磁性退火工具热交换系统及处理工艺技术方案

提供用于磁性退火工具的热交换系统和处理。系统包括：装入待处理工件的处理室；元件室，所述元件室部分地围绕处理室的周边，至少一个用于抽真空的装置，所述装置与处理室和分开与元件室成流体连通，以便将真空施加到处理室和元件室的二者其中之一或二者上，因此促进工件的辐射加热；至少一个流体源，所述流体源与处理室和分开地与元件室成流动连通，以便供应冷却气体，因此促进工件的传导冷却；冷却室，所述冷却室设置成围绕元件室；和用于产生磁场的装置，所述装置设置在冷却室的外周边上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁性退火工具热交换系统及处理工艺
技术介绍
1. 专利
本专利技术涉及一种磁性退火工具热交换系统，所述系统缩短了用于在其中处理工件的制造周期。系统提供有效的加热和冷却周期 及灵活性，因为系统的各部件可以根据所实施的处理单独控制。2. 相关技术说明磁性退火是在标准互补金属氧化物半导体(CMOS)上制 造磁阻随机存取存储器(MRAM)所要求的三种处理的其中之一。为 了充分地将MRAM晶片退火，磁性层必须在磁场中于预定温度下保 持一段时间，所述时间足够长，以便在冷却时晶体自己朝一共同方向 定向。所述处理也称之为均热，在惰性、还原性或真空环境中进 行，以防止晶片的氧化作用，而同时各晶片保持在预定温度下。磁性 退火工具一般是成批操作，并实施许多步骤。所迷步骤包括加热步骤、 均热步骤和冷却步骤，这些步骤都在磁场中进行，磁场强度通常在0.02 和7.0特(Tesla)之间。制造MRAM芯片的成本与磁性退火工具有 关联，此处生产率(每小时生产的合格器件)是产品密度(每个晶片 上的器件数)、产量(每小时晶片数)和成品率(合格的器件与所处 理的器件总数之比)，如由总的热/退火周期所决定的。某些磁性退火系统已在相关的技术中提出。其中一部分系 统减少与磁性退火处理相关的加热时间或冷却时间。然而，这些处理 加热和冷却步骤直接相互矛盾，并因此有害地影响退火周期。例如，由Yamaga等人申请的美国专利申请No. 6303908公开了一种在磁场 中实施热处理的热处理设备。设备具有一加热器，所述加热器安装在 真空容器和磁场发生器之间。电加热器如此安装，以便围绕真空容器 的外周表面，而流体冷却部分安装在电加热器和磁场发生器之间。由Mack等人申请的美国专利No. 6741804 B2涉及电子器 件的处理及用于快速加热村底的方法。尤其是，该专利文献公开了一 种圓筒形灯阵列结构，所述灯阵列结构围绕圆筒形处理管。各灯相对 于圆筒形处理管设置，以便各灯的侧面将光能朝纵向中心轴线方向聚焦。圆筒形处理管中的衬底具有一纵向中心轴线。各衬底在圆筒形处 理管内定向，以使各村底的主表面基本上垂直于纵向中心轴线。 Kawase所申请的美国专利No. 6769908 B2涉及一种晶片 热处理系统，而更具体地说，涉及灯加热单片处理的热处理方法，所 述方法通过成膜法处理单个晶片。该专利文献公开了一种设备，所述 设备在各加热器和晶片之间具有一空心的空间。在加热期间，将空心 的空间抽真空，因此防止通过传导作用跨过晶片室热传递到外部。在 冷却期间，空心的空间快速充满气体，同时使温度下降和随后冷却。由Melgaard所申请的美国专利申请公报No. 2004/0218913 Al针对一种用于工件的磁性和非磁性热处理的退火炉，和针对传热 技术。退火炉包括一炉壳，活动的齿条放置到所述炉壳中。齿条具有 至少一个板，所述板可以通过与所述板接触的板流体管道加热或冷 却，且加热或冷却液可以穿过上述管道。其中工件主要是通过传导和 辐射热传递加热和冷却。与相关技术系统有关的部分缺点是它们单独而有效地控 制和改变加热和冷却步骤不够灵活。为了克服相关技术的缺点，本专利技术的目的是通过有效加热 和快速冷却设置在磁性退火工具中的处理室，来缩短磁性退火工具的 热交换周期。本专利技术的另一个目的是提供分开而单独的控制一些影响 磁性退火工具的处理室的处理参数。本专利技术的另一个目的是提供一种系统和处理，所述系统和处理具有单独控制供应到磁性退火工具元件室的气体的流速、温度、压力和组成。对该领域的技术人员来说，本专利技术的另一些目的和特点在评述说明书、附图及其所附的权利要求时，变得显而易见。专利技术提要上述目的通过本专利技术的系统和处理满足。按照本专利技术的第 一方面，提供了一种用于磁性退火工具的热交换系统。系统包括(a) 处理室，所述处理室装入待处理的工件；(b) 元件室，所述元件室至少部分地围绕工件，同时元件室包 括一个或多个电阻加热元件；(C)用于抽真空的装置，所述装置与元件室成流体连通，以便将 真空施加到元件室，因此减少了元件室内的气体传导。(d) —个或多个气源，所述气源与元件室成流体连通，以便增加元件室内的气体传导；(e) 冷却室，所述冷却室设置成至少部分地围绕元件室；和(f) 用于产生磁场的装置，所述装置设置在冷却室的外周边上。 按照本专利技术的另一方面，提供一种在磁性退火工具中退火预定数量晶片的方法，方法包括(a) 将工件装入磁性退火工具的处理室中；(b) 密封处理室和分开地密封元件室，所述元件室至少部分地 围绕处理室的周边，并任选地从上述一个或两个室抽真空；(c) 在步骤(b)之前、之中或之后给一个或多个电阻加热元件 阵列通电，以便快速地将工件从周围温度加热到退火温度；(d) 保持退火温度一预定的时间周期；(e) 在步骤(d)中经过预定的时间周期时，使元件室中的压力 升高到弱或低真空，以便通过对冷却液的热传递促进工件的冷却；和(f) 给处理室再加压，并/人处理室中卸下工件。 附图简介本专利技术的目的和优点从下面优选实施例结合附图所作的 详细说明将变得显而易见，其中同样的标号代表同样的部件，及其中 附图说明图1是用于^f兹性退火工具的热交换系统的示意图； 图2是热交换系统的顶部横断面透视图； 图3按顺序示出热/退火处理及处理温度和压力分布；和 图4A-C示出用本专利技术的热交换系统实施的16个分开的热 /退火处理/方法。专利技术的详细说明及示例性实施例磁性退火处理基本上是在磁场中实施的热循环。加热和冷 却步骤包括总周期时间的约50%或50%以上。本专利技术提供一种热交换 系统，所述热交换系统缩短了与工件的加热和冷却二者有关的周期时 间，因为它能从处理室，或者磁性退火工具的冷却室内的状况分别控 制提供给元件室(本文说明)的气体的流量、温度、压力和组成。例 如，通过在元件室中抽成高度真空，使通过气体传导的热传递降到一 低水平，因此热量流到冷却剂的总速率可以降低70-95%。换句话说， 通过控制元件室中压力流和气体的组成，可以控制对冷却室的热传递 速率。这在元件室中提供一种热转换机制，所述热转换机制在主要是 通过气体传导的冷却和主要是通过辐射作用的加热之间实施转换，并 因而可以实现对加热和冷却二者的设计。参见图1，图1示出了用于磁性退火工具100的热交换系 统。处理室101设置在退火工具100中，以便在热/退火周期中接收并 保持许多工件104。该领域的技术人员应该理解，工件可以是晶片、 MRAM (磁阻随机存取存储器)半导体片、巨磁阻头、硬磁盘驱动器 和任何其它可在磁场中退火的器件。工件可以包括例如在制造MRAM 器件中所用的半导体晶片、在制造磁性隧道结器件中所用的晶片、巨 磁阻(GMR)传感器、金属物体在高温下的磁化作用、磁性薄膜的去 磁、及其它需要在磁场的影响下退火的物体。如果工件是半导体晶片， 则当处理晶片时，它们优选的是以约3mm-10mm的可变间距放置，以 便有效地实施热循环。处理室101连接到用于在其中抽或吸高度真空 的机构上。机构包括高或高度真空泵、和/或低真空泵，所述低真空泵 能抽真空达到在10_7-10乇(torr)范围内。在示例性实施例中，低真 空泵是与高或高度真空泵串联使用。应用低真空泵来抽真空到约io-3 乇，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于磁性退火工具的热交换系统，包括：　（ａ）处理室，所述处理室装入待处理的工件；　（ｂ）元件室，所述元件室至少部分地包围工件，元件室包括一个或多个电阻加热元件；　（ｃ）用于抽真空的装置，该装置与元件室成流体连通，以便将真空施加到元件室，从而减少了元件室内的气体传导；　（ｄ）一个或多个与元件室成流体连通的气源和一个将上述气体引入元件室以便增加元件室内的气体传导的装置；　（ｅ）冷却室，所述冷却室设置成至少部分地围绕元件室；和　（ｆ）用于产生磁场的装置，所述装置设置在冷却室的外周边上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-12-6 11/294,4771.一种用于磁性退火工具的热交换系统，包括(a)处理室，所述处理室装入待处理的工件；(b)元件室，所述元件室至少部分地包围工件，元件室包括一个或多个电阻加热元件；(c)用于抽真空的装置，该装置与元件室成流体连通，以便将真空施加到元件室，从而减少了元件室内的气体传导；(d)一个或多个与元件室成流体连通的气源和一个将上述气体引入元件室以便增加元件室内的气体传导的装置；(e)冷却室，所述冷却室设置成至少部分地围绕元件室；和(f)用于产生磁场的装置，所述装置设置在冷却室的外周边上。2. 如权利要求1所述的热交换系统，还包括至少一个控制不同 的气流、气体混合物和气体压力的装置，所述装置与元件室成流体连 通，以便在促进辐射加热和工件中传导冷却之间转换。3. 如权利要求1所述的热交换系统，还包括至少一个控制不同...

【专利技术属性】
技术研发人员：RJ吉布，JF比林翰姆，E杜菲，N奥肖内西，K麦马洪，P费里斯，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]