JP7173973B2 - 電磁石アセンブリの製造方法 - Google Patents

Description

下記の説明は電磁石アセンブリの製造方法に関し、例えば、マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法に関する。

スパッタリング装置は、例えば、半導体、ＦＰＤ（ＬＣＤ、ＯＬＥＤなど）又は太陽電池を製造するとき基板上に薄膜を蒸着する装置である。また、スパッタリング装置は、ロールツーロール（ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ）装置にも使用することができる。

スパッタリング装置のうちの１つであるマグネトロンスパッタリング（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）装置は、大面積の基板上に薄膜を蒸着するためにインライン又はクラスタシステムを用いる。インライン及びクラスタシステムは、ロードチャンバーとアンロードチャンバーとの間に複数の処理チャンバーが設けられ、ロードチャンバーにロードされた基板が複数の処理チャンバーを通過しながら連続的な工程を行う。このようなインライン及びクラスタシステムでスパッタリング装置は、少なくとも１つの処理チャンバー内に設けられ、磁石ユニットが一定の離隔を置いて設けられる。

ところが、磁石ユニットによる固定的な磁場が存在するため、ターゲットの表面の侵食は、電場及び磁場によるプラズマ密度によって決定される。特に、磁石ユニットの縁部、すなわち、長手方向の少なくとも一端部に近い領域にグラウンド電位が印加されるため、基板の縁部のプラズマ密度が他の領域に比べて大きく、それによりターゲットの縁部が他の領域に比べてスパッタリング速度が速くなる。したがって、基板上に蒸着される薄膜の厚さ分布が均一ではなく、膜質分布が低下するという問題があり、プラズマの密度差によるターゲットの特定部分の過度な侵食によるターゲットの効率減少といった問題を発生する。

このような問題を解決するために、縁部の厚さが中央部の厚さよりも厚いターゲットを用いる方法がある。このようなターゲットを製造するためには、平面ターゲットの中央部を研磨して厚さを薄くするなど、追加的な工程を用いて平面ターゲットを必ず加工する必要がある。しかし、これは平面ターゲットを加工することによって材料の損失が発生し、追加的な工程によりコストが発生するといった問題がある。また、ターゲットを加工する過程でターゲットが損傷するなどの問題も生じる恐れがある。

問題を解決するための異なる方法として、シャント（ｓｈｕｎｔ）などを用いてターゲットの表面の磁場強度を調整する方法、距離調整手段を用いて磁石とターゲットとの間の距離を調整する方法、又は、磁石の縁部位置にＺ軸モータを追加する方法などが挙げられる。しかし、このような方法は全て製造コストが増加し、手作業で磁場強度を調整しなければならず、磁場強度の調整が局所的に行われないために、数回の繰り返し作業が求められ、作業時間が多くかかるなどの問題がある。

更なる方法として、永久磁石及びそれに取り巻かれる導線によって形成されるコイルを用いて局所的に磁場を調整する構造を提供することができる。この場合、強い磁場を発生させるためには、導線を多く巻いてコイルを通過する電流の量を増加させて磁場を増加させることができるが、このような方法は、製品の大きさに限定される分野では使用し難い問題がある。また、導線に通過する電流を増加させて電流の量を増加させる方法を用いることができるが、多くの電流量により発生する熱を解消しなければならない問題がある。例えば、高い熱によって永久磁石の磁性が減少したり、永久磁石が付着した鉄板が曲がる問題などが発生する恐れがある。このような問題を解決するために、水、油、又は空気のような流体を冷媒として用いるが、水の高電流電磁石で発生し得る感電の危険性があり、油は、真空環境で動作する装置を汚染させる問題を引き起し、空気の場合は、熱容量が小さくて十分な熱を排出させることが難しいという問題がある。また、熱電素子又はヒートパイプなどの放熱構造体を用いて熱を除去できるが、この場合、構成が複雑になって全体装置の体積及び製造コストが増加する問題があり、また、形状が一定でないコイルと放熱構造体との間でほとんど線接触又は点接触が行われるため、接触面積の限界を克服できない問題がある。

前述した背景技術は、発明者が本発明の導出過程で保有したり習得したものであって、必ず本発明の出願前に一般公衆に公開された公知技術とはいえない。

一実施形態の目的は、熱を効率よく放出させながら、高い磁力を有し得る電磁石アセンブリの製造方法を提供することにある。

一実施形態の目的は、局所的に磁場を調整することのできるマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法を提供することにある。

一実施形態によれば、電磁石アセンブリの製造方法は、突出部及び前記突出部を取り囲む枠部を含むフレームを備えるステップと、前記突出部の外周面に前記突出部を囲むようにコイルを配置させるステップと、常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を加熱させて液体状態に変化させるステップと、前記液体状態の熱伝導物質を前記突出部と前記枠部との間の空間に充填させるステップと、前記充填させるステップの後に行われ、前記コイルの中央に永久磁石を配置させるステップとを含む。

前記電磁石アセンブリの製造方法は、前記充填させるステップの後及び前記永久磁石を配置させるステップの前に行われ、前記液体状態の熱伝導物質が固体状態になるように冷却させることによって熱伝導媒介体を生成するステップをさらに含み得る。

前記熱伝導媒介体が占めている体積は、前記永久磁石と前記枠部との間の空間の１／２以下であり得る。

前記熱伝導物質は、溶融点が１００度～４００度である低融点の金属であり得る。

前記熱伝導物質は、インジウム、鉛、及びプラスチック系の熱伝導媒介体のいずれか１つ以上からなり得る。

前記枠部は、非磁性の放熱材料で形成され得る。

前記永久磁石は、ネオジウム及びフェライトのいずれか１つ以上の材質から形成され得る。

前記電磁石アセンブリの製造方法は、前記充填させるステップの前又は前記充填させるステップと同時に行われ、前記フレームを加熱させるステップをさらに含み得る。

前記コイルを配置させるステップは、予め備えられたコイルを前記突出部の外周面に挟むステップを含み得る。

前記突出部の内部には、前記永久磁石を収容するための永久磁石収容空間が形成され得る。

前記フレームは、アルミニウム又は銅材質を用いて一体に形成され得る。

前記フレームは、前記枠部を含む枠フレームと、前記突出部を含み、前記枠フレームから分離可能なモールド用フレームを含み得る。

前記フレームを備えるステップは、前記枠フレームに前記モールド用フレームを結合するステップを含み、前記電磁石アセンブリの製造方法は、前記充填させるステップの後及び前記永久磁石を配置させるステップの前に行われる、前記モールド用フレームを前記枠フレームから除去するステップをさらに含み得る。

前記電磁石アセンブリは、前記コイルから発生する熱を吸収して外部に放出する冷媒を案内するための冷媒流路を含み得る。

一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法は、突出部及び前記突出部を取り囲む枠部を含むフレームを備えるステップと、前記突出部を外周面に前記突出部を囲むようにコイルを配置させるステップと、常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を２００度以下の温度で加熱させて液体状態に変化させるステップと、前記液体状態の熱伝導物質を前記突出部と前記枠部との間の空間に充填させるステップと、前記コイルの中央にフェライト材質の永久磁石を配置させるステップとを含む。

一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法は、複数の突出部及び前記複数の突出部を取り囲む枠部を含むフレームを備えるステップと、前記複数の突出部のそれぞれに複数のコイルをそれぞれ配置させるステップと、常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を加熱させて液体状態に変化させるステップと、前記液体状態の熱伝導物質を前記複数の突出部と前記枠部との間の空間に充填させるステップと、前記充填させるステップの後に行われ、前記複数のコイルのそれぞれの中央に複数の永久磁石をそれぞれ配置させるステップとを含む。

前記複数の永久磁石をそれぞれ配置させるステップは、前記複数の永久磁石のうち少なくとも一部の隣接する２つの永久磁石が極性が互いに反対になるよう配置させるステップを含み得る。

前記マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリは、前記隣接する２つの永久磁石が付着され、前記隣接する２つの永久磁石の間に磁気力線が効率よく形成されるようにする伝導体を含み得る。

前記複数の永久磁石のうち両側の枠部に位置する永久磁石の大きさは、中央に位置する永久磁石の大きさよりも小さくてもよい。

前記複数のコイルのうち両側の枠部に位置するコイルの巻取り数は、中央に位置するコイルの巻取り数よりも少なくてもよい。

一実施形態によれば、冷却手段を形成する過程で永久磁石に熱が加えられないため、熱によって永久磁石の磁力が減少する問題を防止できるとともに、電磁石を効率よく冷却させることができる。

一実施形態によれば、マグネトロンスパッタリング装置用電磁石の各部分で発生する磁場の強度を相違にすることができるため、ターゲットの局所的な過度侵食を防止することができ、結果的に、ターゲットの寿命を延長させることでスパッタリング装置のメンテナンスの費用を節減することができる。

一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概念図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの斜視図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの分解斜視図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示す図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示す図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示す図である。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。

以下、添付する図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。しかし、実施形態には様々な変更が加えられ、特許出願の権利範囲がこのような実施形態によって制限されたり限定されることはない。実施形態に対する全ての変更、均等物ないし代替物が権利範囲に含まれるものとして理解されなければならない。

本明細書で用いた用語は、単に特定の実施形態を説明するために用いられるものであって、本発明を限定しようとする意図はない。単数の表現は、文脈上、明白に異なる意味をもたない限り複数の表現を含む。本明細書において、「含む」又は「有する」等の用語は明細書上に記載した特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品又はこれらを組み合わせたものが存在することを示すものであって、１つ又はそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部品、又はこれを組み合わせたものなどの存在又は付加の可能性を予め排除しないものとして理解しなければならない。

異なる定義がされない限り、技術的であるか又は科学的な用語を含むここで用いる全ての用語は、本実施形態が属する技術分野で通常の知識を有する者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。一般的に用いられる予め定義された用語は、関連技術の文脈上で有する意味と一致する意味を有するものと解釈すべきであって、本明細書で明白に定義しない限り、理想的又は過度に形式的な意味として解釈されることはない。

また、添付図面を参照して説明することにおいて、図面符号に関係なく同じ構成要素は同じ参照符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。実施形態の説明において関連する公知技術に対する具体的な説明が実施形態の要旨を不要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

図１は、一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置の概念図である。

図１を参照すると、一実施形態に係るマグネトロンスパッタリング装置１は、真空状態のチャンバー内にガスを注入してプラズマを生成させ、イオン化されたガス粒子を蒸着しようとするターゲット物質を含むターゲットＴに衝突させた後、衝突によってスパッタリングされた粒子を基板などの対象体Ｏに蒸着させる技術を用いる。マグネトロンスパッタリング装置１は、相対的に低温で薄膜を製造し、電場によって加速されたイオンが基板に緻密に蒸着して蒸着速度が速いという長所を有する。

マグネトロンスパッタリング装置１は、ターゲットＴに磁気力線を形成するために電磁石アセンブリ１１を含む。電磁石アセンブリ１１は、対象体Ｏに対向してターゲットＴの後方に配置される。すなわち、ターゲットＴの前方（図１を基準として右側）に対象体Ｏが配置され、ターゲットＴの後方（図１を基準として左側）に電磁石アセンブリ１１が配置される。

電磁石アセンブリ１１は、磁場を生成するための磁場生成部Ｍと、磁場生成部Ｍで発生する熱を吸収し、外部に排出する冷媒を案内するための冷媒流入ラインＬ＿ｉｎ及び冷媒吐出ラインＬ＿ｏｕｔを含む。電磁石アセンブリ１１について以下で例示的に説明する。一方、以下で記載される電磁石アセンブリ１１は、マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリにのみ限定されることはないことを明らかにする。

図２は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの斜視図であり、図３は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの分解斜視図である。

図２及び図３を参照すると、一実施形態に係る電磁石アセンブリ２１は、磁場生成部Ｍ、放熱体２１３、熱伝導媒介体２１４、及び冷却プレート２１５を含む。

磁場生成部Ｍは、永久磁石２１１及び永久磁石２１１の周辺を取り囲むように配置されるコイル２１２を含む。理解の便宜のために、コイル２１２に電源を印加する外部電源については省略したことを明らかにする。このような構造によると、コイル２１２の巻き取り回数を相違にしたり、コイル２１２に印加される電流又は電圧の大きさを制御することにより、磁場生成部Ｍで生成される磁場の大きさを調整することができる。また、永久磁石２１１によると、特定の値の磁場を発生させるために、コイル２１２に印加される電流又は電圧を過度に増加させる必要がないため、エネルギーを節約することができる。言い換えれば、コイル２１２に印加される電流又は電圧のレベルを低くすることで、コイル２１２によって発生する熱を減少させることができ、その結果、コイル２１２で発生する熱を外部に放出させるための冷却手段の冷却量を減らすことで設備を簡素化し、冷却のために消耗されるエネルギーを節約することで全体の電磁石アセンブリ２１のエネルギー効率を向上させることができる。

永久磁石２１１は、例えば、ネオジウム（Ｎｄ）又はフェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）から形成されてもよい。

一方、永久磁石は、高温の環境内で動作する場合、磁性が減少するという問題がある。特に、ネオジウム磁石の場合、通常、流通する磁石のうち極めて優れる磁気的な特性を有しているため、強い磁場を作ることは効率であるが、熱に弱い短所があり、略８０度以上の温度で永久的に磁性が減少する問題があり、コイル２１２によって生じる熱が十分に放出されるように設計する必要がある。図４、図９、及び図１０を参照して後述する電磁石アセンブリ２１の製造方法によると、このような問題を解消することができる。

一方、永久磁石２１１は、必ずネオジウム又はフェライトで形成される必要はなく、他の物質を用いて形成されてもよい。また、永久磁石２１１は、例えば、ネオジウム及びフェライトのいずれか１つ以上の材質から形成されてもよい。

コイル２１２は、例えば、絶縁物質でコーティングされた導線からなることで、コイル２１２に流れる電流が熱伝導媒介体２１４を介して外部に伝えられることを防止する。

放熱体２１３は、磁場生成部Ｍで発生する熱を外部に放出するための構造物であって、磁場生成部Ｍの少なくとも一側を支持する。例えば、放熱体２１３は、ボビン（ｂｏｂｂｉｎ）２１３２と、ボビン２１３２を囲む形状の枠部２１３１と、枠部２１３１とボビン２１３２との間に形成されてコイル２１２を収容するためのコイル収容空間２１３３と、ボビン２１３２の内部に形成されて永久磁石２１１を収容する永久磁石収容空間２１３４を含む。枠部２１３１は、例えば、熱伝導性の高い非磁性の放熱材料、例えば、アルミニウム又は銅などで形成されてもよい。例えば、枠部２１３１及びボビン２１３２を含む放熱体２１３は、一体に形成されてもよい。

一方、図４及び図５を参照して後述するように、放熱体２１３及びボビン２１３２はそれぞれ「フレーム」及び「突出部」と称してもよい。

また、一方、図６～図１０を参照して後述するように、臨時的なボビンとして働く突出部３１６２を含むモールド用フレーム３１６を利用すると、放熱体２１３でボビン２１３２が省略され得ることを明らかにする。

熱伝導媒介体２１４は、コイル２１２と枠部２１３１との間に空いている空間を埋める。導線を数回繰り返し巻き取ることによって製造されるコイル２１２の製造特性上、コイル２１２の形状を予め作られたコイル収容空間２１３３に正確に合わせて製造したり、予め作られたコイル２１２の形状に合わせてコイル収容空間２１３３を形成することは現実的に難しい。また、コイル２１２の形状が一定でないため、コイル２１２及び枠部２１３１を正確に面接触し難く、両者との間に複数の部分で線接触又は点接触されることにより、コイル２１２及び枠部２１３１の間には互いに離隔して空いている空間が形成された。熱伝導媒介体２１４は、このような空いている空間を埋める熱伝導性の高い物質から形成され、コイル２１２から放出される熱を枠部２１３１などに効率よく伝達することで、外部に放出されるようにする。例えば、熱伝導媒介体２１４を形成している熱伝導物質として、溶融点が１００度～４００度である低融点の金属が使用されてもよい。例えば、熱伝導物質は、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、及びプラスチック系の熱伝導媒介体のいずれか１つ以上に形成されてもよい。

熱伝導媒介体２１４は、コイル収容空間２１３３にコイル２１２が挿入された状態で、液体状態の熱伝導物質をコイル収容空間２１３３に充填させ、これを冷却することにより形成されることができる。

熱伝導媒介体２１４が占めている体積は、例えば、永久磁石２１１及び枠部２１３１の間の空間の１／２未満であってもよい。熱伝導媒介体２１４が占めている体積は、例えば、コイル収容空間２１３３の１／２未満であってもよい。このような構造によると、熱伝導性の優れた値高い熱伝導物質の使用を減らすことによって、熱伝導媒介体２１４の製造時間及び製造コストを節減させることができる。例えば、比較的に安いアルミニウムなどの材質からなる枠部２１３１を主な放熱手段として活用し、アルミニウムに比べて価格が略１００倍程度高いインジウムで形成された熱伝導媒介体２１４を補助的な放熱手段として活用することにより、全体の電磁石アセンブリ２１の製造時間及び製造単価を画期的に減らすことができる。

冷却プレート２１５は、放熱体２１３の一面に配置されてもよい。冷却プレート２１５は、冷媒流入ラインＬ＿ｉｎ及び冷媒吐出ラインＬ＿ｏｕｔにそれぞれ連通して冷媒を案内する冷媒流路２１５１を含む。冷媒流路２１５１に流れる冷媒は、コイル２１２で発生してコイル２１２から熱伝導媒介体２１４又は枠部２１３１などを介して伝えられる熱を吸収し、外部に放出させる。一方、冷却プレート２１５及び放熱体２１３は、一体に形成されてもよいことを明らかにする。

一方、マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリ２１の放熱体２１３は、複数のボビン２１３２と、複数のボビン２１３２を取り囲む枠部２１３１を含む。同様に、磁場生成部Ｍは、複数のボビン２１３２のそれぞれに配置される複数のコイル２１２と、複数のコイル２１２のそれぞれの中央に配置される複数の永久磁石２１１を含む。

例えば、図１及び図２に示すように、複数の永久磁石２１１のうち少なくとも一部の隣接する２つの永久磁石２１１は、極性が互いに反対になるよう配置される。また、マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリ２１は、隣接する２つの永久磁石２１１が付着する伝導体を含む。前記伝導体は、隣接する２つの永久磁石２１１の間に磁気力線が効率よく形成されるようにブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）として機能するため、磁場生成部Ｍの効率を向上させることができる。前記伝導体は、例えば、放熱体２１３の底面であるか、放熱体２１３の下部に配置される冷却プレート２１３であるか、放熱体２１３及び冷却プレート２１３の間に追加的に配置される別途の伝導体であってもよい。言い換えれば、放熱体２１３の下部又は冷却プレート２１３の上部は、伝導性物質から形成される。

マグネトロンスパッタリング装置１（図１参照）において、ターゲットＴの枠部分が迅速に消耗する傾向を考慮して、磁場生成部Ｍのうち枠に位置する部分の磁場の大きさは、中央に位置する部分の磁場の大きさよりも小さく形成する。例えば、複数の永久磁石２１１のうち、両側の枠部に位置する永久磁石２１１の大きさは、中央に位置する永久磁石２１１の大きさよりも小さくてもよい。異なる例として、複数のコイル２１２のうち、両側の枠部に位置するコイル２１２の巻取り数は、中央に位置するコイル２１２の巻取り数よりも少なくてもよい。このような構造によると、ターゲットＴの全領域が均一に消耗することができるため、ターゲットＴのライフサイクルを増大させることで、結果的に、マグネトロンスパッタリング装置１のメンテナンスの費用を削減させることができる。

図４は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。

図２～図４を参照すれば、一実施形態に係る電磁石アセンブリ２１の製造方法は、フレームを備えるステップＳ１１０、コイルを配置するステップＳ１２０、フレームを加熱するステップＳ１３０、熱伝導物質を加熱するステップＳ１４０、熱伝導物質を充填するステップＳ１５０、及び冷却するステップＳ１６０、永久磁石を配置するステップＳ１７０を含む。一方、反対となる記載がない限り、電磁石アセンブリ２１の製造方法において、各ステップの実行順序は制限されず、一部のステップが省略され得ることを明らかにする。

ステップＳ１１０は、突出部２１３２及び枠部２１３１を含むフレーム２１３を備えるステップであり、フレーム２１３は、例えば、アルミニウム又は銅などの材質を用いて一体に形成されてもよい。ここで、フレーム２１３及び突出部２１３２は、それぞれ図２及び図３を参照して前述した放熱体２１３及びボビン２１３２であると理解される。

ステップＳ１２０は、突出部２１３２の外周面に突出部２１３２を囲むようにコイル２１２を配置するステップであり、例えば、突出部２１３２の外周面に導線を巻くことによりコイル２１２を形成するステップを含む。異なる例として、予め備えられたコイル２１２を突出部２１３２の外周面に挟むステップを含んでもよい。

ステップＳ１３０は、フレーム２１３を加熱するステップであり、ステップＳ１５０以前又はステップＳ１５０と同時に実行されてもよい。例えば、フレーム２１３は、１５０度以上の温度で加熱されてもよい。このような方法によると、ステップＳ１５０を行う過程で、突出部２１３２及び枠部２１３１の間の空間のうち、コイル２１２が位置していない空いている空間で熱伝導物質が十分に流入されるよう、熱伝導物質の流動性を確保することができる。したがって、ステップＳ１６０の過程で生成する熱伝導媒介体２１４の熱伝導を効率よく向上させることができる。

ステップＳ１４０は、常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を加熱して液体状態に変化するステップであり、ステップＳ１５０以前に実行されてもよい。例えば、熱伝導物質として、低融点の金属を用いることができ、この場合にステップＳ１４０の実行時間及び実行に必要なエネルギーを減らし得る。

ステップＳ１５０は、ステップＳ１４０で生成された液体状態の熱伝導物質をフレーム２１３のうち、突出部２１３２及び枠部２１３１の間の空間に充填するステップである。ステップＳ１５０を介してコイル２１２及び枠部２１３１の間の熱伝導効率は向上される。

ステップＳ１７０は、コイル２１２の中央に永久磁石２１１を配置するステップであり、ステップＳ１５０の後に実行されてもよい。このような方法によると、加熱した状態の高い温度の熱伝導物質から放出される熱により、永久磁石２１１の磁性が減少する問題を防止できる。

ステップＳ１６０は、ステップＳ１５０を介してフレーム２１３に充填された液体状態の熱伝導物質が固体状態になるように冷却するステップであり、例えば、ステップＳ１７０の前に実行されてもよい。このような過程を介して、永久磁石２１１の磁性が減少される問題をより効率よく防止できる。

以下、表１を通じて、図２ないし図４に開示された製造方法に基づいて製造された実施形態に係る電磁石アセンブリ２１の性能測定の結果と、他の比較例に係る電磁石アセンブリの性能測定の結果とを比較することにする。まず、他の比較例の構成及び測定方法について説明する。理解の容易性のために、実施形態の図面符号を用いて説明し、説明の省略された構成は、実施形態に係る構成と実質的に同一なものと見なす。

第１比較例～第３比較例、及び実施形態に係る電磁石アセンブリ２１は、同じ大きさ、個数、及び形状の永久磁石２１１及びコイル２１２で製造され、永久磁石２１１として、ネオジウム（Ｎｄ）材質の磁石が使用された。各例の全ては、磁場生成部Ｍの下側に水を冷媒として用いた冷却プレート２１５を設けた状態で性能を測定した。各例の詳細な条件及び測定方法は下記のとおりである。

＜第１比較例＞
第１比較例に係る電磁石アセンブリは、放熱体２１３及び熱伝導媒介体２１４を備えることなく、磁場生成部Ｍは、エポキシモールディング液を介して冷却プレート２１５に固定された構造を有する。測定された温度は、コイル２１２でないエポキシモールディング構造物の表面温度であって、実際のコイル２１２の温度は測定された温度よりも高いと予想される。

＜第２比較例＞
第２比較例に係る電磁石アセンブリは、熱伝導媒介体２１４として液体状態でない酸化マグネシウム（ＭｇＯ）パウダーを充填したものであって、磁場生成部Ｍは、エポキシモールディング液を介して冷却プレート２１５に固定された構造を有する。測定された温度は、コイル２１２でないエポキシモールディング構造物の表面温度であって、実際のコイル２１２の温度は、測定された温度よりも高いと予想される。

＜第３比較例＞
第３比較例に係る電磁石アセンブリは、熱伝導媒介体２１４を使用することなく、コイル２１２及び枠部２１３１の間の空いている空間に空気を強制流動させることで、冷却プレート２１５の以外に追加的な冷却手段をさらに備えたものである。測定された温度は、コイル２１２の表面温度である。

＜実施形態＞
実施形態に係る電磁石アセンブリ２１は、図２に開示される構造として、図４に示す製造方法により製造されたものであり、熱伝導媒介体２１４としてはインジウム（Ｉｎ）を使用した。測定された温度は、コイル２１２の表面温度である。

前記表１に示すように、実施形態に係る電磁石アセンブリ２１は、第１比較例及び第２比較例に係る電磁石アセンブリに比べて、磁性減少量及び温度変化量が著しく小さいことが確認される。

さらに、追加的な空冷手段にいたるまで備えた第３比較例と比較するとき、類似するか、より良いレベルの冷却性能を有し、磁場生成部Ｍの磁場減少の影響もさらに小さいことが確認される。

図５は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。

図２、図３及び図５を参照すれば、一実施形態に係る電磁石アセンブリ２１の製造方法は、フレームを備えるステップＳ２１０、コイルを配置するステップＳ２２０、フレームを加熱するステップＳ２３０、熱伝導物質を加熱するステップＳ２４０、熱伝導物質を充填するステップＳ２５０、及び冷却するステップＳ２６０、永久磁石を配置するステップＳ２７０を含む。一方、反対となる記載がない限り、電磁石アセンブリ２１の製造方法において、各ステップの実行順序は制限されず、一部のステップが省略され得ることを明らかにする。

図４を参照して説明した実施形態とは異なって、永久磁石を配置するステップＳ２７０は、ステップＳ２１０の後及びステップＳ２３０の前に実行されてもよい。この場合、ステップＳ２３０及びステップＳ２５０を行う過程で、永久磁石２１１の磁性が減少することを減らすために、永久磁石２１１は、比較的に高い温度である略２００度まで磁気の減少傾向の低いフェライト材質の永久磁石２１１を使用する。

また、ステップＳ２４０において、熱伝導物質は、２００度以下の温度で加熱することによって、フェライト材質の永久磁石２１１の磁性が減少する問題を減らすことができる。ステップＳ２４０で加熱する熱伝導物質として、溶融点が２００度以下である低融点の金属が使用されてもよい。例えば、熱伝導物質は、インジウム（Ｉｎ）、鉛（Ｐｂ）、及びプラスチック系の熱伝導媒介体のいずれか１つ以上で形成されてもよい。

図６～図８は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示す図であり、図９及び図１０は、一実施形態に係る電磁石アセンブリの製造方法を示すフローチャートである。

図６～図１０を参照すると、一実施形態に係る電磁石アセンブリ３１の製造方法は、フレームを備えるステップＳ３１０、コイルを配置するステップＳ３２０、フレームを加熱するステップＳ３３０、熱伝導物質を加熱するステップＳ３４０、熱伝導物質を充填するステップＳ３５０、及び冷却するステップＳ３６０、モールド用フレームを除去するステップＳ３８０、支持フレームを結合するステップＳ３９０、及び永久磁石を配置するステップＳ３７０を含む。一方、反対となる記載がない限り、電磁石アセンブリ３１の製造方法において、各ステップの実行順序は制限されず、一部のステップが省略され得ることを明らかにする。

ステップＳ３１０は、突出部３１６２及び突出部３１６２を囲むように突出形成された枠部３１３１を含むフレーム３１３ａ、３１６を備えるステップである。ステップＳ３１０は、例えば、図１０に示すように、枠フレーム３１３ａを備えるステップＳ３１２と、モールド用フレーム３１６を備えるステップＳ３１４と、枠フレーム３１３ａにモールド用フレーム３１６を結合するステップＳ３１６を含む。

フレーム３１３ａ、３１６は、互いに分離可能な枠フレーム３１３ａ及びモールド用フレーム３１６を含み、枠部３１３１及び突出部３１６２は、それぞれ枠フレーム３１３ａ及びモールド用フレーム３１６に形成される。

枠フレーム３１３ａは、枠部３１３１及び上下方向に貫通形成される収容空間３１３５を含む。枠フレーム３１３ａは、ステップＳ３９０で結合される支持フレーム３１３ｂ（図８参照）と共に、電磁石アセンブリ３１の放熱体３１３を構成する。

モールド用フレーム３１６は、ステップＳ３１０～ステップＳ３６０まで臨時的に用いられる補助構造物として、枠フレーム３１３ａに結合又は分離可能であり、収容空間３１３５の下側を囲むカバープレート３１６１と、収容空間３１３５に挿入される突出部３１６２を含む。突出部３１６２は、コイル３１２を臨時的に巻取りするためのボビンとして機能する。

ステップＳ３１６を介して、図７に示すように、枠部３１３１及び突出部３１６２の間にはコイル３１２を収容するコイル収容空間３１３３が形成される。

ステップＳ３２０は、突出部３１６２の外周面に突出部３１６２を囲むようにコイル３１２を配置するステップであり、コイル３１２をステップＳ３１６を介して形成されたコイル収容空間３１３３に配置させる。ステップＳ３２０は、ステップＳ３１６の後に行われてもよいが、これとは異なって、ステップＳ３１４及びステップＳ３１６の間に行われたり、ステップＳ３１６と同時に行われてもよいことは勿論である。例えば、突出部３１６２の外周面に導線を巻取りすることでコイル３１２を形成する場合、ステップＳ３２０をステップ３１４及びステップＳ３１６の間で行うことが作業空間の面で有利である。

ステップＳ３８０は、モールド用フレーム３１６を枠フレーム３１３ａから分離するステップであり、ステップＳ３６０を介して熱伝導物質が固体状態になることで熱伝導媒介体３１４が形成された後行われてもよい。ステップＳ３６０を介して枠フレーム３１３ａ及びコイル３１２は、熱伝導媒介体３１４によって互いに固定され、ステップＳ３８０を介して突出部３１６２が取り抜かれたコイル３１２の中央には空いている空間が形成される。前記空いている空間は、永久磁石収容空間３１３４であるものと理解される。

ステップＳ３９０は、枠フレーム３１３ａに支持フレーム３１３ｂを結合させるステップであり、ステップＳ３８０の後に行われてもよい。支持フレーム３１３ｂは、枠フレーム３１３ａと共に放熱体３１３を形成する。支持フレーム３１３ｂは、永久磁石収容空間３１３４の下側をカバーすることで、ステップＳ３７０を介して配置される永久磁石３１１を支持する。支持フレーム３１３ｂは、例えば、伝導体で形成されるものであって、隣接する２つの永久磁石３１１の間に磁気力線が効率よく形成されるブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）として機能する。支持フレーム３１３ｂの下側には、例えば、図３に示すような冷却プレート２１５が配置されてもよい。一方、支持フレーム３１３ｂ及び冷却プレート２１５は一体に形成されてもよい。

このような方法によると、加熱した熱伝導物質の熱が永久磁石３１１の磁性を減少させる問題を防止する。また、１つのモールドを用いて放熱体を一回に製造する方式に比較して、相対的にモールド型の形状が簡単になるため、製造工程上で有利な側面がある。また、図８に示すように、放熱体３１３でボビンが省略されてもよいため、製造された電磁石アセンブリ３１の空間の効率性が向上し、構成がコンパクトになる。

上述したように、実施形態がたとえ限定された実施形態と図面によって説明されていても、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順序で実行されたり、及び／又は説明された構成要素が説明された方法と異なる形態に結合又は組合わされたり、他の構成要素又は均等物によって置き換えられても適切な結果を達成することができる。

Claims (15)

1. 突出部と、前記突出部を取り囲む枠部と、前記突出部の外周面と前記枠部との間に前記突出部を囲むように形成されたコイル収容空間と、前記突出部の内部に形成された永久磁石収容空間とを含む、非磁性の放熱材料で形成されたフレームを備えるステップと、
   前記コイル収容空間にコイルを配置させるステップと、
   常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を加熱させて液体状態に変化させるステップと、
   前記液体状態の熱伝導物質を前記コイル収容空間に充填させるステップと、
   前記充填させるステップの後に行われ、前記液体状態の熱伝導物質が固体状態になるように冷却させることによって熱伝導媒介体を生成するステップと、
   前記永久磁石収容空間に永久磁石を配置させることによって、前記永久磁石を前記フレームに支持させるステップと、
   を含む電磁石アセンブリの製造方法。
2. 前記熱伝導媒介体が占めている体積は、前記永久磁石と前記枠部との間の空間の１／２以下である、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
3. 前記熱伝導物質は、溶融点が１００度～４００度である低融点の金属である、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
4. 前記熱伝導物質は、インジウム、鉛、及びプラスチック系の熱伝導媒介体のいずれか１つ以上からなる、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
5. 前記永久磁石は、ネオジウム及びフェライトのいずれか１つ以上の材質から形成される、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
6. 前記電磁石アセンブリの製造方法は、前記充填させるステップの前又は前記充填させるステップと同時に行われ、前記フレームを加熱させるステップをさらに含む、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
7. 前記コイルを配置させるステップは、予め備えられたコイルを前記突出部の外周面に挟むステップを含む、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
8. 前記フレームは、アルミニウム又は銅材質を用いて一体に形成される、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
9. 前記電磁石アセンブリは、前記コイルから発生する熱を吸収して外部に放出する冷媒を案内するための冷媒流路を含む、請求項１に記載の電磁石アセンブリの製造方法。
10. 突出部と、前記突出部を取り囲む枠部と、前記突出部の外周面と前記枠部との間に前記突出部を囲むように形成されたコイル収容空間と、前記突出部の内部に形成された永久磁石収容空間とを含む、非磁性の放熱材料で形成されたフレームを備えるステップと、
    前記コイル収容空間にコイルを配置させるステップと、
    常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を２００度以下の温度で加熱させて液体状態に変化させるステップと、
    前記液体状態の熱伝導物質を前記コイル収容空間に充填させるステップと、
    前記永久磁石収容空間にフェライト材質の永久磁石を配置させることによって、前記永久磁石を前記フレームに支持させるステップと、
    を含む電磁石アセンブリの製造方法。
11. 複数の突出部と、前記複数の突出部を取り囲む枠部と、前記複数の突出部の外周面と前記枠部との間に前記複数の突出部をそれぞれ囲むように形成された複数のコイル収容空間と、前記複数の突出部の内部にそれぞれ形成された複数の永久磁石収容空間とを含む、非磁性の放熱材料で形成されたフレームを備えるステップと、
    前記複数のコイル収容空間に複数のコイルをそれぞれ配置させるステップと、
    常温及び常圧で固体状態を有する熱伝導物質を加熱させて液体状態に変化させるステップと、
    前記液体状態の熱伝導物質を前記複数のコイル収容空間に充填させるステップと、
    前記充填させるステップの後に行われ、前記液体状態の熱伝導物質が固体状態になるように冷却させることによって熱伝導媒介体を生成するステップと、
    前記複数の永久磁石収容空間に複数の永久磁石をそれぞれ配置させることによって、前記複数の永久磁石を前記フレームに支持させるステップと、
    を含むマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法。
12. 前記複数の永久磁石をそれぞれ配置させるステップは、前記複数の永久磁石のうち少なくとも一部の隣接する２つの永久磁石が極性が互いに反対になるよう配置させるステップを含む、請求項１１に記載のマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法。
13. 前記マグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリは、前記隣接する２つの永久磁石が付着され、前記隣接する２つの永久磁石の間に磁気力線が効率よく形成されるようにする伝導体を含む、請求項１２に記載のマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法。
14. 前記複数の永久磁石のうち両側の枠部に位置する永久磁石の大きさは、中央に位置する永久磁石の大きさよりも小さい、請求項１１に記載のマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法。
15. 前記複数のコイルのうち両側の枠部に位置するコイルの巻取り数は、中央に位置するコイルの巻取り数よりも少ない、請求項１１に記載のマグネトロンスパッタリング装置用電磁石アセンブリの製造方法。

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