(57)【要約】【課題】  本発明は、磁気アセンブリに関し、特に、真空チャンバ内に磁界を誘起するに有用なアセンブリを提供する。【解決手段】  概略的に１０で表される磁気アセンブリは、概略的に１３で表される主要平坦電磁石を協働して形成する巻線１２を担持する矩形の軟磁性磁心１１を含み、磁石１３の縁部の直近には補助コイル１４が載置される。各コイル１４は楕円コア１６の回りに巻回された巻線１５から形成され、且つ、それらは平坦磁石１３の上側表面の上方に突出することが銘記される。平坦磁石１３の各端部には磁極片１７が取付けられ、これらの２つは平坦磁石１３の上側表面の上方に突出する。前記アセンブリは、ブラケット１８を取付けることで完成される。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｕ形状の各アームの間に延在すると共に該Ｕ形状の基部に平行な均一磁界を生成するためにＵ形状巻線を有する電磁石を具備しまたはその磁気的均等物を提供する磁気アセンブリ。
【請求項２】
前記均等物は、概略的に平坦な電磁石と、該平坦電磁石の巻線の夫々の縁部の近傍に配設されて該平坦電磁石の一方の面を越えて突出する一対の補助コイルと、を有して構成される、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項３】
前記電磁石の巻線と夫々の補助コイルとの近傍区画において逆方向に電流が流れる如く電磁石と各コイルとに対して電流を供給する一個以上の電源を更に含む、請求項２に記載のアセンブリ。
【請求項４】
前記コイルおよび電磁石は独立的に給電される、請求項３に記載のアセンブリ。
【請求項５】
前記補助コイルを調節する手段を含む、請求項２から請求項４までのいずれか一項に記載のアセンブリ。
【請求項６】
前記調節手段は夫々のコイルの巻線の有効数を変更する一個以上の結合点を含む、請求項５に記載のアセンブリ。
【請求項７】
前記調節手段は夫々のコイルを通る電流を変化させる手段を含む、請求項５または請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項８】
平坦な被加工材に対する平坦な箇所を通る実質的に均一な磁界を生成する装置であって、前記箇所の下方に且つそれに対して平行に配置可能な概略的に平坦な電磁石と、前記概略的に平坦な電磁石の巻線の夫々の縁部の近傍に配設され、使用に際して前記電磁石の巻線の対応縁部により生成される磁界とは逆の磁界を生成する一対の補助コイルと、を含む装置。
【請求項９】
前記補助コイルは前記概略的に平坦な電磁石の面を越えて突出する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電磁石および各補助コイルは独立的に給電される、請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
真空チャンバと、前記チャンバ内に配置された被加工材を概略的に平坦な被加工材用箇所において支持する被加工材用の支持部と、前記支持部の近傍にて前記チャンバの外部に配設され、前記箇所の平面内における箇所を通る均一磁界を生成する請求項１乃至７に記載のアセンブリまたは請求項８乃至１０に記載の磁界生成装置と、を含む、平坦被加工材の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁石アセンブリに関し、特に、真空チャンバ内に磁界を誘起する上で有用なアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ、磁気ヘッドなどの薄膜磁気素子の作製において、多くの場合にＭＲＡＭ磁性材料はスパッタリングにより蒸着される。斯かるプロセスの間においては、結果的な膜が磁気的に整列される様に基板に対して磁界が印加されることが要件とされることも多い。故に、基板を通る磁界が完全に整列されていなければ、非均一性の問題が生ずることが理解される。
【０００３】
故に、真空蒸着システムに関して使用される磁界発生器の設計態様に対しては相当の工夫が為されてきた。永久磁石もしくは電磁石のいずれかが使用され得るが後者が好適である、と言うのも、それはオン・オフ切換えされ得るか別様に変調され得るからである。典型的な磁界強度は、４〜８ｋＡ・ｍ-1の範囲である。薄膜用途に対し、成長しつつある膜に対して直交する磁界の成分は概略的に問題でない。しかし、面内膜（in plane film）の整列は典型的に±２°以下とされる必要がある、と言うのも、面内の非均一性は多くの場合に±５％未満とされる必要があるからである。
【０００４】
真空チャンバの両側にて外部に載置される大寸コイルは必要な構成を良好に提供するかもしれないが、それらは非常に嵩高くて高出力を必要とし、且つ、単一の平面内もしくは方向に磁界を提供するのみである。
【０００５】
概略的に、磁界発生器は基板支持部に近接して取付けることが好適である。その手法は概略的に、２つの形式に分けられる。第１の手法は、基板支持部の下方もしくは近傍に配置され得る一個以上のコイルを取入れた低リラクタンスの磁気回路により接続されて対向する２個の磁極片を有する。この手法の不都合は、前記各磁極片が基板の平面内にまたは該平面に非常に接近して位置すべきことである。それらはまた、容認可能な単軸磁界を基板を通して放射するために、横方向において基板を十分に越えて延在すべきでもある。故にそれらは基板を囲繞する比較的に大寸の矩形空間を包囲し、これはプロセス環境内における他のハードウェアを阻害する可能性がある。斯かる構成は、図１に示される。
【０００６】
この手法の発展例は、下記特許文献１に示される。容認可能な磁界整列を達成すべく、付加的なＬ形状の“磁極片”が必要とされることを銘記されたい。これらは基板の平面に配置され又は該平面に接近して配置されるべきことから、上方への放射の利点の相当部分が喪失される。
【０００７】
第２の手法は下記特許文献２および下記特許文献３に示されており、それらは基板支持部の下方から磁界を放射することを企図している。それらは概略的に平坦コイル、すなわち平坦プレート形状の軟磁性磁心の回りに巻回されたコイルを利用する。下記特許文献２に記述された平坦コイルの弱点は図２に示されており、それは、基板の全体に亙り均一性が維持されるべきであれば前記コイルは基板の縁部を相当に越えて延在すべきことである。下記特許文献２においては、容認可能な磁界均一性を達成するために前記コイルは基板より少なくとも５０％大寸とすべきことが述べられている。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６５４５５８０号明細書
【特許文献２】米国特許第５６３０９１６号明細書
【特許文献３】米国特許第６０４２７０７号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ひとつの見地において本出願人の発明は、Ｕ形状の各アームの間に延在すると共に該Ｕ形状の基部に平行な均一磁界を生成するためにＵ形状巻線を有する電磁石から成りまたはその磁気的均等物を提供するという磁気アセンブリに在る。
【００１０】
本出願人は、斯かる構成とすることで、電磁石を平坦コイルの寸法よりも寸法的にそれほど大きくすることを要せずに均一磁界が生成され得ることから電磁石が習用の支持構造内に容易に着座し得ることを見出した。現在の技術を用いると市販にてＵ形状巻線を備えた電磁石を提供することはおそらく非実用的であり、本出願人は更に、前記均等物は、概略的に平坦な電磁石と、該平坦電磁石の巻線の夫々の縁部の近傍に配設されて該平坦電磁石の一方の面を越えて突出する一対の補助コイルとから構成され得ることを理解した。
【００１１】
前記補助コイルは好適には夫々の軟磁性磁心を有すると共に、使用に際しては、前記電磁石の巻線と夫々の補助コイルとの各近傍区画を流れる電流が逆方向となる如く配置されねばならない。これにより前記補助コイルの突出部分に関して正しい方向に電流の流れが置かれるだけでなく、このことはまた、前記平坦電磁石巻線の縁部により生成された磁界が実質的に打ち消されもしくは補償されることも意味する。
【００１２】
前記各補助コイルおよび／または電磁石は独立的に給電可能であり、且つ、たとえば、適切な結合点を使用することで前記補助巻線における有効コイルの本数を調節し及び／又は夫々のコイルを通る電流を変化させることにより前記補助コイルを調節する手段が配備され得る。
【００１３】
別の見地において本発明は、平坦な被加工材に対する平坦な箇所を通る実質的に均一な磁界を生成する装置であって、前記箇所の下方に且つそれに対して平行に配置可能な概略的に平坦な電磁石と、前記概略的に平坦な電磁石の巻線の夫々の縁部の近傍に配設され、使用に際して前記電磁石の巻線の対応縁部により生成される磁界とは逆の磁界を生成する一対の補助コイルとを含む装置に在る。
【００１４】
好適には、前記補助コイルは前記概略的に平坦な電磁石の面を越えて突出する。前記電磁石および夫々の補助コイルは独立的に給電され得ると共に、付加的にもしくは代替的に、前記補助コイルはそれらにおける巻線の有効数を変化させる結合点または他の機構を含み得る。
【００１５】
更なる見地において本発明は、真空チャンバと、前記チャンバ内に配置された被加工材を概略的に平坦な被加工材用箇所において支持する被加工材用の支持部と、前記支持部の近傍にて前記チャンバの外部に配設され、前記箇所の平面内における箇所を通る均一磁界を生成する請求項１乃至７に記載のアセンブリまたは請求項８乃至１０に記載の磁界生成装置と、を含む、平坦被加工材の処理装置に在る。
【００１６】
本発明は種々の様式で実施され得ると共に、次に添付図面を参照して特定実施例が例示的に記述される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２を参照するとビオ・サバールの法則（Biot-Savart Law）から、示された如く紙面の平面内において上方に流れる電流は磁界の各成分を平行方向において生成し得ないことは明らかである。故に、コイルの上下の縁部の近傍に見られるループ磁力線は、コイルの上側巻線により形成される電流平面内に始点を有し得ない。別様に述べると、電流平面が基板の縁部の直上にて突然に終結し得るならば、結果的な磁界は紙面の平面にて完全に整列される。しかし、これは実際的に可能ではない。電流は、下方の平行な戻り経路により閉回路を構成するために、紙面の平面を出入りして通過せねばならない。この配置構成は図３に示されており、且つ、電流が巻線の平坦部分を流れるのを可能とする垂直戻り経路は、不完全な整列を引き起こす不都合なループ磁界の発生源である。これを克服するひとつの手法はこれらの垂直経路を非常に小寸とすることであるが、これは実際的には、機械的剛性の喪失、軟磁性磁心の飽和に帰着し、且つ、もし２枚の電流板が相互に対して接近され過ぎると、それらの磁界は打ち消し合う傾向がある。
【００１８】
故に図４を参照すると本出願人は、１０により概略的に示された磁気アセンブリを提案するものであり、これは、概略的に１３で示される主要平坦電磁石を協働的に形成する巻線１２を担持する矩形の軟磁性磁心１１を含んでいる。磁石１３の各縁部の直近には、夫々の補助コイル１４が載置される。これらは各々、楕円コア１６の回りに巻回された巻線１５から形成されるが、それらは平坦磁石１３の上側表面の上方へ突出することを銘記されたい。平坦磁石１３の各端部に対しては磁極片１７が夫々取付けられ、これらもまた平坦磁石１３の上側表面の上方へ突出する。最後に、前記アセンブリはブラケット１８を取付けることで完成される。
【００１９】
次に図６を参照すると、補助コイル１５の内側垂直分岐部は、近傍における平坦磁石１３の縁部１９の夫々を流れる電流と逆に流れる電流を有することが理解される。故に、図４の配置構成を考慮するひとつの様式は、前記補助巻線における磁界がエッジ効果を補償する役割を果たすということである。これは、突出しない補助コイルにより達成され得るかも知れない。しかし図４の構成を考察する別の様式は、それがＵ形状巻線を有する電磁石の磁気的均等物であることから、電磁石１３の上側表面に平行な均一磁界であって補助コイル１５の突出部分により形成された各アームの間における均一磁界を生成する、ということである。故に、これらの上方突出アームの近傍に基板２０が着座するならば、それは整列磁界内に位置し得ることになる。
【００２０】
この顕著な改良は、図７および図８を比較することで良好に例証される。前述された如く、図７の磁界は図３に示された配置構成から生成される。ウェハもしくは基板２０の外側縁部は２１により表され、不完全整列の領域が在ることが理解される。（ひとつの象限のみが示されるが、他の象限においても対応部分には対応する断片が現れる。）対照的に図８においては、基板２０の表面の全てに亙り磁界は良好に整列されている。
【００２１】
図５は、アセンブリ１０が如何にして実用的な支持機構内に配置され得るかを示している。故に、周縁部２２ａに沿いシールされた上側および下側プレート２２、２３により閉塞体が形成されることで、真空気密な閉塞体が形成される。前記閉塞体は、該閉塞体の外側には真空が存在し且つ内側には通常の大気が存在する如く、下側閉塞プレート２３上のステム２４により真空処理チャンバ内に取付けられることが意図される。大気領域は、業界公知の様に前記ステム内の（不図示の）貫通部２５により処理チャンバの外側に接続される。前記上側閉塞プレートの頂面の中央領域は、ウェハもしくは基板２０に対する支持表面２６を形成する。これは、磁界が放射されることを必要とする領域である。上側プレート２２上には、縁部シールド２７が在る。これにより、上側プレート２２の露出部分はプロセスの間においてフラックスの蒸着から保護される。縁部シールド２７は、基板２０の縁部を蒸着から保護するために基板２０よりも僅かに小寸に寸法設定された中央開孔２８を有する。前記縁部リングは、ウェハの積荷および降荷操作の間に該縁部リングを垂直に移動させ得る３個のアクチュエータ２９により支持される。縁部シールド２７の下面に対しては、４個のウェハ揚動フィンガ３０が取付けられる。処理の間において、縁部シールド２７は完全な降下位置に在り、且つ、各フィンガ３０は前記閉塞体上側プレートにおけるポケット３１内に夫々収容される。処理の後で前記縁部シールドは上昇されることで、前記揚動フィンガにより基板２０は支持表面２６から取り上げられる。次に（不図示の）基板取り扱いロボットは前記支持フィンガから基板を取り外してそれを新たなウェハと交換する。次に縁部シールド２７は、新たな基板を支持表面２６上に降下載置すべく下降される。アセンブリ１０は、示された如く下側閉塞プレート２３上に取付けられる。下側プレート２３のステム２４における前記貫通部を介して、電気接続部が引き出される。上側および下側プレート２２、２３は両者ともに、処理の間に前記コイルにより生成される熱および前記ウェハから伝えられる熱をも除去すべく、水冷される。冷却水もまた、前記ステム内の前記貫通部を通過する。
【００２２】
平坦コイル１２は典型的に約１，０００回旋の銅線を保有し、前記ウェハ支持部において５，０００Ａ・ｍ-1の磁界を生成するために約２Ａの電流を必要とする。補助コイル１４もまた１，０００回旋を有すると共に、良好な磁界整列を提供するために典型的に２Ａにて動作する。前記ウェハ支持部の表面の全体に亙る磁界の非均一性は±５％以内に維持され、且つ、整列は±２°以内である。
【００２３】
本出願人のシステムのひとつの利点は、基板よりそれほど大寸とされずに該システムがこの高レベルな性能を達成することである。故に、３００ｍｍの円形基板に対して３５０ｍｍ×３２６ｍｍの寸法のアセンブリにより有用な成果が達成された。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、先行技術の構成の概略的側面図である。
【図２】図２は、図１の構成の概略的平面図である。
【図３】図３は、先行技術の代替的な配置構成の概略図である。
【図４】図４は、本発明の特定実施例の磁石アセンブリの破断平面図である。
【図５】図５は、ウェハ支持部内に取付けられた前記アセンブリの破断図である。
【図６】図６は、図４の構成に対する図３と同様の図である。
【図７】図７は、図３の配置構成により生成された面内磁界をモデル化した数学的モデルからの印刷出力図である。
【図８】図８は、図４の配置構成に対する図７と同様の印刷出力図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０    磁気アセンブリ
１１    軟磁性磁心
１２    巻線
１３    主要平坦電磁石
１４    補助コイル
１５    巻線
１６    楕円コア
１７    磁極片
１８    ブラケット
１９    縁部
２０    ウェハもしくは基板
２１    外側縁部
２２ａ    周縁部
２２    上側プレート
２３    下側プレート
２４    ステム
２５    貫通部
２６    支持表面
２７    縁部シールド
２８    中央開孔
２９    アクチュエータ
３０    ウェハ揚動フィンガ
３１    ポケット
【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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