(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上における磁性材料の堆積を制御するためのデバイスであって、
中央開口部を有し、相互に間隔を保って配置された２つの略平坦なオープンフレーム電磁アセンブリと、
前記オープンフレーム磁気アセンブリに巻かれ、第１の方向に第１の磁界を生成するために間隔を保って配置された第１対の電磁部材と、
前記オープンフレーム磁気アセンブリに巻かれ、第２の方向に第２の磁界を生成するために間隔を保って配置された第２対の電磁部材と、
前記第１対の電磁部材に供給される電流を前記第２対の電磁部材とは独立に制御し、前記第１及び第２の磁界から選択可能に配向された磁界を生成するためのコントローラと、
を有することを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記基板のまわりの磁界均一性を強化するように前記第１アセンブリに磁気的に組み合わされた第２オープンフレーム電磁アセンブリを更に有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記２つのオープンフレーム電磁アセンブリは２対の直交電気巻線が一緒に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
各対がそれぞれ直交する電気巻線で構成される２対の電気巻線が前記２つのオープンフレーム電磁アセンブリの各々に巻き付けられていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ターゲットから基板上への磁性材料の堆積を制御する方法であって、
この方法は、
中央開口部を有する略平坦なオープンフレーム電磁アセンブリであって、前記オープンフレーム電磁アセンブリの隅の上方に磁界整形磁極片を有するオープンフレーム電磁アセンブリと、電流を印加されたときに第１の方向に第１の磁界を生成するために間隔を保って配置され、前記オープンフレーム磁気アセンブリの回りに巻かれた第１対の磁気部材と、電流を印加されたときに第２の方向に第２の磁界を生成するために間隔を保って配置され、前記オープンフレーム磁気アセンブリの回りに巻かれた第２対の磁気部材と、前記第１対及び第２対の磁気部材に接続された可変電流源であって、半波整流された交流、直流電流バイアスされた交流、及び直流からなるグループから選択された可変電流源と、前記第１対の磁気部材に供給される電流を前記第２対の磁気部材とは独立に制御し、前記第１及び第２の磁界から選択可能に配向された磁界を生成するためのコントローラと、を有する電磁界発生器内にサンプルを置くステップと、
前記電磁界発生器を用いて前記サンプルのまわりに磁界パターンを作成するステップと、
前記サンプル上に前記磁界の影響を受ける材料を堆積させるように供給源を操作するステップと、
を有し、
前記電磁界発生器は、相互に間隔を保って配置された複数のオープンフレーム電磁アセンブリを有する
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
イオンビーム堆積システムにおいて電磁界発生器を使用する方法であって、
前記電磁界発生器を用いてウェーハのまわりに選択的に可変である磁界パターンを生成するステップであって、前記電磁界発生器が電磁材料のまわりに４個の電気コイルを巻きつけることによって形成され角が切り欠かれた矩形磁気フレームと、前記ウェーハの下に位置する中央開口部を備えた実質的にプレート型をした磁気アセンブリを有し、前記プレート型磁気アセンブリが前記中央開口部にかかるか又はここを通過することのない４個の電気巻線を有し、電流がコイル巻線へ選択的に供給されるときに磁気フレーム電気コイル及びプレート型磁気アセンブリコイル巻線の配向が可変磁界パターンを選択的に生成するステップと、
イオン供給源を用いて標的から磁性材料をウェーハ上にスパッタリングするステップであって、前記材料スパッタリングが選択的に可変である磁界パターンにより影響されるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項７】
磁性材料のイオンビーム堆積を制御する方法であって、
電磁界発生器内にウェーハを置くステップと、
前記電磁界発生器を用いて前記ウェーハのまわりに選択的に可変である磁界パターンを生成するステップであって、前記電磁界発生器が電磁材料のまわりに４個の電気コイルを巻きつけることによって形成され角が切り欠かれた矩形の磁気フレームと、前記ウェーハの下に位置する中央開口部を備えた実質的にプレート型をした磁気アセンブリを有し、前記プレート型磁気アセンブリが前記中央開口部にかかるか又はここを通過することのない４個の電気巻線を有し、電流がコイル巻線へ選択的に供給されるときに磁気フレーム電気コイル及びプレート型磁気アセンブリコイル巻線の配向が２つの実質的に直交する磁界配向を選択的に生成するステップと、
材料を標的から前記ウェーハ上にスパッタリングするようにイオン供給源を操作するステップであって、前記ウェーハおよび前記のスパッタリングする材料が前記磁界により影響されるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記磁界パターンの強さと方向は、前記中央開口部の付近の領域で略均一であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
第１の前記オープンフレーム電磁アセンブリの中央開口部は、第２の前記オープンフレーム電磁アセンブリの中央開口部よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
第１及び第２の一対の電磁部材に接続された少なくとも１つの電流源をさらに具備し、該電流源は、交流、半波整流された交流、直流電流バイアスされた交流、直流、パルス化された直流、正及び負のパルス化された直流、正のパルス化された直流、直流バイアスされたパルス化された直流からなるグループから選択された電流源であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの電流源は、前記第１の対の電磁部材に接続された第１の電流源と、前記第２の対の電磁部材に接続された第２の電流源とを含み、前記第１及び第２の電流源は、独立に制御されることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１電流が正弦波であって、Ａ＊ｓｉｎ（ｏｍｅｇａ＊ｔ）によって記述され、前記第２電流が正弦波であって、Ａ＊ｃｏｓ（ｏｍｅｇａ＊ｔ）によって記述され、ここにＡは電流の大きさであり、オメガは角速度であり、ｔは時間であり、前記第１と第２の電流の組合わせが角速度オメガの回転磁界を生成することを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記基板あるいはターゲット上に間欠的にイオンビーム電流を生成するためのイオンビーム発生器と共に使用され、前記コントローラは、前記イオンビーム電流と所定の位相関係を持って前記可変電流源にパルス電流を発生させることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
第１及び第２の磁界の双方は、前記イオンビーム電流から約９０°位相がずれていることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
第１及び第２の磁界は、約１０Ｈｚ未満の周波数でパルス化されていることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
ウェーハのまわりに選択的に可変である磁界パターンを生成するための電磁界発生器であって、
角が切り欠かれた矩形磁気フレームと、
前記矩形磁気フレームの周りに巻かれた第１の電気コイルと、
前記矩形磁気フレームに対向して配置された実質的にプレート型をした磁気アセンブリであって、ウェーハの下に位置する中央開口部を備えたものである、前記実質的にプレート型をした磁気アセンブリと、
前記実質的にプレート型をした磁気アセンブリに巻かれた第二の電気コイルと、
前記第一及び第二の電気コイルに接続した少なくとも一つの可変電流源と
を有し、
前記実質的にプレート型をした磁気アセンブリは前記中央開口部の周囲に巻線のない領域を有し、前記第一及び第二の電気コイルは、前記少なくとも一つの可変電流源が前記第一及び第二の電気コイルに選択的に電流を流した際に、実質的に直行する２つの電界配向による選択的に可変である磁界パターンをウェーハ周囲に生成するように配置されるものである、
電磁界発生器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は磁性材料の堆積に関する。更に詳細には、本発明は、磁性材料の堆積を改良するための電磁界発生器および操作方法に関する。
【０００２】
（発明の背景）
堆積方式（例えば、イオンビーム、物理的蒸気、および、蒸着）は、多くの異なるタイプの基質上に多種多様な材料の高品質薄膜を堆積することが可能である。例えば、薄膜磁気ヘッドに用いられる磁気抵抗性（ＭＲ）および巨大磁気抵抗性（ＧＭＲ）薄膜の堆積のような強磁性薄膜への適用では、通常、外部磁界の印加により磁気モーメントを特定方向に向けることを必要とする。必要とされる磁界強度は通常２０−１００ガウスである。
【０００３】
しかしながら、磁界とプラズマの間の相互作用の故に、プラズマデポジション（蒸着）方式に対しては、ＤＣ磁界は面倒であることが発見されている。この種の相互作用は、例えば、プラズマの均一性が低下する結果として、堆積された磁気薄膜の厚さの均一性を低下させる。１０−１５ガウス程度の低レベルであってさえも、磁界とイオンビームとの相互作用に起因して、堆積チャンバ内における磁界がイオンビーム堆積処理に悪影響を及ぼすことも、我々は発見している。イオンビームデポジションに際して、磁界妨害は、薄膜汚染を引き起こすイオンビームを広げる作用、又は、変位させる作用の原因となる。更に、通常、基質上に蓄積されたあらゆる電荷を中和するように作用するイオンビームチャンバ内の電子は磁界によって極く容易にトラップされ得る。この種のトラップ作用は、基質上の露出されたあらゆる絶縁表面、又は、例えば磁気抵抗センサなどの、基質ウェーハに埋め込まれたあらゆる静電放電感応デバイス構造の中和作用のロスを引き起こす。イオン支援堆積処理が用いられる場合には支援イオンビームが基質を直撃するので、前述のトラップ作用の影響は特に重要である。
【０００４】
磁界発生源を妨害することなしに、または、サンプル上またはチャンバ内に電荷を蓄積させることなしに支援磁界が存在する堆積システムにおける磁性材料堆積方法が必要とされる。
【０００５】
（発明の概要）
本発明に従って、磁性材料堆積のための電磁界発生器および操作方法について記述する。電磁界発生器は、基質上に第１の方向の磁界を生じさせるために間隔を保持して配置された第１対（ペア）の磁気部材および基質上に第２の方向の磁界を生じさせるために間隔を保持して配置された第２対の磁気部材を備えたオープンフレーム電磁アセンブリを有する。電磁界発生器は、第１アセンブリと間隔を保って配置され、基質上の磁界均一性を強化するために第１アセンブリに磁気的に組み合わされた第２電磁アセンブリを有することが好ましい。本方法が含むステップを次に示す。即ち、少なくとも２つの選択可能な磁界配向を持つ電磁界発生器内にサンプルを置くステップと、電磁界発生器によって影響されるサンプル上に材料を堆積するための例えばイオン源またはプラズマ源などの供給源を操作するステップと、電磁界発生器を用いて磁性材料の堆積を制御するためにサンプルの周りに磁界パターンを生成するステップである。
【０００６】
電磁界発生器に供給される異なる電流信号により、結果として異なる磁界を発生することで、堆積した材料を制御する様々な方法についても記述する。電流には、交流電流、パルス化された正／負直流電流、指数的に減衰する交流電流、半波整流された交流電流、パルス化された正の直流、正の直流バイアス、正の直流電流バイアスを持つパルス化された直流、時間的に整相された磁界およびイオン発生器操作電流が含まれる。
【０００７】
一目的は、オープンフレーム／ベースプレートを組合わせた電磁界発生器が一辺６インチの正方形または直径８インチの円形全体に亙る許容角度が０．５度である測定された磁界方向性を供給することにある。これは、最小限度の方向性誤差をもつ配向された磁気薄膜の堆積を可能にする。
【０００８】
更に別の一目的は、異なる方向に配向された磁気薄膜の交互配置された層の堆積を可能にする任意のあらゆる方向に磁界を方向付けする能力を提供することにある。
【０００９】
更に他の一目的は、堆積された薄膜を消磁するために、磁界の配向を回転するように連続的に変更する能力を提供することにある。
【００１０】
更に別の一目的は、サンプル全体に亙って磁界均一性が＋／−５％の均一な磁界領域を提供することにある。
【００１１】
更に他の一目的は、オープンフレーム最上部プレートの隅を切り欠くことによって重量を軽減することにある。隅を切り欠くことにより、磁界発生器を収容するために、チャンバ内に必要とされるスペースの対角部の寸法も減少する。オープンフレーム設計は、電磁界発生器が能動堆積部位を包囲し、それによって、能動堆積部位を邪魔しない状態に保持することも可能にする。従って、電磁界発生器はスパッタリングされた材料が蓄積することから保護される。これは、磁界発生器をピーク稼働状態に維持するために必要な保守整備レベルを低くする。
【００１２】
本発明全体がここに要約されることを意図するものでなく、本発明の特徴、態様、及び、利点は以下の記述および図面に記載されていて、これらから明白である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は様々な代替実施形態を用いて、装置について記述し、また、材料堆積を制御する操作方法について記述する。
【００１４】
（装置）
基質（基板）、ウェーハ、及び、サンプル（標本）という用語は、本明細書を通じて互換可能に用いられるものとする。オープンフレーム部材（メンバ）という用語は記述的であって、本明細書及び特許請求の範囲内においては更に大きい開口部位を有する部材を表すことを意図するものである。従って、オープンフレーム部材は実質的に中実（中空でない）な部材と対照され、実質的に中実である部材はオープンフレーム部材よりも小さい開口部位を持つものと理解される。「実質的」または「実質的に」という用語も本明細書および特許請求の範囲において用いられ、特定の定量的定義を一切用いることなしに幾らかの改変を許容する用語であることを意図するものである。
【００１５】
先ず図１では、本発明に係る電磁界発生器の第１実施形態が図示される。詳細に記述すれば、本発生器は、基板１１５上に第１方向の磁界を生成するために間隔を保って配置された第１の対（ペア）の磁気部材１２０と、基板上に第２方向の磁界を生成するために間隔を保って配置された第２の対（ペア）の磁気部材１３０を備えたオープンフレーム部材１１０を有する。第１磁界と第２磁界が直交するように磁気部材１２０は磁気部材１３０に垂直に配置されることが好ましい。オープンフレーム１１０は、例えば、様々な軟鋼のうちのいずれかによって構成されてもよい。
【００１６】
図１１Ａ及び１１Ｂを参照すると、コイル１２０と１３０の直交対は、直角に配向された磁気薄膜の堆積を可能とするように選択的に駆動される。図１１Ａにおいて、コイル１２０が電力供給されるときには、第１の方向に磁界が形成される。図１１Ｂにおいて、コイル１３０が電力供給されるときには、第２の方向に磁界が形成される。両コイルに同時に電力を供給すると、２つのコイルに流れる電流の比率に比例した方向性を持つ任意の磁界配向を生じる。
【００１７】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る４コイル２オープンフレーム電磁界発生器の斜視図である。コイル２１０と２１５は、中央開口部２４０内に磁界を誘起するようにオープンフレーム部材２２０と２３０に巻きつけられる。対向するコイル対２１０と２１５を用いて直角に方向付けされた磁界が付加される。誘起された磁界は、中央開口部２４０内において最も均一であるが、ウェーハ又は基質（図示されず）が最も好適に配置される位置である開口部の上の位置にも伸延する。各隅に配置される４個の磁極片２５０は、電磁界の整形を助け、特に中央開口部２４０の上の磁界の均一性を増大させる。磁極片２５０は、例えば、軟鋼によって構成される。他の構成要素とともにパッケージに実装するために、オープンフレーム部材２２０及び２３０は角を丸めるか又は切り欠いても差し支えない。
【００１８】
本発明の第３の実施形態に従って磁極片２５０を備えた図３は、８コイル２オープンフレーム電磁界発生器の斜視図である。この実施形態は、図２に示す第２実施形態と異なり、オープンフレーム３１０にはコイル対３３０と３３５が巻き付けられ、オープンフレーム３２０にはコイル対３４０と３４５が巻き付けられる。各オープンフレームに関して個別コイルを用いることにより、この実施形態においては、各コイルを流れる電流の個別制御を可能にし、それにより、各コイルによって生成される磁界全体に亙り制御性が向上される。他の構成要素とともにパッケージに実装するために、オープンフレーム３１０と３２０は角を丸めるか又は切り欠いても差し支えない。
【００１９】
図２および図３に示す実施形態の代替実施形態において、電気巻線２１０、２１５、３３０、３３５、３４０、３４５は、埋め込まれた巻線またはパターン化された電極により置き換え可能である。
【００２０】
図４は８コイル２オープンフレーム電磁界発生器の斜視図である。この構成において、電磁界発生器４００は、中央開口部４３０を有するベースプレート４１０を備える。この構成において、中央開口部４３０はウェーハチャック（図示せず）及び他の機械的および電気的フィードスルー（貫通部品）を収容する。中央開口部４３０は、機械的接続のために、巻線のない領域４２０によって囲まれている。ベースプレート４１０の残りの部分には、既に説明したように直交磁界を誘起するために、コイル対４８０と４８５が巻き付けられることが好ましい。他の構成では、基質またはウェーハチャック及び必要なフィードスルーは電磁界発生器４００の側方から支持され、中央開口部４３０をなくすことができる。
【００２１】
図４において、オープンフレーム部材４５０は、基質上に第１の方向の磁界を生成するために間隔を保って配置される第１対の磁気部材４４０と、基質上に第２の方向の磁界を生成するために間隔を保って配置される第２対の磁気部材４４５とを有する。オープンフレーム部材４５０は中央開口部４６０を備える。他の構成要素とともにパッケージに実装するために、最上部プレート４５０は角を丸めるか又は切り欠いても差し支えない。最上部プレート４５０及びベースプレート４１０は、それらのプレートと他の機械的および電気的構成要素の間に基質またはウェーハチャックを収容するために、間隔を保って配置される。ベースプレート４１０は、サンプル上に更に均一な磁界を生成するために、最上部プレート４５０の磁力線を所要方向に補強し、他の方向における望ましくない成分を部分的にキャンセルするような方向に向けられた磁力線を有する。ベースプレート４１０は、最上部フレーム４５０によって提供される磁界を直線化および強化する。
【００２２】
図４には磁極片が示されていないが、図２及び図３に示すように、磁極片を使用し、配向されても差し支えない。図４の装置と共に使用する場合には、磁極片は電磁界を整形し、装置の磁界の均一性を増加する。
【００２３】
ウェーハチャック（図示せず）は、ウェーハが最上部プレート４５０によって作られた磁界の中央４７０の直ぐ上に位置するように中央開口部４６０内に配置されることが好ましい。これは、磁界の均一性に関して好ましい場所である。ただし、清浄性（スパッタリングされた材料が電磁界発生器に付着しないようにする）及びシャドウイングを含む他の要因を考慮すると、基質は、磁界の均一性を実質的に犠牲にすることなく磁界の中心部４７０の上に配置しても差し支えない。
【００２４】
図５Ａは、本発明の一実施形態に係る電磁界発生器およびウェーハチャックユニット５００の斜視図である。オープンフレーム装置５１０は、オープンフレーム２２０（図２）または３１０（図３）または４５０（図４）の形をした磁界発生器の最上部プレートを収容する。この構成において、ウェーハ５３０は、誘起された磁界の中心のわずかに上であって、オープンフレーム装置５１０の中間平面のわずかに下に配置されることが好ましい。ウェーハ５３０は、ウェーハチャック５６０に添付されたクリップ５２０によって所定場所に保持される。
【００２５】
オープンフレーム装置５１０は、水冷され、チャンバの基本圧力と大気の間の圧力、例えば、１０-3Ｔｏｒｒまで差動的にポンピングされる。オープンフレーム装置５１０は、カバープレート５４０上にサポート５７０によって支持される。サポート５７０の１つは中空であり、オープンフレーム装置５１０用の電気的および機械的なフィードスルーを収容する。カバープレート５４０は、電磁界発生器のオープンフレーム２３０（図２）または３２０（図３）またはベースプレート４１０（図４）を囲む。下側エレメントのタイプには関係なく、電磁界発生器のベース部分はカバープレート５４０の下方に所在し、電気巻線（図４における４８０および４８５）に関連した絶縁材料は真空チャンバにとって潜在的汚染物質であるので、まわりの真空チャンバから分離されるか又は大気圧に維持される。
【００２６】
カバープレート５４０は、図５Ａでは隠れて見えない中央開口部を備える。図５Ｂに示すように、ウェーハチャック５６０のシャフト５５５は、カバープレート５４０の開口部を貫通する。図５Ａに示される残りの支持構造物５５０は、ウェーハチャックアセンブリの標準構成要素であるユニット５００用として必要な機械的および電気的フィードスルーを収容することが好ましい。
【００２７】
図５Ｂは、分かり易くするためにオープンフレーム装置５１０が露出された状態における、ウェーハチャック５６０および図５Ａの電磁界発生器の最上部プレートの斜視図である。ウェーハシート５６５とベースプレート５３５の開口部５４５を貫くシャフト５５５によって支持された状態のウェーハチャック５６０が図示される。ベースプレート５３５は、オープンフレーム２１０（図２）、３２０（図３）、または、４１０（図４）の構成であっても差し支えない。一例として、電気巻線対４４０と４４５（図４）が図面から省略された状態のベースプレート構成４１０（図４）を示す。ウェーハシート５６５は、ウェーハ５３０の温度制御を維持するための加熱、及び／又は、冷却エレメントを含むこともあり得る。
【００２８】
図５Ａにおいて、電磁界発生器／ウェーハチャックユニット５００の磁界発生に関係しない部分は非磁性材料製であることが好ましい。例えば、ウェーハチャック５６０、クリップ５２０、ウェーハシート（図５Ｂにおける５６５）、シャフト（図５Ｂにおける５５５）、カバープレート５４０、および、オープンフレーム装置５１０を含む、ウェーハから３ないし４インチの範囲内のウェーハを直接囲む構造体は、非磁性ステンレス鋼合金３２１、３１６、または３１０、アルミニウム、または、銅製であることが好ましい。ウェーハチャック５６０の残りの構造体は、同様に、これらの非磁性材料３２１、３１６、または３１０製であるか、又は、ステンレス鋼合金３０４製であっても差し支えない。ステンレス鋼合金３０４は、強い磁界に曝されると、経年的に磁化されるので、ウェーハ５３０の近くに配置するべきではない。
【００２９】
ここに記載されている諸例では２磁気エレメント設計が用いられている。この場合、各磁気エレメントは異なる巻き回数「ｎ」の磁化巻線を備え、エレメントを流れる最適電流「Ｉ」を供給するために個別電源によって電力供給される。この例および他の諸例のように、磁束が電流に比例する実施形態においては、軟質の磁気コアは最大電流において磁気的に飽和しないものと仮定する。そうでなければ、電流変化に比例して磁束が変化することは不可能である。
【００３０】
更に別の一実施形態においては、各磁気エレメントに電源供給するために１つの単一電源が用いられる。あらゆる磁気エレメントが生成する磁束は「ｎ」又は「Ｉ」のどちらかに正比例し、従って、磁気エレメント＃１からの任意の点における磁束はｎ１およびＩ１に比例し、磁気エレメント＃２からの任意の点における磁束はｎ２およびＩ２に比例する。従って、ｎ１、ｎ２、Ｉ１、及び、Ｉ２のあらゆる組合わせに関して、磁気エレメントが電流Ｉ２によって電力供給された場合に、巻回数ｎ１で電流Ｉ１の場合と同じ磁束を生成するように、このエレメントにおける巻回数をｎ１からｎ１'に調節可能である。この方法によれば、両方の磁気エレメント用に同一電源を使用できる。
【００３１】
必要とされる新規な巻回数は次式で算定できる。
【００３２】
ｎ１'＝ｎ１＊Ｉ１／Ｉ２
本実施形態の一例において、Ｉ１が６アンペアでｎ１が１８５回、Ｉ２が８アンペアでｎ２が２８８回である場合に、同じ電源（Ｉ１＝Ｉ２＝８アンペア）を用いて、同じ結果を達成するためには、巻回数（ｎ１）は６/８＊ｎ１即ち１３９回に変更される。
【００３３】
上記の例ではただ２個の磁気エレメントが用いられたが、本技法は多数の磁気エレメントにも同様に適用されることに注意されたい。
【００３４】
図１２において、１つのコイルの実効巻回数を調節する簡単な方法を示す。摺動接点６００は、実効巻回数を変えるように、コイル６０１に沿って接点を調節可能にする。図１２に示す方法と類似の方法を用いて、図１、２、３、４、５Ａ、５Ｂ、１１Ａ、または、１１Ｂに示すあらゆるコイルの実効巻回数を調節可能である。この方法によれば、実効巻回数は広範囲に亙って変更可能であり、従って、単一電源を使用して、可変磁束を提供することが可能である。
【００３５】
（操作方法）
本発明の一態様にしたがい、電磁界発生器は、堆積（デポジション）に際して、周期的またはパルス化された方法で駆動可能である。即ち、電磁界発生器へ印加される電流は周期的パターンでオン／オフを繰り返される。本発明の周期的方法のいくつかの実施形態を図６から図９に示す。これらの異なる方法は、一方向の１つの単一磁界生成に適用可能であり、或いは、２つの電源電流間の位相を制御することにより、異なる方向に磁界を生成するために使用可能である。
【００３６】
図６（Ａ）は、交流（ＡＣ）としての電磁界発生器電流を示す。図６（Ｂ）において、電磁界発生器電流は正および負（＋／−）のパルス化された直流（ＤＣ）である。図６（Ｃ）は消磁手順用に振幅が指数的に減衰する図６（Ａ）の交流電磁界発生器電流を示す。図７（Ａ）は半波整流された交流電流を示す。図７（Ｂ）はパルス化された正（＋）の直流電流を示す。図７（Ｃ）は正の直流電流バイアスを示す。その代りに負の直流電流バイアスを使用しても差し支えない。図８（Ａ）は正の直流電流バイアスを用いる交流電流操作を示す。図８（Ｂ）は正の直流電流を用いるパルス化された直流電流操作を示す。図９は電磁界発生器とイオンビーム電流の間の位相差を用いるパルス化された正（＋）の直流電流を示す。
【００３７】
図６（Ａ）の交流電流および図６（Ｂ）のパルス化された正および負（＋／−）の直流電流は正味ゼロ平均磁界効果をイオンビームに提供し、例えばＮｉＦｅをベースとする薄膜、例えばＮｉＦｅＣｒ、ＮｉＦｅＲｈ、ＮｉＦｅＴａ、またはアモルファスＣｏをベースとする合金材料などの軟質隣接層（ＳＡＬ）薄膜と共に最も有効に利用される。図６（Ｃ）は、磁気取付け具を以前に使用したことにより磁化された取付け具溶接の敏感な部品を消磁するために、基質と共に或いは基質なしで有利に利用可能な、振幅が指数的に減衰する交流電流を示す。
【００３８】
図７（Ａ）の半波整流された交流電流および図７（Ｂ）のパルス化された正（＋）の直流電流は、全処理時間の一部期間中、磁界を印加しない堆積（デポジション）を提供し、磁界の全印加効果を減少させ、表面を中性電荷可能にする。本技法は、一方向性反強磁性体、例えば、ＮｉＯ、ＦｅＭｎ、または、ＭＲヘッドに使われるＮｉＣｏＯ又はＰｔＭｎ、ＰｔＰｄＭｎ、ＩｒＭｎ、および、ＰｔＩｒＭｎなどの反強磁性薄膜に特に適用可能である。図６（Ａ）及び６（Ｂ）に示す周期的方法は単軸性磁気薄膜堆積（一軸であるが「アップ」と「ダウン」の両配向）を提供するが、図７（Ａ）及び７（Ｂ）の周期的方法は、図７（Ｃ）の直流電流バイアスを用いると、一方向性磁気薄膜堆積（一配向のみ）を提供することに留意されたい。
【００３９】
幾らかの材料によっては、堆積処理期間全体を通じて方向性磁界（ＤＣバイアス）の印加が必要なこともあり得る。図８（Ａ）に示す正の直流電流バイアスを用いた交流電流操作および図８（Ｂ）に示す正の直流電流バイアスを用いたパルス化された直流電流操作は堆積処理期間全体を通じて或るレベルの方向付け磁界を維持する。交流電流成分またはパルス化された成分を付加することにより、必要とされる直流電流バイアスを最小限に留どめ、それによって、プラズマ又はイオンビームのあらゆる歪みを最小化することが可能である。従って、図８（Ａ）および８（Ｂ）に示す実施形態は非常に広い範囲に亙って異なるタイプの磁気薄膜に適用可能である。
【００４０】
図９は、電磁界発生器電流とイオンビーム又はプラズマ供給源電流の間の位相差を用いたパルス化された正（＋）の直流電流操作を示す。本発明の一態様によれば、イオン供給源および電磁界は循環可能であり、２つのサイクル間の位相差は特定の値に調節可能である。イオンビーム又はプラズマ供給源がオンであるときには磁気標的材料がスパッタリングされ、イオンビーム又はプラズマ供給源がオフであるときにはスパッタリングは発生しない。２つのサイクルの相対位相を調節することにより、堆積処理時間のうちの磁界が印加される部分（期間）が制御可能である。
【００４１】
例えば、イオンビーム又はプラズマ供給源への磁界の影響を最小限化するために、図９に示すように９０度の位相差を使用できる。この場合、スパッタリングに際して磁界は印加されないので、イオンビームは磁界によって影響されることがない。薄膜の適切な配向を確保するには、操作周波数範囲は、磁界のピーク状態から次のピーク状態までの遅延時間が１つ又は２つの磁気薄膜単一層を堆積するために必要な時間よりも長くない程度に充分に高い周波数で、且つ磁性構造の渦電流加熱を妨げる程度に充分に低い周波数に限定されることが好ましい。これらの必要条件は、ｔが秒で表した堆積時間であるものとしたときの所要周波数が約１０Ｈｚ未満で且つ約１／ｔより大きい範囲でなければならないことに帰結される。この周波数範囲（秒で表した堆積時間の逆数（Ｈｚ）から１０Ｈｚまでの範囲）は、図６（Ａ）から図９までに示す可変電流技法のいずれにも適用される。
【００４２】
図１０Ａは、図１に示す１２０及び１３０のような２つの直交コイル内電流の位相関係を示す。この位相関係は、基質上に連続的な回転磁界配向を生じさせる。図１０Ａに示す０°コイルの正弦波電流がコイル１２０に供給され、図１０Ａに示す９０°コイルの正弦波電流がコイル１３０に供給される場合に結果として生じる磁界は、図１０Ｂに示すように常時回転する。この連続的に回転する磁界配向の一効果は、これを印加された薄膜が消磁されることである。
【００４３】
図１０Ａに示すように、０°コイル内電流は式Ａ＊ｓｉｎ（ω＊ｔ）によって表され、９０°コイル内電流は式Ａ＊ｃｏｓ（ω＊ｔ）によって表される。ここに、Ａは電流の振幅であり、オメガは角速度であり、ｔは時間である。これら２つの正弦波直交磁界の組合わせは、角速度オメガで回転する磁界を生成する。この回転速度を図１０Ｂに示す。
【００４４】
本発明の種々異なる実施形態について、添付図面を参照して詳細に記述したが、本発明はこれらの実施形態に厳密に限定されるものでないことを理解されたい。更に、図面は説明的な事例を示すものであり、本発明が構想する実施形態のみを記述または例証するものでないことも理解される。当該技術分野における同業者であれば、添付請求の範囲において定義される本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、ここに記述することについて、種々の変更および更なる改変が実施可能なはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  単一フレーム電磁界発生器の上面図である。
【図２】  磁極片を備えた４コイル２オープンフレーム電磁界発生器の斜視図である。
【図３】  磁極片を備えた８コイル２オープンフレーム電磁界発生器の斜視図である。
【図４】  電磁界発生器の斜視図ある。
【図５Ａ】  電磁界発生器およびウェーハチャックの詳細な概略図的斜視図である。
【図５Ｂ】  ウェーハチャック及び電磁界発生器の詳細な概略図的斜視図である。
【図６】  （Ａ）は交流（ＡＣ）電流を用いた電磁界発生器電流対時間のプロット図であり、（Ｂ）は正および負（＋／−）のパルス化された直流（ＤＣ）電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図であり、（Ｃ）は振幅が指数的に減衰する交流（ＡＣ）電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図である。
【図７】  （Ａ）は半波整流済み交流電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図であり、（Ｂ）はパルス化された正（＋）の直流電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図であり、（Ｃ）は正の直流電流バイアスを用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図である。
【図８】  （Ａ）は正の直流電流バイアスされた交流電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図であり、（Ｂ）は正の直流電流バイアスされたパルス化済み直流電流を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図である。
【図９】  電磁界発生器電流とイオンビーム電流の間に位相差を持つパルス化された正（＋）の直流電流操作を用いる電磁界発生器電流対時間のプロット図である。
【図１０Ａ】  連続的に配向の変わる磁界を生成する２つの直交コイル内電流の位相関係を示す図である。
【図１０Ｂ】  図１０Ａに関する磁界配向を示す図である。
【図１１Ａ】  第１方向に磁界を生成するように電力供給される第１対コイルを有する単一フレーム電磁界発生器の上面図である。
【図１１Ｂ】  第２方向に磁界を生成するように電力供給される第２対コイルを有する単一フレーム電磁界発生器の上面図である。
【図１２】  コイルの実効巻回数を変えるための摺動接触を示す図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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