KR20190140085A - 감소된 풋프린트 제조 환경들을 위한 수직 다중-배치 자기 어닐링 시스템들 - Google Patents

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Abstract

감소된 풋프린트 요건들을 충족시키기 위해 다수의 어닐링 시스템들의 나란한 구성을 허용하는 수직 다중-배치 수직 자기 어닐링 시스템들을 사용하여 마이크로전자 공작물들을 프로세싱하는 어닐링 시스템들 및 관련 방법들에 대한 실시예들이 설명된다.

Description

감소된 풋프린트 제조 환경들을 위한 수직 다중-배치 자기 어닐링 시스템들
본 출원은 2017년 5월 8일에 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제15/589,613호와 관련되고 그에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 개시는 마이크로전자 공작물들을 프로세싱하기 위한 어닐링 시스템들 및 방법들에 관한 것이고, 상세하게는, 마이크로전자 공작물들 상에 자기 재료를 포함하는 하나 이상의 층들을 어닐링하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
반도체 디바이스 형성은 기판 상에서 다수의 재료 층들의 형성, 패터닝 및 제거와 관련된 일련의 제조 기술들을 수반한다. 자기 어닐링은 종래의 상보적 금속 산화물 반도체(CMOS) 로직 기반 마이크로전자 공작물들과 호환가능한 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM) 디바이스들을 제조하기 위해 요구되는 3개의 프로세스들 중 하나이다. 공작물을 성공적으로 어닐링하기 위해, 냉각 시에 결정들이 공통 방향으로 배향되기에 충분한 긴 시간 기간 동안 강자성 층이 자기장 내에서 미리 결정된 온도로 유지되어야 한다. "침지(soak)"로 또한 지칭되는 이러한 프로세스는, 공작물들이 미리 결정된 온도로 유지되는 동안 공작물들의 산화를 방지하기 위해, 비활성, 환원, 또는 진공 환경에서 수행된다.
자기 어닐링 장비는 일반적으로 배치(batch)-모드에서 동작하는데, 즉, 복수의 공작물들이 동시에 어닐링되고 일련의 단계들을 수행한다. 일례로서, 이러한 단계들은 통상적으로 0.02 내지 7.0 T(Tesla)의 자기장의 존재 시에 공작물들을 가열, 침지 및 냉각하는 것을 포함한다. MRAM 디바이스 제조 비용은 자기 어닐링 도구들과 관련되며, 여기서 생산성(시간당 생산되는 허용가능한 디바이스들)은, 전체 열/어닐링 사이클에 의해 지정되는 바와 같이, 밀도(공작물당 디바이스들의 수), 스루풋(시간당 공작물들) 및 수율(허용가능한 디바이스들 대 프로세싱된 디바이스들의 총 수의 비)의 곱이다.
종래에, 평면-내 및 평면-외 자석 배형에 대한 자기 어닐링 시스템들은 수평 또는 수직 배향이다. 그리고, 제조 설비 플로어-공간이 최고급이면, 앞서 언급된 바와 같이, 도구 풋프린트 및 공작물 스루풋이 성공적인 구현에 결정적이다.
감소된 풋프린트 요건들을 충족시키기 위해 다수의 어닐링 시스템들의 나란한 구성을 허용하는 수직 다중-배치 수직 자기 어닐링 시스템들을 사용하여 마이크로전자 공작물들을 프로세싱하는 어닐링 시스템들 및 방법들에 대한 실시예들이 설명된다.
일 실시예의 경우, 제조 플로어 상에 위치된 제1 어닐링 시스템 및 제조 플로어 상에 위치된 제2 어닐링 시스템을 포함하는, 공작물들의 다수의 배치들을 어닐링하는 제조 시스템이 개시된다. 제1 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노(furnace), 적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트(boat), 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더(loader), 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함한다. 제2 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함한다. 추가로 제조 시스템의 경우, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 제조 플로어 상에 위치된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 수직 수동 자석을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 또한, 3.5 미터 내지 4.2 미터의 높이 제한 미만의 조합된 수직 풋프린트를 갖도록 구성된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 자석의 중간 수직 축으로부터 소정 거리(X) 내에서 5-가우스(Gauss)까지 감소하는 자기장을 갖고, 0.4 미터 ≤ X ≤ 1.1이다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 각각의 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에서 소정 레벨(M)까지의 자기장을 제공하고, M ≥ 1 테슬라이다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 거리(X)의 10 퍼센트 이하만큼 중첩한다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 거리(X)의 0.2 퍼센트 이하만큼 중첩한다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 오프셋된 나란한 배열로 위치된다. 추가적인 실시예들에서, 제조 시스템은 제1 어닐링 시스템에 인접하게 위치된 전기, 가스 및 물 시스템들의 제1 세트를 더 포함하고, 및 제2 어닐링 시스템에 인접하게 위치된 전기, 가스 및 물 시스템들의 제2 세트를 포함한다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제조 시스템은 제1 어닐링 시스템에 대한 액세스를 위해 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템의 제1 에지에 인접하게 위치된 제1 서비스 영역을 포함하고, 제2 어닐링 시스템에 대한 액세스를 위해 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템의 제2 에지에 인접하게 위치된 제2 서비스 영역을 포함한다.
추가적인 실시예들에서, 제조 시스템은 제조 플로어 상에 위치된 제3 어닐링 시스템 및 제조 플로어 상에 위치된 제4 어닐링 시스템을 더 포함한다. 제3 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함한다. 위치된 제4 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함한다. 제3 어닐링 시스템 및 제4 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 제조 플로어 상에 위치된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 수직 노 및 제2 어닐링 시스템에 대한 수직 노 각각은 내측 원통형 절연 튜브 및 그 외측 표면을 둘러싸는 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고, 내측 원통형 절연 튜브는 프로세싱 공간을 정의한다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 공작물들의 온도를 섭씨 약 600도까지 범위의 피크 온도로 상승시키도록 구성된다.
추가적인 실시예들에서, 제조 시스템은 제1 어닐링 시스템에 대한 공작물 보트 안팎으로 한번에 2개의 공작물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성되는 제1 공작물 핸들링 로봇을 포함하고, 제2 어닐링 시스템에 대한 공작물 보트 안팎으로 한번에 2개의 공작물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성되는 제2 공작물 핸들링 로봇을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 공작물 핸들링 로봇은 공작물 보트 내로 한번에 2개의 공작물들을 로딩하도록 구성된다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 공작물 핸들링 로봇은 공작물 보트 밖으로 한번에 2개의 공작물들을 언로딩하도록 구성된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템들 각각은 초전도 자석, 전자석, 영구 자석, 솔레노이드 자석 또는 헬름홀츠(Helmholtz) 자석 중 적어도 하나를 포함한다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각은, 수직 노 아래에 배열되고 적어도 2개의 공작물 보트들을 지지하고 프로세스 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에서 적어도 2개의 공작물 보트들을 인덱싱하도록 구성되는 공작물 보트 턴테이블(turntable)을 더 포함한다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 보트 로더는 로딩 아암, 플랫폼 및 구동 시스템을 포함한다. 로딩 아암은 수직으로 배향되고 공작물 보트를 수직 노 내에 위치시킬만큼 충분히 긴 길이(La)를 특징으로 하고; 플랫폼은 로딩 아암의 원위 단부에 위치되고 공작물 보트를 수직 노에 그리고 수직 노로부터 로딩 및 언로딩할 때 공작물 보트와 맞물리고 지지하도록 구성되고; 구동 시스템은 로딩 아암의 대향 원위 단부에 위치되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시키도록 구성된다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 로딩 아암은 수축가능한 로딩 아암이다.
일 실시예의 경우, 적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제1 어닐링 시스템에 대한 제1 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 및 적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제2 어닐링 시스템에 대한 제2 공작물 보트 내로 로딩하는 단계를 포함하는, 공작물의 다수의 배치들을 어닐링하는 방법이 개시된다. 제1 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함한다. 제2 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함한다. 방법은 또한 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템에 대한 보트 로더들을 사용하여, 제1 공작물 및 제2 공작물을 수직 노들의 프로세싱 공간들 내로 수직으로 병진운동시키는 단계, 제1 공작물 보트 내로 로딩된 적어도 100개의 공작물들 및 제2 공작물 보트 내로 로딩된 적어도 100개의 공작물들에 대한 온도들을 상승시키는 단계, 및 제1 어닐링 시스템에 대한 자석을 사용하여 제1 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템을 사용하여 제2 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에 자기장들을 생성하는 단계를 포함한다. 방법의 경우 추가로, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 제조 플로어 상에 위치된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 수직 수동 자석을 포함한다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 또한, 3.5 미터 내지 4.2 미터의 높이 제한 미만의 조합된 수직 풋프린트를 갖도록 구성된다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 자석의 중간 수직 축으로부터 소정 거리(X) 내에서 5-가우스(Gauss)까지 감소하는 자기장을 갖고, 0.4 미터 ≤ X ≤ 1.1이다. 추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 각각의 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에서 소정 레벨(M)까지의 자기장을 제공하고, M ≥ 1 테슬라이다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 거리(X)의 10 퍼센트 이하만큼 중첩한다. 또한 추가적인 실시예들에서, 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 거리(X)의 0.2 퍼센트 이하만큼 중첩한다.
추가적인 실시예들에서, 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 오프셋된 나란한 배열로 위치된다. 추가적인 실시예들에서, 방법은 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템의 제1 측 상에 위치된 제1 서비스 영역으로부터 제1 어닐링 시스템을 서비스하기 위해 제1 어닐링 시스템에 액세스하는 단계, 및 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템의 제2 측 상에 위치된 제2 서비스 영역으로부터 제2 어닐링 시스템을 서비스하기 위해 제2 어닐링 시스템에 액세스하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시예들에서, 방법은 적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제3 어닐링 시스템에 대한 제3 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 및 적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제4 어닐링 시스템에 대한 제4 공작물 보트 내로 로딩하는 단계를 포함한다. 제3 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함한다. 제4 어닐링 시스템은 프로세싱 공간을 갖는 수직 노, 수직 노 아래에 배열되고 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 공작물을 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더, 및 수직 노 외부에 위치되고 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함한다. 방법은 또한 제3 어닐링 시스템 및 제4 어닐링 시스템에 대한 보트 로더들을 사용하여, 제3 공작물 및 제4 공작물을 수직 노들의 프로세싱 공간들 내로 수직으로 병진운동시키는 단계, 제3 공작물 보트 내로 로딩된 적어도 100개의 공작물들 및 제4 공작물 보트 내로 로딩된 적어도 100개의 공작물들에 대한 온도들을 상승시키는 단계, 및 제3 어닐링 시스템에 대한 자석을 사용하여 제3 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내 및 제4 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템을 사용하여 제4 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에 자기장들을 생성하는 단계를 포함한다. 방법의 경우 추가로, 제3 어닐링 시스템 및 제4 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 제조 플로어 상에 위치된다.
원한다면, 상이한 또는 추가적인 특징들, 변형들 및 실시예들이 구현될 수 있고, 관련 시스템들 및 방법들이 또한 활용될 수 있다.
유사한 참조 부호들이 유사한 특징들을 표시하는 첨부된 도면들과 관련하여 취해지는 하기 설명을 참조함으로써, 본 발명들 및 이들의 이점들에 대한 보다 완전한 이해가 획득될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 개시된 개념들의 단지 예시적인 실시예들을 예시하고 따라서, 범주의 제한으로 고려되지 않아야 하는데, 이는 개시된 개념들이 다른 동일하게 효과적인 실시예들을 인정할 수 있기 때문임을 주목해야 한다.
도 1은 실시예에 따른 어닐링 시스템에 대한 예시적인 실시예의 측면도의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 어닐링 시스템의 다른 개략도이다.
도 3은 도 1에 도시된 어닐링 시스템의 상면도의 개략도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 어닐링 시스템의 적어도 일부의 단면도를 제공한다.
도 5는 감소된 풋프린트 요건들을 충족시키기 위해 제조 플로어 상에서 오프셋된 나란한 구성을 허용하는 수직 다중-배치 자기 어닐링 시스템들에 사용될 수 있는 수직 수동 자석과 연관된 자기장에 대한 예시적인 실시예이다.
도 6은 도 5에 대해 설명된 속성들을 갖는 자석들을 사용하는 다수의 어닐링 시스템들에 대한 오프셋된 나란한 구성에 대한 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 어닐링 시스템들 중 2개에 대한 예시적인 실시예의 예시적인 정면도이다.
도 8은 실시에에 따른 어닐링 시스템에서 복수의 공작물들을 어닐링하기 위한 방법을 예시한다.
감소된 풋프린트 요건들을 충족시키기 위해 다수의 어닐링 시스템들의 나란한 구성을 허용하는 수직 다중-배치 수직 자기 어닐링 시스템들을 사용하여 마이크로전자 공작물들을 프로세싱하는 어닐링 시스템들 및 방법들에 대한 실시예들이 설명된다.
본 명세서에 설명된 특정한 예시적인 실시예들은 3.5 미터 (m) 내지 4.2 m의 높이 제한들 내의 도구 풋프린트를 보유하고 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 플로어 풋프린트를 가지면서 200 x 300mm 웨이퍼들의 웨이퍼 배치 크기를 프로세싱할 수 있는 특정 자기 어닐링 시스템을 포함한다. 어닐링 시스템 실시예들은 또한 전체 제조 풋프린트를 감소시키고 어닐링 시스템들 각각에 대한 부수적 유지보수 액세스를 위한 요건들을 제거하기 위해 오프셋된 나란한 위치설정을 허용하도록 구성된다. 또한, 어닐링 시스템 실시예들은 솔레노이드 자석, 초전도 자석, 전자기, 영구 자석 및/또는 다른 자석 시스템들을 통합할 수 있다. 또한, 어닐링 시스템 실시예들은 제어된 프로세스 환경을 위한 진공 오븐, 웨이퍼 이송 시스템, 웨이퍼 핸들링 로봇, FOUP(Front Opening Unified Pod) 스토커, 제어된 미니 환경, 가스/물/공압 분배 및/또는 다른 시스템 특징들 또는 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 원한다면, 추가적인 특징들 및 변형들이 구현될 수 있고, 관련 시스템들 및 방법들이 또한 활용될 수 있다.
본 명세서 전반에 걸쳐 "일 실시예" 또는 "실시예"에 대한 참조는, 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조, 재료 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되지만 이들이 모든 실시예에서 제시되는 것을 표시하는 것은 아님을 의미하는 것이 초기에 주목된다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 다양한 위치들에서 어구들 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"의 등장들은 반드시 본 발명의 동일한 실시예를 참조하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징들, 구조들, 재료들 또는 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 다른 실시예들에서 다양한 추가적인 층들 및/또는 구조들이 포함될 수 있고 그리고/또는 설명된 특징들이 생략될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "마이크로전자 공작물"은 일반적으로 본 발명에 따라 프로세싱되는 물체를 지칭한다. 마이크로전자 공작물은 디바이스, 특히, 반도체 또는 다른 전자 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수 있고, 예를 들어, 반도체 기판과 같은 베이스 기판 구조 또는 박막과 같이 베이스 기판 구조 위의 또는 아래의 층일 수 있다. 따라서, 공작물은 패터닝된 또는 패터닝되지 않은 임의의 특정 베이스 구조, 아래에 놓인 층 또는 위에 놓인 층으로 제한되는 것으로 의도되지 않으며, 오히려, 임의의 이러한 층 또는 베이스 구조, 및 층들 및/또는 베이스 구조들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 고려된다. 아래의 설명은 특정 유형들의 기판들을 참조할 수 있지만, 이는 제한이 아니라 오직 예시적인 목적이다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 용어 "기판"은 재료들이 형성되는 베이스 재료 또는 구성을 의미하고 이를 포함한다. 기판은 단일 재료, 상이한 재료들의 복수의 층들, 내부에 상이한 재료들 또는 상이한 구조들의 영역들을 갖는 층 또는 층들 등을 포함할 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 재료들은 반도체들, 절연체들, 전도체들 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 반도체 기판, 지지 구조 상의 베이스 반도체 층, 하나 이상의 층들을 갖는 금속 전극 또는 반도체 기판, 그 위에 형성된 구조들 또는 영역들일 수 있다. 기판은 종래의 실리콘 기판 또는 반도체 재료 층을 포함하는 다른 벌크 기판일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 용어 "벌크 기판"은 실리콘 웨이퍼들 뿐만 아니라, 실리콘-온-절연체("SOI") 기판들, 예를 들어, 실리콘-온-사파이어("SOS") 기판들 및 실리콘-온-유리("SOG") 기판들, 베이스 반도체 토대 상의 실리콘의 에피택셜 층들, 및 다른 반도체 또는 광전자 재료들, 예를 들어, 실리콘-게르마늄, 게르마늄, 갈륨 비소, 갈륨 질화물 및 인화 인듐을 의미하며 이를 포함한다. 기판은 도핑되거나 도핑되지 않을 수 있다.
다양한 실시예들에서 마이크로전자 공작물을 어닐링하기 위한 시스템들 및 방법들이 설명된다. 관련 기술의 당업자는, 특정 세부사항들 중 하나 이상 없이, 또는 다른 대체 및/또는 추가적 방법들, 재료들 또는 컴포넌트들로 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 예들에서, 본 발명의 다양한 실시예들의 양상들을 모호하게 하는 것을 회피하기 위해, 널리 공지된 구조들, 재료들 또는 동작들은 상세히 도시되거나 설명되지 않는다. 유사하게, 설명을 위해, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 숫자들, 재료들 및 구성들이 기술된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 특정 세부사항들 없이 실시될 수 있다. 또한, 도면들에 도시된 다양한 실시예들은 예시적인 표현들이고 반드시 축척대로 도시되지 않음이 이해된다. 설명 및 도면들에서 유사한 항목들을 표시하기 위해 본 명세서에서 유사하게 넘버링된 참조 부호들이 활용되기 때문에, 설명 내에서 사용되는 넘버링된 참조 부호들은, 하나 이상의 이전 및/또는 후속 도면들에서 등장하는 유사하게 넘버링된 참조 부호들을 지칭할 수 있음이 주목된다.
이제 도면들을 참조하면, 도 1 내지 도 4는 백(100)개의 공작물 용량 및 SEMI S2 높이 요건들(3.5 m)과 호환가능한 자기 어닐링 시스템들에 대한 구성들을 제공하는 예시적인 실시예들을 설명한다. 도 8은 실시에에 따른 어닐링 시스템에서 복수의 공작물들을 어닐링하기 위한 방법에 대한 예시적인 실시예를 제공한다. 이러한 실시예들 뿐만 아니라 추가적인 실시예들은 또한 미국 특허 제9,410,742호에서 설명되고, 상기 특허는 이로써 그 전체가 참조로 통합된다.
도 5 내지 도 7은 수직 다중-배치 수직 자기 어닐링 시스템을 사용하여 마이크로전자 공작물들 상에서 자기 재료를 포함하는 하나 이상의 층들을 어닐링하는 시스템들 및 방법들을 위한 예시적인 실시예들을 제공한다. 이러한 개시된 실시예들은 3.5 미터 (m) 내지 4.2 m의 높이 제한들 내의 도구 풋프린트를 보유하고 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 플로어 풋프린트를 가지면서 200 x 300mm 웨이퍼들의 웨이퍼 배치 크기를 프로세싱할 수 있는 특정 자기 어닐링 시스템을 포함한다. 어닐링 시스템들은 또한 전체 제조 풋프린트를 감소시키고 어닐링 시스템들에 대한 부수적 유지보수 액세스를 위한 요건을 제거하기 위해 나란한 위치설정을 허용하도록 구성된다. 이러한 실시예들은 미국 특허 제9,410,742호에 개시된 실시예들에 대한 개선들을 제공하고, 상기 특허는 또한 이로써 그 전체가 참조로 통합된다.
이제 도 1 및 도 2를 참조하면, 실시예에 따라 복수의 공작물들을 어닐링하기 위한 어닐링 시스템이 예시된다. 어닐링 시스템(100)은 내측 원통형 절연 튜브(112) 및 그 외측 표면을 둘러싸는 적어도 하나의 가열 요소 조립체(116)를 갖는 수직 노(110)를 포함하고, 내측 원통형 절연 튜브(112)는, 복수의 공작물들(122)이 수직으로 병진운동되고 열적 및/또는 자기 프로세싱을 겪을 수 있는 프로세싱 공간(114)을 정의한다.
공작물들은 반도체 기판들, 웨이퍼들, MRAM 디바이스들/칩들, 자이언트 자기 저항(GMR) 헤드들, 하드 디스크 드라이브들, 존재하는 자기장을 갖거나 갖지 않는 상승된 온도에서 어닐링될 수 있는 임의의 다른 디바이스일 수 있음이 당업자들에 의해 이해될 것이다. 공작물들은 예를 들어, MRAM 디바이스들의 제조에서 사용되는 반도체 웨이퍼들, MTJ 디바이스들, GMR 센서들, 상승된 온도들에서 금속 물체들의 자화, 자기 박막들의 탈가스화, 및 자기장들의 영향 하에서 어닐링을 요구하는 다른 물체들의 제조에서 사용되는 웨이퍼들을 포함할 수 있다.
어닐링 시스템(100)은 적어도 100개의 공작물들(122)을 운반하기 위한 공작물 보트(120), 및 수직 노(110) 아래에 배열되고 공작물 보트(120)를 수직으로 병진운동시키고 프로세싱 공간(114) 내에 공작물들(122)을 위치설정하도록 구성되는 보트 로더(130)를 더 포함한다. 공작물들(122)은 프로세싱 공간(114)에서 공작물들(122)을 가깝게 이격시키기 위한 수평 배향으로 배열될 수 있다. 이러한 배향에서, 예를 들어, 평면 외(예를 들어, 수직) 자기 어닐링이 수행될 수 있다. 반도체 공작물들을 포함할 수 있는 공작물들(122)은, 웨이퍼들이 프로세싱될 때 열적 사이클을 효과적으로 수행하기 위해, 약 2 mm 내지 약 10 mm의 비-가변 또는 가변 피치로 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 공작물들이 6.5 mm 이하의 피치로 공작물 보트(120) 내에 배열될 수 있다. 또 다른 예로서, 피치는 4 mm 내지 4.5 mm의 범위일 수 있다.
또한, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 어닐링 시스템(100)은, 수직 노(110) 아래에 배열되고 적어도 2개의 공작물 보트들(121, 123)을 지지하고 프로세스 위치(152)와 로딩/언로딩 위치(154) 사이에서 적어도 2개의 공작물 보트들(121, 123)을 인덱싱하도록 구성되는 공작물 보트 전송 시스템(150)을 포함한다. 공작물 보트 전송 시스템(150)은 보트 로더(130)가 공작물 보트(120)와 맞물리고 이를 수직 노(110) 안팎으로 수직으로 병진운동시키도록 허용하는 개구(155)를 갖는다. 보트 로더(130) 및 공작물 보트 전송 시스템(150)은 감소된 오염 환경을 용이하게 하기 위해 인클로저(160) 내에 수납될 수 있다.
보트 로더(130)는 프로세스 위치(152)에서, 아직 수직 노(110) 아래의 제1 상승(131)에 위치된다. 도 2에서, 보트 로더(130)는 프로세스 위치(152)에서, 아직 제2 상승(132)에 위치되고, 공작물 보트(120) 및 공작물들(122)은 수직 노(110) 내에 배치된다. 수직 상승 변화들을 달성하기 위해, 보트 로더(130)는, 수직으로 배향되고 자석 시스템(140) 및 수직 노(110)의 보어(bore) 내에 공작물 보트(120)를 위치시킬만큼 충분히 긴 길이(104) La를 특징으로 하는 로딩 아암(135)을 포함한다. 로딩 아암(135)의 길이 La는 약 1 m까지의 범위일 수 있다. 보트 로더(130)는, 로딩 아암(135)의 원위 단부에 위치되고 공작물 보트(120)를 수직 노(110)에 그리고 수직 노(110)로부터 로딩 및 언로딩할 때 공작물 보트(120)와 맞물리고 지지하도록 구성되는 플랫폼(136), 및 로딩 아암(135)의 대향 원위 단부에 위치되고 공작물 보트(120)를 수직으로 병진운동시키도록 구성되는 구동 시스템(138)을 더 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 어닐링 시스템(100)은 3.500 m 이하의 전체 높이(101)를 갖는다. 이를 행하기 위해, 예를 들어, (수직 노(110)의 바닥으로부터 공작물 보트 전송 시스템(150)까지) 수직 노(110) 아래의 인클로저(160)의 높이(102)는 1.400 m 이하이고, 공작물 스택의 높이(103)는 0.460 m 이하이다.
제2 상승에서, 수직 노(110)는 밀봉되고 펌핑 시스템(170)을 사용하여 주변 압력에 대해 감소된 압력으로 배기될 수 있다. 프로세스 가스는 가스 소스(미도시)로부터 미리 결정된 유량으로 수직 노(110)에 도입되거나 도입되지 않을 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 노(110)는 프로세스 챔버를 배기하고 그 안에 진공을 생성하기 위해 배기 라인(171)을 통해 펌핑 시스템(170)에 연결된다. 펌핑 시스템(170)은 진공 펌프(173) 및 밸브(172)를 포함할 수 있고, 이는 동시에 10-8 내지 100 Torr 범위의 진공을 제어가능하게 유도하는 것을 허용한다. 예시적인 실시예에서, 진공 펌프(173)는 러핑(roughing) 펌프 및/또는 고 진공 펌프를 포함할 수 있다. 러핑 펌프는 약 10-3 Torr까지 진공을 유도하기 위해 이용되는 한편, 고 진공 펌프는 후속적으로 진공 압력을 10-7 Torr 이하로 추가로 감소시키기 위해 이용된다. 러핑 펌프는 오일 밀봉 펌프 또는 건식 펌프 중에서 선택될 수 있는 한편, 고 진공 펌프 또는 경질 진공 펌프는 터보 분자 펌프, 확산 펌프, 크라이오-펌프(cryo-pump) 또는 필수적 진공을 유도할 수 있는 임의의 다른 디바이스 중에서 선택될 수 있다.
또한, 어닐링 시스템(100)은 가열 요소 조립체(116)에 결합되고 공작물들(122)의 온도를 미리 결정된 값 또는 온도 값들의 시퀀스로 제어가능하게 조정하도록 구성되는 온도 제어 시스템(미도시)을 포함한다. 온도 제어 시스템은, 수직 노(110) 주위에 또는 인접하게 배열되고(예를 들어, 수직 노(110)를 둘러싸도록 배열되고) 어레이 온도 레시피에 따라 공작물들(122)을 가열 및 냉각하도록 구성되는 가열 요소들의 하나 이상의 어레이들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가열 요소들의 하나 이상의 어레이들은 하나 이상의 저항성 가열 요소들, 하나 이상의 가열된 또는 냉각된 유체 도관들 또는 재킷(jacket)들, 하나 이상의 방사 소스들(예를 들어, 적외선(IR) 소스/램프, 자외선(UV) 소스/램프 등) 등을 포함할 수 있다.
또한 추가로, 어닐링 시스템(100)은 수직 노(110) 외부에 배열되고 프로세싱 공간(114) 내부에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석 시스템(140)을 포함한다. 자기장은 수직 노(110)의 내부 내에서 미리 결정된 자기장 세기 및 배향을 프로세싱하도록 설계될 수 있다. 자석 시스템(140)은 수직 노(110) 주위에서 또는 인접하여 솔레노이드 또는 헬름홀츠 구성으로 배열되는 하나 이상의 자석들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 자석 시스템(140)은 초전도 자석, 전자석 또는 영구 자석 또는 이들 중 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 자석 시스템(140)은 수직 노(110) 내에 약 0.02 내지 10 T(테슬라) 범위의 자기장을 생성하도록 구성될 수 있다.
도시되지 않지만, 어닐링 시스템(100)은 또한, 온도 제어 시스템, 자석 시스템(140) 및 펌핑 시스템(170)에 결합되고 어닐링 시스템(100)의 컴포넌트들에 및 컴포넌트들로부터 프로그래밍가능 명령들 및 데이터를 전송 및 수신하도록 구성되는 제어기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 공작물들의 어닐링 온도, 어닐링 시간 기간, 자기장 세기, 수직 노(110) 내의 압력, 수직 노(110)에 전달되는 프로세스 가스 유량(존재하는 경우) 및 이러한 프로세스 파라미터들 중 임의의 것의 시간적 및/또는 공간적 변동을 제어하도록 프로그래밍될 수 있다.
이제 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 어닐링 시스템(400)의 적어도 일부의 단면도가 제공된다. 더 구체적으로, 이러한 부분적 단면은, 수직 노(410) 외부의 자석 보어의 내벽(440)에서 시작하여 공작물들(422)이 처리되는 프로세싱 공간(414)으로 내측으로 방사상으로 진행하는 수직 노(110)의 구조를 상세화한다.
내측 원통형 절연 튜브(412)가 프로세싱 공간(414)을 둘러싼다. 내측 원통형 절연 튜브(412)는 공작물들(422)을 둘러싸고 프로세싱 공간(414)과 가열 요소 조립체(416) 사이에 장벽을 형성한다. 내측 원통형 절연 튜브(412)는 분리가능한 개스킷 밀봉들(예를 들어, O-링들)에 의해 원위 단부에서 밀봉될 수 있다. 또한, 내측 원통형 절연 튜브(412)는 반도체 팹(fab)에서 사용하기에 적절한 임의의 유형의 재료로 구성될 수 있다. 바람직한 재료들은 높은 방사율, 높은 열 전도성 또는 낮은 열 용량 또는 이들의 조합을 갖는 재료들이다. 통상적으로, 내측 원통형 절연 튜브(412)는, 0.78 내지 1000 마이크론 범위의 전자기 스펙트럼(예를 들어, 적외선 스펙트럼) 내의 파장들에 부분적으로 투명한 투명 용융 실리카 유리(즉, 석영) 또는 높은 방사율 및 열 전도성을 갖는 실리콘 카바이드로 제조된다.
예를 들어, 섭씨 100 내지 400 도(C)의 온도 범위에서 실리콘 공작물들을 제조할 때, 석영 벽 또는 튜브의 투과율은 5 내지 12 퍼센트 범위이고, 여기서, 키르히호프의 법칙에 따라, 석영의 방사율은 88 내지 95 퍼센트 범위이다. 대안적으로, 내측 원통형 절연 튜브(412)는 스테인레스 강을 포함할 수 있다. 스테인레스 강은 석영 또는 실리콘 카바이드보다 낮은 방사율을 갖지만, 튜브는 더 얇게 제조되어, 총 열 용량을 감소시킬 뿐만 아니라 자석의 보어 치수를 감소시킬 수 있다. 또한, 스테인레스 강은 석영 또는 실리콘 카바이드로 가능하지 않은 다른 방식들로 용접 또는 밀봉될 수 있다.
가열 요소 조립체(416)가 내측 원통형 절연 튜브(412)를 둘러싼다. 가열 요소 조립체(416)는 저항성 가열 요소들과 같은 하나 이상의 가열 요소들을 포함한다. 바람직하게는, 가열기 요소들은 어레이 온도를 제공 및 유지하기에 충분한 전기 저항 가열기들의 어레이로부터 선택된다. 본 명세서에서 활용되는 바와 같이, 어닐링 온도들은 제조되고 있는 디바이스에 따라 약 섭씨 200-1000 도 범위이다. 또한, 가열기 요소들은 이들이 배치되는 강한 자기장에 의해 생성되는 힘들을 제거하기 위해 권취될 수 있다.
일례로서, 하나 이상의 가열 요소들은 니켈-크롬 합금들 또는 철-크롬 합금들, 세라믹 가열 요소들 또는 복합 가열 요소들로 구성된 금속 가열 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 가열 요소 조립체(416)는 예를 들어, 하나 이상의 센서들(413)을 사용하여 독립적으로 모니터링 및 제어될 수 있는 하나 이상의 가열 조립체 구역들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 공작물들(422)의 공간적으로 제어되거나 균일한 가열은 가열 요소 조립체(416) 내의 다양한 가열기 요소들의 에너지 및 제어를 독립적으로 제공함으로써 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 가열기 요소들은 3개의 상이한 구역들로 축방향으로 분할되고, 여기서 중심 구역 가열기는 공작물 스택과 정렬된다. 그리고, 2개의 단부 구역 가열기들이 중심 가열기의 위 및 아래에 각각 제공되고, 독립적으로 제어된다. 대안적으로, 중심 구역 가열기는 2개의 독립적으로 제어되는 중심 가열 구역들로 분할될 수 있다.
다른 실시예에서, 가열기들은 방위각 방향에서 별개의 구역들, 예를 들어, 섭씨 120 도를 각각 커버하는 3개의 가열기들로 분할될 수 있다. 각각의 가열되는 구역에 대한 전력 입력은 균일한 가열을 달성하기 위해 별개로 달라질 수 있다. 일반적으로, 가열기 요소들 및 내측 원통형 절연 튜브(412)의 열 질량은 주어진 온도 상승에 대한 전력 입력 및 주어진 온도 강하에 대한 열 제거를 감소시키기 위해 최소화되어야 한다. 즉, 시스템에서 공작물들(422)이 가장 큰 열 질량이 되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 온도 불균일 가능성이 크게 감소된다.
특정 실시예에서, 가열 요소 조립체(416)는, 밀봉되고 요소 챔버 내에 진공을 유도하기 위한 수단에 유체 연결될 수 있는 요소 챔버를 포함할 수 있다. 진공을 유도하기 위한 수단은 수직 노(110)에 대해 전술된 펌프들 중 임의의 하나 이상을 포함할 수 있다. 별개로, 열 전달 가스가 요소 챔버에 도입될 수 있고, 가열 요소들을 둘러싸는 환경은 제어될 수 있다.
가열 요소 조립체(416)로부터 자석 시스템을 열적으로 차폐하기 위한 절연 층(417)이 가열 요소 조립체(416)를 둘러싼다. 절연 층(417)은 Microtherm nv, BE로부터 상업적으로 입수가능한 MICROTHERM® 패널들을 포함할 수 있다.
열 전달 유체를 유동시키기 위한 환형 채널(415)인 한 쌍의 외측 원통형 튜브들(418, 419)을 그 사이에 포함하는 냉각 재킷이 절연된 가열 요소 조립체(416)를 둘러싼다. 열 전달 유체는 분당 약 1 내지 20 리터의 유량(예를 들어, 분당 5 내지 10 리터) 및 약 섭씨 20 도의 온도(다른 온도들이 허용가능함)로 환형 채널(415)을 통해 순환될 수 있다. 환형 채널(415)은, 가열 요소 조립체(416), 또는 가열 요소 조립체(416) 및 수직 노(410) 둘 모두가 전도 모드에서 실행중일 때(즉, 열/어닐링 사이클의 냉각 상태 동안) 최대 열 전달 효율로 구성되고, 외부 온도를 약 섭씨 35 도 아래로 유지함으로써 자석 시스템의 과열을 방지한다. 환형 채널(415)에서 이용되는 열 전달 유체는 물, 물과 에틸렌 글리콜의 50/50 용액, 또는 필수적 냉각 온도를 제공하는 임의의 유체를 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 에틸렌 글리콜이 사용되는 경우, 섭씨 20 도 미만의 냉각 온도가 획득될 수 있다. 강제 공기 냉각이 또한 사용될 수 있다.
어닐링 시스템들(100, 400)은 공작물들의 자기 및 비-자기 어닐링에 동작가능할 수 있다. 어닐링 온도 레시피를 포함하는 어닐링 프로세스 조건은 공작물 상에서 어닐링될 층들의 원하는 막 속성들에 따라 선택된다.
도 5 내지 도 7은 도 1 내지 도 4에 설명된 어닐링 시스템들에 대한 개선들을 제공한다. 특히, 감소된 풋프린트 요건들을 충족하기 위해 다수의 어닐링 시스템들의 구성들을 허용하는 수직 다중-배치 수직 자기 어닐링 시스템을 사용하여 마이크로전자 공작물들 상에서 자기 재료를 포함하는 하나 이상의 층들을 어닐링하는 시스템들 및 방법들을 제공하는 예시적인 실시예들이 도 5 내지 도 7에 대해 설명된다. 앞서 표시된 바와 같이, 이러한 개시된 실시예들은 3.5 m 내지 4.2 m의 높이 제한들 내의 도구 풋프린트를 보유하고 9.5 m2 미만의 플로어 풋프린트를 가지면서 200 x 300mm 웨이퍼들의 웨이퍼 배치 크기를 프로세싱할 수 있는 특정 자기 어닐링 시스템을 포함한다. 어닐링 시스템들은 또한 전체 제조 풋프린트를 감소시키고 어닐링 시스템들에 대한 부수적 유지보수 액세스를 위한 요건을 제거하기 위해 나란한 위치설정을 허용하도록 구성된다.
도 5는 본 명세서에 설명된 어닐링 시스템들(100) 내의 자기 시스템(140) 내에서 사용될 수 있는 수직 수동 자석(502)과 연관된 자기장에 대한 예시적인 환경(500)이다(어닐링 시스템의 적어도 일부에 대해 도 4에 도시된 환경(400)을 포함할 수 있다). 추가로, 도 6 및 도 7에 대해 더 상세히 설명되는 바와 같이, 수직 수동 자석(502) 및/또는 유사한 특성들을 갖는 자석의 사용은 제조 플로어들에 대한 풋프린트 요건들을 감소시키는 다수의 어닐링 시스템들의 유리하게 오프셋된 나란한 구성을 허용한다.
실시예(500)에서, 자기장 라인들은 수직 수동 자석(502)의 중심을 통한 Y(수평) 축(506) 및 수직 수동 자석(502)의 중심을 통한 Z(수직) 축(508)에 대해 도시되어 있다. 특히, 5-가우스 (즉, 5 x 10-4 Tesla (T)) 자기장 라인(504). 도시된 바와 같이, 수직 수동 자석(502)에 대한 5-가우스 자기장 라인(504)은 Y-축에 대한 플러스/마이너스 방향들에서 약 100 cm 및 Z-축(508)에 대한 플러스/마이너스 방향들에서 약 180 cm까지 확장된다. 바람직하게는, 수직 수동 자석(502)은 어닐링 시스템(100)에 대한 프로세싱 공간(114) 내에서 자기장(M)을 제공하는데, 자기장(M)은, 적어도 최대 1T(예를 들어, M ≥ 1T) 및 바람직하게는 적어도 최대 5T(예를 들어, M ≥ 1T)인 한편 수직 수동 자석(502)의 중심을 통한 Z(수직) 축(508)으로부터 0.4 m 내지 1.1 m(예를 들어, 0.4 ≤ X ≤ 1.1m)에 속하는 5-가우스 필드 라인(X)을 갖는다.
앞서 표시된 바와 같이, 수직 수동 자석(502) 대신에, 유사한 특성들을 제공하는 자석 또는 자석 시스템이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 솔레노이드 자석, 초전도 자석, 전자기, 영구 자석 및/또는 다른 자석 구성들이 수직 수동 자석(502)에 대해 사용될 수 있다. 수직 수동 자석(502)의 일례는 하기 특성들, 즉, 1000mm ≤ h ≤ 1700mm(밀리미터) 범위의 시스템 높이(h); 200mm ≤ d ≤ 350mm의 직경(d) 및 500mm ≤ h ≤ 700mm 범위의 높이(h) 범위인 균질 구역; ≤ ±6%의 균질성; ≤ 5˚ (도)의 각도 균일성; ≥ 1,000 kg의 중량; 및 자석 중심으로부터 축방향에서 ≥1.2m 및 자석 보어에 대해 자석 중심으로부터 방사상으로 ≥ 1m의 5 가우스 스트레이 필드(stray field)를 갖는 수직 수동 자석이다.
도 6은 도 5에 대해 설명된 자석(502)을 사용하는 어닐링 시스템(100)의 오프셋된 나란한 구성에 대한 예시적인 실시예(600)의 평면도이다. 이러한 오프셋된 나란한 구성은 원하는 풋프린트 요건들을 달성하는 한편 어닐링 시스템들(100) 각각에 대해 부수적 엔트리를 요구하지 않는다. 이와 같이, 오프셋된 나란한 위치설정은 전체 제조 풋프린트를 감소시키고 어닐링 시스템들에 대한 부수적 유지보수 액세스에 대한 요건들을 제거한다. 또한, 제조 시스템 환경들은 제어된 프로세스 환경들을 위한 진공 오븐들, 웨이퍼 이송 시스템들, 웨이퍼 핸들링 로봇들, FOUP(Front Opening Unified Pod) 스토커들, 제어된 미니 환경들, 가스/물/공압 분배 시스템 및/또는 다른 시스템 특징들 또는 컴포넌트들과 같은 추가적인 컴포넌트들을 통합할 수 있다.
예시적인 실시예(600)에 대해 도시된 바와 같이, 수직 수동 자석(502)을 포함하는 4개의 자석 어닐링 시스템들(100)이 이들 각각의 5-가우스 자기장 라인들(504)을 따라 도시된다. 수직 수동 자석(502) 또는 유사한 자석 또는 자석 시스템들의 사용에 의해 제공되는 이점들로 인해, 어닐링 시스템들(100)은 5-가우스 자기장 라인들(504)과 거의 또는 전혀 중첩하지 않고 제조 플로어 상의 오프셋된 나란한 구성으로 위치설정될 수 있다. 예를 들어, 원하는 풋프린트 요건들 내에 여전히 속하면서, 10 퍼센트 이하(예를 들어, 중첩 ≤ 10%) 및 바람직하게는 0.2% 이하(예를 들어, 중첩 ≤ 0.2%))의 5-가우스 라인들과의 중첩이 제공된다. 이와 같이, 다수의 어닐링 시스템들에 대한 풋프린트는 크게 감소되고 부수적 유지보수 액세스가 요구되지 않는다. 오히려, 제조 플로어의 양 에지들 상에 서비스 간극 영역들(602)이 제공될 수 있다. 이러한 서비스 간극 영역들(602)은 어닐링 시스템들(100)과 연관된 다양한 제조 장비 및/또는 컴포넌트들에 대한 액세스를 제공한다. 예를 들어, 어닐링 시스템들(100)에 대해 사용되는 전기, 물 및 가스 시스템들(606)에 대한 액세스가 제공된다. 추가적인 웨이퍼 프로세싱 장비(604)가 또한 제조 시스템 내에 포함될 수 있다. 이러한 추가적인 웨이퍼 프로세싱 장비(604)는 예를 들어, FOUP로부터 웨이퍼 프로세싱 보트로의 웨이퍼 이송을 위한 웨이퍼 핸들링 자동화, 웨이퍼 FOUP들의 핸들링 및 저장을 위한 FOUP 스토커 시스템, 프로세싱 보트를 반응기 챔버 내로 로딩하기 위한 프로세스 보트 로딩 시스템, 및/또는 공작물 프로세싱과 연관된 다른 장비 또는 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
이제, 실시예(600)에 대한 나란한 구성을 위한 예시적인 치수들이 X/Y 축들에 의해 표시된 제조 플로어 평면에 대해 설명된다. 예를 들어, X-축에서 어닐링 시스템들(100)에 대한 풋프린트는 폭(612)에 대해 4.0 미터일 수 있다. 이러한 폭(612)은 4개의 어닐링 시스템들(100) 중 2개에 대한 전기/웨이퍼/가스 시스템들(606)과 함께 하나의 어닐링 시스템(100)을 허용한다. 풋프린트의 이러한 부분과 연관된 Y-축 길이(610)는 예를 들어, 1.137 미터일 수 있다. X-축 폭(612)은 또한 4개의 어닐링 시스템들(100)에 대한 추가적인 웨이퍼 프로세싱 장비(604)와 함께 2개의 어닐링 시스템들(100)을 허용한다. 풋프린트의 이러한 부분과 연관된 Y-축 길이(609)는 예를 들어, 1.0 미터일 수 있다. 나란한 어닐링 시스템들(100)의 각각의 쌍에 대한 전체 Y-축 길이(608)는 예를 들어, 2.137 미터일 수 있다. 이와 같이, 이러한 예시적인 측정치들에 대해, 2개의 어닐링 시스템(100)들 및 관련된 장비(604/606)는 9.5m2 미만의 조합된 플로어 풋프린트를 갖는다(예를 들어, 9.5m2 미만인 2.137m x 4.0m = 8.548 m2). 본 명세서에 설명된 오프셋된 나란한 실시예들의 이점을 여전히 취하면서, 이러한 치수들에 대한 변형들이 또한 구현될 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 어닐링 시스템들(100) 중 2개에 대한 예시적인 실시예(700)의 예시적인 정면도이다. 이러한 어닐링 시스템들(100) 각각은 자석 시스템에 대한 수직 수동 자석(502)을 갖고, 각각에 대해 5-가우스 필드 라인(504)이 도시된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자석 시스템들(140)에 대한 수직 수동 자석들의 사용과 함께 어닐링 시스템들(100)에 대한 오프셋된 나란한 구성은, 원하는 스루풋 요건들을 여전히 충족하면서 요구되는 풋프린트에서의 감소들을 허용한다.
이제, 실시예(700)에 대한 오프셋된 나란한 구성을 위한 예시적인 치수들이 Y/Z 축들에 대해 설명된다. 어닐링 시스템(100)에 대한 전체 Z-축 높이(704)는 예를 들어, 3.5 미터일 수 있다. 바람직하게, 이러한 Z-축 높이(704)는, 조합된 풋프린트가 3.5 미터 내지 4.2 미터의 높이 제한 내에 있도록 4.2 m 미만이다. 프로세싱 공간(114)의 Z-축 길이는 예를 들어, 0.65 미터일 수 있다. 어닐링 챔버의 Z-축 길이(706)는 1.7 미터일 수 있다. 수직 전달 시스템에 대한 Z-축 길이(708)는 예를 들어, 1.6 미터일 수 있다. 본 명세서에 설명된 오프셋된 나란한 실시예들의 이점을 여전히 취하면서, 이러한 치수들에 대한 변형들이 또한 구현될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 결정들을 특정 방향으로 배향하기 위해 특정 온도에서 공작물들을 어닐링하기 위한 방법이 고려된다. 공작물들(122, 422)은 미리 결정된 환경에서 수직 노 내에서의 처리를 위해 보트 상에 배치된다. 공작물들(122, 422)은 미리 결정된 온도로 유지되는 동안, 자기장이 선택적으로 자석 시스템(140)을 통해 적용된다. 예를 들어, 선택적으로 부과된 자기장은 대략 0.05T 내지 대략 10T, 예를 들어, 1T, 2T, 또는 5T의 필드 세기를 가질 수 있다. 이러한 후자의 단계는 통상적으로 "침지" 단계로 지칭된다.
그 후, 원하는 냉각 효과(즉, 환형 챔버(415)에서 공작물들(122, 422)로부터 열 전달 유체로의 열 전달)를 달성하기 위한 단계들이 취해진다. 공작물들(122, 422)의 냉각은 어닐링 시스템(100, 400)으로부터 이들의 제거를 허용하기 위해 충분히 낮은 온도를 달성하도록 진행한다. 자기 어닐링과 연관된 예시적인 어닐링 프로세스 조건은 다음과 같은 연속적인 어닐링 시퀀스를 포함할 수 있다: (i) 공작물들(122, 422)을 약 45분 동안 섭씨 300 도로 가열하고; (ii) 공작물들(122, 422)을 섭씨 300 도에서 2시간 동안 침지시키고: (iii) 공작물들(122, 422)을 약 70분 동안 섭씨 100 도로 냉각시킨다.
도 8은 실시에에 따른 어닐링 시스템에서 복수의 공작물들을 어닐링하기 위한 방법을 예시한다. 방법은 흐름도(800)에서 예시되고, 복수의 공작물들, 즉, 적어도 100개의 공작물들을 제1 공작물 보트 내로 로딩하는 802에서 시작한다. 하나의 예시적인 실시예의 경우, 80 내지 120개의 공작물들이 제1 공작물 보트에 로딩되고, 다른 실시예들에서는 바람직하게는 적어도 100개의 공작물들이 제1 공작물 내로 로딩된다. 또한 추가로, 적어도 하나의 공작물은 박막들의 다중층 스택을 포함할 수 있고, 여기서 박막들의 다중층 스택은 자기 재료를 포함하는 적어도 하나의 층을 포함한다.
다중층 스택은 마이크로전자 디바이스, 예를 들어, 메모리 상태(들)의 정보 저장 또는 스위칭에 기초하여 자기 재료를 포함하는 층들에 따른 메모리 셀을 제조하기에 적합한 임의의 재료를 포함할 수 있다. 이러한 디바이스들은 자기저항 랜덤 액세스 메모리(MRAM), 전류 스위칭 토글 자기 구조들, 자기 터널 접합(MTJ) 디바이스들, 스핀 토크 전달(STT) 디바이스들, 스핀 밸브들 및 의사-스핀 밸브들을 포함할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예시적인 재료들은 Ru, Co, Fe, Pt, Ta, Ir, Mn, 등과 같은 금속들 및 NiFe, CoFe 등과 같은 금속 합금들을 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 재료들은 예를 들어, 스퍼터링, 물리 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 원자 층 증착(ALD), 및 이들의 플라즈마-보조 변형들과 같은 임의의 적절한 방법을 사용하여 증착될 수 있다.
일 실시예에서, 다중층 스택은 자기 재료를 포함하는 하나 이상의 층들을 포함한다. 자기 재료를 포함하는 층은 강자성 및/또는 반-강자성 재료들을 포함할 수 있다. 예로서, 자기 터널 접합(MTJ)를 갖는 마이크로전자 디바이스는, 강자성 재료로 구성되고 마그네슘 산화물 또는 알루미늄 산화물과 같은 얇은 터널링 장벽에 의해 분리되는 2개의 전극 층들을 포함할 수 있다. 2개의 전극 층들의 자기 모멘트들이 서로 평행하게 배열될 때, 자기 터널 접합에 걸친 전류 흐름에 대한 저항은 비교적 낮다. 그리고 반대로, 2개의 전극 층들의 자기 모멘트들이 서로 역평행으로 배향될 때, 자기 터널 접합에 걸친 전류 흐름에 대한 저항은 비교적 높다. 결과적 마이크로전자 디바이스는 이러한 2개의 저항성 상태들의 스위칭에 기초할 수 있고, 그 성능은 전술된 바와 같이 MR(자기 저항)에 의해 특성화될 수 있다.
804에서, 제1 공작물 보트는 보트 로더를 사용하여 수직 노의 프로세싱 공간 내로 수직으로 병진운동되고, 수직 노는 내측 원통형 절연 튜브 및 그 외측 표면을 둘러싸는 적어도 하나의 가열 요소를 갖는다. 추가적으로, 내측 원통형 절연 튜브는 프로세싱 공간을 정의하고, 어닐링 시스템은 3.5 m 내지 4.2 m 미만의 전체 높이를 갖는다. 어닐링 시스템은 도 1 내지 도 7에 제시된 실시예들 중 임의의 하나를 포함할 수 있다.
그 후, 806에서, 적어도 100개의 공작물들의 온도는 적어도 하나의 가열 요소에 전력을 결합함으로써 상승된다. 그리고, 808에서, 수직 노 외부에 배열된 자석 시스템을 사용하여 프로세싱 공간 내에 자기장이 생성된다.
어닐링 방법은 하기를 포함하는 어닐링 프로세스 조건에 따라 수행될 수 있다: (1) 어닐링 온도 레시피에 따라 적어도 100개의 공작물들의 온도를 어닐링 시간 기간 동안 주변 온도에 비해 상승시키는 것, 또는 (2) 어닐링 자기장 레시피에 따라 적어도 100개의 공작물들을 어닐링 시간 기간 동안 자기장에 노출시키는 것, 또는 (3) 적어도 100개의 공작물들의 온도를 상승시키는 것 및 적어도 100개의 공작물들을 자기장에 노출시키는 것 둘 모두를 수행하는 것, 여기서, 어닐링 프로세스 조건은 자기 재료를 포함하는 층의 속성을 조정하도록 선택된다.
어닐링 프로세스 조건은 자기 재료를 포함하는 층의 속성을 조정하도록 선택될 수 있다. 자기 재료를 포함하는 층의 속성은 결정화, 단일축 이방성, 자기저항 비 (MR), 또는 저항 면적 프로덕트, 또는 이들의 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 예로서, 어닐링은 자기 재료를 포함하는 층의 조성을 실질적으로 비정질 상태로부터 실질적으로 결정질 상태로 전환하고, 자기 재료를 포함하는 층의 표면에 또는 표면 내에 원하는 이방성 방향을 생성하도록 수행될 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 자기 재료를 포함하는 층의 어닐링은 자기 재료를 포함하는 층의 온도를 상승시키는 것, 또는 자기 재료를 포함하는 층 상에 자기장을 부과하는 것 또는 자기 재료를 포함하는 층의 온도를 상승시키고, 자기 재료를 포함하는 층 상에 자기장을 부과하는 것 둘 모두를 포함할 수 있다.
어닐링 프로세스 조건은 어닐링 프로세스를 제어하기 위한 하나 이상의 프로세스 파라미터들을 설정 및 조정하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세스 파라미터들은, 적어도 100개의 공작물들이 상승된 온도에서의 어닐링을 요구할 때 적어도 100개의 공작물들을 열적으로 처리하기 위한 어닐링 온도 어닐링 프로세스를 수행하기 위한 어닐링 시간 기간, 하나 이상의 공작물들이 어닐링되는 프로세스 환경의 가스 조성, 어닐링 시스템 내의 압력, 하나 이상의 공작물들이 자기장에서의 어닐링을 요구할 때 부과되는 자기장의 필드 세기 등을 포함할 수 있다.
어닐링 동안, 적어도 100개의 공작물들의 어닐링 온도는 약 섭씨 200 도 내지 약 섭씨 600 도 범위의 피크 온도를 포함하는 어닐링 온도 레시피에 따라 상승될 수 있다. 예를 들어, 피크 온도는 약 섭씨 250 도 내지 약 섭씨 350 도 범위일 수 있다. 어닐링 시간 기간은 약 100 시간까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 어닐링 시간 기간은 약 1 초 내지 약 10 시간까지의 범위일 수 있다.
또한, 어닐링 동안, 10T까지 범위의 필드 세기를 포함하는 어닐링 자기장 레시피에 따라 적어도 100개의 공작물들이 자기장에 노출될 수 있다. 추가적인 예로서, 자기장은 2T 또는 5T까지 범위의 필드 세기 또는 다른 선택된 레벨을 가질 수 있다. 어닐링 시간 기간은 약 100 시간까지의 범위일 수 있다. 예를 들어, 어닐링 시간 기간은 약 1 초 내지 약 10 시간까지의 범위일 수 있다.
어닐링 방법은 하기 단계를 추가로 포함할 수 있다: 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 공작물 보트를 수직으로 병진운동시키기 전에, 수직 노 아래에 배열된 공작물 보트 전송 시스템을 사용하여 제1 공작물 보트를 로딩/언로딩 위치로부터 프로세스 위치로 인덱싱하는 단계; 및 적어도 100개의 공작물들을 제2 공작물 보트 내로 로딩하는 단계. 또한 추가로, 어닐링 방법은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 공작물 보트를 상기 수직 노 내로 수직으로 병진운동시킬 때 보트 로더의 로딩 아암을 수직으로 확장시키는 단계; 및 제1 공작물 보트를 수직 노 밖으로 수직으로 병진운동시킬 때 보트 로더의 로딩 아암을 수축시키는 단계를 포함할 수 있다.
설명된 시스템들 및 방법들의 추가적인 수정들 및 대안적인 실시예들은 본 설명의 관점에서 당업자들에게 자명할 것이다. 따라서, 설명된 시스템들 및 방법들은 이러한 예시적인 배열들에 의해 제한되지 않음이 인식될 것이다. 본 명세서에 도시되고 설명된 시스템들 및 방법들의 형태들은 예시적인 실시예들로서 간주되어야 함을 이해해야 한다. 구현들에서 다양한 변화들이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명들이 특정 실시예들을 참조하여 설명되지만, 본 발명들의 범주를 벗어남이 없이 다양한 수정들 및 변화들이 행해질 수 있다. 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 의미로 간주되어야 하며, 이러한 수정들은 본 발명들의 범주 내에 포함되는 것으로 의도된다. 추가로, 특정 실시예들에 관해 본 명세서에서 설명되는 임의의 이점들, 장점들 또는 문제들에 대한 솔루션들은 임의의 또는 모든 청구항들의 결정적인, 요구되는, 또는 본질적인 특징 또는 요소로서 해석되도록 의도되지 않는다.

Claims (30)

  1. 공작물(workpiece)들의 복수의 배치(batch)들을 어닐링(anneal)하기 위한 제조 시스템에 있어서,
    제조 플로어 상에 위치된 제1 어닐링 시스템; 및
    상기 제조 플로어 상에 위치된 제2 어닐링 시스템을 포함하고,
    상기 제1 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노(furnace);
    적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트(boat);
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서(translate) 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더(loader); 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함하고,
    상기 제2 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함하고,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트(footprint)를 갖도록 상기 제조 플로어 상에 위치되는 것인, 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 수직 수동 자석을 포함하는 것인, 제조 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템은 또한, 3.5 미터 내지 4.2 미터의 높이 제한 미만의 조합된 수직 풋프린트를 갖도록 구성되는 것인, 제조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 상기 자석의 중간 수직 축으로부터의 거리(X) 내에서 5-가우스(Gauss)까지 감소하는 자기장을 갖고, 0.4 미터 ≤ X ≤ 1.1 미터인 것인, 제조 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 각각의 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에서 레벨(M)까지의 자기장을 제공하고, M ≥ 1 테슬라인 것인, 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은, 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 상기 5-가우스 필드 라인과 상기 거리(X)의 10 퍼센트 이하만큼 중첩하는 것인, 제조 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은, 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 상기 5-가우스 필드 라인과 상기 거리(X)의 0.2 퍼센트 이하만큼 중첩하는 것인, 제조 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템은 오프셋된 나란한(side-by-side) 배열로 위치되는 것인, 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 인접하게 위치된 전기, 가스 및 물 시스템들의 제1 세트; 및 상기 제2 어닐링 시스템에 인접하게 위치된 전기, 가스 및 물 시스템들의 제2 세트를 더 포함하는, 제조 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 액세스를 위해 상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템의 제1 에지에 인접하게 위치된 제1 서비스 영역 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 액세스를 위해 상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템의 제2 에지에 인접하게 위치된 제2 서비스 영역을 더 포함하는, 제조 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    제조 플로어 상에 위치된 제3 어닐링 시스템; 및
    상기 제조 플로어 상에 위치된 제4 어닐링 시스템을 더 포함하고,
    상기 제3 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함하고,
    상기 제4 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    적어도 100개의 공작물들을 운반하기 위한 공작물 보트;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 포함하고,
    상기 제3 어닐링 시스템 및 제4 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 상기 제조 플로어 상에 위치되는 것인, 제조 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 수직 노 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 수직 노 각각은 내측 원통형 절연 튜브 및 그 외측 표면을 둘러싸는 적어도 하나의 가열 요소를 포함하고, 상기 내측 원통형 절연 튜브는 상기 프로세싱 공간을 정의하는 것인, 제조 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 상기 적어도 하나의 가열 요소는 복수의 공작물들의 온도를 섭씨 약 600도까지 범위의 피크 온도로 상승시키도록 구성되는 것인, 제조 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 상기 공작물 보트 안팎으로 한번에 2개의 공작물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성되는 제1 공작물 핸들링 로봇; 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 상기 공작물 보트 안팎으로 한번에 2개의 공작물들을 로딩 및 언로딩하도록 구성되는 제2 공작물 핸들링 로봇을 더 포함하는, 제조 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 상기 공작물 핸들링 로봇은 상기 공작물 보트 내로 한번에 2개의 공작물들을 로딩하도록 구성되는 것인, 제조 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 상기 공작물 핸들링 로봇은 상기 공작물 보트 밖으로 한번에 2개의 공작물들을 언로딩하도록 구성되는 것인, 제조 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템들 각각은 초전도 자석, 전자석, 영구 자석, 솔레노이드 자석 또는 헬름홀츠(Helmholtz) 자석 중 적어도 하나를 포함하는 것인, 제조 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각은, 상기 수직 노 아래에 배열되며 적어도 2개의 공작물 보트들을 지지하고 프로세스 위치와 로딩/언로딩 위치 사이에 상기 적어도 2개의 공작물 보트들을 인덱싱하도록 구성되는 공작물 보트 턴테이블(turntable)을 더 포함하는 것인, 제조 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 상기 보트 로더는,
    수직으로 배향되고 상기 공작물 보트를 상기 수직 노 내에 위치시킬만큼 충분히 긴 길이(La)를 특징으로 하는 로딩 아암;
    상기 로딩 아암의 원위 단부(distal end)에 위치되고, 상기 공작물 보트를 상기 수직 노에 그리고 상기 수직 노로부터 로딩 및 언로딩할 때 상기 공작물 보트와 맞물리고 지지하도록 구성되는 플랫폼; 및
    상기 로딩 아암의 대향 원위 단부에 위치되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시키도록 구성되는 구동 시스템을 포함하는 것인, 제조 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템 각각에 대한 상기 로딩 아암은 수축가능한(retractable) 로딩 아암인 것인, 제조 시스템.
  21. 공작물들의 복수의 배치(batch)들을 어닐링하는 방법에 있어서,
    적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제1 어닐링 시스템에 대한 제1 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 - 상기 제1 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함함 - ;
    적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제2 어닐링 시스템에 대한 제2 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 - 상기 제2 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함함 - ;
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 상기 보트 로더들을 사용하여, 상기 제1 공작물 및 상기 제2 공작물을 상기 수직 노들의 프로세싱 공간들 내로 수직으로 병진운동시키는 단계;
    상기 제1 공작물 보트 내로 로딩된 상기 적어도 100개의 공작물들 및 상기 제2 공작물 보트 내로 로딩된 상기 적어도 100개의 공작물들에 대한 온도들을 상승시키는 단계; 및
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석을 사용하여 상기 제1 어닐링 시스템에 대한 상기 프로세싱 공간 내에 그리고 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템을 사용하여 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 상기 프로세싱 공간 내에 자기장들을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 제2 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 상기 제조 플로어 상에 위치되는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 수직 수동 자석을 포함하는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템은 또한, 3.5 미터 내지 4.2 미터의 높이 제한 미만의 조합된 수직 풋프린트를 갖도록 구성되는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 상기 자석의 중간 수직 축으로부터의 거리(X) 내에서 5-가우스(Gauss)까지 감소하는 자기장을 갖고, 0.4 미터 ≤ X ≤ 1.1 미터인 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템에 대한 자석 및 상기 제2 어닐링 시스템에 대한 자석 각각은 각각의 어닐링 시스템에 대한 프로세싱 공간 내에서 레벨(M)까지의 자기장을 제공하고, M ≥ 1 테슬라인 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은, 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 상기 5-가우스 필드 라인과 상기 거리(X)의 10 퍼센트 이하만큼 중첩하는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 제2 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인은, 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 5-가우스 필드 라인과 중첩하지 않거나 또는 상기 제1 어닐링 시스템과 연관된 상기 5-가우스 필드 라인과 상기 거리(X)의 0.2 퍼센트 이하만큼 중첩하는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  28. 제21항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템은 오프셋된 나란한 배열로 위치되는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템의 제1 측 상에 위치된 제1 서비스 영역으로부터 상기 제1 어닐링 시스템을 서비스하기 위해 상기 제1 어닐링 시스템에 액세스하는 단계, 및 상기 제1 어닐링 시스템 및 상기 제2 어닐링 시스템의 제2 측 상에 위치된 제2 서비스 영역으로부터 상기 제2 어닐링 시스템을 서비스하기 위해 상기 제2 어닐링 시스템에 액세스하는 단계를 더 포함하는, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
  30. 제21항에 있어서,
    적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제3 어닐링 시스템에 대한 제3 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 - 상기 제3 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함함 - ;
    적어도 100개의 공작물들을 제조 플로어 상에 위치된 제4 어닐링 시스템에 대한 제4 공작물 보트 내로 로딩하는 단계 - 상기 제4 어닐링 시스템은,
    프로세싱 공간을 갖는 수직 노;
    상기 수직 노 아래에 배열되고, 상기 공작물 보트를 수직으로 병진운동시켜서 상기 공작물을 상기 프로세싱 공간 내에 위치시키도록 구성되는 보트 로더; 및
    상기 수직 노 외부에 위치되고, 상기 프로세싱 공간 내에 자기장을 생성하도록 구성되는 자석을 더 포함함 - ;
    상기 제3 어닐링 시스템 및 상기 제4 어닐링 시스템에 대한 상기 보트 로더들을 사용하여, 상기 제3 공작물 및 상기 제4 공작물을 상기 수직 노들의 프로세싱 공간들 내로 수직으로 병진운동시키는 단계;
    상기 제3 공작물 보트 내로 로딩된 상기 적어도 100개의 공작물들 및 상기 제4 공작물 보트 내로 로딩된 상기 적어도 100개의 공작물들에 대한 온도들을 상승시키는 단계; 및
    상기 제3 어닐링 시스템에 대한 자석을 사용하여 상기 제3 어닐링 시스템에 대한 상기 프로세싱 공간 내에 그리고 상기 제4 어닐링 시스템에 대한 자석 시스템을 사용하여 상기 제4 어닐링 시스템에 대한 상기 프로세싱 공간 내에 자기장들을 생성하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제3 어닐링 시스템 및 제4 어닐링 시스템은 9.5 m2(제곱 미터) 미만의 조합된 풋프린트를 갖도록 상기 제조 플로어 상에 위치되는 것인, 공작물들의 복수의 배치들을 어닐링하는 방법.
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