(57)【要約】  垂直マルチ・バッチ垂直磁気アニールシステムを用いて、マイクロ電子ワークピースを処理するためのアニールシステム及び関連した方法のための実施形態が記載され、複数のアニールシステムの並んだ構成により、設置面積の減少の成立が可能になる。
2020519032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピースの複数のバッチをアニールする製造システムであって、前記製造システムは、製造床上で位置決めされる第１アニールシステム及び前記製造床上で位置決めされる第２アニールシステムを備え、
前記第１アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、
前記垂直炉の下に配置され、前記ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
を備え、
前記第２アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、
前記垂直炉の下に配置され、前記ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
を備え、
前記第１及び第２アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように前記製造床上で位置決めされる、
製造システム。
【請求項２】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、垂直な受動磁石を備える、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項３】
前記第１及び第２アニールシステムは、３．５メートルから４．２メートルの高さ制限未満の組み合わせた垂直設置面積を有するようにさらに構成される、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項４】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、前記磁石の中間の垂直軸から距離（Ｘ）内で５−ガウスに減少する磁場を有し、０．４メートル≦Ｘ≦１．１メートルである、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項５】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、各アニールシステムのための前記処理スペース内でレベル（Ｍ）までの磁場を提供し、Ｍ≧１テスラである、
請求項４に記載の製造システム。
【請求項６】
前記第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、前記第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、前記第１アニールシステムに関連付けられた前記５−ガウス力線に前記距離（Ｘ）の１０パーセント以下でオーバラップする、
請求項５に記載の製造システム。
【請求項７】
前記第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、前記第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、前記第１アニールシステムに関連付けられた前記５−ガウス力線に前記距離（Ｘ）の０．２パーセント以下でオーバラップする、
請求項５に記載の製造システム。
【請求項８】
前記第１及び第２アニールシステムは、オフセットされ、並んだ配置で位置決めされる、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項９】
前記製造システムは、
前記第１アニールシステムに隣接して位置する電気、ガス及び水システムの第１セットと、
前記第２アニールシステムに隣接して位置する電気、ガス及び水システムの第２セットと、
をさらに備える、
請求項８に記載の製造システム。
【請求項１０】
前記製造システムは、
前記第１及び第２アニールシステムの第１端に隣接して位置する、前記第１アニールシステムへのアクセスのための第１サービスエリアと、
前記第１及び第２アニールシステムの第２端に隣接して位置する、前記第２アニールシステムへのアクセスのための第２サービスエリアと、
をさらに備える、
請求項８に記載の製造システム。
【請求項１１】
前記製造システムは、製造床上で位置決めされる第３アニールシステム及び前記製造床上で位置決めされる第４アニールシステムをさらに備え、
前記第３アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、
前記垂直炉の下に配置され、前記ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
を備え、
前記第４アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、
前記垂直炉の下に配置され、前記ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
を備え、
前記第３及び第４アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように前記製造床上で位置決めされる、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項１２】
前記第１アニールシステムのための前記垂直炉及び前記第２アニールシステムのための前記垂直炉は、各々、内側円筒状絶縁管及びその外表面を囲む少なくとも１つの加熱要素を備え、前記内側円筒状絶縁管は、前記処理スペースを画定する、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項１３】
前記第１及び第２アニールシステムの各々のための前記少なくとも１つの加熱要素は、前記複数のワークピースの温度を約６００℃までの範囲のピーク温度まで上昇させるように構成される、
請求項１２に記載の製造システム。
【請求項１４】
前記製造システムは、
２つのワークピースを前記第１アニールシステムのための前記ワークピースボートに一度にロード及びアンロードするように構成される第１ワークピース・ハンドリングロボットと、
２つのワークピースを前記第２アニールシステムのための前記ワークピースボートに一度にロード及びアンロードするように構成される第２ワークピース・ハンドリングロボットと、
をさらに備える、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項１５】
前記第１及び第２アニールシステムの各々のための前記ワークピース・ハンドリングロボットは、２つのワークピースを前記ワークピースボートに一度にロードするように構成される、
請求項１４に記載の製造システム。
【請求項１６】
前記第１及び第２アニールシステムの各々のための前記ワークピース・ハンドリングロボットは、２つのワークピースを前記ワークピースボートから一度にアンロードするように構成される、
請求項１４に記載の製造システム。
【請求項１７】
前記第１及び第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、超電導磁石、電磁石、永久磁石、ソレノイド磁石又はヘルムホルツ磁石の少なくとも１つを備える、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項１８】
前記第１及び第２アニールシステムは、各々、前記垂直炉の下に配置されるワークピースボート・ターンテーブルをさらに備え、前記ワークピースボート・ターンテーブルは、少なくとも２つのワークピースボートを支持し、処理位置とロード／アンロード位置との間で前記少なくとも２つのワークピースボートにインデックスを付けるように構成される、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項１９】
前記第１及び第２アニールシステムの各々のための前記ボートローダは、
垂直に配向され、前記垂直炉内で前記ワークピースボートを位置付けるのに十分に長い長さ（Ｌａ）によって特徴付けられるローディングアームと、
前記ローディングアームの遠位端に位置し、前記ワークピースボートを前記垂直炉にロードするとき及び前記ワークピースボートを前記垂直炉からアンロードするとき、前記ワークピースボートを係合し、支持するように構成されるプラットフォームと、
前記ローディングアームの対向する遠位端に位置し、前記ワークピースボートを垂直に並進させるように構成される駆動システムと、
を備える、
請求項１に記載の製造システム。
【請求項２０】
前記第１及び第２アニールシステムの各々のための前記ローディングアームは、後退可能なローディングアームである、
請求項１９に記載の製造システム。
【請求項２１】
ワークピースの複数のバッチをアニールする方法であって、
製造床上で位置決めされる第１アニールシステムのための第１ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、
前記第１アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
前記垂直炉の下に配置され、前記第１ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
をさらに備え、
製造床上で位置決めされる第２アニールシステムのための第２ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、
前記第２アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
前記垂直炉の下に配置され、前記第２ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
をさらに備え、
前記第１及び第２アニールシステムのための前記ボートローダを用いて、前記第１及び第２ワークピースを前記垂直炉の前記処理スペース内に垂直に並進させ、
前記第１ワークピースボートにロードされた前記少なくとも１００のワークピースのための温度及び前記第２ワークピースボートにロードされた前記少なくとも１００のワークピースのための温度を上昇させ、
前記第１アニールシステムのための前記磁石を用いて、前記第１アニールシステムのための前記処理スペース内で磁場を生成するとともに、前記第２アニールシステムのための前記磁石を用いて、前記第２アニールシステムのための前記処理スペース内で磁場を生成し、
前記第１及び第２アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように前記製造床上で位置決めされる、
方法。
【請求項２２】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、垂直な受動磁石を備える、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１及び第２アニールシステムは、３．５メートルから４．２メートルの高さ制限未満の組み合わせた垂直設置面積を有するようにさらに構成される、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、前記磁石の中間の垂直軸から距離（Ｘ）内で５−ガウスに減少する磁場を有し、０．４メートル≦Ｘ≦１．１メートルである、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記第１アニールシステムのための前記磁石及び前記第２アニールシステムのための前記磁石は、各々、各アニールシステムのための前記処理スペース内でレベル（Ｍ）までの磁場を提供し、Ｍ≧１テスラである、
請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、前記第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、前記第１アニールシステムに関連付けられた前記５−ガウス力線に前記距離（Ｘ）の１０パーセント以下でオーバラップする、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、前記第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、前記第１アニールシステムに関連付けられた前記５−ガウス力線に前記距離（Ｘ）の０．２パーセント以下でオーバラップする、
請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１及び第２アニールシステムは、オフセットされ、並んだ配置で位置決めされる、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記方法は、
前記第１及び第２アニールシステムの第１側に位置する第１サービスエリアから前記第１アニールシステムにサービスするために前記第１アニールシステムにアクセスすることと、
前記第１及び第２アニールシステムの第２側に位置する第２サービスエリアから前記第２アニールシステムにサービスするために前記第２アニールシステムにアクセスすることと、
をさらに含む、
請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
製造床上で位置決めされる第３アニールシステムのための第３ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、
前記第３アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
前記垂直炉の下に配置され、前記第３ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
をさらに備え、
製造床上で位置決めされる第４アニールシステムのための第４ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、
前記第４アニールシステムは、
処理スペースを有する垂直炉と、
前記垂直炉の下に配置され、前記第４ワークピースボートを垂直に並進させ、前記処理スペース内で前記ワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、
前記垂直炉の外側に位置決めされ、前記処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、
をさらに備え、
前記第３及び第４アニールシステムのための前記ボートローダを用いて、前記第３及び第４ワークピースを前記垂直炉の前記処理スペース内に垂直に並進させ、
前記第３ワークピースボートにロードされた前記少なくとも１００のワークピースのための温度及び前記第４ワークピースボートにロードされた前記少なくとも１００のワークピースのための温度を上昇させ、
前記第３アニールシステムのための前記磁石を用いて、前記第３アニールシステムのための前記処理スペース内で磁場を生成するとともに、前記第４アニールシステムのための前記磁石を用いて、前記第４アニールシステムのための前記処理スペース内で磁場を生成し、
前記第３及び第４アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように前記製造床上で位置決めされる、
請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、２０１７年５月８日に出願された米国特許出願第１５／５８９，６１３の優先権を主張し、その全内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、マイクロ電子ワークピースを処理するためのアニールシステム及び方法に関するものであり、特には、マイクロ電子ワークピース上の磁気材料を含む１つ又は複数の層をアニールするためのシステム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
半導体デバイス形成は、基板上の多層材料の形成、パターニング及び除去に関連した一連の製造技術を含む。磁気アニールは、従来の相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）論理ベースのマイクロ電子ワークピースと互換性をもつ磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）デバイスを製造するのに必要な３つの処理のうちの１つである。ワークピースのアニールに成功するために、強磁性層は、結晶が冷却時に共通方向に配向するのに十分長い期間、磁場内で所定の温度で保持されなければならない。「浸漬」とも呼ばれるこの処理は、不活性、還元又は真空環境において実行され、ワークピースが所定の温度で保持される間、ワークピースの酸化を防止する。
【０００４】
磁気アニール装置は、一般的に、バッチモードで動作する、すなわち、複数のワークピースは、同時にアニールされて、一連のステップを実行する。一例として、これらのステップは、典型的には０．０２から７．０Ｔ（テスラ）の磁場の中で、ワークピースを加熱、浸漬及び冷却することを含む。ＭＲＡＭデバイス製造のコストは、磁気アニールツールに関連があり、全体のサーマル／アニールサイクルによって決定されるように、生産性（１時間当たり製造される合格デバイス）は、密度（ワークピース当たりのデバイス数）と、スループット（１時間当たりのワークピース）と、収率（処理されるデバイスの全数に対する合格デバイスの比）と、の積である。
【０００５】
従来は、面内及び面外の磁石配向のための磁気アニールシステムは、水平又は垂直配向である。そして、製造施設床面積は高価であり、ツール設置面積及びワークピース・スループットは、上記したように実施を成功するために重要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
垂直マルチ・バッチ垂直磁気アニールシステムを用いて、マイクロ電子ワークピースを処理するためのアニールシステム及び方法のための実施形態が記載され、複数のアニールシステムの並んだ構成により、設置面積（footprint）の減少の成立が可能になる。
【０００７】
一実施形態では、ワークピースの複数のバッチをアニールする開示される製造システムは、製造床上で位置決めされる第１アニールシステム及び製造床上で位置決めされる第２アニールシステムを含む。第１アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、を含む。第２アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、を含む。さらに製造システムのために、第１及び第２アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように製造床上で位置決めされる。
【０００８】
追加の実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、垂直な受動磁石を含む。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムは、３．５メートルから４．２メートルの高さ制限未満の組み合わせた垂直設置面積を有するようにさらに構成される。
【０００９】
追加の実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、磁石の中間の垂直軸から距離（Ｘ）内で５−ガウスに減少する磁場を有し、０．４メートル≦Ｘ≦１．１メートルである。さらなる実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、各アニールシステムのための処理スペース内でレベル（Ｍ）までの磁場を提供し、Ｍ≧１テスラである。さらなる実施形態では、第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線に距離（Ｘ）の１０パーセント以下でオーバラップする。追加のさらなる実施形態では、第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線に距離（Ｘ）の０．２パーセント以下でオーバラップする。
【００１０】
追加の実施形態では、第１及び第２アニールシステムは、オフセットされ、並んだ配置で位置決めされる。さらなる実施形態では、製造システムは、第１アニールシステムに隣接して位置する電気、ガス及び水システムの第１セットと、第２アニールシステムに隣接して位置する電気、ガス及び水システムの第２セットと、をさらに含む。さらなる実施形態では、製造システムは、第１及び第２アニールシステムの第１端に隣接して位置する、第１アニールシステムへのアクセスのための第１サービスエリアと、第１及び第２アニールシステムの第２端に隣接して位置する、第２アニールシステムへのアクセスのための第２サービスエリアと、を含む。
【００１１】
追加の実施形態では、製造システムは、製造床上で位置決めされる第３アニールシステム及び製造床上で位置決めされる第４アニールシステムをさらに含む。第３アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、を含む。位置決めされる第４アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、少なくとも１００のワークピースを担持するワークピースボートと、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、を含む。第３及び第４アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように製造床上で位置決めされる。
【００１２】
追加の実施形態では、第１アニールシステムのための垂直炉及び第２アニールシステムのための垂直炉は、各々、内側円筒状絶縁管及びその外表面を囲む少なくとも１つの加熱要素を含み、内側円筒状絶縁管は、処理スペースを画定する。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムの各々のための少なくとも１つの加熱要素は、複数のワークピースの温度を約６００℃までの範囲のピーク温度まで上昇させるように構成される。
【００１３】
追加の実施形態では、製造システムは、２つのワークピースを第１アニールシステムのためのワークピースボートに一度にロード及びアンロードするように構成される第１ワークピース・ハンドリングロボットと、２つのワークピースを第２アニールシステムのためのワークピースボートに一度にロード及びアンロードするように構成される第２ワークピース・ハンドリングロボットと、をさらに含む。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムの各々のためのワークピース・ハンドリングロボットは、２つのワークピースをワークピースボートに一度にロードするように構成される。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムの各々のためのワークピース・ハンドリングロボットは、２つのワークピースをワークピースボートから一度にアンロードするように構成される。
【００１４】
追加の実施形態では、第１及び第２アニールシステムのための磁石システムは、各々、超電導磁石、電磁石、永久磁石、ソレノイド磁石又はヘルムホルツ磁石の少なくとも１つを含む。
【００１５】
追加の実施形態では、第１及び第２アニールシステムは、各々、垂直炉の下に配置されるワークピースボート・ターンテーブルをさらに含み、ワークピースボート・ターンテーブルは、少なくとも２つのワークピースボートを支持し、処理位置とロード／アンロード位置との間で少なくとも２つのワークピースボートにインデックスを付けるように構成される。
【００１６】
追加の実施形態では、第１及び第２アニールシステムの各々のためのボートローダは、ローディングアーム、プラットフォーム及び駆動システムを含む。ローディングアームは、垂直に配向され、垂直炉内でワークピースボートを位置付けるのに十分に長い長さ（Ｌａ）によって特徴付けられ、プラットフォームは、ローディングアームの遠位端に位置し、ワークピースボートを垂直炉にロードするとき及びワークピースボートを垂直炉からアンロードするとき、ワークピースボートを係合し、支持するように構成され、駆動システムは、ローディングアームの対向する遠位端に位置し、ワークピースボートを垂直に並進させるように構成される。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムの各々のためのローディングアームは、後退可能なローディングアームである。
【００１７】
一実施形態では、ワークピースの複数のバッチをアニールする開示される方法は、製造床上で位置決めされる第１アニールシステムのための第１ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、製造床上で位置決めされる第２アニールシステムのための第２ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードすることを含む。第１アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、をさらに含む。第２アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、をさらに含む。方法はまた、第１及び第２アニールシステムのためのボートローダを用いて、第１及び第２ワークピースを垂直炉の処理スペース内に垂直に並進させ、第１ワークピースボートにロードされた少なくとも１００のワークピースのための温度及び第２ワークピースボートにロードされた少なくとも１００のワークピースのための温度を上昇させ、第１アニールシステムのための磁石を用いて、第１アニールシステムのための処理スペース内で磁場を生成するとともに、第２アニールシステムのための磁石システムを用いて、第２アニールシステムのための処理スペース内で磁場を生成することを含む。さらに方法では、第１及び第２アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように製造床上で位置決めされる。
【００１８】
追加の実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、垂直な受動磁石を含む。さらなる実施形態では、第１及び第２アニールシステムは、３．５メートルから４．２メートルの高さ制限未満の組み合わせた垂直設置面積を有するようにさらに構成される。
【００１９】
追加の実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、磁石の中間の垂直軸から距離（Ｘ）内で５−ガウスに減少する磁場を有し、０．４メートル≦Ｘ≦１．１メートルである。さらなる実施形態では、第１アニールシステムのための磁石及び第２アニールシステムのための磁石は、各々、各アニールシステムのための処理スペース内でレベル（Ｍ）までの磁場を提供し、Ｍ≧１テスラである。さらなる実施形態では、第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線に距離（Ｘ）の１０パーセント以下でオーバラップする。追加のさらなる実施形態では、第２アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線にオーバラップしない、又は、第１アニールシステムに関連付けられた５−ガウス力線に距離（Ｘ）の０．２パーセント以下でオーバラップする。
【００２０】
追加の実施形態では、第１及び第２アニールシステムは、オフセットされ、並んだ配置で位置決めされる。さらなる実施形態では、方法は、第１及び第２アニールシステムの第１側に位置する第１サービスエリアから第１アニールシステムにサービスするために第１アニールシステムにアクセスすることと、第１及び第２アニールシステムの第２側に位置する第２サービスエリアから第２アニールシステムにサービスするために第２アニールシステムにアクセスすることと、を含む。
【００２１】
追加の実施形態では、方法は、製造床上で位置決めされる第３アニールシステムのための第３ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードし、製造床上で位置決めされる第４アニールシステムのための第４ワークピースボートに少なくとも１００のワークピースをロードする。第３アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、をさらに含む。第４アニールシステムは、処理スペースを有する垂直炉と、垂直炉の下に配置され、ワークピースボートを垂直に並進させ、処理スペース内でワークピースを位置決めするように構成されるボートローダと、垂直炉の外側に位置決めされ、処理スペース内で磁場を生成するように構成される磁石と、をさらに含む。方法はまた、第３及び第４アニールシステムのためのボートローダを用いて、第３及び第４ワークピースを垂直炉の処理スペース内に垂直に並進させ、第３ワークピースボートにロードされた少なくとも１００のワークピースのための温度及び第４ワークピースボートにロードされた少なくとも１００のワークピースのための温度を上昇させ、第３アニールシステムのための磁石を用いて、第３アニールシステムのための処理スペース内で磁場を生成するとともに、第４アニールシステムのための磁石システムを用いて、第４アニールシステムのための処理スペース内で磁場を生成することを含む。さらに方法では、第３及び第４アニールシステムは、９．５ｍ２（平方メートル）未満の組み合わせた設置面積を有するように製造床上で位置決めされる。
【００２２】
必要に応じて、異なる又は追加の特徴、バリエーション及び実施形態が実施可能であり、同様に、関連したシステム及び方法を利用可能である。
【００２３】
本発明及び本発明の利点のより完全な理解は、添付の図面を参照して以下の説明を参照することによって得ることができ、図面では、類似の参照符号は類似の特徴を示す。しかしながら、添付の図面が開示された概念の例示的実施形態のみを示し、それゆえ、範囲を制限するものとみなすべきではなく、開示された概念は、他の等しく有効な実施形態として認められることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態に従うアニールシステムのための例示的実施形態の側面図の概略図である。
【図２】図１において表されるアニールシステムの他の概略図である。
【図３】図１において表されるアニールシステムの平面図の概略図である。
【図４】一実施例に従うアニールシステムの少なくとも部分の断面図を提供する。
【図５】垂直マルチ・バッチ磁気アニールシステム用に用いることができる垂直な受動磁石に関連付けられた磁場のための例示的実施形態であり、製造床上でオフセットされ、並んだ構成により、設置面積の減少の成立が可能になる。
【図６】図５に関して記載されている特性を有する磁石を用いる複数のアニールシステムのためのオフセットされ、並んだ構成のための例示的実施形態の平面図である。
【図７】図６に示されるアニールシステムのうちの２つのための例示的実施形態の一例となる正面図である。
【図８】一実施形態に従うアニールシステムの複数のワークピースをアニールするための方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
垂直マルチ・バッチ垂直磁気アニールシステムを用いて、マイクロ電子ワークピースを処理するためのアニールシステム及び方法のための実施形態が記載され、複数のアニールシステムの並んだ構成により、設置面積の減少の成立が可能になる。
【００２６】
本明細書において記載されている特定の例示的実施形態は、２００×３００ｍｍのウェーハバッチサイズのウェーハを処理することができ、３．５メートル（ｍ）から４．２ｍの高さ制限内のツール設置面積を保持するとともに、９．５ｍ２（平方メートル）未満の床設置面積を有する垂直磁気アニールシステムを含む。アニールシステムの実施形態はまた、オフセットされ、並んだ位置決めを可能にするように構成され、全体の製造設置面積を減少し、アニールシステムの各々に対する横の保守アクセスの要件を除去する。さらに、アニールシステムの実施形態は、ソレノイド磁石、超電導磁石、電磁石、永久磁石及び／又は他の磁石システムを組み込むことができる。さらに、アニールシステムの実施形態は、制御処理環境のための真空オーブン、ウェーハ転送システム、ウェーハハンドリングロボット、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）ストッカ、制御ミニ環境、ガス／水／気学分配及び／又は他のシステム特徴又は構成要素を含むことができる。必要に応じて、追加の特徴及び変更を実施することができ、同様に、関連したシステム及び方法が利用可能である。
【００２７】
この明細書全体にわたり、「実施形態」又は「一実施形態」に対する参照は、実施形態に関連して記載されている特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するが、すべての実施形態に存在することを意味するわけではないことに最初に留意されたい。それゆえ、この明細書全体にさまざまな場所に現れる「一実施形態において」又は「実施形態において」というフレーズは、必ずしも本発明の同一の実施形態を参照するわけではない。さらに、特定の特徴、構造、材料又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わされてもよい。さまざまな追加の層及び／又は構造が他の実施形態に含まれてもよい、及び／又は、記載されている特徴が他の実施形態において省略されてもよい。
【００２８】
本明細書で用いられる「マイクロ電子ワークピース」は、一般的に、本発明に従って処理されている物体を意味する。マイクロ電子ワークピースは、デバイス、特に半導体又は他の電子デバイスの任意の具体的な部分又は構造を含んでもよく、例えば、ベース基板構造、例えば半導体基板、又は、ベース基板構造上の層、例えば薄膜でもよい。このように、ワークピースは、パターンの有無にかかわらず、いかなる特定のベース構造、下層又は上層に限定されることを意図せず、むしろ、この種の層又はベース構造及び層及び／又はベース構造の任意の組み合わせを含むことをもくろむ。下記の説明は特定のタイプの基板を参照しうるが、これは図示の目的のためだけであり、限定するためではない。
【００２９】
本明細書で用いられる「基板」という用語は、材料が形成されるベース材料又は構造を意味し、含む。基板が単一の材料、異なる材料の複数の層、異なる材料又は異なる構造の領域を有する１つ又は複数の層などを含んでもよいことを認識されたい。これらの材料は、半導体、絶縁体、導体又はそれらの組み合わせを含んでもよい。例えば、基板は、半導体基板、支持構造上のベース半導体層、金属電極、又は、その上に形成される１つ又は複数の層、構造又は領域を有する半導体基板でもよい。基板は、半導体材料の層を備える従来のシリコン基板又は他のバルク基板でもよい。本明細書において、「バルク基板」という用語は、シリコンウェーハだけでなく、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板、例えばシリコン・オン・サファイヤ（ＳＯＳ）基板及びシリコン・オン・ガラス（ＳＯＧ）基板、ベース半導体基礎上のシリコンのエピタキシャル層、及び、他の半導体又は光電子材料、例えばシリコン・ゲルマニウム、ゲルマニウム、ガリウムヒ化、窒化ガリウム及びリン化インジウムも意味し、含む。基板は、不純物をドープしてもしなくてもよい。
【００３０】
マイクロ電子ワークピースをアニールするためのシステム及び方法は、各種実施形態に記載されている。当業者は、各種実施形態が具体的な詳細の１つ又は複数なしで又は他の交替及び／又は追加の方法、材料又は構成要素によって実施されうると認識する。他の例では、周知の構造、材料又は動作は、本発明の各種実施形態の態様を曖昧にするのを回避するために、詳細に図示又は記載されない。同様に、説明のために、特定の数、材料及び構成は、本発明の完全な理解を提供するために記載される。それにもかかわらず、本発明は、特定の詳細なしで実施されうる。さらに、図示される各種実施形態が図示表現であり、必ずしも一定の比率で描画されているわけではないことを理解されたい。類似の参照符号が、明細書及び図面の類似の項目を示すために利用されるように、明細書内で用いられる参照符号が、１つ又は複数の前の図面及び／又は後の図面に現れる類似の参照符号を意味してもよいことに留意されたい。
【００３１】
以下、図面を参照すると、図１から図４は、百（１００）のワークピース容量及びＳＥＭＩ  Ｓ２高さ要件（３．５ｍ）と互換性をもつ磁気アニールシステムのための構成を提供する例示的実施形態を記載する。図８は、一実施形態に従うアニールシステム内での複数のワークピースをアニールするための方法のための例示的実施形態を提供する。これらの実施形態は、追加の実施形態と同様に、米国特許第９，４１０，７４２号内においても記載され、それは、参照によって本明細書に完全に組み込まれる。
【００３２】
図５から図７は、垂直マルチ・バッチ垂直磁気アニールシステムを用いて、マイクロ電子ワークピース上の磁気材料を含む１つ又は複数の層をアニールするためのシステム及び方法のための例示的実施形態を提供する。これらの開示された実施形態は、２００×３００ｍｍのウェーハバッチサイズのウェーハを処理することができ、３．５メートル（ｍ）から４．２ｍの高さ制限内のツール設置面積を保持するとともに、９．５ｍ２（平方メートル）未満の床設置面積を有する垂直磁気アニールシステムを含む。アニールシステムは、並んだ位置決めによって、全体の製造設置面積を減少し、アニールシステムに対する横の保守アクセスの要件を除去することができる。これらの実施形態は、米国特許第９，４１０，７４２号において開示される実施形態を改良するものであり、それはまた、本明細書に完全に組み込まれる。
【００３３】
以下、図１及び図２を参照すると、一実施形態に従って、複数のワークピースをアニールするためのアニールシステムが示される。アニールシステム１００は、垂直炉１１０を含み、垂直炉１１０は、内側円筒状絶縁管１１２及びその外表面を囲む少なくとも１つの加熱要素アセンブリ１１６を有し、内側円筒状絶縁管１１２は、処理スペース１１４を画定し、複数のワークピース１２２は、処理スペース１１４内に垂直に並進でき、熱及び／又は磁気処理を受けることができる。
【００３４】
ワークピースが、半導体基板、ウェーハ、ＭＲＡＭデバイス／チップ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）ヘッド、ハードディスクドライブ、及び、存在する磁場の有無にかかわらず高い温度でアニールできる他の任意のデバイスとすることができることは、当業者によって理解されるものである。ワークピースは、例えば、ＭＲＡＭデバイスの製造において用いられる半導体ウェーハ、ＭＴＪデバイスの製造において用いられるウェーハ、ＧＭＲセンサ、高い温度での金属物の磁化、磁気薄膜の消磁、及び、磁場の影響下でアニールを必要とする他の物体を含んでもよい。
【００３５】
アニールシステム１００は、少なくとも１００のワークピース１２２を担持するためのワークピースボート１２０及び垂直炉１１０の下に配置されるボートローダ１３０をさらに含み、ワークピースボート１２０を垂直に並進し、ワークピース１２２を処理スペース１１４内で位置決めするように構成される。ワークピース１２２は、ワークピース１２２を処理スペース１１４内で密集するために、水平な配向で配置されてもよい。この配向では、例えば、面外（例えば、垂直）磁気アニールを実行してもよい。ウェーハが処理されるとき、半導体ワークピースを含んでもよいワークピース１２２は、約２ｍｍから約１０ｍｍの不変又は可変のピッチで配置され、熱サイクルを効果的に実行してもよい。例えば、複数のワークピースは、ワークピースボート１２０内に６．５ｍｍ以下のピッチで配置されてもよい。さらに別の例として、ピッチは、４ｍｍから４．５ｍｍの範囲でもよい。
【００３６】
さらに、図１及び図３に示すように、アニールシステム１００は、垂直炉１１０の下に配置されるワークピースボート搬送システム１５０を含み、ワークピースボート搬送システム１５０は、少なくとも２つのワークピースボート１２１、１２３を支持し、処理位置１５２とロード／アンロード位置１５４との間で少なくとも２つのワークピースボート１２１、１２３にインデックスを付けるように構成される。ワークピースボート搬送システム１５０は、ボートローダ１３０がワークピースボート１２０を係合し、ワークピースボート１２０を垂直炉１１０内に及び垂直炉１１０から垂直に並進できるための開口１５５を有する。ボートローダ１３０及びワークピースボート搬送システム１５０は、囲い１６０内に収納され、汚染環境の減少を容易にしてもよい。
【００３７】
ボートローダ１３０は、処理位置１５２においてであるが、垂直炉１１０の下の第１高度１３１に位置決めされる。図２において、ボートローダ１３０は、処理位置１５２においてであるが、第２高度１３２に位置決めされ、ワークピースボート１２０及びワークピース１２２は、垂直炉１１０内に配置される。垂直高度の変化を達成するために、ボートローダ１３０は、垂直に配向され、長さ１０４（Ｌａ）によって特徴付けられるローディングアーム１３５を含み、長さ１０４（Ｌａ）は、磁石システム１４０及び垂直炉１１０のボア内にワークピースボート１２０を位置付けるのに十分に長い。ローディングアーム１３５の長さＬａは、約１ｍまでの範囲でもよい。ボートローダ１３０は、ローディングアーム１３５の遠位端に位置するプラットフォーム１３６と、ローディングアーム１３５の対向する遠位端に位置する駆動システム１３８と、をさらに含み、プラットフォーム１３６は、ワークピースボート１２０を垂直炉１１０にロードするとき及びワークピースボート１２０を垂直炉１１０からアンロードするとき、ワークピースボート１２０を係合し、支持するように構成され、駆動システム１３８は、ワークピースボート１２０を垂直に並進するように構成される。
【００３８】
図１に示すように、アニールシステム１００は、３．５００ｍ以下の全高１０１を有する。そのために例えば、（垂直炉１１０の一番下からワークピースボート搬送システム１５０までの）垂直炉１１０の下の囲い１６０の高さ１０２は、１．４００ｍ以下であり、ワークピーススタックの高さ１０３は、０．４６０ｍ以下である。
【００３９】
第２高度において、垂直炉１１０は、封止され、ポンプシステム１７０を用いて、周囲圧力に対して減圧され、真空状態にされてもよい。処理ガスは、ガス供給源（図示せず）から所定の流量で垂直炉１１０に導入されてもよいし、されなくてもよい。図１及び図２に示すように、垂直炉１１０は、排気ライン１７１を介して、処理チャンバから排気し、真空を形成するためのポンプシステム１７０に接続される。ポンプシステム１７０は、真空ポンプ１７３及び弁１７２を含んでもよく、真空ポンプ１７３及び弁１７２は、協力して、１０−８から１００トルの範囲に制御可能に真空状態にすることができる。例示的な実施形態において、真空ポンプ１７３は、粗引きポンプ及び／又は高真空ポンプを含んでもよい。粗引きポンプは、約１０−３トルまでの真空状態にするために使用され、高真空ポンプは、真空圧を１０−７トル以下までさらに減少するためにその後使用される。粗引きポンプは、オイルシールポンプ又はドライポンプの中から選択可能であり、高真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、拡散ポンプ、クライオポンプ又は必要な真空状態にできる他の任意のデバイスから選択可能である。
【００４０】
さらに、アニールシステム１００は、加熱要素アセンブリ１１６に結合された温度制御システム（図示せず）を含み、温度制御システムは、ワークピース１２２の温度を、温度の所定の値又は値のシーケンスに制御可能に調整するように構成される。温度制御システムは、加熱要素の１つ又は複数のアレイを含んでもよく、加熱要素の１つ又は複数のアレイは、垂直炉１１０の周りに、又は、垂直炉１１０に隣接して配置され（例えば、垂直炉１１０を囲むように配置され）、アニール温度レシピに従ってワークピース１２２を加熱及び冷却するように構成される。例えば、加熱要素の１つ又は複数のアレイは、１つ又は複数の抵抗加熱要素、１つ又は複数の加熱又は冷却された流体管又はジャケット、１つ又は複数の放射源（例えば、赤外線（ＩＲ）源／ランプ、紫外線（ＵＶ）源／ランプなど）などを含んでもよい。
【００４１】
さらに、アニールシステム１００は、垂直炉１１０の外側に配置される磁石システム１４０を含み、磁石システム１４０は、処理スペース１１４内で磁場を生成するように構成される。磁場は、垂直炉１１０の内部で所定の磁気強度及び配向を備えるように設計されてもよい。磁石システム１４０は、垂直炉１１０の周りに、又は、垂直炉１１０に隣接してソレノイド又はヘルムホルツ構成に配置される１つ又は複数の磁石を含んでもよい。例えば、磁石システム１４０は、超電導磁石、電磁石又は永久磁石又はその２つ以上の組み合わせを含んでもよい。磁石システム１４０は、垂直炉１１０内で約０．０２から１０Ｔ（テスラ）の範囲の磁場を生成するように構成可能である。
【００４２】
図示されてはいないが、アニールシステム１００は、コントローラを含んでもよく、コントローラは、温度制御システム、磁石システム１４０及びポンプシステム１７０に結合され、アニールシステム１００の構成要素との間でプログラム可能な命令及びデータを送受信するように構成される。例えば、コントローラは、ワークピースのアニール温度、アニール期間、磁気強度、垂直炉１１０内の圧力、垂直炉１１０に送達される処理ガス流量（存在する場合）及びこれらの処理パラメータのいずれかの時間的及び／又は空間的変化を制御するようにプログラムされてもよい。
【００４３】
以下、図４を参照すると、アニールシステム４００の少なくとも部分の断面図が一実施形態に従って提供される。より詳しくは、この部分断面図は、垂直炉１１０の構造を詳述し、垂直炉１１０は、垂直炉４１０の外側の磁石ボアの内壁４４０から開始し、ワークピース４２２が処理される処理スペース４１４に放射状に内部へ進む。
【００４４】
内側円筒状絶縁管４１２は、処理スペース４１４を囲む。内側円筒状絶縁管４１２は、ワークピース４２２を囲み、処理スペース４１４と加熱要素アセンブリ４１６との間のバリアを形成する。内側円筒状絶縁管４１２は、取り外し可能なガスケットシール（例えば、Ｏリング）によって、いずれかの遠位端で封止されてもよい。さらにまた、内側円筒状絶縁管４１２は、半導体製造の使用に適している任意のタイプの材料のタイプからなってもよい。好ましい材料は、高放射率、高熱伝導性又は低熱容量又はそれらの組み合わせを有するものである。典型的には、内側円筒状絶縁管４１２は、０．７８から１０００ミクロンの範囲の電磁スペクトル（例えば、赤外スペクトル）の波長を部分的透過する透明な溶融石英ガラス（すなわち、クォーツ）、又は、高放射率及び熱伝導率を有する炭化ケイ素から製造される。
【００４５】
１００から４００℃の温度範囲においてシリコンワークピースを製造するとき、例えば、クォーツ壁又は管の透過性は、キルヒホッフの法則に従って、５から１２パーセントの範囲であり、クォーツの放射率は、８８から９５パーセントの範囲である。代替的には、内側円筒状絶縁管４１２は、ステンレス鋼を含むことができる。ステンレス鋼は、クォーツ又は炭化ケイ素より低い放射率を有するが、管はより薄く製造でき、それによって、総熱容量を減少するとともに、磁石のボア寸法も減少する。さらにまた、ステンレス鋼は、クォーツ又は炭化ケイ素では不可能な他の方法で溶接又は封止可能である。
【００４６】
加熱要素アセンブリ４１６は、内側円筒状絶縁管４１２を囲む。加熱要素アセンブリ４１６は、１つ又は複数の加熱要素（例えば抵抗加熱要素）を含む。好ましくは、加熱要素は、アニール温度を提供及び維持するのに十分な電気抵抗ヒータのアレイから選択される。本明細書において利用されるように、製造されているデバイスに応じて、アニール温度は、約２００から１０００℃の範囲である。さらに、加熱要素は、加熱要素が配置される強い磁場によって生成される力を相殺するように巻回されてもよい。
【００４７】
一例として、１つ又は複数の加熱要素は、ニッケル・クロム合金又は鉄クロム合金からなる金属加熱要素、セラミック加熱要素又は組み合わせた加熱要素を含んでもよい。さらにまた、加熱要素アセンブリ４１６は、例えば、１つ又は複数のセンサ４１３を用いて独立して監視及び制御可能な１つ又は複数の加熱要素アセンブリゾーンを含んでもよい。例えば、空間的に制御され又は均一にワークピース４２２を加熱することは、エネルギーをそれぞれ提供し、加熱要素アセンブリ４１６内のさまざまな加熱要素を制御することによって達成可能である。一実施形態では、加熱要素は、軸方向に３つの異なるゾーンに分割され、中央ゾーンのヒータは、ワークピーススタックに整列する。そして、２つの端ゾーンのヒータは、それぞれ、中央ヒータの上下に設けられ、独立して制御される。代替的には、中央ゾーンのヒータは、独立して制御される２つの中央加熱ゾーンに分割されてもよい。
【００４８】
他の実施形態では、ヒータは、方位角によって別々のゾーンに分割可能である、例えば、各々が１２０℃をカバーする３つのヒータに分割可能である。各加熱ゾーンに入力されるパワーは、別々に変化し、均一の加熱を達成することができる。一般的に、加熱要素及び内側円筒状絶縁管４１２の熱量は、最小化され、所定の温度上昇のためのパワー入力及び所定の温度低下のための加熱除去を減少しなければならない。換言すれば、ワークピース４２２がシステム内の最大熱量であることが望ましい。このように、温度不均一の可能性は、大いに減少される。
【００４９】
特定の実施形態では、加熱要素アセンブリ４１６は、要素チャンバを含んでもよく、要素チャンバは、封止可能であり、要素チャンバ内を真空状態にするための手段に流体接続可能である。真空状態にするための手段は、垂直炉１１０に対して上記のポンプの任意の１つ又は複数を含んでもよい。別々に、伝熱ガスは、要素チャンバに導入可能であり、加熱要素を囲む環境は制御されてもよい。
【００５０】
絶縁層４１７は、加熱要素アセンブリ４１６を囲み、加熱要素アセンブリ４１６から磁石システムを熱的に保護する。絶縁層４１７は、Ｍｉｃｒｏｔｈｅｒｍ  ｎｖ（ベルギー）から市販されているＭＩＣＲＯＴＨＥＲＭ（Ｒ）パネルを含んでもよい。
【００５１】
一対の外側の円筒形チューブ４１８、４１９を含む冷却ジャケットは、絶縁された加熱要素アセンブリ４１６を囲み、一対の外側の円筒形チューブ４１８、４１９の間に伝熱流体を流すための環状チャネル４１５が存在する。伝熱流体は、環状チャネル４１５を通り、１分当たり約１から２０リットル（例えば、１分当たり５から１０リットル）の流速で、約２０℃の温度で（他の温度でもよい）循環可能である。加熱要素アセンブリ４１６、又は、加熱要素アセンブリ４１６及び垂直炉４１０が伝導モードで動作しているとき（すなわち、サーマル／アニールサイクルの冷却段階の間）、環状チャネル４１５は、最大伝熱効率のために構成され、外側の温度を約３５度℃未満に維持することによって磁石システムを過熱することを防止する。環状チャネル４１５内で使用される伝熱流体は、水、水及びエチレングリコールの５０／５０の溶液、又は、必要な冷却温度を提供する任意の流体を含むが、これらに限定されるものではない。エチレングリコールが用いられる場合、２０℃より低い冷却温度を得ることができる。強制空冷を用いることもできる。
【００５２】
アニールシステム１００、４００は、ワークピースの磁気及び非磁性アニールのために動作可能でもよい。アニール温度レシピを含むアニール処理条件は、ワークピース上でアニールされる所望のフィルム特性に応じて選択される。
【００５３】
図５から図７は、図１から図４に記載されているアニールシステムに対する改良を提供する。特に、例示的実施形態は、図５から図７に関して記載され、垂直マルチ・バッチ垂直磁気アニールシステムを用いて、マイクロ電子ワークピース上の磁気材料を含む１つ又は複数の層をアニールするためのシステム及び方法を提供し、複数のアニールシステムの構成により、設置面積の減少の成立が可能になる。上記のように、これらの開示された実施形態は、２００×３００ｍｍのウェーハバッチサイズのウェーハを処理することができ、３．５ｍから４．２ｍの高さ制限内のツール設置面積を保持するとともに、９．５ｍ２未満の床設置面積を有する垂直磁気アニールシステムを含む。アニールシステムは、並んだ位置決めを可能にするように構成され、全体の製造設置面積を減少し、アニールシステムに対する横の保守アクセスの要件を除去する。
【００５４】
図５は、本明細書において記載されているアニールシステム１００内の磁石システム１４０内で使用可能な垂直な受動磁石５０２に関連付けられた磁場のための例示的実施形態５００である（少なくともアニールシステムの一部のための図４に示される実施形態４００を含むことができる）。さらに、図６から図７に関してより詳細に説明したように、垂直な受動磁石５０２及び／又は類似特性を有する磁気の使用は、製造床の設置面積要件を減少する複数のアニールシステムの有利なオフセットされ、並んだ構成を可能にする。
【００５５】
実施形態５００において、磁力線は、垂直な受動磁石５０２の中央を通るＹ（水平）軸５０６に対して、かつ、垂直な受動磁石５０２の中央を通るＺ（垂直）軸５０８に対して示される。特に、５−ガウス（すなわち、５×１０−４テスラ（Ｔ））磁力線５０４。図示するように、垂直な受動磁石５０２のためのこの５−ガウス磁力線５０４は、Ｙ軸に対して±方向に約１００ｃｍまで延在し、Ｚ軸５０８に対して±方向に約１８０ｃｍまで延在する。好ましくは、垂直な受動磁石５０２は、少なくとも１Ｔまで（例えば、Ｍ≧１Ｔ）及び好ましくは少なくとも５Ｔまで（例えば、Ｍ≧１Ｔ）のアニールシステム１００のための処理スペース１１４内の磁場（Ｍ）を提供し、それは垂直な受動磁石５０２の中央を通るＺ（垂直）軸５０８から０．４ｍと約１．１ｍとの間（例えば、０．４≦Ｘ≦１．１ｍ）に落ちる５−ガウス力線（Ｘ）を有する。
【００５６】
上記のように、類似特性を提供する磁石又は磁石システムを、垂直な受動磁石５０２の代わりに用いることもできる。例えば、ソレノイド磁石、超電導磁石、電磁石、永久磁石及び／又は他の磁石構成を、垂直な受動磁石５０２のために用いることができる。垂直な受動磁石５０２の１つの例は、以下の特徴を有する垂直な受動磁石である。１０００ｍｍ≦ｈ≦１７００ｍｍ（ミリメートル）の範囲のシステム高さ（ｈ）、２００ｍｍ≦ｄ≦３５０ｍｍの範囲の直径（ｄ）及び５００ｍｍ≦ｈ≦７００ｍｍの範囲の高さ（ｈ）の均一ゾーン、≦±６％の均一性、≦５°（度）の角度均一性、≧１，０００ｋｇの重量、及び、磁石中央から軸方向に≧１．２ｍ及び磁石ボアに対して磁石中央から放射状に≧１ｍの５ガウス漂遊磁場である。
【００５７】
図６は、アニールシステム１００のオフセットされ、図５に関して記載した磁石５０２を用いた並んだ構成のための例示的実施形態６００の平面図である。このオフセットされ、並んだ構成は、所望の設置面積要件を達成するとともに、アニールシステム１００の各々に横のエントリを必要としない。このように、オフセットされ、並んだ位置決めは、全体の製造設置面積を減少し、アニールシステムに対する横の保守アクセスの要件を除去する。さらに、製造システム環境は、追加の構成要素、例えば制御処理環境のための真空オーブン、ウェーハ搬送システム、ウェーハハンドリングロボット、ＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ）ストッカ、制御ミニ環境、ガス／水／気学分配システム及び／又は他のシステム特徴又は構成要素を組み込むことができる。
【００５８】
例えば実施形態６００に表すように、垂直な受動磁石５０２を含む４つの磁気アニールシステム１００は、それらのそれぞれの５−ガウス磁力線５０４とともに示される。垂直な受動磁石５０２又は類似の磁石又は磁石システムを用いることにより提供される利点のため、アニールシステム１００は、５−ガウス磁力線５０４のオーバラップがほとんどない、又は、まったくない状態で、製造床上でオフセットされ、並んだ構成で位置決め可能である。依然として所望の設置面積要件に該当しながら、例えば、１０パーセント以下（例えばオーバラップ≦１０％）、好ましくは０．２％以下（例えばオーバラップ≦０．２％）の５−ガウス磁力線のオーバラップが提供される。このように、複数のアニールシステムのための設置面積は非常に減少し、横の保守アクセスは必要とされない。むしろ、サービス・クリアランス・エリア６０２は、製造床の両方のエッジに設けることができる。これらのサービス・クリアランス・エリア６０２は、アニールシステム１００に関連付けられたさまざまな製造装置及び／又は構成要素に対するアクセスを提供する。例えば、アニールシステム１００のために用いられる電気、水及びガスシステム６０６に対するアクセスが提供される。追加のウェーハ処理装置６０４もまた、製造システム内に含まれうる。この追加のウェーハ処理装置６０４は、例えば、ＦＯＵＰからウェーハを処理ボートまでウェーハ搬送のためのウェーハハンドリングオートメーション、ウェーハＦＯＵＰのハンドリング及び保管のためのＦＯＵＰストッカシステム、プロセスボートをリアクタチャンバ内にロードするためのプロセスボートローディングシステム、及び／又はワークピース処理に関連付けられた他の装置又は構成要素を含むことができる。
【００５９】
実施形態６００のための並んだ構成のための例示的寸法は、ここでは、Ｘ／Ｙ軸によって示される製造床平面に対して記載されている。Ｘ軸のアニールシステム１００のための設置面積は、例えば、幅６１２のために４．０メートルとすることができる。この幅６１２によって、１つのアニールシステム１００が、４つのアニールシステム１００のうちの２つの電気／水／ガスシステム６０６とともに可能になる。設置面積のこの部分に関連付けられたＹ軸長６１０は、例えば、１．１３７メートルとすることができる。Ｘ軸幅６１２によって、２つのアニールシステム１００が、４つのアニールシステム１００のための追加のウェーハ処理装置６０４とともに可能になる。設置面積のこの部分に関連付けられたＹ軸長６０９は、例えば、１．０メートルとすることができる。並んだアニールシステム１００の各対のための全体のＹ軸長６０８は、例えば、２．１３７メートルとすることができる。このようにして、これらの例示的測定値のために、２つのアニールシステム１００及び関連した装置６０４／６０６は、９．５ｍ２未満（例えば、９．５ｍ２未満である２．１３７ｍ×４．０ｍ＝８．５４８ｍ２）の組み合わせた床設置面積を有する。本明細書において記載されているオフセットされ、並んだ実施形態を依然として利用しながら、これらの寸法に対するバリエーションを実施することもできる。
【００６０】
図７は、図６に示されるアニールシステム１００のうちの２つのための例示的実施形態７００の一例となる正面図である。これらのアニールシステム１００の各々は、磁石システムのための垂直な受動磁石５０２を有し、５−ガウス力線５０４は、各々のために表される。図６に示すように、アニールシステム１００のためのオフセットされ、並んだ構成は、磁石システム１４０のための垂直な受動磁石の使用とともに、所望のスループット要件を満たすとともに、必要な設置面積の減少を可能にする。
【００６１】
実施形態７００のためのオフセットされ、並んだ構成のための例示的寸法は、ここでは、Ｙ／Ｚ軸に対して記載されている。アニールシステム１００のための全体のＺ軸高さ７０４は、例えば、３．５メートルとすることができる。好ましくは、このＺ軸高さ７０４は、４．２ｍ未満であるので、組み合わせた設置面積は、３．５メートルから４．２メートルの高さ制限内にある。処理スペース１１４のＺ軸長さは、例えば、０．６５メートルとすることができる。アニールチャンバのＺ軸長さ７０６は、１．７メートルとすることができる。垂直送達システムのためのＺ軸長７０８は、例えば、１．６メートルとすることができる。本明細書において記載されているオフセットされ、並んだ実施形態を依然として利用しながら、これらの寸法に対するバリエーションを実施することもできる。
【００６２】
例示的な実施形態では、結晶を特定方向に配向するように特定の温度でワークピースをアニールする方法が考察される。ワークピース１２２、４２２は、所定の環境内の垂直炉内で処理のためのボート上に配置される。ワークピース１２２、４２２は所定の温度で保持され、磁場は磁石システム１４０を介してオプションで適用される。例えば、オプションで与えられた磁場は、ほぼ０．０５Ｔからほぼ１０Ｔ、例えば、１Ｔ、２Ｔ又は５Ｔの磁場強度を有してもよい。この後者のステップは、一般に「浸漬」ステップと呼ばれる。
【００６３】
その後、所望の冷却効果（すなわち、ワークピース１２２、４２２から環状チャンバ４１５内の伝熱流体への伝熱）を達成するためのステップが行われる。ワークピース１２２、４２２の冷却は、アニールシステム１００、４００からワークピース１２２、４２２を取り出すことができるのに十分に低い温度を達成することに進む。磁気アニールに関連付けられた例示的なアニール処理条件は、以下のような連続アニールシーケンスを含んでもよい。（ｉ）ワークピース１２２、４２２を約４５分間で３００℃まで加熱すること、（ｉｉ）ワークピース１２２、４２２を３００度℃で２時間浸漬すること、及び、（ｉｉｉ）ワークピース１２２、４２２を約１００℃まで約７０分以上冷却すること。
【００６４】
図８は、一実施形態に従ってアニールシステム内の複数のワークピースをアニールする方法を示す。方法は、フローチャート８００に示され、８０２において、少なくとも１００のワークピースの複数のワークピースを第１ワークピースボートにロードするステップから開始する。１つの例示的実施形態では、８０から１２０のワークピースが第１ワークピースボートにロードされ、他の実施形態では、少なくとも１００のワークピースが好ましくは第１ワークピースにロードされる。さらに、少なくとも１つのワークピースは、薄膜の多層スタックを含んでもよく、薄膜の多層スタックは、磁気材料を含む少なくとも１つの層を含む。
【００６５】
多層スタックは、その情報記憶に基づくか又はそのメモリ状態の切り替えのための磁気材料を含む層に応じたメモリセルのようなマイクロ電子デバイスを製造することに適する任意の材料も含んでもよい。これらのデバイスは、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）、電流切り替えトグル磁気構造、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）デバイス、スピントルクトランスファー（ＳＴＴ）デバイス、スピンバルブ及び疑似スピンバルブを含んでもよいが、これらに限定されるものではない。例示的な材料は、金属、例えばＲｕ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｐｔ、Ｔａ、Ｉｒ、Ｍｎなど及び金属合金、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅなどを含んでもよい。そして、これらの材料は、任意の適切な方法、例えばスパッタリング、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）及びそのプラズマ支援バリエーションを用いて堆積してもよい。
【００６６】
一実施形態では、多層スタックは、磁気材料を含む１つ又は複数の層を含む。磁気材料を含む層は、強磁性及び／又は反強磁性材料を含んでもよい。一例として、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を有するマイクロ電子デバイスは、強磁性材料からなり、薄いトンネル障壁、例えば酸化マグネシウム又は酸化アルミニウムによって分離される２つの電極層を含むことができる。２つの電極層の磁気モーメントが互いに平行して配向されるとき、磁気トンネル接合全体の電流に対する抵抗は比較的低い。そして、逆にいえば、２つの電極層の磁気モーメントが互いに逆平行に配向されるとき、磁気トンネル接合全体の電流に対する抵抗は比較的高い。結果として生じるマイクロ電子デバイスは、これらの２つの抵抗状態の切り替えに基づいてもよく、その性能は、上記の通り、ＭＲ（磁気抵抗）によって特徴付けられてもよい。
【００６７】
８０４において、ボートローダを用いて、第１ワークピースボートを垂直炉の処理スペース内に垂直に並進し、垂直炉は、内側円筒状絶縁管及びその外表面を囲む少なくとも１つの加熱要素を有する。さらに、内側円筒状絶縁管は、処理スペースを画定し、アニールシステムは、３．５ｍから４．２ｍ未満の全高を有する。アニールシステムは、図１から図７において提示される実施形態のいずれか１つを含んでもよい。
【００６８】
その後、８０６において、少なくとも１００のワークピースの温度を、カップリング力によって少なくとも１つの加熱要素まで上昇する。そして、８０８において、垂直炉の外側に配置される磁石システムを用いて、処理スペース内で磁場を生成する。
【００６９】
アニールの方法は、以下を含むアニール処理条件に従って実行されてもよい。（１）周囲温度に対する少なくとも１００のワークピースの温度をアニール期間の間アニール温度レシピに従って上昇させる、又は、（２）少なくとも１００のワークピースをアニール磁場レシピに従ってアニール期間の間磁場にさらす、又は、（３）少なくとも１００のワークピースの温度を上昇させること、及び、少なくとも１００ワークピースを磁場にさらすこと、の両方を実行し、アニール処理条件は、磁気材料を含む層の特性を調整するように選択される。
【００７０】
アニール処理条件は、磁気材料を含む層の特性を調整するように選択されてもよい。磁気材料を含む層の特性は、結晶化、一軸異方性、磁気抵抗比（ＭＲ）又は抵抗面積積又はその２つ以上の組み合わせを含んでもよい。一例として、アニールは、磁気材料を含む層の組成を実質的にアモルファス相から実質的に結晶相に移行するように実行され、所望の異方性方向を、磁気材料を含む層内、又は、磁気材料を含む層表面に生成する。
【００７１】
本明細書において記載されている実施形態によれば、磁気材料を含む層のアニールは、磁気材料を含む層の温度を上昇させること、又は、磁気材料を含む層に磁場を与えること、又は、磁気材料を含む層の温度を上昇させること及び磁気材料を含む層に磁場を与えることの両方を含んでもよい。
【００７２】
アニール処理条件は、アニール処理を制御するための１つ又は複数の処理パラメータを設定及び調整することを含んでもよい。１つ又は複数の処理パラメータは、少なくとも１００のワークピースが高い温度でアニールする必要があるとき、少なくとも１００のワークピースを熱的に処理するためのアニール温度、アニール処理を実行するためのアニール期間、１つ又は複数のワークピースがアニールされる処理環境のガス組成、アニールシステム内の圧力、１つ又は複数のワークピースが磁場内のアニールを必要とするときに与えられる磁場の磁場強度などを含んでもよい。
【００７３】
アニールの間、少なくとも１００のワークピースのアニール温度は、約２００℃から約６００℃の範囲のピーク温度を含むアニール温度レシピに従って上昇してもよい。例えば、ピーク温度は、約２５０℃から約３５０℃の範囲でもよい。アニール期間は、約１００時間までの範囲でもよい。例えば、アニール期間は、約１秒から約１０時間の範囲でもよい。
【００７４】
さらに、アニールの間、少なくとも１００のワークピースは、１０Ｔまでの範囲の磁場強度を含むアニール磁場レシピに従って、磁場にさらされてもよい。さらなる例として、磁場は、２Ｔ又は５Ｔまで又は他の選択レベルまでの範囲の磁場強度を有してもよい。アニール期間は、約１００時間までの範囲でもよい。例えば、アニール期間は、約１秒から約１０時間の範囲でもよい。
【００７５】
アニールの方法は、第１ワークピースボートを垂直に並進する前に、垂直炉の下に配置されるワークピースボート搬送システムを用いて、ロード／アンロード位置から処理位置まで第１ワークピースボートにインデックスを付けるステップと、図１から図３に示すように、少なくとも１００のワークピースを第２ワークピースボートにロードするステップと、をさらに含んでもよい。さらに、アニールの方法は、第１ワークピースボートを前記垂直炉に垂直に並進するとき、ボートローダのローディングアームを垂直に延長するステップと、図１から図２に示すように、第１ワークピースボートを垂直炉から垂直に並進するとき、ボートローダのローディングアームを垂直に後退するステップと、を含んでもよい。
【００７６】
記載されているシステム及び方法のさらなる変更態様及び代替実施形態は、この説明を考慮することによって当業者にとって明らかである。それゆえ、記載されているシステム及び方法がこれらの例示的構成に制限されないことを認識されたい。本明細書に図示及び記載されているシステム及び方法の形が例示的実施形態としてとらえられるべきであることを理解されたい。実施態様においてさまざまな変化を行ってもよい。このように、本発明は、特定の実施形態を参照して本明細書において記載されているが、さまざまな変更態様及び変化は、本発明の要旨を逸脱することなくなされうる。したがって、明細書及び図面は、制限的な意味ではなく説明的な意味としてみなされるべきであり、この種の変更態様は、本発明の範囲内に含まれることを意図する。さらに、特定の実施形態に関して本明細書において記載されているいかなる利益、利点又は課題の解決は、請求項のいずれか又はすべての必須な又は本質的な特徴又は要素として解釈されることを意図しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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