JP2004211167A

JP2004211167A - 磁場中熱処理装置

Info

Publication number: JP2004211167A
Application number: JP2003000338A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hayashi; 征治林; Ryoichi Hirose; 量一広瀬; Shinichi Fukumizu; 伸一福水
Original assignee: Japan Superconductor Technology Inc
Current assignee: Japan Superconductor Technology Inc
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-06
Also published as: JP3862660B2

Abstract

【課題】高品質の半導体素子を製造でき且つ小型化の可能な磁場中熱処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の磁場中熱処理装置は、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）の加熱手段（６）を配置してなるものであり、該熱処理炉（３）内にウエーハ搬送装置（５）を配置して連続的にウエーハの熱処理を可能としている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【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（ＭａｇｎｅｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）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

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）を配置してなることを特徴とする磁場中熱処理装置
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請求項１に記載の磁場中熱処理装置
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２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乃至３のいずれか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４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５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６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７のいずれか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８のいずれか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９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１０のいずれか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１０のいずれか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１０のいずれかに記載の磁場中熱処理装置