TWI645042B - 磁性退火裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種磁性退火裝置，用於將複數之基板在磁場中退火，其包含：橫長筒狀的處理容器，用於在收納該複數之基板之狀態下將該基板磁性退火處理；加熱機構，設置為自外部覆蓋該處理容器之沿長邊方向延伸的面中之至少一部分；磁石，設置為自更外部覆蓋該加熱機構；基板保持具，可於該處理容器內保持該複數之基板；以及隔熱板，設置成包圍著該基板保持具之至少一部分。
Description
本發明係關於一種磁性退火裝置。
近年，作為新一代的半導體記憶體裝置，係非揮發性記憶體之一種的MRAM（Magnetic Random Access Memory, 磁性隨機存取記憶體）受到注目。MRAM，例如以如下方式製造：將形成在係半導體晶圓（下稱晶圓）之被處理體上的磁性物質膜於強磁場中熱處理（磁性退火），展現其磁特性。
例如日本特開2004－263206號中，作為用於磁性退火之磁場產生機構，揭露一種使用螺線管型磁石之設置面積較小的磁性退火裝置。
本發明之實施形態的磁性退火裝置，係用於將複數之基板在磁場中退火之磁性退火裝置，其包含：橫長筒狀的處理容器，用於在收納該複數之基板之狀態下將該基板磁性退火處理；加熱機構，設置為自外部覆蓋該處理容器之沿長邊方向延伸的面中之至少一部分；磁石，設置為自更外部覆蓋該加熱機構；基板保持具，可於該處理容器內保持該複數之基板；以及隔熱板，設置成包圍著該基板保持具之至少一部分。
上述概略內容僅用於說明，其任一方式皆無限制之用意。除了上述說明之態樣、實施例及特徵以外，應可藉由參考附圖及以下詳細說明而使追加之態樣、實施例及特徵明確化。
以下詳細說明中，參考形成說明書之一部分的附圖。詳細的說明、附圖及請求項所記載之說明的實施例並非用於限制本發明。若未脫離此處所示之本發明的思想或範圍，可使用其他實施例，或施行其他變形。
日本特開2004－263206號等磁性退火裝置，係HDD（硬碟）取向或MRAM之研究開發取向的小規模裝置，並非為了追求量產化。考慮到今後預想的MRAM之市場規模，要求可將多數片，例如100片晶圓（半）連續處理之磁性退火裝置的開發，但若磁性退火裝置大規模化，則產生變得難以確保多數片晶圓間之熱均勻性的問題。
因而，本發明之目的在於提供一種，維持熱均勻性，並可將多數片基板磁性退火處理的磁性退火裝置。
為了達成上述目的，本發明之實施形態的磁性退火裝置，用於將複數之基板在磁場中退火，其包含：橫長筒狀的處理容器，用於在收納該複數之基板之狀態下將該基板磁性退火處理；加熱機構，設置為自外部覆蓋該處理容器之沿長邊方向延伸的面中之至少一部分；磁石，設置為自更外部覆蓋該加熱機構；基板保持具，可於該處理容器內保持該複數之基板；以及隔熱板，設置成包圍著該基板保持具之至少一部分。
前述磁性退火裝置中，該隔熱板，設置於未與該加熱機構對向的位置。
前述磁性退火裝置中，未與該加熱機構對向的位置，係在與該長邊方向大致垂直之方向具有面的端面。
前述磁性退火裝置中，該基板保持具，可將該複數之基板，以大致垂直地豎起之狀態，沿著該長邊方向具有既定間隔地保持。
前述磁性退火裝置中，該基板保持具，可將該複數之基板，以大致水平地載置之狀態，加以保持成沿鉛直方向具有既定間隔的堆疊體。
前述磁性退火裝置中，該基板保持具，可沿著該長邊方向並列保持複數個該堆疊體。
前述磁性退火裝置中，該加熱器，覆蓋該處理容器之沿長邊方向延伸的面之約略全面。
前述磁性退火裝置中，該隔熱板，設置為隔著該基板保持具，覆蓋該複數之基板的最頂面及最底面。
前述磁性退火裝置中，該隔熱板， 係由非磁性體之金屬板構成。
前述磁性退火裝置中，1片該隔熱板包含複數片薄金屬板。
前述磁性退火裝置中，複數片該薄金屬板，以隔著間隔件具有既定間隔的方式配置。
前述磁性退火裝置中，該隔熱板，具有切開彎折加工所產生之百葉窗狀的複數狹縫。
前述磁性退火裝置中，該加熱器之該長邊方向的長度，係該晶圓舟之該長邊方向的長度之1.7倍以上。
前述磁性退火裝置中，該處理容器，具有圓筒形狀。
若依本發明，則可提高退火之熱均勻性。
以下，參考附圖，進行用於實施本發明之形態的說明。
首先，對於包含晶圓舟之磁性退火裝置200的構成加以說明。
圖1係顯示磁性退火裝置200之全體構成的剖面圖。磁性退火裝置200，具備退火爐180及磁石190。磁石190，例如如圖1所示，以覆蓋退火爐180之沿長邊方向延伸的面之外周的方式設置。磁石190，若可在退火爐180之保持晶圓W的區域產生既定方向（例如前後方向）之均一磁場，則可使用各種磁石190，但亦可如同上述地，例如使用螺線管型磁石。
退火爐180，具備：處理容器100、加熱器110、加熱器支持金屬板120、絕熱材130、水冷套140、凸緣部150、O型環160、熱電偶170、及石英管175。此外，退火爐180，構成為可將罩蓋60、晶舟支持部61、及晶圓舟70收納於處理容器100內。另，晶圓舟70，構成為可保持晶圓W。
處理容器100，係用於收納晶圓舟70，施行磁性退火處理的容器。處理容器100，具有橫長筒狀之形狀。處理容器100，若為橫長筒狀且可收納晶圓舟70，則無論筒的形狀，但可構成為例如圓筒形。處理容器100，可構成為例如由石英形成的石英管。
加熱器110，係將晶圓W加熱之機構，設置於處理容器100之外側，具有較晶圓舟70更長的長度，以在處理容器100之長邊方向中覆蓋晶圓舟70。加熱器110，以覆蓋處理容器100之沿長邊方向延伸的面之方式，沿著長邊方向設置。另，於覆蓋圓筒形之處理容器100的兩端側面之處，自確保晶圓舟70之搬出入路徑與真空排氣路徑的觀點來看，並未設置加熱器110。
加熱器支持金屬板120，係用於支持加熱器110之金屬板，安裝有加熱器110。絕熱材130，係用於將加熱器110放射的熱封閉於內部，防止其散出至位有磁石190的外側之構件，以覆蓋加熱器支持金屬板120之外周面的方式設置。水冷套140，係用於防止退火爐180的溫度過度上升而設置，設置為覆蓋絕熱材130之外周面。水冷套140，具備內側雙重管141及外側雙重管143，使冷媒142流通於內側雙重管141與外側雙重管143之間。冷媒142，例如可為冷水，亦可為其他種類的冷媒142。藉由此一構成，可防止大量的熱往磁石190側放射。
凸緣部150，係用於將處理容器100適當地固定而設置的構造，隔著O型環160保持處理容器100。為了密閉固定其他處，亦可因應必要而於其他處設置O型環160。熱電偶170，係用於測定處理容器100內之晶圓W周邊的溫度之溫度檢測機構，用於施行溫度控制，因應必要而設置。另，熱電偶170，例如可配置於石英管175內。
另，晶圓舟70之前端側（罩蓋60之相反側）的處理容器100深部具有開口，通過開口施行真空排氣。磁性退火處理，係在高真空下施行，故處理容器100內，藉由渦輪分子泵等真空排氣，保持為例如5×10－ 7
Torr程度的高真空。
圖2係顯示本發明之實施形態的磁性退火裝置200之晶舟搭載部的一例之構成的圖。圖2（a）為顯示晶舟搭載部90之全體構成的立體圖，圖2（b）為顯示隔熱板80之構成的放大圖。
圖2（a）中，晶舟搭載部90，具備：罩蓋60、晶舟支持部61、晶圓舟70、及隔熱板80～83。隔熱板80～83，係以磁性退火裝置200施行磁性退火處理時，防止來自加熱器110之熱的散熱，防止集中於既定處之熱的放射所產生的溫度不均之發生，而用以追求往晶圓W放射之熱的均一化之機構。隔熱板80～83，以覆蓋晶圓舟70之周圍的方式設置。具體而言，隔熱板80、81，以覆蓋晶圓舟70的長邊方向之兩端面的方式設置，隔熱板82、83，以分別覆蓋晶圓舟70之頂面與底面的方式設置。
如同圖1所說明，加熱器110，以覆蓋處理容器100之沿長邊方向延伸的面之方式設置，並未設置於處理容器100的兩端側面，故設置於晶圓舟70之長邊方向的兩端側面之隔熱板80、81，扮演防止散熱的角色。另一方面，圖2中，晶圓W水平地配置，堆疊於鉛直方向，故堆疊體的位於最頂面之晶圓W及位於最底面之晶圓W，直接接收來自加熱器110的散熱，與堆疊體的位於中段之晶圓W的溫度差變大。因而，構成為在將晶圓W保持為水平狀態，於鉛直方向堆疊的情況，於晶圓舟70之頂面與底面以覆蓋晶圓W的方式設置隔熱板82、83，將來自加熱器110的熱反射。藉此，可追求所堆疊之晶圓W的均熱化，可將晶圓W均一地加熱。
另，在晶圓W以垂直豎起的狀態，於橫向具有既定間隔而如同書架上的書般地保持在晶圓舟70之情況，來自加熱器110的熱，以對於全部晶圓W自外周側全體起朝向中心之方向入射。因而，如同水平保持晶圓W之情況地熱往既定處（頂面及底面）集中之疑慮少。因而，在此等情況，不必非得設置晶圓舟70的頂面及底面之隔熱板82、83，僅於晶圓舟70之兩端側面設置保溫用的隔熱板80、81已足夠。
如此地，藉由因應晶圓W之配置方法而適當設定隔熱板80～83之設置場所，而可適當地施行晶圓W之均熱化。
隔熱板80～83，係非磁性體，若為隔熱效果高的材料，則可使用各種材料，例如亦可使用非磁性體之金屬材料。例如不鏽鋼、鈦等，可適宜使用於隔熱板80～83。
如圖2（b）所示，隔熱板80，可堆疊複數片薄板而構成。此外，隔熱板82，亦可因應必要形成與晶圓舟70之突起等卡合的卡合孔等。
圖3係顯示隔熱板80之各種構成的圖。圖3（a）為具有百葉片84之隔熱板80的前視圖，圖3（b）為圖3（a）的A－A剖面圖。圖3（a）中，顯示於隔熱板80的面形成有百葉片84之例子。如同圖3（b）所示，藉由在隔熱板80之面內形成百葉片84，而於隔熱板80之面內形成開口84a。藉此，對於晶圓W之周圍，亦可充分地施行真空排氣。因而，藉由因應必要在隔熱板80形成百葉片84，而可遮蔽熱而維持防止散熱之效果，並施行充分的真空排氣。
另，例如，百葉片84，可藉由切開彎折加工形成。若以未設置百葉片84的方式，將隔熱板80完全挖空而形成開口84a，則開口84a全然不具有反射熱的構件，有防止散熱之效果薄弱的疑慮。若藉由切開彎折加工形成百葉片84，則能夠以百葉片84的面反射熱，故能夠以不使散熱防止效果大幅降低的方式形成排氣用的開口84a。
圖3（c）為自頂面觀察不具有百葉片84之隔熱板80時的側視圖。如圖3（c）所示，隔熱板80，可將複數片薄的非磁性體金屬板80a～80d藉由間隔件80s以隔著間隔之狀態疊層，構成為1片隔熱板80。圖3（c）中，雖顯示將4片非磁性體金屬板80a～80d隔著間隔件80s疊層以構成1片隔熱板80之例子，但構成1片隔熱板80之非磁性體金屬板80a～80d，亦可因應用途而為任意片數。1片非磁性體金屬板80a～80d為0.1mm～0.8mm，宜具有0.1mm～0.5mm之範圍的厚度，例如，可使用0.3mm左右之厚度的非磁性體金屬板80a～80d。此外，作為材料，若為不對磁場造成影響之非磁性體金屬板80a～80d則可使用各種材料，例如可使用不鏽鋼，鈦等金屬材料。另，不具有百葉片84之隔熱板80，具有如圖2（a）、（b）所示之平板狀的形狀。
此外，於圖3（c），雖列舉將不具有百葉片84之複數隔熱板80作為疊層構造的例子加以說明，但自然亦可為於各個非磁性體金屬板80a～80d形成百葉片84，使具有百葉片84之非磁性體金屬板80a～80d為圖3（c）所示之構造而構成隔熱板80。圖3（c）之構造，無論有無百葉片84皆可採用。
圖3（d）為用於說明將隔熱板80以複數片構成之優點的圖。如圖3（d）所示，藉由將複數片薄的非磁性體金屬板80a～80d，以具有既定間隔的方式疊層配置，而可將放射熱以多層反射，可提高反射效率而提高散熱防止效果。此點，與構成為具有百葉片84之隔熱板80的構成之情況完全相同。
圖3中，雖列舉隔熱板80為例加以說明，但關於隔熱板81，亦可為同樣的構成。另，於隔熱板81，設置有晶舟支持部61貫通的孔之情況，可使該部分以外的部分為與隔熱板80同樣的構成。
圖4係用於說明處理少數晶圓之試驗研究用的磁性退火裝置，與可處理100片晶圓的本發明之實施形態的磁性退火裝置其加熱器長度之差異的圖。圖4（a）為顯示試驗研究用的磁性退火裝置之一例的圖，圖4（b）為顯示本發明之實施形態的磁性退火裝置之一例的圖。
圖4（a）所示之試驗研究用的磁性退火裝置，1次僅可處理10片晶圓。此一試驗研究用的磁性退火裝置之晶圓舟1070，寬度為約300mm，高度為約400mm。關於加熱器1110的長度，中央部為約300mm，兩端部為各80mm而合計約460mm。因而，加熱器1110的長度，成為晶圓舟1070的長度之460／300≒1.5倍的長度。
另一方面，圖4（b）所示之本實施形態的磁性退火裝置200，1次可處理100片晶圓，晶圓舟70的寬度W為約600mm，高度H亦為約600mm。關於加熱器110的長度，中央部M為約900mm，兩端部E為各100mm而合計約1100mm。首先，若比較中央部彼此，則自300mm變成900mm，加熱器長度變長為3倍左右。進一步，加熱器110的長度，成為晶圓舟70的長度之1000／600≒1.7倍，以加熱器長成為晶圓舟的長度之1.7倍以上的方式設定加熱器長度。
亦即，本實施形態的磁性退火裝置200，成為增加加熱器110之相對於晶圓舟70的長度之比例，而可更均一地對晶圓W供給熱的構成。如此地，若增加晶圓W的處理片數，則熱均勻性的維持變得更為困難，故本實施形態之磁性退火裝置200，不僅設置隔熱板80～83，亦藉由加大加熱器長度，而確保晶圓W之均熱。
圖5係顯示本發明之實施形態的磁性退火裝置200之加熱器與隔熱板的關係之圖。圖5（a）為本實施形態的退火裝置之較加熱器更內側部分的前視圖，圖5（b）為本實施形態的退火裝置之加熱器的側視圖。圖5（c）為本實施形態的退火裝置之較加熱器更內側部分的立體圖。另，詳而言之，圖5（a）為自圖5（b）的A－A剖面起觀察箭頭之方向的前視圖。
如圖5（b）、（c）所示，本實施形態的退火裝置之加熱器110，沿著長邊方向，具有覆蓋4個區域之4個加熱器111、112、113、114。此外，前側之加熱器111與後側之加熱器114，各自以1個加熱器111、114覆蓋處理容器100之全周，而如圖5（a）～（c）所示，中央區域之加熱器112、113，構成為以在頂面、底面、右側面、左側面之各區域中分割的4個加熱器112a～112d、113a～113d，覆蓋處理容器100之全周。在任一情況下，各加熱器111～114，配置為將處理容器100之沿長邊方向延伸的圓筒曲面中之晶圓W的周邊區域，幾近連續地覆蓋。
因而，在將晶圓W於晶圓舟70上垂直豎起之狀態下配置的情況，自各晶圓W之外側起朝向中心均一地供給熱。另一方面，在將晶圓W於晶圓舟70上以水平狀態堆疊的情況，堆疊體之位於上部及下部附近的晶圓W，特別是位於最頂面與最底面的晶圓W，自位於上側之加熱器112a、113a，與位於下側的加熱器112b、113b接收直接的熱放射。因而，如圖5（a）所示，在將晶圓W水平放置之情況，成為設置上下方向的隔熱板82、83，以防止熱對堆疊於上部及下部之晶圓W的直接照射之構成。
另一方面，在不存在直接照射熱之加熱器111～114的前側與後側之端面，設置隔熱板80、81，防止熱自晶圓舟70放射而溢散之情形。如此地，本實施形態的磁性退火裝置200，考慮加熱器111～114的配置與晶圓W的保持方向，而適當地配置隔熱板80～83。
圖6係顯示增加隔熱板的本發明之實施形態的磁性退火裝置之一例的圖。圖6（a）為顯示設置2片隔熱板的實施形態之一例的圖。圖6（a）中，顯示與前述說明之實施形態同樣地，在晶圓舟70之長邊方向的兩端配置各1片，合計2片隔熱板80、81之例子的圖。此外，隔熱板80、81，成為分別由4片非磁性體金屬板構成之構造。在此一例子中，使兩端之加熱器111、114的加熱器溫度為440℃，使中央區域之加熱器112、113的加熱器溫度為360℃時，可獲得期望的溫度條件。
另一方面，圖6（b）為顯示在2片隔熱板80、81之外側，進一步設置各2片隔熱板85～88的實施形態之一例的圖。在此一例子中，分別於隔熱板80之外側設置2片隔熱板85、86，於隔熱板81之外側設置2片隔熱板87、88。此外，隔熱板85～88，以4片非磁性體金屬板構成1片隔熱板85～88，成為與隔熱板80、81同樣的構成。此一情況，關於中央區域之加熱器112、113，雖與圖6（a）之實施形態同樣地使加熱器溫度為360℃，但關於兩端之加熱器111、114，係以加熱器溫度380℃實現與圖6（a）同樣的溫度條件。亦即，圖6（b）之實施形態中，藉由在兩端追加設置隔熱板85～88，而提高保溫效果，以較圖6（a）更低的加熱器溫度設定，實現與圖6（a）同樣的溫度條件。
如此的，藉由增加隔熱板80～88之片數，而可減低兩端之加熱器111、114的設定溫度，可降低加熱器功率而追求省電。
圖7係顯示圖6（a）、（b）之模擬結果的圖。圖7（a）為圖6（a）之實施形態的模擬結果，圖7（b）為圖6（b）之實施形態的模擬結果。
若比較圖7（a）、（b），則可得知溫度範圍、溫度差雙方皆近似，可獲得幾近相同的溫度分布。如此地，藉由增加隔熱板80～88之片數，而提高處理容器100內的保溫效果，即便降低加熱器之設定溫度，仍可獲得同樣的溫度條件。
藉由上述內容，為了說明而記載本發明之各種實施例，此外，應理解能夠以不脫離本發明之範圍及思想的方式施行各種變形。因此，此處揭露之各種實施例並非用於限制下述各請求項所指定之本質範圍及思想。
60‧‧‧罩蓋
61‧‧‧晶舟支持部
70‧‧‧晶圓舟
80～88‧‧‧隔熱板
80a～80d‧‧‧非磁性體金屬板
80s‧‧‧間隔件
84‧‧‧百葉片
84a‧‧‧開口
90‧‧‧晶舟搭載部
100‧‧‧處理容器
110～114、112a～112d、113a～113d‧‧‧加熱器
120‧‧‧加熱器支持金屬板
130‧‧‧絕熱材
140‧‧‧水冷套
141‧‧‧內側雙重管
142‧‧‧冷媒
143‧‧‧外側雙重管
150‧‧‧凸緣部
160‧‧‧O型環
170‧‧‧熱電偶
175‧‧‧石英管
180‧‧‧退火爐
190‧‧‧磁石
200‧‧‧磁性退火裝置
1110‧‧‧加熱器
1070‧‧‧晶圓舟
W‧‧‧晶圓
圖1係顯示磁性退火裝置之全體構成的剖面圖。
圖2係顯示晶舟搭載部的一例之構成的圖。圖2（a）為顯示晶舟搭載部之全體構成的立體圖。圖2（b）為顯示隔熱板之構成的放大圖。
圖3係顯示隔熱板的一例之構成的圖。圖3（a）為具有百葉片之隔熱板的前視圖。圖3（b）為圖3（a）的A－A剖面圖。圖3（c）為自頂面觀察不具有百葉片之隔熱板時的側視圖。圖3（d）為用於說明將隔熱板以複數片構成之優點的圖。
圖4係用於說明處理少數晶圓之試驗研究用的磁性退火裝置，與可處理100片晶圓的本發明之實施形態的磁性退火裝置其加熱器長度之差異的圖。圖4（a）為顯示試驗研究用的磁性退火裝置之一例的圖。圖4（b）為顯示本發明之實施形態的磁性退火裝置之一例的圖。
圖5係顯示本發明之實施形態的磁性退火裝置之加熱器與隔熱板的關係之圖。圖5（a）為本實施形態的磁性退火裝置之較加熱器更內側部分的前視圖。圖5（b）為本實施形態的磁性退火裝置之加熱器的側視圖。圖5（c）為本實施形態的磁性退火裝置之較加熱器更內側部分的立體圖。
圖6係顯示增加隔熱板的本發明之實施形態的磁性退火裝置之一例的圖。圖6（a）為顯示設置2片隔熱板的實施形態之一例的圖。圖6（b）為顯示在2片隔熱板之外側，進一步設置各2片隔熱板的實施形態之一例的圖。
圖7係顯示圖6（a）、（b）之模擬結果的圖。圖7（a）為圖6（a）之實施形態的模擬結果。圖7（b）為圖6（b）之實施形態的模擬結果。
Claims (9)
- 一種磁性退火裝置，用於將複數之基板在磁場中退火，包含：橫長筒狀的處理容器，用於在收納該複數之基板之狀態下將該基板磁性退火處理；加熱機構，設置為自外部覆蓋該處理容器之沿長邊方向延伸的面中之至少一部分；磁石，設置為自更外部覆蓋該加熱機構；基板保持具，收納於該處理容器內並且保持該複數之基板；以及隔熱板，設置成覆蓋該基板保持具之長邊方向的兩端側面、以及該基板保持具的頂面與底面，其中，該基板保持具，可將該複數之基板，以大致水平地載置之狀態，加以保持成為沿鉛直方向具有既定間隔之堆疊體。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，該基板保持具，可沿著該長邊方向並列保持複數個該堆疊體。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，該加熱機構覆蓋著該處理容器之沿長邊方向延伸的面之約略全面。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，該隔熱板係由非磁性體之金屬板構成。
- 如申請專利範圍第4項之磁性退火裝置，其中，一片該隔熱板包含複數片之薄金屬板。
- 如申請專利範圍第5項之磁性退火裝置，其中，複數片之該薄金屬板，以隔著間隔件具有既定間隔的方式配置。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，覆蓋該基板保持具之該長邊方向的該兩端側面的該隔熱板，具有藉由切開彎折加工所產生之百葉窗狀的複數之狹縫。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，該加熱機構之該長邊方向的長度，係該基板保持具之該長邊方向的長度之1.7倍以上。
- 如申請專利範圍第1項之磁性退火裝置，其中，該處理容器具有圓筒形狀。
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