专利名称：热处理装置及热处理方法
技术领域：
本发明涉及在磁场中进行热处理的装置及热处理方法，更详细地说，涉及对于形成微细图形的材料、磁性材料等，特别是对MR膜、GRM膜、TMR膜等磁性材料，在强磁场内进行热处理的热处理装置及热处理方法。
背景技术：
磁性材料膜，例如，作为用于磁头及非易失性存储器之一的MRAM(Magenetic Random Access Memory磁随机存取存储器)等的磁性材料，利用溅射法等在基板上形成的Fe-Ni、Pt-Mn，或者Co-Fe等的薄膜，通过在强磁场中进行热处理，可以显示出其磁性。
因此，在现有技术中，提出了在用电磁铁或永磁铁形成的磁场中，设置电炉、感应加热炉等，在其中进行热处理的热处理装置。在
图16中示出了传统的热处理装置的一个例子的简略结构。
如图16所示，热处理装置1A包括作为热处理容器的形成圆筒状的真空容器2，在真空容器2内保持处理对象的保持机构3，以及配置在真空容器2的外侧的磁场发生机构20。保持机构3包括保持处理对象的保持器3A，以及支承该保持器3A、且配备有开闭真空容器2的上部开口用的盖构件4的保持器支承装置3B。
保持器支承装置3B配置在真空容器2的上部，利用该支承装置3B，将保持磁性材料等被热处理的对象物(下面称之为“处理对象”)的保持器3A装入到内部。
磁场发生机构20，备有在真空容器2的外侧对向配置的一对电磁铁21，电磁铁21具有磁心22和线圈23。
在真空容器2的外表面和电磁铁21的磁心22的端面之间，设置加热机构100。通常，加热机构100，与真空容器2的外表面分离开规定的距离，并且，通过包围真空容器2的外周面配置电加热器101而构成。例如如图16所示，通过在包围真空容器2配置的砖或陶瓷制的加热器支承体102的与真空容器的外周面对向的内周面上，例如设置螺旋状的槽103，在该槽103内设置镍铬线104等热丝，构成电加热器100。此外，在加热器支承体102的外周面上配置氧化铝毡垫、砖等隔热材料105，使得加热机构100的热量不会向电磁铁21上传递。
将进行过热处理的处理对象从真空容器2中取出，然后将新的处理对象保持在保持器3A上，利用支承装置3B装入到真空容器2内，并加以保持，进行上述热处理。以后，以相同的步骤，通过分批处理，继续进行处理对象的热处理。
在现有技术中，在热处理装置1A中，通常在150℃～500℃的温度下进行处理对象的热处理，但根据不同的情况，有时也进行500℃～800℃的高温处理，在将这种热处理后的处理对象在高温状态从真空容器2取出到大气当中时，会由于氧化等导致其变质。
从而，在现有技术中，热处理后的处理对象，必须放置在真空容器2中，直到其温度下降到室温为止。因此，一个批次的处理时间必然加长。也可以设置水冷套进行冷却，但为了将热处理后的处理对象的温度下降到室温，一般也需要3～4小时的长时间。
进而，在现有技术的热处理装置1A中，如图16所示，从真空容器2中向上方取出进行过热处理的处理对象，然后，将新的处理对象保持在保持器3A上，利用支承装置3B从上方装入到真空容器2内，进行上述热处理。以后，以相同的步骤，通过分批处理继续进行处理对象的热处理。
这样，在现有技术的热处理装置1A中，作为处理对象的磁性材料等重量较大，因此，将真空容器2的上端部作为开口部，经由该开口部将处理对象装入真空容器2，或从其中取出。
根据本发明人等的研究实验结果，尽管使上述结构的热处理装置1A在无尘的环境下进行热处理，也会观察到灰尘附着在处理对象上。
为了解决这一问题所进行的进一步的研究发现，由于现有技术的热处理装置1A，将支承装置3B，以及配备有图16中未示出的、使该支承装置3B上下移动的驱动马达的升降机构等移动机构，配置在保持于保持器3A上的处理对象及真空容器2的上方，所以，在运转时，从支承装置3B及移动机构等产生的灰尘会直接附着在处理对象上，进而，也会侵入到真空容器2内，在热处理时，附着在处理对象上。
这样，为了防止从保持器支承装置3B及移动机构上产生灰尘，必须大幅度地增大整个装置的无尘化，因此，造成装置结构的复杂和大型化。从而，装置的设置面积增大，装置的配置自由度减少。
因此，本发明的主要目的是，提供一种可以缩短一个批次的处理时间、增大处理对象的处理量的热处理装置及热处理方法。
本发明的另外一个目的是，提供一种灰尘不容易附着在处理对象上的热处理装置及热处理方法。
本发明的进一步的目的是，提供一种可以减少装置的设置面积、提高装置的配置自由度的热处理装置及热处理方法。
发明的内容利用根据本发明的热处理装置及热处理方法达到上述目的。概括地说，根据本发明的第一个方面，提供一种热处理装置，该装置具有保持处理对象的保持机构，容纳保持在保持机构上的处理对象的热处理容器，加热处理对象的加热机构，将磁场施加到处理对象上的磁场发生机构，其特征在于，该热处理装置包括与前述热处理容器邻接配置，可以将内部空间设定成规定的气氛的处理室，作用到前述保持机构上，使前述处理对象在前述热处理容器和前述热处理室之间移动的移动机构。根据本发明的一种实施形式，前述加热机构及前述磁场发生机构，以包围前述热处理容器的方式配置。
根据本发明的第二个方面，提供一种热处理方法，该方法使用上述热处理装置，在磁场中对处理对象进行热处理，其特征在于，包括以下工序(a)将处理对象收存到前述热处理容器中的工序，
(b)令前述热处理容器内成为规定的气氛、在磁场中进行热处理的工序，(c)将热处理完毕的处理对象，移动到设定成规定气氛的前述处理室内的工序。
根据上述本发明的第一及第二个方面的一种实施形式，前述处理对象在热处理温度的大气气氛中会发生变质，前述处理室设定成非氧化气氛。
根据上述本发明的第一及第二个方面的另一种实施形式，前述处理室的非氧化气氛是氮气或氩气气氛。此外，也可以令前述处理室的气氛为真空。
根据上述本发明的第一及第二个方面的另一种实施形式，前述处理室设定成规定的温度。这时，前述处理室的规定温度可以是室温。
根据上述本发明的第一及第二个方面的另一种实施形式，前述处理室可以配置在前述热处理容器的上方、下方或者侧方。
根据本发明的第三个方面，提供一种热处理装置，该装置具有保持处理对象的保持机构，容纳保持在保持机构上的处理对象的热处理容器，加热处理对象的加热机构，将磁场施加到处理对象上的磁场发生机构，其特征在于，进一步包括无尘室，该无尘室配置在前述热处理容器的下方，形成在前述热处理容器的下端的开口部敞开，移动机构，该移动机构配置在前述无尘室内，作用于前述保持机构上，使处理对象在前述热处理容器和前述无尘室之间移动。
根据上述本发明的第三个方面的一种实施形式，前述热处理容器是通过将开口部闭锁而被抽真空的真空容器，前述移动机构被配置在前述真空容器的开口部的下方位置处。
根据上述本发明的第三个方面的另一种实施形式，前述移动机构，其可动部分位于配置在前述无尘室内的处理对象的下方。
根据上述本发明的第三个方面的另一种实施形式，前述加热机构及前述磁场发生机构，以包围前述热处理容器的方式配置。
根据上述本发明的第三个方面的另一种实施形式，至少前述磁场发生机构相对于前述热处理容器是可以分离、连接的。
根据本发明的第四个方面，提供一种热处理方法，使用上述结构的热处理装置在磁场中对处理对象进行热处理，其特征在于，该方法包括以下工序(a)将处理对象收存到前述保持机构中的工序，(b)将处理对象从下方装入到前述热处理容器内、在磁场中进行热处理的工序，(c)将热处理完毕的处理对象移动到前述无尘室的下方、从前述热处理容器中取出的工序。
附图的简单说明图1是根据本发明的热处理装置的一个实施例的简略结构的剖面正视图。
图2是根据本发明的热处理装置的一个实施例的简略结构的剖面平面图。
图3是根据本发明的热处理装置的一个实施例的简略结构的剖面侧视图。
图4是沿图1的4-4线截取的简略结构的剖面侧视图。
图5是表示真空容器、加热机构及电磁铁的配置关系的部分剖视图。
图6是加热机构的部分放大剖视图。
图7是表示水冷套的一个实施例的整体透视图。
图8是电加热器的剖视图。
图9是说明电加热器的设置方法的透视图。
图10是根据本发明的热处理装置的另一个实施例的简略结构图。
图11是根据本发明的热处理装置的另一个实施例的简略结构图。
图12是根据本发明的热处理装置的另一个实施例的简略结构的剖面正视图。
图13根据本发明的热处理装置的另一个实施例的简略结构的剖面平面图。
图14根据本发明的热处理装置的另一个实施例的简略结构的剖面侧视图。
图15是表示真空容器、加热机构及电磁铁的配置关系的部分剖视图。
图16是现有技术的热处理装置的简略结构的剖视图。
具体实施例方式
下面，参照附图更详细地说明根据本发明的热处理装置及热处理方法。
实施例1图1～图4表示根据本发明的热处理装置1的一个实施例的简略总体结构。
根据本实施例，热处理装置1，和现有技术的热处理装置1A一样，包括作为热处理容器的真空容器2，将处理对象保持在真空容器内的保持机构3，配置在真空容器2的外侧的磁场发生机构20。保持机构3包括保持处理对象的保持器3A，支承该保持器3A的保持器支承装置3B。
如同时参照图5可以更好地理解的那样，在本实施例中，真空容器2被制成一个带阶梯的圆筒状容器，包括被制成小直径的容器主体部2A，在容器主体部2A的上部成一整体地形成的大直径的容器安装部2B。容器主体部2A的下端部，在本实施例中，经由阀2a与导入非氧化性气体用的导管连接，但实质上，它是一个闭锁端，容器安装部2B的上端部是开放的。
在本实施例中，通过将保持器支承装置3B的盖构件4安装在容器的上端开口部上，将容器的上端部密封。形成在真空容器2的容器主体部2A与容器安装部2部之间的环形肩部2C，载置于下部结构体5的容器设置部5a上，将真空容器2保持在该处。
为了在急冷时是稳定的，优选地用石英玻璃等陶瓷制作真空容器2。此外，在本实施例中，如将在后面详细描述的那样，由于利用加热机构30在真空中的加热主要是利用辐射热进行的，所以，石英玻璃优选是光学透明的。真空容器2的厚度，可以为2～6mm，在本实施例中，为3mm。
保持器3A利用支承轴7保持三十个左右的托盘6，该托盘6用于载置具有例如通过溅射等形成的Fe-Ni合金膜的、直径为100～200mm左右的基板，该支承轴7的上端，被悬挂支承在保持器支承装置3B上。
优选地，将保持器3A可自由旋转地保持在保持器支承装置3B上，以便相对于磁场方向改变保持在保持器3A上的处理对象的方向。从而，在本实施例中，将驱动马达8安装在保持器支承装置3B上，可以旋转驱动保持器3A的支承轴7。
在将保持器支承装置3B安装到真空容器的上端部上之后，通过利用与真空容器的上端部连通的真空泵(图中未示出)将真空容器2的内部抽成真空，真空容器2可以保持在规定的真空状态。例如，在处理对象是磁性金属薄膜等的情况下，为了防止金属薄膜的氧化，优选在真空中，具体地说是在1Pa以下的真空状态下进行热处理。此外，优选地，在真空容器2内填充氮气、氩气等非氧化性气体，将真空容器2内形成非氧化性气氛。
此外，保持器支承装置3B配置在容器的上端部，借助作为移动机构的升降机构10(参照图4)，保持器3A可以和保持器支承装置3B一起，向上方吊到容器2之外。从而，在这种状态下，可以将磁性材料等被热处理的对象物安装到保持器3A上，或者，可以将其从保持器3A上取出。对于作为移动机构的升降机构10，将在后面详细描述。
磁场发生机构20，包括对向配置的一对电磁铁21，如图5所示，各个电磁铁21具有磁心22和线圈23。根据本实施例，如后面将要详细描述的那样，可以将配置在真空容器2和磁心22之间的加热机构30的厚度减薄，因此，可以缩短成对的电磁铁21的磁心22、22之间的距离，从而，可以将电磁铁21本身小型化。此外，根据本实施例。由于磁心22不被加热，所以可以使用耐热性低的材料。因此，在本实施例中，利用磁场发生机构20产生的磁场密度可以在0.05特斯拉(tesla)以上，特别是，可以获得0.1特斯拉～5特斯拉左右的磁场密度。本实施例中的磁心22之间的距离(L0)(参照图5)为300mm。
参照图6可以理解，在真空容器2的容器主体2A的外表面与电磁铁21的磁心22的端面之间，设置薄型的加热机构30。作为加热机构30，可以具有利用电阻加热的电加热器31，但并不局限于此。这种加热机构30与电源价格昂贵的感应加热机构相比，成本低廉，因此是优选的。
更详细地说，加热机构30，包括包围真空容器2A的外周面配置的电绝缘的衬套管32，以及构成与衬套管32隔开规定的距离配置的流体冷却部33的水冷套。衬套管32可以用厚度2～6mm的石英玻璃管制作。在衬套管32与真空容器主体2A的外周面之间，设置2～4mm的空隙(G1)。在本实施例中，由于真空容器主体2A的外径(D1)为240mm，所以使衬套管32的内径(D2)为245mm。此外，使衬套管32的轴线方向的长度(L1)为450mm。
水冷套33被制成配备有内壁34和外壁35的双重管结构的圆筒体，上端和下端分别被上壁36及下壁37闭锁。在本实施例中，如图5所示，在轴线方向上外壁35比下壁37长，圆环状的支承板38成一整体地固定在下方的延长部上，支承上述衬套管32。在水冷套33上，图中没有示出，在下方部形成水供应口，在上方部形成水排出口，通常使用由水构成的冷却用流体R在其中流动。也可以使冷却用流体R进行循环。
此外，如图7所示，水冷套33也可以不制成沿圆周方向连续的圆筒状，而是具有沿轴线方向延伸的缝隙39。在这种情况下，利用缝隙39，可以取出设置在水冷套33的内部的加热器31的端子。
水冷套33用金属等热传导性良好的材料制作，在本实施例中，利用厚度为3mm的不锈钢板制作内壁34、外壁325、上壁36、下壁37。在包围衬套管32配置的水冷套33的内壁34的内表面与衬套管32之间，为了配置加热器31而设置8～13mm的空隙(G2)。在本实施例中，由于衬套管32的外径(D3)为253mm，所以使水冷套33的内径(D4)为272mm。此外，水冷套33的内壁34的轴线方向的长度，被制成完全覆盖加热机构30的大小。
其次，对加热机构30进行说明。根据本发明，如上所述，加热机构30具有电加热器31，围绕衬套管32的外周卷绕成螺旋状配置。
根据本发明，如图8所示，将电加热器31制成用电绝缘管31B被覆电阻加热发热丝31A的形状。电阻加热发热丝31A，可以适当地使用镍铬丝或者白金等非磁性贵金属发热体等。电绝缘管31B，可以使用将纤维状的氧化铝纤维编织成的管，或者，也可以将多个用石英或氧化铝等形成的管状体连接起来使用。在本实施例中，作为电阻加热发热丝31A，使用由编织氧化铝纤维制成的管31B覆盖直径2.0～2.6mm的镍铬丝而制成的外径为3.5mm的发热丝。
如上所述，由于将电阻加热发热丝31A置于由磁场发生机构20产生的磁场内，所以与加热用的电流产生的磁场发生相互作用而受力，电阻线之间会相互接触。从而，优选地，用绝缘管31B对电阻加热发热丝31A进行电绝缘。
此外，为了减少由相互作用产生的力，优选地，以消除其产生的磁场的方式，配置电阻加热发热丝31A的电流的流动方向，采用所谓的无感应线圈。
即，如图9所示，加热器31，在一端连接的状态、即构成U字形的双重线的状态下，在衬套管32上卷绕成单层线圈。从而，流过沿轴线方向相邻的上下电阻加热发热丝31A的电流方向，成为相互相反的方向，借此，由流过电阻加热发热丝31A的电流产生的磁场相互抵消而被消除。假如只卷绕一个加热器31，如上所述，当电流流过电阻加热发热丝31A时，电阻加热发热丝31A受到由磁场发生机构20的磁场产生的力，加热器31会发生移动或者发生振动。
进而，为了能够稳定地消除这种力，加热用电流优选为直流电流。此外，在加热机构30上，通常设置温度控制机构，控制向加热器31上的通电。
通常的热处理的温度范围，为150℃～500℃左右，但在进行磁性膜的结构的有序化温度高的膜的热处理时，温度在500℃～800℃左右。此外，在MR元件用磁性膜的热处理时，冷却速度在5℃/分钟以上，特别是优选在15℃/分钟～200℃/分钟。
在加热器31的周围最好是不设置隔热材料，但在本实施例中，由于是用不锈钢制作的水冷套33，所以在水冷套33和加热器31之间可以配置作为片状电绝缘材料的氧化铝片40(图6)。作为氧化铝片40，其厚度可以在1～3mm左右。加热器31和水冷套33之间的电绝缘材料的厚度，优选在4mm以下。也可以不设置衬套管32，而将加热器31卷绕配置在氧化铝片40的内周面上。
上述热处理装置1，进一步包括磁场发生机构20用的电源，磁场测定控制装置，将真空容器2抽成真空用的真空泵控制部，控制装置的整体操作顺序的机构等，由于这些结构部件，可以使用本领域的工作人员公知的部件，所以省略其详细说明。
此外，在上述说明中，作为磁场发生机构20采用电磁铁21，但也可以使用超导电磁铁。此外，加热机构30配置在真空容器的外侧，但根据需要也可以设置在真空容器2的内部。
其次，对具有本发明的重要特征的结构进行说明。
根据本发明，如从图1～图4中可以看出，在热处理装置1上，设置限定出与真空容器2连通的空间的可密闭的处理室50。
在本实施例中，处理室50呈立方体的箱形，设置在容纳真空容器2、加热机构30、磁场发生机构20等的下部结构体5的上方。从而，真空容器2的容器安装部2B，从下方向处理室50内突出，容器安装部2B在处理室50内开口。
此外，根据本实施例，在处理室50内配置有真空容器2的容器安装部2B、保持器支承装置3B、作为移动机构的升降机构10。
此外，本实施例中，与处理室50相邻地配置中间室70。中间室70是一个位于处理室50和外部之间、可以将处理对象装入和取出用的可密闭的空间，屏蔽外部和处理室50，优选地，通过将其形成真空气氛，可以不受外部影响地将处理室50内的气氛保持恒定。
在处理室50与中间室70的间隔壁上，进而，在中间室70与外部的间隔壁上，配置可以自由开闭的闸门阀71、72。在中间室70内，配置被旋转驱动的分度工作台73，在本实施例中，收容处理对象的盒74，可以定位设置在圆周上的四个部位处。分度工作台73，可以借助由油压缸构成的升降机75在中间室70内上下运动。
此外，在处理室50内，设置搬运机构、即搬运机器人51，通过打开闸门阀71，所述机器人51与升降机75合作，将置于分度工作台73上的盒74内的处理对象一个个取出，移送到支承在保持器支承装置3B上的保持器3A的托盘6上。由于完成这种操作的搬运机器人51是本领域的工作人员公知的，所以省略其详细说明。
根据本实施例，如图1所示，在处理室50内，为了使保持器支承装置3B及保持器3A从将处理对象插入到真空容器2内的装入位置(A)移动到利用搬运机器人51一个个地接受处理对象的接受位置(B)，或者，为了使之从接受位置(B)移动到装入位置(A)，设置作为移动机构的移动装置52。
移动装置52可以采用各种各样的结构，在本实施例中，如图2及图4最清楚地表示的那样，移动装置52包括设置在处理室50的底壁台座部分上的导轨53，以及沿着该导轨53直线移动的备有滑动器54的台车55。从而，通过驱动油压缸等驱动机构(图中未示出)，台车55沿着导轨53做往复直线运动。在台车55上安装作为移动机构的升降机构10。
在本实施例中，升降机构10固定在台车55上，具有向上方延伸的框架结构体61，以及将保持器支承装置3B支承在框架结构体61上用的支承机构62。
支承机构62，其一端固定在保持器支承装置3B上，其另一端经由支承构件64，可沿上下方向移动地安装在设于框架结构体61上的导杆63上。此外，在框架结构体61上，设置利用驱动机构旋转驱动的丝杆轴65，与固定在支承机构62上的螺母66螺纹配合。从而，通过借助驱动机构驱动丝杆轴65，支承机构62可以相对于框架结构61上下自由运动。
借助上述结构，通过利用驱动机构沿导轨53驱动台车55，保持器支承装置3B及保持器3A，可以作为一个整体在处理对象的装入位置(A)和处理对象接受位置(B)之间移动。此外，在处理对象的装入位置(A)，通过驱动升降机构10，可以将保持器支承装置3B及保持器3A插入到真空容器内，或者，从真空容器2中取出到外部。
此外，在中间室70上，如上所述，设置盒装入闸门阀72，用于将盒设置在中间室70内。从而，操作者通过打开该盒装入闸门阀72，就可以将容纳规定个数处理对象的盒，设置在中间室70的分度工作台73上。
其次，对根据本实施例的上述结构的热处理装置的操作形式进行说明。
首先，驱动升降机构10，将配置在装入位置(A)上的保持器支承装置3B及保持器3A从真空容器2中向上方取出。然后，通过对驱动机构进行驱动，使台车55移动，使保持器支承装置3B及保持器3A作为一个整体停止在处理对象接受位置(B)处。
打开设于处理室50和中间室70的间隔壁上的闸门阀71，利用搬运机器人51将置于分度工作台73上的盒74内的处理对象一个个取出，移送到保持器3A上。
当处理对象向保持器3A上的移送结束时，在关闭闸门阀71的同时，驱动台车55，使保持器支承装置3B及保持器3A向处理对象装入位置(A)移动，并使之停止。
然后，驱动升降机构10，将保持器支承装置3B及保持器3A插入到真空容器2内。利用设置在保持器支承装置3B上的密闭盖4，将真空容器2的开口部闭锁。
然后，利用和上述现有技术相同的步骤，将真空容器2的内部抽真空使之减压，使真空容器2内成为非氧化性气体的气氛。接着，对支承在保持器上的处理对象进行热处理。
另一方面，根据本发明，处理室50在闭塞真空容器2的开口的状态下，成为密闭的状态，将其设定成规定的气氛。
就是说，在本实施例中，由于处理对象是MR膜、GMR膜等磁性材料，在高于室温的高温处理温度的大气气氛中会发生变质，所以，使处理室50内处于氮气、氩气等非氧化气氛的状态。从而，在本实施例中，在处理室50内抽真空到1Pa以下之后，填充氮气，使之处于室温、一个大气压(0.1MPa)的氮气气氛中。或者，也可以将其保持在真空状态。处理室50内的气氛条件，根据需要，可以选择所需的气体、以及所需的室温、压力等。
在使处理室50处于非氧化气氛状态之后，通过经由阀10a使氮气进入真空容器2，解除真空容器2的真空状态，通过驱动升降机构10，将保持器支承装置3B及保持器3A从真空容器的开口部提升到上方。
处理室50的内部变成室温、非氧化性气氛状态，从而，可以在不变质的情况下，将热处理过的处理对象急剧冷却。
根据本发明的发明人等的实验结果，为了将加热到500℃～800℃左右的处理对象冷却到50℃，大约需要25分钟。与现有技术中的3～4小时相比，可以显著减少冷却时间。此外，处理对象的物理性质未发生变化。
接着，如上所述，通过利用驱动机构进行驱动使台车55移动，将保持器支承装置3B及保持器3A成一整体地向处理对象接受位置(B)移动，在利用搬运机器人51把支承在保持器3A上的处理完毕的处理对象向中间室70移送的同时，将置于中间室70内、容纳在盒74中、下一次将要处理的处理对象，移送到保持器3A内。
之后，利用上述步骤，开始下一个批次的处理作业。
这样，根据本发明，可以大幅度缩短一个批次的处理时间。
进而，为了缩短冷却时间并大幅度缩短一个批次的处理时间，也可以使处理室50内的气氛气体在处理室50内循环。进而，也可以将气氛气体经由导管(图中未示出)导出到处理室50之外，冷却后，为了避免灰尘混入，经由过滤器F(图2)再次回流到处理室50内。在其中的任何一种情况下，当将气氛气体直接吹到处理对象上时，可以进一步加快冷却速度。
实施例2在实施例1中，对于处理室50位于真空容器2的上方，处理对象借助移动机构10，经由保持器支承装置3B及保持器3A沿上下方向移动，借此在热处理容器2和处理室50之间移动的情况进行了说明，但在本实施例中，如图10所示，处理室50位于真空容器2的下方，与实施例1的情况一样，处理对象通过借助移动机构10，经由保持器支承装置3B及保持器3A沿上下方向移动，可以在热处理容器2和处理室50之间的移动。
在本实施例中，也可以获得和实施例同样的效果，进而，在本实施例中，由于将使处理对象移动的移动机构10等配置在真空容器2的下方，所以具有灰尘难以附着在处理对象上的优点。特别地，对于将处理室58制成无尘室的结构，将在实施例4中更详细地进行说明。
实施例3和实施例1及实施例2不同，在本实施例中，如图11所示，将真空容器2沿水平方向配置，使处理室50位于真容器2的侧方。
在本实施例中，处理对象，通过借助移动机构10经由保持器支承装置3B及保持器3A沿水平方向移动，在热处理容器2与处理室50之间移动。
在本实施例中，也可以获得与实施例1相同的效果。
实施例4在本实施例中，参照附图，更详细地说明使灰尘难以附着在处理对象上的热处理装置及热处理方法，其结构为，和在实施例2中说明的一样，起着无尘室作用的处理室50位于真空容器2的下方。
在图12～图14中，表示本实施例的热处理装置1的简略的整体结构。
根据本实施例，热处理装置1，与现有技术的热处理装置1A一样，包括作为热处理容器的真空容器2，在真空容器2内保持处理对象的保持机构3，配置在真空容器2的外侧的磁场发生机构20。保持机构3，具有保持处理对象的保持器3A，支承该保持器3A的保持器支承装置3B。本实施例的热处理装置1，真空容器2的开口部形成在其下方端部，从而，将保持器支承装置3B配置在真空容器2的下方。
更详细地说，在本实施例中，真空容器2被制成阶梯状的圆筒状容器，它包括小直径的容器主体部2A，成一整体地形成在容器主体部2A的下部的大直径的容器安装部2B。在本实施例中，容器主体部2A的上端部经由阀2a，与导入非氧化性气体用的导管连接起来，但实质上成为闭锁端，容器安装部2B的下端部是敞开的。
在本实施例中，通过将保持器支承装置3B的盖构件4安装到容器下端开口部，将容器下端部密封。此外，形成在真空容器2的容器主体部2A与容器安装部2B之间的环状肩部2C，被载置在形成下部结构体5的无尘室50的容器设置部5a上，将真空容器2保持在该处。
为了急冷时保持稳定，优选地，真空容器2用石英玻璃等陶瓷制作。此外，在本实施例中，如后面将要详细描述的那样，和前面的实施例同样，由于利用加热机构30进行的真空中的加热主要是由辐射热来进行的，所以，石英玻璃最好是光学透明的。真空容器2的厚度，可以在2～6mm，在本实施例中为3mm。
保持器3A，利用支承轴体7保持大致三十个托盘6，该托盘6用于载置具有例如用溅射等形成的Fe-Ni合金膜的直径100～200mm左右的基板，该支承轴体7的下端，被连接支承在保持器支承装置3B上。
优选地，将保持器3A可自由旋转地保持在保持器支承装置3B上，以便相对于磁场方向而言，改变保持在保持器3A上的处理对象的方向。从而，在本实施例中，将驱动马达8安装在保持器支承装置3B上，可以旋转驱动保持器3A的支承轴体7。
在将保持器支承装置3B安装到真空容器的下端部上之后，通过利用与真空容器的下端部连通的真空泵P(参照图14)将真空容器2的内部抽成真空，真空容器2可以保持在规定的真空状态。例如，在处理对象是磁性金属薄膜等的情况下，为了防止金属薄膜的氧化，优选地，在真空中，具体地说，在1Pa以下的真空状态进行热处理。此外，优选地，将其变成规定的气氛。在本实施例中，打开上述阀2a，例如，在真空容器2内填充氮气、氩气等非氧化性气体，将真空容器2内制成非氧化气氛。
此外，如通过参照图14可以更好地理解的那样，保持器支承装置3B，配置在容器的下端部，保持器3A，可以借助作为移动机构的升降机构10，与保持器支承装置3B一起朝容器2的外部向下方下降移动。从而，在这种状态下，可以将磁性材料等被热处理的对象物安装到保持器3A上，或者从保持器3A上取下。对于作为移动机构的升降机构10，将在后面进行详细描述。
磁场发生机构20，包括对向配置的一对电磁铁21，如图15所示，各个电磁铁21具有磁心22和线圈23。根据本实施形式，后面将会详细描述，可以将配置在真空容器2和磁心22之间的加热机构30的厚度减薄，因此，能够缩短成对的电磁铁21的磁心22、22之间的距离，从而，可以使电磁铁21本身小型化。此外，根据本实施例，由于磁心22不被加热，所以，可以使用耐热性低的材料。因此，在本实施例中，由磁场发生机构20产生的磁场密度，在0.05特斯拉(tesla)以上，特别是，可以达到0.1特斯拉～5特斯拉左右。在本实施例中的磁心22之间的距离(L0)(参照图15)为300mm左右。
在本实施例中，具有与实施例1中说明的结构同样的结构，如参照图6可以看出的那样，在真空容器2的容器主体2A的外表面和电磁铁21的磁心22的端面之间，设置薄型的加热机构30。作为加热机构30，可以具有利用电阻加热的电加热器31，但并不局限于此。这种加热机构30与电源价格昂贵的感应加热机构相比，成本低廉，是优选的。
更详细地说，加热机构30，包括包围真空容器2A的外周面配置的电绝缘的衬套管32，以及构成与衬套管32隔开规定的距离配置的流体冷却部33水冷套。衬套管32可以用厚度2～6mm的石英玻璃管制作。在衬套管32与真空容器主体2A的外周面之间，设置2～4mm的空隙(G1)。在本实施例中，由于真空容器主体2A的外径(D1)为240mm，所以使衬套管32的内径(D2)为245mm。此外，衬套管32的轴线方向的长度(L1)为450mm。
水冷套33被制成配备有内壁34和外壁35的双重管结构的圆筒体，上端和下端分别被上壁36及下壁37闭锁。在本实施例中，如图15所示，在轴线方向上外壁35比下壁37长，圆环状的支承板38成一整体地固定在下方的延长部上，支承上述衬套管32。在水冷套33上，虽然图中没有示出，但在下方部形成水供应口，在上方部形成水排出口，通常由水构成的冷却用流体R在其中流动。也可以使冷却用流体R进行循环。
此外，水冷套33，可以使用和实施例1具有同样结构的水冷套，如图7所示，也可以不制成沿圆周方向连续的圆筒状，而是具有沿轴线方向延伸的缝隙39。在这种情况下，利用缝隙39，可以取出设置在水冷套33内部的加热器31的端子。
水冷套33由金属等热传导性良好的材料制作而成，在本实施例中，利用厚度为3mm的不锈钢板制作内壁34、外壁35、上壁36、下壁37。在包围衬套管32配置的水冷套33的内壁34的内表面与衬套管32之间，为了配置加热器31而设置8～13mm的空隙(G2)。在本实施例中，由于衬套管32的外径(D3)为253mm，所以使水冷套33的内径(D4)为272mm。此外，水冷套33的内壁34的轴线方向长度可以完全覆盖加热机构30。
其次，对加热机构30进行说明。根据本发明，如上所述，加热机构30具有电加热器31，围绕衬套管32的外周卷绕成螺旋状配置。
根据本发明，如图8所示，将电加热器31制成用电绝缘管31B被覆电阻加热发热丝31A的形状。电阻加热发热丝31A，可以适当地使用镍铬丝、或者白金等非磁性贵金属发热体等。电绝缘管31B，可以使用将纤维状的氧化铝纤维编织成的管，或者，也可以将多个用石英或氧化铝等形成的管状体连接起来使用。在本实施例中，作为电阻加热发热丝31A，使用由编织氧化铝纤维制成的管31B覆盖直径2.0～2.6mm的镍铬丝而制成的外径为3.5mm的发热丝。
如上所述，由于将电阻加热发热丝31A置于由磁场发生机构20产生的磁场内，所以与加热用的电流产生的磁场发生相互作用而受力，电阻线之间会相互接触。从而，优选地，用绝缘管31B将电阻加热发热丝31A电绝缘。
此外，为了减少由相互作用产生的力，优选以消除其产生的磁场的方式，配置电阻加热发热丝31A的电流的流动方向，采用所谓的无感应线圈。
即，如图9所示，加热器31在一端连接的状态、即构成U字形的双重线的状态下，在衬套管32上卷绕成单层线圈。从而，流过沿轴线方向相邻的上下电阻加热发热丝31A的电流方向，变成相反的方向，借此，由流过电阻加热发热丝31A的电流产生的磁场相互抵消而被消除。假如只卷绕一个加热器31，如上所述，当电流流过电阻加热发热丝31A时，电阻加热发热丝31A受到由磁场发生机构20的磁场产生的力，加热器31会发生移动或者发生振动。
进而，为了能够稳定地消除这种力，加热用电流优选采用直流电流。此外，在加热机构30上，通常设置温度控制机构，控制向加热器31上的通电。
通常的热处理的温度范围在150℃～500℃左右，但在进行磁性膜的结构的有序化温度高的膜的热处理时，温度在500℃～800℃左右。此外，冷却速度，在MR元件用磁性膜的热处理时，冷却速度在5℃/分钟以上，特别优选在15℃/分钟～200℃/分钟。
在加热器31的周围最好不设置隔热材料，但在本实施例中，由于是用不锈钢制作的水冷套33，所以，优选在水冷套33和加热器31之间配置作为片状电绝缘材料的氧化铝片40(图6)。作为氧化铝片40，其厚度可以在1～3mm左右。加热器31和水冷套33之间的电绝缘材料的厚度优选在4mm以下。也可以不设置衬套管32，而将加热器31卷绕配置在氧化铝片40的内周面上。
上述热处理装置1，进一步包括磁场发生机构20用的电源，磁场测定控制装置，将真空容器2抽成真空用的真空泵控制部，控制装置整体的操作顺序的机构等，由于这些结构部件可以使用本领域的工作人员公知的部件，所以省略其详细说明。
此外，在上述说明中，作为磁场发生机构20，使用电磁铁21，但也可以使用超导电磁铁。此外，加热机构30配置在真空容器的外侧，但根据需要也可以设置在真空容器2的内部。
其次，对具有本发明的重要特征的结构进行说明。
根据本发明，在热处理装置1中，设置起着处理室作用的，限定出与真空容器2的下方开口部连通的无尘空间的可密闭的无尘室50。在本实施例中，包围真空容器2配置的电磁铁21等重量大，不设置在无尘室50上，而是安装在包围无尘室50设置的台座结构体5上。
在本实施例中，无尘室50呈立方体的箱形，设置在容纳真空容器2、加热机构30、磁场发生机构20等的下方。从而，真空容器2的容器安装部2B向无尘室50内向下侧突出，容器安装部2B的开口部在无尘室50上开口。
此外，根据本实施例，在无尘室50内配置真空容器2的容器安装部2B、保持器支承装置3B、以及作为移动机构的升降机构10。
此外，在本实施例中，与无尘室50相邻地设置中间室70。中间室70，是在无尘室50与外部之间取出、装入处理对象用的可密闭的空间，通过将外部与无尘室隔断，优选地，通过将其形成真空气氛，可以不受外部影响地使无尘室50内的气氛保持恒定。
在无尘室50与中间室70的间隔壁上，进而，在中间室70与外部的间隔壁上，配置可以自由开闭的闸门阀71、72。在中间室70内，配置被旋转驱动的分度工作台73，在本实施例中，收容处理对象的盒74可以定位设置在圆周上的四个部位处。分度工作台73，可以借助由油压缸构成的升降机75在中间室70内上下运动。
此外，在无尘室50内，设置搬运机构、即搬运机器人51，通过打开闸门阀71，所述机器人51与升降机75合作，将置于分度工作台73上的盒74内的处理对象一个个取出，移送到支承在保持器支承装置3B上的保持器3A的托盘6上。由于完成这种操作的搬运机器人51是本领域的工作人员公知的，所以省略其详细说明。
在本实施例中，如通过参照图12～图14可以更好地理解的那样，升降机构10固定设置在无尘室50的底壁上，包括向上方延伸的框架结构体61，以及将保持器支承装置3B支承在框架结构体61上用的支承机构62。
支承机构62，其一端固定在保持器支承装置3B上，其另一端经由支承构件64可沿上下方向移动地安装在设于框架结构体61上的导杆63上。此外，在框架结构体61上，设置利用驱动机构旋转驱动的丝杆轴65，与固定在支承机构62上的螺母66螺纹配合。从而，通过借助驱动机构驱动丝杆轴65，支承机构62可以相对于框架结构61上下自由运动。
利用上述结构，通过驱动升降机构10，可以将保持器支承装置3B及保持器3A插入到真空容器2内，或者，将其从真空容器2内取出到外部。
此外，如上所述，在中间室70上设置盒装入闸门阀72，用于将盒设置在中间室70内。从而，操作者通过打开该盒装入闸门阀72，就可以将容纳规定个数处理对象的盒设置在中间室70的分度工作台73上。
其次，对根据本实施例的上述结构的热处理装置的操作形式进行说明。
首先，驱动升降机构10，使保持器支承装置3B及保持器3A从真空容器2内下降到下方，使之露出于真空容器2之外。
打开设置在无尘室50和中间室70的间隔壁上的闸门阀71，利用搬运机器人51，将置于分度工作台73上的盒74内的处理对象一个个取出，移送到保持器3A上。
当处理对象向保持器3A的移送完毕时，关闭闸门阀71。
接着，驱动升降机构10，将保持器支承装置3B保持器3A从下方插入到真空容器2内。利用设置在保持器支承装置3B上的密闭盖4将真空容器2的开口部闭锁。
然后，利用和上述现有技术相同的步骤，将真空容器2抽真空、减压，将真空容器2内变成非氧化性气体的气氛。然后，对支承在保持器3A上的处理对象进行热处理。
另一方面，根据本实施例，无尘室50也具有作为前面的实施例中说明的处理室的功能，在将真空容器2的开口闭塞的状态下，将其变成密闭状态，使之成为真空。根据需要，将其设定成规定的气氛。
即，在本实施例中，由于处理对象是MR膜，GMR膜等磁性材料，在比室温高的处理温度下、在大气气氛中会发生变质，所以，使无尘室50内成为氮、氩等非氧化气氛状态。从而，在无尘室50内，在抽真空到1Pa以下之后，在本实施例中，填充氮气，变成室温、一个大气压(0.1MPa)的氮气气氛。或者，也可以原封不动地保持其真空状态。根据需要，处理室50内的气氛条件可以选择所需的气体，以及所需的室温、压力等。
在使处理室50处于非氧化气氛状态之后，通过经由阀10a使氮气进入真空容器2，解除真空容器2的真空状态，通过驱动升降机构10，将保持器支承装置3B即保持器3A从真空容器的下端开口部下降到下方。
将无尘室50的内部，变成室温、非氧化状态，从而，可以在不变质的情况下，将热处理过的处理对象急剧冷却。
接着，利用搬运机器人51将支承在保持器3A上的处理完毕的处理对象移送到中间室70，同时，将置于中间室70中、容纳在盒内、下一次将要处理的处理对象，移送到保持器3A内。
然后，按照上述步骤，开始对下一个批次的处理作业。
这样，根据本实施例，由于在真空容器2这样的热处理容器的下侧，设置无尘室50，进而，使处理对象移动的移动机构10的至少是可动部分配置在真空容器2的下方、更优选地配置在处理对象的下方，所以，可以将作为灰尘发生源的移动机构10的可动部分配置在处理对象的下侧，与现有技术的装置相比，可以大幅度减少灰尘向处理对象上的附着。
此外，由于将作为灰尘发生源的移动机构10的可动部分配置在真空容器2的下侧，进而配置在处理对象的下侧，所以移动机构10等可以提高其配置自由度，将其设定在热处理装置1的任意位置上，可以使之小型化。从而，可以缩小热处理装置整体的设置面积，提高装置的配置自由度。
进而，为了缩短冷却时间，大幅度缩短一个批次的处理时间，也可以使无尘室50内的气氛气体在处理室50内循环。进而，也可以将气氛气体经由导管导出到无尘室50之外，冷却后，为了避免灰尘混入，经由过滤器，再次回流到无尘室50内。在其中的任何一种情况下，当将气氛气体直接吹到处理对象上时，可以进一步加快冷却速度。
根据上述实施例，由于包围真空容器2配置的电磁铁21、加热机构30、水冷套33等，安装在包围无尘室50设置的台座结构体5上，所以，通过至少将电磁铁21，优选包括加热机构30及流体冷却部33等制成可分割的结构，如图15的点划线所示，在热处理工序后，可以非常容易达到将这些电磁铁21、加热机构30、水冷套33等分割开移动，通过与热处理容器2隔离，对热处理容器2进行空冷。热处理容器冷却后，将上述装置21、30、33等相对于热处理容器2复位移动到规定的位置。
工业上的可利用性如上面说明的，根据本发明的一种形式，热处理装置包括邻接热处理容器配置、可以将内部空间设定成规定气氛的处理室，使处理对象在热处理容器和处理室之间移动的移动机构；由于将热处理完毕的处理对象移动到设定成规定的气氛的处理室移动，可以急冷，所以，可以缩短一个批次的处理时间，增大处理对象的处理量。
根据本发明的另一种形式，热处理装置包括配置在热处理容器的下方、形成在热处理容器的下端的开口部敞开的无尘室，以及，配置在无尘室内、作用到保持处理对象的保持机构上、使处理对象在热处理容器和无尘室之间移动的移动机构；由于可以将处理对象从下方向热处理容器内装入，在磁场中进行热处理，并且，将热处理完毕的处理对象向无尘室移动到下方，可以从热处理容器中取出，所以可以获得以下的效果(1)灰尘很难附着在处理对象上。
(2)可以缩小装置设置面积，提高装置的装配自由度。
权利要求
1.一种热处理装置，该装置具有保持处理对象的保持机构，容纳被保持在保持机构上的处理对象的热处理容器，加热处理对象的加热机构，将磁场施加到处理对象上的磁场发生机构，其特征在于，该热处理装置包括处理室，该处理室与前述热处理容器邻接配置，可以将内部空间设定成规定的气氛，移动机构，该移动机构作用于前述保持机构上，使前述处理对象在前述热处理容器和前述处理室之间移动。
2.如权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，前述处理对象在热处理温度下的大气气氛中会变质，将前述处理室设定成非氧化气氛。
3.如权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，前述处理室的非氧化气氛，是氮气或氩气气氛，或者是真空。
4.如权利要求2或3所述的热处理装置，其特征在于，将前述处理室设定成规定的温度。
5.如权利要求4所述的热处理装置，其特征在于，前述处理室的规定温度是室温。
6.如权利要求1～5中任何一个所述的热处理装置，其特征在于，包围前述热处理容器地配置前述加热机构及前述磁场发生机构。
7.如权利要求1～6中任何一个所述的热处理装置，其特征在于，前述处理室配置在前述热处理容器的上方、下方、或者侧方。
8.一种热处理方法，使用权利要求1所述的热处理装置在磁场中对处理对象进行热处理，其特征在于，包括以下工序(a)将处理对象收存到前述热处理容器中的工序，(b)使前述热处理容器内形成规定的气氛、在磁场中进行热处理的工序，(c)将热处理完毕的处理对象移动到被设定成规定气氛的前述处理室内的工序。
9.如权利要求8所述的热处理方法，其特征在于，前述处理对象在热处理温度下的大气气氛中会变质，将前述处理室设定成非氧化气氛。
10.如权利要求9所述的热处理方法，其特征在于，前述处理室的非氧化气氛，是氮气或氩气气氛，或者是真空。
11.如权利要求9或10所述的热处理方法，其特征在于，将前述处理室设定成规定的温度。
12.如权利要求11所述的热处理方法，其特征在于，前述处理室的规定温度是室温。
13.如权利要求8～12任何一项所述的热处理方法，其特征在于，前述处理室配置在前述热处理容器的上方、下方、或者侧方。
14.一种热处理装置，该装置具有保持处理对象的保持机构，容纳被保持在保持机构上的处理对象的热处理容器，加热处理对象的加热机构，将磁场施加到处理对象上的磁场发生机构，其特征在于，包括无尘室；该无尘室配置在前述热处理容器的下方，其中形成在前述热处理容器的下端的开口部打开，移动机构，该移动机构配置在前述无尘室内，作用于前述保持机构上，使前述处理对象在前述热处理容器和前述无尘室之间移动。
15.如权利要求14所述的热处理装置，其特征在于，前述热处理容器是通过将开口部闭锁而被抽真空的真空容器，前述移动机构被配置在前述真空容器的开口部的下方位置处。
16.如权利要求14所述的热处理装置，其特征在于，前述移动机构，其可动部分位于配置在前述无尘室内的处理对象的下方。
17.如权利要求14、15或16所述的热处理装置，其特征在于，前述加热机构及前述磁场发生机构，以包围前述热处理容器的方式配置。
18.如权利要求14～17中任何一项所述的热处理装置，其特征在于，至少前述磁场发生机构相对于前述热处理容器是可以分离的。
19.一种热处理方法，使用权利要求14所述的热处理装置在磁场中对处理对象进行热处理，其特征在于，包括以下工序(a)将处理对象收存到前述保持机构中的工序，(b)将处理对象从下方装入到前述热处理容器内、在磁场中进行热处理的工序，(c)将热处理完毕的处理对象移动到前述无尘室的下方、并从前述热处理容器中取出的工序。
全文摘要
热处理装置(1)，包括与热处理容器(2)邻接配置、可以将内部空间设定成规定的气氛的处理室(50)，以及，作用到保持处理对象的保持机构(3)上、使处理对象在热处理容器(2)和处理室(50)之间移动的移动机构(10)。
文档编号H01L21/00GK1639843SQ03804570
公开日2005年7月13日 申请日期2003年2月21日 优先权日2002年2月25日
发明者上野裕人, 三轮一雄, 小室健司, 神田实, 金田互 申请人:福泰克炉业株式会社