ist.

Wenn während der Behandlung dauernd ein Magnetfeld angelegt wird, muss außerhalb der inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1 keine äußere, ringförmige Permanentmagnet- Baugruppe 2 installiert werden, da es nicht erforderlich ist, ein Magnetfeld einzustellen.

Beispiel 1

Die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung beim in der Fig. 1 dar gestellten erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen mit Mag netfeld verfügt über eine innere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 1 und eine äußere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 2. Jedes Permanentmagnet-Segment, wie es jeden der Magnetkreise 1, 2 bildet, wurde aus einem Nd-Fe-B-Perma nentmagnet mit einer magnetischen Restflussdichte von 1,4 T und einer Koerzitivfeldstärke von 1192 kA/m hergestellt. Die Fig. 2 zeigt die Querschnittsstruktur der inneren, ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe 2.

Bei diesem Beispiel, wird die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe 1 dadurch aufgebaut, dass drei Arten fä cherförmiger Permanentmagnet-Segmente 11, 12, 13 mit ver schiedenen Magnetisierungsrichtungen mit der Gesamtzahl 12 in der Umfangsrichtung angeordnet werden. Da die fächerför migen Permanentmagnet-Segmente 11, 12, 13 dieselbe Form auf weisen, beträgt der Mittenwinkel ihrer Fächerform 30°. Die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 wird eben falls dadurch hergestellt, dass drei Arten fächerförmiger Permanentmagnet-Segmente 21, 22, 23 mit verschiedenen Mag netisierungsrichtungen mit der Gesamtzahl 12 in der Umfangs richtung angeordnet werden. Da auch die fächerförmigen Per manentmagnet-Segmente 21, 22, 23 dieselbe Form aufweisen, beträgt der Mittenwinkel ihrer Fächerform 30°. Übrigens kann die horizontale Querschnittsform jedes Permanentmagnet-Seg ments 11, 12, 13, 21, 22, 23 trapezförmig statt fächerförmig sein.

In jeder ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1, 2 sind mehrere Permanentmagnet-Segmente in Ringform so angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtungen im Wesentlichen mit der Flussrichtung eines Magnetflusses ausgerichtet sind und dass der Magnetfluss durch das zentrale Loch in der Durchmesser richtung verläuft. Demgemäß verläuft ein durch den Pfeil dargestelltes zusammengesetztes Magnetfeld der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 im zentralen Loch 20 in radialer Richtung.

Bei diesem Beispiel wies die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe 1 einen Innendurchmesser D₀ von 360 mm und einen Außendurchmesser D₁ von 560 mm auf. Auch wies die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 einen Außen durchmesser D₂ von 1200 mm auf. Beide ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppen 1, 2 wiesen eine axiale Länge (Höhe) H von 420 mm auf. Zwischen der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 2 besteht ein kleiner Zwischenraum, so dass sie gegeneinander verdrehbar sind. Die innere, ringför mige Permanentmagnet-Baugruppe 1 ist stationär. Ein Halte element 15 der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe 2 ist am unteren Ende mit einem Zahnrad (nicht darge stellt) als zugehöriger Antriebseinrichtung (nicht darge stellt) versehen. Das Zahnrad steht mit einem Servomotor usw. in Eingriff. Demgemäß kann die äußere, ringförmige Per manentmagnet-Baugruppe 2 um die innere, ringförmige Perma nentmagnet-Baugruppe 1 verdreht werden.

Der Wärmebehandlungsbehälter bei dieser Ausführungsform ver fügt über eine Wasserkühleinrichtung 3 mit einer Platte aus rostfreiem Stahl mit spiegelglatter Oberfläche, einem elek trischen Heizer 5 zum Erwärmen wärmezubehandelnder Gegen stände A in einem Vakuumbehälter 6 sowie diesem, innerhalb des elektrischen Heizers 5 angeordneten Vakuumbehälter 6 aus Quarzglas mit einem Innendurchmesser von ungefähr 220 mm. Die Wasserkühleinrichtung 3 verfügt über eine Wasserkühllei tung 4. Die Wasserkühleinrichtung 3 kann zusätzlich, zur Was serkühlleitung 4 über eine Wärmesenkeplatte verfügen, die zwischen der Wasserkühlleitung 4 und der inneren, ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe 1 angeordnet ist. Da die Er wärmung überwiegend durch Wärmestrahlung im Vakuum erfolgt, ist das den Vakuumbehälter 6 bildende Quarzglas vorzugsweise transparent. Da zu erwarten ist, dass die wärmezubehandeln den Gegenstände A Wafersubstrate von 6-8 Zoll sind, weist der Vakuumbehälter 6 vorzugsweise einen Innendurchmesser von ungefähr 170-220 mm auf.

Ein Ende des Vakuumbehälters 6 ist durch ein Abdichtelement 7 dicht verschlossen, und das andere Ende ist durch eine Ab dichtschraube 8 mit Außengewinde und eine Abdichtschraube 9 mit Innengewinde dicht verschlossen. Die Abdichtschraube 9 mit Innengewinde verfügt über einen Schaft 19 mit einem Wär mebehandlungshalter 10 zum Aufnehmen der Gegenstände A im Wesentlichen im Zentrum des Vakuumbehälters 6.

Der Wärmebehandlungshalter 10 verfügt über eine Struktur mit ungefähr 25 Schalen zum Aufnehmen von z. B. Wafersubstraten mit dünnen magnetischen Schichten mit einem Intervall von ungefähr 6 mm in der axialen Richtung. Der Wärmebehandlungs halter 10 kann im Vakuumbehälter 6 in der horizontalen Ebene verdreht werden. Wenn die äußere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 2 zum Einstellen des Magnetfelds verdreht wird, verdreht sich in unvermeidlicher Weise auch das zusam mengesetzte Magnetfeld von der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 2. Demgemäß wird, um zu verhindern, dass sich das zusammengesetzte Magnetfeld relativ zu den wärmezubehandelnden Gegenständen A verdreht, der Wärmebe handlungshalter 10 vorzugsweise so verdreht, dass die Gegen stände A immer in der Richtung des zusammengesetzten Magnet felds gehalten werden.

Die Temperatur wurde durch Thermoelemente am oberen, mittle ren und unteren Ende des Wärmebehandlungshalters 10 gemes sen, um eine PID-Regelung der Temperatur des elektrischen Heizers 5 auszuführen. Der Abdichtungsabschnitt 7 verfügt über einen Gaseinlass. Im oberen Abschnitt des Vakuumbehäl ters 6 ist ein mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbundener Evakuierauslass vorhanden, um das Innere des Vakuumbehälters 6 in einem Vakuumzustand zu halten. Wenn die wärmezubehandelnden Gegenstände A z. B. Substrate mit dünnen magnetischen Schichten sind, wird die Wärmebehandlung vor zugsweise bei Vakuumbedingungen von ungefähr 1 × 10^-5 - 1 × 10^-6 Pa ausgeführt. Der Gaseinlass ist mit einem Stickstoff gasbehälter verbunden, um, falls erforderlich, im Vakuumbe hälter 6 eine Inertatmosphäre zu erzeugen.

Wie es in der Fig. 2(b) dargestellt ist, wird die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 an eine Position verdreht, bei der das Magnetfeld im zentralen Loch 20 im We sentlichen Null beträgt. In den Schalen des Wärmebehand lungshalters 10 wird eine Anzahl von Wafersubstraten mit dünnen magnetischen Schichten, die durch Auflaminieren einer Anzahl ferromagnetischer Schichten über unmagnetische Iso lierschichten hergestellt wurden, angeordnet, und sie werden in den Vakuumbehälter 6 eingesetzt. Dabei wurden alle aufge schichteten Substrate so positioniert, dass ihr Zentrum im Wesentlichen mit dem Zentrum der inneren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe 1 und der äußeren, ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe 2 übereinstimmte.

Nachdem die Abdichtschraube 9 mit Innengewinde auf die Ab dichtschraube 8 mit Außengewinde aufgeschraubt worden war, um den Vakuumbehälter 6 gasdicht zu machen, wurde dieser durch eine Vakuumpumpe auf ein Vakuum von 1 × 10^-5 - 1 × 10^-6 Pa evakuiert. Während die Relativpositionen der Wafer substrate und der inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 1 fixiert blieben, wurde nur die äußere, ringför mige Permanentmagnet-Baugruppe 2 verdreht. Wie es in der Fig. 2(c) dargestellt ist, wurde die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 um einen Winkel α in Bezug auf die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 ver dreht, um dadurch ein zusammengesetztes Magnetfeld mit ge wünschter Stärke im zentralen Loch 20 zu erzeugen.

Während Kühlwasser durch die Kühlleitung 4 strömte, wurden die Wafersubstrate durch den elektrischen Heizer 5 mit einer Geschwindigkeit von 5°C/Min. erwärmt. Nachdem die Temperatur für 30-60 Minuten auf 300°C ± 3% gehalten worden war, wurde sie im Vakuumbehälter 6 mit einer Geschwindigkeit von 2°C/-Min. abgesenkt. Wenn die Temperatur der Wafer 150°C oder weniger erreicht hatte, wurde der Winkel α der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 zur inneren, ring förmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 erneut so eingestellt, wie es in der Fig. 2(b) dargestellt ist, dass das Magnetfeld im Wesentlichen Null wurde.

Aus der Tabelle 1 wurde geklärt, dass das Magnetfeld im axialen Zentrum des zentralen Lochs 20 innerhalb von ± 5% im Wesentlichen gleichmäßig war. Wie es in der Fig. 7 darge stellt ist, wurde im Bereich vom Zentrum der beiden ringför migen Magnetkreise bis zu ± 80 mm in der axialen Länge von 420 mm, über die die Wafersubstrate angeordnet waren, eine gleichmäßige Magnetfeldstärke von 10% oder weniger erzielt. Der Magnetfeld-Neigungswinkel lag an jeder Messposition in nerhalb von 2°. Aus Wafersubstraten, die in einem derartigen Magnetfeld wärmebehandelt worden waren, hergestellte Magnet köpfe zeigten gute magnetische Eigenschaften bei einem Man gelanteil 0.

Das Streumagnetfeld an einer Position 350 mm entfernt von der Endfläche des Magnetkreises in der axialen Richtung hat den kleinen Wert von 10 mT oder weniger, und das Streumag netfeld einer Position 1 m entfernt von der Seitenfläche des Magnetkreises hat den kleinen Wert von 1 mT oder weniger.

Tabelle 1

Beispiel 2

Eine Wärmebehandlung wurde in einem Magnetfeld auf dieselbe wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme ausgeführt, dass die axialen Längen einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 2A und einer inneren, ringförmigen Permanentmag net-Baugruppe 1A, wie in der Fig. 3 dargestellt, geändert wurde und verhindert wurde, dass sich die Wafersubstrate mit der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1A tre ten. Jede ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe bestand aus drei Arten fächerförmiger Permanentmagnet-Segmente mit ver schiedenen Magnetisierungsrichtungen, die mit der Anzahl zwölf in der Umfangsrichtung angeordnet waren. Jedes Perma nentmagnet-Segment hatte dieselbe Magnetisierungsrichtung, wie in der Fig. 2 dargestellt.

Bei einem Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld für Wafersub strate von 8 Zoll hatte die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe 1A einen Innendurchmesser D₀ von 360 mm und einen Außendurchmesser D₁ von 560 mm. Die äußere, ringförmi ge Permanentmagnet-Baugruppe 2A hatte einen Außendurchmesser D₂ von 1100 mm. Die innere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe 1A hatte eine axiale Länge H₁ von 420 mm, und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2A hatte eine axiale Länge H₂ von 500 mm.

Wie es in der Tabelle 2 dargestellt ist, wurde im zentralen Loch 20 eine gleichmäßige Magnetfeldstärke von ± 5% oder weniger erzielt. Eine Messung der Variationen der Magnet feldstärke zeigte, dass in einem Bereich von ± 80 mm vom axialen Zentrum der inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 1A mit einer Länge von 420 mm eine gleichmäßige Magnetfeldstärke innerhalb von ± 5% erzielt wurde. Es ist bevorzugt, die Wafersubstrate in diesem Bereich zu platzie ren. Wenn die Wafersubstrate außerhalb dieses Bereichs auf genommen werden, weisen von den Wafersubstraten erhaltene Magnetköpfe beeinträchtigte Eigenschaften wegen geringer Gleichmäßigkeit in einem Magnetfeld auf. Der Neigungswinkel des Magnetfelds lag an jeder Messposition innerhalb von 2°. Magnetköpfe, die aus den Wafersubstraten hergestellt wurden, die in einem Magnetfeld bei diesem Beispiel wärmebehandelt worden waren, zeigten gute magnetische Eigenschaften, mit einem Mängelanteil 0. Wenn das Magnetfeld auf im Wesentli chen 0 herabgesetzt wurde, ohne dass die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1a und die Wafersubstrate verdreht wurden, wobei ein Zustand vorlag, in dem die Temperatur der Wafer 50°C oder weniger nach der Wärmebehandlung betrug, zeigten die sich ergebenden Magnetköpfe gutes Funktionsver mögen.

Obwohl die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe beim Beispiel 2 in der axialen Richtung ungefähr 19% länger und in der radialen Richtung ungefähr 10% kürzer als beim Beispiel 1 ist, ist das Gewicht der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe beim Beispiel 2 geringer als beim Beispiel 1. Demgemäß weist die Magnetfeld-Erzeugungseinrich tung beim Beispiel 2 eine kleinere Installationsfläche bei längerem Bereich mit gleichmäßigem Magnetfeld als beim Bei spiel 1 auf.

Tabelle 2

Vergleichsbeispiel 1

Ein Wärmebehandlungsversuch wurde in einem Magnetfeld auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme ausge führt, dass ein Heizer 5 außerhalb beider ringförmiger Per manentmagnet-Baugruppen 1, 2 in axialer Richtung angeordnet wurde. An jeder Position des Wärmebehandlungshalters 10 be stand Ungleichmäßigkeit der Temperaturverteilung, was zu einer Ungleichmäßigkeit der magnetischen Eigenschaften jedes Magnetkopfs führte.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Wärmebehandlungsversuch wurde in einem Magnetfeld auf dieselbe Weise wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme ausge führt, dass die Kühleinrichtung 3 weggelassen wurde. Obwohl an jeder Position des Wärmebehandlungshalters 10 keine Un gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung bestand, wurden die Permanentmagnete der inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 1 durch Wärme während der Wärmebehandlung entmag netisiert, wodurch keine ausreichende Magnetfeldstärke er zielt werden könnte.

Beispiel 3

Es wurde wie beim Beispiel 1 ein Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld mit einer inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 1 und einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 2 aus jeweils zwölf Permanentmagnet-Segmenten mit Magnetisierungsrichtungen, wie sie in der Fig. 2 dargestellt sind, verwendet. Die innere, ringförmige Permanentmagnet- Baugruppe 1 wies einen Innendurchmesser D₀ von 360 mm und einen Außendurchmesser D₁ von 560 mm auf. Die äußere, ring förmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 wies einen Außendurch messer D₂ von 1100 mm auf. Beide ringförmigen Permanentmag net-Baugruppen 1, 2 hatten eine axiale Länge (Höhe) H von 420 mm.

Die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 wies ein mit einem Zahnrad an der Unterseite versehenes Gehäuse 11 auf, so dass sie in Bezug auf die äußere, ringförmige Perma nentmagnet-Baugruppe 2 und die Wafersubstrate durch einen Motor verdrehbar war. Demgemäß änderte sich die Relativposi tion der Wafersubstrate zur inneren, ringförmigen Permanent magnet-Baugruppe 1. Dieses Beispiel entspricht in anderen Punkten dem Beispiel 1.

Das Magnetfeld im zentralen Loch 20 war dasselbe, wie es in der Tabelle 2 angegeben ist, mit einer gleichmäßigen Stärke von ± 5% oder weniger im axialen Zentrum. Die Messung der Variation der Magnetfeldstärke entlang der axialen Länge H zeigte, dass in einem Bereich von ± 80 mm ausgehend vom Zentrum der axialen Länge H eine gleichmäßige Magnetfeld stärke von ± 5% oder weniger vorlag. Der Neigungswinkel des Magnetfelds lag an jeder Messposition innerhalb von 2°. Mag netköpfe, die aus Wafersubstraten hergestellt wurden, die in einem Magnetfeld gemäß diesem Beispiel wärmebehandelt worden waren, zeigten gute magnetische Eigenschaften auf, die je doch geringer als die bei den Beispielen 1 und 2 waren.

Beispiel 4

Die Fig. 4 zeigt ein anderes Beispiel einer Kombination aus einer inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1B und einer äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2B. Die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2B weist eine geringere axiale Länge (Höhe) als die innere, ringför mige Permanentmagnet-Baugruppe 1B auf. Bei der Ausführungs form der Fig. 5 weist die äußere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe 2C eine geringere axiale Länge (Höhe) als die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1C auf, und die innere und die äußere Permanentmagnet-Baugruppe 1C, 2C weisen eins axiale Länge auf, die in radialer Richtung nach außen allmählich kleiner wird. Durch diese Struktur kann das Streumagnetfeld in axialer Richtung verringert werden. Da durch können die ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppen kleiner und leichter gemacht werden, was zu einem kürzeren Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld führt.

Die Fig. 6(a) zeigt ein Installationsbeispiel, bei dem eine äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 um einen Ab stand ΔL in axialer Richtung weiter entfernt von einer War teposition von Wafern A, als wärmezubehandelnden Gegenstän den, als eine innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 entfernt ist. Die innere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe 2 weisen dieselbe axiale Länge L auf.

Die Fig. 6(b) zeigt ein Beispiel wie die Fig. 6(a), bei dem eine äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 um ΔL von einer Warteposition von Wafern A entfernt ist und die axiale Länge L₂ der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe 2 kleiner als die axiale Länge L₁ einer inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 1 ist. Für eine inne re, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe mit einer axialen Länge L₁ von 1000 mm und eine äußere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe mit einer axialen Länge L₂ von 600 mm, 800 mm bzw. 1000 mm wurden die Magnetflussdichte im zentralen Loch 20 und die Streumagnetflussdichte an einer Position 150 mm entfernt von der Endfläche der ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe in axialer Richtung durch Simulation berechnet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 angegeben. Das zentrale Loch 20 wies einen Innendurchmesser von 300 mm auf, die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 1 wies einen Außendurchmesser D₁ von 450 mm auf, und die äuße re, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe wies einen Außen durchmesser D₂ von 670 mm auf.

Tabelle 3

Aus der Tabelle 3 ist es deutlich, dass zwar das Streumag netfeld ungefähr 0,14 T betrug, wenn beide ringförmige Per manentmagnet-Baugruppen 1, 2 dieselbe axiale Länge aufwie sen, dass jedoch das Streumagnetfeld 0,1 T oder weniger, nämlich eine Verringerung auf 35% oder weniger, aufwies, wenn die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 eine Länge von 800 mm oder weniger aufwies. Auch war das Streumagnetfeld weiter verringert, wenn die äußere, ringför mige Permanentmagnet-Baugruppe 2 eine Länge von 600 mm auf wies. Die Magnetflussdichte im Zentrum des zentralen Lochs 20 war nur um weniger als 3% kleiner, wenn die Länge der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe 2 800 mm statt 1000 mm betrug. Dies zeigt, dass die Länge der äuße ren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe das Niveau des Streumagnetfelds beeinflusst. Wenn es erwünscht ist, das Streumagnetfeld in axialer Richtung zu verringern, wie es in der Fig. 6(c) dargestellt ist, ist es bevorzugt, dass die unteren Enden der inneren und der äußeren ringförmigen Per manentmagnet-Baugruppe 1, 2 ausgerichtet sind und dass das obere Ende der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe 1 an der Endfläche 1 in axialer Richtung um einen Abstand ΔL niedriger als das der liegt.

Wenn der Innendurchmesser der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe 1 zunimmt, wird es schwierig, jedes Permanentmagnet-Segment des Magnetkreises durch ein Perma nentmagnet-Stück zu bilden. Daher wird jedes Permanentmag net-Segment vorzugsweise dadurch aufgebaut, dass mehrere Permanentmagnet-Stücke kombiniert werden. Ein Beispiel von Permanentmagnet-Segmenten für den ringförmigen Magnetkreis ist in der Fig. 10 dargestellt. Obwohl ein Permanentmagnet- Segment bei diesem Beispiel aus drei in radialer Richtung angeordneten Permanentmagnet-Stücken besteht, werden im All gemeinen zwei oder mehr Permanentmagnet-Stücke verwendet. Jedes Permanentmagnet-Stück auf der Innenseite verfügt über einen Außenradius Ra und eine axiale Länge La, jedes Perma nentmagnet-Stück in der Mitte verfügt über einen Innenradius Ra, einen Außenradius Rb und eine axiale Länge Lb, und jedes Permanentmagnet-Stück an der Außenseite verfügt über einen Innenradius Rb, einen Außenradius Rc und eine axiale Länge Lc. Die axialen Längen, der Permanentmagnet-Stücke genügen der Bedingung La < Lb < Lc, so dass sie schrittweise nach außen hin kürzer werden.

Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel für ein Permanentmagnet-Seg ment aus ersten Permanentmagnet-Stücken 41 und zweiten Per manentmagnet-Stücken 42 in Kombination. Beim dargestellten Beispiel bestehen die ersten und zweiten Permanentmagnet- Stücke 41, 42 jeweils aus Kombinationen zweier Stücke, wobei die Kombination jedoch Stücke mit ungerader Zahl enthalten kann. Der Pfeil in der Figur kennzeichnet die Magnetisie rungsrichtung jedes Permanentmagnet-Segments.

Im Fall eines kleinen Permanentmagnet-Segments kann dieses aus einem Permanentmagnet-Stück bestehen. Um das Streumag netfeld zu verringern, verfügt, wie es in den Fig. 12(a) und (b) dargestellt ist, der Permanentmagnet vorzugsweise über z. B. im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt in der axialen Richtung.

Obwohl bei jedem der obigen Beispiele eine Kombination von drei Arten von Permanentmagneten mit verschiedenen Magneti sierungsrichtungen dazu verwendet ist, die innere, ringför mige Permanentmagnet-Baugruppe 1 und die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe 2 aufzubauen, können zwei Arten von Permanentmagneten 43, 44 mit verschiedenen Magnetisie rungsrichtungen dazu verwendet werden, den Magnetkreis auf zubauen, wie es in der Fig. 13 dargestellt ist. Jede ring förmige Permanentmagnet-Baugruppe 1, 2 verfügt vorzugsweise über acht oder mehr Permanentmagnet-Segmente am Umfang. Für eine ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe mit einem Innen durchmesser von 120 mm und einem Außendurchmesser von 200 mm wurde das Magnetfeld (T) im zugehörigen zentralen Loch ge messen. Die Fig. 14 zeigt die Beziehung zwischen der axialen Länge (mm) der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe und dem Magnetfeld (T) (Magnetflussdichte im Zentrum des zentra len Lochs). Aus der Fig. 14 ist es ersichtlich, dass das Magnetfeld im zentralen Loch 20 um ungefähr 5% größer war, wenn die Anzahl der Permanentmagnet-Segmente am Umfang 12 statt 8 betrug.

Obwohl hier der Begriff "Wärmebehandlung in einem Magnet feld" verwendet wird, sei darauf hingewiesen, dass diese Wärmebehandlung als Temperung bezeichnet werden kann.

Da beim erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen mit Magnet feld ein gleichmäßiges, paralleles Magnetfeld an eine Anzahl wärmezubehandelnder Gegenstände, wie Substrate mit dünnen magnetischen Schichten, angelegt werden kann, zeigen die wärmebehandelten Substrate mit dünnen magnetischen Schichten gleichmäßige und stabile Qualität. Es ist auch möglich, die Stärke eines Magnetfelds zu kontrollieren, das im zentralen Loch an wärmezubehandelnde Gegenstände angelegt wird. Da der erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld nur unter einem kleinen Streumagnetfeld leidet, ist keine magne tische Abschirmung erforderlich, wodurch die Gesamtvorrich tung kleiner wird. Außerdem ist es, da keine elektrische Energie zum Erzeugen eines Magnetfelds erforderlich ist, nicht nur möglich, die Installations- und Betriebskosten zu senken, sondern es besteht auch kein Problem einer Wärmeer zeugung in einer Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds.

Durch die im zentralen Loch der inneren, ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe angeordnete Kühleinrichtung muss nur Kühlwasser mit einer Menge fließen, die dafür sorgt, dass es zu keiner Beeinträchtigung der Eigenschaften von Permanent magneten durch die Wärmebehandlungstemperatur kommt. Daher kann der erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen mit Magnet feld mit geringen Kosten betrieben werden.

Claims

1. Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld mit (a) einer Mag netfeld-Erzeugungseinrichtung aus einer ringförmigen Perma nentmagnet-Baugruppe mit einer Anzahl von Permanentmagnet- Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisie rungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass ein magnetischer Fluss in einer Durchmesserrichtung existiert; und (b) einer in einem zentralen Loch der ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe angeordneten Wärmebehandlungseinrichtung mit einer Kühleinrichtung, einer Heizeinrichtung und einem Wärmebe handlungsbehälter zum Aufnehmen eines Wärmebehandlungshal ters zum Aufnehmen mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände in dieser Reihenfolge von außen her.

2. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach Anspruch 1, bei dem der Wärmebehandlungsbehälter ein Vakuumbehälter ist.

3. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kühleinrichtung eine Kühlleitung, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, und eine Wärmesenke platte aufweist, die außerhalb der Kühlleitung und innerhalb der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeord net ist.

4. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem das axiale Zentrum des Magnetfelds der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum einer Anordnung mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände, die im Wärmebehandlungsbehälter aufgenommen sind, übereinstimmt.

5. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem, die ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe einen Innendurchmesser von 120 mm oder mehr, einen Außendurchmesser von 300 mm oder mehr und eine axiale Länge von 100 mm oder mehr aufweist.

6. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 1-5, bei dem die ringförmige Permanentmagnet-Bau gruppe in radialer Richtung nach außen eine kürzere axiale Länge aufweist.

7. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 1-6, bei dem jedes die ringförmige Permanentmag net-Baugruppe bildende Permanentmagnet-Segment eine magneti sche Restflussdichte von 1,1 T oder mehr und eine Koerzitiv feldstärke von 1114 kA/m (14 kOe) oder mehr aufweist.

8. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 1-7, bei dem die axiale Länge H₁ und der Außen durchmesser D₂ der ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe der Bedingung 2 ≦ D₂/H₁ ≦ 10 genügen.

9. Wärmebehandlungsofen mit Magnetfeld mit (a) einer Mag netfeld-Erzeugungseinrichtung aus einer äußeren, ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe mit mehreren Permanentmagnet- Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisie rungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durch messerrichtung ein Magnetfluss vorliegt, und einer innerhalb der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeord neten inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit einer Anzahl Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vor liegt; und (b) einer in einem zentralen Loch der ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe angeordneten Wärmebehandlungs einrichtung mit einer Kühleinrichtung, einer Heizeinrichtung und einem Wärmebehandlungsbehälter zum Aufnehmen eines Wär mebehandlungshalters zum Aufnehmen mehrerer wärmezubehan delnder Gegenstände in dieser Reihenfolge von außen her.

10. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach Anspruch 9, bei dem der Wärmebehandlungsbehälter ein Vakuumbehälter ist.

11. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die Kühleinrichtung eine Kühlleitung, durch die eine Kühlflüssigkeit fließt, und eine Wärmesenke platte aufweist, die außerhalb der Kühlleitung und innerhalb der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeord net ist.

12. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-11, bei dem das axiale Zentrum des Magnetfelds der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum einer Anordnung mehrerer wärmezubehandelnder Gegenstände, die im Wärmebehandlungsbehälter aufgenommen sind, übereinstimmt.

13. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-12, bei dem die Richtung der inneren, ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe zu den wärmezubehandelnden Gegenständen nicht veränderbar ist, während die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe relativ zur inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe verdrehbar ist.

14. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-13, bei dem die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe und die äußere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe relativ zueinander verdrehbar sind, so dass das Magnetfeld im zentralen Loch im Bereich von 0-2 T verän derbar ist.

15. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-14, bei dem die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe einen Innendurchmesser von 120 mm oder mehr aufweist, die äußere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe einen Außendurchmesser von 300 mm oder mehr aufweist und die innere, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe oder die äuße re, ringförmige Permanentmagnet-Baugruppe eine axiale Länge von 100 mm oder mehr aufweist.

16. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-15, bei dem die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe und die äußere, ringförmige Permanentmag net-Baugruppe verschiedene axiale Längen aufweisen.

17. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-16, bei dem die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe und/oder die äußere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe in radialer Richtung nach außen eine kürze re axiale Länge aufweisen.

18. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-17, bei dem jedes die äußere, ringförmige Perma nentmagnet-Baugruppe und die innere, ringförmige Permanent magnet-Baugruppe bildende Permanentmagnet-Segment eine mag netische Restflussdichte von 1,1 T oder mehr und eine Koer zitivfeldstärke von 1114 kA/m (14 kOe) oder mehr aufweist.

19. Wärmebehandlungsverfahren mit Magnetfeld nach einem der Ansprüche 9-18, bei dem die axiale Länge H₁ der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe und, der Außendurch messer D₂ der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugrup pe der Bedingung 2 ≦ D₂/H₁ ≦ 10 genügen.

20. Verfahren zur gleichzeitigen Wärmebehandlung einer An zahl von Gegenständen in einem Magnetfeld unter Verwendung eines Wärmebehandlungsofens mit Magnetfeld mit (a) einer Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung aus einer äußeren, ringför migen Permanentmagnet-Baugruppe mit mehreren Permanentmag net-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre Magnetisie rungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durch messerrichtung ein Magnetfluss vorliegt, und einer innerhalb der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe angeord neten inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe mit einer Anzahl Permanentmagnet-Segmenten, die so kombiniert sind, dass ihre. Magnetisierungsrichtungen so ausgerichtet sind, dass in einer Durchmesserrichtung ein Magnetfluss vor liegt; und (b) einer in einem zentralen Loch der ringförmi gen Permanentmagnet-Baugruppe angeordneten Wärmebehandlungs einrichtung mit einer Kühleinrichtung, einer Heizeinrichtung und einem Wärmebehandlungsbehälter zum Aufnehmen eines Wär mebehandlungshalters zum Aufnehmen mehrerer wärmezubehan delnder Gegenstände in dieser Reihenfolge von außen her, wo bei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (1) Ein führen eines Wärmebehandlungshalters, an dem eine Anzahl der wärmezubehandelnden Gegenstände platziert ist, in den Wärme behandlungsbehälter bei einer Relativrotationsposition der inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe, bei der das radiale Magnetfeld im zentralen Loch im Wesentlichen Null ist; (2) Wärmebehandeln der Gegenstände im genannten Wärme behandlungsbehälter durch die Heizeinrichtung, während die Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung durch die Kühleinrichtung gekühlt wird, in einem Zustand, in dem durch Verdrehen der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe in Bezug zur inneren, ringförmigen Permanentmagnet-Baugruppe dafür ge sorgt ist, dass im zentralen Loch ein vorbestimmtes Magnet feld existiert; und (3) Entnehmen, nach Abschluss der Wärme behandlung der Gegenstände, einer Anzahl wärmebehandelter Gegenstände aus dem Wärmebehandlungsbehälter, wobei eine Relativposition der inneren, ringförmigen Permanentmagnet- Baugruppe und der äußeren, ringförmigen Permanentmagnet-Bau gruppe vorliegt, bei der das radiale Magnetfeld im zentralen Loch im Wesentlichen Null ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem der wärmezubehan delnde Gegenstand ein Wafersubstrat mit einer dünnen magne tischen Schicht auf der Oberfläche ist.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, bei dem eine Anord nung der wärmezubehandelnden Gegenstände im Wärmebehand lungsbehälter an einer Position aufgenommen wird, an der das axiale Zentrum einer Anordnung einer Anzahl wärmezubehan delnder Gegenstände im Wesentlichen mit dem axialen Zentrum des Magnetfelds der Magnetfeld-Erzeugungseinrichtung über einstimmt.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20-22, bei dem die Wärmebehandlung dann ausgeführt wird, wenn sich der Wärmebe handlungsbehälter im Wesentlichen in einem Vakuumzustand be findet.