(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の製造装置に用いられる磁場印加装置であって、
鉄芯と、
超電導線材を巻回すことによって形成された、単一の超電導コイルとを備え、
前記鉄芯は、
前記超電導コイルの巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、前記超電導コイルの内周側に位置する第１の柱状部と、
前記巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、前記巻軸の方向において前記第１の柱状部と対向配置される第２の柱状部と、
前記巻軸の方向における両端部が前記第１および前記第２の柱状部にそれぞれ結合され、かつ、前記超電導コイルの外周を囲むように形成された環状部とを含み、
対向配置される前記第１の柱状部と前記第２の柱状部との間には、磁場が印加される半導体ウエハを収めるための空隙部が形成されており、
前記巻軸の方向における前記超電導コイルと前記鉄芯との位置関係は、前記超電導コイルの前記巻軸の方向の一方端部に発生する電磁力と、前記超電導コイルの前記巻軸の方向の他方端部に発生する電磁力とが平衡するように設定され、かつ、
前記第１の柱状部の前記巻軸に垂直な方向における幅は、前記第２の柱状部の前記巻軸に垂直な方向における幅よりも大きい、磁場印加装置。
【請求項２】
前記第１の柱状部において、前記第２の柱状部に面する対向面は、前記巻軸に垂直な方向における端部が、前記巻軸に垂直な方向に対して傾斜している、請求項１に記載の磁場印加装置。
【請求項３】
前記環状部には、
前記空隙部に前記半導体ウエハを導入するための導入口と、
前記空隙部から前記半導体ウエハを導出するための導出口とが設けられている、請求項１または請求項２に記載の磁場印加装置。
【請求項４】
前記環状部は、前記導入口と前記導出口とが共通している、請求項３に記載の磁場印加装置。
【請求項５】
前記環状部は、円環形状を有する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の磁場印加装置。
【請求項６】
前記第１の柱状部には、前記巻軸の方向に沿って延びる凹部が設けられている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の磁場印加装置。
【請求項７】
半導体ウエハに磁場を印加するための磁場印加機構と、
前記磁場印加機構に前記半導体ウエハを搬送するための搬送機構とを備え、
前記磁場印加機構は、
複数の磁場印加装置と、
前記搬送機構によって搬送された前記半導体ウエハを、前記複数の磁場印加装置の各々に導入するように構成された導入装置と、
前記複数の磁場印加装置にそれぞれ対応して設けられ、前記半導体ウエハを、前記磁場印加装置の内部に導入するとともに、前記磁場印加装置の外部に導出するための流通路とを含み、
前記流通路の導入側が前記導入装置に面するように、前記複数の磁場印加装置と前記導入装置とは配置され、
前記複数の磁場印加装置の各々は、
鉄芯と、
超電導線材を巻回すことによって形成された超電導コイルとを含み、
前記鉄芯は、
前記超電導コイルの巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、前記超電導コイルの内周側に位置する第１の柱状部と、
前記巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、前記巻軸の方向において前記第１の柱状部と対向配置される第２の柱状部と、
前記巻軸の方向における両端部が前記第１および前記第２の柱状部にそれぞれ結合され、かつ、前記超電導コイルの外周を囲むように形成された環状部とを含み、
対向配置される前記第１の柱状部と前記第２の柱状部との間には、磁場が印加される前記半導体ウエハを収めるための空隙部が形成されており、
前記巻軸の方向における前記超電導コイルと前記鉄芯との位置関係は、前記超電導コイルの前記巻軸の方向の一方端部に発生する電磁力と、前記超電導コイルの前記巻軸の方向の他方端部に発生する電磁力とが平衡するように設定され、かつ、
前記第１の柱状部の前記巻軸に垂直な方向における幅は、前記第２の柱状部の前記巻軸に垂直な方向における幅よりも大きい、半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記流通路の導出側は、前記導入側と共通している、請求項７に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記複数の磁場印加装置の各々は、円筒状の外形を有する、請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造装置に用いられる磁場印加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の１つであるＭＲＡＭ（Magnetic  Random  Access  Memory）は、たとえば、半導体ウエハである被処理体上に形成された磁性体膜を強磁場中で熱処理（磁気アニール）し、その磁気特性を発現させることによって製造される。
【０００３】
たとえば、特開２０１３−１０５７６９号公報（特許文献１）には、ＭＲＡＭの製造装置として、磁性体膜に磁場を印加して当該磁性体膜の磁化方向を初期化する磁石と、当該磁性体膜に磁場が印加されている間に、被処理体の温度を上昇させる温度上昇機構とを備える磁場印加装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１０５７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１の磁場印加装置では、ステージに載置された半導体ウエハと所定の距離を空けつつ、ステージおよび半導体ウエハを上下から挟むように、２個の磁石が配置される。当該２個の磁石には、電磁石または超電導磁石が用いられる。
【０００６】
現在、ＭＲＡＭの製造には、直径３００ｍｍの半導体ウエハが主に使われている。また、ＭＲＡＭチップの製造コストを低減するために、半導体ウエハの大口径化も進められている。
【０００７】
磁場印加装置においては、大口径の半導体ウエハに対して、均一な磁場を印加できることが求められる。また、半導体装置の製造装置の小型化の観点から、磁場印加装置においては、小型化に適した構成の実現が求められる。
【０００８】
本発明の目的は、半導体装置の製造装置に用いる磁場印加装置において、大口径の半導体ウエハに均一な磁場を印加することが可能な構成を提供することである。本発明の別の目的は、半導体装置の製造装置の小型化に適した磁場印加装置の構成を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様に係る磁場印加装置は、半導体装置の製造装置に用いられる磁場印加装置であって、鉄芯と、超電導線材を巻回すことによって形成された、単一の超電導コイルとを備える。鉄芯は、超電導コイルの巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、超電導コイルの内周側に位置する第１の柱状部と、巻軸の方向に沿って延びるように形成され、かつ、巻軸の方向において第１の柱状部と対向配置される第２の柱状部と、巻軸の方向における両端部が第１および第２の柱状部にそれぞれ結合され、かつ、超電導コイルの外周を囲むように形成された環状部とを含む。対向配置される第１の柱状部と第２の柱状部との間には、磁場が印加される半導体ウエハを収めるための空隙部が形成されている。巻軸の方向における超電導コイルと鉄芯との位置関係は、超電導コイルの巻軸の方向の一方端部に発生する電磁力と、超電導コイルの巻軸の方向の他方端部に発生する電磁力とが平衡するように設定される。第１の柱状部の巻軸に垂直な方向における幅は、第２の柱状部の巻軸に垂直な方向における幅よりも大きい。
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造装置は、半導体ウエハに磁場を印加するための磁場印加機構と、磁場印加機構に半導体ウエハを搬送するための搬送機構とを備える。磁場印加機構は、複数の磁場印加装置と、搬送機構によって搬送された半導体ウエハを、複数の磁場印加装置の各々に導入するように構成された導入装置と、複数の磁場印加装置にそれぞれ対応して設けられ、半導体ウエハを、磁場印加装置の内部に導入するとともに、磁場印加装置の外部に導出するための流通路とを含む。流通路の導入側が導入装置に面するように、複数の磁場印加装置と導入装置とは配置される。
【発明の効果】
【００１１】
上記によれば、大口径の半導体ウエハに対して、均一な磁場を印加することができる。また、半導体装置の製造装置の小型化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造装置を概略的に示した平面図である。
【図２】図１における磁場印加機構の概略平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。
【図４】図２の線ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。
【図５】磁場印加装置に発生する磁場について電磁界解析したシミュレーション結果を示す図である。
【図６】本実施の形態に従う超電導コイルを含む超電導マグネットの概略的に示した断面図である。
【図７】磁場印加機構の変更例の概略平面図である。
【図８】図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１４】
（１）本発明の一態様に係る磁場印加装置は、半導体装置の製造装置１００（図１参照）に用いられる。磁場印加装置１４０ｂ（図３および図４参照）は、鉄芯１５０と、超電導線材を巻回すことによって形成された、単一の超電導コイル１６０とを備える。鉄芯１５０は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成され、かつ、超電導コイル１６０の内周側に位置する第１の柱状部１５１と、巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成され、かつ、巻軸ＡＷの方向において第１の柱状部１５１と対向配置される第２の柱状部１５２と、巻軸ＡＷの方向における両端部が第１および第２の柱状部１５１，１５２にそれぞれ結合され、かつ、超電導コイル１６０の外周を囲むように形成された環状部１５３とを含む。対向配置される第１の柱状部１５１と第２の柱状部１５２との間には、磁場が印加される半導体ウエハを収めるための空隙部１５５が形成されている。巻軸ＡＷの方向（Ｚ方向）における超電導コイル１６０と鉄芯１５０との位置関係は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向の一方端部に発生する電磁力と、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向の他方端部に発生する電磁力とが平衡するように設定される。第１の柱状部１５１の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ１は、第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ２よりも大きい（Ｗ１＞Ｗ２）。
【００１５】
上記構成によれば、低漏洩磁場を実現するとともに、磁場印加領域ＳＣとなる空隙部１５５に、広範囲で、かつ均一性に優れた高磁場を発生させることができる。したがって、大口径の半導体ウエハに対して、均一な磁場を印加することができる。
【００１６】
（２）好ましくは、第１の柱状部１５１において、第２の柱状部１５２に面する対向面は、巻軸ＡＷに垂直な方向における端部１５１Ｒ（図３参照）が、巻軸ＡＷに垂直な方向に対して傾斜している。このようにすると、空隙部１５５に、広範囲で、かつ均一性に優れた高磁場を発生させることができる。
【００１７】
（３）好ましくは、環状部１５３には、空隙部１５５に半導体ウエハを導入するための導入口１４１（図４参照）と、空隙部１５５から半導体ウエハを導出するための導出口１４２とが設けられている。このようにすると、空隙部１５５に形成された磁場印加領域ＳＣに対して、半導体ウエハを導入、導出することができる。
【００１８】
（４）好ましくは、環状部１５３は、導入口と前記導出口とが共通している。すなわち、環状部１５３には、空隙部１５５に対して半導体ウエハを導入、導出するための導入出口１４３が設けられている（図８参照）。このようにすると、磁場印加機構１３０（図７参照）をコンパクトな構成とすることができる。
【００１９】
（５）好ましくは、環状部１５３は、円環形状を有する。このようにすると、磁場印加装置１４０の外形を円筒形状にすることができるため、複数の磁場印加装置を互いに近接させた状態で配置することができる。したがって、磁場印加機構１３０（図２参照）をコンパクトな構成とすることができる。これにより、半導体装置の製造装置の小型化を実現できる。
【００２０】
（６）好ましくは、第１の柱状部１５１には、巻軸ＡＷの方向に沿って延びる凹部１５１ａが設けられている。上記構成によれば、鉄芯１５０を軽量化することができる。
【００２１】
（７）本発明の一態様に係る半導体装置の製造装置１００（図１参照）は、半導体ウエハに磁場を印加するための磁場印加機構１３０と、磁場印加機構１３０に半導体ウエハを搬送するための搬送機構（キャリア搬送装置１１０およびウエハ搬送装置１２０）とを備える。磁場印加機構１３０（図２参照）は、複数の磁場印加装置１４０と、上記搬送機構によって搬送された半導体ウエハを、複数の磁場印加装置１４０の各々に導入するように構成された導入装置１３２と、複数の磁場印加装置１４０にそれぞれ対応して設けられ、半導体ウエハを、磁場印加装置１４０の内部に導入するとともに、磁場印加装置１４０の外部に導出するための流通路１３４とを含む。流通路１３４の導入側が導入装置１３２に面するように、複数の磁場印加装置１４０と導入装置１３２とは配置される。
【００２２】
上記構成によれば、複数枚の半導体ウエハの磁場印加処理を並行して行なうことが可能となる。これにより、半導体装置の生産性を高めることができる。
【００２３】
（８）好ましくは、流通路１３４の導出側は、導入側と共通している（図７参照）。このようにすると、磁場印加機構１３０（図７参照）をコンパクトな構成とすることができる。
【００２４】
（９）好ましくは、複数の磁場印加装置１４０の各々は、円筒状の外形を有する。このようにすると、複数の磁場印加装置１４０を互いに近接させた状態で配置することができるため、磁場印加機構１３０をコンパクトな構成とすることができる。よって、半導体装置の製造装置の小型化を実現できる。
【００２５】
（１０）好ましくは、複数の磁場印加装置１４０の各々は、鉄芯１５０と、超電導線材を巻回すことによって形成された超電導コイル１６０とを含む。鉄芯１５０は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成され、かつ、超電導コイル１６０の内周側に位置する第１の柱状部１５１と、巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成され、かつ、巻軸ＡＷの方向において第１の柱状部１５１と対向配置される第２の柱状部１５２と、巻軸ＡＷ方向における両端部が第１および前記第２の柱状部１５１，１５２にそれぞれ結合され、かつ、超電導コイル１６０の外周を囲むように形成された環状部１５３とを含む。対向配置される第１の柱状部１５１と第２の柱状部１５２との間には、磁場が印加される半導体ウエハを収めるための空隙部１５５が形成されている。巻軸ＡＷの方向における超電導コイル１６０と鉄芯１５０との位置関係は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向の一方端部に発生する電磁力と、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向の他方端部に発生する電磁力とが平衡するように設定される。第１の柱状部１５１の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ１は、第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ２よりも大きい。
【００２６】
上記構成によれば、低漏洩磁場を実現するとともに、磁場印加領域となる空隙部１５５に、広範囲で、かつ均一性に優れた高磁場を発生させることができる。
【００２７】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰返さない。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造装置（以下、単に「製造装置」とも称する）を概略的に示した平面図である。本実施の形態に係る製造装置は、たとえば、ＭＲＡＭの製造装置に適用され得る。より特定的には、製造装置は、被処理体である半導体ウエハを磁場印加処理するための磁場印加装置に適用され得る。図１には、本実施の形態に係る製造装置１００の概略平面図が示されている。
【００２９】
図１を参照して、製造装置１００は、筐体１０２内に収容される。製造装置１００は、キャリア搬送装置１１０と、ウエハ搬送装置１２０と、磁場印加機構１３０と、制御装置１０５とを備える。キャリア搬送装置１１０が設置される領域Ｓ１と、ウエハ搬送装置１２０および磁場印加機構１３０が設置される領域Ｓ２とは、障壁１０４により仕切られている。
【００３０】
キャリア搬送装置１１０は、半導体ウエハを収納したキャリアＣをウエハ搬送装置１２０に対して搬入、搬出する。
【００３１】
ウエハ搬送装置１２０は、キャリアＣ内の半導体ウエハを搬送して磁場印加機構１３０内に搬入する。ウエハ搬送装置１２０はまた、磁場印加機構１３０内の半導体ウエハを搬出してキャリアＣ内に搬入する。キャリア搬送装置１１０およびウエハ搬送装置１２０は、本発明における「搬送機構」の一実施例を構成する。
【００３２】
磁場印加機構１３０は、ウエハ搬送装置１２０により搬入された半導体ウエハに対して、磁場印加処理を実行する。磁場印加機構１３０は、複数の磁場印加装置を含んで構成されており、複数枚の半導体ウエハの磁場印加処理を並行して行なうことが可能である。磁場印加機構１３０の構成については後述する。
【００３３】
制御装置１０５は、キャリア搬送装置１１０およびウエハ搬送装置１２０における搬入・搬出動作を制御する。制御装置１０５はさらに、磁場印加機構１３０における磁場印加処理を制御する。
【００３４】
領域Ｓ１は、大気雰囲気下にある領域である。領域Ｓ２は、大気雰囲気であってもよいし、不活性ガス雰囲気（たとえば、窒素ガス雰囲気）であってもよい。
【００３５】
以後の説明では、図１の左右方向を、製造装置１００の前後方向とする。詳細には、キャリア搬送装置１１０側を前方（図１のＸ方向）とし、磁場印加機構１３０側を後方（図１のＹ方向）とする。さらに、図１の紙面垂直方向（図１のＺ方向）を、製造装置１００の高さ方向とする。
【００３６】
（磁場印加機構の構成）
図２は、図１における磁場印加機構１３０の概略平面図である。
【００３７】
図２を参照して、磁場印加機構１３０は、導入装置１３２と、複数の磁場印加装置１４０ａ〜１４０ｄと、複数の流通路１３４ａ〜１３４ｄとを含む。図２の例では、磁場印加機構１３０は、４台の磁場印加装置と、４本の流通路とを含んでいる。しかしながら、磁場印加装置の台数および流通路の本数はこれに限定されない。以下の説明では、磁場印加装置１４０ａ〜１４０ｄを「磁場印加装置１４０」とも総称する。また、流通路１３４ａ〜１３４ｄを「流通路１３４」とも総称する。
【００３８】
導入装置１３２は、ウエハ搬送装置１２０（図１）によって磁場印加機構１３０内に搬入された半導体ウエハを、磁場印加装置１４０内に導入するための装置である。
【００３９】
複数の流通路１３４ａ〜１３４ｄは、複数の磁場印加装置１４０ａ〜１４０ｄにそれぞれ対応して設けられる。流通路１３４は、磁場印加装置１４０の内部を、水平方向（図２の紙面水平方向）に貫通するように形成されている。
【００４０】
流通路１３４は、半導体ウエハを磁場印加装置１４０の内部に導入するとともに、磁場印加装置１４０の外部に半導体ウエハを導出する。磁場印加装置１４０は、流通路１３４の導入側に導入口１４１が設けられている。また、流通路１３４の導出側に導出口１４２が設けられている。
【００４１】
流通路１３４は、たとえば、半導体ウエハの外周部分を把持するためのトレイと、当該トレイを磁場印加装置１４０の内部を水平方向に移動させるためのレーンとを用いて構成することができる。
【００４２】
図２に示されるように、磁場印加装置１４０と導入装置１３２とは、流通路１３４の導入側（導入口１４１）が導入装置１３２に面するように配置されている。これにより、複数の磁場印加装置１４０内部への半導体ウエハの導入、および複数枚の半導体ウエハの磁場印加処理を並行して行なうことができる。
【００４３】
なお、磁場印加装置１４０は、円筒形状の外形を有することが好ましい。このようにすると、複数の磁場印加装置１４０を互いに近接させた状態で、導入装置１３２の周囲に配置することができる。これにより、磁場印加装置１４０の配置スペースを小さくできるため、磁場印加機構をコンパクトな構成とすることができる。
【００４４】
磁場印加機構１３０は、半導体ウエハを加熱するための温度調整機構（図示せず）をさらに備えていてもよい。温度調整機構は、複数の磁場印加装置を一体的に加熱できる構成とすることができる。あるいは、磁場印加装置１４０ごとに、温度調整機構を設ける構成としてもよい。
【００４５】
（磁場印加装置の構成）
次に、図３および図４を用いて、図２における磁場印加装置１４０の構成について説明する。
【００４６】
図３は、図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図である。図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに沿う概略断面図である。以下の説明では、磁場印加装置１４０ｂの構成について説明するが、他の磁場印加装置１４０ａ，１４０ｃ，１４０ｄの各々は、磁場印加装置１４０ｂと同じ構成を有する。
【００４７】
図３を参照して、磁場印加装置１４０ｂは、鉄芯１５０と、単一の超電導コイル１６０とを備える。
【００４８】
超電導コイル１６０は、テープ状の形状を有する超電導線材を巻回すことによって形成される。超電導線材は、たとえば、酸化物超電導体からなる超電導層が設けられた酸化物超電導線材が用いられる。酸化物超電導線材は、たとえば、その延在方向に延びるビスマス（Ｂｉ）系超電導体と、この超電導体を被覆するシースとを有する。シースは、たとえば銀や銀合金により形成されている。
【００４９】
超電導コイル１６０は、断熱容器１６２の内部に収容されている。断熱容器１６２の内部は、真空状態に維持されている。真空状態とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味する。
【００５０】
超電導コイル１６０は、冷却装置１７１によって冷却される。冷却装置は、たとえば、ギフォード・マクマホン式冷凍機、パルス管冷凍機またはスターリング式冷凍機である。超電導コイル１６０および冷却装置を含む超電導マグネット２００（図６参照）の構成については後述する。
【００５１】
なお、超電導コイル１６０を冷却する冷却部としては、冷却装置を用いずに、断熱容器１６２内に収容された液体ヘリウムまたは液体窒素などの冷媒に超電導部を浸漬させる構成としてもよい。
【００５２】
鉄芯１５０は、第１の柱状部１５１と、第２の柱状部１５２と、環状部１５３とを含む。
【００５３】
第１の柱状部１５１は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成される。第１の柱状部１５１は、超電導コイル１６０の内周側に配置される。第１の柱状部１５１は、円筒状の形状を有することが好ましい。
【００５４】
なお、第１の柱状部１５１の円筒中心部において、巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように凹部１５１ａを形成することができる。これにより、鉄芯１５０を軽量化することができる。
【００５５】
第２の柱状部１５２は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向に沿って延びるように形成される。第２の柱状部１５２は、巻軸ＡＷの方向において第１の柱状部１５１と対向配置される。
【００５６】
第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷの方向における長さは、第１の柱状部１５１の巻軸ＡＷの方向における長さよりも短くなっている。超電導コイル１６０の内周側に配置されていない側の第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷの方向の長さを短くすることで、鉄芯１５０の巻軸ＡＷの方向の長さも短くなる。これにより、鉄芯１５０を高さ方向にコンパクトにすることができる。なお、第２の柱状部１５２は、円筒状の形状を有することが好ましい。
【００５７】
環状部１５３は、超電導コイル１６０の外周を囲むように形成される。環状部１５３は、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向における一方端部が第１の柱状部１５１に結合され、他方端部が第２の柱状部１５２に結合される。
【００５８】
環状部１５３は、円環形状を有することが好ましい。磁場印加装置１４０の外形が円筒状となるため、図２に示したように、複数の磁場印加装置１４０を互いに近接させた状態で、導入装置１３２の周囲に配置することができる。
【００５９】
上記構成において、対向配置される第１の柱状部１５１と第２の柱状部１５２との間には、空隙部１５５が形成されている。超電導コイル１６０に運転電流が供給されることにより、超電導コイル１６０は磁場（磁束）を発生する。発生した磁場は、その殆どが鉄芯１５０内部に保持されるため、鉄芯１５０の外部に磁束が漏れること（すなわち、漏洩磁場）を防ぐことができる。
【００６０】
鉄芯１５０に形成された空隙部１５５には、磁場が印加される半導体ウエハを収めるための磁場印加領域ＳＣが形成される。磁場印加領域ＳＣは、直径３００ｍｍの半導体ウエハの全域を覆うことができるように、たとえば、直径３２０ｍｍ程度の円形状とすることが好ましい。
【００６１】
図４を参照して、磁場印加領域ＳＣは、流通路１３４上に形成される。半導体ウエハは、環状部１５３に設けられた導入口１４１を通って、鉄芯１５０内部に導入されると、流通路１３４によって磁場印加領域ＳＣに収められる。磁場印加領域ＳＣにて磁場印加処理が施された半導体ウエハは、流通路１３４によって、環状部１５３に設けられた導出口１４２を通じて鉄芯１５０の外部に導出される。
【００６２】
ここで、低漏洩磁場に加えて、磁場印加領域ＳＣには、均一性に優れた高磁場を発生させることが求められる。本実施の形態では、鉄芯１５０に、図３および図４に示される構造を採用することにより、広範囲で均一性に優れた高磁場（たとえば、磁束強度が３．０Ｔ以上）が発生することを可能としている。
【００６３】
このような鉄芯１５０の構造として、第１の柱状部１５１の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ１を、第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷに垂直な方向における幅Ｗ２よりも大きくしている（Ｗ１＞Ｗ２）。
【００６４】
さらに、第１の柱状部１５１において、第２の柱状部１５２に面する対向面の、巻軸ＡＷに垂直な方向における端部（図３の１５１Ｒに相当）を、巻軸ＡＷに垂直な方向に対して傾斜させている。なお、巻軸ＡＷの方向での断面視において、端部１５１Ｒの形状は、端部の外方に凸となる曲面状（Ｒ形状）であってもよいし、平面状であってもよい。
【００６５】
また、本実施の形態では、磁場の発生に、単一の超電導コイル１６０を用いている。そのため、巻軸ＡＷの方向における超電導コイル１６０の位置からずらした位置に、磁場印加領域ＳＣを形成し、磁場印加領域ＳＣへ半導体ウエハを収めることを可能としている。
【００６６】
しかしながら、このようにすると、第１の柱状部１５１および第２の柱状部１５２の巻軸ＡＷの方向の長さが不均一となるため、超電導コイル１６０に通電したときに、超電導コイル１６０において、巻軸ＡＷの方向の一方端部に発生する電磁力と、他方端部に発生する電磁力とのバランスが崩れ、超電導コイル１６０に大きな荷重がかかる可能性がある。なお、超電導コイル１６０に与える運転電流の大きさに応じて電磁力の大きさが変化する。運転電流が大きくなるほど、アンバランス量が増え、超電導コイル１６０にかかる荷重も大きくなる。
【００６７】
そこで、本実施の形態では、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷの方向の一方端部に発生する電磁力と、他方端部に発生する電磁力とが平衡するように、巻軸ＡＷの方向（Ｚ方向）における超電導コイル１６０の位置Ｚ１を設定する。これにより、超電導コイル１６０にかかる荷重を軽減することができる。
【００６８】
図５は、磁場印加装置１４０に発生する磁場について電磁界解析したシミュレーション結果を示す図である。図５では、巻軸ＡＷの方向に沿う部分断面図を用いて、超電導コイル１６０の通電時に発生する磁束線の様子が示されている。
【００６９】
シミュレーション結果からは、超電導コイル１６０が発生した磁場は、鉄芯１５０内部に保持され、漏洩磁場が抑えられていることが確認された。また、超電導コイル１６０の運転電流を２５０Ａとした場合、磁場印加領域ＳＣにおける磁場強度は３．０Ｔ±１％の範囲内に収まっており、均一性に優れた高磁場が発生していることが確認された。
【００７０】
次に、本実施の形態に従う磁場印加装置１４０に適用される超電導コイル１６０の構成例について説明する。
【００７１】
図６は、本実施の形態に従う超電導コイル１６０を含む超電導マグネット２００の概略的に示した断面図である。超電導マグネット２００は、超電導コイル１６０と、断熱容器１６２と、冷却装置１７１と、ホース１７２と、コンプレッサ１７３と、ケーブル１８１と、電源１８２とを備える。
【００７２】
断熱容器１６２は、非磁性体（たとえばＳＵＳ３０４）によって形成され、超電導コイル１６０を収容する。断熱容器１６２は、中空円筒形状を有しており、超電導コイル１６０の巻軸ＡＷが通る円筒中心部の空間に、超電導コイル１６０によって発生した磁束を通すことができる。断熱容器１６２の円筒中心部の空間には、鉄芯１５０の第１の柱状部１５１が挿入される。
【００７３】
超電導コイル１６０は、冷却装置１７１によって冷却される。冷却装置１７１は、超電導コイル１６０に熱的に接続された冷却ヘッド２０を有する。冷却装置１７１は、ホース１７２を介して、コンプレッサ１７３に繋がっている。
【００７４】
超電導コイル１６０は、巻軸ＡＷの方向に沿って積層された複数のダブルパンケーキコイル（図示せず）および伝熱板１０を有する。冷却ヘッド２０は、伝熱板１０を介してダブルパンケーキコイルに熱的に接続される。これにより、冷却装置１７１は超電導コイル１６０を冷却することができる。
【００７５】
超電導コイル１６０は、ケーブル１８１を介して電源１８２に電気的に接続される。電源１８２から運転電流が与えられることにより、超電導コイル１６０は磁場を発生させる。
【００７６】
なお、図６では、超電導コイル１６０を、断熱容器１６２に収容した状態で、鉄芯１５０の内部に配置する構成について説明したが、鉄芯１５０を断熱容器として利用する構成とすることも可能である。このような構成では、鉄芯１５０の超電導コイル１６０の収容部分が真空状態に維持される。
【００７７】
（磁場印加機構の変更例）
最後に、図７および図８を参照して、図１における磁場印加機構１３０の変更例について説明する。
【００７８】
図７は、図１における磁場印加機構１３０の概略平面図である。図７を参照して、本変更例の磁場印加機構１３０と、図２に示した磁場印加機構１３０とは基本的に同様の構成を有している。しかし、本変更例の磁場印加機構１３０では、磁場印加装置１４０において、導入口１４１および導出口１４２に代えて、導入出口１４３が設けられている点で、図２に示した磁場印加機構１３０とは異なっている。
【００７９】
具体的には、流通路１３４は、半導体ウエハを磁場印加装置１４０の内部に導入する導入側と、磁場印加装置１４０の外部に半導体ウエハを導出する導出側とが共通している。流通路１３４は、磁場印加装置１４０の内部を、磁場印加領域ＳＣまで水平方向（図２の紙面水平方向）に貫通するように形成されている。
【００８０】
磁場印加装置１４０には、流通路１３４に対して半導体ウエハを導入・導出するための導入出口１４３が設けられている。すなわち、磁場印加装置１４０は、導入口と導出口とが共通している。図８は、図７の線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿う概略断面図であり、図４と対比される図である。なお、図７の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う概略断面図は、図３に示した概略断面図と同じである。
【００８１】
図８を参照して、半導体ウエハは、環状部１５３に設けられた導入出口１４３を通って、鉄芯１５０内部に導入されると、流通路１３４によって磁場印加領域ＳＣに収められる。磁場印加領域ＳＣにて磁場印加処理が施された半導体ウエハは、流通路１３４によって導入出口１４３を通じて鉄芯１５０の外部に導出される。
【００８２】
図７に示されるように、磁場印加装置１４０と導入装置１３２とは、流通路１３４の導入・導出側（導入出口１４３）が導入装置１３２に面するように配置されている。これにより、複数の磁場印加装置１４０内部への半導体ウエハの導入、および複数枚の半導体ウエハの磁場印加処理を並行して行なうことができる。
【００８３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１０  伝熱板
２０  冷却ヘッド
１００  半導体装置の製造装置
１０２  筐体
１０４  障壁
１０５  制御装置
１１０  キャリア搬送装置
１２０  ウエハ搬送装置
１３０  磁場印加機構
１３２  導入装置
１３４，１３４ａ〜１３４ｄ  流通路
１４０，１４０ａ〜１４０ｄ  磁場印加装置
１４１  導入口
１４２  導出口
１４３  導入出口
１５０  鉄芯
１５１  第１の柱状部
１５１ａ  凹部
１５２  第２の柱状部
１５３  環状部
１５５  空隙部
１６０  超電導コイル
１６２  断熱容器
１７１  冷却装置
１７２  ホース
１７３  コンプレッサ
１８１  ケーブル
１８２  電源
２００  超電導マグネット
ＡＷ  巻軸
ＳＣ  磁場印加領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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