JPH1151882A - Ｘ線反射率測定装置およびｘ線反射率測定方法および磁気センサおよび磁気センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 Ｘ線を対象物質に当てその反射率によって多層膜の各膜
厚，界面を非破壊状態で評価可能な物性測定技術の改良
であって、入射Ｘ線の波長としてＣｕ（銅）特性Ｘ線を
採用することで、多層膜をなす各層の物性が近似してい
ても容易に分離識別可能にしたことを特徴とする。さら
に、これを磁気ヘッド用スピンバルブに用いることで、
性能が安定した高密度磁気ヘッドを製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、Ｘ線反射率測定装
置およびＸ線反射率測定方法および磁気センサおよび磁
気センサの製造方法に関する。詳しくは、Ｘ線を対象物
質に当てその反射率によって多層膜の各膜厚、界面を非
破壊で評価する物性測定技術のより精密を目指した改
良、およびそれによって多層膜をなす各層の物性が近似
していても設計通りの磁気センサを作製可能にし、もっ
てより高感度な磁気センサを製造する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ハードディスク装置のより高密度な磁気
記録を達成するために、記録された情報を読み取る磁気
ヘッドに用いられるＭＲ磁気材料の改良が進められてい
る。また、よりいっそうの高密度記録化を達成すべく、
次世代の磁気ヘッド材料としてより高感度なスピンバル
ブ材料，例えばＧＭＲ磁気材料の開発も進められてい
る。これらの磁気材料を用いて製造される磁気ヘッド
は、極薄い金属薄膜が多層に重ねられた構造を有してお
り、磁気ヘッドを安定に量産するためには、各々の膜厚
を正確に制御、管理することが大変重要である。

【０００３】スピンバルブ材料を始めとして、磁気ヘッ
ド材料は通常遷移金属系の多層膜から成りＸ線の屈折率
が互いに近似した膜が重ねられて形成できるため、非破
壊で多層膜の様子を観察しようとしてＸ線反射率測定技
術にて評価しようとしても、互いの層を見分けることが
難しいという問題があった。従来のＸ線反射率測定装置
では、その入射Ｘ線はＣｕの特性Ｘ線（ＣｕＫα１（ｌ
＝１．５４０６Å）を用いている。このＸ線の波長で
は、たとえば、スピンバルブの構成元素であるＮｉＦｅ
／Ｃｕの屈折率が大変近いために、その分離が困難であ
り、通常の解析では、二層のものが、一層として見なさ
れてしまう。つまり、多層膜構造の解析がほとんど不可
能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、ＮｉＦｅ／Ｃｕなど膜のＸ線屈折率が互い
に近似しているために、層を見分けることが難しい試料
に対し、その層の分離識別を可能とする点にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段及びその作用効果】本発明
は、この問題点に対し、入射Ｘ線の波長を変化させるこ
とで、分離が困難な層の屈折率の変化を増大させ、従来
困難であった層の分離を可能とすることに特徴がある。 （課題を解決するための手段）本発明では、上記の課題
を解決するため、以下を手段として用いる。

【０００６】第一の発明では、Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバ
ルト）の吸収端（ｌ＝１．３８１Å，１．６０８Å）近
傍の波長を有するＸ線を入射Ｘ線として用いるＸ線反射
率測定装置、を手段とする。この第一の発明において、
Ｔｌ（タリウム），Ｈｆ（ハフニウム），Ｌｕ（ルテニ
ウム），Ｃｏ（コバルト），Ｈｏ（ホルミウム），Ｅｒ
（エルビウム）のいずれかの特性Ｘ線波長を用いること
としても良い。また、一種類の物質からなるターゲット
から発生する複数の特性Ｘ線を用いて、２回以上異なる
Ｘ線波長を用いて測定することとしても良い。さらに、
２回以上異なるＸ線波長を用いて測定する場合におい
て、Ｌｕ（ルテニウム）の特性Ｘ線（Ｌｕ Ｌｂ２（ｌ
＝１．３７００Å），Ｌｕ Ｌａ１（ｌ＝１．６１８７
７Å））を用いることとしても良い。

【０００７】第二の発明では、磁気ヘッド用スピンバル
ブの多層構造解析において、Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバル
ト）の吸収端（ｌ＝１．３８１Å，１．６０８Å）近傍
の波長を有するＸ線を入射Ｘ線として用いるＸ線反射率
測定方法、を手段とする。この第二の発明において、Ｔ
ｌ（タリウム），Ｈｆ（ハフニウム），Ｌｕ（ルテニウ
ム），Ｃｏ（コバルト），Ｈｏ（ホルミウム），Ｅｒ
（エルビウム）のいずれかの特性Ｘ線波長を用いること
としても良い。また、一種類の物質からなるターゲット
から発生する複数の特性Ｘ線を用いて、２回以上異なる
Ｘ線波長を用いて測定することとしても良い。さらに、
２回以上異なるＸ線波長を用いて測定する場合におい
て、Ｌｕ（ルテニウム）の特性Ｘ線（Ｌｕ Ｌｂ２（ｌ
＝１．３７００Å），Ｌｕ Ｌａ１（ｌ＝１．６１８７
７Å））を用いることとしても良い。また、以上の多層
構造評価方法を用いて磁気センサを製造しても良い。 （作用）金属の屈折率は波長に依存する。特に、吸収端
近傍において、大きく変化することが知られている。本
発明は、この基本的な物性を利用する。すなわち、Ｎｉ
Ｆｅ／Ｃｕ層の分離においては、たとえばＣｕの吸収端
近傍の波長を選択することで、ＮｉＦｅ／Ｃｕの屈折率
の変化を増大させることができる。

【０００８】入射Ｘ線の波長を変化させつつＸ線反射率
を測定することで屈折率の近い層分離が可能となり、従
来困難であったスピンバルブなどの金属多層膜の構造解
析が可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】それでは、本発明の実施形態につ
いて、添付図面を引用しつつ説明する。図１は、Ｘ線反
射率測定装置の構成（模式）図である。図１中、１はタ
ーゲットであり、Ｘ線源となる材料である。ここから発
生した特性Ｘ線は試料３へと入射Ｘ線５として入射す
る。この際に、ターゲット１から試料３までの間に、ス
リット１１，モノクロメータ２，スリット１２が順に配
置され、かかるモノクロメータ２を通過した入射Ｘ線５
が試料３へと入射する構成である。スリット１１を設け
ているのは、余分なＸ線を除去するためである。スリッ
ト１１で必要なＸ線だけ絞られて、モノクロメータ２内
に入射するが、ここで種々の波長が混在してなるＸ線が
分光される。さらに、スリット１２によって分光された
Ｘ線を単色化する。入射Ｘ線５は、試料３表面に入射し
てその表面で入射角と同じ角度で反射し、ターゲット１
とは試料３を挟んで対向する位置に配置されたシンチレ
ーションカウンタ４に反射Ｘ線６として入射する。入射
角を変化させれば、反射強度の角度依存性は測定できる
こととなる。

【００１０】図１において簡略図示されているターゲッ
ト１の構成を図２に模式的に示す。図２は、Ｘ線反射率
測定装置に用いるＸ線発生源の構成（模式）図であり、
図２中、ターゲット１はずんぐりとした円筒状をなして
水冷管８を中心として回転可動するように取り付けられ
る。このような回転対陰極Ｘ線管型のＸ線源の他に、封
入式管球型もあるが、強力なＸ線源となるロータ型が本
発明の測定には有利である。ターゲット１の円筒側面に
対して電子が積極的にぶつかるようにフィラメント７が
近接配置され、ターゲット１の不要な加熱を抑制できる
ように、水冷管８内には液体（例えば純水）が流通可能
に構成され、かかる水冷管８自体が高速回転可動するこ
とでターゲット１の円筒側面に満遍なく電子が照射する
構成になっている。ここに、ターゲット１をなす材料と
しては、従来の場合には、Ｃｕ（銅）が用いられてきた
が、本発明においては、Ｔｌ（タリウム），Ｈｆ（ハフ
ニウム），Ｌｕ（ルテニウム），Ｃｏ（コバルト），Ｈ
ｏ（ホルミウム），Ｅｒ（エルビウム）を用いた。これ
らの材料をターゲット１に用いることで、従来の場合分
離困難であったＣｕ／ＮｉＦｅ等の構造の分離が容易に
なった。

【００１１】以上のようなＸ線反射率測定装置を用い
て、Ｘ線反射率の測定を行った結果を以下に示す。波長
の変化の効果をシミュレーションによって明らかにす
る。図３，図４にＳｉ／Ｔａ（４６．３Å）／ＣｏＦｅ
（３３．０Å）／Ｃｕ（３２．４Å）／Ｔａ（８０．８
Å）／Ｔａ2 Ｏ5 （２９．７Å）における入射Ｘ線波長
に対するＣｏＦｅ／Ｃｕの分離の容易さの変化を示す。
各界面のラフネスは図４上に示した。この構造におい
て、ＣｕＫα, ＣｕＫβ, Ｃｕ吸収端, ＣｏＫβ, Ｃｏ
吸収端の４つの波長の変化に対する理論的な反射率曲線
を計算した。その結果が、図４の点線で表されている。
真のＣｕ膜厚値は、３２．４Åあるが、故意にＣｕ膜厚
値を２５Å固定して、点線の反射率曲線のフィッテイン
グを行った結果が実線である。この際、ＣｏＦｅの膜厚
値をパラメータとしている。図４中の一番上のＣｕＫα
の結果、点線と実線がほとんど一致していることがわか
り、ＣｏＦｅ／Ｃｕの分離が難しいことがわかる。しか
し、Ｃｕ，Ｃｏ吸収端の波長に対する結果を見ると、点
線と実線との差は大きいことがわかる。これは、これら
の波長を用いることで、ＣｏＦｅ／Ｃｕの分離が容易に
なったことを示している。図３には、フィッテイングの
際に固定したＣｕ膜厚を変化させたときのＲ値の変化を
示している。３２．４ÅのときＲ値（信頼性係数；どの
程度フィッティングが合ったかを見る目安で、Ｒ値が小
さい方が良く合ったことになる。）はゼロとなり、計算
の正しさを示している。Ｃｕ，Ｃｏ吸収端での測定が、
Ｒ値の落ち込みが大きく、正確にＣｕ膜厚を計測できる
ことがわかる。

【００１２】図３において、たとえば、Ｃｕ（膜厚２５
Å）におけるＲ値の変化を計算することで、どの波長の
効果が大きいかを知ることができる。２５Å固定して、
１．３Å〜１．９５Å波長範囲に対してＲ値の変化がど
のようになっているかを調べた結果を図５に示す。この
結果から、明らかにＣｏ，Ｃｕの吸収端波長に対する効
果が大変大きいことが判明した。図５の各元素の特性Ｘ
線の中では、ＣｕＫβ線が最も効果が大きい。これは、
最も、Ｃｕ吸収端波長に近い波長であることによると考
えられる。

【００１３】従って、ＣｕＫβ線よりも有力な特性Ｘ線
波長に対して調べた。すべての元素の特性Ｘ線波長は明
らかにされている。この中で、Ｃｕ, Ｃｏ吸収端に近い
特性Ｘ線波長を調べた。その結果、Ｃｕ吸収端近傍に対
しては、Ｔｌ（タリウム）（ｌ＝１．３８４７Å）, Ｈ
ｆ（ハフニウム）（ｌ＝１．３７３９Å），Ｌｕ（ルテ
ニウム）（ｌ＝１．３７００Å）がある。また、Ｃｏ吸
収端に対しては、Ｈｏ（ホルミウム）（ｌ＝１．６１９
３Å），Ｌｕ（ルテニウム）（ｌ＝１．６１８７７
Å），Ｅｒ（エルビウム）（ｌ＝１．５９９６Å）が存
在しており、これらの波長を用いれば、従来では分離が
困難であるＣｏＦｅ／Ｃｕ層の分離を容易に行うことが
できた。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、金属多層膜の構造解析
が容易になり、磁気材料のように、金属多層膜が互いに
近いＸ線屈折率を有する場合でも、非破壊にして金属多
層膜の膜厚や膜の状態を正確に把握することができるの
で、より高精度に磁気材料膜を積層可能になり、磁気セ
ンス特性を向上させる乃至歩留りを向上させることが可
能になるという効果があり、例えばハードディスク用磁
気ヘッドの性能向上に大いに寄与できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｘ線反射率測定装置の構成（模式）図である。

【図２】Ｘ線反射率測定装置に用いるＸ線発生源の構成
（模式）図である。

【図３】ＣｏＦｅ／Ｃｕ層の分離識別の容易性を示す図
である。

【図４】ＣｏＦｅ／Ｃｕ層の分離識別の容易性を示す反
射率曲線である。

【図５】波長変化とＣｏＦｅ／Ｃｕ層の分離識別の容易
性との関係を示す図である。

【符号の説明】

１はターゲット， ２はモノクロメータ， ３は試料， ４はシンチレーションカウンタ， ５は入射Ｘ線， ６は反射Ｘ線， ７はフィラメント， ８は水冷管， １１，１２はスリット，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山岸 亙 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 押木 満雅 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 淡路 直樹 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 古宮 聰 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバルト）の吸収端
   （ｌ＝１．３８１Å，１．６０８Å）近傍の波長を有す
   るＸ線を入射Ｘ線として用いるＸ線反射率測定装置。
2. 【請求項２】 Ｔｌ（タリウム），Ｈｆ（ハフニウ
   ム），Ｌｕ（ルテニウム），Ｃｏ（コバルト），Ｈｏ
   （ホルミウム），Ｅｒ（エルビウム）のいずれかの特性
   Ｘ線波長を用いることを特徴とする請求項１記載のＸ線
   反射率測定装置。
3. 【請求項３】 一種類の物質からなるターゲットから発
   生する複数の特性Ｘ線を用いて、２回以上異なるＸ線波
   長を用いて測定することを特徴とする請求項１記載のＸ
   線反射率測定装置。
4. 【請求項４】 Ｌｕ（ルテニウム）の特性Ｘ線（Ｌｕ
   Ｌｂ２（ｌ＝１．３７００Å），Ｌｕ Ｌａ１（ｌ＝
   １．６１８７７Å））を用いることを特徴とする請求項
   ３記載のＸ線反射率測定装置。
5. 【請求項５】 磁気ヘッド用スピンバルブの多層構造解
   析において、Ｃｕ（銅），Ｃｏ（コバルト）の吸収端
   （ｌ＝１．３８１Å，１．６０８Å）近傍の波長を有す
   るＸ線を入射Ｘ線として用いるＸ線反射率測定方法。
6. 【請求項６】 Ｔｌ（タリウム），Ｈｆ（ハフニウ
   ム），Ｌｕ（ルテニウム），Ｃｏ（コバルト），Ｈｏ
   （ホルミウム），Ｅｒ（エルビウム）のいずれかの特性
   Ｘ線波長を用いることを特徴とする請求項５記載のＸ線
   反射率測定方法。
7. 【請求項７】 一種類の物質からなるターゲットから発
   生する複数の特性Ｘ線を用いて、２回以上異なるＸ線波
   長を用いて測定することを特徴とする請求項５記載のＸ
   線反射率測定方法。
8. 【請求項８】 Ｌｕ（ルテニウム）の特性Ｘ線（Ｌｕ
   Ｌｂ２（ｌ＝１．３７００Å），Ｌｕ Ｌａ１（ｌ＝
   １．６１８７７Å））を用いることを特徴とする請求項
   ７記載のＸ線反射率測定方法。
9. 【請求項９】 請求項１，２，３，４記載の多層構造評
   価方法を用いて製造することを特徴とする磁気センサ。
10. 【請求項１０】 請求項５，６，７，８記載の多層構造
    評価方法を用いて製造することを特徴とする磁気センサ
    の製造方法。