[發明專利]磁性退火工具熱交換系統及處理工藝

有效

• 申請號: 200680052409.1
• 申請日: 2006-11-15
• 公開（公告）號: CN101371331A
• 公開（公告）日: 2009-02-18
• 發明（設計）人: R·J·吉布;J·F·比林翰姆;E·杜菲;N·奧肖內西;K·麥馬洪;P·費里斯
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: H01L21/00
• 分類號: H01L21/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 趙華偉

發明背景

1.發明領域

本發明涉及一種磁性退火工具熱交換系統，所述系統縮短了用于在其中處理工件的制造周期。系統提供有效的加熱和冷卻周期及靈活性，因為系統的各部件可以根據所實施的處理單獨控制。

2.相關技術說明

磁性退火是在標準互補金屬氧化物半導體(CMOS)上制造磁阻隨機存取存儲器(MRAM)所要求的三種處理的其中之一。為了充分地將MRAM晶片退火，磁性層必須在磁場中于預定溫度下保持一段時間，所述時間足夠長，以便在冷卻時晶體自己朝一共同方向定向。所述處理也稱之為“均熱”，在惰性、還原性或真空環境中進行，以防止晶片的氧化作用，而同時各晶片保持在預定溫度下。磁性退火工具一般是成批操作，并實施許多步驟。所述步驟包括加熱步驟、均熱步驟和冷卻步驟，這些步驟都在磁場中進行，磁場強度通常在0.02和7.0特(Tesla)之間。制造MRAM芯片的成本與磁性退火工具有關聯，此處生產率(每小時生產的合格器件)是產品密度(每個晶片上的器件數)、產量(每小時晶片數)和成品率(合格的器件與所處理的器件總數之比)，如由總的熱/退火周期所決定的。

某些磁性退火系統已在相關的技術中提出。其中一部分系統減少與磁性退火處理相關的加熱時間或冷卻時間。然而，這些處理加熱和冷卻步驟直接相互矛盾，并因此有害地影響退火周期。例如，由Yamaga等人申請的美國專利申請No.6303908公開了一種在磁場中實施熱處理的熱處理設備。設備具有一加熱器，所述加熱器安裝在真空容器和磁場發生器之間。電加熱器如此安裝，以便圍繞真空容器的外周表面，而流體冷卻部分安裝在電加熱器和磁場發生器之間。

由Mack等人申請的美國專利No.6741804?B2涉及電子器件的處理及用于快速加熱襯底的方法。尤其是，該專利文獻公開了一種圓筒形燈陣列結構，所述燈陣列結構圍繞圓筒形處理管。各燈相對于圓筒形處理管設置，以便各燈的側面將光能朝縱向中心軸線方向聚焦。圓筒形處理管中的襯底具有一縱向中心軸線。各襯底在圓筒形處理管內定向，以使各襯底的主表面基本上垂直于縱向中心軸線。

Kawase所申請的美國專利No.6769908?B2涉及一種晶片熱處理系統，而更具體地說，涉及燈加熱單片處理的熱處理方法，所述方法通過成膜法處理單個晶片。該專利文獻公開了一種設備，所述設備在各加熱器和晶片之間具有一空心的空間。在加熱期間，將空心的空間抽真空，因此防止通過傳導作用跨過晶片室熱傳遞到外部。在冷卻期間，空心的空間快速充滿氣體，同時使溫度下降和隨后冷卻。

由Melgaard所申請的美國專利申請公報No.2004/0218913A1針對一種用于工件的磁性和非磁性熱處理的退火爐，和針對傳熱技術。退火爐包括一爐殼，活動的齒條放置到所述爐殼中。齒條具有至少一個板，所述板可以通過與所述板接觸的板流體管道加熱或冷卻，且加熱或冷卻液可以穿過上述管道。其中工件主要是通過傳導和輻射熱傳遞加熱和冷卻。

與相關技術系統有關的部分缺點是它們單獨而有效地控制和改變加熱和冷卻步驟不夠靈活。

為了克服相關技術的缺點，本發明的目的是通過有效加熱和快速冷卻設置在磁性退火工具中的處理室，來縮短磁性退火工具的熱交換周期。

本發明的另一個目的是提供分開而單獨的控制一些影響磁性退火工具的處理室的處理參數。

本發明的另一個目的是提供一種系統和處理，所述系統和處理具有單獨控制供應到磁性退火工具元件室的氣體的流速、溫度、壓力和組成。

對該領域的技術人員來說，本發明的另一些目的和特點在評述說明書、附圖及其所附的權利要求時，變得顯而易見。

發明提要

上述目的通過本發明的系統和處理滿足。按照本發明的第一方面，提供了一種用于磁性退火工具的熱交換系統。系統包括：(a)處理室，所述處理室裝入待處理的工件；(b)元件室，所述元件室至少部分地圍繞工件，同時元件室包括一個或多個電阻加熱元件；(c)用于抽真空的裝置，所述裝置與元件室成流體連通，以便將真空施加到元件室，因此減少了元件室內的氣體傳導。(d)一個或多個氣源，所述氣源與元件室成流體連通，以便增加元件室內的氣體傳導；(e)冷卻室，所述冷卻室設置成至少部分地圍繞元件室；和(f)用于產生磁場的裝置，所述裝置設置在冷卻室的外周邊上。