KR102453019B1 - 영구자석을 포함하는 자기장 열처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기저항 소자의 제조를 위해 사용되는 자기장 열처리 장치에 있어서, 영구자석을 효율적으로 이용하는 자기장 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 자기장 열처리를 위한 피처리물이 배치되는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내에 배치되는 상기 피처리물에 대향하여 상기 진공 챔버 밖에 인접하여 배치되는 자기장 발생 수단 및 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하고, 상기 피처리물은 상기 자기장 발생수단과 상기 가열 수단 사이에 배치되는, 자기장 열처리 장치를 제공할 수 있다.

Description

영구자석을 포함하는 자기장 열처리 장치{Magnetic annealing apparatus including permanent magnet}

본 발명은 비용과 안전면에서 유리하도록 영구자석을 통해서 효율적으로 자기장을 인가할 수 있는 자기장 열처리 장치에 관한 것이다.

자기저항소자는 일반적으로 기판 상에 자성층이 단일 또는 복수로 적층된 구조를 가지고 형성된다. 이러한 자성층을 형성하기 위해서는 일정한 온도로 가열하면서 동시에 자기장을 인가하는 자기장 열처리가 필요하게 된다.

자성층을 한 방향으로 자화하기 위해서는 기판 상에 자성 박막을 형성한 후, 자장 중에서 열처리를 실행할 필요가 있다. 통상 0.1T(테슬라) 이상의 배향 자장을 인가할 필요가 있다.

이러한 자기 어닐링 처리를 위해 종래에는 도 1에서 나타내는 바와 같은 진공 열처리로가 사용되었다. 이 진공 열처리로는 자기장 발생 수단(613)과, 자기장 발생 수단(613)의 내측에 설치한 가열을 위한 고주파 코일(614)과, 고주파 코일(614)의 내측에 설치되어 웨이퍼 기판(610)을 수용하는 진공 용기(620)로 이루어진다.

이러한 진공 열처리로의 자기장 발생 수단은 보통 전자석으로 이루어지는데, 이러한 자기장 발생 수단에는 웨이퍼 기판에 필요한 자기장을 인가하기 위해서 대전류를 흐르게 할 필요가 있다. 이렇게 대전류를 이용하기 위해서는 고가의 설비가 필요할 뿐만 아니라, 누설 자속이 매우 크기 때문에 안전성 면에서도 바람직하지 않다. 또한 인체에 주는 위험성을 고려하면 설비 스페이스 이외에 안전 확보를 위한 스페이스의 확보가 필요하게 된다.

자기장 발생 수단으로 전자석이 아닌 영구자석을 이용하는 경우에는 원하는 크기의 자기장 형성이 어려울 수 있는데, 특히 도 1에서 나타낸 것과 같이 웨이퍼 기판(610)과 자기장 발생 수단(613) 사이에 가열을 위한 고주파 코일(614)이 배치되는 경우 자기장이 인가되어야 하는 웨이퍼 기판(610)과 자기장 발생 수단(613) 사이 거리가 벌어지게 되어 웨이퍼 기판(610)에 인가되는 자기장이 더 약해질 수 있다. 또한 영구자석이 가열을 위한 고주파 코일(614)에 인접하여 배치되기 때문에 고온에서 열처리시 영구자석의 열화가 발생한다는 단점이 있다.

본 발명은 자기저항 소자의 제조를 위해 사용되는 자기장 열처리 장치에 있어서, 영구자석을 효율적으로 이용하는 자기장 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는 자기장 열처리를 위한 피처리물이 배치되는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내에 배치되는 상기 피처리물에 대향하여 상기 진공 챔버 밖에 인접하여 배치되는 자기장 발생 수단 및 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하고, 상기 피처리물은 상기 자기장 발생 수단과 상기 가열 수단 사이에 배치되는, 자기장 열처리 장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 자기장 열처리 장치는 영구자석을 활용함에 따라 운용 중 안전성 확보에 유리하면서 유지 보수 비용을 절감할 수 있고 설치 비용이 낮아 자기저항소자의 제조 비용을 낮출 수 있게 된다.

도 1은 종래의 자기장 열처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 열처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 열처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 열처리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장 열처리 장치를 나타내는 개략도이다.

이하, 실시예를 통해 발명을 상세하게 설명한다. 실시예는 이하에서 개시된 내용에 한정되는 것이 아니라 발명의 요지가 변경되지 않는 한, 다양한 형태로 변형될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 양, 반응 조건 등을 나타내는 모든 숫자 및 표현은 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로써 수식되는 것으로 이해하여야 한다.

본 발명에서는 비용과 안전면에서 유리하도록 영구자석을 통해서도 효율적으로 자기장을 인가할 수 있는 자기장 열처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 발명에서는 자기장 열처리를 위한 피처리물이 배치되는 진공 챔버, 상기 진공 챔버 내에 배치되는 상기 피처리물에 대향하여 상기 진공 챔버 밖에 인접하여 배치되는 자기장 발생 수단 및 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하고, 상기 피처리물은 상기 자기장 발생 수단과 상기 가열 수단 사이에 배치되는, 자기장 열처리 장치를 제공할 수 있다.

종래에는 피처리물에 자기장을 인가하기 위한 자기장 발생 수단과 피처리물이 배치되는 진공용기 사이에 가열 수단이 배치됨으로써 자기장 발생 수단과 피처리물 사이의 거리가 벌어지게 되었다. 이렇게 거리가 벌어지면 처리물에 인가되는 자기장은 약해지게 되고 영구자석은 초전도 전자석과 같이 자유롭게 높은 자기장을 발생시킬 수 없기 때문에 자기장 발생 장치에 영구자석을 사용하기 어려움이 있었다. 영구자석을 사용하더라도 특수 제작되어 자력을 높이거나 다양한 배치를 통해 그 정밀도를 높이고자 하는 시도가 있었다.

본 발명에서는 종래에 용기와 자기장 발생 수단 사이에 가열 수단이 배치되는 구조에서 벗어나 처리물이 배치되는 진공 챔버와 밀착하고 피처리물에 대향하여 자기장 발생 수단이 배치됨에 따라 자력이 비교적 작은 영구자석으로도 충분히 처리물을 자화 시킬 수 있게 된다.

피처리물을 열처리하기 위한 가열 수단은 자기장 발생 수단의 반대편에 배치됨으로써 피처리물은 가열 수단과 자기장 발생 수단 사이에 배치된다. 이를 통해 처리물의 한쪽에서는 자기장이 인가되고 반대편의 다른 한 쪽에서는 온도를 올리기 위한 열이 가해지게 된다.

챔버는 진공 상태가 유지될 수 있는 챔버이어서 피처리물이 불순물에 의해 오염 또는 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한 챔버는 영구자석에 의한 자기장이 챔버를 통과하기 때문에 이러한 자기장의 자력선에 영향을 미치지 않도록 상자성체 또는 반자성체인 것이 바람직하다.

본 발명에서 대상으로 하는 피처리물은 반도체 기판일 수 있는데, 실리콘과 같은 반도체 기판 상에 패턴화된 박막을 형성하고 자기저항 소자를 만들기 위해 본 발명에 따른 자기장 열처리 장치를 활용할 수 있다.

한편, 상기 가열 수단은 상기 진공 챔버 내에 배치될 수 있다. 가열 수단은 저항 코일 등이 사용될 수 있는데, 이렇게 진공 챔버 내에 배치됨에 따라 가열 수단의 산화를 막을 수 있고 가열 수단이 오염물에 의해 열화되는 것을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 자기장 발생 수단은 영구자석으로 1T(테슬라) 이하의 자기력을 가질 수 있다. 상술한 바와 같이 자기장 발생 수단을 최대한 피처리물과 가깝게 배치시킴으로써 특수 제작한 영구자석이 아니라 1T 이하의 자기력을 가지는 상용의 영구자석을 통해서도 충분히 피처리물에 자장이 형성되도록 할 수 있다. 또한, 챔버 내부의 피처리물을 자화시키기 위해서 영구자석은 0.1T 이상의 자기력을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 영구자석은 전자석과 같이 많은 열을 발생시키지는 않지만, 열처리 장치 가동에 따라 영구자석 자체의 온도가 상승하게 되면 자력이 약화될 수 있다. 따라서, 영구자석의 온도는 낮게 유지되는 것이 필요한데 이를 위해 본 발명에서는 영구자석을 냉각시키기 위한 냉각 수단을 더 포함할 수 있다.

이러한 냉각 수단으로는 냉매가 담겨진 냉각 장치를 영구자석과 직접 접촉시키는 방법이 있을 수 있고, 다른 방법으로는 액상 냉매 안으로 영구자석을 넣어서 영구자석을 직접 냉매와 접촉시킴으로써 보다 효율적으로 영구자석을 냉각시킬 수도 있다. 이렇게 액상 냉매와 직접 영구자석을 접촉시키는 경우 액상 냉매가 담겨진 케이스 안에는 온도를 낮춰줄 수 있는 냉각코일이 배치될 수 있다. 또한, 액상 냉매가 담기는 냉각 케이스는 외부 칠러(chiller)와 연결되어 냉매는 칠러를 통해 순환되면서 지속적으로 낮은 온도를 유지할 수 있게 되어 영구 자석을 효과적으로 냉각시킬 수도 있다. 액상 냉매는 물이 될 수 있는데, 물은 유지 보수를 위한 관리에 유리할 수 있다.

본 발명의 실시예는 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 아래의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 일 실시예를 나타내는 도면이다. 진공챔버(100) 내에 가열 수단(300)이 배치되고 그 위에 피처리물인 웨이퍼(500)가 배치된다. 가열 수단과 접촉하는 웨이퍼(500)의 반대면은 영구자석(200)이 마주보고 배치되고, 영구자석(200)은 냉각장치(400)의 액상 냉매(410) 안에 잠겨있게 된다. 냉각장치(400)에는 액상 냉매(410)가 지속적으로 낮은 온도를 유지하도록 냉각 코일(420)이 배치될 수 있다. 이러한 액상 냉매(410)는 물이 될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타낸다. 여기서는 가열 수단(300)은 진공 챔버(100) 밖에 배치되는 것이 도 2와 차이를 나타낸다. 이렇게 웨이퍼(500)만 진공을 유지함으로서 진공에 필요한 펌프 등의 설비가 간소화될 수 있고 더 높은 진공도를 유지할 수 있게 된다.

도 4는 영구자석(200)이 액상 냉매 안에 배치되지 않고 액상 냉매가 있는 냉각장치(400)와 접하여 있는 것을 나타낸다. 액상 냉매 안에 배치되는 경우보다 냉각 효율은 낮을 수 있지만 접하는 냉각장치(400)의 온도를 냉각코일(420)을 통해 충분히 낮춰줄 수 있기 때문에 원하는 냉각 효과는 얻을 수 있다.

도 5는 영구자석(200)이 냉각장치(400)의 액상 냉매 안에 배치되고, 액상 냉매(410)는 순환하면서 칠러(430)를 통과하면서 지속적으로 냉각되는 냉각장치를 나타낸다.

Claims (5)

1. 자기장 열처리를 위한 피처리물이 배치되는 진공 챔버;
   상기 진공 챔버 내에 배치되는 상기 피처리물에 대향하여 상기 진공 챔버 밖에 인접하여 배치되는 자기장 발생 수단; 및
   상기 진공 챔버 내에 배치되어 상기 피처리물을 가열하기 위한 가열 수단을 포함하고,
   상기 피처리물은 상기 자기장 발생 수단과 상기 가열 수단 사이에 배치되고,
   상기 자기장 발생 수단은 액상의 냉매 안에 배치되어 상기 냉매와 직접 접촉하여 냉각되고,
   상기 자기장 발생 수단은 영구자석이고 1 테슬라 이하의 자기력을 가지는,
   자기장 열처리 장치.
   
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