(57)【要約】【課題】膜厚の測定精度を向上させた膜厚測定方法、及び磁気デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】基板Ｓの上にマスクパターンＭを形成し、マスクパターンＭを含む基板Ｓの上に膜厚Ｔ１からなる密着層Ｌ１と、測定対象層Ｌｍと、測定対象層Ｌｍよりも高い機械的強度を有して膜厚Ｔ２からなる保護層Ｌ２とを順に積層して積層膜Ｌ０を形成した。そして、マスクパターンＭをリフトオフして積層膜Ｌ０に段差部１０を形成し、段差部１０の深さＴ０を触針法によって測定して測定対象層Ｌｍの膜厚ＴｍをＴｍ＝Ｔ０−（Ｔ１＋Ｔ２）として得た。【選択図】図２
2008261776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上にマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンを含む前記基板の上に、膜厚Ｔ１からなる密着層と、測定対象層と、前記測定対象層よりも高い機械的強度を有して膜厚Ｔ２からなる保護層とを順に積層して積層膜を形成する工程と、
前記マスクパターンをリフトオフして前記積層膜に段差部を形成する工程と、
前記段差部の深さＴ０を触針法によって測定して前記測定対象層の膜厚Ｔｍを
Ｔｍ＝Ｔ０−（Ｔ１＋Ｔ２）とする工程と、
を備えたことを特徴とする膜厚測定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の膜厚測定方法であって、
前記密着層を形成する工程は、不活性ガスを用いてタンタルを主成分とするターゲットをスパッタリングし、前記マスクパターンを含む前記基板の上にタンタルからなる密着層を形成すること、
前記保護層を形成する工程は、不活性ガスを用いてタンタルを主成分とするターゲットをスパッタリングし、前記測定対象層の上にタンタルからなる保護層を形成すること、
を特徴とする膜厚測定方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の膜厚測定方法であって、
前記密着層を形成する工程は、前記膜厚Ｔ１が数ｎｍであってＴ１＝ｎ１×Ｔｍ（ｎ１＝０．０１〜０．１）を満たすこと、
前記保護層を形成する工程は、前記膜厚Ｔ２が数ｎｍであってＴ２＝ｎ２×Ｔｍ（ｎ２＝０．０１〜０．１）を満たすこと、
を特徴とする膜厚測定方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、
前記密着層を形成する工程は、前記基板を減圧雰囲気の下に移動して前記密着層をスパッタ法によって形成すること、
前記測定対象層を形成する工程は、前記密着層を形成した後に前記密着層を前記減圧雰囲気の下に滞在させて前記測定対象層をスパッタ法によって形成すること、
前記保護層を形成する工程は、前記測定対象層を形成した後に前記測定対象層を前記減圧雰囲気の下に滞在させて前記保護層をスパッタ法によって形成すること、
を特徴とする膜厚測定方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、
前記測定対象層は、マグネシウム、アルミニウム、銅からなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素からなる金属膜であること、
を特徴とする膜厚測定方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、
前記測定対象層は、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムのいずれか一方からなる金属酸化物膜であること、
を特徴とする膜厚測定方法。
【請求項７】
強磁性層の上に非磁性層を形成する磁気デバイスの製造方法であって、
請求項１〜６のいずれか一つに記載の膜厚測定方法を用いて前記非磁性層の膜厚を制御することを特徴とする磁気デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膜厚測定方法、及び磁気デバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetic Resistive ）効果やトンネル磁気抵抗（ＴＭ
Ｒ：Tunneling Magnetoresistive）効果を用いる磁気デバイスは、６〜１５層程度の人工格子多層膜からなる磁気抵抗素子を有する。磁気抵抗素子は、自発磁化の方向を固定する固定層と、自発磁化の方向を回転可能にする自由層と、これら固定層と自由層との間に挟まれる非磁性層とによって構成されている。
【０００３】
自由層は、信号磁界を受けるときに自発磁化の方向を信号磁界と同じ方向に回転させる。磁気抵抗素子は、自由層と固定層の自発磁化の方向が平行であるか、あるいは反平行であるかに応じて、自身の抵抗値を低抵抗あるいは高抵抗に切り替える。これによって、
磁気抵抗素子は、信号磁界に応じた電気信号を出力したり、入力信号に応じた方向に自発磁化を固定したりする。
【０００４】
非磁性層には、０．４ｎｍ〜２．５ｎｍの厚みを有する銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、あるいはこれらの合金からなる金属薄膜、さらには酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）や酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの金属酸化物膜が用いられる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特表２００４−５２７９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非磁性層の形成方法としては、非磁性層の構成元素を主成分とするターゲットにスパッタリングを施す、いわゆるスパッタ法が用いられている。上記数ｎｍの厚みの薄膜をスパッタ法等のＰＶＤを用いて形成させる場合、予め０．１μｍ程度の厚みを有する単層の薄膜を、有機塗料やレジスト等が塗布された基板の上に形成する。次いで、基板の上から有機物を除去して薄膜に段差を形成し、薄膜表面から基板表面までの高さを触針段差測定装置によって測定することで薄膜の厚みを計測する。そして、薄膜の厚みと成膜時間との比率から、数ｎｍの薄膜を形成するために必要な成膜時間を算出する。
【０００６】
しかしながら、ＭｇやＡｌ等からなる薄膜は、基板との間の密着性が低いために、上記段差を形成する際の洗浄工程において基板から容易に剥がれ落ちてしまう。さらには、ＭｇやＡｌ等からなる薄膜は、その機械的強度が低いために、上記洗浄工程における超音波振動によって表面粗さＲａの増大を招き、膜厚の測定結果に大きなバラツキを来たしてしまう。これらの結果、磁気デバイスの製造工程においては、非磁性層の成膜速度に関する正確な情報を得難いために、磁気抵抗素子の特性に変動を来たす問題を招いている。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、膜厚の測定精度を向上させた膜厚測定方法、及び磁気デバイスの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の膜厚測定方法は、基板の上にマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンを含む前記基板の上に膜厚Ｔ１からなる密着層と、測定対象層と、前記測定対象層よりも高い機械的強度を有して膜厚Ｔ２からなる保護層とを順に積層して積層膜を形成する工程と、前記マスクパターンをリフトオフして前
記積層膜に段差部を形成する工程と、前記段差部の深さＴ０を触針法によって測定して前記測定対象層の膜厚ＴｍをＴｍ＝Ｔ０−（Ｔ１＋Ｔ２）とする工程と、を備えたことを要旨とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、基板の上に形成される密着層が、測定対象層と基板との間を密着させる。また、測定対象層の上に形成される保護層が、測定対象層の表面を機械的、化学的に保護する。この結果、成膜後の測定対象層の状態が、密着層と保護層とによって維持されるため、測定対象層の機械的強度や化学的耐性に関わらず、測定対象層の正確な膜厚を触針法によって計測することができ、膜厚の測定精度を向上させることができる。ひいては、測定対象層の正確な成膜速度を得ることができ、所望する膜厚の測定対象層を高い膜厚精度の下で形成させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の膜厚測定方法においては、請求項１に記載の膜厚測定方法であって、前記密着層を形成する工程は、不活性ガスを用いてタンタルを主成分とするターゲットをスパッタリングし、前記マスクパターンを含む前記基板の上にタンタルからなる密着層を形成すること、前記保護層を形成する工程は、不活性ガスを用いてタンタルを主成分とするターゲットをスパッタリングし、前記測定対象層の上にタンタルからなる保護層を形成することを要旨とする。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、高い密着性を発現するタンタル層によって、測定層と基板との間を、より確実に密着させることができる。また、優れた段差被覆性を有し不動態層を形成するタンタル層によって、測定対象層の表面を、より確実に保護させることができる。したがって、測定対象層の正確な膜厚を、より確実に計測することができる。
【００１２】
請求項３に記載の膜厚測定方法においては、請求項１又は２に記載の膜厚測定方法であって、前記密着層を形成する工程は、前記膜厚Ｔ１が数ｎｍであってＴ１＝ｎ１×Ｔｍ（ｎ１＝０．０１〜０．１）を満たすこと、前記保護層を形成する工程は、前記膜厚Ｔ２が数ｎｍであってＴ２＝ｎ２×Ｔｍ（ｎ２＝０．０１〜０．１）を満たすことを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、０．１以下のｎ１及びｎ２によって、密着層と保護層の膜厚を測定対象層の膜厚よりも十分に薄くできる。また、０．０１以上のｎ１及びｎ２によって、密着層と保護層の膜厚の過剰な薄膜化を避けることができる。したがって、測定対象層の膜厚を、より高い精度の下で計測することができる。
【００１４】
請求項４に記載の膜厚測定方法においては、請求項１〜３のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、前記密着層を形成する工程は、前記基板を減圧雰囲気の下に移動して前記密着層をスパッタ法によって形成すること、前記測定対象層を形成する工程は、前記密着層を形成した後に前記密着層を前記減圧雰囲気の下に滞在させて前記測定対象層をスパッタ法によって形成すること、前記保護層を形成する工程は、前記測定対象層を形成した後に前記測定対象層を前記減圧雰囲気の下に滞在させて前記保護層をスパッタ法によって形成することを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、測定対象層を形成する前後において、密着層の表面及び測定対象層の表面と、活性な気体雰囲気（例えば、大気や、１０−５Ｐａ以上の圧力を有する酸素、窒素、水（水蒸気）等）との接触を避けることができる。したがって、密着層や測定対象層の機械的、化学的劣化を避けることができ、密着層及び保護層を確実に機能させることができる。この結果、成膜条件に応じた測定対象層の膜厚を、より正確に計測することができる。
【００１６】
請求項５に記載の膜厚測定方法においては、請求項１〜４のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、前記測定対象層は、マグネシウム、アルミニウム、銅からなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素からなる金属膜であることを要旨とする。
【００１７】
請求項６に記載の膜厚測定方法においては、請求項１〜４のいずれか一つに記載の膜厚測定方法であって、前記測定対象層は、酸化マグネシウムと酸化アルミニウムのいずれか一方からなる金属酸化物膜であることを要旨とする。
【００１８】
上記目的を達成するために、請求項７に記載の磁気デバイスの製造方法は、強磁性層の上に非磁性層を形成する磁気デバイスの製造方法であって、請求項１〜６のいずれか一つに記載の膜厚測定方法を用いて前記非磁性層の膜厚を制御することを要旨とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明によれば、非磁性層の膜厚を高い精度の下で制御させることができる。ひいては、磁気デバイスの特性に関して安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２０】
上記したように、本発明によれば、膜厚の測定精度を向上させた膜厚測定方法、及び磁気デバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。図１及び図２は、それぞれ膜厚測定方法の各工程を説明するフローチャート及び工程図である。
（膜厚測定方法）
図１において、膜厚測定フローは、マスクパターンＭを形成するマスクパターン形成工程（ステップＳ１）と、密着層Ｌ１を形成する密着層形成工程（ステップＳ２）と、測定対象層Ｌｍを形成する測定対象層形成工程（ステップＳ３）とを順に実行する。また、膜厚測定フローは、保護層Ｌ２を形成する保護層形成工程（ステップＳ４）と、リフトオフを実行するリフトオフ工程（ステップＳ５）と、触針式段差測定を実行する触針式段差測定工程（ステップＳ６）とを順に実行する。
【００２２】
図２（ａ）において、マスクパターン形成工程では、基板Ｓの表面Ｓａから突出するマスクパターンＭを、表面Ｓａの一部に形成する。基板Ｓとしては、例えばシリコン基板、ガラス基板、アルミナと炭化チタンの焼成材（ＡｌＴｉＣ）からなる基板を用いることができる。マスクパターンＭとしては、例えば有機塗料や各種のレジスト材料からなるパターンを用いることができる。
【００２３】
図２（ｂ）において、密着層形成工程では、マスクパターンＭを含む表面Ｓａの上に、既知の膜厚Ｔ１からなる密着層Ｌ１を形成する。密着層Ｌ１は、表面Ｓａと測定対象層Ｌｍとの間で密着性を発現する層であって、例えばタンタル（Ｔａ）を用いることができる。
【００２４】
密着層Ｌ１の膜厚Ｔ１は、測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍよりも十分に薄い膜厚であって、例えばＴ１＝ｎ１×Ｔｍ（ｎ１＝０．０１〜０．１）の範囲の膜厚を用いることができる。また、密着層Ｌ１の膜厚Ｔ１は、例えば数ｎｍであって、より好ましくは１ｎｍである。これによれば、密着層Ｌ１の膜厚が十分に薄いために、測定対象層Ｌｍの膜厚を演算するときに、密着層Ｌ１に起因する誤差を小さくでき、測定対象層Ｌｍの膜厚測定結果に対して、より高い精度を与えることができる。
【００２５】
密着層Ｌ１の形成方法としては、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスの減圧雰囲気（例えば、１０−１Ｐａ以下）でターゲットをスパッタリングするスパッタ法を用いるこ
とができる。これによれば、密着層Ｌ１に混入する不純物濃度を低くさせることができ、測定対象層Ｌｍに対する機械的損傷（例えば、クラックや剥がれ）や化学的損傷（例えば、腐食など）を抑えることができる。
【００２６】
また、この密着層Ｌ１の成膜速度は、０．０１〜０．１ｎｍ／秒の範囲が好ましい。これによれば、膜厚Ｔ１が数ｎｍの密着層Ｌ１を、より高い膜厚精度の下で形成させることができる。
【００２７】
測定対象層形成工程では、密着層Ｌ１の上に、未知の膜厚Ｔｍからなる測定対象層Ｌｍを形成する。測定対象層Ｌｍとしては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）からなる群から選択される少なくともいずれか一つの元素からなる金属膜を用いることができる。また、測定対象層Ｌｍとしては、例えば酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と酸化アルミニウム（ＡｌＯＸ）のいずれか一方からなる金属酸化物膜を用いることができる。測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍは、例えば０．１〜１．０μｍの範囲の膜厚を用いることができる。
【００２８】
測定対象層Ｌｍの形成方法としては、例えば密着層Ｌ１の製造方法と同じく、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスの減圧雰囲気（例えば、１０−１Ｐａ以下）でターゲットを所定の成膜時間だけスパッタリングするスパッタ法を用いることができる。この際、測定対象層Ｌｍの成膜室は、密着層Ｌ１の成膜室と共通する真空系を形成する構成が好ましい。これによれば、成膜直後の密着層Ｌ１の上に測定対象層Ｌｍを積層させることができる。そして、密着層Ｌ１の表面と、酸素、窒素、水（水蒸気）等の活性な気体雰囲気との接触を避けることができ、密着層Ｌ１の密着性を、より確実に発現させることができる。
【００２９】
保護層形成工程では、測定対象層Ｌｍの上に、既知の膜厚Ｔ２からなる保護層Ｌ２を形成して、基板Ｓの全体にわたって、密着層Ｌ１、測定対象層Ｌｍ、及び保護層Ｌ２からなる積層膜Ｌ０を形成する。保護層Ｌ２は、測定対象層Ｌｍよりも高い機械的強度を有する層であって、例えばタンタル（Ｔａ）を用いることができる。
【００３０】
保護層Ｌ２の膜厚Ｔ２は、測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍよりも十分に薄い膜厚であって、例えばＴ２＝ｎ２×Ｔｍ（ｎ２＝０．０１〜０．１）の範囲の膜厚を用いることができる。また、保護層Ｌ２の膜厚Ｔ２は、例えば数ｎｍであって、より好ましくは５ｎｍである。これによれば、保護層Ｌ２の膜厚が十分に薄いため、測定対象層Ｌｍの膜厚を演算するときに、保護層Ｌ２に起因する誤差を小さくでき、測定対象層Ｌｍの膜厚測定結果に対して、より高い精度を与えることができる。
【００３１】
保護層Ｌ２の製造方法としては、上記密着層Ｌ１と同じく、例えばアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスの減圧雰囲気（例えば、１０−１Ｐａ以下）でターゲットをスパッタリングするスパッタ法を用いることができる。この際、保護層Ｌ２の成膜室は、測定対象層Ｌｍの成膜室と共通する真空系を形成する構成が好ましい。これによれば、成膜直後の測定対象層Ｌｍの上に保護層Ｌ２を積層させることができる。そして、測定対象層Ｌｍの表面と、酸素、窒素、水（水蒸気）等の活性な気体雰囲気との接触を避けることができ、測定対象層Ｌｍの機械的・化学的損傷を、より確実に解消させることができる。
【００３２】
また、この保護層Ｌ２の成膜速度は、０．０１〜０．１ｎｍ／秒の範囲が好ましい。これによれば、膜厚Ｔ２が数ｎｍの保護層Ｌ２を、より高い膜厚精度の下で形成させることができる。
【００３３】
図２（ｃ）において、リフトオフ工程では、マスクパターンＭと、マスクパターンＭの上側の積層膜Ｌ０とを基板Ｓの表面Ｓａから同時に剥離して、積層膜Ｌ０の一部に表面Ｓ
ａまでを貫通する段差部１０を形成する。例えば、リフトオフ工程では、アセトンなどの有機溶剤の中に基板Ｓを浸漬させるとともに、その有機溶剤に超音波を投入し、基板Ｓの超音波洗浄によってマスクパターンＭをリフトオフする。
【００３４】
この際、積層膜Ｌ０の表面は、機械的強度の高い保護層Ｌ２によって保護される。また、積層膜Ｌ０の裏面は、密着性の高い密着層Ｌ１によって基板Ｓの表面Ｓａに密着し、積層膜Ｌ０の剥がれを防止する。
【００３５】
図２（ｄ）において、触針式段差測定工程では、公知の触針式段差測定装置を用いて段差部１０の深さＴ０を計測する。例えば、触針式段差測定工程では、積層膜Ｌ０の表面に探針１１を所定の針圧（例えば、０．０５ｍｇ）で押し当て、積層膜Ｌ０の表面に沿って走査させる。そして、針圧の変動を探針１１の変位として検出し、積層膜Ｌ０の表面から基板Ｓの表面Ｓａまでの深さＴ０として計測する。
【００３６】
この間、積層膜Ｌ０は、密着層Ｌ１によって剥がれが防止されて、かつ、保護層Ｌ２によって平滑な表面を維持し続ける。そのため、測定対象層Ｌｍを含む積層膜Ｌ０は、触針式段差測定によって、段差部１０の深さＴ０を正確に計測させることができる。そして、段差部１０の深さＴ０と、密着層Ｌ１の膜厚Ｔ１と、保護層Ｌ２の膜厚Ｔ２とによって、測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍを、Ｔｍ＝Ｔ０−（Ｔ１＋Ｔ２）として得ることができる。この結果、測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍと成膜時間との比率によって、測定対象層Ｌｍの正確な成膜速度を得ることができる。そして、所望の膜厚に必要な測定対象層Ｌｍの成膜時間を正確に得ることができる。
【００３７】
（実施例）
次に、実施例を挙げて本発明の効果を説明する。図３及び図４は、それぞれ触針式段差測定装置を用いて計測した実施例及び比較例のラインプロファイルを示す図である。
【００３８】
まず、直径が８インチのシリコン基板を基板Ｓとして用い、マスクパターン形成工程を実行した（ステップＳ１）。すなわち、フェルトペンを用いてシリコン基板の表面に油性インクのパターンを描画し、膜厚が約０．７μｍの油性インクからなるマスクパターンＭを形成した。
【００３９】
このマスクパターン形成工程の後、シリコン基板の上に積層膜Ｌ０を形成する各種工程を実行した。すなわち、以下に示す密着層Ｌ１の成膜条件を用いて密着層Ｌ１としてのＴａ層を形成し（密着層形成工程：ステップＳ２）、以下に示す測定対象層Ｌｍの成膜条件を用いて測定対象層ＬｍとしてのＭｇ層を形成した（測定対象層形成工程：ステップＳ３）。また、以下に示す保護層Ｌ２の成膜条件を用いて保護層Ｌ２を形成し（保護層形成工程：ステップＳ４）、Ｔａ層／Ｍｇ層／Ｔａ層からなる積層膜Ｌ０を形成した。
【００４０】
なお、上記Ｔａ層とＭｇ層は、それぞれ共通する真空系を用いて形成し、Ｍｇ層（測定対象層Ｌｍ）を形成する前後において、基板Ｓを１×１０−５Ｐａ以上の圧力を有する窒素、酸素、水（水蒸気）等の活性な気体雰囲気に晒さないようにした。
（密着層Ｌ１の成膜条件）
・ターゲット材料：Ｔａ
・成膜速度：０．１ｎｍ／秒
・膜厚Ｔ１：１ｎｍ
（測定対象層Ｌｍの成膜条件）
・ターゲット材料：Ｍｇ
・ターゲット供給電力密度：１．６３Ｗ／ｃｍ２
・スパッタガス：Ａｒ
・成膜圧力：３．１×１０−２Ｐａ
・成膜時間：１２００秒
（保護層Ｌ２の成膜条件）
・ターゲット材料：Ｔａ
・成膜速度：０．１ｎｍ／秒
・膜厚Ｔ２：５ｎｍ
Ｔａ層／Ｍｇ層／Ｔａ層からなる上記積層膜Ｌ０を形成した後、基板Ｓの表面ＳａからマスクパターンＭをリフトオフするリフトオフ工程を実行した（ステップＳ５）。すなわち、積層膜Ｌ０を有する基板Ｓをアセトン溶液中に浸漬させてアセトン溶液中に周波数が４５ｋＨｚの超音波を投入し、基板Ｓに対して１分間の超音波洗浄を施した。これによって、マスクパターンＭをリフトオフし、Ｔａ層／Ｍｇ層／Ｔａ層からなる積層膜Ｌ０に段差部１０を形成して実施例の試料を得た。そして、触針式段差測定装置を用いて実施例の表面に関するラインプロファイルを計測した。また、表面粗さ測定器を用いて実施例の表面粗さＲａを計測した。実施例のラインプロファイルを図３に示す。
【００４１】
（比較例）
直径が８インチのシリコン基板を基板Ｓとして用い、密着層Ｌ１及び保護層Ｌ２を形成しない構成の膜厚測定フローに変更し、その他の条件を実施例と同じくして比較例を得た。そして、触針式段差測定装置を用いて比較例の表面に関するラインプロファイルを計測した。また、表面粗さ測定器を用いて比較例の表面粗さＲａを計測した。比較例のラインプロファイルを図４に示す。
【００４２】
図３に示すように、実施例においては、積層膜Ｌ０の表面に突起状のプロファイルが僅かに認められるものの、積層膜Ｌ０の表面がリフトオフによって形成される基板Ｓの表面と同等の平坦性を有していることが分かる。また、実施例の表面粗さＲａは、１．６ｎｍであって、非常に小さい値であった。すなわち、実施例の積層膜Ｌ０においては、ラインプロファイルの計測に基づいて、十分に正確な膜厚情報を得られることが分かる。
【００４３】
実施例においては、図３に示すラインプロファイルに基づいて、段差部１０の深さＴ０、すなわち積層膜Ｌ０の膜厚が２４５ｎｍであり、この値からＴａ層の総膜厚６ｎｍを差し引くことにより、Ｍｇ層の膜厚Ｔｍが２３９ｎｍであると見積もることができる。そして、この膜厚Ｔｍを成膜時間（１２００秒）で割ることにより、Ｍｇ層の成膜速度を０．１９９ｎｍ／秒と見積もることができる。
【００４４】
一方、図４に示すように、比較例においては、積層膜Ｌ０の表面形状が、その全体にわたって５０ｎｍ以上の範囲で大きく荒れていることが分かる。また、比較例の表面粗さＲａは７．９ｎｍであり、実施例の４倍以上のサイズであることが分かる。これはＭｇ層の機械的強度が弱いために、リフトオフ工程におけるアセトン溶液中の超音波洗浄がＭｇ層の表面に機械的損傷や化学的損傷を来たし、さらには、膜剥がれを来たしているためである。
【００４５】
したがって、測定対象層Ｌｍ（Ｍｇ層）の下層に密着層Ｌ１（Ｔａ層）を形成し、かつ、Ｍｇ層の上層に保護層Ｌ２（Ｔａ層）を形成することによって、Ｍｇ層の機械的損傷や化学的損傷、さらには膜剥がれを防ぐことができ、Ｍｇ層の正確な膜厚と成膜速度を得ることができる。
【００４６】
（磁気デバイス）
次に、上記膜厚測定方法を用いて製造した磁気デバイスとしての磁気メモリについて説明する。図５は、磁気メモリ２０を示す概略断面図である。
【００４７】
磁気メモリ２０の基板Ｓには、薄膜トランジスタＴｒが形成されている。薄膜トランジスタＴｒの拡散層ＬＤは、コンタクトプラグＣＰ、配線ＭＬ、下部電極層２１を介して磁気抵抗素子２２に接続されている。
【００４８】
磁気抵抗素子２２は、下部電極層２１の上側に積層される固定層２３と、固定層２３に積層されるトンネル障壁層２４と、トンネル障壁層２４に積層される自由層２５とからなるＴＭＲ素子である。
【００４９】
磁気抵抗素子２２の下側には、下部電極層２１の下方に離間するワード線ＷＬが配設されている。ワード線ＷＬは、紙面に対して垂直方向に延びる帯状に形成されている。また、磁気抵抗素子２２の上側には、ワード線ＷＬと直交する方向に延びる帯状のビット線ＢＬが配設されている。すなわち、磁気抵抗素子２２は、互いに直交するワード線ＷＬとビット線ＢＬとの間に配設されている。
【００５０】
磁気抵抗素子２２は、下部電極層２１の上側に、強磁性層としての固定層２３、トンネル障壁層２４、自由層２５を積層し、これら固定層２３、トンネル障壁層２４、自由層２５にエッチングを施すことによって形成されている。トンネル障壁層２４は、Ｍｇ層とＭｇＯ層からなる積層構造を有し、それぞれ上記膜厚測定方法を用いて得られる成膜速度に基づいて、所望する数ｎｍの膜厚に制御されている。したがって、磁気メモリ２０は、トンネル障壁層２４の膜厚に高い精度を与えることができ、磁気抵抗素子２２の磁気抵抗効果に高い再現性を与えることができる。
【００５１】
次に、上記のように構成した本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）上記実施形態においては、基板Ｓの上にマスクパターンＭを形成し、マスクパターンＭを含む基板Ｓの上に膜厚Ｔ１からなる密着層Ｌ１と、測定対象層Ｌｍと、測定対象層Ｌｍよりも高い機械的強度を有して膜厚Ｔ２からなる保護層Ｌ２とを順に積層して積層膜Ｌ０を形成した。そして、マスクパターンＭをリフトオフして積層膜Ｌ０に段差部１０を形成し、段差部１０の深さＴ０を触針法によって測定して測定対象層Ｌｍの膜厚ＴｍをＴｍ＝Ｔ０−（Ｔ１＋Ｔ２）として得た。
【００５２】
したがって、密着層Ｌ１が測定対象層Ｌｍと基板Ｓとの間を密着させ、保護層Ｌ２が測定対象層Ｌｍの表面を機械的、化学的に保護する。この結果、成膜後の測定対象層Ｌｍの状態を、密着層Ｌ１と保護層Ｌ２とによって維持させることができ、測定対象層Ｌｍの機械的強度や化学的耐性に関わらず、測定対象層Ｌｍの正確な膜厚Ｔｍを触針法によって得ることができる。よって、膜厚Ｔｍの測定精度を向上させることができ、測定対象層Ｌｍの正確な成膜速度を得ることができる。ひいては、所望する膜厚Ｔｍの測定対象層Ｌｍを高い膜厚精度の下で形成させることができる。
【００５３】
（２）上記実施形態においては、Ａｒを用いてＴａを主成分とするターゲットをスパッタリングし、Ｔａからなる密着層Ｌ１及び保護層Ｌ２を形成する。したがって、高い密着性を発現するＴａ層によって、測定層と基板との間を、より確実に密着させることができる。また、優れた段差被覆性を有し不動態層を形成するＴａ層によって、測定対象層Ｌｍの表面を、より確実に保護させることができる。
【００５４】
（３）上記実施形態においては、密着層Ｌ１と測定対象層ＬｍとがＴ１＝ｎ１×Ｔｍ（ｎ１＝０．０１〜０．１）の関係を満たし、かつ、保護層Ｌ２と測定対象層ＬｍとがＴ２＝ｎ２×Ｔｍ（ｎ２＝０．０１〜０．１）の関係を満たす。したがって、密着層Ｌ１の膜厚Ｔ１と保護層Ｌ２の膜厚Ｔ２を、それぞれ測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍよりも十分に薄くできる。また、密着層Ｌ１の膜厚Ｔ１と保護層Ｌ２の膜厚Ｔ２の過剰な薄膜化を避けることができる。この結果、測定対象層Ｌｍの膜厚Ｔｍを、より高い精度の下で計測すること
ができる。
【００５５】
（４）上記実施形態においては、基板Ｓを減圧雰囲気の下に移動して密着層Ｌ１を形成し、密着層Ｌ１を前記減圧雰囲気の下に滞在させて測定対象層Ｌｍを形成する。また、測定対象層Ｌｍを前記減圧雰囲気の下に滞在させて保護層Ｌ２を形成する。したがって、測定対象層Ｌｍを形成する前後において、密着層Ｌ１の表面及び測定対象層Ｌｍの表面と、活性な気体雰囲気（例えば、大気や、１０−５Ｐａ以上の圧力を有する酸素、窒素、水（水蒸気）等）との接触を避けることができる。よって、密着層Ｌ１や測定対象層Ｌｍの機械的、化学的劣化を避けることができ、密着層Ｌ１及び保護層Ｌ２を確実に機能させることができる。
【００５６】
尚、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態においては、磁気デバイスを磁気メモリ２０に具体化する。これに限らず、例えば磁気デバイスを各種の磁気センサや磁気再生ヘッドに具体化してもよい。
【００５７】
・上記実施形態においては、密着層Ｌ１と保護層Ｌ２が、それぞれ単層構造である。これに限らず、例えば密着層Ｌ１と保護層Ｌ２の少なくともいずれか一方の片層構造であってもよい。
【００５８】
・上記実施形態においては、測定対象層Ｌｍの下層に密着層Ｌ１を形成し、かつ、測定対象層Ｌｍの上層に保護層Ｌ２を形成する。これに限らず、例えば密着層Ｌ１と保護層Ｌ２のいずれか一方を形成する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の膜厚測定フローを示すフローチャート。
【図２】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ膜厚測定フローの各工程を示す工程図。
【図３】実施例のラインプロファイルを示す図。
【図４】比較例のラインプロファイルを示す図。
【図５】磁気メモリを示す要部断面図。
【符号の説明】
【００６０】
Ｌ０…積層膜、Ｌ１…密着層、Ｌ２…保護層、Ｌｍ…測定対象層、Ｍ…マスクパターン、Ｓ…基板、Ｓａ…表面、Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔｍ…膜厚、１０…段差部、１１…探針、２０…磁気デバイスとしての磁気メモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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