WO2003071589A1 - Dispositif et procede de traitement thermique - Google Patents

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WO2003071589A1
WO2003071589A1 PCT/JP2003/001950 JP0301950W WO03071589A1 WO 2003071589 A1 WO2003071589 A1 WO 2003071589A1 JP 0301950 W JP0301950 W JP 0301950W WO 03071589 A1 WO03071589 A1 WO 03071589A1
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container
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magnetic field
treatment apparatus
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PCT/JP2003/001950
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Hiroto Ueno
Kazuo Miwa
Kenji Komuro
Minoru Kanda
Wataru Kanada
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Futek Furnace Inc.
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Definitions

  • the present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for performing heat treatment in a magnetic field, and particularly to a material and a magnetic material that are finely patterned, especially to a magnetic material such as an MR film, a GMR film, and a TMR film.
  • the present invention relates to a heat treatment apparatus and a heat treatment method for performing heat treatment in a magnetic field.
  • a magnetic film for example, Fe—Ni, which is a magnetic material used for a magnetic head and a magnetic random access memory (MRAM), which is one of nonvolatile memories, formed on a substrate by a sputtering method or the like.
  • Thin films such as Pt-Mn or Co-Fe alloys can exhibit their magnetic properties by heat treatment in a strong magnetic field.
  • FIG. 16 shows a schematic configuration of an example of a conventional heat treatment apparatus.
  • the heat treatment apparatus 1 A includes a vacuum vessel 2 having a cylindrical shape, which is a heat treatment vessel, holding means 3 for holding a processing target in the vacuum vessel 2, and a heat treatment apparatus 1 A disposed outside the vacuum vessel 2 Magnetic field generating means 20.
  • the holding means 3 has a holder 3A for holding the object to be processed, and a holder supporting device 3B that supports the holder 3A and has a lid member 4 for opening and closing the upper opening of the vacuum vessel 2. .
  • a holder supporting device 3B is arranged at the upper part of the vacuum vessel 2, and is made of a magnetic material.
  • the holder 3A holding an object to be heat-treated such as a material (hereinafter referred to as "object to be treated") is loaded into the inside by the support device 3B.
  • the magnetic field generating means 20 includes a pair of electromagnetic stones 21 facing each other outside the vacuum vessel 2, and the electromagnet 21 has a magnetic core 22 and a coil 23.
  • a heating means 100 is provided between the outer surface of the vacuum vessel 2 and the end face of the magnetic core 22 of the electromagnet 21.
  • the heating means 100 is constituted by disposing an electric heater 101 at a predetermined distance from the outer surface of the vacuum vessel 2 and surrounding the outer peripheral surface of the vacuum vessel 2.
  • the electric heater 101 is provided on the outer peripheral surface of the vacuum vessel of a heater holder 102 made of brick or ceramic and disposed around the vacuum vessel 2.
  • a spiral groove 103 is provided on the facing inner peripheral surface, and a heating wire such as a chrome wire 104 is provided in the groove 103.
  • a heat insulating material 105 such as alumina filter or brick is arranged to prevent the temperature of the heating means 100 from being transmitted to the electromagnet 21. .
  • the object to be heat-treated is taken out of the vacuum vessel 2, and then the holder 3A newly holds the object to be treated, and is loaded and held in the vacuum vessel 2 by the support device 3B.
  • the heat treatment is performed. Thereafter, in the same procedure, the heat treatment of the processing object is continuously performed by the patch processing.
  • the object to be treated is usually heat-treated at 150 ° C. to 500 ° C. in the heat treatment apparatus 1A. In some cases, however, the heat treatment is performed at 500 ° C. If the object to be treated after such heat treatment is taken out of the vacuum vessel 2 to the atmospheric atmosphere at a high temperature state, it may be denatured due to oxidation or the like. There is.
  • the object to be treated after the heat treatment had to be placed in the vacuum vessel 2 until the temperature dropped to about room temperature.
  • one batch Processing time was inevitably long.
  • a water-cooling jacket is provided for cooling, it generally takes a long time, such as 3 to 4 hours, to lower the temperature of the object after heat treatment to about room temperature.
  • the heat-treated object is taken out from the vacuum vessel 2 and then is newly held in the holder 3A. Then, the heat treatment is performed by charging the inside of the vacuum vessel 2 from above with the support device 3B. Thereafter, in the same procedure, the heat treatment to be processed is continuously performed by batch processing.
  • the magnetic material or the like to be treated is heavy, and therefore, the upper end of the vacuum vessel 2 is used as an opening, and through this opening, It is configured to take in and out of the vacuum container 2 to be processed.
  • the conventional heat treatment apparatus 1A was not shown in FIG. 16 and the support apparatus 3B was moved up and down. Since the moving means such as a lifting mechanism equipped with a drive motor for performing the operation is arranged above the processing object held in the holder 3A and the vacuum vessel 2, the supporting device 3B and the moving It was found that dust generated from the means directly adhered to the object to be treated, and further penetrated into the vacuum vessel 2 and adhered to the object during the heat treatment.
  • the moving means such as a lifting mechanism equipped with a drive motor for performing the operation
  • a main object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of shortening the processing time of one batch and increasing the throughput of a processing target.
  • Another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method in which dust is less likely to adhere to a treatment target.
  • Still another object of the present invention is to provide a heat treatment apparatus and a heat treatment method capable of reducing the installation area of the apparatus and improving the degree of freedom of the arrangement of the apparatus. Disclosure of the invention
  • the holding means for holding the processing object the heat treatment container for storing the processing object held by the holding means, the heating means for heating the processing object, And a magnetic field generating means for applying a magnetic field.
  • a treatment chamber arranged adjacent to the heat treatment vessel and capable of setting an internal space to a predetermined atmosphere
  • a movement unit that acts on the holding unit and moves a processing target between the heat treatment container and the processing chamber;
  • the heating unit and the magnetic field generating unit are arranged so as to surround the heat treatment container.
  • the object to be processed changes its quality in an air atmosphere at a heat treatment temperature
  • the processing chamber is set to a non-oxidizing atmosphere.
  • the non-oxidizing atmosphere in the processing chamber is a nitrogen gas or argon gas atmosphere.
  • the atmosphere in the processing chamber may be vacuum.
  • the processing chamber is set at a predetermined temperature.
  • the predetermined temperature of the processing chamber may be room temperature.
  • the processing chamber can be arranged above, below, or beside the heat treatment container.
  • a holding means for holding the processing target, a heat treatment container for storing the processing target held by the holding means, a heating means for heating the processing target, and a magnetic field for applying a magnetic field to the processing target Generating means comprising:
  • a dust-free chamber which is disposed below the heat treatment container and has an opening formed at a lower end of the heat treatment container
  • a moving unit that is disposed in the dust-free chamber and that moves the object to be processed between the heat treatment container and the dust-free chamber by acting on the holding unit;
  • the heat treatment container is a vacuum container that is evacuated by closing an opening
  • the moving unit includes: It is located below the opening of the vacuum vessel.
  • the moving means has a movable part located below a processing object arranged in the dustless chamber.
  • the 'heating means and the magnetic field generating means are arranged so as to surround the heat treatment container.
  • At least the magnetic field generating means can be separated from and connected to the heat treatment container.
  • a fourth aspect of the present invention there is provided a method for heat-treating an object to be treated in a magnetic field using the heat treatment apparatus having the above configuration
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional front view of a heat treatment apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic sectional plan view of one embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional side view of one embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional side view taken along line 414 of FIG.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing an arrangement relationship between a vacuum vessel, a heating means, and an electromagnet.
  • FIG. 6 is a partially enlarged sectional view of the heating means.
  • FIG. 7 is a perspective view showing an overall view of the embodiment of the water cooling jacket.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the electric heater.
  • FIG. 9 is a perspective view illustrating a method of installing an electric heater.
  • FIG. 10 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic sectional front view of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention. '
  • FIG. 13 is a schematic sectional plan view of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional side view of another embodiment of the heat treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 15 is a partial cross-sectional view showing the arrangement of the vacuum vessel, the heating means, and the electromagnet.
  • FIG. 16 is a schematic sectional view of a conventional heat treatment apparatus. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 to 4 show a schematic overall configuration of an embodiment of a heat treatment apparatus 1 according to the present invention.
  • the heat treatment apparatus 1 is, similarly to the conventional heat treatment apparatus 1A, a vacuum vessel 2 as a heat treatment vessel, a holding means 3 for holding an object to be treated in the vacuum vessel 2, and an outside of the vacuum vessel 2. And a magnetic field generating means 20 arranged in the first position.
  • the holding means 3 is composed of a holder 3 A for holding the object to be processed and this holder And a holder supporting device 3B for supporting 3A.
  • the vacuum vessel 2 is formed integrally with a vessel body 2A having a small diameter and an upper portion of the vessel body 2A. And a large-diameter container mounting portion 2B.
  • the lower end of the container main body 2A is connected to a conduit for introducing a non-oxidizing gas through the valve 2a, but is substantially a closed end.
  • the upper end of 2B is open.
  • the upper end of the container is sealed by attaching the lid member 4 of the holder support device 3B to the opening of the upper end of the container.
  • An annular shoulder 2C formed between the container body 2A and the container mounting portion 2B of the vacuum container 2 is placed on the container installation portion 5a of the lower structure 5, and the vacuum container 2 is Is held.
  • the vacuum vessel 2 is preferably made of ceramics such as quartz glass because it is stable during rapid cooling. Further, in this embodiment, which will be described later in detail, since the heating in vacuum by the heating means 30 is mainly performed by radiant heat, the quartz glass is preferably optically transparent.
  • the thickness of the vacuum container 2 can be 2 to 6 mm, and in this embodiment, 3 mm.
  • the holder 3 A has about 30 trays 6 for mounting a substrate having a diameter of about 100 to 20 O mm having an Fe—Ni alloy film formed by sputtering or the like, for example.
  • the upper end of the support shaft 7 is suspended from the holder support device 3B.
  • the holder support device 3B rotatably holds the holder 3A so that the object to be processed held by the holder 3A can be changed in the direction of the magnetic field. Therefore, in the present embodiment, the drive motor 8 is attached to the holder support device 3B, and the support shaft 7 of the holder 3A can be driven to rotate. After attaching the holder support device 3B to the upper end of the vacuum vessel, the vacuum vessel 2 is evacuated to a predetermined vacuum state by evacuating the inside of the vacuum vessel 2 with a vacuum pump (not shown) connected to the upper end of the vacuum vessel. Can be maintained.
  • the object to be treated is a magnetic metal thin film or the like
  • it is preferable that the object to be treated is heat-treated in a vacuum, specifically, a vacuum state of 1 Pa or less to prevent oxidation of the metal thin film.
  • a non-oxidizing gas such as nitrogen gas or argon gas is filled in the vacuum vessel 2, and the inside of the vacuum vessel 2 is made to have a non-oxidizing gas atmosphere.
  • the holder supporting device 3B is arranged at the upper end of the container, and the holder 3A is moved up and out of the container 2 together with the holder supporting device 3B by an elevating mechanism 10 (see FIG. 4) as a moving means. Can be lifted. Therefore, in this state, the object to be heat-treated, such as a magnetic material, can be mounted on the holder 13A or taken out from the holder 3A.
  • the elevating mechanism 10 as the moving means will be described later in detail.
  • the magnetic field generating means 20 includes a pair of electromagnets 21 arranged to face each other, and each electromagnet 21 has a magnetic core 22 and a coil 23 as shown in FIG.
  • the thickness of the heating means 30 disposed between the vacuum vessel 2 and the magnetic core 22 can be reduced, so that the pair of electromagnets 21
  • the distance between the magnetic cores 22 and 22 can be shortened, so that the electromagnet 21 itself can be reduced in size.
  • the density of the magnetic field generated by the magnetic field generating means 20 may be not less than 0.05 Tesla, particularly, about 0.1 Tesla to 5 Tesla.
  • the distance (L 0) between the magnetic cores 22 is 30 O mm.
  • the container body 2A of the vacuum container 2 Thin heating means 30 is provided between the outer surface and the end face of the magnetic core 22 of the electromagnet 21.
  • the heating means 30 includes, but is not limited to, an electric heater 31 by electric resistance heating. Such a heating means 30 is preferable because it is inexpensive as compared with an induction heating means whose power supply is expensive.
  • the heating means 30 has a predetermined distance between the electrically insulated inner cylinder 32 and the inner cylinder 32, which are arranged so as to surround the outer peripheral surface of the vacuum vessel main body 2A. And a water cooling jacket that constitutes the fluid cooling unit 33 placed.
  • the inner tube 32 can be made of a quartz glass tube having a thickness of 2 to 6 mm.
  • a gap (G 1) of 2 to 4 mm is provided between the inner tube 32 and the outer peripheral surface of the vacuum vessel main body 2A.
  • the inner diameter (D 2) of the inner tube 32 was set to 245 mm.
  • the axial length (L 1) of the inner tube 32 is set at 450 mm and the length is 7 mm.
  • the water-cooled jacket 33 is a cylindrical body having a double-pipe structure having an inner wall 34 and an outer wall 35, and the upper end and the lower end are closed by an upper wall 36 and a lower wall 37, respectively.
  • the outer wall 35 is longer in the axial direction than the lower wall 37, but an annular support plate 38 is fixed to the body at the lower extension. And supports the inner tube 32.
  • the water-cooled jacket 33 has a water supply port formed at a lower portion and a water discharge port formed at an upper portion, through which a cooling fluid R, which is usually water, flows. You.
  • the cooling fluid R may be circulated.
  • the water-cooling jacket 33 may be formed so as to have a cut 39 extending along the axial direction instead of having a cylindrical shape continuous in the circumferential direction as shown in FIG. .
  • the cut 39 the terminal of the heater 31 installed inside the water cooling jacket 33 is removed. Can be started.
  • the water-cooled jacket 33 is made of a material having good thermal conductivity such as metal.
  • the inner wall 34, the outer wall 35, the upper wall 36, the lower wall 37, etc. are made of stainless steel having a thickness of 3 mm. It was made of a steel plate.
  • an 8 to 13 mm Provide a gap (G 2).
  • the inner diameter (D 3) of the inner cylindrical tube 32 was set to 2553 mm
  • the inner diameter (D 4) of the water-cooled jacket 33 was set to 272 mm.
  • the axial length of the inner wall 34 of the water-cooled jacket 33 was set to a size that completely covers the heating means 30.
  • the heating means 30 has the electric heater 31, and is spirally wound around the outer circumference of the inner cylindrical tube 32.
  • the electric heater 31 has a shape in which the resistance heating and heating wire 31A is covered with the electric insulating tube 31B.
  • the resistance heating wire 31 A a nichrome wire or a noble metal non-magnetic metal heating element such as platinum can be suitably used.
  • Electrical insulation tube 3 1 B is either a tube woven alumina fibers are fibrous, or, c present embodiment can also be used by connecting a plurality of quartz or the like in the formed tubular body Alumina
  • a diameter of 2.0 to 2.6 mm dichromated wire covered with a tube 31B woven of alumina fiber, with an outer diameter of 3.5 mm was used. .
  • the heating wire 31 A Since the heating wire 31 A is placed in the magnetic field generated by the magnetic field generating means 20 as described above, it receives a force due to the interaction with the magnetic field generated by the current for heating, and Will come into contact with each other. Therefore, it is recommended that the resistance heating wire 31 A be electrically insulated by the insulating tube 31 B. preferable.
  • the direction of current flow of the resistance heating and heating wire 31 A is so-called non-induction winding, which is arranged so as to cancel the magnetic field generated thereby.
  • the heater 31 is wound in a single-layer winding around the inner tube 32 in a double-wire state connected at one end, that is, in a U-shape. Therefore, the directions of the currents flowing in the upper and lower resistance heating wires 31 A adjacent to each other in the axial direction are made opposite to each other, whereby the magnetic fields generated by flowing through the resistance heating wires 31 A cancel each other out and cancel. Is done. If only one heater 31 is wound, as described above, when a current flows through the resistance heating / heating wire 31 A, the resistance heating / heating wire is generated by the magnetic field from the magnetic field generating means 20. 3 1 A receives force, and heater 31 moves or vibrates.
  • the heating current is preferably a direct current, since such force cancellation can be stabilized.
  • the heating means 30 is usually provided with a control means for controlling the temperature, and controls the power supply to the heater 31.
  • the temperature range for normal heat treatment is about 150 ° C to 500 ° C. However, when heat treatment is performed on a film having a high ordering temperature of the magnetic film structure, the temperature range is particularly from 500 ° C to 500 ° C. It is about 800 ° C.
  • the cooling rate in the case of heat treatment of the magnetic film for a MR element the cooling rate 5 ° C / / min or more, in particular, be a 1 5 ° ⁇ / min to 2 0 0 ° ⁇ / min preferable.
  • a sheet is provided. It is preferable to arrange an alumina sheet 40 (FIG. 6) as a sheet-like electrical insulating material.
  • the alumina sheet 40 may have a thickness of about 1 to 3 mm. Heater 3 1 and water cooling jacket Preferably, the thickness of the electrical insulation between the cuts 3 and 3 is 4 mm or less.
  • the heater 31 may be wound around the inner peripheral surface of the alumina sheet 40 without providing the inner tube 32.
  • the heat treatment apparatus 1 further includes a power supply for the magnetic field generating means 20, a magnetic field measurement control device, a vacuum pump control unit for evacuating the vacuum vessel 2, a mechanism for controlling the operation sequence of the entire device, and the like.
  • a power supply for the magnetic field generating means 20 is the electromagnet 21, but may be a superconducting electromagnet.
  • the heating means 30 is arranged outside the vacuum vessel 2, but may be arranged inside the vacuum vessel 2 as desired.
  • the heat treatment apparatus 1 is provided with a sealable processing chamber 50 that defines a space communicating with the vacuum vessel 2.
  • the processing chamber 50 has a cubic box shape, and is installed above the lower structure 5 that houses the vacuum vessel 2, the heating means 30, the magnetic field generating means 20, and the like. Therefore, the container mounting portion 2B of the vacuum vessel 2 projects into the processing chamber 50 from below, and the container mounting portion 2B is open to the processing chamber 50. Further, according to the present embodiment, in the processing chamber 50, the container mounting portion 2B of the vacuum container 2, the holder supporting device 3B, and the elevating mechanism 10 as a moving means are arranged.
  • an intermediate chamber 70 is arranged adjacent to the processing chamber 50.
  • the intermediate chamber 70 is a sealable space between the processing chamber 50 and the outside for taking in and out the processing object, and shields the outside from the processing chamber 50, and preferably has a vacuum atmosphere. Inside the processing room without being affected by outside Atmosphere can be kept constant.
  • Openable and closable gate valves 71 and 72 are arranged on a partition wall between the processing chamber 50 and the intermediate chamber 70, and further on a partition wall between the intermediate chamber 70 and the outside.
  • a rotatably driven index table 73 is arranged, and in this embodiment, a cassette 74 containing a processing object can be positioned and installed at four places on the circumference in the present embodiment.
  • the index table 73 can be moved up and down in the intermediate chamber 70 by a cassette elevator 75 which is a hydraulic cylinder.
  • a handling means that is, a handling robot 51
  • the handling robot 50 By opening the gate valve 71, the handling robot 50 cooperates with the power set elevator 75 to obtain an index.
  • the objects to be processed in the cassette 74 set on the table 73 are taken out one by one and transferred to the tray 6 of the holder 3A supported by the holder supporting device 3B. Since the handling robot 51 performing such an operation is well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the processing object is placed in the processing chamber 50 from the loading position (A) where the processing object is introduced into the vacuum vessel 2 by the handling robot 51.
  • a traveling device 52 is provided as a means.
  • the traveling device 52 may adopt various structures, in the present embodiment, as best shown in FIGS. 2 and 4, the traveling device 52 includes a bottom wall base portion of the processing chamber 50. And a carriage 55 provided with a slider 54 that moves linearly along the guide 53. Therefore, the carriage 55 is driven by driving means (not shown) such as a hydraulic cylinder. And reciprocate linearly along the guide line 53.
  • the carriage 55 is provided with an elevating mechanism 10 as a moving means.
  • the elevating mechanism 10 is fixedly installed on the carriage 55, and extends upward to the frame structure 61 and the frame structure 61 for supporting the holder supporting device 3B. It has support means 62.
  • the frame structure 61 is provided with a lead screw shaft 65 that is rotationally driven by a driving means, and is screwed with a nut 66 fixed to the supporting means 61. Therefore, by driving the lead screw shaft 65 by the driving means, the supporting means 62 can be moved up and down with respect to the frame structure 61.
  • the carriage 55 is driven by the driving means along the guide strip 53, so that the holder supporting device 3B and the holder 3A are integrated into the processing object loading position (A) and the processing object receiving position. It is possible to move between the position (B).
  • the holder supporting device 3B and the holder 3A are inserted into the vacuum vessel by driving the elevating mechanism 10 or move outward from the vacuum vessel 2. Can be taken out.
  • the intermediate chamber 70 is provided with the cassette loading gate pulp 72 for installing a cassette in the intermediate chamber 70. Therefore, by opening the cassette loaded gout pulp 72, the operator can install a cassette containing a predetermined number of objects to be processed in the index table 73 of the intermediate chamber 70.
  • the elevating mechanism 10 is driven to take out the holder 1 support device 3B and the holder 3A arranged at the loading position (A) upward from the vacuum vessel 2. Thereafter, the carriage 55 is caused to travel by driving the driving means, and the holder supporting device 3B and the holder 3A are integrally stopped at the processing object receiving position (B).
  • the gate valve 71 provided on the partition wall between the processing chamber 50 and the intermediate chamber 70 is opened, and the processing objects in the cassette 74 set in the index table 73 by the handling robot 51 are opened. Remove one sheet at a time and transfer to holder 3A.
  • the gate valve 71 is closed, and the carriage 55 is driven to move the holder support device 3B and the holder 3A to the charging position (A) for the processing target. And stop.
  • the elevating mechanism 10 is driven to insert the holder support device 3B and the holder 13A into the vacuum vessel 2.
  • the opening of the vacuum vessel 2 is closed by a sealing lid 4 provided on the holder supporting device 3B.
  • the inside of the vacuum vessel 2 is evacuated and depressurized by the same procedure as the above-mentioned conventional one, and the inside of the vacuum vessel 2 is set to a non-oxidizing gas atmosphere. Next, heat treatment is performed on the processing object supported by the holder.
  • the processing chamber 50 is hermetically closed with the opening of the vacuum vessel 2 closed, and is set to a predetermined atmosphere.
  • the processing target is a magnetic material such as an MR film or a GMR film, which changes in the air atmosphere at a processing temperature higher than room temperature.
  • a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon is used. Therefore, the inside of the processing chamber 50 was evacuated to 1 Pa or less, and then filled with nitrogen gas in the present embodiment to form a nitrogen gas atmosphere at room temperature and 1 atm (0. IMPa). Alternatively, the vacuum can be left. Processing room 5 0 As the atmosphere conditions, a desired gas, a desired room temperature, a desired pressure, and the like can be selected as necessary.
  • the vacuum state in the vacuum vessel 2 is released by introducing nitrogen gas into the vacuum vessel 2 via the valve 10a, and the elevating mechanism 10 is driven. Thereby, the holder supporting device 3B and the holder 13A are pulled up from the opening of the vacuum vessel.
  • the inside of the processing chamber 50 is in a non-oxidizing atmosphere state at room temperature, whereby the heat-treated processing object is rapidly cooled without deterioration.
  • the treatment target heated to about 500 ° C. to 800 ° C. takes about 25 minutes to cool to 50 ° C. there were. Compared to the conventional 3 to 4 hours, the cooling time was significantly reduced. In addition, the physical properties of the object to be treated did not change.
  • the carriage 55 is driven by driving the driving means, and the holder supporting device 3B and the holder 3A are integrally moved to the processing target receiving position (B).
  • the processed object supported by the holder 3A is transferred to the intermediate chamber 70 by the handling robot 51, and the processing stored in the cassette 74 to be processed next is set in the intermediate chamber 70. Transfer the object into holder 3A.
  • the processing time for one patch can be significantly reduced.
  • the cooling rate can be further increased by directly blowing the atmospheric gas onto the object to be treated.
  • the processing chamber 50 is located above the vacuum vessel 2, and the processing object is moved upward and downward by the moving means 10 via the holder supporting device 3B and the holder 3A, thereby performing the heat treatment.
  • the processing chamber 50 is located below the vacuum vessel 2, and the processing target is:
  • the moving means 10 moves vertically between the heat treatment vessel 2 and the processing chamber 50 via the holder support device 3B and the holder 3A, thereby moving the processing chamber 50. can do.
  • the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.
  • the moving means 10 for moving the object to be processed is arranged below the vacuum vessel 2, However, there is an advantage that dust is hardly attached to the object to be treated.
  • the processing chamber 58 is a dust-free chamber will be described in more detail in the fourth embodiment.
  • the vacuum vessel 2 is arranged in the horizontal direction, and the processing chamber 50 is located on the side of the vacuum vessel 2. Is done.
  • the object to be processed is moved between the heat treatment vessel 2 and the processing chamber 50 by moving horizontally by the moving means 10 via the holder supporting device 3B and the holder 3A.
  • Example 4 the processing chamber 50 functioning as a dust-free chamber is configured to be located below the vacuum vessel 2 in the same manner as described in the second embodiment, and the heat treatment is performed so that dust does not easily adhere to the processing target.
  • the apparatus and the heat treatment method will be described in more detail with reference to the drawings.
  • FIGS. 12 to 14 show a schematic overall configuration of the heat treatment apparatus 1 of the present embodiment.
  • the heat treatment apparatus 1 is, similarly to the conventional heat treatment apparatus 1A, a vacuum vessel 2 as a heat treatment vessel, a holding means 3 for holding an object to be treated in the vacuum vessel 2, and an outside of the vacuum vessel 2. And a magnetic field generating means 20 arranged in the first position.
  • the holding means 3 has a holder 3A for holding an object to be processed and a holder supporting device 3B for supporting the holder 13A.
  • the opening of the vacuum vessel 2 is formed at the lower end, and therefore, the holder supporting device 3B is arranged below the vacuum vessel 2.
  • the vacuum vessel 2 includes a vessel main body 2A having a small diameter and a large-diameter vessel mounting portion 2B integrally formed below the vessel main body 2A. And a stepped cylindrical container.
  • the upper end of the container body 2A is connected to a conduit for introducing a non-oxidizing gas through the pulp 2a in this embodiment, but has a substantially closed end.
  • the lower end of B is open.
  • the lower end of the container is sealed by attaching the lid member 4 of the holder support device 3B to the opening of the lower end of the container.
  • An annular shoulder 2C formed between the container body 2A of the vacuum container 2 and the container mounting portion 2B is attached to the container installation portion 5a of the dust-free chamber 50 forming the lower structure 5. It is placed and the vacuum vessel 2 is held in place.
  • the vacuum vessel 2 is preferably made of ceramics such as quartz glass because it is stable during rapid cooling. Further, in this embodiment, as will be described later in detail, similarly to the previous embodiment, heating in vacuum by the heating means 30 is performed. Since the heat is mainly generated by radiant heat, the quartz glass is preferably optically transparent. The thickness of the vacuum container 2 can be 2 to 6 mm, and is 3 mm in the present embodiment.
  • the holder 3A has about 30 trays 6 for mounting a substrate having a diameter of about 100 to 200 mm having an Fe—Ni alloy film formed by sputtering or the like, and a support shaft.
  • the lower end of the support shaft 7 is connected to and supported by the holder support device 3B.
  • the holder support device 3B rotatably holds the holder 3A so that the object to be processed held by the holder 3A can be changed in the direction of the magnetic field. Therefore, in this embodiment, the drive motor 8 is attached to the holder support device 3B, and the support shaft 7 of the holder 3A can be driven to rotate.
  • the vacuum vessel 2 After attaching the holder support device 3B to the lower end of the vacuum vessel, the vacuum vessel 2 is evacuated to a predetermined vacuum by evacuating the inside of the vacuum vessel 2 with a vacuum pump P (see Fig. 14) connected to the lower end of the vacuum vessel. c for example it is possible to maintain the state, when the processing target is set to such magnetic metal thin film, in order to prevent oxidation of the metal thin film, processed during vacuum vacuum below 1 P a specifically Heat treatment is preferably performed in this state. Also, preferably, the atmosphere is a predetermined atmosphere. In the present embodiment, the valve 2a is opened, and a non-oxidizing gas such as a nitrogen gas or an argon gas is filled in the vacuum container 2, and the inside of the vacuum container 2 is set to a non-oxidizing gas atmosphere.
  • a non-oxidizing gas such as a nitrogen gas or an argon gas
  • the holder supporting device 3B is disposed at the lower end of the container, and the holder 3A is moved by the lifting mechanism 10 as a moving means. It can be moved downward together with the holder supporting device 3B out of the container 2. Therefore, in this state, an object to be heat-treated such as a magnetic material is mounted on the holder 3A, or Can be removed from holder 3A.
  • the elevating mechanism 10 as the moving means will be described later in detail.
  • the magnetic field generating means 20 includes a pair of electromagnets 21 arranged to face each other, and each electromagnet 21 has a magnetic core 22 and a coil 23 as shown in FIG.
  • the thickness of the heating means 30 disposed between the vacuum vessel 2 and the magnetic core 22 can be reduced, and therefore, the pair of electromagnets 21 can be reduced.
  • the distance between the magnetic cores 22 and 22 can be reduced, and therefore, the electromagnet 21 itself can be reduced in size.
  • a material having low heat resistance can be used.
  • the density of the magnetic field generated by the magnetic field generating means 20 may be equal to or greater than 0.05 Tesla, particularly, about 0.1 Tesla to 5 Tesla.
  • the distance (L 0) between the magnetic cores 22 is 300 mm.
  • the structure is the same as that described in Embodiment 1.
  • the outer surface of the container body 2A of the vacuum container 2 and the magnetic core 2 2 of the electromagnet 21 are also understood.
  • a thin heating means 30 is provided between the heating means 30 and the end face.
  • the heating means 30 includes, but is not limited to, an electric heater 31 by electric resistance heating.
  • Such a heating means 30 is preferably inexpensive and inexpensive as compared with an induction heating means whose power source is expensive.
  • the heating means 30 has a predetermined distance between the electrically insulated inner cylinder 32 and the inner cylinder 32, which are arranged so as to surround the outer peripheral surface of the vacuum vessel main body 2A. And a water-cooled jacket constituting the fluid cooling section 33 placed.
  • the inner tube 32 can be made of a quartz glass tube having a thickness of 2 to 6 mm.
  • a gap (G 1) of 2 to 4 mm is provided between the inner tube 32 and the outer peripheral surface of the vacuum vessel main body 2A.
  • the vacuum vessel main body 2 A Since the outer diameter (D 1) of the inner tube was set to 24 Omm, the inner diameter (D 2) of the inner tube 32 was set to 245 mm.
  • the axial length (L 1) of the inner cylindrical tube 32 was set to 450 mm.
  • the water-cooled jacket 33 is a double-pipe cylindrical body having an inner wall 34 and an outer wall 35, and the upper end and the lower end are closed by an upper wall 36 and a lower wall 37, respectively.
  • the outer wall 35 is longer in the axial direction than the lower wall 37, but an annular support plate 38 is fixed to the body at the lower extension. And supports the inner tube 32.
  • the water-cooled jacket 33 has a water supply port formed in a lower part and a water discharge port formed in an upper part, and a cooling fluid R which is usually water flows therethrough. Be moved.
  • the cooling fluid R may be circulated.
  • a water-cooled jacket having the same configuration as that of the first embodiment can be used, and as shown in FIG. It may be formed to have a cut 39 extending along the direction. In this case, it is possible to take out the terminal of the heater 31 installed inside the water-cooled jacket 33 by using the cut 39.
  • the water-cooled jacket 33 is made of a material having good thermal conductivity such as metal.
  • the inner wall 34, the outer wall 35, the upper wall 36, the lower wall 37, etc. are made of a stainless steel plate having a thickness of 3 mm.
  • the air gap (G 2) is provided.
  • the inner diameter (D3) of the inner cylindrical tube 32 was set to 253 mm
  • the inner diameter (D4) of the water cooling jacket 33 was set to 272 mm.
  • the axial length of the inner wall 34 of the water-cooled jacket 33 was set to a size that completely covers the heating means 30.
  • the heating means 30 will be further described.
  • the heating means 30 has the electric heater 31, and is spirally wound around the outer circumference of the inner cylindrical tube 32.
  • the electric heater 31 has a shape in which the resistance heating and heating wire 31A is covered with the electric insulating tube 31B.
  • the resistance heating wire 31 A a nichrome wire or a noble metal non-magnetic metal heating element such as platinum can be suitably used.
  • the electric insulating tube 31B may be a tube formed by knitting a fibrous alumina firer, or a plurality of tubular bodies formed of quartz or alumina.
  • the resistance heating and heating wire 31A is formed by covering a double wire having a diameter of 2.0 to 2.6 mm with a tube 31B knitted with an alumina fiber and having an outer diameter of 3.5. mm.
  • the heating wire 31 A Since the heating wire 31 A is placed in the magnetic field generated by the magnetic field generating means 20 as described above, it receives a force due to the interaction with the magnetic field generated by the current for heating, and Will come into contact with each other. Therefore, it is preferable that the resistance heating wire 31 A be electrically insulated by the insulating tube 31 B.
  • the direction of current flow of the resistance heating and heating wire 31 A is so-called non-induction winding, which is arranged so as to cancel the magnetic field generated thereby. .
  • the heater 31 is connected to one end, that is, wound in a single-layer winding around the inner tube 32 in a U-shaped double wire state.
  • the directions of the currents flowing in the upper and lower resistance heating lines 31 A adjacent to each other in the axial direction are made opposite to each other, whereby the magnetic fields generated by the flow of the resistance heating lines 31 A cancel each other out. You. If only one heater 31 is wound, as described above, When a current is applied to the heating wire 31A, the resistance heating wire 31A receives a force due to the magnetic field from the magnetic field generating means 20, and the heater 31 moves or vibrates.
  • the heating current is preferably a direct current, since such force cancellation can be stabilized.
  • the heating means 30 is usually provided with a control means for controlling the temperature, and controls the power supply to the heater 31.
  • the temperature range for normal heat treatment is about 150 ° C to 500 ° C. However, when heat treatment is performed on a film having a high ordering temperature of the magnetic film structure, the temperature range is particularly from 500 ° C to 500 ° C. It is about 800 ° C.
  • the cooling rate is preferably 5 ° CZ minutes or more, particularly preferably 15 ° CZ minutes to 200 ° CZ minutes.
  • the water cooling jacket 33 is made of stainless steel between the water cooling jacket 33 and the heater 31 in this embodiment. It is good to arrange an alumina sheet 40 (FIG. 6) as an electrical insulation material.
  • the alumina sheet 40 may have a thickness of about 1 to 3 mm. The thickness of the electrical insulation between the heater 31 and the water-cooled jacket 33 is preferably 4 mm or less.
  • the heater 31 may be wound around the inner peripheral surface of the alumina sheet 40 without providing the inner tube 2.
  • the heat treatment apparatus 1 further includes a power supply for the magnetic field generating means 20, a magnetic field measurement control device, a vacuum pump control unit for evacuating the vacuum vessel 2, a mechanism for controlling the operation sequence of the entire device, and the like.
  • a power supply for the magnetic field generating means 20 is the electromagnet 21, but may be a superconducting electromagnet.
  • the heating means 30 is arranged outside the vacuum vessel 2, but may be arranged inside the vacuum vessel 2 as desired. Nare,
  • the heat treatment apparatus 1 is provided with a sealable dust-free chamber 50 that also functions as a processing chamber and that defines a dust-free space communicating with the lower opening of the vacuum vessel 2.
  • the electromagnetic stones 21 and the like arranged so as to surround the vacuum vessel 2 are heavy and are not installed on the dust-free room 50, but instead surround the dust-free room 50. It is attached to the base structure 5 which is installed in the manner described above.
  • the dust-free chamber 50 has a cubic box shape, and is installed below the vacuum vessel 2, the heating means 30, the magnetic field generating means 20, and the like. Therefore, the container mounting portion 2B of the vacuum container 2 projects downward into the dust-free room 50, and the opening of the container mounting portion 2B opens into the dust-free room 50.
  • the container mounting portion 2B of the vacuum container 2, the holder support device 3B, and the elevating mechanism 10 as a moving means are arranged. .
  • an intermediate chamber 70 is arranged adjacent to the dust-free chamber 50.
  • the intermediate chamber 70 is a space that can be sealed between the dust-free chamber 50 and the outside for taking in and out the object to be treated, and shields the outside from the dust-free chamber 50, preferably in a vacuum atmosphere. By doing so, the atmosphere in the dust-free room 50 can be kept constant without being affected by the outside.
  • Openable and closable gate valves 71 and 72 are arranged on a partition wall between the dust-free chamber 50 and the intermediate chamber 70, and further on a partition wall between the intermediate chamber 70 and the outside.
  • a rotatably driven index table 73 is arranged, and in this embodiment, a cassette 74 containing a processing object can be positioned and installed at four places on the circumference in the present embodiment.
  • the index table 73 can be moved up and down in the intermediate chamber 70 by a cassette elevator 75 which is a hydraulic cylinder.
  • a handling means that is, a handling ring robot 51 is installed, and by opening the gate valve 71, in cooperation with the power set elevator 75, The processing objects in the cassette 74 set in the index table 73 are taken out one by one and transferred to the tray 6 of the holder 3A supported by the holder supporting device 3B. Since the handling robot 51 performing such an operation is well known to those skilled in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the lifting mechanism 10 is fixedly installed on the bottom wall of the dust-free chamber 50 and extends upward, as can be better understood with reference to FIGS. 12 to 14. It has a frame structure 61 and supporting means 62 for supporting the holder supporting device 3B on the frame structure 61.
  • the frame structure 61 is provided with a lead screw shaft 65 that is rotationally driven by a driving means, and is screwed with a nut 66 fixed to the supporting means 62. Therefore, by driving the lead screw shaft 65 by the driving means, the supporting means 62 can be moved up and down with respect to the frame structure 61.
  • the holder support device 3B and the holder 3A can be inserted into the vacuum container 2 or can be removed from the vacuum container 2 by driving the elevating mechanism 10. .
  • the intermediate chamber 70 is provided with the cassette loading gate pulp 72 for installing a cassette in the intermediate chamber 70. Therefore, by opening the cassette loading gate valve 72, the operator can install a cassette containing a predetermined number of objects to be processed in the index table 73 of the intermediate chamber 70.
  • the operation mode of the heat treatment apparatus having the above structure according to the present embodiment will be described.
  • the elevating mechanism 10 is driven to lower the holder supporting device 3B and the holder 3A downward from inside the vacuum vessel 2 to expose the vacuum vessel 2 to the outside.
  • the gate pulp 71 provided on the partition wall between the dust-free room 50 and the intermediate room 70 is opened, and the processing in the cassette 74 set in the index table 73 by the handling robot 51 is opened. Remove the objects one by one and transfer to holder 3A.
  • the elevating mechanism 10 is driven to insert the holder supporting device 3B and the holder 13A into the vacuum vessel 2 above the lower side.
  • the opening of the vacuum vessel 2 is closed by a sealing lid 4 provided on the holder support device 3B.
  • the inside of the vacuum vessel 2 is evacuated and depressurized by the same procedure as the above-mentioned conventional one, and the inside of the vacuum vessel 2 is set to a non-oxidizing gas atmosphere.
  • a heat treatment is performed on the processing object supported by the holder 3A.
  • the dust-free chamber 50 also functions as the processing chamber described in the previous embodiment, and is closed and vacuumed with the opening of the vacuum vessel 2 closed. .
  • the atmosphere is set as required, if necessary.
  • the object to be processed is a magnetic material such as an MR film or a GMR film, which is transformed in an air atmosphere at a processing temperature higher than room temperature.
  • a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen, argon, etc. is used. Therefore, the inside of the dust-free chamber 50 was evacuated to 1 Pa or less, and then filled with nitrogen gas in the present embodiment to form a nitrogen gas atmosphere at room temperature and 1 atm (0. IMPa). Alternatively, the vacuum can be left. Clean room 5 0
  • a desired gas, a desired gas, a desired room temperature, a pressure, and the like can be selected as necessary.
  • the vacuum state in the vacuum vessel 2 is released by introducing nitrogen gas into the vacuum vessel 2 through the pulp 10a, and the elevating mechanism 10 is driven. As a result, the holder supporting device 3B and the holder 13A are lowered from the lower end opening of the vacuum vessel.
  • the interior of the dust-free chamber 50 is in a non-oxidizing atmosphere at room temperature, so that the object to be heat-treated can be rapidly cooled without alteration.
  • the processed object supported by the holder 3 ⁇ is transferred from the handling robot 51 ⁇ to the intermediate room 70, and the cassette to be processed next set in the intermediate room 70 ⁇ Transfer the object stored in the holder into the holder 3A.
  • the dust-free chamber 50 is provided below the heat treatment vessel such as the vacuum vessel 2, and at least the movable part of the moving means 10 for moving the object to be treated is evacuated. Since it is arranged below the container 2 and more preferably below the object to be treated, the movable part of the moving means 10 which is a source of dust is located below the object to be treated. It can be arranged, and the adhesion of dust to the object to be treated can be greatly reduced as compared with the conventional apparatus.
  • the moving means 10 which is a source of dust
  • the moving means 10 can be freely arranged.
  • the heat treatment apparatus 1 can be set at an arbitrary position of the heat treatment apparatus 1 and the size can be reduced. Therefore, heat treatment equipment The total installation area can be reduced, and the degree of freedom in equipment arrangement is also improved.
  • the cooling rate can be further increased by directly blowing the atmospheric gas onto the object to be treated.
  • the electromagnet 21, the heating means 30, the water-cooling jacket 33, etc., which are arranged so as to surround the vacuum vessel 2, are the bases which are installed so as to surround the dust-free chamber 50. Since the structure is attached to the structure 5, at least the electromagnetic stone 21, preferably, the heating means 30, the fluid cooling part 33, and the like have a dividable structure, so that a dashed line in FIG. As shown by, after the heat treatment step, the electromagnet 21, the heating means 30, the water-cooled jacket 33, etc. are divided and moved, and the heat treatment vessel 2 is also air-cooled by separating from the heat treatment vessel 2. Can be achieved very easily. After cooling the heat treatment container, the above-mentioned devices 21, 30, 33, etc. are returned to the predetermined positions with respect to the heat treatment container 2. Industrial applicability
  • a heat treatment apparatus is disposed adjacent to a heat treatment container, and a processing chamber capable of setting an internal space to a predetermined atmosphere, And a moving means for moving the heat-treated processing target to a processing chamber set in a predetermined atmosphere and rapidly cooling the processing target. Shorten it, The processing amount of the processing target can be increased.
  • a heat treatment apparatus is disposed below a heat treatment container, and is disposed in a dust-free room having an opening formed at a lower end of the heat treatment container and a dust-free room, and holds a processing object.
  • the heat-treated object can be moved downward to the dust-free room and taken out of the heat treatment container.

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Description

明 細 書 熱処理装置及び熱処理方法 技術分野
本発明は、 磁場中で熱処理を行う熱処理装置及び熱処理方法に関し、 微細にパターユングされた材料、 磁性体などに対して、 特に M R膜、 G M R膜、 T M R膜などの磁性体材料に対して強磁場内で熱処理を行う熱. 処装置及び熱処理方法に関するものである。 背景技術
磁性体膜、 例えば、 磁気ヘッドや不揮発性メモリの一つである M R A M (Magnetic Random Access Memory)などに用いられる磁性体材料で ある、 スパッタリング法などで基板上に形成された F e — N i、 P t— M n、 或いは、 C o _ F e合金などの薄膜は、 強磁場中で熱処理を行う ことでその磁気特性を発現することができる。
そこで、 従来、 電磁石又は永久磁石で形成された磁場中に電気炉、 誘 導加熱炉などを設置し、 その中で熱処理を行う熱処理装置が提案されて いる。 従来の熱処理装置の一例の概略構成を図 1 6に示す。
図 1 6に示すように、 熱処理装置 1 Aは、 熱処理容器である円筒形状 とされる真空容器 2と、 真空容器 2内に処理対象を保持する保持手段 3 と、 真空容器 2の外側に配置された磁界発生手段 2 0とを有する。 保持 手段 3は、 処理対象を保持するホルダー 3 Aと、 このホルダー 3 Aを支 持し且つ真空容器 2の上部開口を開閉するための蓋部材 4を備えたホル ダー支持装置 3 Bとを有する。
真空容器 2の上部にホルダー支持装置 3 Bが配置されており、 磁性体 材料などの熱処理される対象物 （以下 「処理対象」 という。） を保持した ホルダー 3 Aがこの支持装置 3 Bにより内部へと装入される。
磁界発生手段 2 0は、 真空容器 2の外側で対向配置された一対の電磁 石 2 1を備え、 電磁石 2 1は磁心 2 2とコイル 2 3とを有する。
真空容器 2の外面と、 電磁石 2 1の磁心 2 2の端面との間に、 加熱手 段 1 0 0が設けられている。 通常、 加熱手段 1 0 0は、 真空容器 2の外 面から所定の距離離間して、 且つ、 真空容器 2の外周面を囲包して電気 ヒータ 1 0 1を配置することにより構成されている。 電気ヒータ 1 0 1 は、 例えば、 図 1 6に示すように、 真空容器 2を囲包して配置された煉 瓦或はセラミック製とされるヒータ 持体 1 0 2の、 真空容器外周面に 対面した内周面に、 例えば螺旋状の溝 1 0 3を設け、 この溝 1 0 3に二 クロム線 1 0 4などの発熱線を設置することにより構成されている。又、 ヒータ支持体 1 0 2の外周面には、 アルミナフヱルト、 煉瓦などとされ る断熱材 1 0 5が配置され、 加熱手段 1 0 0の温度が電磁石 2 1へと伝 達しないようにされる。
熱処理された処理対象は、 真空容器 2から取り出され、 次いで、 ホル ダー 3 Aには、 新たに処理対象を保持して、 支持装置 3 Bにより真空容 器 2内へと装入、 保持して、 上記熱処理が行われる。 以後同様の手順に て、.処理対象の熱処理がパッチ処理により継続して行われる。
従来、 処理対象は、 熱処理装置 1 Aにて、 通常、 1 5 0 °C〜 5 0 0 °C にて熱処理されるが、 場合によっては、 5 0 0 ° (：〜 8 0 0 °C程度での高 温熱処理が行われることもあり、 このような熱処理後の処理対象を高温 度の状態にて真空容器 2内から大気雰囲気へと取り出した場合には、 酸 化するなどにより変質することがある。
従って、 従来、 熱処理後の処理対象は、 その温度が室温程度に下がる まで、 真空容器 2内に納めて置く必要があった。 そのために、 1バッチ の処理時間が必然的に長いものとなった。 水冷ジャケットを設けて冷却 することも行われているが、 熱処理後の処理対象の温度を室温程度にま で下げるには、 一般には 3〜 4時間といった長時間を要した。
更に、 従来の熱処理装置 1 Aでは、 図 1 6に示すように、 熱処理され た処理対象は、 真空容器 2から上方へと取り出され、 次いで、 ホルダー 3 Aには、 新たに処理対象を保持して、 支持装置 3 Bにより真空容器 2 内へと上方から装入して、上記熱処理が行われる。以後同様の手順にて、 処理対象の熱処理がバッチ処理により継続して行われる。
このように、 従来の熱処理装置 1 Aでは、 処理対象とされる磁性体材 料などは、 重量が大であり、 そのために、 真空容器 2の上端部を開口部 とし、 この開口部を介して処理対象の真空容器 2内に対する出し入れを 行う構成とされている。
本発明者らの研究実験の結果によると、 上記構成の熱処理装置 1 Aは 無塵環境下に熱処理を行う構成とされているにも拘わらず、 処理対象に 塵が付着することが観察された。
この問題を解決するべく、 更に検討を行ったところ、 従来の熱処理装 置 1 Aは、 支持装置 3 B、 更には、 図 1 6には示していないが、 この支 持装置 3 Bを上下動するための駆動モータを備えた昇降機構等の移動手 段が、 ホルダー 3 Aに保持された処理対象及ぴ真空容器 2の上方に配置 されているために、 運転に際して、 支持装置 3 B及び移動手段などから 発生した塵が直接処理対象に付着したり、 更には、 真空容器 2内へと侵 入し、 熱処理時に処理対象に付着することが分かった。
このように、 ホルダー支持装置 3 B及び移動手段からの塵の発生を防 止するには、 装置全体の無塵化を大幅に増大することが必要となり、 そ のために装置構造が複雑、 大型化する。 その結果、 装置の設置面積が大 となり、 装置配置の自由度が少なくなる。 そこで、 本発明の主たる目的は、 1バッチの処理時間を短くし、 処理 対象の処理量を増大することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提供 することである。
本発明の他の目的は、 処理対象に塵が付き難い熱処理装置及ぴ熱処理 方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、 装置設置面積を少なくすることができ、 装 置配置の自由度を向上することのできる熱処理装置及び熱処理方法を提 供することである。 発明の開示
上記目的は本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法にて達成される。 要約すれば、 第 1の本発明によれば、 処理対象を保持する保持手段と、 保持手段に保持された処理対象を収納する熱処理容器と、 処理対象を加 熱する加熱手段と、 処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、 を有す る熱処理装置において、
前記熱処理容器に隣接して配置され、 内部空間を所定の雰囲気に設定 できる処理室と、
前記保持手段に作用して、 処理対象を前記熱処理容器と前記処理室と の間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。 本発明の一実施態 様によれば、 前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、 前記熱処理容器を 囲包して配置される。
第 2の本発明によれば、 上記熱処理装置を使用して処理対象を磁場中 にて熱処理する方法において、
( a ) 処理対象を前記熱処理容器に収納する工程、
( b ) 前記熱処理容器内を所定の雰囲気として、 磁場中で熱処理を行う 工程、
( C ) 熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている前記処理 室へ移動する工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。
上記第 1及び第 2の本発明の一実施態様によれば、 前記処理対象は、 熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、 前記処理室は、 非酸化 雰囲気に設定する。
上記第 1及び第 2の本発明の他の実施態様によれば、 前記処理室の非 酸化雰囲気は、 窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気とされる。 また、 前記 処理室の雰囲気を真空としてもよい。
上記第 1及び第 2の本発明の他の実施態様によれば、 前記処理室は、 所定温度に設定する。 このとき、 前記処理室の所定温度は、 室温とし得 る。
上記第 1及び第 2の本発明の他の実施態様によれば、 前記処理室は、 前記熱処理容器の上方に、下方に、又は、側方に配置することができる。 第 3の本発明によれば、 処理対象を保持する保持手段と、 保持手段に 保持された処理対象を収納する熱処理容器と、 処理対象を加熱する加熱 手段と、 処理対象に磁場を印加する磁界発生手段と、 を有する熱処理装 置において、
前記熱処理容器の下方に配置され、 前記熱処理容器の下端に形成した 開口部が開口する無塵室と、
前記無塵室に配置され、 前記保持手段に作用して処理対象を前記熱処 理容器と前記無塵室との間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置が提供される。
上記第 3の本発明の一実施態様によると、 前記熱処理容器は開口部を 閉鎖することによって真空とされる真空容器であって、前記移動手段は、 前記真空容器の開口部より下方に位置して配置される。
第 3の本発明の他の実施態様によると、 前記移動手段は、 その可動部 分が前記無塵室に配置された処理対象より下方に位置している。
第 3の本発明の他の実施態様によると、'前記加熱手段及び前記磁界発 生手段は、 前記熱処理容器を囲包して配置される。
第 3の本発明の他の実施態様によると、 少なく とも前記磁界発生手段 は、 前記熱処理容器に対して離接可能とされる。
第 4の本発明によれば、 上記構成の熱処理装置を使用して処理対象を 磁場中にて熱処理する方法において、
( a ) 処理対象を前記保持手段に収納する工程、
( b ) 処理対象を前記熱処理容器へと下方より装入して、 磁場中で熱処 理を行う工程、
( c ) 熱処理済みの処理対象を前記無塵室へと下方に移動して前記熱処 理容器から取り出す工程、
を有することを特徴とする熱処理方法が提供される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面正面図で める。
図 2は、 本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面平面図で ある。
図 3は、 本発明に係る熱処理装置の一実施例の概略構成断面側面図で ある。
図 4は、 図 1の線 4一 4に取った概略成断面側面図である。
図 5は、 真空容器、 加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面図 である。 図 6は、 加熱手段の一部拡大断面図である。
図 7は、 水冷ジャケットのー実施例の全体図を示す斜視図である。 図 8は、 電気ヒータの断面図である。
図 9は、 電気ヒータの設置方法を説明する斜視図である。
図 1 0は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。 図 1 1は、本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成図である。 図 1 2は、 本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面正面 図である。 '
図 1 3は、 本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面平面 図である。
図 1 4は、 本発明に係る熱処理装置の他の実施例の概略構成断面側面 図である。
図 1 5は、 真空容器、 加熱手段及び電磁石の配置関係を示す一部断面 図である。
図 1 6は、 従来の熱処理装置の概略構成断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明に係る熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳 しく説明する。
実施例 1
図 1〜図 4に本発明に係る熱処理装置 1の一実施例の概略全体構成を 示す。
本実施例によると、熱処理装置 1は、従来の熱処理装置 1 Aと同様に、 熱処理容器としての真空容器 2と、 真空容器 2内に処理対象を保持する 保持手段 3と、 真空容器 2の外側に配置された磁界発生手段 2 0とを有 する。 保持手段 3は、 処理対象を保持するホルダー 3 Aと、 このホルダ 一 3 Aを支持するホルダー支持装置 3 Bとを有する。
図 5をも併せて参照するとより良く理解されるように、本実施例にて、 真空容器 2は、 小径とされる容器本体部 2 Aと、 容器本体部 2 Aの上部 に一体に形成された大径の容器取付部 2 Bとを有する段付の円筒状容器 とされる。 容器本体部 2 Aの下端部は、 本実施例では非酸化性ガスを導 入するための導管がバルブ 2 aを介して接続されているが、 実質的には 閉鎖端とされ、 容器取付部 2 Bの上端部は開放されている。
本実施例にて、 容器上端部は、 ホルダー支持装置 3 Bの蓋部材 4が容 器上端開口部に取付けられることにより密封される。 真空容器 2の容器 本体部 2 Aと容器取付部 2 Bとの間に形成される環状肩部 2 Cが下部構 造体 5の容器設置部 5 aに載置され、真空容器 2はその場に保持される。 真空容器 2は、 急冷却時において安定であることから、 石英ガラスな どのセラミックスにて作製するのが好ましい。 又、 本実施例では、 詳し くは後述するが、 加熱手段 3 0による真空中の加熱が主として輻射熱に より行われるために、 石英ガラスは、 光学的に透明なものが良い。 真空 容器 2の厚さは、 2〜6 m mとすることができ、 本実施例では、 3 m m である。
ホルダー 3 Aは、 例えばスパッタリングなどで形成された F e— N i 合金膜を有する直径 1 0 0〜2 0 O m m程度の基板を載置するためのト レー 6が 3 0枚程度、 支持軸 7にて保持されたものであり、 その支持軸 7の上端がホルダー支持装置 3 Bに懸垂支持されている。
ホルダー支持装置 3 Bには、 ホルダー 3 Aに保持された処理対象を磁 場方向に対してその方向を変えられるように、 ホルダー 3 Aを回転自在 に保持するのが好ましい。 従って、 本実施例では、 ホルダー支持装置 3 Bに駆動モータ 8を取付け、 ホルダー 3 Aの支持軸 7を回転駆動可能に 構成されている。 真空容器 2は、真空容器上端部にホルダー支持装置 3 Bを取付けた後、 真空容器上端部に連通した真空ポンプ （図示せず） により真空容器 2内 を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる。 例 えば、 処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、 金属薄膜の酸化 を防ぐために、 処理対象は、 真空中、 具体的には 1 P a以下の真空状態 において熱処理するのが好ましい。 又、 好ましくは、 窒素ガス、 ァルゴ ンガスなどの非酸化性ガスを真空容器 2内に充填し、 真空容器 2内を非 酸化性ガス雰囲気とする。
又、 ホルダー支持装置 3 Bは容器上端部に配置されており、 ホルダー 3 Aは、 移動手段としての昇降機構 1 0 (図 4参照） により、 ホルダー 支持装置 3 Bと共に容器 2外へと上方に吊り上げることができる。 従つ て、 この状態にて磁性体材料などとされる熱処理される対象物をホルダ 一 3 Aに装着したり、 或はホルダー 3 Aから取り出すことができる。 移 動手段としての昇降機構 1 0については、 後で詳述する。
磁界発生手段 2 0は、対向配置された一対の電磁石 2 1を備えており、 各電磁石 2 1は、図 5に示すように、磁心 2 2とコイル 2 3とを有する。 本実施例によると、 詳しくは後述するが、 真空容器 2と磁心 2 2との間 に配置される加熱手段 3 0の厚さを薄くすることができ、 そのために、 対をなす電磁石 2 1の磁心 2 2、 2 2間の距離を短くすることが可能と なり、 従って、 電磁石 2 1自体を小型化することができる。 又、 本実施 例によれば、 磁心 2 2は加熱されないので、 耐熱性の低い材料を用いる ことができる。 そのために、 本実施例では、 磁界発生手段 2 0にて発生 する磁界密度は、 0 . 0 5テスラ以上、 特には、 0 . 1テスラ〜 5テス ラ程度とし得る。本実施例での磁心 2 2間の距離（L 0 ) (図 5参照）は、 3 0 O m mである。
図 6をも参照すると理解されるように、 真空容器 2の容器本体 2 Aの 外面と、 電磁石 2 1の磁心 2 2の端面との間に、 薄形の加熱手段 3 0が 設けられる。加熱手段 3 0としては、これに限定されるものではないが、 電気抵抗加熱による電気ヒータ 3 1を有する。 このような加熱手段 3 0 は、 電源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、 コスト的にも低廉 であり好ましい。
更に説明すると、 加熱手段 3 0は、 真空容器本体 2 Aの外周面を囲包 して配置された電気的に絶縁性の内筒管 3 2と、 内筒管 3 2とは所定の 距離を置いて配置された流体冷却部 3 3を構成する水冷ジャケットとを 有する。 内筒管 3 2は、 厚さ 2〜 6 m mの石英ガラスチューブにて作製 することができる。内筒管 3 2と真空容器本体 2 Aの外周面との間には、 2〜 4 m mの空隙 （G 1 ) を設ける。 本実施例では、 真空容器本体 2 A の外径 （D 1 ) が 2 4 0 m mとされたので、 内筒管 3 2の内径 （D 2 ) は 2 4 5 m mとした。 又、 内筒管 3 2の軸線方向長さ （L 1 ) は 4 5 0 m mとし 7こ。
水冷ジャケット 3 3は、 内壁 3 4と外壁 3 5とを備えた二重管構造の 円筒体とされ、 上端と下端とは上壁 3 6及び下壁 3 7にてそれぞれ閉鎖 されている。 本実施例では、 図 5に示すように、 外壁 3 5が下壁 3 7よ り軸線方向に長く されているが、 下方の延長部には、 円環状の支持板 3 8がー体に固定され、 上記内筒管 3 2を支持している。 水冷ジャケッ ト 3 3には、 図示されてはいないが、 下方部に水供給口が形成され、 上方 部に水排出口が形成されており、 通常、 水とされる冷却用流体 Rが流動 される。 冷却用流体 Rは、 循環させても良い。
尚、 水冷ジャケット 3 3は、 図 7に示すように、 円周方向に連続した 円筒形状とするのではなく、 軸線方向に沿って延在した切れ目 3 9を有 するように形成することもできる。 この場合には、 この切れ目 3 9を利 用して、 水冷ジャケット 3 3の内部に設置されるヒータ 3 1の端子を取 り出すことが可能となる。
水冷ジャケッ ト 3 3は、 金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、 本実施例では、 内壁 3 4、 外壁 3 5、 上壁 3 6、 下壁 3 7などを厚さ 3 m mのステンレススチール板にて作製した。 内筒管 3 2を囲包して配置 された水冷ジャケット 3 3の内壁 3 4の内面と、内筒管 3 2との間には、 ヒータ 3 1を配置するために 8〜 1 3 m mの空隙 （G 2 ) を設ける。 本 実施例では、 内筒管 3 2の外径 （D 3 ) が 2 5 3 mmとされたので、 水 冷ジャケット 3 3の内径 （D 4 ) は 2 7 2 m mとした。 又、 水冷ジャケ ッ ト 3 3の内壁 3 4の軸線方向長さは、 加熱手段 3 0を完全に覆う大き さとした。
次に加熱手段 3 0について更に説明する。 本発明によると、 加熱手段 3 0は、 上述のように、 電気ヒータ 3 1を有し、 内筒管 3 2の外周回り に螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、 電気ヒータ 3 1は、 図 8に示すように、 抵抗加熱発 熱線 3 1 Aを電気絶縁チューブ 3 1 Bで被覆した形状とされる。 抵抗加 熱発熱線 3 1 Aは、 ニクロム線、 或は、 白金などの貴金属非磁性金属発 熱体なども好適に使用し得る。 電気絶縁チューブ 3 1 Bは、 繊維状とさ れるアルミナファイバーを編んだチューブとされるか、 又は、 石英或は アルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる c 本実施例では、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 直径 2 . 0〜2 . 6 m mの二 クロム線を、 アルミナファイバーを編んだチューブ 3 1 Bで被覆した、 外径 3 . 5 m mのものを使用した。
抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 上述のように磁界発生手段 2 0による磁界 内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、 力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 絶縁チューブ 3 1 Bで電気的絶縁を取るのが 好ましい。
又、 相互作用による力を少なくするために、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aの 電流の流れる方向を、 それにより生じる磁界がキャンセルされるように 配置する、 所謂、 無誘導巻きとすることが好ましい。
つまり、 ヒータ 3 1は、図 9に示すように、一端で接続された、即ち、 U字状とされた二重線状態で内筒管 3 2に単層卷きにて巻き付けられる。 従って、 軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線 3 1 Aに流れる電流 の方向が逆方向とされ、 それによつて、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aを流れる ことによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。 も し、 単に 1本のヒータ 3 1を巻き付けただけでは、 上述のように、 抵抗 加熱発熱線 3 1 Aに電流を流したとき、 磁界発生手段 2 0からの磁界に より、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aが力を受け、 ヒータ 3 1が移動したり、 振 動したりする。
更に、 加熱用電流は、 このような力のキャンセルを安定なものとでき るので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段 3 0には、通常、 温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ 3 1への通電を制御する。 通常の熱処理の温度範囲は、 1 5 0 °C〜 5 0 0 °C程度であるが、 磁性 膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、 特に 5 0 0 °C 〜 8 0 0 °C程度とされる。 又、 冷却速度は、 M R素子用磁性膜の熱処理 の場合には、 冷却速度を 5 °C/ /分以上、 特には、 1 5 °〇/分〜2 0 0 °〇 /分とすることが好ましい。
ヒータ 3 1の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、 水冷ジャケッ ト 3 3とヒータ 3 1との間には、 本実施例では、 水冷ジャケット 3 3を ステンレススチールにて作製したために、 シート状電気絶縁材としての アルミナシート 4 0 (図 6 ) を配置するのが良い。 アルミナシート 4 0 としては、 厚さ 1〜 3 m m程度のもので良い。 ヒータ 3 1 と水冷ジャケ ット 3 3との間の電気絶縁材の厚さは、 4 m m以下とすることが好まし レ、。 内筒管 3 2を設けることなく、 ヒータ 3 1をアルミナシート 4 0の 内周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置 1は、 更に、 磁界発生手段 2 0のための電源、 磁界の 測定制御装置、 真空容器 2を真空にするための真空ポンプ制御部、 装置 全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、 これら各要 素は、当業者には周知のものを使用し得るので、詳しい説明は省略する。 尚、 上記説明では磁界発生手段 2 0は電磁石 2 1であるとしたが、 超 伝導電磁石でも良い。 また、 加熱手段 3 0は、 真空容器 2の外側に配置 するものとしたが、 所望に応じて、 真空容器 2の内部に設置しても構わ ない。
次に、 本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、図 1〜図 4にて解されるように、熱処理装置 1には、 真空容器 2に連通する空間を画成する密閉可能の処理室 5 0が設けられ る。
本実施例では、 処理室 5 0は、 立方形の箱形とされ、 真空容器 2、 加 熱手段 3 0、 磁界発生手段 2 0等を収納した下部構造体 5の上方に設置 される。 従って、 真空容器 2の容器取付部 2 Bが下方より処理室 5 0内 へと突出しており、 容器取付部 2 Bが処理室 5 0に開口している。 又、 本実施例によれば、 処理室 5 0内には、 真空容器 2の容器取付部 2 Bと、 ホルダー支持装置 3 Bと、 移動手段としての昇降機構 1 0と、 が配置される。
また、本実施例では、処理室 5 0に隣接して中間室 7 0が配置される。 中間室 7 0は、 処理室 5 0と外部との間で、 処理対象を出し入れするた めの密閉可能な空間であって、 外部と処理室 5 0とを遮蔽し、 好ましく は真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、 処理室 5 0内 の雰囲気を一定に保つことができる。
処理室 5 0と中間室 7 0との仕切り壁、 更には、 中間室 7 0と外部と の間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ 7 1、 7 2が配置されてい る。 中間室 7 0には、 回転駆動されるインデックステーブル 7 3が配置 され、 処理対象を納めたカセッ ト 7 4が、 本実施例では、 円周上 4力所 に位置決め設置可能とされている。 インデックステーブル 7 3は、 油圧 シリンダとされるカセットエレベータ 7 5にて、 中間室 7 0内にて上下 動可能とされる。
また、 処理室 5 0内には、 ハンドリング手段、 即ち、 ハンドリングロ ボット 5 1が設置され、 ゲートバルブ 7 1を開とすることによって、 力 セットエレベータ 7 5と協働して、 ィンデッタステーブル 7 3にセッ ト されたカセッ ト 7 4内の処理対象を 1枚づっ取り出し、 ホルダー支持装 置 3 Bに支持されたホルダー 3 Aのトレー 6へと移送する。 斯かる作動 をなすハンドリングロボッ ト 5 1は、 当業者には周知であるので、 詳し い説明は省略する。
本実施例によると、 図 1に示すように、 処理室 5 0内には、 処理対象 を真空容器 2内へと揷入する装入位置 （A ) から、 ハンドリングロボッ ト 5 1により処理対象を 1枚づっ受け取る受容位置 （B ) まで、 ホルダ 一支持装置 3 B及ぴホルダー 3 Aを移動させるために、 或いは、 受容位 置 （B ) から装入位置 （A ) まで移動させるために、 走行手段としての 走行装置 5 2が設けられる。
走行装置 5 2は、 種々の構造を採用し得るが、 本実施例では、 図 2及 ぴ図 4に最も良く図示するように、 走行装置 5 2は、 処理室 5 0の底壁 基台部分に設置されたガイ ド条 5 3と、 このガイ ド条 5 3に沿って直線 走行するスライダ 5 4を備えた台車 5 5と、 を有する。 従って、 台車 5 5は、 油圧シリンダのような駆動手段 （図示せず） を駆動することによ り、 ガイ ド条 5 3に沿って往復直線運動する。 台車 5 5には、 移動手段 としての昇降機構 1 0が取り付けられる。
本実施例にて、 昇降機構 1 0は、 台車 5 5に固定設置され、 上方へと 延在したフレーム構造体 6 1 と、 フレーム構造体 6 1にホルダー支持装 置 3 Bを支持するための支持手段 6 2を有する。
支持手段 6 2は、 一端がホルダー支持装置 3 Bに固定され、 他端がフ レーム構造体 6 1に設置されたガイ ドロッド 6 3に支承部材 6 4を介し て上下方向に移動可能に取り付けられている。 又、 フレーム構造体 6 1 には、 駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸 6 5が設置されており、 支 持手段 6 1に固定したナツ ト 6 6と螺合している。 従って、 親ねじ軸 6 5を駆動手段により駆動することにより、 支持手段 6 2はフレーム構造 体 6 1に対して上下動自在とされる。
上記構成により、 台車 5 5を駆動手段によりガイ ド条 5 3に沿って駆 動することによって、 ホルダー支持装置 3 B及びホルダー 3 Aは、 一体 として処理対象装入位置 （A ) と処理対象受容位置 （B ) との間を移動 可能とされる。 また、 処理対象装入位置 （A ) では、 昇降機構 1 0を駆 動することによりホルダー支持装置 3 B及びホルダー 3 Aを真空容器内 へと挿入したり、 或いは、 真空容器 2から外方へと取り出すことができ る。
また、 中間室 7 0には、 上述のように、 中間室 7 0にカセットを設置 するためのカセット装入ゲートパルプ 7 2が設けられている。 従って、 作業者は、このカセッ ト装入グートパルプ 7 2を開とすることによって、 処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室 7 0のインデックステー ブル 7 3に設置することができる。
次に、 本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明 する。 先ず、 昇降機構 1 0を駆動して、 装入位置 （A) に配置されたホルダ 一支持装置 3 B及びホルダー 3 Aを真空容器 2内から上方へと取り出す。 その後、 駆動手段を駆動することにより台車 5 5を走行させ、 ホルダー 支持装置 3 B及びホルダー 3 Aを一体として処理対象受容位置 （B ) に 停止させる。
処理室 5 0と中間室 7 0との仕切り壁に設けられたゲートバルブ 7 1 を開として、 ハンドリングロボッ ト 5 1により、 インデックステーブル 7 3にセッ トされたカセッ ト 7 4内の処理対象を 1枚づっ取り出し、 ホ ルダー 3 Aに移送する。
ホルダー 3 Aへの処理対象の移送が終わると、 ゲートバルブ 7 1を閉 とすると共に、 台車 5 5を駆動してホルダー支持装置 3 B及ぴホルダー 3 Aを処理対象装入位置 （A ) へと走行させ、 停止させる。
次いで、 昇降機構 1 0を駆動して、 ホルダー支持装置 3 B及びホルダ 一 3 Aを真空容器 2内へと挿入する。 真空容器 2の開口部は、 ホルダー 支持装置 3 Bに設けられた密閉蓋 4により閉鎖される。
その後、 上述した従来と同様の手順にて、 真空容器 2内を真空引きし て減圧し、 真空容器 2内は非酸化性ガス雰囲気とされる。 次いで、 ホル ダ一に支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、 本発明によれば、 処理'室 5 0は、 真空容器 2の開口を塞いだ状 態で、 密閉状態とされ、 所定の雰囲気に設定される。
つまり、 本実施例では、 処理対象が、 M R膜、 G M R膜などの磁性体 材料であって、 室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するもの であるので、 処理室 5 0内は、 窒素、 アルゴンなどの非酸化雰囲気状態 とされる。 従って、 処理室 5 0内は、 1 P a以下に真空引きした後、 本 実施例では窒素ガスを充填し、 室温、 1気圧 （0 . I M P a ) の窒素ガ ス雰囲気とした。 または、 真空のままとすることもできる。 処理室 5 0 内の雰囲気条件は、 必要に応じて、 所望のガス、 及び、 所望の室温、 圧 力等を選択することができる。
処理室 5 0を非酸化雰囲気状態とした後、 真空容器 2内にバルブ 1 0 aを介して窒素ガスを入れることで真空容器 2内の真空状態を開放し、 昇降機構 1 0を駆動することにより、 ホルダー支持装置 3 B及びホルダ 一 3 Aを真空容器の開口部より上方へと引き上げる。
処理室 5 0内は、 室温で、 非酸化雰囲気状態とされており、 それによ つて、 熱処理された処理対象は、 変質することなく、 急冷される。
本発明者らの実験の結果によれば、 5 0 0 °C〜 8 0 0 °C程度にまで加 熱された処理対象が、 5 0 °Cにまで冷却されるのに略 2 5分であった。 従来の 3〜 4時間に比較すると、 冷却時間を著しく低減することができ た。 また、 処理対象の物性が変化することもなかった。
続いて、 上述したように、 台車 5 5を駆動手段にて駆動することによ り走行させ、 ホルダー支持装置 3 B及ぴホルダー 3 Aを一体として処理 対象受容位置 （B ) へと移動させ、 ホルダー 3 Aに支持した処理済みの 処理対象をハンドリングロボット 5 1により中間室 7 0へと移送すると 共に、 中間室 7 0内にセットされた次に処理すべきカセッ ト 7 4に収納 された処理対象をホルダー 3 A内へと移送する。
この後は、 上述した手順にて、 次のパッチに対する処理作業が開始さ れる。
このように、 本発明によれば、 1パッチの処理時間を大幅に短縮する ことができる。
更に、 冷却時間を短縮し、 1バッチの処理時間を大幅に短縮するため には、 処理室 5 0内の雰囲気ガスを処理室 5 0内で循環させることも可 能である。 更には、 雰囲気ガスを、 ダク ト （図示せず） を介して処理室 5 0外へと導出し、 冷却した後、 塵の混入を避けるためにフィルター F (図 2 ) を介して、 再度処理室 5 0内へと還流することも可能である。 いずれの場合にも、 雰囲気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにする と、 冷却速度を更に速めることができる。
実施例 2
実施例 1では、処理室 5 0が真空容器 2の上方に位置し、処理対象は、 移動手段 1 0によりホルダー支持装置 3 B及びホルダー 3 Aを介して上 下方向に移動することにより、 熱処理容器 2と処理室 5 0との間を移動 するものとして説明したが、 本実施例では、 図 1 0に示すように、 処理 室 5 0が真空容器 2の下方に位置し、 処理対象は、 実施例 1の場合と同 様に、 移動手段 1 0によりホルダー支持装置 3 B及ぴホルダー 3 Aを介 して上下方向に移動することにより、 熱処理容器 2と処理室 5 0との間 を移動することができる。
本実施例においても、 実施例 1と同様の作用効果を得ることができ、 更に、 本実施例では、 処理対象を移動させる移動手段 1 0などが、 真空 容器 2の下方に配置されるために、 処理対象に塵が付き難いといった利 点がある。 特に、 処理室 5 8を無塵室とした構成については実施例 4に て更に詳しく説明する。
実施例 3
実施例 1及ぴ実施例 2と異なり、本実施例では、図 1 1に示すように、 真空容器 2を水平方向に配置し、 処理室 5 0を真空容器 2の側方に位置 する構成とされる。
この実施例では、 処理対象は、 移動手段 1 0によりホルダー支持装置 3 B及ぴホルダー 3 Aを介して水平方向に移動することにより、 熱処理 容器 2と処理室 5 0との間を移動することとなる。
本実施例においても、実施例 1と同様の作用効果を得ることができる。 実施例 4 本実施例では、 無塵室として機能する処理室 5 0が、 実施例 2におい て説明したと同様に、 真空容器 2の下方に位置する構成とされ、 処理対 象に塵が付き難く した熱処理装置及び熱処理方法を図面に則して更に詳 しく説明する。
図 1 2〜図 1 4に本実施例の熱処理装置 1の概略全体構成を示す。
本実施例によると、熱処理装置 1は、従来の熱処理装置 1 Aと同様に、 熱処理容器としての真空容器 2と、 真空容器 2内に処理対象を保持する 保持手段 3と、 真空容器 2の外側に配置された磁界発生手段 2 0とを有 する。 保持手段 3は、 処理対象を保持するホルダー 3 Aと、 このホルダ 一 3 Aを支持するホルダー支持装置 3 Bとを有する。 本実施例の熱処理 装置 1は、 真空容器 2の開口部が下方端に形成されており、 従って、 ホ ルダー支持装置 3 Bが真空容器 2の下方に配置されている。
更に説明すると、 本実施例にて、 真空容器 2は、 小径とされる容器本 体部 2 Aと、 容器本体部 2 Aの下部に一体に形成された大径の容器取付 部 2 Bとを有する段付の円筒状容器とされる。 容器本体部 2 Aの上端部 は、 本実施例では非酸化性ガスを導入するための導管がパルプ 2 aを介 して接続されているが、 実質的に閉鎖端とされ、 容器取付部 2 Bの下端 部は開放されている。
本実施例にて、 容器下端部は、 ホルダー支持装置 3 Bの蓋部材 4が容 器下端開口部に取付けられることにより密封される。 また、 真空容器 2 の容器本体部 2 Aと容器取付部 2 Bとの間に形成される環状肩部 2 Cが、 下部構造体 5を形成する無塵室 5 0の容器設置部 5 aに載置され、 真空 容器 2はその場に保持される。
真空容器 2は、 急冷却時において安定であることから、 石英ガラスな どのセラミックスにて作製するのが好ましい。 又、 本実施例では、 詳し くは後述するが、 先の実施例と同様に、 加熱手段 3 0による真空中の加 熱が主として輻射熱により行われるために、 石英ガラスは、 光学的に透 明なものが良い。 真空容器 2の厚さは、 2〜6 m mとすることができ、 本実施例では、 3 m mである。
ホルダー 3 Aは、 例えばスパッタリングなどで形成された F e — N i 合金膜を有する直径 1 0 0〜 2 0 0 m m程度の基板を载置するためのト レー 6が 3 0枚程度、 支持軸体 7にて保持されたものであり、 その支持 軸体 7の下端がホルダー支持装置 3 Bに連結支持されている。
ホルダー支持装置 3 Bには、 ホルダー 3 Aに保持された処理対象を磁 場方向に対してその方向を変えられるように、 ホルダー 3 Aを回転自在 に保持するのが好ましい。 従って、 本実施例では、 ホルダー支持装置 3 Bに駆動モータ 8を取付け、 ホルダー 3 Aの支持軸体 7を回転駆動可能 に構成されている。
真空容器 2は、真空容器下端部にホルダー支持装置 3 Bを取付けた後、 真空容器下端部に連通した真空ポンプ P (図 1 4参照） により真空容器 2内を真空引きすることにより所定の真空状態に維持することができる c 例えば、 処理対象が磁性金属薄膜などとされる場合には、 金属薄膜の酸 化を防ぐために、 処理対象は、 真空中、 具体的には 1 P a以下の真空状 態において熱処理するのが好ましい。 又、 好ましくは、 所定の雰囲気と される。本実施例では、上記バルブ 2 aを開として、例えば、窒素ガス、 アルゴンガスなどの非酸化性ガスを真空容器 2内に充填し、 真空容器 2 内を非酸化性ガス雰囲気とする。
又、 図 1 4を参照するとより良く理解されるように、 ホルダー支持装 置 3 Bは、 容器下端部に配置されており、 ホルダー 3 Aは、 移動手段と しての昇降機構 1 0により、 ホルダー支持装置 3 Bと共に容器 2外へと 下方に降下して移動させることができる。 従って、 この状態にて磁性体 材料などとされる熱処理される対象物をホルダー 3 Aに装着したり、 或 はホルダー 3 Aから取り出すことができる。 移動手段としての昇降機構 1 0については、 後で詳述する。
磁界発生手段 2 0は、対向配置された一対の電磁石 2 1を備えており、 各電磁石 2 1は、 図 1 5に示すように、 磁心 2 2とコイル 2 3とを有す る。 本実施例によると、 詳しくは後述するが、 真空容器 2と磁心 2 2と の間に配置される加熱手段 3 0の厚さを薄くすることができ、 そのため に、 対をなす電磁石 2 1の磁心 2 2、 2 2間の距離を短くすることが可 能となり、 従って、 電磁石 2 1自体を小型化することができる。 又、 本 実施例によれば、 磁心 2 2は加熱されないので、 耐熱性の低い材料を用 いることができる。 そのために、 本実施例では、 磁界発生手段 2 0にて 発生する磁界密度は、 0 . 0 5テスラ以上、 特には、 0 . 1テスラ〜 5 テスラ程度とし得る。本実施例での磁心 2 2間の距離（L 0 ) (図 1 5参 照） は、 3 0 0 m mである。
本実施例においても実施例 1にて説明したと同様の構成とされ、 図 6 をも参照すると理解されるように、真空容器 2の容器本体 2 Aの外面と、 電磁石 2 1の磁心 2 2の端面との間に、 薄形の加熱手段 3 0が設けられ る。 加熱手段 3 0としては、 これに限定されるものではないが、 電気抵 抗加熱による電気ヒータ 3 1を有する。 このような加熱手段 3 0は、 電 源が高価とされる誘導加熱手段に比較すると、 コスト的にも低廉であり 好ましい。
更に説明すると、 加熱手段 3 0は、 真空容器本体 2 Aの外周面を囲包 して配置された電気的に絶縁性の内筒管 3 2と、 内筒管 3 2とは所定の 距離を置いて配置された流体冷却部 3 3を構成する水冷ジャケッ卜とを 有する。 内筒管 3 2は、 厚さ 2〜 6 m mの石英ガラスチューブにて作製 することができる。内筒管 3 2と真空容器本体 2 Aの外周面との間には、 2〜4 m mの空隙 （G 1 ) を設ける。 本実施例では、 真空容器本体 2 A の外径 （D 1 ) が 24 Ommとされたので、 内筒管 3 2の内径 （D 2) は 24 5 mmとした。 又、 内筒管 3 2の軸線方向長さ （L 1 ) は 4 5 0 mmとした。
水冷ジャケッ ト 3 3は、 内壁 34と外壁 3 5とを備えた二重管構造の 円筒体とされ、 上端と下端とは上壁 3 6及び下壁 3 7にてそれぞれ閉鎖 されている。 本実施例では、 図 1 5に示すように、 外壁 3 5が下壁 3 7 より軸線方向に長く されているが、 下方の延長部には、 円環状の支持板 3 8がー体に固定され、 上記内筒管 3 2を支持している。 水冷ジャケッ ト 3 3には、 図示されてはいないが、 下方部に水供給口が形成され、 上 方部に水排出口が形成されており、 通常、 水とされる冷却用流体 Rが流 動される。 冷却用流体 Rは、 循環させても良い。
尚、 水冷ジャケッ ト 3 3は、 実施例 1と同様の構成の水冷ジャケッ ト を使用することができ、 図 7に示すように、 円周方向に連続した円筒形 状とするのではなく、 軸線方向に沿って延在した切れ目 3 9を有するよ うに形成することもできる。この場合には、この切れ目 3 9を利用して、 水冷ジャケッ ト 3 3の内部に設置されるヒータ 3 1の端子を取り出すこ とが可能となる。
水冷ジャケット 3 3は、 金属などの熱伝導性の良い材料で作製され、 本実施例では、 内壁 34、 外壁 3 5、 上壁 3 6、 下壁 3 7などを厚さ 3 mmのステンレススチール板にて作製した。 内筒管 3 2を囲包して配置 された水冷ジャケッ ト 3 3の内壁 3 4の内面と、内筒管 3 2との間には、 ヒータ 3 1を配置するために 8〜 1 3 mmの空隙 （G 2) を設ける。 本 実施例では、 内筒管 3 2の外径 （D 3) が 2 5 3 mmとされたので、 水 冷ジャケット 3 3の内径 （D 4) は 2 7 2mmとした。 又、 水冷ジャケ ット 3 3の内壁 3 4の軸線方向長さは、 加熱手段 3 0を完全に覆う大き さとした。 次に加熱手段 3 0について更に説明する。 本発明によると、 加熱手段 3 0は、 上述のように、 電気ヒータ 3 1を有し、 内筒管 3 2の外周回り に螺旋状に巻回して配置される。
本発明によれば、 電気ヒータ 3 1は、 図 8に示すように、 抵抗加熱発 熱線 3 1 Aを電気絶縁チューブ 3 1 Bで被覆した形状とされる。 抵抗加 熱発熱線 3 1 Aは、 ニクロム線、 或は、 白金などの貴金属非磁性金属発 熱体なども好適に使用し得る。 電気絶縁チューブ 3 1 Bは、 繊維状とさ れるアルミナフアイパーを編んだチューブとされるか、 又は、 石英或は アルミナなどで形成された管状体を複数個つないで用いることもできる。 本実施例では、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 直径 2 . 0〜 2 . 6 m mの二 ク口ム線を、 アルミナフアイパーを編んだチューブ 3 1 Bで被覆した、 外径 3 . 5 m mのものを使用した。
抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 上述のように磁界発生手段 2 0による磁界 内に置かれるために、加熱のための電流による磁界との相互作用により、 力を受けることになり、抵抗線間が接触したりすることとなる。従って、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aは、 絶縁チューブ 3 1 Bで電気的絶縁を取るのが 好ましい。
又、 相互作用による力を少なくするために、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aの 電流の流れる方向を、 それにより生じる磁界がキャンセルされるように 配置する、 所謂、 無誘導卷きとすることが好ましい。
つまり、 ヒータ 3 1は、図 9に示すように、一端で接続された、即ち、 U字状とされた二重線状態で内筒管 3 2に単層巻きにて卷き付けられる c 従って、 軸線方向に隣接した上下の抵抗加熱発熱線 3 1 Aに流れる電流 の方向が逆方向とされ、 それによつて、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aを流れる ことによって生じる磁場が互いに打ち消しあってキャンセルされる。 も し、 単に 1本のヒータ 3 1を巻き付けただけでは、 上述のように、 抵抗 加熱発熱線 3 1 Aに電流を流したとき、 磁界発生手段 2 0からの磁界に より、 抵抗加熱発熱線 3 1 Aが力を受け、 ヒータ 3 1が移動したり、 振 動したりする。
更に、 加熱用電流は、 このような力のキャンセルを安定なものとでき るので、直流電流とすることが好ましい。又、加熱手段 3 0には、通常、 温度制御のための制御手段が設けられ、ヒータ 3 1への通電を制御する。 通常の熱処理の温度範囲は、 1 5 0 °C〜 5 0 0 °C程度であるが、 磁性 膜の構造の秩序化温度が高い膜の熱処理を行う場合には、 特に 5 0 0 °C 〜 8 0 0 °C程度とされる。 又、 冷却速度は、 M R素子用磁性膜の熱処理 の場合には、 冷却速度を 5 °CZ分以上、 特には、 1 5 °CZ分〜 2 0 0 °C Z分とすることが好ましい。
ヒータ 3 1の回りに断熱材は設けないのが好ましいが、 水冷ジャケッ ト 3 3とヒータ 3 1との間には、 本実施例では、 水冷ジャケット 3 3を ステンレススチールにて作製したために、 シ一ト状電気絶縁材としての アルミナシート 4 0 (図 6 ) を配置するのが良い。 アルミナシート 4 0 としては、 厚さ 1〜3 m m程度のもので良い。 ヒータ 3 1 と水冷ジャケ ッ ト 3 3との間の電気絶縁材の厚さは、 4 m m以下とすることが好まし い。 内筒管 2を設けることなく、 ヒータ 3 1をアルミナシート 4 0の内 周面に巻回して配置することもできる。
上記熱処理装置 1は、 更に、 磁界発生手段 2 0のための電源、 磁界の 測定制御装置、 真空容器 2を真空にするための真空ポンプ制御部、 装置 全体の作動シーケンスを制御する機構などを備えているが、 これら各要 素は、当業者には周知のもの'を使用し得るので、詳しい説明は省略する。 尚、 上記説明では磁界発生手段 2 0は電磁石 2 1であるとしたが、 超 伝導電磁石でも良い。 また、 加熱手段 3 0は、 真空容器 2の外側に配置 するものとしたが、 所望に応じて、 真空容器 2の内部に設置しても構わ なレ、。
次に、 本発明の重要な特徴ある構成について説明する。
本発明によれば、 熱処理装置 1には、 処理室としても機能する、 真空 容器 2の下方開口部に連通する無塵空間を画成する密閉可能の無麈室 5 0が設けられる。 本実施例では、 真空容器 2を囲包して配置された電磁 石 2 1等は、 重量が大であり、 無塵室 5 0上に設置するのではなく、 無 塵室 5 0を囲包して設置された基台構造体 5に取り付けられる。
本実施例では、 無塵室 5 0は、 立方形の箱形とされ、 真空容器 2、 加 熱手段 3 0、 磁界発生手段 2 0等の下方に設置される。 従って、 真空容 器 2の容器取付部 2 Bが無塵室 5 0内へと下側に突出しており、 容器取 付部 2 Bの開口部が無塵室 5 0に開口している。
又、 本実施例によれば、 無塵室 5 0内には、 真空容器 2の容器取付部 2 Bと、 ホルダー支持装置 3 Bと、 移動手段としての昇降機構 1 0と、 が配置される。
また、本実施例では、無塵室 5 0に隣接して中間室 7 0が配置される。 中間室 7 0は、 無麈室 5 0と外部との間で、 処理対象を出し入れするた めの密閉可能な空間であって、 外部と無塵室 5 0とを遮蔽し、 好ましく は真空雰囲気にすることで外部の影響を受けることなく、 無塵室 5 0内 の雰囲気を一定に保つことができる。
無塵室 5 0と中間室 7 0との仕切り壁、 更には、 中間室 7 0と外部と の間の仕切り壁には開閉自在のゲートバルブ 7 1、 7 2が配置されてい る。 中間室 7 0には、 回転駆動されるインデックステーブル 7 3が配置 され、 処理対象を納めたカセッ ト 7 4が、 本実施例では、 円周上 4力所 に位置決め設置可能とされている。 インデックステーブル 7 3は、 油圧 シリンダとされるカセットエレベータ 7 5にて、 中間室 7 0内にて上下 動可能とされる。 また、 無塵室 5 0内には、 ハンドリ ング手段、 即ち、 ハンドリ ングロ ボッ ト 5 1が設置され、 ゲートバルブ 7 1を開とすることによって、 力 セッ トエレベータ 7 5と協働して、 ィンデッタステーブル 7 3にセッ ト されたカセッ ト 7 4内の処理対象を 1枚づっ取り出し、 ホルダー支持装 置 3 Bに支持されたホルダー 3 Aのトレー 6へと移送する。 斯かる作動 をなすハンドリングロボッ ト 5 1は、 当業者には周知であるので、 詳し い説明は省略する。
本実施例にて、 昇降機構 1 0は、 図 1 2〜図 1 4を参照するとより良 く理解されるように、 無塵室 5 0の底壁に固定設置され、 上方へと延在 したフレーム構造体 6 1と、 フレーム構造体 6 1にホルダー支持装置 3 Bを支持するための支持手段 6 2を有する。
支持手段 6 2は、 一端がホルダー支持装置 3 Bに固定され、 他端がフ レーム構造体 6 1に設置されたガイ ドロッド 6 3に支承部材 6 4を介し て上下方向に移動可能に取り付けられている。 又、 フレーム構造体 6 1 には、 駆動手段にて回転駆動される親ねじ軸 6 5が設置されており、 支 持手段 6 2に固定したナツ ト 6 6と螺合している。 従って、 親ねじ軸 6 5を駆動手段により駆動することにより、 支持手段 6 2はフレーム構造 体 6 1に対して上下動自在とされる。
上記構成により、 昇降機構 1 0を駆動することによりホルダー支持装 置 3 B及ぴホルダー 3 Aを真空容器 2内へと揷入したり、 或いは、 真空 容器 2から外方へと取り出すことができる。
また、 中間室 7 0には、 上述のように、 中間室 7 0にカセットを設置 するためのカセット装入ゲートパルプ 7 2が設けられている。 従って、 作業者は、このカセット装入ゲートバルブ 7 2を開とすることによって、 処理対象を所定枚数収納したカセットを中間室 7 0のインデックステー ブル 7 3に設置することができる。 次に、 本実施例に係る上記構造の熱処理装置の作動態様について説明
\
する。
先ず、 昇降機構 1 0を駆動して、 ホルダー支持装置 3 B及びホルダー 3 Aを真空容器 2内から下方へと降下させ、 真空容器 2外へと露出させ る。
無塵室 5 0と中間室 7 0との仕切り壁に設けられたゲートパルプ 7 1 を開として、 ハンドリングロボッ ト 5 1により、 ィンデックステーブル 7 3にセッ トされたカセッ ト 7 4内の処理対象を 1枚づっ取り出し、 ホ ルダー 3 Aに移送する。
ホルダー 3 Aへの処理対象の移送が終わると、 ゲートバルブ 7 1を閉 とする。
次いで、 昇降機構 1 0を駆動して、 ホルダー支持装置 3 B及ぴホルダ 一 3 Aを下方より上方の真空容器 2内へと挿入する。 真空容器 2の開口 部は、 ホルダー支持装置 3 Bに設けられた密閉蓋 4により閉鎖される。 その後、 上述した従来と同様の手順にて、 真空容器 2内を真空引きし て減圧し、 真空容器 2内は非酸化性ガス雰囲気とされる。 次いで、 ホル ダー 3 Aに支持された処理対象に対して熱処理が施される。
一方、 本実施例によれば、 無塵室 5 0は、 先の実施例で説明した処理 室としても機能し、真空容器 2の開口を塞いだ状態で、密閉状態とされ、 真空とされる。 必要に応じて、 所定の雰囲気に設定される。
つまり、 本実施例では、 処理対象が、 M R膜、 G M R膜などの磁性体 材料であって、 室温より高温の処理温度の大気雰囲気にて変質するもの であるので、 無塵室 5 0内は、 窒素、 アルゴンなどの非酸化雰囲気状態 とされる。 従って、 無塵室 5 0内は、 1 P a以下に真空引きした後、 本 実施例では窒素ガスを充填し、 室温、 1気圧 （0 . I M P a ) の窒素ガ ス雰囲気とした。 または、 真空のままとすることもできる。 無塵室 5 0 内の雰囲気条件は、 必要に応じて、 所望のガス、 及ぴ、 所望の室温、 圧 力等を選択することができる。
無塵室 5 0を非酸化雰囲気状態とした後、 真空容器 2内にパルプ 1 0 aを介して窒素ガスを入れることで真空容器 2内の真空状態を開放し、 昇降機構 1 0を駆動することにより、 ホルダー支持装置 3 B及ぴホルダ 一 3 Aを真空容器の下端開口部より下方へと降下させる。
無塵室 5 0内は、 室温で、 非酸化雰囲気状態とされており、 それによ つて、 熱処理された処理対象は、 変質することなく、 急冷することがで さる。
続いて、 ホ ダー 3 Αに支持した処理済みの処理対象をハンドリング ロボット 5 1〖こより中間室 7 0へと移送すると共に、 中間室 7 0内にセ ットされた次に処理すべきカセッ トに収納された処理対象をホルダー 3 A内へと移送する。
この後は、 上述した手順にて、 次のパッチに対する処理作業が開始さ れる。
このように、 本実施例によれば、 真空容器 2のような熱処理容器の下 側に無塵室 5 0を設け、 更には、 処理対象を移動させる移動手段 1 0の 少なく とも可動部分を真空容器 2の下方に、 更に好ましくは、 処理対象 よりも下方に位置するようにして配置されているので、 塵の発生源であ る移動手段 1 0の可動部分などを処理対象よりも下側に配置することが でき、 従来装置に比較すると、 処理対象への塵の付着を大幅に減少する ことができる。
また、 塵の発生源である移動手段 1 0の可動部分などを真空容器 2、 更には、 処理対象よりも下側に配置する構成とされるので、 移動手段 1 0等は、 その配置の自由度が高まり、 熱処理装置 1の任意の位置に設定 することができ、 小型化を図ることが可能となる。 従って、 熱処理装置 全体の設置面積を少なくすることができ、 装置配置の自由度もまた向上 する。
更に、 冷却時間を短縮し、 1バッチの処理時間を大幅に短縮するため には、 無塵室 5 0内の雰囲気ガスを無塵室 5 0内で循環させることも可 能である。 更には、 雰囲気ガスを、 ダク トを介して無塵室 5 0外へと導 出し、 冷却した後、 塵の混入を避けるためにフィルターを介して、 再度 無塵室 5 0内へと還流することも可能である。 いずれの場合にも、 雰囲 気ガスを処理対象に直接吹き付けるようにすると、 冷却速度を更に速め ることができる。
上記実施例によれば、 真空容器 2を囲包して配置された電磁石 2 1、 加熱手段 3 0、 水冷ジャケット 3 3等は、 無塵室 5 0を囲包して設置さ れた基台構造体 5に取り付けられた構造とされるので、 少なく とも電磁 石 2 1、 好ましくは、 加熱手段 3 0及び流体冷却部 3 3等を分割可能の 構造とすることによって、 図 1 5に一点鎖線にて示すように、 熱処理ェ 程後に、 これら電磁石 2 1、 加熱手段 3 0、 水冷ジャケッ ト 3 3等を分 割移動して、 熱処理容器 2より離隔することにより熱処理容器 2をも空 冷することが極めて容易に達成できる。 熱処理容器冷却後には、 上記装 置 2 1、 3 0、 3 3等を熱処理容器 2に対する所定位置へと復帰移動す る。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明の一態様によれば、 熱処理装置が、 熱処 理容器に隣接して配置され、 内部空間を所定の雰囲気に設定できる処理 室と、処理対象を熱処理容器と処理室との間にて移動させる移動手段と、 を有し、 熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている処理室 へ移動して、急冷することができるので、 1バッチの処理時間を短く し、 処理対象の処理量を増大することができる。
本発明の他の態様によれば、 熱処理装置が、 熱処理容器の下方に配置 され、 熱処理容器の下端に形成した開口部が開口する無塵室と、 無塵室 に配置され、 処理対象を保持する保持手段に作用して処理対象を熱処理 容器と無塵室との間にて移動させる移動手段と、 を有し、 処理対象を熱 処理容器へと下方より装入して、 磁場中で熱処理を行い、 又、 熱処理済 みの処理対象を無塵室へと下方に移動して熱処理容器から取り出すこと ができるので、
( 1 ) 処理対象に塵が付き難い。
( 2 ) 装置設置面積を少なくすることができ、 装置配置の自由度を向上 することができる。
といった効果を奏し得る。

Claims

請求の範囲
1 . 処理対象を保持する保持手段と、 保持手段に保持された処理対象を 収納する熱処理容器と、 処理対象を加熱する加熱手段と、 処理対象に磁 場を印加する磁界発生手段と、 を有する熱処理装置において、
前記熱処理容器に隣接して配置され、 内部空間を所定の雰囲気に設定 できる処理室と、
前記保持手段に作用して、 処理対象を前記熱処理容器と前記処理室と の間にて移動させる移動手段と、
を有することを特徴とする熱処理装置。
2 . 前記処理対象は、 熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、 前記処理室は、 非酸化雰囲気に設定することを特徴とする請求項 1の熱
3 . 前記処理室の非酸化雰囲気は、 窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気、 又は、 真空とされることを特徴とする請求項 2の熱処理装置。
4 . 前記処理室は、 所定温度に設定することを特徴とする請求項 2又は 3の熱処理装置。
5 . 前記処理室の所定温度は、 室温であることを特徴とする請求項 4の 熱処理装置。
6 . 前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、 前記熱処理容器を囲包して 配置されることを特徴とする請求項 1〜 5のいずれかの項に記載の熱処
7 . 前記処理室は、 前記熱処理容器の上方に、 下方に、 又は、 側方に配 置されることを特徴とする請求項 1〜 6のいずれかの項に記載の熱処理
8 . 請求項 1に記載の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて熱処 理する方法において、
( a ) 処理対象を前記熱処理容器に収納する工程、
( b ) 前記熱処理容器内を所定の雰囲気として、 磁場中で熱処理を行う 工程、
( c ) 熱処理済みの処理対象を所定の雰囲気に設定されている前記処理 室へ移動する工程、
を有することを特徴とする熱処理方法。
9 . 前記処理対象は、 熱処理温度の大気雰囲気で変質するものであり、 前記処理室は、 非酸化雰囲気に設定することを特徴とする請求項 8の熱 処理方法。
1 0 .前記処理室の非酸化雰囲気は、窒素ガス又はアルゴンガス雰囲気、 又は、 真空とされることを特徴とする請求項 9の熱処理方法。
1 1 . 前記処理室は、 所定温度に設定することを特徴とする請求項 9又 は 1 0の熱処理方法。
1 2 . 前記処理室の所定温度は、 室温であることを特徴とする請求項 1 1の熱処理方法。
1 3 . 前記処理室は、 前記熱処理容器の上方に、 下方に、 又は、 側方に 配置されることを特徴とする請求項 8〜 1 2のいずれかの項に記載の熱 処理方法。
1 4 . 処理対象を保持する保持手段と、 保持手段に保持された処理対象 を収納する熱処理容器と、 処理対象を加熱する加熱手段と、 処理対象に 磁場を印加する磁界発生手段と、 を有する熱処理装置において、 前記熱処理容器の下方に配置され、 前記熱処理容器の下端に形成した 開口部が開口する無塵室と、
前記無塵室に配置され、 前記保持手段に作用して処理対象を前記熱処 理容器と前記無塵室との間にて移動させる移動手段と、 を有することを特徴とする熱処理装置。
1 5 . 前記熱処理容器は開口部を閉鎖することによって真空とされる真 空容器であって、 前記移動手段は、 前記真空容器の開口部より下方に位 置して配置されることを特徴とする請求項 1 4の熱処理装置。
1 6 . 前記移動手段は、 その可動部分が前記無塵室に配置された処理対 象より下方に位置していることを特徴とする請求項 1 4の熱処理装置。
1 7 . 前記加熱手段及び前記磁界発生手段は、 前記熱処理容器を囲包し て配置されることを特徴とする請求項 1 4、 1 5又は 1 6の熱処理装置。
1 8 . 少なく とも前記磁界発生手段は、 前記熱処理容器に対して離犛可, 能とされることを特徴とする請求項 1 4〜 1 7のいずれかの項に記載の 熱処理装置。
1 9 . 請求項 1 4に記載の熱処理装置を使用して処理対象を磁場中にて 熱処理する方法において、
( a ) 処理対象を前記保持手段に収納する工程、
( b ) 処理対象を前記熱処理容器へと下方より装入して、 磁場中で熱処 理を行う工程、
( c ) 熱処理済みの処理対象を前記無塵室へと下方に移動して前記熱処 理容器から取り出す工程、
を有することを特徴とする熱処理方法。
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