TW202418400A - 磁性退火設備及方法 - Google Patents

Abstract

本揭示係描述一種基板的磁性退火設備，該設備包括：退火腔室，配置以沿著該退火腔室的第一方向而對被固持在暴露調溫位置處的基板進行加熱及冷卻，該退火腔室係包括：加熱器、冷卻器，以及包括基板固持件的基板升降器，其中該基板固持件係配置以支持基板位向，使得該第一方向係垂直於該基板的主表面；以及磁體組件，配置以在該退火腔室中建立均相區，該暴露調溫位置係位於該均相區中，該均相區係包括磁場區域。

Description

磁性退火設備及方法

本發明整體係涉及半導體基板的處理設備和方法，且在特定實施例中係涉及半導體基板的磁性退火設備和方法。 ［相關專利及申請案的相互參照］

本申請案係主張在2022年3月25日提出申請的美國非臨時專利申請案第17/656,588號的優先權，該申請案的整體內容係作為參考文獻而引進本文。

在相同成本下對於積體電路（IC）的功能和速度的不斷改良係刺激半導體的成長。該改良主要是因為於IC的功能建構塊（例如，記憶體陣列、數位標準單元庫和類比電路塊）中的構件和佈線的封裝密度提高。較高的密度係藉由兩種手段達成：特徵部尺寸的縮減，及較多的垂直整合。前者係提高各個圖案化層面處的圖案密度，而後者係藉由將構件垂直設置在半導體基板上方，從而提高IC的覆地面積（footprint）的每單位面積的封裝密度。處理整合的進展係已經能夠達成各種裝置［包括鐵電和磁阻隨機存取記憶體（FRAM和MRAM）單元陣列］的垂直設置。

MRAM［其中，奈米尺度的磁穿隧接面（MTJ）為儲存元件］正在作為一種具有競爭力的非揮發性記憶體技術而為人所知。數位數據係藉由將MRAM單元的MTJ進行編程而成為兩種電阻狀態的其中一者，從而儲存在該MRAM單元中。舉例而言，「0/1」係可以被儲存為MTJ的高/低電阻態。各個MTJ元件具有被薄介電質層分隔開的一對磁化層，即「自由」層和「扎釘」層（pinned layer）。寫入操作係可以藉由將該自由層的磁極性翻轉，同時藉由反鐵磁釘入層（pinning layer）固定該扎釘層的磁極性，從而切換該MTJ的電阻態。通常，在製造期間的磁性退火處理係將磁性膜的磁化方向初始化。隨著具有MRAM的IC的製造量開始增加，需要對於MRAM專用處理的產量和製造良率進行改善。

一種基板的磁性退火設備，該設備包括：退火腔室，配置以沿著該退火腔室的第一方向而對被固持在暴露調溫位置處的基板進行加熱及冷卻，該退火腔室係包括：加熱器、冷卻器，以及包括基板固持件的基板升降器，其中該基板固持件係配置以支持基板位向，使得該第一方向係垂直於該基板的主表面；以及磁體組件，配置以在該退火腔室中建立均相區，該暴露調溫位置係位於該均相區中，該均相區係包括磁場區域。

一種方法，包括：將退火腔室在基板傳輸模式中運行，以將該基板在該退火腔室中從傳輸窗部位置裝載於暴露調溫位置，該退火腔室係包括加熱器、冷卻器、包括基板固持件的基板升降器，以及藉由磁體組件而在該退火腔室中建立的均相區，該均相區係包括磁場區域，該暴露調溫位置係位於該均相區中；將該退火腔室在加熱模式中運行，以在該暴露調溫位置處加熱該基板；將該退火腔室在冷卻模式中運行，以在該暴露調溫位置處冷卻該基板；以及，將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行，以將該基板經由該傳輸窗部位置而從該退火腔室卸載。

一種基板處理系統，該系統係包括：退火腔室，配置以在基板傳輸模式、加熱模式及冷卻模式中運行，該退火腔室係包括加熱器、冷卻器及基板升降器；磁體組件，在該退火腔室中建立均相區，該均相區為磁場區域；垂直驅動系統，耦接於該退火腔室，且係配置以在該基板傳輸模式、該加熱模式及該冷卻模式之間移動該加熱器、該冷卻器及該基板升降器；負載鎖腔室及閘閥，該閘閥係將該負載鎖腔室耦接於該退火腔室，該負載鎖腔室係包括機械手臂，該機械手臂係配置以將該基板通過該閘閥而在該負載鎖腔室與該基板升降器之間傳輸；以及，控制器，經編程以將該垂直驅動系統及該負載鎖腔室的運作進行同步。

本揭示係描述磁性退火設備和方法的實施方式。一般而言，磁性退火係在該磁性退火設備的磁性組件中的磁體所產生的外部對準磁場（aligning magnetic field）的存在下，對於包含磁性材料的基板（例如，半導體晶圓）進行退火。在本揭示中所述的示例磁性退火處理中，當進行加熱和冷卻操作時，該基板係被固持於退火腔室內側的一個區域中。該基板被固持的這個區域係被稱為均相區（homogeneous zone）。在該均相區中，已建構單向且均勻的磁場。在本揭示中所述的實施方式中，該均相區大致上是該退火腔室的盤狀區域，其中該基板的主表面係被定向而平行於該盤的中央平面。該基板係在單一基板處理退火腔室中進行主動加熱和冷卻，其中該單一基板處理退火腔室係配置以將該基板設置且支撐在該均相區中的一個被稱為暴露調溫位置（soak location）的位置處。該暴露調溫位置大致係位於該盤狀均相區的該中央平面中。在一些實施方式中，該均相區係固定的，而位於該暴露調溫位置處的該基板在加熱和冷卻二者期間係保持固定。在這些實施方式中，可以依需求而移動該退火腔室內側的加熱器和冷卻器。在一些其他實施方式中，加熱器和冷卻器係固定的，而該基板和該均相區係可以同步移動，使得該暴露調溫位置（該基板在主動加熱和冷卻期間被固持的位置）始終係位於該均相區的該中央平面中。在這些實施方式中，藉由磁體組件可以將該基板保持在該均相區內的同一暴露調溫位置處，其中該磁體組件係包括可移動磁體和致動器，而該可移動磁體和致動器係被同步控制，使得該些磁體和該基板係以耦合方式進行定位。

這些實施方式及其優點係針對製造具有MRAM單元陣列的IC，其中該些MRAM單元係將二進位數據儲存為MTJ元件的高/低電阻態的背景進行描述。然而，應當理解，本申請案中所述的各種態樣係可以應用於在基板處理中有施加磁性退火的一些其他產物。

該MTJ元件係包括介電質層（通常是金屬氧化物介電質，例如鎂氧化物、鈦氧化物和鋁氧化物），該介電質層的厚度通常介於1奈米至約15 nm，且係被夾在兩個磁化的鐵磁金屬層（或電極）之間。被稱為穿隧阻障層的該介電質層係在該MTJ被施予偏壓而具有低電壓時，形成一個對於電子從陰極到陽極的傳導造成阻礙的能量障壁。然而，由於電子的波動性，電子穿隧通過該穿隧阻障層的機率並不為零。該穿隧機率係隨著介電質厚度的減少而指數性增加；並且，針對MTJ的阻障層的該些厚度，該穿隧機率係已經夠高，而會響應於在讀取操作期間對於橫越該MTJ的所施電壓而感應產生電流。

響應於偏壓（或該MTJ的傳導性）的穿隧電流的量級係取決於被稱為「自由」層的一個鐵磁層中的磁化方向，其係以另一鐵磁層（即，參考層）中的磁化方向作為對照。在MTJ元件中，參考磁極性係被扎釘住的；因此，該參考層係經常被稱為「扎釘」層。如進一步解釋於下，藉由使用磁性退火處理，該扎釘層中的磁極性係在製造期間被相鄰的反鐵磁釘入層固定。自由層和扎釘層均被加工以具有沿著平面內方向（位於與金屬－介電質界面平行的平面中）而對準的各自磁極性。在寫入操作期間，該自由層係可以被編程，從而將其磁極性對準在與該參考扎釘層的磁極性相同方向（平行模式）或相反方向（反平行模式）中。該MTJ在該平行模式中的電阻（ R _P ）係遠低於該反平行模式中的電阻（ R _AP ），而這是一種被稱為磁電阻效應的現象，用於將二進位資料「0/1」儲存成該MTJ的高/低電阻態。 R _AP 與 R _P 之間的大量差異係提供穩健感測和抗噪性。因此，針對MTJ的優異指標（figure-of-merit）係其穿隧磁電阻比率（ TMR），其定義為 TMR＝（ R _AP － R _P ）／ R _P 。

該MTJ的高電阻態和低電阻態可以從以下的理解進行解釋：除了能量和動量守恆外，電子穿隧還會使電子自旋守恆。這代表穿隧電流不僅取決於穿隧機率，還取決於在絕緣體兩側上的經佔有（occupied）電子態和空乏（empty）電子態的成對數目，其中這兩種電子態係具有相同的電子能量、動量和自旋。考慮兩個鐵磁層在寫入操作期間都被100%極化的極端情況。在這樣的MTJ中，在反平行模式中，在陽極中沒有空乏態具有與陰極中的任何經佔有電子態相同的自旋；因此，穿隧電流為零，而 TMR趨近於無窮大。在另一極端情況下，使電極自旋極化可能是非常困難的。於是，在平行模式與反平行模式之間偵測到的差異係可以忽略不計；因此，（ R _AP ≈ R _P ），而 TMR幾乎為零。各種MTJ儲存元件的 TMR通常係介於4與100之間。

達成高程度極化對於穩健的資料儲存和復原的重要性可以從對於電級的自旋極化因子 P的角度而更好理解，其中 P代表在該費米能量下於相同方向中自旋極化的電子的分率。對於各個電極，P係給定為 P＝（ N↑－ N↓）／（ N↑＋ N↓），其中 N↑和 N↓分別表示在該費米能級下具有自旋向上和自旋向下的電子態密度。應注意的是，對於完美極化，即 N↓＝0或 N↑＝0，P係分別等於+1或-1，而對於未極化的電極，P＝0，其中 N↓＝ N↑。該自由層的極化因子 P _free 和該扎釘層的極化因子 P _ref 係與該MTJ的該 TMR有關，其中 TMR＝2（ P _freeP _ref ）／（1 – P _freeP _ref ）。對於完美極化， P _free ＝ P _ref ＝+1、-1，而 TMR係趨近於無窮大；而對於未極化的電極，（ P _free ＝ P _ref ＝0），而 TMR為零。該 TMR可以對 P具敏感性，特別是在高程度極化的情況下。在該極化因子與 TMR之間的關係強調一件事，即在製造期間，為了一致性及再現性，應該針對會影響這些鐵磁層的自旋極化的處理步驟（例如，磁性退火）進行優化。

針對固定該鐵磁參考層中的磁極性所使用的反鐵磁釘入層係可以包括例如鉻；錳加上鉑、銥和鐵的二元合金；以及像是鐵、鈷、鎳、錳和鉻的過渡金屬的氧化物。這些鐵磁層係可以包括鎳、鐵、鈷及其合金。在缺乏外部磁場的情況下，鐵磁材料和反鐵磁材料係可以表現出組成原子的磁矩的長程有序性（long-range orfering），除非被加熱到過渡溫度；針對鐵磁材料，該過渡溫度係被稱為居裡溫度（Curie temperature），而針對反鐵磁材料，該過渡溫度係被稱為奈爾溫度（Néel temperature）。相鄰原子的磁矩在鐵磁材料中係對準於平行方向中，而在反鐵磁材料中則係反平行的。在這些材料中，原子磁矩主要係來自未成對電子的自旋。通常，MTJ堆疊係包括穿隧阻障層、位於該穿隧阻障層兩側的自由層和扎釘層，以及與該扎釘層相鄰的釘入層。

反鐵磁體係可以藉由被稱為交換偏移（exchange bias）的機制對鐵磁體的磁矩進行扎釘。交換偏移係發生在鐵磁－反鐵磁雙層中，其中，介於界面原子之間的交換相互作用係將鐵磁體耦合至反鐵磁體。強耦合會扎釘該界面附近的鐵磁原子的磁矩；換言之，將會需要額外能量以將經耦合鐵磁體中的磁矩反轉，而該額外能量係相當於在該界面附近的反鐵磁體中構建域壁（domain wall）所需的能量。對於經交換偏移的鐵磁層的扎釘係被體現為其磁化曲線（「 B-H」曲線）中的偏移。該雙層的磁化強度 B係沿著 H軸（其中， H為外部磁場）偏移，而欲將 B從其處於 H＝0時的方向進行翻轉將會需要較強的 H。

該交換偏移的方向，或等於該扎釘層的磁極性係利用磁性退火處理進行設置。針對該MTJ堆疊的鐵磁－反鐵磁雙層的磁性材料可以經過選擇，使得該鐵磁層的居裡溫度係高於該反鐵磁釘入層的奈爾溫度。這種雙層的該鐵磁層的磁極性將會接著被扎釘在磁性退火處理的外部對準磁場的方向中，前提是該退火係將該基板加熱到高於該居裡溫度，接著將該基板冷卻經過該奈爾溫度。在進行退火之前，藉由將該基板適當地相對於該對準磁場進行定向，從而選擇所期望的方向。

經由磁性退火處理以對基板進行處理的示例系統100係參照圖1中所示意性繪示的橫截面圖進行描述。該系統100係包括用於磁性退火的示例設備110，其中該設備110係包括退火腔室120及磁體組件130。該示例磁體組件130係參照圖2中所繪示的平面圖進行描述。示例退火腔室120係包括加熱器122、冷卻器124和基板升降器126。圖3描繪系統300，其中係將該系統100（圖1中所繪示）中的示例加熱器122替換為不同的加熱器設計。一種經由磁性退火處理步驟以對基板進行處理的方法400係參照圖3所繪示的流程圖進行總結。該方法400係可以使用圖1中所繪示的該系統100而執行。使用該方法400且利用該系統100執行的磁性退火的示例係參照圖4A至4H中所繪示的該系統100的各種橫截面圖進行說明。

圖1繪示該示例系統100，包括該設備110，其中該設備110的該退火腔室120係配置在初始配置中，而該設備110的磁體組件130已建立單向均勻磁場區域，稱為均相區132。加熱器122、冷卻器124和基板升降器126係可以分別被線性致動器142、144和146在第一（垂直）方向中獨立移動。該基板升降器126係包括與基板固持件125連接的可移動升降桿127。該基板升降器126的該基片固持件125係配置將該基板150支撐在一位向中，而在該位向中，該基板150的主表面係垂直於該第一方向，即該表面為水平的。在加熱和冷卻期間，該基板150將會被固持在該退火腔室120內側的該均相區132內的暴露調溫位置152處，如圖1中的虛線所表示。在這個示例實施方式中，該磁體組件130係永久磁體，其形狀類似於圍繞著該退火腔室120內側的側壁的環狀圓柱體。該均相區132係位於該圓柱形磁體的中心孔內，其中該磁場係被引導在與該基板150的該主表面平行的水平面中。如參照圖2而進一步解釋於下，由圓形磁體陣列所形成的海爾貝克（Halbach）圓柱體係可以配置成沿著與該圓柱體的中心軸垂直的平面而在該圓柱體中建立單向均勻磁場。雖然在該示例系統100中，磁體組件130係設置在該退火腔室120內側的永久磁體，但通常一個磁系統係可以包括電磁體及永久磁體，而這些電磁體及永久磁體係可以位在該退火腔室120內側及外側。

圖1中所繪示的磁性退火設備110是該磁體組件130是固定的，而該暴露調溫位置152是該退火腔室120中的固定位置的一個示例。然而，該加熱器122和冷卻器124係可以依需求而移動。如上所述，在一些其他實施方式中，該加熱器和冷卻器是固定的，但用於建立該均相區的該些磁體係可移動的，以根據加熱和冷卻的需求而將該暴露調溫位置相對於該加熱器和冷卻器而在該均相區中移動。在這些實施方式中，可以使用複數致動器將該基板保持在該暴露調溫位置處，其中該些致動器係被同步控制，從而將該些磁體與該基板以耦合方式進行定位。

在圖1中所繪示的該退火腔室120的初始配置中，該基板升降器126係位於該暴露調溫位置152下方以另一條虛線表示的傳輸窗部位置184處。該冷卻器124係位於該傳輸窗部位置184下方的冷卻器停駐位置，而該加熱器122係位於該暴露調溫位置152的對側的加熱器待機位置處。在圖1中，該基片固持件125係經過定位，以在該暴露調溫位置152與該冷卻器停駐位置之間的基板傳輸位置184處接收該基板150。因此，在此示例實施方式中，當該基板150係位於該退火腔室120內的期間，該基板150係被固持在該冷卻器124與該加熱器122之間。換言之，若該基板150的前側係面向該加熱器122，則該基板150的背側即係面向該冷卻器124。然而，應理解的是，本實施方式的發明性態樣係可以適用於一種處理系統，其中該設備係經配置而使得該基板的同一側面向該加熱器和該冷卻器。

在圖1中所示意性顯示的該示例加熱器122係使用傳導加熱元件的陶瓷加熱器。也可以使用其他電阻式加熱器及其他加熱機制，例如感應加熱、微波輻射及電漿炬。該電漿炬係可以利用來自遠端電漿源的高能量、電中性且具化學惰性的微粒對該基板進行加熱。

一般來說，陶瓷加熱器係非常可靠的且很少需要維修，這對於將加熱器122放置在該退火腔室120內側係具有優勢的。將該加熱器122提供在該退火腔室120內側的優勢在於，可以藉由在加熱期間將該熱源放置在該基板150附近而達成快速且均勻的加熱。此外，介於該加熱器122與該暴露調溫位置之間的距離係可以改變的，且在加熱期間可以動態調整該加熱器122的位置，以達成所期望的溫度輪廓。另外，可以將具有可旋轉頭部的加熱器用於在加熱期間旋轉該加熱器122的熱源，從而改善該基板各處的溫度均勻性。

圖1中的該示例冷卻器124係例如包括不銹鋼或鋁的冷卻夾具。該冷卻機構係包括液體和氣體冷媒，用於快速冷卻。如圖1所繪示，該冷卻器124係具備管道128，而例如水的液體冷媒係可以循環通過這些管道128。此外，可以將惰性氣體（例如，氦、氮和氬）推送通過中央柱129，以協助冷卻該基板150。

除了退火腔室120和磁體組件130之外，該系統100還包括負載鎖腔室180、包括熱擋板172的擋板腔室174、旋轉致動器148、線性致動器142、144和146、執行對該些致動器進行操作的指令所用的驅動機構140，以及控制器190，用於將指令提供至該負載鎖腔180、該驅動機構140、該加熱器122和該冷卻器126，以同步運作該退火腔室120。該些線性致動器142、144和146、任選旋轉致動器148及驅動機構140係共同形成如圖1所示的驅動系統141。

應理解，在一個實施例中，不需要同時包括所有的這些致動器142、144和146。舉例而言，在一些實施方式中，加熱器122係可以固定在退火腔室120中，而該冷卻器124是可移動的。在這樣的實施方式中，可以省略線性致動器142。另外，如上所述，在一些其他實施方式中，該組件的磁體係可移動的，而加熱器和冷卻器是固定的。在這樣的實施方式中，將會使用具有不同致動器配置的退火腔室。

圖1中的該退火腔室120係通過氣體入口156和氣體出口154而耦接至氣體流動系統。在一些實施方式中，該退火腔室120為真空腔室，而該氣體出口154係可以連接至真空幫浦。該磁性退火處理通常係在受控制的低壓下，於化學惰性氣氛中進行。

該負載鎖腔室180係藉由閘閥182所控制的傳輸窗部而與該退火腔室耦接。一個包括基板夾板（substrate paddle）的機械手臂（未顯示）係可以經由該傳輸窗部和該閘閥182而放入和收回該基板150。

該擋板腔室174係被塑形成類似一個部分圓盤，其係足夠大以容納熱擋板172。旋轉致動器148（例如，電動馬達）係可以通過擋板窗部176而將該熱擋板172在該退火腔室120與該擋板腔室174之間旋轉。該擋板窗部176係被塑形成類似於該退火腔室120側壁上的狹縫。如圖1所示，該熱擋板172已經被插置於該退火腔室120中，並且被該旋轉致動器148定位在該加熱器待機位置與該暴露調溫位置152之間的位置處，如圖1中的順時針圓形箭頭和指向左邊的實心箭頭所指示。因此，包括鋁或不銹鋼的經定位後熱擋板172係可以作為熱吸收器，遮蔽該加熱器122下方的區域。經遮蔽的區域係包括該均相區132及該暴露調溫位置152。在一些實施方式中，該熱擋板172係可以任選性地包括被例如水的冷媒流動進行冷卻的冷卻套。

該加熱器122和該冷卻器124都可以在加熱和冷卻期間分別被移動靠近該暴露調溫位置152。該運動是藉由該驅動機構140操作的線性致動器142和144所致動的。可以藉由提供可撓波紋管162和164而促進該加熱器122和該冷卻器124的垂直移動。移動該加熱器122和該冷卻器124係允許該基板150在該磁性退火處理期間保持靜止在該均相區132的該暴露調溫位置152處。在磁場中保持固定位置的其中一個優點在於，這係提供對於磁場的強度、方向和空間均勻性的較佳控制。

如圖1示意性繪示，該驅動機構140係耦接於該些致動器（例如，該旋轉致動器148和線性致動器142、144和146）及該控制器190。該設備110係配置以在基板傳輸模式、加熱模式和冷卻模式中運行。根據該設備110的運作模式，該控制器190向該驅動機構140發送指令，從而將可移動的加熱器122、基板升降器124、冷卻器126和熱擋板172進行定位。在各種運作模式中運作該設備110的方法及向該驅動機構140提供的該些指令將會參照圖4A至4H而進一步詳細描述於下。

圖2繪示具有該均相區132的磁體組件130的平面圖。為了清楚起見，上方參照圖1所述的該系統100的各種其他構件係被省略。在此示例實施方式中，該磁體組件130是特殊類型的海爾貝克陣列，稱為海爾貝克圓柱。一般來說，海爾貝克陣列包括複數磁性區段的配置，其中該陣列的相繼磁性區段的磁化方向係以增強該陣列一側的磁場且減弱該陣列另一側的磁場的方式進行空間旋轉。圖2中所繪示的海爾貝克圓柱（例如，該磁體組件130）係由磁性區段200的圓形陣列所形成。磁化方向的空間旋轉（由各區段200中的箭頭所指示）係可以被選擇為一種配置，使得該些磁性區段200的該配置係形成一磁化圖案，而該磁化圖案係在該海爾貝克圓柱的中心孔內建立該均相區132。圖2中的實心箭頭所指示的單向磁場的方向係沿著與該圓柱體的中心軸垂直的平面。將該磁體組件130放置在該退火腔室120中係提供該設備110的較緊密設計的優勢。應理解，除了海爾貝克圓柱磁體（圖2所示）之外，還可以引進其他類型的磁體。

圖3繪示使用該系統100（參照圖1描述於上）進行半導體基板的磁性退火的方法400的流程圖。如圖3所示，可以將執行該方法400的動作統整成將系統100的磁性退火設備110依序運行四個主要步驟：裝載步驟410、加熱步驟420、冷卻步驟430及卸載步驟440。該設備110的退火腔室120係配置以針對裝載步驟410及卸載步驟440在基板傳輸模式中運行，而針對加熱步驟420在加熱模式中運行，而針對冷卻步驟430在冷卻模式中運行。該方法400的配置及順序操作將在參照圖3和圖4A至4H而進一步描述於下。

為了清楚起見，圖4A至4H中係省略驅動機構140，以及與致動器（如旋轉致動器148和線性致動器142、144和146）的相關耦接。此外，在圖4A至4H中，為了清楚起見，控制器190及其對負載鎖腔室180提供指令的相關耦接、驅動機構140、加熱器122和冷卻器126均被省略。

請參照圖3中的該流程圖400的方格410，和圖4A至4B中的該系統100的橫截面圖，該退火腔室120係正在該基板傳輸模式中運作，以將該基板150裝載至該退火腔室120中。

在該基板傳輸模式中，該加熱器122係位於加熱器待機位置處，與該冷卻器124位在該暴露調溫位置152的相反側。任選的熱擋板172係已插置在該退火腔室120中，並且位於該加熱器122與該暴露調溫位置152之間（如上方參照圖1所述）。該加熱器待機位置通常係被選擇成遠離該暴露調溫位置152一段距離，使得在該加熱器待機位置處，該加熱器122對於該暴露調溫位置152處的基板的熱耦合係可以忽略不計。在某些實施方式中，為了減少加熱期間的升溫時間，位於該加熱器待機位置中的該加熱器122係可以接收低位準的功率。提供該任選熱擋板172的其中一個優點在於可以該加熱器122的待機功率位準係可以提高，從而進一步減少在加熱期間將溫度升高到最終暴露調溫溫度所需的時間。舉例而言，在暴露調溫溫度約為200℃至約700℃的一實施方式中，藉由插置該熱擋板172進行熱隔離，該加熱器122係可以在該加熱器待機位置處保持在約100℃至約350℃。在其他不具有任選熱擋板172的某些實施方式中，當該加熱器122係位於該加熱器待機位置處時，可能會將提供至該加熱器122的功率關閉。在陶瓷加熱器122的示意圖中，空心圓圈的陣列係代表處於低功率狀態或關閉狀態的加熱元件。

由於該基板傳輸模式係針對該基板150的裝載，因此，最初該冷卻器124係位於冷卻器停駐位置（如上方參照圖1所述），而該基板升降器126的基板固持件125係位於該腔室120中的該基板傳輸位置184處。在圖4A中，來自該控制器190（參見圖1）的指令係被負載鎖腔室180執行，以開啟該閘閥182，並且使機械手臂（未顯示）延伸而將該基板150通過該傳輸窗部而從該負載鎖腔室180移動到該基板傳輸位置184。該基板150進入該退火腔室120的運動係以圖4A中指向右邊的實心箭頭所表示。在該傳輸窗部位置184處，利用來自該控制器190的指令，該驅動機構140係操作該線性致動器146，以將該基板150抬離該機械手臂的該基板夾板，從而將該基板150傳輸到該基板升降器126的該基板固持件125。接著，該機械手臂係通過傳輸窗部而從該退火腔室120縮回，而該閘閥182再次關閉。

在圖4B中，該控制器已提供進一步的指令給該驅動機構140，以操作該線性致動器146將該升降桿127垂直向上延伸，從而將該基板150（被該基板固持件125支撐）從該傳輸窗部位置184移動到該均相區132內的該暴露調溫位置152。被該基板固持件125支撐的該基板150的朝上運動係以兩個指向上方的實心箭頭（位於該線性致動器146附近，在該升降桿127旁邊）表示。

在將該基板固持件125和該基板150都定位到該暴露調溫位置152處之後，該驅動機構140被指示以將該冷卻器124移動到冷卻器待機位置。如圖4C所示，該驅動機構140係接著操作該線性致動器144，從而將該冷卻器124朝向該基板移動而到達該冷卻器待機位置。該冷卻器124的朝上移動係以指向上方的實心箭頭表示。該冷卻器待機位置係被選擇成遠離該暴露調溫位置152一段足夠的距離，以防止該冷卻器124在處於該冷卻器待機位置時對該基板150進行冷卻。將該冷卻器124移動靠近該基板150（被該基板固持件125固持在該暴露調溫位置152處）的優點在於，當該退火腔室120準備要在該冷卻模式中運行時，該冷卻器124可以被迅速移動到該暴露調溫位置152附近的主動冷卻位置。在該冷卻器124係包括會反射紅外輻射的主要表面（例如，冷卻夾具的頂表面）的某些實施方式中，選擇較不遠的冷卻器待機位置係具有額外優點。在加熱期間，該冷卻器係可以藉由將輻射反射朝向該基板150來減少輻射熱損失。

該退火腔室120在該加熱模式中，以該均相區132中存在磁場的情況加熱該基板150的運作（圖3中的該流程圖400的方格420）係以圖4D至4E中的該系統100的橫截面圖進行說明。

在圖4D中，該控制器190已經指示該驅動機構140將該退火腔室120設定在熱配置中，使該退火腔室120在該加熱模式中運作。因此，該驅動機構140已經操作該旋轉致動器148，從而將任選的熱擋板172旋轉遠離該退火腔室120而進入該擋板腔室174中。造成該熱擋板172的收回的該旋轉運動係以圖4D中靠近該擋板腔室174的逆時針圓形箭頭和指向右側的實心箭頭表示。在該熱擋板172被收回後，該加熱器122係可以從該加熱器待機位置移動該基板150附近的主動加熱位置，其中該基板150係被該基板固持件125支撐在該暴露調溫位置152處。該線性致動器142可以被該驅動機構140操作，從而將該加熱器122降低到該主動加熱位置，如指向下方的實心箭頭所表示。在該加熱器122位於該基板150的前側上方時，該控制器190係指示該加熱器122從待機的低功率位準提升到主動功率位準，從而將該基板在所選的暴露調溫溫度下加熱一段所選的暴露調溫持續時間。較高的主動功率位準係以代表陶瓷加熱器122的加熱元件的實心圓圈陣列所示意性表示。

在暴露調溫持續時間後，提供給該加熱器122的功率係被降低回到該待機功率位準，如圖4E中的該加熱器122中的空心圓圈陣列所表示。在該基板150的加熱完成後，藉由操作線性致動器142而使該加熱器122返回該加熱器待機位置。該加熱器122的朝上運動係以圖4E中指向上方的實心箭頭表示。在使用該任選熱擋板172的實施方式中，該驅動機構140可以在此時操作該旋轉致動器148，從而將該熱擋板172重新插置於該退火腔室120中，如圖4E中所示的示例實施方式所見。針對重新插置在該加熱器待機位置與該暴露調溫位置152之間的該熱擋板172的旋轉運動係以順時針圓形箭頭和指向左側的實心箭頭表示。

該退火腔室120在該冷卻模式中，以該均相區132中存在磁場的情況冷卻該基板150的運作（圖3中的該流程圖400的方格430）係以圖4F至4G中的該系統100的橫截面圖進行說明。

在圖4F中，該控制器190已指示該驅動機構140將該冷卻器124從該冷卻器待機位置移動到位於該暴露調溫位置152處的該基板的主動冷卻位置。因此，該線性致動器144係被操作以將該冷卻器移動到該主動冷卻位置。在圖4F所示的示例實施方式中，該冷卻器124是一種被流經該些管道128的循環液體冷媒進行冷卻的冷卻夾具，如上所述。該冷卻器124的頂表面係針對有效率的熱移除而與該基板150的背側物理接觸，從而冷卻該基板150。在此示例中，該基板固持件125已藉由被移動遠離該基板150而釋出該基板150。該冷卻器124在冷卻期間係將該基板150支撐在該暴露調溫位置152。該基板固持件125的確切位置並不重要，只要該基板升降器126的該升降桿127係被該線性致動器146移動，從而將該基板固持件125定位於該暴露調溫位置152下方，但不在該冷卻器停駐位置下方即可。在圖4F的示例中，該基板固持件125係位於該傳輸窗部位置184。在圖4F中，該基板升降器126的移動係以兩個指向下方的實心箭頭表示。

在某些其他實施方式中，該冷卻器124的該頂表面係可以靠近但並不與該基板150的該背側物理接觸，且當該退火腔室120在該冷卻模式中運作時，該基板升降器126係可以支撐著該基板150。該基板150與該冷卻器124的該頂表面之間的該間隙將會允許惰性氣體冷媒被推送通過中央柱129，以協助冷卻該基板150，如上方參照圖1所描述。

針對循環液體冷媒且推送冷卻氣體流動所需的功率係被持續供應，直到該基板被冷卻至低於所選擇的低溫。通常，所選擇的該低溫係高於室溫，但低於該鐵磁材料的居裡溫度和該反鐵磁材料的奈爾溫度，如上所述。雖然所選擇的該低溫係高於室溫，但在將該方法400（參見圖3）應用於MRAM單元的磁性退火的某些實施方式中，所選擇的該低溫可能不會超過150°C。如上所述，該基板150在加熱和冷卻期間係在該均相區132的磁場中保持靜止。

當該基板150被冷卻至低於所選擇的該低溫後，可以藉由操作該線性致動器144而將支撐該基板150的該冷卻器124降低。當該冷卻器124被降低到該基板固持件125的位置下方時，該基板150再次被該基板固持件125支撐，如圖4G所示。該冷卻器124進一步被降低到該冷卻器停駐位置。圖4G中的該冷卻器124的運動係以指向下方的實心箭頭表示。

將該退火腔室120在該基板傳輸模式中運行，以將該基板150從該退火腔室120卸載的動作係以圖4H中的該系統100的橫截面圖進行說明。在此示例實施方式中，該基板固持件125係在傳輸窗部位置184處從該冷卻器124接收該基板150，因此，不需要針對將該基板升降器126的該基板固持件125定位到該傳輸窗部位置而移動該基板升降器126。在某些其他實施方式中，該基板升降器126的該基板固持件125係先被定位到該傳輸窗部位置，如圖4G所示。

在圖4H中，根據來自該控制器190的指令，該負載鎖腔室180將該閘閥182打開，插入該機械手臂（未顯示），並且將該機械手臂定位以接收該傳輸窗部位置184處的該基板150。將該機械手臂定位以接收該基板150後，可以例如藉由將該基板升降器126稍微移動遠離該基板150並朝向該冷卻器停駐位置，從而將該基板150從該基板固持件125釋出，如圖4H所示。接著，可以藉由將該機械手臂通過該傳輸窗部及開啟的該閘閥182而從該退火腔室120縮回，以將該基板150移動到該負載鎖腔室180。在該基板卸載後，可以關閉該閘閥182。

在某些應用中係期望對於經沉積層進行原位磁性退火。對於原位磁性退火，具有該經沉積層的該基板在完成沉積處理與完成磁性退火處理之間的時間內係被保持在真空中。換言之，在進行沉積處理以形成該經沉積層後，具有該經沉積層的該基板係不會暴露於大氣環境中，直到該磁性退火處理完成為止。因此，在通過原位磁性退火處理來處理基板的系統中，退火腔室係可以附接於沉積系統。

示例1。一種基板的磁性退火設備，該設備包括：退火腔室，配置以沿著該退火腔室的第一方向而對被固持在暴露調溫位置處的基板進行加熱及冷卻，該退火腔室係包括：加熱器、冷卻器，以及包括基板固持件的基板升降器，其中該基板固持件係配置以支持基板位向，使得該第一方向係垂直於該基板的主表面；以及磁體組件，配置以在該退火腔室中建立均相區，該暴露調溫位置係位於該均相區中，該均相區係包括磁場區域。

示例2。如示例1之設備，其中該加熱器、該冷卻器及該基板升降器係配置成在該第一方向中可移動的。

示例3。如示例1或2之設備，其中該退火腔室為真空腔室。

示例4。如示例1至3的其中一者之設備，其中該加熱器及該冷卻器係配置成擺盪入位（swing into position）。

示例5。如示例1至4的其中一者之設備，其中該基板升降器及該磁體組件係配置成相對於該加熱器及該冷卻器同步移動。

示例6。如示例1至5的其中一者之設備，其中該加熱器係包括陶瓷加熱器或電漿炬，其中該電漿炬係耦合於高能量、電中性且具化學惰性的複數微粒的電漿源。

示例7。如示例1至6的其中一者之設備，其中該冷卻器係包括冷卻夾具，該冷卻夾具係配置以從置於該冷卻夾具上的基板移除熱，其中該冷卻夾具係耦接至冷卻機構，而該冷卻機構係包括冷媒流。

示例8。如示例1至7的其中一者之設備，其中該冷卻器係包括會反射紅外輻射的主表面，該主表面係定向在面向該暴露調溫位置的方向中。

示例9。如示例1至8的其中一者之設備，其中該磁體組件係設置在該退火腔室內。

示例10。如示例1至9的其中一者之設備，其中該磁體組件為中心軸沿著該第一方向的海爾貝克（Halbach）圓柱體，該海爾貝克圓柱體係被分成複數個扇形，其中各個扇形係包括磁性區段，其中相鄰的磁性區段係被磁化於不同方向中，且其中該些磁性區段的設置係形成磁化圖案，而該磁化圖案係在該海爾貝克圓柱體的該中心孔內建立該均相區。

示例11。如示例1至10的其中一者之設備，其中該設備係配置以在基板傳輸模式、加熱模式及冷卻模式中運行，其中該基板升降器係配置以將該基板在該暴露調溫位置與基板傳輸窗部位置之間移動，且其中在該基板傳輸模式中，該基板升降器係移動該基板，以在該基板傳輸位置處裝載或卸載該基板，該冷卻器係處於比該傳輸窗部位置更遠離該暴露調溫位置的冷卻器停駐位置處，而該加熱器係處於遠離該暴露調溫位置，且係與該冷卻器停駐位置為該暴露調溫位置的相反側的加熱器待機位置處。

示例12。如示例1至11的其中一者之設備，其中該加熱器係配置以在該加熱器待機位置，以及比該加熱器待機位置接近該暴露調溫位置的主動加熱位置處運作，其中，該加熱器在該加熱模式中係處於該主動加熱位置處，且其中該加熱器在該冷卻模式中係處於該加熱器待機位置。

示例13。如示例1至12的其中一者之設備，其中該冷卻器係配置以在該冷卻器停駐位置、比該冷卻器停駐位置接近該暴露調溫位置的冷卻器待機位置，以及主動冷卻位置處運作，其中，在該主動冷卻位置處，該冷卻器的主表面係位於該暴露調溫位置處，其中，該冷卻器在該冷卻模式期間係處於該主動冷卻位置處，且其中該冷卻器在該加熱模式期間係處於冷卻器待機位置處。

示例14。如示例1至13的其中一者之設備，其中該均相區係延伸超出該退火腔室中的區域，而該區域係使得位於該暴露調溫位置處的基板係浸沒在該均相區內側，其中該加熱器及該冷卻器係設置在該暴露調溫位置的相對側，且其中該基板固持件係配置以藉由在該基板邊緣附近接觸該基板的部分，且露出該基板的剩餘部分的方式支撐該基板。

示例15。如示例1至14的其中一者之設備，其中該基板固持件係配置以藉由在該基板邊緣附近接觸該基板的背側，且露出該基板的剩餘部分的方式支撐該基板。

示例16。如示例1至15的其中一者之設備，其中該退火腔室係配置以在加熱配置中運行，其中，在該加熱配置中，該基板固持件係將該基板支撐在該暴露調溫位置處，該加熱器係將熱傳輸至該基板，而位於遠離該暴露調溫位置的該冷卻器待機位置處的該冷卻器係與該基板熱學解耦合（thermally decoupled）。

示例17。如示例1至16的其中一者之設備，其中該退火腔室係配置以在冷卻配置中運行，其中，在該冷卻配置中，該基板係被該冷卻器的主表面以物理接觸該基板的背側的方式支撐在該暴露調溫位置處，該冷卻器將熱從該基板去除，而藉由將該加熱器移動遠離該基板而位於加熱器待機位置處的該加熱器係與該基板熱學解耦合。

示例18。如示例1至17的其中一者之設備，其中該退火腔室係配置以在基板傳輸配置中運行，其中，在該基板傳輸配置中，該基板升降器係將該基板在該暴露調溫位置與基板傳輸窗部位置之間移動，以裝載或卸載該基板，該加熱器係位於遠離該暴露調溫位置的加熱器待機位置處，而該冷卻器係藉由將該冷卻器移動遠離該暴露調溫位置而位於冷卻器停駐位置處，該冷卻器停駐位置係比該暴露調溫位置距離該傳輸窗部位置更遠。

示例19。如示例1至18的其中一者之設備，更包括擋板腔室，該擋板腔室係包括：擋板窗部，耦接於該退火腔室；及熱擋板，配置以插置在該退火腔室中的該暴露調溫位置與加熱器待機位置之間，以及經由該擋板窗部而從該退火腔室縮回。

示例20。一種方法，包括：將退火腔室在基板傳輸模式中運行，以將該基板在該退火腔室中從傳輸窗部位置裝載於暴露調溫位置，該退火腔室係包括加熱器、冷卻器、包括基板固持件的基板升降器，以及藉由磁體組件而在該退火腔室中建立的均相區，該均相區係包括磁場區域，該暴露調溫位置係位於該均相區中；將該退火腔室在加熱模式中運行，以在該暴露調溫位置處加熱該基板；將該退火腔室在冷卻模式中運行，以在該暴露調溫位置處冷卻該基板；以及，將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行，以將該基板經由該傳輸窗部位置而從該退火腔室卸載。

示例21。如示例20之方法，其中將退火腔室在該基板傳輸模式中運行以裝載該基板的步驟係包括：藉由移動該基板升降器而將該基板移動至該暴露調溫位置，該基板係被該基板固持件支撐；以及，將該冷卻器朝著該基板相對移動而到達冷卻器待機位置。

示例22。如示例20或21之方法，其中將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係包括：將該加熱器相對移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動加熱位置；以及，對該加熱器供電以加熱該基板。

示例23。如示例20至22的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係更包括：在將該加熱器移動至該主動加熱位置之前，將位於該加熱器與該基板之間的熱擋板縮回；以及，在對該加熱器供電之後，將該加熱器相對移動遠離該基板而到達加熱器待機位置，以及將該熱擋板插置於該加熱器與該基板之間。

示例24。如示例20至23的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該冷卻模式中運行的步驟係包括：將該冷卻器相對移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動冷卻位置；以及，對該冷卻器供電以冷卻該基板。

示例25。如示例20至24的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行以卸載該基板的步驟係包括：藉由將該基板升降器移動遠離該基板而朝向冷卻器停駐位置，從而將該基板從該基板固持件釋出；以及，藉由將機械手臂經由閘閥而從該退火腔室縮回，從而將該基板移動至負載鎖腔室，以及將該閘閥關閉。

示例26。如示例20至25的其中一者之方法，其中將退火腔室在該基板傳輸模式中運行以裝載該基板的步驟係包括：將該退火腔室設置在初始配置中，該初始配置係包括：該冷卻器係位於冷卻器停駐位置處，該傳輸窗部位置係位於該冷卻器停駐位置與該暴露調溫位置之間，該基板升降器的該基板固持件係位於該傳輸窗部位置處，以及該加熱器係位於加熱器待機位置處，其中該加熱器待機位置係遠離該暴露調溫位置一定距離，且與該冷卻器位於該暴露調溫位置的相反側；利用該基板升降器將該基板抬升離開機械手臂以接收該基板，其中該機械手臂係將該基板支撐於該傳輸窗部位置處，該機械手臂係延伸通過閘閥而將該退火腔室耦接於負載鎖腔室；將該機械手臂通過該閘閥而從該退火腔室縮回，以及關閉該閘閥；藉由移動該基板升降器而將該基板移動至該暴露調溫位置，其中該基板係被該基板固持件支撐；以及，將該冷卻器朝向該基板移動而到達冷卻器待機位置，其中該冷卻器待機位置係遠離該暴露調溫位置足夠的距離，從而避免該冷卻器對該基板進行冷卻。

示例27。如示例20至26的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係包括：將該加熱器從該加熱器待機位置移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動加熱位置；對該加熱器供電至主動功率位準，以將該基板在所選的高暴露調溫溫度下加熱一段所選的暴露調溫持續時間；在該暴露調溫持續時間後，將提供給該加熱器的該功率降低至待機功率位準；以及，將該加熱器移動遠離該基板而到達該加熱器待機位置。

示例28。如示例20至27的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係更包括：在將該加熱器從該加熱器待機位置移動至該主動加熱位置之前，將位於該加熱器與該基板之間的熱擋板縮回；以及，在將該加熱器移動遠離該基板而到達該加熱器待機位置之後，將熱擋板插置於該加熱器與該基板之間。

示例29。如示例20至28的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該冷卻模式中運行的步驟係包括：將該冷卻器移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動冷卻位置；維持到達該冷卻器的冷卻機構的功率，以冷卻該基板，直到該基板被冷卻至低於所選的低溫，該所選的低溫係高於室溫，但低於所選的高暴露調溫溫度；以及，在該基板被冷卻至低於該所選的低溫之後，將該冷卻器移動至該冷卻器停駐位置，該基板係被該基板固持件支撐而保持在該暴露調溫位置處。

示例30。如示例20至29的其中一者之方法，其中將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行以卸載該基板的步驟係包括：將該基板升降器的該基板固持件定位在該傳輸窗部位置處；開啟該閘閥，插置該機械手臂，以及將該機械手臂進行定位以在該傳輸窗部位置處接收該基板；藉由將該基板升降器移動遠離該基板而朝向該冷卻器停駐位置，從而將該基板從該基板固持件釋出；以及，藉由將該機械手臂經由閘閥而從該退火腔室縮回，從而將該基板移動至該負載鎖腔室，以及將該閘閥關閉。

示例31。一種基板處理系統，該系統係包括：退火腔室，配置以在基板傳輸模式、加熱模式及冷卻模式中運行，該退火腔室係包括加熱器、冷卻器及基板升降器；磁體組件，在該退火腔室中建立均相區，該均相區為磁場區域；垂直驅動系統，耦接於該退火腔室，且係配置以在該基板傳輸模式、該加熱模式及該冷卻模式之間移動該加熱器、該冷卻器及該基板升降器；負載鎖腔室及閘閥，該閘閥係將該負載鎖腔室耦接於該退火腔室，該負載鎖腔室係包括機械手臂，該機械手臂係配置以將該基板通過該閘閥而在該負載鎖腔室與該基板升降器之間傳輸；以及，控制器，經編程以將該垂直驅動系統及該負載鎖腔室的運作進行同步。

示例32。如示例31之系統，更包括：擋板腔室，其係包括熱擋板；以及，擋板窗部，將該擋板腔室耦接於該退火腔室，該熱擋板係配置以從在該退火腔室中的介於該加熱器與該基板升降器之間的位置移動至該擋板腔室，該控制器係經編程以同步該擋板腔室的運作。

示例33。如示例31或32之系統，其中該熱擋板係包括冷卻套，且其中該冷卻套係耦接於冷卻機構，該冷卻機構係包括冷媒流。

示例34。如示例31至33的其中一者之系統，其中該退火腔室係附接至沉積系統。

雖然已參照複數說明性實施例來描述本發明，但本實施方式並不被視為限制意圖。這些說明性實施例的各種修改例及結合例，以及本發明的其他實施例對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者在參照本實施方式後將為顯而易知的。因此，隨附申請專利範圍係含括任何此樣的修改例或實施例。

100:系統 110:磁性退火設備 120:退火腔室 122:加熱器 124:冷卻器 125:基板固持件 126:基板升降器 127:升降桿 128:管道 129:中央柱 130:磁體組件 132:均相區 140:驅動機構 141:驅動系統 142, 144, 146:線性致動器 148:旋轉致動器 150:基板 152:暴露調溫位置 154:氣體出口 156:氣體入口 162, 164:可撓波紋管 172:熱擋板 174:擋板腔室 176:擋板窗部 180:負載鎖腔室 182:閘閥 184:傳輸窗部位置 190:控制器 200:磁性區段 300:系統 400:方法 410:裝載步驟 420:加熱步驟 430:冷卻步驟 440:卸載步驟

為了更完整理解本發明及其優點，現在將參照下方的實施方式及隨附圖式，其中：

圖1係繪示根據實施例的使用陶瓷加熱器作為熱源，且經由磁性退火處理步驟而處理基板的系統的橫截面圖；

圖2係繪示根據實施例的經由磁性退火處理步驟而處理基板的系統的磁體組件的平面圖；

圖3係繪示根據實施例的經由磁性退火處理步驟而處理基板的方法的流程圖；及

圖4A至4H係繪示圖1所繪示的該系統在圖3所繪示的該流程圖所總結的方法的不同操作階段的各種橫截面圖。

100:系統

110:磁性退火設備

120:退火腔室

122:加熱器

124:冷卻器

125:基板固持件

126:基板升降器

127:升降桿

128:管道

129:中央柱

130:磁體組件

132:均相區

140:驅動機構

141:驅動系統

142,144,146:線性致動器

148:旋轉致動器

150:基板

152:暴露調溫位置

154:氣體出口

156:氣體入口

162,164:可撓波紋管

172:熱擋板

174:擋板腔室

176:擋板窗部

180:負載鎖腔室

182:閘閥

184:傳輸窗部位置

190:控制器

Claims (20)

1. 一種基板的磁性退火設備，包括： 退火腔室，配置以沿著該退火腔室的第一方向而對被固持在暴露調溫位置處的基板進行加熱及冷卻，該退火腔室係包括： 加熱器， 冷卻器，以及 基板升降器，其係包括基板固持件，其中該基板固持件係配置以支持基板位向，使得該第一方向係垂直於該基板的主表面；以及 磁體組件，配置以在該退火腔室中建立均相區，該暴露調溫位置係位於該均相區中，該均相區係包括磁場區域。
2. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中，該加熱器、該冷卻器及該基板升降器係配置成在該第一方向中可移動的。
3. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中，該退火腔室為真空腔室。
4. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中，該加熱器及該冷卻器係配置成擺盪入位（swing into position）。
5. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中，該基板升降器及該磁體組件係配置成相對於該加熱器及該冷卻器同步移動。
6. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中，該加熱器係包括陶瓷加熱器或電漿炬，其中該電漿炬係耦合於高能量、電中性且具化學惰性的複數微粒的電漿源。
7. 如請求項1之基板的磁性退火設備，其中， 該均相區係延伸超出該退火腔室中的區域，而該區域係使得位於該暴露調溫位置處的基板係浸沒在該均相區內側， 其中，該加熱器及該冷卻器係設置在該暴露調溫位置的相對側，及 其中，該基板固持件係配置以藉由在基板的邊緣附近接觸該基板的一部分，且露出該基板的剩餘部分的方式支撐該基板。
8. 如請求項7之基板的磁性退火設備，更包括擋板腔室，該擋板腔室係包括： 擋板窗部，耦接於該退火腔室；及 熱擋板，配置以插置在該退火腔室中的該暴露調溫位置與加熱器待機位置之間，以及經由該擋板窗部而從該退火腔室縮回。
9. 一種方法，包括： 將退火腔室在基板傳輸模式中運行，以將該基板在該退火腔室中從傳輸窗部位置裝載於暴露調溫位置，該退火腔室係包括加熱器、冷卻器、包括基板固持件的基板升降器，以及藉由磁體組件而在該退火腔室中建立的均相區，該均相區係包括磁場區域，該暴露調溫位置係位於該均相區中； 將該退火腔室在加熱模式中運行，以在該暴露調溫位置處加熱該基板； 將該退火腔室在冷卻模式中運行，以在該暴露調溫位置處冷卻該基板；以及 將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行，以將該基板經由該傳輸窗部位置而從該退火腔室卸載。
10. 如請求項9之方法，其中，將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行以裝載該基板的步驟係包括： 藉由移動該基板升降器而將該基板移動至該暴露調溫位置，該基板係被該基板固持件支撐；以及 將該冷卻器朝著該基板相對移動而到達冷卻器待機位置。
11. 如請求項9之方法，其中，將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係包括： 將該加熱器相對移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動加熱位置；以及 對該加熱器供電以加熱該基板。
12. 如請求項11之方法，其中，將該退火腔室在該加熱模式中運行的步驟係更包括： 在將該加熱器移動至該主動加熱位置之前，將位於該加熱器與該基板之間的熱擋板縮回；以及 在對該加熱器供電之後，將該加熱器相對移動遠離該基板而到達加熱器待機位置，以及將該熱擋板插置於該加熱器與該基板之間。
13. 如請求項9之方法，其中，將該退火腔室在該冷卻模式中運行的步驟係包括： 將該冷卻器從冷卻器待機位置相對移動至位於該暴露調溫位置處的該基板附近的主動冷卻位置；以及 對該冷卻器供電以冷卻該基板。
14. 如請求項9之方法，其中，將該退火腔室在該基板傳輸模式中運行以卸載該基板的步驟係包括： 藉由將該基板升降器移動遠離該基板而朝向冷卻器停駐位置，從而將該基板從該基板固持件釋出；以及 藉由將機械手臂經由閘閥而從該退火腔室縮回，從而將該基板移動至負載鎖腔室，以及將該閘閥關閉。
15. 一種基板處理系統，包括： 退火腔室，包括加熱器、冷卻器及基板升降器； 磁體組件，其在該退火腔室中建立均相區，該均相區為磁場的區域； 垂直驅動系統，耦接於該退火腔室，且係配置以移動該加熱器、該冷卻器及/或該基板升降器；及 控制器，經編程以將該垂直驅動系統的運作進行同步。
16. 如請求項15之基板處理系統，更包括： 擋板腔室，其係包括熱擋板；以及 擋板窗部，將該擋板腔室耦接於該退火腔室，該熱擋板係配置以從在該退火腔室中的介於該加熱器與該基板升降器之間的位置移動至該擋板腔室，該控制器係經編程以同步該擋板腔室的運作。
17. 如請求項16之基板處理系統，其中，該熱擋板係包括冷卻套，且其中該冷卻套係耦接於冷卻機構，該冷卻機構係包括冷媒流。
18. 如請求項15之基板處理系統，其中，該退火腔室係附接至沉積系統。
19. 如請求項15之基板處理系統，其中，該磁場係包括單向及/或均勻磁場。
20. 如請求項15之基板處理系統，其中，該磁體組件係包括圍繞著該退火腔室的中心軸設置的複數磁體的陣列。

Images