(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既知の組成からなる薄膜を含む試料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薄膜検査方法であって、
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。
【請求項２】
前記解析する手順は、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、前記異種層を検出することを特徴とする請求項１記載の薄膜検査方法。
【請求項３】
前記解析する手順は、更に、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、前記異種層の厚さおよび前記薄膜の厚さ方向についての前記異種層の位置を検出することを特徴とする請求項２記載の薄膜検査方法。
【請求項４】
前記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前記試料に照射し、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ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の薄膜検査方法。
【請求項５】
更に、前記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、前記既知の組成からなる第１の薄膜と、前記既知の組成からなり、前記第１の薄膜の上に直接または前記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たことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の薄膜検査方法。
【請求項６】
既知の組成からなる薄膜を含む試料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ための薄膜検査装置であって、
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。
【請求項７】
前記制御装置は、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、前記異種層を検出することを特徴とする請求項６記載の薄膜検査装置。
【請求項８】
前記制御装置は、更に、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、前記異種層の厚さおよび前記薄膜の厚さ方向についての前記異種層の位置を検出することを特徴とする請求項７記載の薄膜検査装置。
【請求項９】
前記測定装置は、前記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、前記イオン加速器より出射されたイオンを前記収納部に収納された前記試料に照射するイオン照射系と、前記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、前記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することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の薄膜検査装置。
【請求項１０】
更に、前記試料を前記収納部に搬入すると共に前記試料を前記収納部より取り出す自動搬送装置を備えたことを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の薄膜検査装置。
【請求項１１】
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、
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。
【請求項１２】
前記解析する手順は、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、前記異種層を検出することを特徴とする請求項１１記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１３】
前記解析する手順は、更に、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、前記異種層の厚さおよび前記薄膜の厚さ方向についての前記異種層の位置を検出することを特徴とする請求項１２記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１４】
前記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前記試料に照射し、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ことを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１５】
前記検査する工程は、更に、前記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、前記既知の組成からなる第１の薄膜と、前記既知の組成からなり、前記第１の薄膜の上に直接または前記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たことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記マイクロデバイスは薄膜磁気ヘッドであることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれかに記載のマイクロデバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記薄膜磁気ヘッドは、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、前記既知の組成からなる薄膜は前記磁気抵抗効果素子に隣接する膜であることを特徴とする請求項１６記載のマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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