(57)【要約】【課題】無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の高さ寸法をコンパクトに設計できるようにすることである。【解決手段】筒状鉛直向きの真空断熱容器３の側部に突出部３ｂを形成し、この突出部３ｂの中の輻射シールド１の突出部１ｂ内に、超電導コイル２に接続した熱良導体の熱伝導部材５を延出させ、輻射シールド１の突出部１ｂの部位に２段式の冷凍機４を鉛直下向きに配置して、その２段冷却端４ｂを突出部１ｂ内に延出させた熱伝導部材５に接続することにより、無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の高さ寸法をコンパクトに設計できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理部材を収納した筒状の炉容器が鉛直向きに挿入される貫通孔を設けた筒状鉛直向きの真空断熱容器に、前記貫通孔に配置される炉容器内に平行磁場を形成する超電導コイルを配置して、前記炉容器内の被処理部材を加熱する加熱手段を設け、前記超電導コイルを冷凍機の冷却端で冷却する磁場中熱処理装置において、前記筒状鉛直向きの真空断熱容器の側部に突出部を形成し、この突出部内に前記超電導コイルに接続した熱良導体の熱伝導部材を延出させ、前記真空断熱容器の突出部の部位に前記冷凍機を配置して、その冷却端を前記突出部内に延出させた前記熱伝導部材に接続したことを特徴とする磁場中熱処理装置。
【請求項２】
前記超電導コイルが、鉛直向きの同軸上に配置された複数の円筒形コイルの組み合わせからなり、前記炉容器内に鉛直向きの平行磁場を形成するものであり、前記複数のコイルの少なくとも一対のコイルを、前記超電導コイル内側の磁場中心を含む磁場軸に垂直な面に対して対称に配置した請求項１に記載の磁場中熱処理装置。
【請求項３】
前記超電導コイルが、鉛直向きの同軸上に配置された複数の円筒形コイルの組み合わせからなり、前記炉容器内に鉛直向きの平行磁場を形成するものであり、前記複数のコイルの少なくとも１つを、前記超電導コイル内側における磁場と逆向きの磁場を発生させるように、順向きの磁場を発生させる他のコイルの外周側に配置した請求項１または２に記載の磁場中熱処理装置。
【請求項４】
前記冷凍機を２段式のパルスチューブ冷凍機とした請求項１乃至３のいずれかに記載の磁場中熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理部材に磁場を印加しながら熱処理する磁場中熱処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)や磁気抵抗効果型ヘッド等に用いられる半導体素子を製造する際には、被処理部材に平行磁場を印加しながら熱処理を行う磁場中熱処理装置が用いられている。この磁場中熱処理装置には、被処理部材を収納する筒状の炉容器の周囲に超電導磁石を配置して、炉容器内に平行磁場を形成するとともに、炉容器内の被処理部材を加熱するヒータ等の加熱手段を設けたものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。超電導磁石で磁場を形成する磁場中熱処理装置は、通常の電磁石を使用するものに較べて消費電力が少なく、かつ、磁界強度の強い磁場を形成できる利点がある。
【０００３】
上述した半導体素子の製造に用いられる磁場中熱処理装置は、クリーンルーム内に設置されることが多い。超電導磁石には、真空断熱容器内で、超電導コイルを液体ヘリウム等の液体冷媒に浸漬して冷却する冷媒型のものと、超電導コイルを冷凍機の冷却端で冷却する無冷媒型のものとがあり、無冷媒型のものは、ヘリウムガス等の冷媒ガスを放出する恐れがないので、クリーンルーム内に設置する磁場中熱処理装置には好適である。
【０００４】
特許文献１に記載された磁場中熱処理装置は、筒状の炉容器が鉛直向きに配置される貫通孔を設けた筒状の真空断熱容器に、炉容器内に平行磁場を形成する無冷媒型の超電導磁石を配置し、筒状鉛直向きの真空断熱容器の下面側に冷凍機を鉛直上向きに配置して、その冷却端を真空断熱容器内の超電導コイルに接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０２２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載された無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置は、筒状鉛直向きの真空断熱容器の下面側に冷凍機を鉛直上向きに配置して、真空断熱容器内の超電導コイルに接続しているので、炉容器への被処理部材の装填機構を含めた全体の高さ寸法が大きくなり、クリーンルーム内に設置する際の高さ寸法制約が厳しくなる問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の高さ寸法をコンパクトに設計できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明は、被処理部材を収納した筒状の炉容器が鉛直向きに挿入される貫通孔を設けた筒状鉛直向きの真空断熱容器に、前記貫通孔に配置される炉容器内に平行磁場を形成する超電導コイルを配置して、前記炉容器内の被処理部材を加熱する加熱手段を設け、前記超電導コイルを冷凍機の冷却端で冷却する磁場中熱処理装置において、前記筒状鉛直向きの真空断熱容器の側部に突出部を形成し、この突出部内に前記超電導コイルに接続した熱良導体の熱伝導部材を延出させ、前記真空断熱容器の突出部の部位に前記冷凍機を配置して、その冷却端を前記突出部内に延出させた前記熱伝導部材に接続した構成を採用した。
【０００９】
すなわち、筒状鉛直向きの真空断熱容器の側部に突出部を形成し、この突出部内に超電導コイルに接続した熱良導体の熱伝導部材を延出させ、真空断熱容器の突出部の部位に冷凍機を配置して、その冷却端を突出部内に延出させた熱伝導部材に接続することにより、無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の高さ寸法をコンパクトに設計できるようにした。
【００１０】
前記超電導コイルが、鉛直向きの同軸上に配置された複数の円筒形コイルの組み合わせからなり、前記炉容器内に鉛直向きの平行磁場を形成するものであり、前記複数のコイルの少なくとも一対のコイルを、前記超電導コイル内側の磁場中心を含む磁場軸に垂直な面に対して対称に配置することにより、炉容器内に平行磁場をより良好に形成することができる。
【００１１】
前記超電導コイルが、鉛直向きの同軸上に配置された複数の円筒形コイルの組み合わせからなり、前記炉容器内に鉛直向きの平行磁場を形成するものであり、前記複数のコイルの少なくとも１つを、前記超電導コイル内側における磁場と逆向きの磁場を発生させるように、順向きの磁場を発生させる他のコイルの外周側に配置することにより、逆向きの磁場を発生させる外周側のコイルによって、超電導コイルの外周側での漏洩磁場を小さくすることができる。
【００１２】
前記冷凍機は２段式のパルスチューブ冷凍機とするのが好ましい。パルスチューブ冷凍機は、蓄冷材を往復運動させることなく固定するので、メンテナンスを楽にすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る磁場中熱処理装置は、筒状鉛直向きの真空断熱容器の側部に突出部を形成し、この突出部内に超電導コイルに接続した熱良導体の熱伝導部材を延出させ、真空断熱容器の突出部の部位に冷凍機を鉛直向きに配置して、その冷却端を突出部内に延出させた熱伝導部材に接続するようにしたので、無冷媒型の超電導磁石を用いた磁場中熱処理装置の高さ寸法をコンパクトに設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】磁場中熱処理装置の実施形態を示す縦断面図
【図２】図１の超電導コイルを示す切欠き斜視図
【図３】図２の変形例を示す切欠き斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この磁場中熱処理装置は、図１に示すように、鉛直向き円筒形で中心孔１ａを有する輻射シールド１の中に鉛直向きソレノイド型の超電導コイル２が配置され、輻射シールド１が鉛直向きの貫通孔３ａを有する筒状の真空断熱容器３に、中心孔１ａに貫通孔３ａ部を通して収納されている。熱処理される被処理物Ｍを収納した筒状真空の炉容器２１は、真空断熱容器３の貫通孔３ａに鉛直向きに配置されており、超電導コイル２によって炉容器２１内の筒軸方向に均一な平行磁場が形成される。炉容器２１には被処理物Ｍを周囲から加熱するヒータ２２が設けられ、図示は省略するが、外周側が水冷されるようになっている。
【００１６】
前記輻射シールド１と真空断熱容器３の側部には、それぞれ突出部１ｂ、３ｂが形成され、真空断熱容器３の突出部３ｂの上面に、２段式のパルスチューブ冷凍機４が鉛直下向きに取り付けられている。超電導コイル２の下端面には熱良導体の銅で形成された熱伝導部材５が接続されて、真空断熱容器３の突出部３ｂの中の輻射シールド１の突出部１ｂ内に延出されており、冷凍機４の１段冷却端４ａが輻射シールド１の突出部１ｂに接続され、２段冷却端４ｂが突出部１ｂ内に延出された熱伝導部材５に接続されている。したがって、冷凍機４が高さ方向に大きく突出することがなく、装置全体の高さ寸法がコンパクトに設計されている。なお、冷凍機４の１段冷却端４ａは輻射シールド１を約４０Ｋに冷却し、２段冷却端４ｂは熱伝導部材５を介して超電導コイル２を約４Ｋに冷却する。
【００１７】
図２は、前記超電導コイル２を示す。この超電導コイル２は、その全長に亙って延びるメインコイル２ａと、超電導コイル２の内側の磁場中心Ｏを含む磁場軸Ｓに垂直な面に対して対称に配置された一対のコレクションコイル２ｂとからなる。メインコイル２ａは超電導コイル２の内側に、磁場中心Ｏで凸形状の磁場Ｇ１を発生させ、一対のコレクションコイル２ｂは磁場中心Ｏで凹形状の磁場Ｇ２を発生させる。したがって、炉容器２１が配置される超電導コイル２の内側にはこれらの磁場Ｇ１、Ｇ２が合成された均一な平行磁場ＧＴが形成される。
【００１８】
なお、前記メインコイル２ａを省略して、磁場中心Ｏに対して対称に配置した一対のコイルをメインコイルとすることもできる。この場合は、実施形態のものよりは磁場の平行度が低下するが、メインコイル２ａのみを配置した場合よりは磁場の平行度を向上させることができる。
【００１９】
図３は、前記超電導コイル２の変形例を示す。この変形例では、前記メインコイル２ａの外周側に、メインコイル２ａが発生する磁場Ｇ１と逆向きの磁場Ｇ３を発生させる２つのシールドコイル２ｃが配置されている。この変形例では、超電導コイル２の外周側でのメインコイル２ａの磁場Ｇ１をシールドコイル２ｃの逆向きの磁場Ｇ３が打ち消し、超電導コイル２の外周側での漏洩磁場を小さくする。超電導コイル２の内周側では、メインコイル２ａの磁場Ｇ１の打ち消し量はシールドコイル２ｃが遠い外周側に配置されているので少なく、十分に大きい磁界ＧＴが形成される。なお、シールドコイル２ｃの配置数は２つに限定されることはない。
【００２０】
上述した実施形態では、冷凍機をパルスチューブ冷凍機とし、真空断熱容器の突出部に鉛直下向きに取り付けたが、冷凍機はギフォードマクマホン冷凍機等の他のタイプのものとすることもでき、鉛直上向きまたは水平向きに取り付けることもできる。
【符号の説明】
【００２１】
１  輻射シールド
１ａ  中心孔
１ｂ  突出部
２  超電導コイル
２ａ  メインコイル
２ｂ  コレクションコイル
２ｃ  シールドコイル
３  真空断熱容器
３ａ  貫通孔
３ｂ  突出部
４  冷凍機
４ａ  １段冷却端
４ｂ  ２段冷却端
５  熱伝導部材
２１  炉容器
２２  ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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