JP3810303B2 - Thin film inspection method and apparatus, and micro device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラザフォード後方散乱分光分析法(Rutherford backscattering spectroscopy;以下、RBSとも記す。)を用いて薄膜を含む試料の検査を行う薄膜検査方法および装置、ならびにこの薄膜検査方法を利用したマイクロデバイスの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、ハードディスク装置の面記録密度の向上に伴って、薄膜磁気ヘッドの性能向上が求められている。薄膜磁気ヘッドとしては、読み出し用の磁気抵抗効果素子(以下、MR(Magneto-resistive)素子とも記す。)を有する再生ヘッドと書き込み用の誘導型電磁変換素子を有する記録ヘッドとを積層した構造の複合型薄膜磁気ヘッドが広く用いられている。
【0003】
ところで、上記MR素子は、例えば、磁気抵抗効果を有するMR膜を成膜し、パターン化されたレジスト層をマスクとして用いて、MR膜を選択的にエッチングすることによって形成される。また、MR素子に接続されるリード層は、例えば、パターン化されたレジスト層をマスクとして用いて、リフトオフ法やエッチング法等によって形成される。
【0004】
上記のMR素子やリード層の形成の際には、スパッタリングによる成膜、エッチング、レジスト層の剥離、アニール等の種々の工程で、MR素子やリード層を構成する薄膜の表面に酸化層が形成される。また、この酸化層の上に新たな薄膜が形成されて、隣接する2つの薄膜の間に酸化層が存在する場合もある。
【0005】
上述のような酸化層は再生ヘッドの特性に大きな影響を与える。そのため、優れた特性の再生ヘッドを安定して製造するためには、再生ヘッドの製造過程において、上記酸化層の状態を把握し、これを適切に処理する必要がある。そこで、薄膜磁気ヘッドの製造工程中に形成される酸化層を検査する必要が生じる。
【0006】
薄膜の表面や隣接する2つの薄膜の間に存在する酸化層を検査する方法としては、オージェ電子分光法(以下、AESと記す。)、X線光電子分光法(以下、XPSと記す。)、二次イオン質量分析法(以下、SIMSと記す。)等を用いて表面解析を行う方法や、蛍光X線分光分析法(以下、XRFと記す。)、X線回折法(以下、XRDと記す。)等を用いて組成分析や結晶解析を行う方法が考えられる。
【0007】
上記の各方法の他に、酸化層を検査する方法としては、特開2001−83108号公報に示されるようなX線反射率測定装置を用いた積層構造検査法や、特開平7−190961号公報に示されるようなRBSを用いる方法が考えられる。
【0008】
一方、「“高分解能・ラザフォード後方散乱分析法による極表面領域の解析技術”、こべるにくすVol.8,OCT.1999,p4〜5」や、「木村 他、“高分解能RBS装置の開発”、表面科学Vol.22,No.7,2001,p21〜27」には、高分解能のRBS(以下、高分解能RBSと言う。)の技術が開示されている。この高分解能RBSは、中エネルギ領域のHeイオンビームと、磁場型のエネルギ分析器とを用いることで、0.2nm程度の高分解能を実現している。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
AES、XPS等を用いて表面解析を行う方法は超高真空状態を必要とする。また、この方法は破壊検査法である。すなわち、この方法では、Arガスイオン等を用いたエッチングによって試料を少しずつ削りながら、試料の深さ方向における組成分布を測定する。また、この組成分布の測定には多くの時間を要する。これらのことから、薄膜磁気ヘッドの製造工程の途中で酸化層を検査する用途では、表面解析によって酸化層を検査する方法は、エッチングと同時に検査を行う場合のように限られた場合でしか用いることができない。
【0010】
また、AESやXPSでは、元素を検出できる深さの範囲は、元素によって異なると共に、およそ2nm〜10nmに存在する。従って、AESやXPSでは、薄膜の表面に存在するごく薄い酸化層のみを検出することは困難である。
【0011】
一方、XRFやXRDによる薄膜の検査方法では、X線の進入深さが大きいため、薄膜全体における物質の情報が検出されてしまう。そのため、この検査方法では、薄膜の表面に存在する酸化層と、隣接する2つの薄膜の間に存在する酸化層とを区別することができない。従って、この検査方法では、酸化層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての酸化層の位置を検出することはできない。
【0012】
また、特開2001−83108号公報に示されるようなX線反射率測定装置を用いた積層構造検査法は、隣接する2つの薄膜の界面に拡散層がなく、この界面で明確にX線の反射が生じるような積層体にしか適用することができない。従って、この方法では、隣接する2つの薄膜の間に、数原子層程度の厚さの不均一な酸化層が存在する場合には、この酸化層を検出できないことがある。
【0013】
また、従来のRBSでは、深さ方向分解能が10nm程度である。従って、極めて薄い酸化層を検出したり、酸化層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての酸化層の位置を精度よく検出することは困難であった。
【0014】
これに対し、0.2nm程度の高分解能を実現できる前述の高分解能RBSを用いれば、極めて薄い酸化層を検出したり、酸化層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての酸化層の位置を精度よく検出することが可能となる。
【0015】
ところで、従来、RBSを用いた積層構造の解析方法としては、特開平7−190961号公報や特開平5−157710号公報に示されるように、スペクトルシミュレーションを用いた解析方法がある。この解析方法では、試料の表面から内部にかけて複数の層を仮定して理論スペクトルを計算する。そして、実際の測定で得られたスペクトルと理論スペクトルとを比較し、両者の差異が小さくなるように、各層の元素密度を修正する。
【0016】
しかしながら、この解析方法は、複雑な計算を繰り返し実行しなければならず、多くの処理時間を要するという問題点がある。従って、この解析方法は、薄膜磁気ヘッドの製造工程の途中で酸化層を検査する用途には不向きである。
【0017】
以上説明した種々の問題点は、酸化層を検査する場合に限らず、既知の組成からなる薄膜に隣接する、異なる組成の層(以下、異種層と言う。)を検査する場合の全般に当てはまる。異種層としては、酸化層の他に、例えば、薄膜およびその下地のエッチングの際に、下地より除去された物質が薄膜の上に堆積してできる層がある。
【0018】
また、薄膜磁気ヘッドの製造工程の途中で形成される酸化層を検査する場合には、次のような問題点もあった。すなわち、スパッタリングやエッチング等の処理中に試料の表面に形成された酸化膜を検査するために、試料を処理室から取り出して大気中に暴露すると、試料の表面に自然酸化による酸化層が形成されてしまう。その結果、試料の表面に存在する酸化層が、処理中に形成されたものなのか、処理後に形成されたものなのかを判別できなくなる。
【0019】
また、以上の各問題点は、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスの製造工程の途中で形成される異種層を検査する場合にも当てはまる。なお、マイクロデバイスとは、薄膜形成技術を利用して製造される小型のデバイスを言う。マイクロデバイスの例としては、薄膜磁気ヘッドの他に、半導体デバイスや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等がある。
【0020】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第1の目的は、既知の組成からなる薄膜およびその近傍の構造を、簡単に且つ精度よく検査することができるようにした薄膜検査方法および装置を提供することにある。
【0021】
また、本発明の第2の目的は、既知の組成からなる薄膜を含むマイクロデバイスの製造工程の途中で、既知の組成からなる薄膜およびその近傍の構造を、簡単に且つ精度よく検査することができるようにしたマイクロデバイスの製造方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜検査方法は、既知の組成からなる薄膜を含む試料における薄膜およびその近傍の構造を検査する方法であって、
試料について、所定の条件で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する手順と、
既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、試料についての測定の際の条件と同じ条件下で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する手順と、
シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求める手順と、
差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造を解析する手順とを備えたものである。
【0023】
この薄膜検査方法では、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと試料について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルが求められ、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造が解析される。
【0024】
本発明の薄膜検査方法において、解析する手順は、差のスペクトルに基づいて、薄膜に隣接し、薄膜とは組成が異なる異種層を検出してもよい。この場合、解析する手順は、更に、差のスペクトルに基づいて、異種層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての異種層の位置を検出してもよい。
【0025】
また、本発明の薄膜検査方法において、試料についてエネルギスペクトルを測定する手順は、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを試料に照射し、試料によって後方散乱されたイオンを、磁場型のエネルギ分析器によってエネルギに応じて分散させ、この分散されたイオンを1次元位置検出器によって検出してもよい。
【0026】
また、本発明の薄膜検査方法は、更に、試料についてエネルギスペクトルを測定する手順の前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または異種層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料を作製する手順を備えていてもよい。
【0027】
本発明の薄膜検査装置は、既知の組成からなる薄膜を含む試料における薄膜およびその近傍の構造を検査するための装置であって、
ラザフォード後方散乱分光分析法によって試料の後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する測定装置と、
試料について、所定の条件で、測定装置によって測定されたエネルギスペクトルの情報を入力すると共に、既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定し、シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求め、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造に関する情報を生成する制御装置とを備えたものである。
【0028】
本発明の薄膜検査装置では、測定装置によって、既知の組成からなる薄膜を含む試料について、後方散乱イオンのエネルギスペクトルが測定され、制御装置によって、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと試料について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルが求められ、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造に関する情報が生成される。
【0029】
本発明の薄膜検査装置において、制御装置は、差のスペクトルに基づいて、薄膜に隣接し、薄膜とは組成が異なる異種層を検出してもよい。この場合、制御装置は、更に、差のスペクトルに基づいて、異種層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての異種層の位置を検出してもよい。
【0030】
また、本発明の薄膜検査装置において、測定装置は、試料を収納する収納部と、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを出射するイオン加速器と、イオン加速器より出射されたイオンを収納部に収納された試料に照射するイオン照射系と、試料によって後方散乱されたイオンをエネルギに応じて分散させる磁場型のエネルギ分析器と、エネルギ分析器によって分散されたイオンを検出する1次元位置検出器とを有していてもよい。
【0031】
また、本発明の薄膜検査装置は、更に、試料を収納部に搬入すると共に試料を収納部より取り出す自動搬送装置を備えていてもよい。
【0032】
本発明のマイクロデバイスの製造方法は、既知の組成からなる薄膜を含むマイクロデバイスを製造する工程と、マイクロデバイスを製造する工程の途中で、薄膜を含む中間製造物における薄膜およびその近傍の構造を検査する工程とを備え、検査する工程は、
中間製造物と同等の条件で形成された薄膜を含む試料について、所定の条件で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する手順と、
既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する手順と、
シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求める手順と、
差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造を解析する手順とを含むものである。
【0033】
本発明のマイクロデバイスの製造方法では、マイクロデバイスを製造する工程の途中で、薄膜を含む中間製造物における薄膜およびその近傍の構造が検査される。この検査の工程では、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと、中間製造物と同等の条件で形成された薄膜を含む試料について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルが求められ、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造が解析される。
【0034】
本発明のマイクロデバイスの製造方法において、解析する手順は、差のスペクトルに基づいて、薄膜に隣接し、薄膜とは組成が異なる異種層を検出してもよい。この場合、解析する手順は、更に、差のスペクトルに基づいて、異種層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての異種層の位置を検出してもよい。
【0035】
また、本発明のマイクロデバイスの製造方法において、試料についてエネルギスペクトルを測定する手順は、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを試料に照射し、試料によって後方散乱されたイオンを、磁場型のエネルギ分析器によってエネルギに応じて分散させ、この分散されたイオンを1次元位置検出器によって検出してもよい。
【0036】
また、本発明のマイクロデバイスの製造方法において、検査する工程は、更に、試料についてエネルギスペクトルを測定する手順の前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または異種層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料を作製する手順を備えていてもよい。
【0037】
また、本発明のマイクロデバイスの製造方法において、マイクロデバイスは薄膜磁気ヘッドであってもよい。この場合、薄膜磁気ヘッドは、磁気抵抗効果素子と、この磁気抵抗効果素子に接続されるリード層とを含み、既知の組成からなる薄膜は磁気抵抗効果素子に隣接する膜であってもよい。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。まず、図1を参照して本発明の一実施の形態に係る薄膜検査装置の構成について説明する。図1は本実施の形態に係る薄膜検査装置の全体構成を示す説明図である。
【0039】
本実施の形態に係る薄膜検査装置は、既知の組成からなる薄膜を含む試料における薄膜およびその近傍の構造を検査するための装置である。この薄膜検査装置は、ラザフォード後方散乱分光分析法によって試料の後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する測定装置101と、この測定装置101に接続された自動搬送装置102と、測定装置101および自動搬送装置102を制御する制御装置103とを備えている。
【0040】
測定装置101は、試料111を収納する分析チャンバ112と、250〜500keVの中エネルギ領域内のエネルギのイオンを出射するイオン加速器113と、このイオン加速器113より出射されたイオンを分析チャンバ112に収納された試料111に照射するイオン照射系とを備えている。分析チャンバ112内には、試料111の位置を任意に設定する5軸ゴニオステージが設けられている。分析チャンバ112は本発明における収納部に対応する。イオン照射系は、イオン加速器113と分析チャンバ112との間に、イオン加速器113側から順に配置された対物スリット114、E×B型(直交電磁界型)フィルタ115および四重極マグネット116を有している。対物スリット114は、イオン加速器113より出射されたイオンビームを絞る。E×B型フィルタ115は、対物スリット114を通過したイオンビームのうちの所定の速度のイオンビームを選択的に通過させる。四重極マグネット116は、E×B型フィルタ115を通過したイオンビームを収束させる。
【0041】
測定装置101は、更に、試料111によって後方散乱されたイオンビームを絞るスリット117と、このスリット117を通過したイオンビームを、エネルギに応じて分散させる磁場型のエネルギ分析器118と、このエネルギ分析器118によって分散されたイオンビームを検出する1次元位置検出器119とを備えている。1次元位置検出器119には、例えばマイクロチャンネルプレートが用いられる。
【0042】
自動搬送装置102は、ロードロックチャンバ121と、このロードロックチャンバ121と分析チャンバ112との間に設けられたロボットチャンバ122とを備えている。ロードロックチャンバ121内には、複数の試料111を格納可能なウェハカセット123が設けられている。ロードロックチャンバ121では、分析チャンバ112を大気に開放することなく、ウェハカセット123に対して試料111が出し入れされる。ロボットチャンバ122内には、2つの搬送ロボットアーム124が設けられている。各アーム124は、同時に上下運動および回転運動を行うことができると共に、独立に進退運動を行うことができる。アーム124は、ウェハカセット123より試料111を取り出して、この試料111を、分析チャンバ112内に搬入し、5軸ゴニオステージ上に配置する。また、アーム124は、試料111を分析チャンバ112内より取り出してウェハカセット123に格納する。
【0043】
ここで、測定装置101および自動搬送装置102の動作について説明する。試料111は、まず、ロードロックチャンバ121内のウェハカセット123に格納される。この試料111は、搬送ロボットアーム124によって、ウェハカセット123より取り出され、分析チャンバ112内の5軸ゴニオステージ上に配置される。5軸ゴニオステージによって試料111の位置が調整された後、試料111に対して、以下のようにして、ラザフォード後方散乱分光分析法による後方散乱イオンのエネルギスペクトルの測定が行われる。まず、加速器113より、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンビーム、例えばHeイオンビームが出射される。このイオンビームのうちの一部がイオン照射系を通過して試料111に照射される。試料111によって後方散乱されたイオンビームの一部は、スリット117を通過し、エネルギ分析器118によって、エネルギに応じて分散され、1次元位置検出器119に入射する。そして、1次元位置検出器119によって、後方散乱イオンのエネルギ毎の収量が検出される。このようにして、後方散乱イオンのエネルギと収量との関係、すなわちエネルギスペクトルが測定される。
【0044】
試料111についての測定が行われている間に、一方の搬送ロボットアーム124によって次の測定対象の試料111をロボットチャンバ122内に待機させておく。そして、試料111についての測定が終了したら、他方の搬送ロボットアーム124によって試料111を分析チャンバ112内より取り出し、その後、直ちに、一方の搬送ロボットアーム124によって次の測定対象の試料111を分析チャンバ112内に搬入する。これにより、試料111の測定のために要する時間を短縮することができる。
【0045】
上記の測定装置101および自動搬送装置102の動作は、制御装置103によって制御される。また、制御装置103は、1次元位置検出器119の出力信号を入力し、以下のような処理を行う。
【0046】
制御装置103は、既知の組成からなる薄膜を含む試料111について、所定の条件で、測定装置101によって測定されたエネルギスペクトルの情報を入力する。また、制御装置103は、既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、試料111についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する。また、制御装置103は、シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求め、この差のスペクトルに基づいて、試料111における薄膜およびその近傍の構造に関する情報を生成する。
【0047】
図2は、制御装置103の構成の一例を示すブロック図である。この例における制御装置103は、主制御部131と、この主制御部131に接続された記憶装置132と、主制御部131に接続された入出力制御部133と、この入出力制御部133に接続された入力装置134、表示装置135および出力装置136を備えている。主制御部131は、CPU(中央処理装置)、ROM(リードオンリメモリ)およびRAM(ランダムアクセスメモリ)を有している。記憶装置132は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク装置、光ディスク装置、フロッピー(登録商標)ディスク装置等である。また、記憶装置132は、記録媒体137に対して情報を記録し、また記録媒体137より情報を再生するようになっている。記録媒体137は、情報を記憶できるものであれば、その形態は問わないが、例えばハードディスク、光ディスク、フロッピー(登録商標)ディスク等である。
【0048】
主制御部131内のCPUは、主制御部131内のRAMを作業領域として、記録媒体137または主制御部131内のROMに記録されたプログラムを実行することにより、制御装置103としての機能を発揮するようになっている。
【0049】
次に、図3の流れ図を参照して、本実施の形態に係る薄膜検査方法について説明する。本実施の形態に係る薄膜検査方法は、既知の組成からなる薄膜を含む試料111における薄膜およびその近傍の構造を検査する方法である。この薄膜検査方法では、まず、測定装置101を用いて、試料111について、所定の条件で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する(ステップS101)。
【0050】
次に、制御装置103において、既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、試料111についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する(ステップS102)。
【0051】
次に、制御装置103において、シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトル(以下、シミュレーションスペクトルと言う。)と測定されたエネルギスペクトル(以下、測定スペクトルと言う。)との差のスペクトル(以下、差スペクトルと言う。)を求める(ステップS103)。
【0052】
次に、制御装置103において、差スペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造を解析して(ステップS104)、検査を終了する。ステップS104において、制御装置103は、差スペクトルに基づいて、薄膜に隣接し、薄膜とは組成が異なる異種層を検出する。また、制御装置103は、差スペクトルに基づいて、異種層の厚さおよび薄膜の厚さ方向についての異種層の位置を検出する。
【0053】
なお、ステップS101とステップS102の順番は、上記の説明とは逆でもよい。また、本実施の形態において、試料111についてエネルギスペクトルを測定するステップS101の前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または異種層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料を作製するステップを設けてもよい。
【0054】
以下、Ta層の表面に異種層としてTa2O5層が存在する試料あるいは2つのTa層の間に異種層としてTa2O5層が存在する試料の場合を例にとって、Ta層と異種層の各厚さを求める方法について説明する。
【0055】
ラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルにおいて、エネルギは表面からの位置(深さ)に対応し、収量は所定の元素の量に対応する。なお、エネルギが大きいほど表面に近いことを表す。また、スペクトルの幅は、所定の元素が含まれる層の厚さに対応する。従って、上記の試料についての測定スペクトルから、Taの分布を知ることができる。また、Taの単層からなる仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと測定スペクトルとの差のスペクトルから、異種層であるTa2O5層の厚さと試料の表面からの位置を検出することができる。差のスペクトルのピーク部分が、シミュレーションスペクトルにおける高エネルギ側の端部に接する位置に存在する場合には、Ta層の表面に異種層が存在することを意味する。また、差のスペクトルのピーク部分が、シミュレーションスペクトルにおける両端間の中間位置に存在する場合には、2つのTa層の間に異種層が存在することを意味する。
【0056】
以下、Ta層と異種層の各厚さを求める方法について詳しく説明する。なお、以下の説明において、シミュレーションとは、仮想の薄膜について、ラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルを、計算によって求めるシミュレーションを指す。異種層の厚さを求める方法には、以下の第1の方法と第2の方法とがある。
【0057】
異種層の厚さを求める第1の方法では、まず、仮想Ta膜の厚さを、測定しようとしている異種層の厚さよりも大きく設定してシミュレーションを行い、基準となるエネルギスペクトル(以下、基準スペクトルと言う。)を作成する。
【0058】
次に、仮想Ta膜の厚さを、例えば1nm、2nm、3nm等の、異なる5つほどの値に設定して、各厚さの仮想Ta膜毎にシミュレーションを行ってエネルギスペクトルを作成する。次に、各エネルギスペクトル毎に、エネルギスペクトルの積分強度(収量の積分値)を求める。仮想Ta膜の厚さと積分強度との関係は、原点を通る1次式で表される。この1次式をTa膜の検量線とする。
【0059】
次に、試料について測定スペクトルを求め、基準スペクトルと測定スペクトルとの差のスペクトルを求める。次に、この差のスペクトルにおけるピーク部分の積分強度を求める。ピーク部分が複数存在する場合には、各ピーク毎に積分強度を求める。
【0060】
次に、先に求めておいたTa膜の検量線を用いて、差のスペクトルにおけるピーク部分の積分強度から厚さを求める。この厚さは、純粋なTaとは異なる材料よりなる層、すなわち異種層の厚さを表す。このようにして異種層の厚さが求められる。
【0061】
この第1の方法は、異種層がTa2O5層である場合に限らず、異種層が未知の物質からなる場合や多層膜からなる場合や深さ方向の位置によって組成が異なる場合等、異種層がどのような層である場合にも適用することができる。また、この第1の方法では、異種層の組成や密度等のパラメータによらずに、異種層の絶対的な厚さを計測することができる。
【0062】
また、第1の方法は、上記説明中のTaを他の物質に置き換えれば、Ta以外の既知の組成からなる薄膜の表面や内部に存在する異種層を検出する場合にも適用することができる。例えば、2つのSi層の間に存在するダイヤモンドライクカーボン(以下、DLCと記す。)膜の厚さを測定する場合には、仮想Si膜についての基準スペクトルと、Si膜の検量線と、試料についての測定スペクトルと、基準スペクトルと測定スペクトルとの差のスペクトルから、DLC膜の厚さを求めることができる。
【0063】
異種層の厚さを求める第2の方法は、異種層の組成が既知の場合に適用できる方法である。ここでは、2つのTa層の間にTa2O5層が存在する場合を例にとって説明する。第2の方法では、まず、仮想Ta膜の厚さを、測定しようとしている異種層の厚さよりも大きく設定してシミュレーションを行い、基準スペクトルを作成する。
【0064】
次に、Ta層、Ta2O5層およびTa層がこの順に積層された構造を有する仮想の薄膜を想定する。そして、この仮想の薄膜におけるTa2O5層の厚さを、異なる5つほどの値に設定して、それぞれについてシミュレーションを行って、シミュレーションスペクトルを作成する。
【0065】
次に、各シミュレーションスペクトル毎に、基準スペクトルとシミュレーションスペクトルとの差のスペクトルを求める。次に、この差のスペクトルにおけるピーク部分の積分強度を求める。
【0066】
次に、得られた積分強度を用いて、Ta2O5層の検量線を作成する。この検量線は、Ta2O5層の厚さと積分強度との関係を表す。
【0067】
次に、試料について測定スペクトルを求め、基準スペクトルと測定スペクトルとの差のスペクトルを求める。次に、この差のスペクトルにおけるピーク部分の積分強度を求める。
【0068】
次に、先に求めておいたTa2O5層の検量線を用いて、差のスペクトルにおけるピーク部分の積分強度から、Ta2O5層の厚さを求める。このようにして異種層であるTa2O5層の厚さが求められる。
【0069】
ただし、第2の方法では、2つのTa層の間に存在する物質の密度が、予想した物質の化学量論的な組成から求まる密度からずれている場合や、2つのTa層の間に存在する物質の組成が深さ方向の位置によって異なる場合等には、誤差を生じる。
【0070】
第2の方法は、Ta層の表面に存在するTa2O5層の厚さを求める場合にも適用することができる。また、第2の方法は、Ta以外の既知の組成からなる薄膜の表面や内部に異種層が存在する場合において、その異種層の組成が既知の場合にも適用することができる。
【0071】
次に、試料中のTa層の厚さを求める方法について説明する。まず、試料におけるTa層と異種層との合計の厚さは、次のようにして求められる。すなわち、試料についての測定スペクトルの両端の位置と仮想Ta膜についてのシミュレーションスペクトルの両端の位置が一致するように、シミュレーションスペクトルを決定する。試料におけるTa層と異種層との合計の厚さは、このようにして決定されたシミュレーションスペクトルに対応する仮想Ta膜の厚さとして求められる。
【0072】
Ta層の表面に異種層が存在する試料の場合には、Ta層と異種層との合計の厚さから、先に説明した方法によって求められる異種層の厚さを引けば、Ta層の厚さが求まる。
【0073】
2つのTa層の間に異種層が存在する試料の場合には、Ta層と異種層との合計の厚さから、先に説明した方法によって求められる異種層の厚さを引けば、2つのTa層の合計の厚さが求まる。
【0074】
次に、2つのTa層の間に異種層が存在する試料の場合における各Ta層の厚さを求める方法について説明する。この場合は、試料についての測定スペクトルには、両端間の中間位置に極小部分が発生する。この極小部分の位置は、異種層の位置に対応する。そこで、測定スペクトルのうち、極小部分から高エネルギ側の端部までの部分の形状に合うような形状の仮想Ta膜についてのシミュレーションスペクトルを決定する。2つのTa層のうち、試料の表面に近いTa層の厚さは、このようにして決定されたシミュレーションスペクトルに対応する仮想Ta膜の厚さとして求められる。2つのTa層のうち、試料の表面から遠いTa層の厚さは、先に求められた2つのTa層の合計の厚さから、試料の表面に近いTa層の厚さ引けば求められる。
【0075】
なお、上記の方法は、上記説明中のTaを他の物質に置き換えれば、Ta以外の既知の組成からなる層の厚さを検出する場合にも適用することができる。
【0076】
以下、本実施の形態に係る薄膜検査方法の第1ないし第4の実施例について説明する。
【0077】
[第1の実施例]
第1の実施例では、まず、第1および第2の試料を作製した。第1の試料は、次のようにして作製した。すなわち、基板上にTaをスパッタリングして、厚さ5nmの第1のTa膜を形成した。次に、このようにして得られた積層体を大気中に暴露し、積層体の表面に厚さ約3nmのTaの酸化層すなわちTa2O5層を形成した。次に、イオンミリングによって、積層体を表面から4.2nmだけエッチングした。次に、積層体の表面に、Taをスパッタリングして、厚さ10nmの第2のTa膜を形成した。第1のTa膜は本発明における第1の薄膜に対応し、第2のTa膜は本発明における第2の薄膜に対応する。
【0078】
第2の試料は、次のようにして作製した。すなわち、基板上にTaをスパッタリングして、厚さ5nmの第1のTa膜を形成した。次に、このようにして得られた積層体を大気中に暴露し、積層体の表面に厚さ約3nmのTaの酸化層すなわちTa2O5層を形成した。次に、イオンミリングによって、積層体を表面から2.6nmだけエッチングした。次に、積層体の表面に、Taをスパッタリングして、厚さ10nmの第2のTa膜を形成した。第1のTa膜は本発明における第1の薄膜に対応し、第2のTa膜は本発明における第2の薄膜に対応する。
【0079】
次に、測定装置101を用いて、上記第1および第2の試料について、それぞれ、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定した。
【0080】
一方、制御装置103において、上記第1および第2の試料に対応させて、それぞれTaの単層からなる第1および第2の仮想薄膜を想定して、これらの仮想薄膜について、それぞれ、第1および第2の試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定した。
【0081】
次に、制御装置103において、第1の仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと第1の試料についての測定スペクトルとの差のスペクトルを求めた。同様に、制御装置103において、第2の仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと第2の試料についての測定スペクトルとの差のスペクトルを求めた。
【0082】
図4は、第1の仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと、第1の試料についての測定スペクトルと、これらに基づく差スペクトルとを示している。図4において、符号141はシミュレーションスペクトルを示し、符号142は測定スペクトルを示し、符号143は差スペクトルを示している。なお、第1の仮想薄膜についてシミュレーションスペクトルは、測定スペクトルの両端の位置とシミュレーションスペクトルの両端の位置が一致するように決定している。具体的には、シミュレーションスペクトルの幅を測定スペクトルの幅と等しくし、シミュレーションスペクトルと第1の試料についての測定スペクトルとの残差二乗平均が最小になるようにシミュレーションスペクトルの位置を調整して、シミュレーションスペクトルを決定した。図4に示した例では、このようにして決定されたシミュレーションスペクトルに対応する第1の仮想薄膜の厚さは16.18nmであった。図4に示した差スペクトルは、280keV付近に存在する1つのピークを有している。このピークは、シミュレーションスペクトルと比較すると分かるように、第1の試料に表面に存在するTa2O5層を表している。
【0083】
本実施の形態に係る薄膜検査方法によって、第1の試料の構造を解析した結果、第1の試料は、厚さ14.61nmのTa層の上に、厚さ1.57nmのTa2O5層が存在する構造になっているという情報が得られた。
【0084】
図5は、第2の仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと、第2の試料についての測定スペクトルと、これらに基づく差スペクトルとを示している。図5において、符号151はシミュレーションスペクトルを示し、符号152は測定スペクトルを示し、符号153は差スペクトルを示している。なお、第2の仮想薄膜についてシミュレーションスペクトルは、測定スペクトルの両端の位置とシミュレーションスペクトルの両端の位置が一致するように決定している。具体的には、シミュレーションスペクトルの幅を測定スペクトルの幅と等しくし、シミュレーションスペクトルと第2の試料についての測定スペクトルとの残差二乗平均が最小になるようにシミュレーションスペクトルの位置を調整して、シミュレーションスペクトルを決定した。図5に示した例では、このようにして決定されたシミュレーションスペクトルに対応する第2の仮想薄膜の厚さは17.98nmであった。図5に示した差スペクトルは、265keV付近に存在する第1のピークと280keV付近に存在する第2のピークを有している。第1のピークは、シミュレーションスペクトルと比較すると分かるように、第1のTa膜によるTa層と第2のTa膜によるTa層との間に存在するTa2O5層を表している。また、第2のピークは、第2の試料に表面に存在するTa2O5層を表している。
【0085】
本実施の形態に係る薄膜検査方法によって、第2の試料の構造を解析した結果、第2の試料は、厚さ4.16nmのTa層の上に、厚さ0.24nmのTa2O5層、厚さ11.89nmのTa層、厚さ1.69nmのTa2O5層がこの順に存在する構造になっているという情報が得られた。
【0086】
なお、本実施例では、測定スペクトルの幅とシミュレーションスペクトルの幅が一致するように仮想薄膜の厚さを決定したが、異種層の厚さおよび位置だけを求める場合には、仮想薄膜の厚さは、既知の組成からなる膜および異種層の合計の厚さよりも大きく設定してもよい。
【0087】
[第2の実施例]
第2の実施例では、以下のようにして試料を作製した。すなわち、化学機械研磨(CMP)によって表面を平坦化した基板の上に、Cuをスパッタリングして、厚さ5nmの第1のCu膜を形成した。次に、このようにして得られた積層体を大気中に暴露し、積層体の表面にCuの酸化層すなわちCuO層を形成した。次に、積層体の表面にCuをスパッタリングして、厚さ5nmの第2のCu膜を形成した。
【0088】
次に、測定装置101を用いて、上記試料について、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定した。一方、制御装置103において、Cuの単層からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、それぞれ、試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定した。次に、制御装置103において、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと試料についての測定スペクトルとの差のスペクトルを求めた。
【0089】
図6は、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと、試料についての測定スペクトルと、これらに基づく差スペクトルとを示している。図6において、符号161はシミュレーションスペクトルを示し、符号162は測定スペクトルを示し、符号163は差スペクトルを示している。図6に示した差スペクトルは1つのピークを有している。このピークは、シミュレーションスペクトルと比較すると分かるように、第1のCu膜によるCu層と第2のCu膜によるCu層との間に存在するCuO層を表している。本実施例では、第1の実施例と同様にして、差スペクトルに基づいて、CuO層の厚さおよび位置を検出することができる。
【0090】
[第3の実施例]
第3の実施例では、以下のようにして試料を作製した。すなわち、化学機械研磨(CMP)によって表面を平坦化した基板の上に、NiFeをスパッタリングして、厚さ5nmの第1のNiFe膜を形成した。次に、このようにして得られた積層体を大気中に暴露し、積層体の表面にNiFeの酸化層すなわちNiFeO層を形成した。次に、積層体の表面にNiFeをスパッタリングして、厚さ5nmの第2のNiFe膜を形成した。
【0091】
次に、測定装置101を用いて、上記試料について、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定した。一方、制御装置103において、NiFeの単層からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、それぞれ、試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定した。次に、制御装置103において、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと試料についての測定スペクトルとの差のスペクトルを求めた。
【0092】
図7は、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと、試料についての測定スペクトルと、これらに基づく差スペクトルとを示している。図7において、符号171はシミュレーションスペクトルを示し、符号172は測定スペクトルを示し、符号173は差スペクトルを示している。図7に示した差スペクトルは1つのピークを有している。このピークは、シミュレーションスペクトルと比較すると分かるように、第1のNiFe膜によるNiFe層と第2のNiFe膜によるNiFe層との間に存在するNiFeO層を表している。本実施例では、第1の実施例と同様にして、差スペクトルに基づいて、NiFeO層の厚さおよび位置を検出することができる。
【0093】
[第4の実施例]
第4の実施例では、以下のようにして試料を作製した。すなわち、Si基板またはSi下地膜の上に、DLCをCVD(化学的気相成長)法、カソーディックアーク法、イオンビームデポジョン法等で成膜してDLC膜を形成した。次に、このようにして得られた積層体の表面にSiをスパッタリングして、厚さ5nmのSi膜を形成した。
【0094】
次に、測定装置101を用いて、上記試料について、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定した。一方、制御装置103において、Siの単層からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、それぞれ、試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定した。次に、制御装置103において、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと試料についての測定スペクトルとの差のスペクトルを求めた。
【0095】
図8は、仮想薄膜についてのシミュレーションスペクトルと、試料についての測定スペクトルと、これらに基づく差スペクトルとを示している。図8において、符号181はシミュレーションスペクトルを示し、符号182は測定スペクトルを示し、符号183は差スペクトルを示している。図8に示した差スペクトルは1つのピークを有している。このピークは、シミュレーションスペクトルと比較すると分かるように、Si基板とSi膜との間に存在するDLC膜を表している。本実施例では、第1の実施例と同様にして、差スペクトルに基づいて、DLC膜の厚さおよび位置を検出することができる。
【0096】
以上説明したように本実施の形態に係る薄膜検査方法および装置では、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと試料111について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルが求められ、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造が解析される。従って、本実施の形態によれば、既知の組成からなる薄膜およびその近傍の構造を、簡単に且つ精度よく検査することができる。
【0097】
また、本実施の形態では、後方散乱効率の最も良い250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを試料111に照射し、試料によって後方散乱されたイオンを、エネルギー分光特性の優れた磁場型のエネルギ分析器118によってエネルギに応じて分散させ、この分散されたイオンを1次元位置検出器119によって検出する。これにより、本実施の形態によれば、0.2nm程度の高い深さ分解能を実現することができる。
【0098】
これらのことから、本実施の形態によれば、例えば薄膜の表面に存在する薄い酸化層等の異種層や隣接する2つの薄膜の間に存在する薄い酸化層等の異種層の厚さや位置を、簡単に且つ精度よく検出することが可能になる。
【0099】
また、本実施の形態において、イオンビームとしてHeのイオンビームを用いた場合には、原子番号が3(Liの原子番号)以上の全ての元素の測定が可能になる。
【0100】
また、本実施の形態によれば、隣接する2つの薄膜の界面に拡散層または不均一な層が存在する場合であっても、この拡散層または不均一な層の近傍の構造を解析することができる。
【0101】
ところで、スパッタリングやエッチング等の薄膜形成処理中に薄膜の表面に形成される酸化層を検査する場合において、その薄膜が、大気中に暴露されると表面に自然酸化による酸化層が形成されるような薄膜である場合には、次のような問題が生じる。すなわち、その薄膜が最上層に形成された試料を検査のために処理室から取り出して大気中に暴露すると、薄膜の表面に自然酸化による酸化層が形成されてしまう。その結果、薄膜の表面に存在する酸化層が、処理中に形成されたものなのか、処理後に形成されたものなのかを判別できなくなる。
【0102】
このような場合、本実施の形態のように、試料111についてエネルギスペクトルを測定する前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または酸化層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料111を作製するとよい。この試料111を本実施の形態に係る薄膜検査方法によって検査すれば、第1の薄膜と第2の薄膜との間に存在する酸化層と、第2の薄膜の表面に存在する酸化層とを判別することができる。第1の薄膜と第2の薄膜との間に存在する酸化層は、薄膜形成処理処理中に第1の薄膜の表面に形成された酸化層である。従って、本実施の形態によれば、薄膜形成処理処理中に薄膜の表面に形成される酸化層を検査することが可能になる。
【0103】
また、本実施の形態では、測定装置101に自動搬送装置102を接続したので、試料111の検査のスループットを向上させることができる。従って、本実施の形態によれば、例えば、既知の組成からなる薄膜を含むマイクロデバイスの製造工程の途中で、マイクロデバイスの製造のスループットを大きく低下させることなく、薄膜およびその近傍の構造を検査することが可能になる。
【0104】
次に、本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。薄膜磁気ヘッドは、本発明におけるマイクロデバイスに対応する。ここでは、スピンバルブ型の巨大磁気抵抗効果素子(以下、GMR素子と記す。)を用いた再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドの製造方法について説明する。
【0105】
始めに、図9ないし図14を参照して、薄膜磁気ヘッドの製造方法の概略について説明する。図9ないし図14において、(a)はエアベアリング面に垂直な断面を示し、(b)は磁極部分のエアベアリング面に平行な断面を示している。
【0106】
本例における薄膜磁気ヘッドの製造方法では、まず、図9に示したように、アルティック(Al2O3・TiC)等のセラミック材料よりなる基板1の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ(Al2O3)等の絶縁材料よりなる絶縁層2を、例えば1〜5μmの厚さに形成する。次に、絶縁層2の上に、スパッタリング法またはめっき法等によって、パーマロイ(NiFe)等の磁性材料よりなる再生ヘッド用の下部シールド層3を、例えば約3μmの厚さに形成する。
【0107】
次に、下部シールド層3の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる下部シールドギャップ膜4を、例えば10〜200nmの厚さに形成する。次に、下部シールドギャップ膜4の上に、再生用のGMR素子5と、図示しないバイアス磁界印加層を、それぞれ、例えば数十nmの厚さに形成する。バイアス磁界印加層はGMR素子5の両側部に隣接するように配置される。バイアス磁界印加層は、GMR素子5に対して、長手方向にバイアス磁界を印加する。
【0108】
次に、バイアス磁界印加層の上に一対のリード層6を形成する。このリード層6は、GMR素子5の上に部分的に重なるように配置される。
【0109】
次に、下部シールドギャップ膜4、GMR素子5およびリード層6の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる上部シールドギャップ膜7を、例えば10〜200nmの厚さに形成する。
【0110】
次に、上部シールドギャップ膜7の上に、磁性材料からなり、再生ヘッドと記録ヘッドの双方に用いられる上部シールド層兼下部磁極層(以下、下部磁極層と記す。)8を、例えば3〜4μmの厚さに形成する。なお、下部磁極層8に用いる磁性材料は、NiFe、CoFe、CoFeNi、FeN等の軟磁性材料である。下部磁極層8は、スパッタリング法またはめっき法等によって形成される。
【0111】
なお、下部磁極層8の代わりに、上部シールド層と、この上部シールド層の上にスパッタリング法等によって形成されたアルミナ等の非磁性材料よりなる分離層と、この分離層の上に形成された下部磁性層とを設けてもよい。
【0112】
次に、図10に示したように、下部磁極層8の上に、スパッタリング法等によって、アルミナ等の絶縁材料よりなる記録ギャップ層9を、例えば50〜300nmの厚さに形成する。次に、磁路形成のために、後述する薄膜コイルの中心部分において、記録ギャップ層9を部分的にエッチングしてコンタクトホール9aを形成する。
【0113】
次に、記録ギャップ層9の上に、例えば銅(Cu)よりなる薄膜コイルの第1層部分10を、例えば2〜3μmの厚さに形成する。なお、図10(a)において、符号10aは、第1層部分10のうち、後述する薄膜コイルの第2層部分15に接続される接続部を表している。第1層部分10は、コンタクトホール9aの周囲に巻回される。
【0114】
次に、図11に示したように、薄膜コイルの第1層部分10およびその周辺の記録ギャップ層9を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層11を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層11の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層11の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【0115】
次に、絶縁層11のうちの後述するエアベアリング面20側(図11(a)における左側)の斜面部分からエアベアリング面20側にかけての領域において、記録ギャップ層9および絶縁層11の上に、記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層12のトラック幅規定層12aを形成する。上部磁極層12は、このトラック幅規定層12aと、後述する連結部分層12bおよびヨーク部分層12cとで構成される。トラック幅規定層12aは、例えばめっき法によって形成される。
【0116】
トラック幅規定層12aは、記録ギャップ層9の上に形成され、上部磁極層12の磁極部分となる先端部12a1と、絶縁層11のエアベアリング面20側の斜面部分の上に形成され、ヨーク部分層12cに接続される接続部12a2とを有している。先端部12a1の幅は記録トラック幅と等しくなっている。すなわち、先端部12a1は記録トラック幅を規定している。接続部12a2の幅は、先端部12a1の幅よりも大きくなっている。
【0117】
トラック幅規定層12aを形成する際には、同時に、コンタクトホール9aの上に磁性材料よりなる連結部分層12bを形成すると共に、接続部10aの上に磁性材料よりなる接続層13を形成する。連結部分層12bは、上部磁極層12のうち、下部磁極層8に磁気的に連結される部分を構成する。
【0118】
次に、トラック幅規定層12aの周辺において、トラック幅規定層12aをマスクとして、記録ギャップ層9および下部磁極層8の磁極部分における記録ギャップ層9側の少なくとも一部をエッチングする。記録ギャップ層9のエッチングには例えば反応性イオンエッチングが用いられ、下部磁極層8のエッチングには例えばイオンミリングが用いられる。図11(b)に示したように、上部磁極層12の磁極部分(トラック幅規定層12aの先端部12a1)、記録ギャップ層9および下部磁極層8の磁極部分の少なくとも一部の各側壁が垂直に自己整合的に形成された構造は、トリム(Trim)構造と呼ばれる。
【0119】
次に、図12に示したように、全体に、アルミナ等の無機絶縁材料よりなる絶縁層14を、例えば3〜4μmの厚さに形成する。次に、この絶縁層14を、例えば化学機械研磨によって、トラック幅規定層12a、連結部分層12bおよび接続層13の表面に至るまで研磨して平坦化する。
【0120】
次に、図13に示したように、平坦化された絶縁層14の上に、例えば銅(Cu)よりなる薄膜コイルの第2層部分15を、例えば2〜3μmの厚さに形成する。なお、図13(a)において、符号15aは、第2層部分15のうち、接続層13を介して薄膜コイルの第1層部分10の接続部10aに接続される接続部を表している。第2層部分15は、連結部分層12bの周囲に巻回される。
【0121】
次に、薄膜コイルの第2層部分15およびその周辺の絶縁層14を覆うように、フォトレジスト等の、加熱時に流動性を有する有機絶縁材料よりなる絶縁層16を所定のパターンに形成する。次に、絶縁層16の表面を平坦にするために所定の温度で熱処理する。この熱処理により、絶縁層16の外周および内周の各端縁部分は、丸みを帯びた斜面形状となる。
【0122】
次に、図14に示したように、トラック幅規定層12a、絶縁層14,16および連結部分層12bの上に、パーマロイ等の記録ヘッド用の磁性材料によって、上部磁極層12のヨーク部分を構成するヨーク部分層12cを形成する。ヨーク部分層12cのエアベアリング面20側の端部は、エアベアリング面20から離れた位置に配置されている。また、ヨーク部分層12cは、連結部分層12bを介して下部磁極層8に接続されている。
【0123】
次に、全体を覆うように、例えばアルミナよりなるオーバーコート層17を形成する。最後に、上記各層を含むスライダの機械加工を行って、記録ヘッドおよび再生ヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのエアベアリング面20を形成して、薄膜磁気ヘッドが完成する。
【0124】
このようにして製造される薄膜磁気ヘッドは、記録媒体に対向する媒体対向面(エアベアリング面20)と再生ヘッドと記録ヘッド(誘導型電磁変換素子)とを備えている。再生ヘッドは、GMR素子5と、エアベアリング面20側の一部がGMR素子5を挟んで対向するように配置された、GMR素子5をシールドするための下部シールド層3および上部シールド層(下部磁極層8)とを有している。
【0125】
記録ヘッドは、互いに磁気的に連結され、エアベアリング面20側において互いに対向する磁極部分を含み、それぞれ少なくとも1つの層を含む下部磁極層8および上部磁極層12と、この下部磁極層8の磁極部分と上部磁極層12の磁極部分との間に設けられた記録ギャップ層9と、少なくとも一部が下部磁極層8および上部磁極層12の間に、これらに対して絶縁された状態で配設された薄膜コイル10,15とを有している。本実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドでは、図14(a)に示したように、エアベアリング面20から、絶縁層11のエアベアリング面20側の端部までの長さが、スロートハイトTHとなる。なお、スロートハイトとは、2つの磁極層が記録ギャップ層を介して対向する部分の、エアベアリング面側の端部から反対側の端部までの長さ(高さ)をいう。
【0126】
次に、上記薄膜磁気ヘッドにおける再生ヘッドの製造方法の第1の例および第2の例について詳しく説明する。
【0127】
まず、図15ないし図28を参照して、再生ヘッドの製造方法の第1の例について説明する。図15ないし図28において、(a)はエアベアリング面に平行な断面を示し、(b)はエアベアリング面に垂直な断面を示している。また、図15ないし図28では、基板1、絶縁層2および下部シールド層3を省略している。
【0128】
第1の例では、図15に示したように、例えばスパッタリングによって、下部シールドギャップ膜4の上に、GMR素子5となるスピンバルブ膜31と、Taよりなる保護膜32とを順に形成する。
【0129】
次に、図16に示したように、例えばイオンミリングによって、保護膜32およびスピンバルブ膜31のうち、バイアス磁界印加層が配置される部分を選択的にエッチングする。
【0130】
次に、図17に示したように、例えばスパッタリングによって、スピンバルブ膜31の両側に隣接するように、下部シールドギャップ膜4の上に、バイアス磁界印加層33と保護膜34とを順に形成する。保護膜34は、例えばTa膜でもよいし、Ta膜、TiW膜およびTa膜の積層膜でもよいし、TiW膜およびTa膜の積層膜でもよい。
【0131】
次に、図18に示したように、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全体を覆うように、Taよりなるストッパ膜35を形成する。
【0132】
次に、図19に示したように、例えばイオンミリングによって、GMR素子5のMRハイトを決めるために、ストッパ膜35、保護膜32およびスピンバルブ膜31を選択的にエッチングする。なお、MRハイトとはMR素子(GMR素子5を含む。)のエアベアリング面側の端部から反対側の端部までの長さ(高さ)をいう。このエッチングによりパターニングされたスピンバルブ膜31は、GMR素子5となる。
【0133】
次に、図20に示したように、例えばスパッタリングによって、下部シールドギャップ膜4の上面のうちGMR素子5およびバイアス磁界印加層33が配置されていない部分の上に、アルミナよりなる絶縁層36を形成する。
【0134】
次に、図21に示したように、例えば反応性イオンエッチングによって、積層体の上面が平坦な面に近づくように、絶縁層36の上面側の一部をエッチングする。このとき、ストッパ膜35の上面側の一部が酸化されて、Taの酸化層(Ta2O5層)37が形成される。
【0135】
次に、図22に示したように、例えばイオンミリングによって、酸化層37が除去されるように、積層体の上面側の一部をエッチングする。このとき、エッチング深さが当初の酸化層37の厚さ以上であれば、酸化層37は完全に除去されるが、エッチング深さが酸化層37の厚さよりも小さいと、図22に示したように酸化層37が残る。本例では、ウェハに対して図22に示した処理までが施された中間製造物における酸化層37の厚さを、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて測定する。
【0136】
本例では、中間製造物と同等の条件で形成されたストッパ膜35を含む測定用試料を用いて、酸化層37の厚さを測定する。測定用試料は、例えば、ウェハに対して、ストッパ膜35の形成以降の処理のみを製品用のウェハに対する処理と同時に施して形成されたものでもよいし、ウェハに製品用領域と測定用領域とを設け、これらに対して同じ処理を同時に施して形成されたものでもよい。後者の測定用試料の場合には、測定用領域を用いて酸化層37の厚さが測定される。
【0137】
本例では、図23に示したように、測定用試料において、ストッパ膜35の上に、例えばスパッタリングによって、例えば5nmの厚さのTa膜38を形成する。この時点ではストッパ膜35の上に酸化層37が残っているか否かは分からないので、酸化層37が残っていれば、Ta膜38は酸化層37の上に形成されることになる。
【0138】
次に、Ta膜38が形成された測定用試料について、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて、酸化層37の厚さを測定する。その結果、ストッパ膜35の上に酸化層37が残っていることが分かった場合には、中間製造物において、図24に示したように、例えばイオンミリングによって、積層体の上面側の一部をエッチングする。このときのエッチング深さは、測定によって求められた酸化層37の厚さよりも大きくする。これにより、酸化層37は完全に除去される。その後、中間製造物に対して電極層6の形成処理を行う。
【0139】
一方、酸化層37の厚さの測定の結果、ストッパ膜35の上に酸化層37が残っていないことが分かった場合には、中間製造物に対して、図24に示したエッチング処理は行わずに、電極層6の形成処理を行う。
【0140】
電極層6の形成処理では、まず、図25に示したように、例えばフォトリソグラフィによってレジスト層をパターニングして、GMR素子5の上の位置におけるストッパ膜35の上にマスク39を形成する。
【0141】
次に、図26に示したように、マスク39を用いて、例えばイオンミリングによって、ストッパ膜35を選択的にエッチングする。このとき、保護膜34もエッチングされ、更に、保護膜32の一部とバイアス磁界印加層33の一部もエッチングされる。
【0142】
次に、逆スパッタ(スパッタエッチング)によって、ストッパ膜35の側面および保護膜32の上面をわずかにエッチングする。ストッパ膜35の側面および保護膜32の上面に酸化層が形成されていても、このエッチングによって、この酸化層を除去することができる。
【0143】
次に、図27に示したように、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全面に、例えばTaよりなる下地膜41、例えばAuよりなる電極膜42、例えばTaよりなる保護膜43を順に形成する。次に、マスク39を除去する。その結果、残った電極膜42は電極層6となる。このようして、リフトオフ法によって電極層6が形成される。
【0144】
電極層6の形成後、図28に示したように、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全面に、上部シールドギャップ膜7を形成する。
【0145】
ところで、本例において、図26に示した工程、すなわちストッパ膜35のエッチングを行う工程の前に、ストッパ膜35の上に酸化層37が残っていると、ストッパ膜35および保護膜32のエッチング深さが不足して、電極層6とGMR素子5との間の抵抗値が所望の値よりも大きくなり、再生ヘッドの特性が劣化する。これに対し、本例では、再生ヘッドの製造工程の途中で、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて、酸化層37の厚さを測定し、酸化層37が残っている場合には、酸化層37を除去する処理を行っている。従って、本例によれば、上述のように酸化層37が残っていることによって発生する再生ヘッドの特性劣化を防止することができる。
【0146】
また、本例において、図27に示した工程、すなわち下地膜41、電極膜42および保護膜43を形成する工程の前に、ストッパ膜35の側面および保護膜32の上面に酸化層が残っていると、電極層6とGMR素子5との間の抵抗値が所望の値よりも大きくなり、再生ヘッドの特性が劣化する。そこで、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて、ストッパ膜35の側面および保護膜32の上面に形成されている酸化層の厚さを測定し、この酸化層が確実に除去されるように、ストッパ膜35の側面および保護膜32の上面のエッチングを行うようにしてもよい。
【0147】
次に、図29ないし図40を参照して、再生ヘッドの製造方法の第2の例について説明する。図29ないし図40において、(a)はエアベアリング面に平行な断面を示し、(b)はエアベアリング面に垂直な断面を示している。また、図29ないし図40では、基板1、絶縁層2および下部シールド層3を省略している。
【0148】
第2の例では、図29に示したように、例えばスパッタリングによって、下部シールドギャップ膜4の上に、GMR素子5となるスピンバルブ膜31と、保護膜32とを順に形成する。本例では、保護膜32は、スピンバルブ膜31側から順に形成されたTa膜32a、CoFe膜32bおよびTa膜32cからなる。
【0149】
次に、図30に示したように、例えばイオンミリングによって、保護膜32およびスピンバルブ膜31のうち、バイアス磁界印加層が配置される部分を選択的にエッチングする。
【0150】
次に、図31に示したように、例えばスパッタリングによって、スピンバルブ膜31の両側に隣接するように、下部シールドギャップ膜4の上に、バイアス磁界印加層33と保護膜34とを順に形成する。保護膜34は、例えばTa膜でもよいし、Ta膜、TiW膜およびTa膜の積層膜でもよいし、TiW膜およびTa膜の積層膜でもよい。
【0151】
次に、図32に示したように、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全体を覆うように、Taよりなるストッパ膜35を形成する。
【0152】
次に、図33に示したように、例えばイオンミリングによって、GMR素子5のMRハイトを決めるために、ストッパ膜35、保護膜32およびスピンバルブ膜31を選択的にエッチングする。このエッチングによりパターニングされたスピンバルブ膜31は、GMR素子5となる。
【0153】
次に、図34に示したように、例えばスパッタリングによって、下部シールドギャップ膜4の上面のうちGMR素子5およびバイアス磁界印加層33が配置されていない部分の上に、アルミナよりなる絶縁層36を形成する。
【0154】
次に、図35に示したように、例えば反応性イオンエッチングによって、積層体の上面が平坦な面に近づくように、絶縁層36の上面側の一部をエッチングする。このとき、ストッパ膜35の上面側の一部が酸化されて、Taの酸化層(Ta2O5層)37が形成される。
【0155】
本例では、中間製造物と同等の条件で形成されたストッパ膜35を含む測定用試料を用いて、酸化層37の厚さを測定する。測定用試料は、例えば、ウェハに対して、ストッパ膜35の形成以降の処理のみを製品用のウェハに対する処理と同時に施して形成されたものでもよいし、ウェハに製品用領域と測定用領域とを設け、これらに対して同じ処理を同時に施して形成されたものでもよい。後者の測定用試料の場合には、測定用領域を用いて酸化層37の厚さが測定される。
【0156】
本例では、図36に示したように、測定用試料において、酸化層37の上に、例えばスパッタリングによって、例えば5nmの厚さのTa膜38を形成する。
【0157】
次に、Ta膜38が形成された測定用試料について、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて、酸化層37の厚さを測定する。その後、製品用の中間製造物に対して電極層6の形成処理を行う。
【0158】
電極層6の形成処理では、まず、図37に示したように、例えばイオンミリングによって、Ta膜32aが露出するまで、積層体をエッチングする。このエッチングでは、前述の測定によって求められた酸化層37の厚さに応じてエッチングの条件、例えばエッチング時間を制御することによって、エッチングの停止位置を一定にすることが可能である。
【0159】
なお、上記エッチングは、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS)によって元素を分析する装置の付いたイオンミリング装置を用いて、エッチングの際に飛散する元素を検出しながら行い、CoFe膜32bから飛散するCoが検出された時点でエッチングを停止するようにしてもよい。このようなエッチングを行う場合には、酸化層37の厚さを測定し、その結果に応じてエッチングの条件を制御する必要はない。
【0160】
次に、逆スパッタ(スパッタエッチング)によって、Ta膜32aの上面をわずかにエッチングする。Ta膜32aの上面に酸化層が形成されていても、このエッチングによって、この酸化層を除去することができる。
【0161】
次に、図38に示したように、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全面に、例えばTaよりなる下地膜51、例えばAuよりなる電極膜52、例えばTaよりなる保護膜53を順に形成する。
【0162】
次に、図39に示したように、保護膜53をパターニングして、電極膜52をパターニングするためのマスク54を形成する。
【0163】
次に、図40に示したように、マスク54を用い、例えばアルゴンや酸素等のガスを用いた反応性イオンエッチングによって、電極膜52および下地膜51を選択的にエッチングする。その結果、残った電極膜52は電極層6となる。
【0164】
電極層6の形成後、図示しないが、例えばスパッタリングによって、積層体の上面の全面に、上部シールドギャップ膜7を形成する。
【0165】
ところで、本例において、図37に示した工程、すなわちTa膜32aを露出させるエッチングを行う工程におけるエッチングの条件を一定にしていると、酸化層37の厚さがばらつくと、上記エッチングの停止位置がばらついてしまう。その結果、電極層6とGMR素子5との間の抵抗値がばらつき、再生ヘッドの特性がばらついてしまう。これに対し、本例では、再生ヘッドの製造工程の途中で、本実施の形態に係る薄膜検査方法を用いて、酸化層37の厚さを測定し、その厚さに応じて上記エッチングの条件を制御している。従って、本例によれば、酸化層37の厚さによって再生ヘッドの特性がばらつくことを防止することができる。
【0166】
以下、本実施の形態が適用されるヘッドジンバルアセンブリおよびハードディスク装置について説明する。まず、図41を参照して、ヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダ210について説明する。ハードディスク装置において、スライダ210は、回転駆動される円盤状の記録媒体であるハードディスクに対向するように配置される。このスライダ210は、主に図14における基板1およびオーバーコート層17からなる基体211を備えている。基体211は、ほぼ六面体形状をなしている。基体211の六面のうちの一面は、ハードディスクに対向するようになっている。この一面には、表面がエアベアリング面となるレール部212が形成されている。レール部212の空気流入側の端部(図41における右上の端部)の近傍にはテーパ部またはステップ部が形成されている。ハードディスクが図41におけるz方向に回転すると、テーパ部またはステップ部より流入し、ハードディスクとスライダ210との間を通過する空気流によって、スライダ210に、図41におけるy方向の下方に揚力が生じる。スライダ210は、この揚力によってハードディスクの表面から浮上するようになっている。なお、図41におけるx方向は、ハードディスクのトラック横断方向である。スライダ210の空気流出側の端部(図41における左下の端部)の近傍には、本発明の各実施の形態が適用される薄膜磁気ヘッド100が形成されている。
【0167】
次に、図42を参照して、ヘッドジンバルアセンブリ220について説明する。ヘッドジンバルアセンブリ220は、スライダ210と、このスライダ210を弾性的に支持するサスペンション221とを備えている。サスペンション221は、例えばステンレス鋼によって形成された板ばね状のロードビーム222、このロードビーム222の一端部に設けられると共にスライダ210が接合され、スライダ210に適度な自由度を与えるフレクシャ223と、ロードビーム222の他端部に設けられたベースプレート224とを有している。ベースプレート224は、スライダ210をハードディスク262のトラック横断方向xに移動させるためのアクチュエータのアーム230に取り付けられるようになっている。アクチュエータは、アーム230と、このアーム230を駆動するボイスコイルモータとを有している。フレクシャ223において、スライダ210が取り付けられる部分には、スライダ210の姿勢を一定に保つためのジンバル部が設けられている。
【0168】
ヘッドジンバルアセンブリ220は、アクチュエータのアーム230に取り付けられる。1つのアーム230にヘッドジンバルアセンブリ220を取り付けたものはヘッドアームアセンブリと呼ばれる。また、複数のアームを有するキャリッジの各アームにヘッドジンバルアセンブリ220を取り付けたものはヘッドスタックアセンブリと呼ばれる。
【0169】
図42は、ヘッドアームアセンブリの一例を示している。このヘッドアームアセンブリでは、アーム230の一端部にヘッドジンバルアセンブリ220が取り付けられている。アーム230の他端部には、ボイスコイルモータの一部となるコイル231が取り付けられている。アーム230の中間部には、アーム230を回動自在に支持するための軸234に取り付けられる軸受け部233が設けられている。
【0170】
次に、図43および図44を参照して、ヘッドスタックアセンブリの一例とハードディスク装置について説明する。図43はハードディスク装置の要部を示す説明図、図44はハードディスク装置の平面図である。ヘッドスタックアセンブリ250は、複数のアーム252を有するキャリッジ251を有している。複数のアーム252には、複数のヘッドジンバルアセンブリ220が、互いに間隔を開けて垂直方向に並ぶように取り付けられている。キャリッジ251においてアーム252とは反対側には、ボイスコイルモータの一部となるコイル253が取り付けられている。ヘッドスタックアセンブリ250は、ハードディスク装置に組み込まれる。ハードディスク装置は、スピンドルモータ261に取り付けられた複数枚のハードディスク262を有している。各ハードディスク262毎に、ハードディスク262を挟んで対向するように2つのスライダ210が配置される。また、ボイスコイルモータは、ヘッドスタックアセンブリ250のコイル253を挟んで対向する位置に配置された永久磁石263を有している。
【0171】
スライダ210を除くヘッドスタックアセンブリ250およびアクチュエータは、スライダ210を支持すると共にハードディスク262に対して位置決めする。
【0172】
このハードディスク装置では、アクチュエータによって、スライダ210をハードディスク262のトラック横断方向に移動させて、スライダ210をハードディスク262に対して位置決めする。スライダ210に含まれる薄膜磁気ヘッドは、記録ヘッドによって、ハードディスク262に情報を記録し、再生ヘッドによって、ハードディスク262に記録されている情報を再生する。
【0173】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変更が可能である。例えば、本発明は、酸化層を検査する場合に限らず、既知の組成からなる薄膜に隣接する異種層を検査する場合の全般に適用することができる。また、本発明は、半導体デバイスや、薄膜を用いたセンサやアクチュエータ等の、薄膜磁気ヘッド以外のマイクロデバイスの製造方法にも適用することができる。
【0174】
【発明の効果】
以上説明したように請求項1ないし5のいずれかに記載の薄膜検査方法または請求項6ないし10のいずれかに記載の薄膜検査装置では、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと試料について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルが求められ、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造が解析される。従って、本発明によれば、既知の組成からなる薄膜およびその近傍の構造を、簡単に且つ精度よく検査することができるという効果を奏する。
【0175】
また、請求項4記載の薄膜検査方法または請求項9記載の薄膜検査装置では、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを試料に照射し、試料によって後方散乱されたイオンを、磁場型のエネルギ分析器によってエネルギに応じて分散させ、この分散されたイオンを1次元位置検出器によって検出する。本発明によれば、高い深さ分解能を実現することができ、その結果、薄膜の表面に存在する薄い異種層や隣接する2つの薄膜の間に存在する薄い異種層の厚さや位置を、簡単に且つ精度よく検出することが可能になるという効果を奏する。
【0176】
また、請求項5記載の薄膜検査方法では、試料についてエネルギスペクトルを測定する前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または異種層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料を作製する。本発明によれば、第1の薄膜と第2の薄膜との間に存在する異種層層と、第2の薄膜の表面に存在する異種層とを判別することができ、その結果、例えば、薄膜形成処理中に第1の薄膜の表面に形成される酸化層を検査することが可能になるという効果を奏する。
【0177】
また、請求項10記載の薄膜検査装置によれば、自動搬送装置を備えたので、試料の検査のスループットを向上させることができるという効果を奏する。
【0178】
また、請求項11ないし17のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法は、既知の組成からなる薄膜を含むマイクロデバイスを製造する工程と、マイクロデバイスを製造する工程の途中で、薄膜を含む中間製造物における薄膜およびその近傍の構造を検査する工程とを備え、検査する工程は、既知の組成からなる仮想薄膜についてシミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと、中間製造物と同等の条件で形成された薄膜を含む試料について測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求め、この差のスペクトルに基づいて、薄膜およびその近傍の構造を解析する。従って、本発明によれば、既知の組成からなる薄膜を含むマイクロデバイスの製造工程の途中で、既知の組成からなる薄膜およびその近傍の構造を、簡単に且つ精度よく検査することができるという効果を奏する。
【0179】
また、請求項14記載のマイクロデバイスの製造方法では、250〜500keVの範囲内のエネルギのイオンを試料に照射し、試料によって後方散乱されたイオンを、磁場型のエネルギ分析器によってエネルギに応じて分散させ、この分散されたイオンを1次元位置検出器によって検出する。本発明によれば、高い深さ分解能を実現することができ、その結果、薄膜の表面に存在する薄い異種層や隣接する2つの薄膜の間に存在する薄い異種層の厚さや位置を、簡単に且つ精度よく検出することが可能になるという効果を奏する。
【0180】
また、請求項15記載のマイクロデバイスの製造方法では、試料についてエネルギスペクトルを測定する前に、既知の組成からなる第1の薄膜と、既知の組成からなり、第1の薄膜の上に直接または異種層を介して形成された第2の薄膜とを含む試料を作製する。本発明によれば、第1の薄膜と第2の薄膜との間に存在する異種層層と、第2の薄膜の表面に存在する異種層とを判別することができ、その結果、例えば、薄膜形成処理中に薄膜の表面に形成される酸化層を検査することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査装置の全体構成を示す説明図である。
【図2】図1における制御装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図3】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法を説明するための流れ図である。
【図4】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法の第1の実施例における測定結果を示す特性図である。
【図5】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法の第1の実施例における測定結果を示す特性図である。
【図6】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法の第2の実施例における測定結果を示す特性図である。
【図7】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法の第3の実施例における測定結果を示す特性図である。
【図8】本発明の一実施の形態に係る薄膜検査方法の第4の実施例における測定結果を示す特性図である。
【図9】本発明の一実施の形態に係る薄膜磁気ヘッドの製造方法における一工程を説明するための断面図である。
【図10】図9に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図11】図10に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図12】図11に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図13】図12に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図14】図13に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図15】本発明の一実施の形態における再生ヘッドの製造方法の第1の例における一工程を説明するための断面図である。
【図16】図15に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図17】図16に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図18】図17に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図19】図18に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図20】図19に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図21】図20に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図22】図21に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図23】図22に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図24】図23に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図25】図24に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図26】図25に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図27】図26に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図28】図27に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図29】本発明の一実施の形態における再生ヘッドの製造方法の第2の例における一工程を説明するための断面図である。
【図30】図29に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図31】図30に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図32】図31に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図33】図32に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図34】図23に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図35】図34に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図36】図35に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図37】図36に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図38】図37に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図39】図38に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図40】図39に示した工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図41】本発明の一実施の形態が適用されるヘッドジンバルアセンブリに含まれるスライダを示す斜視図である。
【図42】本発明の一実施の形態が適用されるヘッドジンバルアセンブリを含むヘッドアームアセンブリを示す斜視図である。
【図43】本発明の一実施の形態が適用されるハードディスク装置の要部を示す説明図である。
【図44】本発明の一実施の形態が適用されるハードディスク装置の平面図である。
【符号の説明】
101…測定装置、102…自動搬送装置、103…制御装置、111…試料、112…分析チャンバ、113…イオン加速器、114…対物スリット、115…E×B型フィルタ、116…四重極マグネット、117…スリット、118…エネルギ分析器、119…1次元位置検出器、121…ロードロックチャンバ、122…ロボットチャンバ、123…ウェハカセット、124…ロボットアーム。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thin film inspection method and apparatus for inspecting a sample containing a thin film using Rutherford backscattering spectroscopy (hereinafter also referred to as RBS), and a microdevice using the thin film inspection method. It relates to a manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the improvement in the surface recording density of hard disk devices, there has been a demand for improved performance of thin film magnetic heads. The thin film magnetic head has a structure in which a reproducing head having a magnetoresistive effect element for reading (hereinafter also referred to as MR (Magneto-resistive) element) and a recording head having an inductive electromagnetic transducer for writing are laminated. Composite thin film magnetic heads are widely used.
[0003]
By the way, the MR element is formed, for example, by forming an MR film having a magnetoresistive effect and selectively etching the MR film using a patterned resist layer as a mask. The lead layer connected to the MR element is formed by, for example, a lift-off method or an etching method using a patterned resist layer as a mask.
[0004]
When forming the MR element and the lead layer, an oxide layer is formed on the surface of the thin film constituting the MR element and the lead layer by various processes such as film formation by sputtering, etching, resist layer peeling, and annealing. Is done. In addition, a new thin film may be formed on this oxide layer, and an oxide layer may exist between two adjacent thin films.
[0005]
The oxide layer as described above greatly affects the characteristics of the read head. Therefore, in order to stably manufacture a reproducing head having excellent characteristics, it is necessary to grasp the state of the oxide layer and appropriately process it in the manufacturing process of the reproducing head. Therefore, it is necessary to inspect the oxide layer formed during the manufacturing process of the thin film magnetic head.
[0006]
As a method for inspecting an oxide layer existing on the surface of a thin film or between two adjacent thin films, Auger electron spectroscopy (hereinafter referred to as AES), X-ray photoelectron spectroscopy (hereinafter referred to as XPS), A method of performing surface analysis using secondary ion mass spectrometry (hereinafter referred to as SIMS), a fluorescent X-ray spectroscopic analysis method (hereinafter referred to as XRF), an X-ray diffraction method (hereinafter referred to as XRD). Etc.) and the like, and a method of performing composition analysis and crystal analysis can be considered.
[0007]
In addition to the above methods, as a method for inspecting an oxide layer, a laminated structure inspection method using an X-ray reflectivity measuring apparatus as disclosed in JP-A-2001-83108, or JP-A-7-190961 A method using RBS as shown in the publication can be considered.
[0008]
On the other hand, "" Analysis technology of the extreme surface area by the high-resolution Rutherford backscattering analysis method ", Koverunikus Vol.8, OCT.1999, p4-5" and "Kimura et al." “Development,” Surface Science Vol. 22, No. 7, 2001, p21 to 27, discloses a technique of high-resolution RBS (hereinafter referred to as “high-resolution RBS”). This high resolution RBS achieves a high resolution of about 0.2 nm by using a medium energy region He ion beam and a magnetic field type energy analyzer.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
A method for performing surface analysis using AES, XPS, or the like requires an ultra-high vacuum state. This method is a destructive inspection method. That is, in this method, the composition distribution in the depth direction of the sample is measured while gradually removing the sample by etching using Ar gas ions or the like. Further, it takes a lot of time to measure the composition distribution. For these reasons, in applications where the oxide layer is inspected during the manufacturing process of the thin film magnetic head, the method of inspecting the oxide layer by surface analysis is used only in a limited case, such as when inspecting simultaneously with etching. I can't.
[0010]
In AES and XPS, the range of the depth at which an element can be detected varies depending on the element and is approximately 2 nm to 10 nm. Therefore, it is difficult for AES or XPS to detect only a very thin oxide layer present on the surface of the thin film.
[0011]
On the other hand, in the thin film inspection method using XRF or XRD, since the X-ray penetration depth is large, information on the substance in the entire thin film is detected. Therefore, in this inspection method, it is not possible to distinguish between an oxide layer existing on the surface of the thin film and an oxide layer existing between two adjacent thin films. Therefore, this inspection method cannot detect the thickness of the oxide layer and the position of the oxide layer in the thickness direction of the thin film.
[0012]
In addition, the laminated structure inspection method using an X-ray reflectivity measuring apparatus as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-83108 has no diffusion layer at the interface between two adjacent thin films. It can only be applied to laminates where reflection occurs. Therefore, in this method, when a non-uniform oxide layer having a thickness of several atomic layers exists between two adjacent thin films, this oxide layer may not be detected.
[0013]
Further, in the conventional RBS, the depth resolution is about 10 nm. Therefore, it is difficult to detect an extremely thin oxide layer or to accurately detect the position of the oxide layer in the thickness direction of the oxide layer and the thin film.
[0014]
On the other hand, if the above-described high resolution RBS capable of realizing a high resolution of about 0.2 nm is used, an extremely thin oxide layer can be detected, or the position of the oxide layer in the thickness direction of the oxide layer and the thin film can be determined. It becomes possible to detect with high accuracy.
[0015]
Conventionally, as an analysis method of a laminated structure using RBS, there is an analysis method using spectrum simulation as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-190961 and 5-157710. In this analysis method, a theoretical spectrum is calculated assuming a plurality of layers from the surface to the inside of the sample. Then, the spectrum obtained by actual measurement is compared with the theoretical spectrum, and the element density of each layer is corrected so that the difference between the two becomes small.
[0016]
However, this analysis method has a problem that a complicated calculation must be repeatedly executed, and a long processing time is required. Therefore, this analysis method is not suitable for an application in which an oxide layer is inspected during the manufacturing process of a thin film magnetic head.
[0017]
The various problems described above are not limited to the case where the oxide layer is inspected, but are generally applicable to the case where a layer having a different composition (hereinafter referred to as a heterogeneous layer) adjacent to a thin film having a known composition is inspected. . In addition to the oxide layer, the different layer includes, for example, a layer formed by depositing a substance removed from the base on the thin film when the thin film and the base are etched.
[0018]
Further, when inspecting an oxide layer formed during the manufacturing process of a thin film magnetic head, there are the following problems. In other words, in order to inspect the oxide film formed on the surface of the sample during processing such as sputtering and etching, when the sample is taken out of the processing chamber and exposed to the atmosphere, an oxide layer is formed on the surface of the sample due to natural oxidation. End up. As a result, it is impossible to determine whether the oxide layer present on the surface of the sample is formed during the processing or after the processing.
[0019]
The above problems also apply to the case of inspecting different layers formed during the manufacturing process of micro devices other than the thin film magnetic head. A micro device refers to a small device manufactured using a thin film forming technique. Examples of micro devices include semiconductor devices, sensors and actuators using thin films, in addition to thin film magnetic heads.
[0020]
The present invention has been made in view of such problems, and a first object thereof is a thin film inspection method capable of easily and accurately inspecting a thin film having a known composition and a structure in the vicinity thereof. And providing an apparatus.
[0021]
In addition, a second object of the present invention is to easily and accurately inspect a thin film having a known composition and a structure in the vicinity thereof during the manufacturing process of a microdevice including the thin film having a known composition. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a microdevice that can be made.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
The thin film inspection method of the present invention is a method for inspecting a thin film in a sample including a thin film having a known composition and a structure in the vicinity thereof,
A procedure for measuring the energy spectrum of backscattered ions by Rutherford backscattering spectroscopy under a predetermined condition for a sample;
Assuming a virtual thin film with a known composition, the energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy is determined by simulation for this virtual thin film under the same conditions as those for the sample. And the steps to
Obtaining a spectrum of the difference between the energy spectrum determined by simulation and the measured energy spectrum;
And a procedure for analyzing the structure of the thin film and its vicinity based on the spectrum of the difference.
[0023]
In this thin film inspection method, a spectrum of a difference between an energy spectrum determined by simulation for a virtual thin film having a known composition and an energy spectrum measured for a sample is obtained, and the thin film and its vicinity are calculated based on the spectrum of the difference. The structure of is analyzed.
[0024]
In the thin film inspection method of the present invention, the analyzing procedure may detect a different layer adjacent to the thin film and having a composition different from that of the thin film, based on the difference spectrum. In this case, the analyzing procedure may further detect the thickness of the different layer and the position of the different layer in the thickness direction of the thin film based on the difference spectrum.
[0025]
In the thin film inspection method of the present invention, the energy spectrum of the sample is measured by irradiating the sample with ions having an energy in the range of 250 to 500 keV, and the ions backscattered by the sample are subjected to magnetic field type energy analysis. The ion may be dispersed according to energy by a detector, and the dispersed ions may be detected by a one-dimensional position detector.
[0026]
In addition, the thin film inspection method of the present invention further includes a first thin film having a known composition and a known composition directly before or on the first thin film, before the procedure of measuring the energy spectrum of the sample. You may provide the procedure which produces the sample containing the 2nd thin film formed through the different layer.
[0027]
The thin film inspection apparatus of the present invention is an apparatus for inspecting a thin film in a sample including a thin film having a known composition and a structure in the vicinity thereof,
A measuring device for measuring the energy spectrum of backscattered ions of a sample by Rutherford backscattering spectroscopy;
Information on the energy spectrum measured by the measuring device under a predetermined condition is input for the sample, and a virtual thin film having a known composition is assumed, and this virtual thin film has the same conditions as the measurement for the sample. The energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy under conditions is determined by simulation, and the spectrum of the difference between the energy spectrum determined by simulation and the measured energy spectrum is obtained. And a control device for generating information on the thin film and the structure in the vicinity thereof.
[0028]
In the thin film inspection apparatus of the present invention, the energy spectrum of backscattered ions is measured for a sample including a thin film having a known composition by the measuring device, and the virtual thin film having the known composition is determined by simulation by the control device. A spectrum of the difference between the energy spectrum and the energy spectrum measured for the sample is determined, and information about the thin film and the structure in the vicinity thereof is generated based on the spectrum of the difference.
[0029]
In the thin film inspection apparatus of the present invention, the control device may detect a different layer adjacent to the thin film and having a composition different from that of the thin film based on the difference spectrum. In this case, the control device may further detect the thickness of the different layer and the position of the different layer in the thickness direction of the thin film based on the difference spectrum.
[0030]
In the thin film inspection apparatus of the present invention, the measuring device includes a storage unit for storing a sample, an ion accelerator for emitting ions having an energy in the range of 250 to 500 keV, and ions emitted from the ion accelerator in the storage unit. An ion irradiation system for irradiating a stored sample, a magnetic field type energy analyzer for dispersing ions scattered by the sample according to energy, and a one-dimensional position detector for detecting ions dispersed by the energy analyzer You may have.
[0031]
Moreover, the thin film inspection apparatus of the present invention may further include an automatic transfer device that carries the sample into the storage unit and takes out the sample from the storage unit.
[0032]
The method of manufacturing a microdevice of the present invention includes a step of manufacturing a microdevice including a thin film having a known composition, and a step of manufacturing a microdevice. A process of inspecting, and the process of inspecting
A procedure for measuring the energy spectrum of backscattered ions by Rutherford backscattering spectroscopy under a predetermined condition for a sample including a thin film formed under the same conditions as the intermediate product,
Assuming a virtual thin film of known composition, the energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy under the same conditions as the measurement for the sample is determined by simulation for this virtual thin film Procedure and
Obtaining a spectrum of the difference between the energy spectrum determined by simulation and the measured energy spectrum;
And a procedure for analyzing the structure of the thin film and the vicinity thereof based on the spectrum of the difference.
[0033]
In the method for manufacturing a microdevice of the present invention, the thin film in an intermediate product including the thin film and the structure in the vicinity thereof are inspected during the process of manufacturing the micro device. In this inspection process, a spectrum of a difference between an energy spectrum determined by simulation for a virtual thin film having a known composition and an energy spectrum measured for a sample including a thin film formed under the same conditions as the intermediate product is obtained. The thin film and the structure in the vicinity thereof are analyzed based on the difference spectrum.
[0034]
In the method for manufacturing a microdevice of the present invention, the analyzing procedure may detect a different layer adjacent to the thin film and having a composition different from that of the thin film, based on the difference spectrum. In this case, the analyzing procedure may further detect the thickness of the different layer and the position of the different layer in the thickness direction of the thin film based on the difference spectrum.
[0035]
In the method of manufacturing a microdevice of the present invention, the energy spectrum of the sample is measured by irradiating the sample with ions having an energy in the range of 250 to 500 keV, and using the ions scattered back by the sample as magnetic field type. The energy ions may be dispersed according to the energy, and the dispersed ions may be detected by a one-dimensional position detector.
[0036]
In the method of manufacturing a microdevice of the present invention, the step of inspecting further includes a first thin film having a known composition and a first composition having a first composition before the procedure for measuring the energy spectrum of the sample. There may be provided a procedure for producing a sample including the second thin film formed directly on the thin film or via a different layer.
[0037]
In the method for manufacturing a microdevice of the present invention, the microdevice may be a thin film magnetic head. In this case, the thin film magnetic head includes a magnetoresistive effect element and a lead layer connected to the magnetoresistive effect element, and the thin film having a known composition may be a film adjacent to the magnetoresistive effect element.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the configuration of a thin film inspection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of a thin film inspection apparatus according to the present embodiment.
[0039]
The thin film inspection apparatus according to the present embodiment is an apparatus for inspecting a thin film and a structure in the vicinity thereof in a sample including a thin film having a known composition. This thin film inspection apparatus includes a measuring
[0040]
The
[0041]
The measuring
[0042]
The
[0043]
Here, operations of the measuring
[0044]
While the measurement of the
[0045]
The operations of the
[0046]
The
[0047]
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the
[0048]
The CPU in the
[0049]
Next, the thin film inspection method according to the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. The thin film inspection method according to the present embodiment is a method for inspecting a thin film in a
[0050]
Next, in the
[0051]
Next, in the
[0052]
Next, the
[0053]
Note that the order of step S101 and step S102 may be reversed from the above description. Further, in the present embodiment, before step S101 for measuring the energy spectrum of the
[0054]
Hereinafter, Ta layer is formed on the surface of the Ta layer as a different layer. 2 O 5 A sample in which a layer is present or a different layer between two Ta layers 2 O 5 A method for obtaining the thicknesses of the Ta layer and the different layer will be described with reference to a sample having a layer.
[0055]
In the energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy, the energy corresponds to the position (depth) from the surface and the yield corresponds to the amount of a given element. In addition, it represents that it is near the surface, so that energy is large. The spectrum width corresponds to the thickness of the layer containing the predetermined element. Therefore, the Ta distribution can be known from the measurement spectrum of the sample. Further, from the spectrum of the difference between the simulation spectrum and the measurement spectrum of the virtual thin film consisting of a single layer of Ta, Ta 2 O 5 The thickness of the layer and the position from the surface of the sample can be detected. When the peak portion of the difference spectrum exists at a position in contact with the end portion on the high energy side in the simulation spectrum, it means that a different layer exists on the surface of the Ta layer. Further, when the peak portion of the difference spectrum exists at an intermediate position between both ends in the simulation spectrum, it means that a different layer exists between the two Ta layers.
[0056]
Hereinafter, a method for obtaining the thicknesses of the Ta layer and the different layer will be described in detail. In the following description, the simulation refers to a simulation for calculating an energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy for a virtual thin film. There are the following first and second methods for obtaining the thickness of the different layer.
[0057]
In the first method for determining the thickness of the different layer, first, the simulation is performed by setting the thickness of the virtual Ta film to be larger than the thickness of the different layer to be measured, and a reference energy spectrum (hereinafter referred to as the reference layer). Create a spectrum.)
[0058]
Next, the thickness of the virtual Ta film is set to about five different values such as 1 nm, 2 nm, and 3 nm, for example, and simulation is performed for each virtual Ta film of each thickness to create an energy spectrum. Next, for each energy spectrum, the integrated intensity (yield integrated value) of the energy spectrum is obtained. The relationship between the thickness of the virtual Ta film and the integrated intensity is expressed by a linear expression passing through the origin. This linear expression is used as a calibration curve for the Ta film.
[0059]
Next, a measurement spectrum is obtained for the sample, and a difference spectrum between the reference spectrum and the measurement spectrum is obtained. Next, the integrated intensity of the peak portion in the spectrum of the difference is obtained. When there are a plurality of peak portions, the integrated intensity is obtained for each peak.
[0060]
Next, the thickness is obtained from the integrated intensity of the peak portion in the difference spectrum, using the previously obtained Ta film calibration curve. This thickness represents the thickness of a layer made of a material different from pure Ta, that is, a different layer. In this way, the thickness of the different layer is obtained.
[0061]
In this first method, the different layer is Ta 2 O 5 This applies not only to the case of a layer, but also to a case where the different layer is any layer such as a case where the different layer is made of an unknown substance, a multilayer film, or a composition that differs depending on the position in the depth direction. be able to. In the first method, the absolute thickness of the different layer can be measured regardless of parameters such as the composition and density of the different layer.
[0062]
The first method can also be applied to the case where a different layer existing on the surface or inside of a thin film having a known composition other than Ta is detected by replacing Ta in the above description with another substance. . For example, when measuring the thickness of a diamond-like carbon (hereinafter referred to as DLC) film existing between two Si layers, a reference spectrum for the virtual Si film, a calibration curve for the Si film, and a sample The thickness of the DLC film can be obtained from the measured spectrum of and the spectrum of the difference between the reference spectrum and the measured spectrum.
[0063]
The second method for determining the thickness of the different layer is a method applicable when the composition of the different layer is known. Here, between two Ta layers, Ta 2 O 5 A case where a layer exists will be described as an example. In the second method, first, a simulation is performed by setting the thickness of the virtual Ta film to be larger than the thickness of the different layer to be measured, and a reference spectrum is created.
[0064]
Next, Ta layer, Ta 2 O 5 A hypothetical thin film having a structure in which a layer and a Ta layer are laminated in this order is assumed. And Ta in this virtual thin film 2 O 5 The thickness of the layer is set to about five different values, and simulation is performed for each value to create a simulation spectrum.
[0065]
Next, the spectrum of the difference between the reference spectrum and the simulation spectrum is obtained for each simulation spectrum. Next, the integrated intensity of the peak portion in the spectrum of the difference is obtained.
[0066]
Next, using the obtained integrated intensity, Ta 2 O 5 Create a calibration curve for the strata. This calibration curve is Ta 2 O 5 Represents the relationship between layer thickness and integrated intensity.
[0067]
Next, a measurement spectrum is obtained for the sample, and a difference spectrum between the reference spectrum and the measurement spectrum is obtained. Next, the integrated intensity of the peak portion in the spectrum of the difference is obtained.
[0068]
Next, Ta that I had been looking for earlier 2 O 5 From the integrated intensity of the peak part in the difference spectrum, Ta 2 O 5 Determine the thickness of the layer. In this way, Ta is a different layer. 2 O 5 The layer thickness is required.
[0069]
However, in the second method, the density of the substance existing between the two Ta layers is different from the density obtained from the stoichiometric composition of the expected substance, or exists between the two Ta layers. An error occurs when the composition of the material to be changed differs depending on the position in the depth direction.
[0070]
The second method is to use Ta existing on the surface of the Ta layer. 2 O 5 The present invention can also be applied to the case of determining the layer thickness. The second method can also be applied to a case where a different layer exists on the surface or inside of a thin film having a known composition other than Ta and the composition of the different layer is known.
[0071]
Next, a method for determining the thickness of the Ta layer in the sample will be described. First, the total thickness of the Ta layer and the different layer in the sample is determined as follows. That is, the simulation spectrum is determined so that the positions of both ends of the measurement spectrum for the sample coincide with the positions of both ends of the simulation spectrum for the virtual Ta film. The total thickness of the Ta layer and the different layer in the sample is obtained as the thickness of the virtual Ta film corresponding to the simulation spectrum thus determined.
[0072]
In the case of a sample having a different layer on the surface of the Ta layer, the thickness of the Ta layer is obtained by subtracting the thickness of the different layer obtained by the above-described method from the total thickness of the Ta layer and the different layer. Find the right.
[0073]
In the case of a sample in which a different layer exists between two Ta layers, two thicknesses can be obtained by subtracting the thickness of the different layer obtained by the above-described method from the total thickness of the Ta layer and the different layer. The total thickness of the Ta layer is obtained.
[0074]
Next, a method for obtaining the thickness of each Ta layer in the case of a sample in which a different layer exists between two Ta layers will be described. In this case, a minimum portion is generated at an intermediate position between both ends in the measurement spectrum of the sample. The position of the minimum portion corresponds to the position of the different layer. Therefore, a simulation spectrum is determined for a virtual Ta film having a shape that matches the shape of the measurement spectrum from the minimum portion to the end portion on the high energy side. Of the two Ta layers, the thickness of the Ta layer close to the surface of the sample is obtained as the thickness of the virtual Ta film corresponding to the simulation spectrum thus determined. Of the two Ta layers, the thickness of the Ta layer far from the surface of the sample can be obtained by subtracting the thickness of the Ta layer close to the surface of the sample from the total thickness of the two Ta layers obtained previously.
[0075]
Note that the above method can be applied to the case of detecting the thickness of a layer having a known composition other than Ta by replacing Ta in the above description with another substance.
[0076]
Hereinafter, first to fourth examples of the thin film inspection method according to the present embodiment will be described.
[0077]
[First embodiment]
In the first example, first and second samples were prepared. The first sample was produced as follows. That is, Ta was sputtered on the substrate to form a first Ta film having a thickness of 5 nm. Next, the laminated body thus obtained is exposed to the atmosphere, and a Ta oxide layer having a thickness of about 3 nm on the surface of the laminated body, that is, Ta 2 O 5 A layer was formed. Next, the laminated body was etched by 4.2 nm from the surface by ion milling. Next, Ta was sputtered on the surface of the laminate to form a second Ta film having a thickness of 10 nm. The first Ta film corresponds to the first thin film in the present invention, and the second Ta film corresponds to the second thin film in the present invention.
[0078]
The second sample was produced as follows. That is, Ta was sputtered on the substrate to form a first Ta film having a thickness of 5 nm. Next, the laminated body thus obtained is exposed to the atmosphere, and a Ta oxide layer having a thickness of about 3 nm on the surface of the laminated body, that is, Ta 2 O 5 A layer was formed. Next, the laminated body was etched by 2.6 nm from the surface by ion milling. Next, Ta was sputtered on the surface of the laminate to form a second Ta film having a thickness of 10 nm. The first Ta film corresponds to the first thin film in the present invention, and the second Ta film corresponds to the second thin film in the present invention.
[0079]
Next, the energy spectrum of backscattered ions was measured for each of the first and second samples by Rutherford backscattering spectroscopy using the
[0080]
On the other hand, in the
[0081]
Next, in the
[0082]
FIG. 4 shows a simulation spectrum for the first virtual thin film, a measurement spectrum for the first sample, and a difference spectrum based thereon. 4,
[0083]
As a result of analyzing the structure of the first sample by the thin film inspection method according to the present embodiment, the first sample has a Ta layer having a thickness of 1.57 nm on a Ta layer having a thickness of 14.61 nm. 2 O 5 Information was obtained that the structure had a layer.
[0084]
FIG. 5 shows a simulation spectrum for the second virtual thin film, a measurement spectrum for the second sample, and a difference spectrum based thereon. In FIG. 5,
[0085]
As a result of analyzing the structure of the second sample by the thin film inspection method according to the present embodiment, the second sample has a Ta layer with a thickness of 0.24 nm on a Ta layer with a thickness of 4.16 nm. 2 O 5 Layer, Ta layer with a thickness of 11.89 nm, Ta layer with a thickness of 1.69 nm 2 O 5 Information was obtained that the layers were structured in this order.
[0086]
In this embodiment, the thickness of the virtual thin film is determined so that the width of the measurement spectrum and the width of the simulation spectrum match. However, when only the thickness and position of the different layers are obtained, the thickness of the virtual thin film is determined. May be set larger than the total thickness of the film having the known composition and the different layers.
[0087]
[Second Embodiment]
In the second example, a sample was prepared as follows. That is, Cu was sputtered onto a substrate whose surface was planarized by chemical mechanical polishing (CMP) to form a first Cu film having a thickness of 5 nm. Next, the laminated body thus obtained was exposed to the atmosphere, and a Cu oxide layer, that is, a CuO layer was formed on the surface of the laminated body. Next, Cu was sputtered on the surface of the laminate to form a second Cu film having a thickness of 5 nm.
[0088]
Next, using the
[0089]
FIG. 6 shows a simulation spectrum for the virtual thin film, a measurement spectrum for the sample, and a difference spectrum based on these. In FIG. 6,
[0090]
[Third embodiment]
In the third example, a sample was produced as follows. That is, NiFe was sputtered on a substrate whose surface was planarized by chemical mechanical polishing (CMP) to form a first NiFe film having a thickness of 5 nm. Next, the laminated body thus obtained was exposed to the atmosphere, and a NiFe oxide layer, that is, a NiFeO layer was formed on the surface of the laminated body. Next, NiFe was sputtered on the surface of the laminate to form a second NiFe film having a thickness of 5 nm.
[0091]
Next, using the
[0092]
FIG. 7 shows a simulation spectrum for the virtual thin film, a measurement spectrum for the sample, and a difference spectrum based on these. In FIG. 7,
[0093]
[Fourth embodiment]
In the fourth example, a sample was prepared as follows. That is, a DLC film was formed on a Si substrate or a Si underlayer by depositing DLC by a CVD (chemical vapor deposition) method, a cathodic arc method, an ion beam deposition method, or the like. Next, Si was sputtered on the surface of the laminate thus obtained to form a Si film having a thickness of 5 nm.
[0094]
Next, using the
[0095]
FIG. 8 shows a simulation spectrum for the virtual thin film, a measurement spectrum for the sample, and a difference spectrum based on these. In FIG. 8,
[0096]
As described above, in the thin film inspection method and apparatus according to the present embodiment, the spectrum of the difference between the energy spectrum determined by the simulation for the virtual thin film having a known composition and the energy spectrum measured for the
[0097]
In the present embodiment, the
[0098]
Therefore, according to the present embodiment, for example, the thickness and position of different layers such as a thin oxide layer existing on the surface of the thin film and a thin oxide layer existing between two adjacent thin films are determined. Therefore, it is possible to detect easily and accurately.
[0099]
In the present embodiment, when a He ion beam is used as the ion beam, all elements having an atomic number of 3 (Li atomic number) or more can be measured.
[0100]
Further, according to the present embodiment, even when a diffusion layer or a non-uniform layer exists at the interface between two adjacent thin films, the structure in the vicinity of the diffusion layer or the non-uniform layer is analyzed. Can do.
[0101]
By the way, when inspecting an oxide layer formed on the surface of a thin film during a thin film forming process such as sputtering or etching, an oxide layer formed by natural oxidation is formed on the surface when the thin film is exposed to the atmosphere. In the case of a thin film, the following problems occur. That is, when a sample having the thin film formed on the uppermost layer is taken out of the processing chamber for inspection and exposed to the atmosphere, an oxide layer due to natural oxidation is formed on the surface of the thin film. As a result, it is impossible to determine whether the oxide layer present on the surface of the thin film is formed during the processing or after the processing.
[0102]
In such a case, as in this embodiment, before the energy spectrum is measured for the
[0103]
In the present embodiment, since the
[0104]
Next, a manufacturing method of the thin film magnetic head according to the present embodiment will be described. The thin film magnetic head corresponds to the microdevice in the present invention. Here, a method of manufacturing a thin film magnetic head including a reproducing head using a spin valve type giant magnetoresistive element (hereinafter referred to as a GMR element) will be described.
[0105]
First, an outline of a method for manufacturing a thin film magnetic head will be described with reference to FIGS. 9 to 14, (a) shows a cross section perpendicular to the air bearing surface, and (b) shows a cross section of the magnetic pole portion parallel to the air bearing surface.
[0106]
In the method of manufacturing the thin film magnetic head in this example, first, as shown in FIG. 2 O Three On the
[0107]
Next, the lower
[0108]
Next, a pair of
[0109]
Next, an upper
[0110]
Next, an upper shield layer / lower magnetic pole layer (hereinafter referred to as a lower magnetic pole layer) 8 made of a magnetic material and used for both the reproducing head and the recording head is formed on the upper
[0111]
Instead of the lower
[0112]
Next, as shown in FIG. 10, a
[0113]
Next, a
[0114]
Next, as shown in FIG. 11, an insulating layer made of an organic insulating material having fluidity when heated, such as a photoresist, so as to cover the
[0115]
Next, on the
[0116]
The track
[0117]
When the track
[0118]
Next, at least a part of the magnetic gap portions of the
[0119]
Next, as shown in FIG. 12, an insulating
[0120]
Next, as shown in FIG. 13, a
[0121]
Next, an insulating
[0122]
Next, as shown in FIG. 14, the yoke portion of the
[0123]
Next, an
[0124]
The thin film magnetic head manufactured as described above includes a medium facing surface (air bearing surface 20) facing the recording medium, a reproducing head, and a recording head (inductive electromagnetic transducer). The reproducing head is arranged so that a part of the
[0125]
The recording head includes magnetic pole portions that are magnetically coupled to each other and face each other on the
[0126]
Next, a first example and a second example of the manufacturing method of the reproducing head in the thin film magnetic head will be described in detail.
[0127]
First, a first example of a reproducing head manufacturing method will be described with reference to FIGS. 15 to 28, (a) shows a cross section parallel to the air bearing surface, and (b) shows a cross section perpendicular to the air bearing surface. 15 to 28, the
[0128]
In the first example, as shown in FIG. 15, a
[0129]
Next, as shown in FIG. 16, portions of the
[0130]
Next, as shown in FIG. 17, a bias magnetic
[0131]
Next, as shown in FIG. 18, a
[0132]
Next, as shown in FIG. 19, in order to determine the MR height of the
[0133]
Next, as shown in FIG. 20, the insulating
[0134]
Next, as shown in FIG. 21, a part on the upper surface side of the insulating
[0135]
Next, as shown in FIG. 22, a part on the upper surface side of the stacked body is etched so that the
[0136]
In this example, the thickness of the
[0137]
In this example, as shown in FIG. 23, a
[0138]
Next, for the measurement sample on which the
[0139]
On the other hand, if the thickness of the
[0140]
In the formation process of the
[0141]
Next, as shown in FIG. 26, the
[0142]
Next, the side surfaces of the
[0143]
Next, as shown in FIG. 27, a
[0144]
After the formation of the
[0145]
In this example, if the
[0146]
In this example, an oxide layer remains on the side surfaces of the
[0147]
Next, a second example of the reproducing head manufacturing method will be described with reference to FIGS. 29 to 40, (a) shows a cross section parallel to the air bearing surface, and (b) shows a cross section perpendicular to the air bearing surface. 29 to 40, the
[0148]
In the second example, as shown in FIG. 29, a
[0149]
Next, as shown in FIG. 30, a portion of the
[0150]
Next, as shown in FIG. 31, a bias magnetic
[0151]
Next, as shown in FIG. 32, a
[0152]
Next, as shown in FIG. 33, the
[0153]
Next, as shown in FIG. 34, the insulating
[0154]
Next, as shown in FIG. 35, a part of the upper surface side of the insulating
[0155]
In this example, the thickness of the
[0156]
In this example, as shown in FIG. 36, a
[0157]
Next, for the measurement sample on which the
[0158]
In the formation process of the
[0159]
The above etching is performed while detecting elements scattered during etching using an ion milling apparatus equipped with an apparatus for analyzing elements by secondary ion mass spectrometry (SIMS), for example, from the
[0160]
Next, the upper surface of the
[0161]
Next, as shown in FIG. 38, a
[0162]
Next, as shown in FIG. 39, the
[0163]
Next, as shown in FIG. 40, the
[0164]
After the formation of the
[0165]
By the way, in this example, if the etching conditions in the step shown in FIG. 37, that is, the step of performing the etching to expose the
[0166]
Hereinafter, a head gimbal assembly and a hard disk device to which the present embodiment is applied will be described. First, the
[0167]
Next, the
[0168]
The
[0169]
FIG. 42 shows an example of the head arm assembly. In this head arm assembly, a
[0170]
Next, an example of a head stack assembly and a hard disk device will be described with reference to FIGS. FIG. 43 is an explanatory diagram showing the main part of the hard disk device, and FIG. 44 is a plan view of the hard disk device. The
[0171]
The
[0172]
In this hard disk device, the
[0173]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, the present invention is not limited to the case of inspecting an oxide layer, but can be applied to the general case of inspecting a heterogeneous layer adjacent to a thin film having a known composition. The present invention can also be applied to a method of manufacturing a microdevice other than a thin film magnetic head, such as a semiconductor device, a sensor or an actuator using a thin film.
[0174]
【The invention's effect】
As described above, in the thin film inspection method according to any one of
[0175]
Further, in the thin film inspection method according to
[0176]
Further, in the thin film inspection method according to
[0177]
According to the thin film inspection apparatus of the tenth aspect, since the automatic transfer apparatus is provided, there is an effect that the throughput of the inspection of the sample can be improved.
[0178]
The method of manufacturing a microdevice according to any one of
[0179]
In the method of manufacturing a microdevice according to
[0180]
Further, in the method of manufacturing a microdevice according to
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an overall configuration of a thin film inspection apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a control device in FIG.
FIG. 3 is a flowchart for explaining a thin film inspection method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a measurement result in the first example of the thin film inspection method according to the embodiment of the invention.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a measurement result in the first example of the thin film inspection method according to the embodiment of the invention.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a measurement result in a second example of the thin film inspection method according to the embodiment of the invention.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing measurement results in the third example of the thin film inspection method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a characteristic diagram showing measurement results in the fourth example of the thin film inspection method according to one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining a step in the method of manufacturing a thin film magnetic head according to the embodiment of the invention.
10 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 9. FIG.
11 is a cross-sectional view for explaining a step that follows the step shown in FIG. 10. FIG.
12 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 11. FIG.
13 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 12. FIG.
14 is a cross-sectional view for explaining a step that follows the step shown in FIG. 13. FIG.
FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a step in the first example of the reproducing head manufacturing method according to the embodiment of the invention.
16 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 15. FIG.
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 16;
FIG. 18 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG.
FIG. 19 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 18;
20 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 19. FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 20;
22 is a cross-sectional view for explaining a step following the step shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 22;
24 is a cross-sectional view for explaining a step following the step shown in FIG. 23. FIG.
25 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 24. FIG.
FIG. 26 is a cross-sectional view for illustrating a step that follows the step shown in FIG. 25.
FIG. 27 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 26;
FIG. 28 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 27.
FIG. 29 is a cross-sectional view for explaining a step in the second example of the reproducing head manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
30 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 29; FIG.
FIG. 31 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 30;
32 is a cross-sectional view for illustrating a process following the process depicted in FIG. 31. FIG.
FIG. 33 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 32;
34 is a cross-sectional view for explaining a process following the process depicted in FIG. 23; FIG.
FIG. 35 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 34.
FIG. 36 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 35.
FIG. 37 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 36.
FIG. 38 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 37.
FIG. 39 is a cross sectional view for illustrating a step following the step shown in FIG. 38.
40 is a cross sectional view for illustrating a process following the process depicted in FIG. 39. FIG.
FIG. 41 is a perspective view showing a slider included in a head gimbal assembly to which an embodiment of the present invention is applied.
42 is a perspective view showing a head arm assembly including a head gimbal assembly to which an embodiment of the present invention is applied. FIG.
FIG. 43 is an explanatory diagram showing a main part of a hard disk device to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 44 is a plan view of a hard disk drive to which an embodiment of the present invention is applied.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記試料について、所定の条件で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する手順と、
前記の既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、前記試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する手順と、
前記シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと前記測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求める手順と、
前記差のスペクトルにおけるピーク部分の位置とピーク部分の積分強度に基づいて、前記薄膜および前記異種層の構造を解析する手順と
を備えたことを特徴とする薄膜検査方法。A thin film inspection method for inspecting the thin film in a sample including a thin film having a known composition and a structure of a heterogeneous layer adjacent to the thin film and having a different composition from the thin film,
A procedure for measuring the energy spectrum of backscattered ions by Rutherford backscattering spectroscopy under a predetermined condition for the sample;
Assuming a virtual thin film having the above-mentioned known composition, the energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy under the same conditions as the measurement for the sample is simulated for this virtual thin film. The procedure determined by
Obtaining a spectrum of the difference between the energy spectrum determined by the simulation and the measured energy spectrum;
A thin film inspection method comprising: analyzing a structure of the thin film and the heterogeneous layer based on a position of a peak portion in the spectrum of the difference and an integrated intensity of the peak portion .
ラザフォード後方散乱分光分析法によって前記試料の後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する測定装置と、
前記試料について、所定の条件で、前記測定装置によって測定されたエネルギスペクトルの情報を入力すると共に、前記の既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、前記試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定し、前記シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと前記測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求め、この差のスペクトルにおけるピーク部分の位置とピーク部分の積分強度に基づいて、前記薄膜および前記異種層の構造に関する情報を生成する制御装置と
を備えたことを特徴とする薄膜検査装置。A thin film inspection apparatus for inspecting the thin film in a sample including a thin film having a known composition and a structure of a heterogeneous layer adjacent to the thin film and having a different composition from the thin film,
A measuring device for measuring the energy spectrum of backscattered ions of the sample by Rutherford backscattering spectroscopy;
For the sample, information on the energy spectrum measured by the measuring device under a predetermined condition is input, and the virtual thin film having the known composition is assumed, and the virtual thin film is measured for the sample. The energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy under the same conditions as in the simulation is determined by simulation, and the difference spectrum between the energy spectrum determined by the simulation and the measured energy spectrum is determined. A thin film inspection apparatus comprising: a control device that generates information on the structure of the thin film and the different layer based on the position of the peak portion in the spectrum of the difference and the integrated intensity of the peak portion .
前記マイクロデバイスを製造する工程の途中で、前記薄膜を含む中間製造物における前記薄膜および前記薄膜に隣接し前記薄膜とは組成が異なる異種層の構造を検査する工程とを備えたマイクロデバイスの製造方法であって、
前記検査する工程は、
前記中間製造物と同等の条件で形成された前記薄膜を含む試料について、所定の条件で、ラザフォード後方散乱分光分析法によって後方散乱イオンのエネルギスペクトルを測定する手順と、
前記の既知の組成からなる仮想薄膜を想定して、この仮想薄膜について、前記試料についての測定の際の条件と同じ条件下でラザフォード後方散乱分光分析法によって得られる後方散乱イオンのエネルギスペクトルをシミュレーションによって決定する手順と、
前記シミュレーションによって決定されたエネルギスペクトルと前記測定されたエネルギスペクトルとの差のスペクトルを求める手順と、
前記差のスペクトルにおけるピーク部分の位置とピーク部分の積分強度に基づいて、前記薄膜および前記異種層の構造を解析する手順とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。Manufacturing a microdevice including a thin film having a known composition;
In the middle of the process of manufacturing the microdevice, manufacturing the microdevice comprising the thin film in the intermediate product including the thin film, and the step of inspecting the structure of the heterogeneous layer adjacent to the thin film and having a different composition from the thin film A method,
The inspection step includes
A procedure for measuring the energy spectrum of backscattered ions by Rutherford backscattering spectroscopy under a predetermined condition for a sample including the thin film formed under the same conditions as the intermediate product,
Assuming a virtual thin film having the above-mentioned known composition, the energy spectrum of backscattered ions obtained by Rutherford backscattering spectroscopy under the same conditions as the measurement for the sample is simulated for this virtual thin film. The procedure determined by
Obtaining a spectrum of the difference between the energy spectrum determined by the simulation and the measured energy spectrum;
A method of manufacturing a microdevice, comprising: analyzing a structure of the thin film and the heterogeneous layer based on a position of a peak portion in the spectrum of the difference and an integrated intensity of the peak portion .
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