(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
前記支持部から延びるレバーと、
前記レバーの自由端に形成されて測定対象物に接触する探針部と、
を有する導電性プローブであって、
前記探針部は、
前記自由端から延びる探針と、
前記探針の表面に形成されてタンタルからなる下地層と、
前記下地層の表面に形成されてルテニウムからなる被覆層と、
を有し、
前記被覆層は最外層として形成されていることを特徴とする導電性プローブ。
【請求項２】
導電性プローブの製造方法であって、
基板に設けられた探針の表面にタンタルからなる下地層を形成する工程と、
前記下地層の表面にルテニウムからなる被覆層を形成する工程と、
を有し、
前記被覆層を最外層として形成することを特徴とする導電性プローブの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の導電性プローブの製造方法であって、
前記下地層を形成する工程は、斜入射スパッタ法を用いて前記下地層を形成し、
前記被覆層を形成する工程は、斜入射スパッタ法を用いて前記被覆層を形成すること、を特徴とする導電性プローブの製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の導電性プローブの製造方法であって、
前記被覆層を形成する工程は、前記下地層を形成する真空系を用いて前記被覆層を形成することを特徴とする導電性プローブの製造方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一つに記載の導電性プローブの製造方法であって、
前記下地層を形成する工程は、
第一ターゲットと第二ターゲットを有する真空槽の圧力を１０−６Ｐａ以下にして前記基板を前記真空槽に搬入し、前記真空槽にアルゴンを導入して前記真空槽の圧力を０．０３Ｐａ〜０．１０Ｐａにした後に前記第一ターゲットをスパッタすることにより前記タンタルからなる前記下地層を形成し、
前記被覆層を形成する工程は、
前記下地層を形成した後に前記基板を前記真空槽に配置し続けるとともに、前記第二ターゲットをスパッタすることにより、前記下地層の表面に前記ルテニウムからなる前記被覆層を形成することを特徴とする導電性プローブの製造方法。
【請求項６】
一対の電極層間に磁性層を有する積層膜の磁気特性を測定する磁気特性測定方法であって、
前記一対の電極層の少なくともいずれか一方にエッチングを施して前記積層膜に測定領域を区画する工程と、
請求項２〜５のいずれか一つに記載の導電性プローブの製造方法を用いて製造した導電性プローブの探針部を前記測定領域の前記電極層に接続して前記積層膜の電気抵抗値を検出する工程と、
を有することを特徴とする磁気特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性プローブ、導電性プローブの製造方法、及び磁気特性測定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 ）効果を利用する磁気抵抗素子は、優れた磁気抵抗変
化率を有するため、磁気センサ、磁気再生ヘッド、磁気メモリ等の各種の磁気デバイスに広く採用されている。磁気抵抗素子は、ＡｌＴｉＣウェハやＳｉウェハ等の基板の上に、下部電極層／反強磁性層／固定層／非磁性層／自由層／保護層／上部電極層からなる人工格子多層膜構造を有する。
【０００３】
上記非磁性層としては、膜厚が０．４ｎｍ〜２．５ｎｍのＣｕ、Ａｌ、Ｍｇ、これらの合金からなる金属膜、あるいはＡｌＯｘやＭｇＯ等の金属酸化物膜が用いられる。上記固定層及び自由層としては、Ｃｏ−Ｆｅ膜、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ膜、Ｎｉ−Ｆｅ膜等の強磁性膜、これらの積層膜、あるいは該積層膜にＲｕ膜を挟入した積層膜が用いられる。磁気抵抗素子は、固定層の自発磁化の方向と、自由層の自発磁化の方向とが平行であるか、あるいは反平行であるかに応じて、自身の電気抵抗値を低抵抗、あるいは高抵抗に切り替える。
【０００４】
人工格子多層膜の磁気特性を評価するとき、まず、人工格子多層膜は、基板上で所定の評価サイズ（例えば、磁気デバイスのサイズ）に区画される。次いで、人工格子多層膜は、所定の入力電流が各層の積層方向に沿って入力されることにより、自発磁化の方向に依存する電気抵抗値を、出力電圧の大きさとして出力する。
【０００５】
例えば、人工格子多層膜は、その上部電極層と下部電極層に一対の導電性プローブが接続されて、一対の導電性プローブが定電流源に接続されることにより、上部電極層と下部電極層との間に所定の入力電流を入力する。人工格子多層膜の磁気特性を評価するとき、入力電流の入力によって誘起する電圧が一対のプローブを介して測定されて、この測定結果と入力電流値とに基づいて、電気抵抗値が検出される。
【０００６】
導電性プローブとしては、探針部を有する接触型のプローブを用いることができ、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ）に利用される走査プローブを用いることができる。例えば、導電性プローブとしては、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Microscope ）や、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Microscope ）等の走査プローブを用いることができる（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００２−３５７５２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記導電性プローブの探針部は、安定した導電性を得るため、耐酸化性に優れたＡｕ、Ｐｔ、ＰｔＩｒからなる導電膜で被覆されている。探針部の先端は、測定対象物の電気抵抗値を計測するたびに、測定対象物の表面に機械的に接触する。そのため、探針部に被覆される導電膜は、電気抵抗値を計測するたびに磨耗して、探針部における導電性を容易に損なってしまう。
【０００８】
また、測定対象物の抵抗率が高い場合、導電性プローブは、探針部から大きな電圧を印加して探針部の先端に電界を集中させる。導電膜で被覆される探針部は、ＳｉやＳｉＮ等
からなる探針と導電膜との間の密着性が低いため、局所的に電界が集中すると、導電膜の剥がれを来たして導電性を損なってしまう。この結果、上記探針部では、導電性プローブの使用寿命を著しく短くしてしまう。
【０００９】
こうした使用寿命の短縮は、導電膜の薄膜化に伴い加速するため、探針部の小型化を大きく阻害し、ひいては測定対象物の縮小化を妨げている。そこで、探針部の接触領域が１μｍ２以下になる場合、上記磁気特性測定方法では、従来から、測定対象物に対して以下の加工を施している。
【００１０】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ上記磁気特性測定に用いる測定試料の形成工程を示す工程図である。図１０（ａ）に示すように、磁気特性測定方法では、まず、基板５０の上に人工格子多層膜５１（下部電極層５２／反強磁性層５３／固定層５４／非磁性層５５／自由層５６／保護層５７／上部電極層５８）が形成され、この人工格子多層膜５１に対して、測定領域５１Ａが規定される。すなわち、人工格子多層膜５１の表面にレジストパターンが形成されて、レジストパターンをマスクにする人工格子多層膜５１のエッチングにより、測定領域５１Ａが形成される。
【００１１】
次いで、図１０（ｂ）に示すように、測定領域５１Ａを覆うＳｉＯ２等の層間絶縁膜５９が積層され、測定領域５１Ａ上の層間絶縁膜５９がエッチングされることにより、測定領域５１Ａ上に開口するコンタクトホール５９Ｈが形成される。コンタクトホール５９Ｈの内部と層間絶縁膜５９の表面には、それぞれＣｕ、Ａｕ、Ｒｕ等からなる引出電極６０が成膜され、これにより測定領域５１Ａを拡張した接触領域６０Ａが形成される。そして、導電性プローブ６１の探針部６１ａは、自身に対して十分に大きい接触領域６０Ａに接触することにより、その入力電流を測定領域５１Ａに入力する。
【００１２】
しかしながら、上記する磁気特性測定方法では、層間絶縁膜５９を成膜する工程、コンタクトホール５９Ｈを形成する工程、引出電極６０を形成する工程等、各種の処理工程が、人工格子多層膜５１の磁気特性に対し、物理的、又は化学的な影響を与えてしまう。
【００１３】
例えば、コンタクトホール５９Ｈを形成する工程では、エッチング量に過不足があると、上部電極層５８の欠損や層間絶縁膜５９の残渣の形成によって、正確な出力電圧を得られなくなってしまう。また、引出電極６０を形成する工程では、コンタクトホール５９Ｈに埋め込み不良を生じると、コンタクト抵抗やプラグ抵抗の増大により、出力電圧を大幅に増大させてしまう。
【００１４】
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、耐摩耗性を向上して小型化を図ることにより寿命を損なうことなく磁気特性の測定精度を向上した導電性プローブ、導電性プローブの製造方法、及びその導電性プローブを用いた磁気特性測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載する導電性プローブは、支持部と、前記支持部から延びるレバーと、前記レバーの自由端に形成されて測定対象物に接触する探針部と、を有する導電性プローブであって、前記探針部は、前記自由端から延びる探針と、前記
探針の表面に形成されてタンタルからなる下地層と、前記下地層の表面に形成されてルテニウムからなる被覆層と、を有し、前記被覆層は最外層として形成されていることを要旨とする。
【００１６】
請求項１に記載する導電性プローブによれば、タンタルからなる下地層は、被覆層が探針の表面に直接積層される場合に比べて、被覆層と探針の表面との間の密着性を向上させる。また、ルテニウムからなる被覆層は、探針部の表面が酸化される場合であっても、そ
の導電性を維持することができる。しかも、ルテニウムからなる被覆層は、被覆層がＡｕやＰｔからなる場合に比べて、探針部の表面の耐摩耗性を向上させる。したがって、請求項１に記載する導電性プローブは、耐摩耗性を向上できる分だけ、その小型化を図ることができる。この結果、請求項１に記載する導電性プローブは、その寿命を損なうことなく、磁気特性の測定精度を向上することができる。
【００１７】
請求項２に記載する導電性プローブの製造方法は、導電性プローブの製造方法であって、基板に設けられた探針の表面にタンタルからなる下地層を形成する工程と、前記下地層の表面にルテニウムからなる被覆層を形成する工程と、を有し、前記被覆層を最外層として形成することを要旨とする。
【００１８】
請求項２に記載する導電性プローブの製造方法によれば、タンタルからなる下地層は、探針表面に被覆層を直接成膜する場合に比べて、探針表面と被覆層との間の密着性を向上させる。ルテニウムからなる被覆層は、探針部表面が酸化される場合であっても、その導電性を維持することができる。しかも、ルテニウムからなる被覆層は、被覆層がＡｕやＰｔからなる場合に比べて、探針部の表面の耐摩耗性を向上させる。したがって、請求項２に記載する導電性プローブの製造方法は、耐摩耗性を向上できる分だけ、その小型化を図ることができる。この結果、請求項２に記載する導電性プローブの製造方法は、その寿命を損なうことなく、磁気特性の測定精度を向上することができる。
【００１９】
請求項３に記載する導電性プローブの製造方法は、請求項２に記載の導電性プローブの製造方法であって、前記下地層を形成する工程は、斜入射スパッタ法を用いて前記下地層を形成し、前記被覆層を形成する工程は、斜入射スパッタ法を用いて前記被覆層を形成することを要旨とする。
【００２０】
請求項３に記載する導電性プローブの製造方法によれば、下地層と被覆層は、それぞれ斜入射スパッタ法を用いて成膜されるため、垂直入射式のスパッタ法やＣＶＤ法を用いて成膜される場合に比べて、探針の被覆性やその膜厚均一性を向上させることができる。したがって、請求項３に記載する導電性プローブの製造方法は、下地層及び被覆層の被覆性や膜厚均一性を向上させる分だけ、その耐摩耗性を向上することができ、ひいては小型化を促進させることができる。
【００２１】
請求項４に記載する導電性プローブの製造方法は、請求項２又は３に記載の導電性プローブの製造方法であって、前記被覆層を形成する工程は、前記下地層を形成する真空系を用いて前記被覆層を形成することを要旨とする。
【００２２】
請求項４に記載する導電性プローブの製造方法において、ルテニウムからなる被覆層は、タンタルからなる下地層を大気に曝すことなく、同下地層を覆うことができる。したがって、請求項４に記載する導電性プローブの製造方法は、下地層の酸化を抑制することができ、下地層と被覆層との間の密着性を向上させることができる。よって、請求項４に記載する導電性プローブの製造方法は、導電性プローブの耐摩耗性を、さらに向上させることができる。
【００２３】
請求項５に記載する導電性プローブの製造方法は、請求項２〜４のいずれか一つに記載の導電性プローブの製造方法であって、前記下地層を形成する工程は、第一ターゲットと第二ターゲットを有する真空槽の圧力を１０−６Ｐａ以下にして前記基板を前記真空槽に搬入し、前記真空槽にアルゴンを導入して前記真空槽の圧力を０．０３Ｐａ〜０．１０Ｐａにした後に前記第一ターゲットをスパッタすることにより前記タンタルからなる前記下地層を形成し、前記被覆層を形成する工程は、前記下地層を形成した後に前記基板を前記真空槽に配置し続けるとともに、前記第二ターゲットをスパッタすることにより、前記下地層の表面に前記ルテニウムからなる前記被覆層を形成することを要旨とする。
【００２４】
請求項５に記載する導電性プローブの製造方法において、下地層と被覆層は、それぞれ共通する真空槽を用いて連続的に積層される。したがって、タンタルからなる下地層は、その酸化を確実に抑えることができ、被覆層との間の密着性を、より確実に向上させることができる。したがって、請求項５に記載する導電性プローブの製造方法は、導電性プローブの耐摩耗性を、さらに向上させることができ、ひいては導電性プローブの寿命を損なうことなく、磁気特性の測定精度を向上することができる。
【００２５】
請求項６に記載する磁気特性測定方法は、一対の電極層間に磁性層を有する積層膜の磁気特性を測定する磁気特性測定方法であって、前記一対の電極層の少なくともいずれか一方にエッチングを施して前記積層膜に測定領域を区画する工程と、請求項２〜５のいずれか一つに記載の導電性プローブの製造方法を用いて製造した導電性プローブの探針部を前記測定領域の前記電極層に接続して前記積層膜の電気抵抗値を検出する工程と、を有することを要旨とする。
【００２６】
請求項６に記載する磁気特性測定方法において、導電性プローブは、その耐摩耗性を向上させる分だけ、その寿命を損なうことなく、プローブのサイズを小さくできる。積層膜の測定領域は、導電性プローブのサイズを小さくできる分だけ、そのサイズを小さくできる。したがって、請求項６に記載する磁気特性測定方法では、導電性プローブのサイズを小さくできる分だけ、測定領域と導電性プローブとを結ぶ引出電極等の追加工が不要になる。この結果、請求項６に記載する磁気特性測定方法は、磁気特性の測定精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２７】
上記するように、本発明によれば、耐摩耗性を向上して小型化を図ることにより、寿命を損なうことなく磁気特性の測定精度を向上した導電性プローブ、導電性プローブの製造方法、及びその導電性プローブを用いた磁気特性測定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】
【００２８】
以下、本発明の一実施形態を図面に従って説明する。図１は、導電性プローブ１０の全体を模式的に示す平面図及び側面図であり、図２は、図１における探針部１３を示す要部側断面図である。
【００２９】
（導電性プローブ１０）
図１において、導電性プローブ１０は、支持部１１、レバー１２、及び探針部１３を有する。支持部１１は、レバー１２の一端を支持する剛体であって、例えば単結晶シリコンを用いることができる。支持部１１は、定電流電源（図５（ｃ）参照）に接続されることにより、定電流電源からの入力電流をレバー１２に供給する。
【００３０】
レバー１２は、支持部１１から延びる撓曲可能なレバーであって、その一端を支持部１１に固定されることにより片持ち梁構造を成す。レバー１２は、探針部１３と支持部１１との間を電気的に接続して、支持部１１からの入力電流を探針部１３に供給する。レバー１２は、例えば単結晶シリコン、導電性の被膜を有するシリコン窒化物、あるいは導電性の被膜を有するシリコン酸化物を用いることができる。レバー１２は、その自由端１２ａに探針部１３を有する。探針部１３は、その先端を測定対象物の表面に当接させて、レバー１２からの入力電流を測定対象物に入力するためのものである。
【００３１】
図２において、探針部１３は、自由端１２ａから延びる円錐状の探針１３ａと、探針１３ａの表面を覆う下地層１４と、下地層１４の覆う被覆層１５とを有する。探針１３ａは、レバー１２の自由端１２ａと一体に形成されるが、これに限らず、自由端１２ａと異な
る構成であっても良い。
【００３２】
下地層１４は、タンタル（以下、Ｔａ）からなる薄膜であって、探針１３ａの表面の全体にわたり層状に形成されている。下地層１４は、探針１３ａの表面の全体にわたり、極薄（数〜数十原子層：例えば、１〜５ｎｍ）の膜厚を均一に有する。なお、Ｔａからなる薄膜とは、薄膜の構成元素が実質的にＴａであれば良く、下地層１４を成膜するときの成膜原料中の不純物や成膜雰囲気中の気体を不純物として含む構成であっても良い。
【００３３】
被覆層１５は、ルテニウム（以下、Ｒｕ）からなる薄膜であって、下地層１４の表面の全体にわたり層状に形成されている。被覆層１５は、下地層１４の表面の全体にわたり、例えば２０ｎｍの膜厚を有する。なお、Ｒｕからなる薄膜とは、薄膜の構成元素が実質的にＲｕであれば良く、被覆層１５を成膜するときの成膜原料中の不純物や成膜雰囲気中の気体を不純物として含む構成であっても良い。
【００３４】
Ｒｕの抵抗率は７．７μΩ・ｃｍであり、酸化した状態、すなわちＲｕＯ２の状態においても、その抵抗率は３５μΩ・ｃｍである。ＡｕやＰｔは、その抵抗率が２．０μΩ・ｃｍと低く、酸化し難い材料であるが、その引張強さが１３．３ｋｇｆ／ｍｍと小さいために摩耗し易い。一方、Ｒｕは、その引張強さが５０ｋｇｆ／ｍｍと高いために磨耗し難い。したがって、被覆層１５は、導電性プローブ１０の使用期間や使用環境に関わらず、探針部１３の電気抵抗値の増加を軽減させることができる。
【００３５】
導電性プローブ１０は、Ｔａからなる下地層１４が被覆層１５と探針１３ａとの間で密着性を発現する分だけ、被覆層１５の剥がれを抑えることができる。また、導電性プローブ１０は、Ｒｕからなる被覆層１５によって探針部１３の表面を覆う分だけ、被覆層１５の剥がれや磨耗を軽減することができる。したがって、導電性プローブ１０は、そのサイズを小型化する場合に、小型化に伴う剥がれや磨耗の加速、すなわち使用寿命の短縮を、下地層１４の密着性や被覆層１５の耐磨耗性によって抑制することができる。これにより、導電性プローブ１０は、その使用寿命を短くすることなく、小型化を図ることができる。また、導電性プローブ１０は、下地層１４の膜厚を極薄の膜厚で形成する分だけ、その小型化を容易に図ることができる。
【００３６】
（導電性プローブ１０の製造方法）
図３は、斜入射スパッタ装置２０を模式的に示す側断面図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ導電性プローブ１０の製造工程を示す工程図である。まず、下地層１４及び被覆層１５を成膜するための斜入射スパッタ装置２０について以下に説明する。
【００３７】
図３において、斜入射スパッタ装置２０は、真空槽（以下単に、チャンバ本体２１という。）を有する。チャンバ本体２１の内部には、複数の上記探針１３ａを有する基板Ｓ（図４（ａ）参照）が搬入される。チャンバ本体２１には、供給配管２２を介してＡｒのマスフローコントローラＭＦＣが連結されるとともに、排気配管２３を介して排気系ＰＵが連結されている。排気系ＰＵが駆動するとき、チャンバ本体２１の内部圧力は、例えば１０−６Ｐａ以下に減圧される。排気系ＰＵが駆動し、かつ、マスフローコントローラＭＦＣが駆動するとき、チャンバ本体２１は、供給配管２２からの所定流量のＡｒを受けて、内部圧力を０．０３Ｐａ〜０．１０Ｐａにする。
【００３８】
チャンバ本体２１の内部には、基板ホルダ２４が配設されている。基板ホルダ２４は、チャンバ本体２１の内部に搬入される基板Ｓを載置し、その探針１３ａを上側にして位置決め固定する。基板ホルダ２４は、チャンバ本体２１の下側に搭載されるホルダモータ２５の出力軸に連結されて、ホルダモータ２５が駆動するとき、基板Ｓの中心を通る鉛直線Ａを回転中心にして基板Ｓを回転する。基板ホルダ２４の周囲には防着板２６が配設され
ている。防着板２６は、チャンバ本体２１の内壁に対してスパッタ粒子の付着を軽減する。
【００３９】
基板ホルダ２４の斜め上方には、第一カソードＣ１と第二カソードＣ２が配設されている。第一カソードＣ１と第二カソードＣ２は、それぞれ円盤状の第一ターゲットＴ１と第二ターゲットＴ２とを搭載する。第一ターゲットＴ１は、Ｔａを主成分とするターゲットであり、第二ターゲットＴ２は、Ｒｕを主成分とするターゲットである。第一ターゲットＴ１と第二ターゲットＴ２は、それぞれ内表面の法線を鉛直線Ａから所定角度、例えば２２°だけ傾斜させる。第一カソードＣ１と第二カソードＣ２は、それぞれ外部電源に接続されて、外部電源が駆動するとき、第一ターゲットＴ１と第二ターゲットＴ２とに所定の直流電圧を供給する。第一カソードＣ１と第二カソードＣ２は、それぞれ第一磁気回路Ｍ１と第二磁気回路Ｍ２とを搭載する。第一磁気回路Ｍ１と第二磁気回路Ｍ２とは、それぞれ第一ターゲットＴ１の内表面と第二ターゲットＴ２の内表面に沿ってマグネトロン磁場を形成する。
【００４０】
第一ターゲットＴ１と第二ターゲットＴ２の内表面には、対向するシャッタ２７が配設されている。シャッタ２７は、自身の一部に開口を有し、鉛直線Ａを中心にして回転することにより、その開口の位置を、第一ターゲットＴ１と対向する位置と、第二ターゲットＴ２と対向する位置との間で切り替える。なお、図３においては、シャッタ２７の開口が第一ターゲットＴ１と対向する状態を示す。
【００４１】
斜入射スパッタ装置２０は、下地層１４を成膜するとき、排気系ＰＵを駆動してチャンバ本体２１の内部を１０−６Ｐａ以下に減圧し、基板ホルダ２４を駆動して基板Ｓを回転する。次いで、斜入射スパッタ装置２０は、マスフローコントローラＭＦＣを駆動してＡｒをチャンバ本体２１に供給し、内部圧力を０．０３Ｐａ〜０．１０Ｐａに調整する。また、斜入射スパッタ装置２０は、シャッタ２７を駆動してシャッタ２７の開口を第一ターゲットＴ１と対向する位置に配置する。そして、斜入射スパッタ装置２０は、第一カソードＣ１を駆動して第一ターゲットＴ１に所定電圧を印加し、第一ターゲットＴ１の内表面に高密度のプラズマを生成して第一ターゲットＴ１をスパッタする。
【００４２】
この際、ターゲット表面から飛散したＴａ粒子は、第一ターゲットＴ１が基板Ｓの表面に対して斜め上方に配置しているため、基板Ｓの表面に到達した際に、探針１３ａの傾斜面のある片面にのみ着弾することになるが、基板Ｓの回転に伴い探針１３ａの表面の全体にわたり均一に着弾する。図４（ｂ）に示すように、探針１３ａの表面に着弾するＴａ粒子は、探針１３ａの表面の全体にわたり層状に成長し、均一な膜厚からなる下地層１４を形成する。これにより、斜入射スパッタ装置２０は、探針１３ａのサイズや形状に関わらず、探針１３ａの表面の全体にわたり極薄のＴａ層を均一に成膜することができる。
【００４３】
この状態から、斜入射スパッタ装置２０は、被覆層１５を成膜するとき、第一カソードＣ１を停止するとともに、シャッタ２７を駆動してシャッタ２７の開口を第二ターゲットＴ２と対向する位置に配置する。そして、斜入射スパッタ装置２０は、第二カソードＣ２を駆動して第二ターゲットＴ２に所定電圧を印加し、第二ターゲットＴ２の内表面に高密度のプラズマを生成して第二ターゲットＴ２をスパッタする。
【００４４】
この際、ターゲット表面から飛散したＲｕ粒子は、第二ターゲットＴ２が基板Ｓの表面に対して斜め上方に配置しているため、基板Ｓの表面に到達した際に、探針１３ａの傾斜面のある片面にのみ着弾することになるが、Ｔａ粒子と同じく、基板Ｓの回転に伴い下地層１４の表面の全体にわたり均一に着弾する。図４（ｃ）に示すように、下地層１４の表面に着弾するＲｕ粒子は、下地層１４の表面の全体にわたり層状に成長し、均一な膜厚からなる被覆層１５を形成する。これにより、斜入射スパッタ装置２０は、探針１３ａのサ
イズや形状に関わらず、下地層１４の表面の全体にわたりＲｕ層を均一に成膜することができる。
【００４５】
（磁気特性測定方法）
次に、上記導電性プローブ１０を用いる磁気特性測定方法ついて以下に説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ磁気特性測定方法を示す工程図である。
【００４６】
図５（ａ）において、測定対象物としての積層膜３０は、素子基板３１の表面から順に、下部電極層３２、反強磁性層３３、固定層３４、非磁性層３５、自由層３６、保護層３７、及び上部電極層３８を有する。
【００４７】
詳述すると、下部電極層３２は、素子基板３１の表面荒れを緩和する導電性のバッファ層であって、反強磁性層３３の結晶配向を規定するシード層である。下部電極層３２としては、単層構造に限らず、例えばバッファ層とシード層からなる２層構造で構成しても良く、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、又はこれらの合金を用いることができる。
【００４８】
反強磁性層３３と固定層３４は、それぞれ反強磁性体と強磁性体からなる層であって、固定層３４の磁化方向は、反強磁性層３３との間の相互作用により一方向に固定される。反強磁性層３３としては、例えばＩｒＭｎ、ＰｔＭｎ、ＰｄＰｔＭｎを用いることができる。固定層３４は、単層構造に限らず、例えば強磁性層／磁気結合層／強磁性層からなる公知の積層フェリ構造で構成しても良い。固定層３４としては、例えばＮｉＦｅ、ＣｏＦｅ、ＣｏＦｅＢを用いることができる。
【００４９】
非磁性層３５は、非磁性の絶縁膜であって厚さ方向にトンネル電流が流れる程度の膜厚を有する。非磁性層３５の電気抵抗値は、固定層３４の自発磁化と自由層３６の自発磁化が平行であるか、あるいは反平行であるかによって変化する。非磁性層３５には、例えばＭｇＯやＡｌ２Ｏ３を用いることができる。
【００５０】
自由層３６は、自発磁化の方向を回転にする保磁力を有した強磁性体からなる層であって、自発磁化の方向を、固定層３４の自発磁化の方向と平行、あるいは反平行にする。自由層３６としては、例えばＣｏＦｅの単層構造、ＣｏＦｅにＮｉＦｅを積層した積層構造を用いることができる。
【００５１】
保護層３７は、外気に対するバリア層であって、バリア性の高い不動態を形成して自由層３６の自発磁化を保護する。保護層３７としては、例えばＴａ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、またはこれらの合金を用いることができる。上部電極層３８は、積層膜３０の表面荒れを緩和するバッファ層であって、周辺回路と積層膜３０の接続を円滑にする。上部電極層３８としては、例えばＲｕ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｒ、又はこれらの合金を用いることができる。
【００５２】
積層膜３０の磁気特性を測定するとき、積層膜３０は、まず、測定領域３０Ａを規定する。すなわち、図５（ａ）に示すように、上部電極層３８の上面には、測定領域３０Ａに応じたレジストパターンＰＲが形成される。次いで、図５（ｂ）に示すように、積層膜３０には、レジストパターンＰＲをマスクにする上部電極層３８、保護層３７、及び自由層３６のエッチングが施され、下部電極層３２、反強磁性層３３、固定層３４、及び非磁性層３５を共通にする複数の測定領域３０Ａが形成される。
【００５３】
測定領域３０Ａが形成されると、図５（ｃ）に示すように、各測定領域３０Ａの上部電極層３８には、測定順序に従って導電性プローブ１０の探針部１３が接続される。この状態において、積層膜３０には、素子基板３１の面方向に沿う所定磁界が印加されて、測定領域３０Ａの上部電極層３８と下部電極層３２との間には、探針部１３からの入力電流が
入力される。測定領域３０Ａは、探針部１３からの入力電流が各層の積層方向に沿って入力されることにより、自由層３６の自発磁化の方向に応じた電気抵抗値を出力電圧の大きさとして出力する。
【００５４】
この際、積層膜３０の測定領域３０Ａは、導電性プローブ１０のサイズを小さくできる分だけ、そのサイズを小さくできる。換言すれば、上記磁気特性測定方法では、導電性プローブ１０のサイズを小さくできる分だけ、測定領域３０Ａと導電性プローブ１０とを結ぶ引出電極６０（図１０（ｃ）参照）等の追加工が不要になる。したがって、上記磁気特性測定方法は、磁気特性の測定精度に対して、追加工の影響を回避させることができる。そのため、上記磁気特性測定方法は、磁気特性の測定精度を向上させることができる。
【００５５】
なお、上記磁気特性測定方法において、入力電流は、測定領域３０Ａの積層方向に沿って入力され、接地領域の積層方向に沿って出力される。この際、入力電流は、非磁性層３５、固定層３４、及び反強磁性層３３を２回にわたり通過するが、接地領域の断面積（１ｃｍ２）が測定領域３０Ａの断面積（１μｍ２〜１００μｍ２）よりも十分に大きいため、接地領域側の電気抵抗値を無視することができる。
（実施例）
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を説明する。図６は、上記磁気特性測定方法を用いて測定した電流‐電圧曲線（以下単に、ＩＶ曲線という。）を示す図である。図７は、上記磁気特性測定方法を用いて測定した磁気抵抗曲線を示す図であり、図８は、上記磁気特性測定方法を用いて測定した素子基板３１の各位置における磁気抵抗変化率を示す図である。
【００５６】
基板Ｓとして、直径が８インチのシリコン基板を用い、基板Ｓを斜入射スパッタ装置２０に搬入して、膜厚が５ｎｍのＴａからなる下地層１４と、膜厚が２０ｎｍのＲｕからなる被覆層１５とを成膜することにより実施例の導電性プローブ１０を得た。また、下地層１４と被覆層１５を、それぞれ垂直入射のスパッタ法を用いるＣｒ層とＡｕ層に変更し、その他の製造工程を同じくすることにより、比較例の導電性プローブを得た。
【００５７】
素子基板３１として、直径が８インチのシリコン基板を用い、積層膜３０としてＴａ（５ｎｍ）／ＰｔＭｎ（１５ｎｍ）／ＣｏＦｅ（２．５ｎｍ）／Ｒｕ（０．９ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（２．５ｎｍ）／ＭｇＯ（３．０ｎｍ）／ＣｏＦｅＢ（３ｎｍ）／Ｔａ（３０ｎｍ）／Ｒｕ（７ｎｍ）を形成した。次いで、積層膜３０の上面にレジストパターンＰＲを形成し、レジストパターンＰＲをマスクにするエッチングにより、複数の測定領域３０Ａを形成した。なお、各測定領域３０Ａは、それぞれ積層方向から見た断面積を１μｍ２〜１００μｍ２にする。
【００５８】
詳述すると、レジストパターンＰＲを有する積層膜３０に対してＡｒプラズマを照射し、Ｒｕからなる上部電極層３８をＡｒイオンによってエッチングした。次に、積層膜３０に対してＣｌ２とＢＣｌ３との混合ガスを用いる反応性イオンエッチングを施し、Ｔａからなる保護層３７とＣｏＦｅＢからなる自由層３６をエッチングした。次いで、積層膜３０にＨ２プラズマを照射することにより、積層膜３０の表面に残存するＣｌを除去し、その後、積層膜３０をアセトンに浸漬して洗浄することにより、レジストパターンＰＲを剥離した。続いて、圧力が１０−４Ｐａ以下の真空槽に積層膜３０を搬入し、素子基板３１の面方向に沿って約１０ｋＯｅの磁界を印加しつつ、積層膜３０を約３６０℃の下で約二時間保持することにより、各測定領域３０Ａを得た。
【００５９】
そして、素子基板３１の面方向に沿って＋１００Ｏｅ〜−１００Ｏｅの範囲で外部磁界を印加しつつ、実施例の導電性プローブ１０を測定順序に従って各測定領域３０Ａの上部電極層３８に接続して、各測定領域３０Ａにそれぞれ＋０．０１ｍＡ〜−０．０１ｍＡの
範囲で入力電流を入力した。
【００６０】
また、素子基板３１の面方向に沿って＋１００Ｏｅ〜−１００Ｏｅの範囲で外部磁界を印加しつつ、比較例の導電性プローブを測定順序に従って各測定領域３０Ａの上部電極層３８に接続して、各測定領域３０Ａにそれぞれ＋０．０１ｍＡ〜−０．０１ｍＡの範囲で入力電流を入力した。これにより、各測定領域３０Ａに対して、実施例と比較例の電気抵抗値と、該電気抵抗値の外部磁界の依存性を得た。
【００６１】
図６に示すように、実施例のＩＶ曲線は、同じ測定領域３０Ａにおける比較例のＩＶ曲線に比べて、大幅に小さい傾きを有する。比較例のＩＶ曲線では、測定領域３０Ａの電気抵抗値が約１．９ｋΩであるのに対し、実施例のＩＶ曲線では、測定領域３０Ａの電気抵抗値が約０．３ｋΩである。これは、実施例の磁気特性測定方法が、０．３ｋΩ程度の低い電気抵抗値を有する測定領域３０Ａに対して、その磁気輸送特性を、より高い精度の下で測定できることを示す。換言すると、これは、下地層１４による密着性の向上、被覆層１５による耐摩耗性の向上、下地層１４及び被覆層１５の被覆性の向上等により、磁気特性の測定精度を向上できることを示す。
【００６２】
図７に示すように、実施例において、印加磁界が−１００Ｏｅの場合、積層膜３０の電気抵抗値は、８．８ｋΩである。また、印加磁界が＋１００Ｏｅの場合、積層膜３０の電気抵抗値は、２９．３ｋΩに増大する。これは、積層膜３０における固定層３４の自発磁化と自由層３６の自発磁化の方向とが平行から反平行に変化するためである。この電気抵抗値の変化の値から磁気抵抗変化率（以下単に、ＴＭＲ比という。）を算出すると、測定領域３０ＡのＴＭＲ比は、１００×（２９．３−８．８）／８．８＝約２３３％である。
【００６３】
図８において、接合抵抗は、磁気抵抗曲線における電気抵抗値の最小値と、測定領域３０Ａの断面積の積を示す。また、図８における横軸は、素子基板３１の中心位置を０ｍｍとして、中心位置から径方向外側に沿う座標系を示す。図８に示すように、素子基板３１の中心位置（０ｍｍ）において、ＴＭＲ比は２３４％を示し、素子基板３１の外縁に近づくに連れて徐々に低下して、最外周近傍（９０ｍｍ）において２０４％に達する。一方、接合抵抗は、素子基板３１の中心位置（０ｍｍ）において３．７×１０６Ω・（μｍ）２を示し、素子基板３１の外縁に近づくに連れて徐々に増加して、最外周近傍（９０ｍｍ）において９．０×１０７Ω・（μｍ）２に達する。
【００６４】
ＴＭＲ比の低下と接合抵抗の増加は、一般的に、ＭｇＯからなる非磁性層３５の膜厚分布や膜質分布、並びに反応性イオンエッチングによる積層膜３０の酸化に起因する。反応性イオンエッチングによる積層膜３０の酸化は、増大する電気抵抗値が接合抵抗に重畳してＴＭＲ比を大きく低下させる。一方、図８においては、接合抵抗が一桁以上増大しているのに対して、ＴＭＲ比の低下は、高々１０％程度である。したがって、実施例におけるＴＭＲ比の低下と接合抵抗の増加は、ＭｇＯからなる非磁性層３５の膜厚分布や膜質分布によることを示唆している。
【００６５】
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、導電性プローブ１０は、支持部１１と、支持部１１から延びるレバー１２と、レバー１２の自由端１２ａに形成されて測定領域３０Ａに接触するための探針部１３とを有する。探針部１３は、自由端１２ａから延びる探針１３ａと、探針１３ａの表面に形成されてＴａからなる下地層１４と、下地層１４に積層されてＲｕからなる被覆層１５とを有する。
【００６６】
Ｔａからなる下地層１４は、被覆層１５が探針１３ａの表面に直接積層される場合に比べて、被覆層１５と探針１３ａの表面との間の密着性を向上させることができる。Ｒｕか
らなる被覆層１５は、探針部１３の表面が酸化される場合であっても、その導電性を維持することができる。しかも、Ｒｕからなる被覆層１５は、ＡｕやＰｔからなる場合に比べて、探針部１３の表面の耐摩耗性を向上させることができる。
【００６７】
したがって、導電性プローブ１０は、耐摩耗性を向上できる分だけ、その小型化を図ることができる。この結果、導電性プローブ１０は、測定領域３０Ａの磁気特性を測定するとき、引出電極６０等の追加工を要しないため、その寿命を損なうことなく、磁気特性の測定精度を向上することができる。
【００６８】
（２）上記実施形態において、導電性プローブ１０の下地層１４と被覆層１５は、それぞれ斜入射スパッタ法を用いて成膜される。したがって、下地層１４と被覆層１５は、それぞれ垂直入射式のスパッタ法やＣＶＤ法を用いて成膜される場合に比べて、探針１３ａの被覆性や膜厚均一性を向上させることができる。この結果、導電性プローブ１０は、下地層１４及び被覆層１５の被覆性や膜厚均一性を向上させる分だけ、その耐摩耗性を向上することができ、ひいては小型化を促進させることができる。
【００６９】
（３）上記実施形態において、導電性プローブ１０の被覆層１５は、下地層１４を大気に曝すことなく下地層１４の表面に成膜される。したがって、導電性プローブ１０の下地層１４は、大気に曝されない分だけ、その酸化を抑制することができ、被覆層１５との間の密着性を向上させることができる。よって、導電性プローブ１０は、その耐摩耗性を、さらに向上させることができる。
【００７０】
（４）上記実施形態において、斜入射スパッタ装置２０は、チャンバ本体２１の圧力を１０−６Ｐａ以下にして基板Ｓを搬入し、チャンバ本体２１の内部にＡｒを導入して内部圧力を０．０３Ｐａ〜０．１０Ｐａする。その後、斜入射スパッタ装置２０は、第一ターゲットＴ１をスパッタすることによりＴａからなる下地層１４を成膜し、第二ターゲットＴ２を連続してスパッタすることにより、下地層１４の表面にＲｕからなる被覆層１５を成膜する。
【００７１】
したがって、下地層１４と被覆層１５は、それぞれ共通するチャンバ本体２１の内部で連続的に積層される。この結果、Ｔａからなる下地層１４は、その酸化を確実に抑えることができ、被覆層１５との間の密着性を、より確実に向上させることができる。
【００７２】
（５）上記実施形態において、磁気特性測定方法は、積層膜３０の上部電極層３８、保護層３７、及び自由層３６にエッチングを施して積層膜３０に複数の測定領域３０Ａを形成する。そして、測定領域３０Ａにある上部電極層３８に導電性プローブ１０の探針部１３を接続し、測定領域３０Ａの積層方向に沿って入力電流を入力する２端子法により、電気抵抗値を検出する。
【００７３】
したがって、上記磁気特性測定方法は、導電性プローブ１０の耐摩耗性を向上させる分だけ、測定領域３０Ａのサイズを小さくでき、引出電極６０等の追加工が不要になる。この結果、上記磁気特性測定方法は、磁気特性の測定精度を向上することができる。
【００７４】
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、積層膜３０は、上部電極層３８、保護層３７、及び自由層３６のエッチングにより、複数の測定領域３０Ａを形成する。これに限らず、例えば、積層膜３０は、図９に示すように、上部電極層３８、保護層３７、自由層３６、非磁性層３５、固定層３４、及び反強磁性層３３のエッチングにより、複数の測定領域３０Ａを形成する構成であっても良い。
【００７５】
・上記実施形態において、磁気特性測定方法は、１つの導電性プローブ１０を用いる２端子法により、測定領域３０Ａの電気抵抗値を測定する。これに限らず、例えば、磁気特性測定方法は、２つ以上の導電性プローブを用いる４端子法により、測定領域３０Ａの電気抵抗値を測定する構成であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】導電性プローブを示す平面図及び側面図。
【図２】探針部を示す側断面図。
【図３】斜入射スパッタ装置を模式的に示す断面図。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ導電性プローブの製造工程を示す工程図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ磁気特性測定方法を示す工程図。
【図６】導電性プローブの入力電流に対する出力電圧を示す図。
【図７】導電性プローブを用いて計測した磁気抵抗曲線を示す図。
【図８】導電性プローブを用いて計測した磁気抵抗変化率の分布を示す図。
【図９】変更例の磁気特性測定を示す工程図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来例の磁気特性測定方法を示す工程図。
【符号の説明】
【００７７】
１０…導電性プローブ、１１…支持部、１２…レバー、１３…探針部、１３ａ…探針、１４…下地層、１５…被覆層、３０…積層膜、３１…下部電極層、３８…上部電極層。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
0005053788.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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