JP3706989B2

JP3706989B2 - 蛍光ｘ線を用いた膜厚測定方法

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Publication number: JP3706989B2
Application number: JP09955399A
Authority: JP
Inventors: 麻貴前田; 嘉昭原; 康博北出; 拓也渦巻
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 1999-04-07
Publication date: 2005-10-19
Anticipated expiration: 2019-04-07
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法に関するものであり、特に、磁気ディスク装置に用いるスピンバルブ膜等の金属多層薄膜の膜厚を高精度で測定するための標準試料に対する感度直線の求め方に特徴のある蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｘ線を用いて試料の多層膜構造を解析する方法として、Ｘ線反射率と蛍光Ｘ線測定による金属多層膜の構造解析方法が提案（必要ならば、特願平９−２６８７５０号参照）されており、この様な構造解析方法においては、Ｘ線反射率測定データの解析により予め各層の付着量を求めた薄膜標準試料における蛍光Ｘ線の感度係数を参照して、解析対象となる金属多層薄膜の蛍光Ｘ線の強度から膜厚を求めるものであり、この様な膜厚測定法により、±５％の精度で膜厚測定を行えるようになった。
なお、この誤差の多くは、Ｘ線反射率の解析誤差による。
【０００３】
この場合の薄膜標準試料としては、バックグラウンドに不所望な出力を放出しないＳｉを基板として用い、このＳｉ基板の上に解析対象となる分析層Ｘを、分析層Ｘとの屈折率差の大きな下地層及び保護層となるＴａ層で挟んだＳｉ／Ｔａ／Ｘ／Ｔａ構造を用いている。
この場合、分析層Ｘの付着量が異なる複数の標準試料を用意し、この複数の標準試料の各々に対してＸ線反射率解析の結果から求めた理論強度と蛍光Ｘ線測定強度との関係から、蛍光Ｘ線装置の感度補正を行うことにより膜厚が未知な試料の測定が可能になるものである。
【０００４】
ここで用いられる理論強度計算法はＦＰ（ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＰａｒａｍｅｔｅｒ）法と呼ばれるものであり、多層構造膜における分析層以外の層での吸収効果や、分析層以外の層からのＸ線による分析層の励起効果等が取り入れられる。
【０００５】
従来の蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法においてＦＰ法を行う際には、標準試料及び未知の解析対象試料の計算モデルは、例えば、標準試料におけるＴａ層のように、同じ材料からなる層が複数ある場合でも、それらを一層にまとめた構造として計算していたので、この状況を図３を参照して説明する。
【０００６】
図３参照
図３における「●」は、Ｒｕを分析対象としたＳｉ／Ｔａ／Ｒｕ／Ｔａ構造の標準試料を用い、Ｒｕ層の付着量が異なる６つの標準試料を用意し、まず、Ｘ線反射率測定法によって、各層からの反射Ｘ線強度を測定し、その測定結果に基づいて、最小二乗法を用いてフィッティングすることによって、各層の膜厚及び密度を独立に求め、この膜厚及び密度から各層の付着量（＝膜厚×密度）を求める。
【０００７】
次いで、標準試料における膜構造がＳｉ／Ｒｕ／Ｔａ構造であると仮定して、Ｘ線反射率測定・解析によって求めた付着量を基にして、Ｔａ層における吸収効果等を考慮したＦＰ法によって蛍光Ｘ線強度を計算することによって理論Ｎｅｔ強度（理論ネット強度）を求める。
【０００８】
次いで、６つの標準試料に対して蛍光Ｘ線の強度測定を行い、測定した蛍光Ｘ線強度とＦＰ法によって計算した理論Ｎｅｔ強度の相関をグラフ化し、最小二乗法を用いて各測定点が乗る感度直線を得る。
なお、この場合、蛍光Ｘ線を得るためには、ターゲットのＲｈからの連続波長のＸ線を用いて、また、測定対象のＸ線、即ち、蛍光Ｘ線としては、ＲｕのＫα線がターゲットのＲｈ線と重なるため、ＲｕのＬα線、即ち、Ｒｕ−Ｌα線を用いる。
【０００９】
この得られた感度直線における傾き、即ち、感度係数ｆは、
ｆ＝６．７２±１．０８
となり、感度係数精度は、±１６％（≒１．０８／６．７２）であった。
この様な感度直線を用いて、解析対象となる多層金属膜における分析層の膜厚を測定することになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のＦＰ法の場合には、同じ材料からなる層が複数層ある場合にも、それらを一層としてまとめた構造として吸収効果等を計算していたので、測定する蛍光Ｘ線としてＫ線に比べて他の層における吸収効果が非常に大きなＲｕ−Ｌα線等のＬ線やＭ線を用いた場合には、吸収効果が正確に計算されず、得られた感度係数の精度が低下し、結果として、解析対象となる分析層の膜厚を精度良く求めることができないという問題がある。
因に、Ｒｕ−Ｌα線は、Ｒｕ−Ｋα線に比べて、Ｔａ層においてかなり吸収される。
【００１１】
また、Ｘ線反射率測定において、Ｒｕのように、反射率測定の際に照射する特定波長のＸ線に対する分析層の屈折率が分析層を挟むＴａの屈折率と近い場合、両者の界面が良好に分離されないため、Ｘ線反射率測定データの解析精度が低下し、膜厚の絶対精度が低下するという問題がある。
【００１２】
したがって、本発明は、標準試料を用いて感度直線を作成する際に、成膜時の実際の多層膜構造を反映するように感度を補正し、分析対象における未知の層の膜厚を精度良く測定することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
図１は本発明の膜厚測定方法のフローを示す原理的構成の説明図であり、この図１を参照して本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
（１）本発明は、蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法において、標準試料を、分析層を分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、標準試料のＸ線反射率測定データにより求まる標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の膜厚及び密度から求めた各層の付着量を用いて感度直線を得ることを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
【００１４】
この様に、標準試料を分析層を分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とした場合、図１の▲１▼で測定した蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、図１の▲３▼に示すように、標準試料の成膜時の膜構造モデルを用いることによって、図１の▲４▼で示すように、分析層を挟む同じ材料からなる下地層と保護層における吸収効果を正確に反映した感度直線を得ることができる。
【００１６】
この場合、標準試料を構成する各層の付着量を、図１の▲２▼に示すように、標準試料のＸ線反射率測定データにより求まる各層の膜厚及び密度から求めることによって、付着量を精度良く評価することができる。
なお、この場合、感度直線の傾き、即ち、感度係数には、現在の測定技術では、Ｘ線反射率解析による密度の誤差±５％を含んでいる。
【００１７】
（２）また、本発明は、上記（１）において、標準試料が、同じ材料からなる下地層及び保護層と分析層との間に介在層を配し、下地層／分析層界面のＸ線反射率よりも介在層／分析層界面のＸ線反射率が大きくなるように介在層の材料を選択することを特徴とする。
【００１８】
この様に、同じ材料からなる下地層及び保護層と分析層との間に介在層を配し、下地層／分析層界面のＸ線反射率よりも介在層／分析層界面のＸ線反射率が大きくなるように介在層の材料を選択することによって、界面におけるＸ線反射が良好になるので、Ｘ線反射率測定を精度良く行うことができる。
なお、このＸ線反射率は界面におけるＸ線の屈折率差に依存するので、Ｔａ／Ｒｕの屈折率差以上の屈折率差が必要である。
【００１９】
（３）また、本発明は、蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法において、標準試料を、分析層を前記分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、ラザフォード後方散乱分析法により求めた標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の付着量を用いて感度直線を得ることを特徴とする。
【００２０】
この様に、標準試料を構成する各層の付着量を求める場合には、ラザフォード後方散乱分析法（ＲＢＳ：ＲｕｔｈｅｒｆｏｒｄＢａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いても良いものである。
【００２１】
（４）また、本発明は、蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法において、標準試料を、分析層を前記分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、ラザフォード後方散乱分析法により求めた標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の付着量と、標準試料のＸ線反射率測定データにより求まる標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の膜厚及び密度から求めた各層の付着量を相補的に用いて感度直線を得ることを特徴とする。
【００２２】
この様に、付着量を求める際に、ＲＢＳ法とＸ線反射率測定法を相補的に用い、ＲＢＳ法によって得た結果を、Ｘ線反射率測定データを解析する際の初期値に用いる等によって、より高精度に膜厚，付着量を求めることができる。
例えば、ＲＢＳ法によって付着量を求め、Ｘ線反射率測定法によって膜厚を求めることによって、密度誤差を±２％に抑えることができる。
【００２３】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかによって求めた感度直線の傾きを用いて、同じ材料からなる層を複数含む金属多層膜を構成する各層の膜厚を測定する際に、複数の同じ材料からなる層について、複数の異なった波長の蛍光Ｘ線を用いることによって、複数の同じ材料からなる層の付着量を分離して求めることを特徴とする。
【００２４】
この様に、図１の▲５▼に示すように、標準試料によって求めた感度直線の傾き、即ち、感度係数を用いて同じ材料からなる層を複数含む金属多層膜を構成する各層の膜厚を測定する際に、複数の異なった波長の蛍光Ｘ線を用いて複数の同じ材料からなる層の付着量を分離して求めることによって、同じ材料からなる層の個別の膜厚を精度良く求めることができる。
例えば、Ｘ線入射面に近い層に対しては、他の層における吸収の大きな波長のＸ線、例えば、Ｌ線或いはＭ線を用い、下層に対しては吸収の小さなＫ線を用いることによって、ＦＰ法によって計算する際に、良好に分離した結果を得ることができる。
【００２５】
（６）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかによって求めた感度直線の傾きを用いて、同じ材料からなる層を複数含む金属多層膜を構成する各層の膜厚を測定する際に、複数の同じ材料からなる層の付着量を、一層にまとめた構造モデルによって計算したのち、各層の成膜時間により付着量を分割し、この分割した付着量に基づいて金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚を再計算することを特徴とする。
【００２６】
この様に、複数の同じ材料からなる層の付着量を、一層にまとめた構造モデルによって計算したのち、各層の成膜時間により付着量を分割し、この分割した付着量に基づいて金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚を再計算することによって、吸収効果をより正確に反映した結果を得ることができる。
【００２７】
（７）また、本発明は、上記（５）及び（６）において求めた付着量を相補的に用いて、金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚を計算することを特徴とする。
【００２８】
この様に、異なった波長による分析結果と、成膜時間により分割した結果とを相補的に用いることによって、金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚をより正確に計算することができる。
【００２９】
（８）また、本発明は、上記（１）乃至（７）のいずれかにおいて、金属多層膜中の分析対象となる層が、積層フェリスピンバルブ膜におけるＲｕ膜であることを特徴とする。
【００３０】
上記の（１）乃至（７）の膜厚測定法は、Ｔａと屈折率が近い薄いＲｕ膜をピンド層の一部として用いている積層フェリスピンバルブ膜、即ち、ピンド層中に２つの磁気モーメントの異なった磁性膜を有するスピンバルブ膜の膜構造解析に好適であり、この様な膜構造解析結果を薄膜磁気ヘッドの量産過程における膜厚管理に用いることによって磁気ディスク装置の品質を向上することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
ここで、図２乃至図５を参照して、本発明の実施の形態の蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法の手順を説明する。
まず、測定対象となる多層薄膜試料として用いるフェリスピンバルブ膜の積層構造を説明すると、（１００）面を主面とするシリコン基板上にスパッタリング法を用いて厚さ５０ÅのＴａ膜、厚さ２０ÅのＮｉＦｅ膜からなるフリー層、厚さ１５ÅのＣｏＦｅＢ膜からなるフリー層、厚さ３０ÅのＣｕ膜からなる中間層、厚さ２５ÅのＣｏＦｅＢ膜／厚さ８ÅのＲｕ膜／厚さ１５ÅのＣｏＦｅＢ膜の３層構造からなるピンド層、厚さ１５０ÅのＰｄＰｔＭｎ膜からなる反強磁性体層、及び、厚さ６０ÅのＴａ膜を順次積層させ、Ｓｉ／Ｔａ／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅＢ／Ｃｕ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／ＰｄＰｔＭｎ／Ｔａからなる多層薄膜構造を形成し、ピンド層を構成するＲｕ膜を膜厚測定対象とする。
なお、各ＣｏＦｅＢ膜におけるＢ組成比は２％であり、耐熱性の向上のために添加している。
【００３２】
図２参照
次いで、この様なフェリスピンバルブ膜の膜厚を測定するための標準試料として、（１００）面を主面とするシリコン基板上にスパッタリング法を用いて厚さ５０ÅのＴａ膜、厚さ２５ÅのＣｏＦｅＢ膜、厚さＸÅのＲｕ膜／厚さ２２ÅのＣｏＦｅＢ膜、及び、厚さ６０ÅのＴａ膜を順次積層させ、Ｓｉ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａからなる多層薄膜構造を形成する。
なお、この場合のＲｕ膜を挟むＣｏＦｅＢは、Ｘ線反射率測定の際に用いる波長が、例えば、λ＝１．６２Åの単一波長の入射Ｘ線に対するＴａ膜とＲｕ膜の屈折率の差が小さいので、各層の界面の屈折率差を大きくするために挿入しているものである。
また、この場合のＲｕ膜の膜厚ＸÅとしては、７Å、１０Å、２０Å、３０Å、３０Å、５０Å、７０Å、及び、１００Åの８種類の標準試料を用意する。
【００３３】
次に、第１の工程として、この８つの標準試料に対して蛍光Ｘ線強度測定を行う。
この場合、照射Ｘ線としては、ターゲットとしてＲｈを用いた連続波長Ｘ線を用い、分析する蛍光Ｘ線としては、Ｒｕ−Ｋα線がターゲットのＲｈ線と重なるため、Ｒｕ−Ｌα線を用いる。
【００３４】
次に、第２の工程として、８つの標準試料に対して、出射角２θを０°＜２θ＜８°としたＸ線反射率測定を行い、得られた測定データを従来公知の手法により最小二乗フィッティングすることによって、２つのＴａ膜及びＣｏＦｅＢ膜を、それぞれ一層のＴａ膜及びＣｏＦｅＢ膜としてまとめた形でＴａ膜、ＣｏＦｅＢ膜、及び、Ｒｕ膜の膜厚及び密度を独立に求め、この求めた膜厚及び密度からＴａ膜、ＣｏＦｅＢ膜、及び、Ｒｕ膜の付着量（＝膜厚×密度）を求める。
【００３５】
次いで、求めたＴａ膜及びＣｏＦｅＢ膜の付着量に基づいてＴａ膜及びＣｏＦｅＢ膜による吸収効果、特に、Ｔａ膜による吸収効果を取り入れたＦＰ法によってＲｕ膜からの実効的な蛍光Ｘ線強度を理論Ｎｅｔ強度として求め、この理論Ｎｅｔ強度を横軸とし、上記の蛍光Ｘ線強度の測定強度を縦軸にすることによって図３に示す感度直線が得られる。
【００３６】
図３参照
図３は、この様にして得られた「□」で示す各標準試料における測定点が直線にのるように求めた感度直線を破線で示した図であるが、感度直線の傾き、即ち感度係数ｆが、従来のＳｉ／Ｔａ／Ｒｕ／Ｔａ構造の標準試料と同じであるので、実線と重なっている。
この結果、得られた感度係数ｆは、
ｆ＝６．７２±０．３３
となり、感度係数精度は±４．９％（≒０．３３／６．７２）となり、Ｔａ膜とＲｕ膜との間に屈折率差を大きくするためのＣｏＦｅＢ膜を介在させることによって感度係数精度、即ち、膜厚の絶対精度が大幅に向上した。
この結果、膜厚が１０Å以下の場合の解析精度が向上することが理解される。
【００３７】
次に、Ｘ線反射率測定・解析の結果得られたＴａ膜及びＣｏＦｅＢ膜の付着量を、実際の成膜時の膜構造モデル、即ち、Ｓｉ／Ｔａ／ＣｏＦｅＢ／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ／Ｔａ構造に対応するように分割した付着量、したがって、膜厚に応じた吸収効果を考慮して感度係数を再計算して補正する。
【００３８】
図４参照
図４は、再計算により補正した感度直線を実線とし、破線で表す補正前の感度直線とともに示した図であり、補正の結果、得られた感度係数ｆは、
ｆ＝６．４５±０．３１
となり、感度係数精度は±４．８％と補正前とほぼ同じであるが、感度係数ｆ自体は約４％程度小さくなった。
【００３９】
最後に、この様な標準試料によって求めた補正した感度係数を用いて、測定対象となる多層薄膜試料として用いるフェリスピンバルブ膜の積層構造、特に、ピンド層を構成するＲｕ膜の膜厚を測定するが、この測定の手順を図５を参照して説明する。
【００４０】
図５参照
まず、第１に、Ｓｉ／Ｔａ（５０Å）／ＮｉＦｅ（２０Å）／ＣｏＦｅＢ（１５Å）／Ｃｕ（３０Å）／ＣｏＦｅＢ（２５Å）／Ｒｕ（８Å）／ＣｏＦｅＢ（１５Å）／ＰｄＰｔＭｎ（１５０Å）／Ｔａ（６０Å）構造のスピンバルブ膜にターゲットのＲｈからの連続Ｘ線を照射して蛍光Ｘ線強度測定を行うが、上下のＴａ膜については分析線をＴａ−Ｌα線とし、ＰｄＰｔＭｎ膜についてはＭｎ−Ｋα線とし、Ｒｕ膜についてはＲｕ−Ｌα線とし、３層のＣｏＦｅＢ膜についてはＣｏ−Ｋα線とし、Ｃｕ層についてはＣｕ−Ｋα線とし、ＮｉＦｅ膜についてはＮｉ−Ｋα線とする。
【００４１】
次いで、第２に、得られた各蛍光Ｘ線強度に基づいて、予め求めてあるＴａ−Ｌα及びＣｏ−Ｋαの感度係数を用いてＦＰ法によって、２層のＴａ膜の合計付着量及び３層のＣｏＦｅＢ膜の合計付着量を求める。
なお、この時点で、図４において●で示したＲｕ−Ｌαの感度係数から求めたＲｕ膜の膜厚は７．１Åとなる。
【００４２】
次いで、第３に、スピンバルブ膜の各層の成膜時の成膜時間に応じて上下のＴａ膜の付着量及び３層のＣｏＦｅＢ膜の付着量を夫々分離して求める。
この求めた結果により、スピンバルブ膜の膜構造モデルを、Ｓｉ／Ｔａ（付着量既知）／ＮｉＦｅ／ＣｏＦｅＢ（付着量既知）／Ｃｕ／ＣｏＦｅＢ（付着量既知）／Ｒｕ／ＣｏＦｅＢ（付着量既知）／ＰｄＰｔＭｎ／Ｔａ（付着量既知）構造とし、Ｒｕ膜、その他のＮｉＦｅ膜、Ｃｕ膜、及び、ＰｄＰｔＭｎ膜について、それぞれの分析線の感度係数を基にして、上において測定された蛍光Ｘ線強度からＦＰ法を用いて、各Ｔａ膜及び各ＣｏＦｅＢ膜における吸収効果を取り入れてその付着量を再計算する。
【００４３】
図５における右側の数値は、この様に補正した感度係数を用いて再計算した結果得られた各膜の膜厚であり、各膜の膜厚は、成膜時に設定した膜厚より若干薄くなっている。これは、設定した膜厚は、単層膜を同じ成膜条件で比較的厚く堆積させた時の成膜速度から評価しているため、単層膜の膜厚が表面に必然的に形成される自然酸化を含んだ膜厚となり、スピンバルブ膜における実際の膜厚より若干厚くなるためであると考えられる。
【００４４】
再計算の結果、Ｒｕ膜の膜厚は、再計算前の７．１Åに対して６．９Åとなり、再計算前に比べて約３％補正された。
これは、主に、基板上のＴａ層（４１Å）によるＲｕ−Ｌα線の吸収を補正したためである。
【００４５】
この様に、本発明では蛍光Ｘ線を用いて膜厚測定する際に、分析対象となる膜の蛍光Ｘ線に対する感度係数を、標準試料の成膜時の膜構造を反映するように補正しているので、分析対象の多層金属膜における膜厚を精度良く測定することが可能になる。
【００４６】
また、本発明においては、標準試料を作成する際に、下地層及び保護層となるＴａ膜との間に、ＣｏＦｅＢ膜を介在させて、Ｔａ膜とＲｕ膜の屈折率の差が小さいことによる界面の分離不良を改善しているので、標準試料を構成する各膜の膜厚を測定するためのＸ線反射率測定における反射Ｘ線強度を各膜毎により正確に求めることができ、それによって、膜厚の絶対精度の低下を抑制することができる。
【００４７】
また、本発明においては、分析対象の多層金属膜における膜構造も、成膜時の膜構造を反映するように、同じ材料からなる膜を分離して再計算しているので、対象となる分析層の膜厚を精度良く求めることができる。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、上記の実施の形態の説明においては、標準試料を構成する各膜の付着量をＸ線反射率測定法を用いて求めているが、ＲＢＳ法（ラザフォード後方散乱分析法）を用いて求めても良いものである。
【００４９】
また、ＲＢＳ法を用いる場合、Ｘ線反射率測定法と相補的に用いても良いものである。
即ち、ＲＢＳ法によって求めた付着量を、Ｘ線反射率測定法によって得たデータを最小二乗フィッティングする際の初期値として用いることによって、付着量をより正確に求めることが可能になる。
【００５０】
また、上記の実施の形態においては、スピンバルブ膜の蛍光Ｘ線による膜厚測定において、２層存在するＴａ膜を同じ波長の蛍光Ｘ線、即ち、Ｔａ−Ｌα線を用いて測定し、また、３層存在するＣｏＦｅＢ膜を同じ波長のＣｏ−Ｋα線を用いて強度測定を行っているが、各層毎に異なった波長の蛍光Ｘ線を用いて強度測定を行っても良いものである。
例えば、Ｘ線入射面に近いＴａ膜に対しては、他の層における吸収の大きな波長のＴａ−Ｍα線を用い、下層に対しては吸収が相対的に小さなＴａ−Ｌα線を用いることによって、ＦＰ法によって計算する際に、分離した結果を得ることができる。
【００５１】
また、この様な異なった波長の蛍光Ｘ線による強度測定の結果と、成膜時の成膜時間に基づいて付着量を分割する手法とを相補的に用いることによって、より精度の高い付着量分離が可能になり、それによって、吸収効果をより正確に反映することが可能になる。
【００５２】
また、上記の実施の形態においては、分析対象となる金属多層膜をフェリスピンバルブ膜とし、その内のピンド層を構成するＲｕ膜の膜厚を測定しているが、Ｒｕ膜に限られるものではなく、中間層を構成するＣｕ膜の膜厚、或いは、フリー層を構成するＮｉＦｅ膜或いはＣｏＦｅＢ膜、さらには、反強磁性層を構成するＰｄＰｔＭｎ膜の膜厚測定にも適用されるものであり、さらには、スピンバルブ膜以外の他の金属多層膜にも適用されるものである。
【００５３】
また、上記の実施の形態においては、標準試料においては、互いに隣接する層の間の屈折率差を大きくするためにＴａ膜とＲｕ膜との間にＣｏＦｅＢ膜を介在させているが、ＣｏＦｅＢ膜に限られるものではなく、Ｂを含まないＣｏＦｅ膜でも良いし、或いは、Ｒｕ膜と屈折率が大きく異なる金属膜を用いても良いものである。
【００５４】
また、分析対象となる分析層がＲｕ膜でない場合、標準試料を構成する分析層と分析層を挟む下地層及び保護層との屈折率差が大きな場合、ＣｏＦｅＢ膜等の屈折率差を大きくするための膜を介在させる必要は必ずしもない。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、蛍光Ｘ線を用いて膜厚測定を行う際に、複数の非分析層における吸収効果を、成膜時の膜構造に応じて分離して考慮しているので、高精度の膜厚測定が可能になり、また、この様な膜厚測定法を積層フェリスピンバルブ膜を用いた薄膜磁気ヘッドの製造ラインの工程管理に適用することによって、品質の均一化、不良品の検査を効果的に行うことができ、ひいては、薄膜磁気ヘッドの低コスト化、高品質化に寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における感度直線作成フロー図である。
【図３】本発明の実施の形態における感度直線図である。
【図４】本発明の実施の形態における試料構造を反映した強度計算モデルによる感度直線図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるスピンバルブ膜の膜厚の測定フロー図である。

Claims

標準試料を、分析層を前記分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、前記標準試料のＸ線反射率測定データにより求まる前記標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の膜厚及び密度から求めた前記各層の付着量を用いて感度直線を得ることを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
上記標準試料が、上記同じ材料からなる下地層及び保護層と分析層との間に介在層を配し、下地層／分析層界面のＸ線反射率よりも介在層／分析層界面のＸ線反射率が大きくなるように前記介在層の材料を選択することを特徴とする請求項１記載の蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
標準試料を、分析層を前記分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、ラザフォード後方散乱分析法により求めた前記標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の付着量を用いて感度直線を得ることを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
標準試料を、分析層を前記分析層と異なる同じ材料からなる下地層と保護層とで挟んだ多層構造とし、蛍光Ｘ線の理論強度を計算する際に、ラザフォード後方散乱分析法により求めた前記標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の付着量と、前記標準試料のＸ線反射率測定データにより求まる前記標準試料の成膜時の膜構造モデルによる各層の膜厚及び密度から求めた前記各層の付着量を相補的に用いて感度直線を得ることを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法によって求めた感度直線の傾きを用いて、同じ材料からなる層を複数含む金属多層膜を構成する各層の膜厚を測定する際に、前記複数の同じ材料からなる層について、複数の異なった波長の蛍光Ｘ線を用いることによって、前記複数の同じ材料からなる層の付着量を分離して求めることを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法によって求めた感度直線の傾きを用いて、同じ材料からなる層を複数含む金属多層膜を構成する各層の膜厚を測定する際に、前記複数の同じ材料からなる層の付着量を、一層にまとめた構造モデルによって計算したのち、前記各層の成膜時間により付着量を分割し、前記分割した付着量に基づいて前記金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚を再計算することを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
請求項５及び請求項６に記載の方法によって求めた付着量を相補的に用いて、上記金属多層膜中の分析対象となる層の膜厚を計算することを特徴とする蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。
上記金属多層膜中の分析対象となる層が、積層フェリスピンバルブ膜におけるＲｕ膜であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の蛍光Ｘ線を用いた膜厚測定方法。