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【発明の名称】 薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置
【発明者】 【氏名】▲吉▼田 実

【氏名】笹沢 秀明

【氏名】中田 俊彦

【氏名】坂田 智昭
【要約】 【課題】可視光やＳＥＭ、ＡＦＭで不可能な、サブミクロンオーダのトラック幅を有するＭＲ素子と抵抗検知素子の寸法及び配列誤差を高精度に計測する。

【解決手段】波長２００ｎｍオーダのＤＵＶ光を用いた高ＮＡ光学系と、ステージ系の真直度を計測するレーザ測長器とを組合せ、さらに、ＤＵＶ光及び高ＮＡに対応可能な高精度な自動焦点系および高真直Ｚステージを用いることにより、高精度・高安定・高解像な画像計測が可能になり、端面保護膜に覆われたＭＲ素子及び抵抗検知素子の寸法・配列誤差の高精度計測が可能となる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】ウェハ上に形成された磁気抵抗効果素子と研磨加工用抵抗検知素子の予め定めた箇所についても寸法を計測する検査工程を有し、前記検査工程は、前記素子に波長４００ｎｍ以下の照明光を照射し、前記素子からの反射光をレンズ光学系で結像させ、該像から前記寸法を計測する工程であることを特徴とする薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項２】前記検査工程は、焦点深度が±０．３ミクロンより浅い対物レンズを含むものを用いることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項３】前記検査工程の照明光は、波長が２４８ｎｍ、２６６ｎｍおよび２１３ｎｍのうちいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項４】前記検査工程で測定する素子の最小寸法は、０．５μｍ程度であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項５】前記検査工程で測定する素子は、端面保護膜で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項６】前記検査工程は、ステージの変動をレーザ測長で測定し、前記測定像との校正を行うことを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項７】前記レーザ測長は、外乱の変動を抑えることを特徴とする請求項６に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【請求項８】前記検査工程は、対物レンズの焦点合わせに用いるステージのガイドを板バネにすることを特徴とする請求項１に記載の薄膜磁気ヘッド寸法・配列測定装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に誘導形磁気変換素子や磁気抵抗効果素子を積層した薄膜磁気ヘッドに係わり、特に、磁気抵抗効果素子の寸法、配列を高精度に測定するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，磁気ディスク装置においては、小形・大容量化が進んでおり、現在３．５インチと２．５インチサイズのディスクを用いた小形磁気ディスク装置が主流になっている。このような小形ディスク装置ではディスクの回転速度が低いため、再生出力がディスク速度に依存する磁気誘導型ヘッドにおいては、再生出力の低下が問題になる。これに対し、磁界の変化によって抵抗値が変化する磁気抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と呼ぶ）を用いた磁気抵抗効果形ヘッド（以下，ＭＲヘッドと呼ぶ）では、再生出力がディスク速度に依存しないため、小形磁気ディスク装置においても高い再生出力を得ることができる。また、ＭＲヘッドでは、高密度化に伴う狭トラック化に対しても磁気誘導形磁気ヘッドと比べて高い再生出力を得られることから、小形化・大容量化に適した磁気ヘッドであると考えられている。
【０００３】一方、ＭＲヘッドでは、磁界の変化に起因するＭＲ素子の抵抗値変化を検出するため、磁気ヘッドスライダのディスクに対向する面（以下，浮上面と呼ぶ）にＭＲ素子を露出させて使用する構造が最も再生効率が高い。このような浮上面にＭＲ素子が露出するＭＲヘッドでは、浮上面加工時にＭＲ素子の一部を加工（研磨加工）して、浮上面に露出させる。そして、ＭＲ素子の浮上面と直角方向の寸法をＭＲ素子高さ（ｈMR）と呼び、このＭＲ素子高さは研磨加工時に加工量を制御することで、規定値内に入るようにされている。
【０００４】ＭＲヘッドでは、このＭＲ素子高さによって、再生出力が変化するため、ＭＲ素子高さがばらつくと、再生出力が変動する、あるいは規定の再生出力が得られず、不良品となるという問題が生じる。したがって、ＭＲヘッドの再生出力変動を抑制し、かつ高い歩留りを得るためには、研磨加工工程においてＭＲ素子高さを高精度に制御することが必要となる。例えば、面記録密度２０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2の場合、ＭＲ素子高さの精度は±０．１５ μｍ程度が要求されており、さらに高密度化が進み、６０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2の場合、±０．１ μｍ程度が必要と予想されている。
【０００５】研磨加工において、ＭＲ素子高さを高精度化するためには、加工中にＭＲ素子高さを高精度に測定することが重要になる。ＭＲ素子高さは現状０．５〜３μｍ程度の寸法であるが、ＭＲ素子の上部にはデータ書き込み用の誘導形ヘッドが形成されているため、ＭＲ素子高さを光学的に直接測ることは困難である。そこで、特開昭63-34713公報及び特開平2-29913公報に記載されているように、ＭＲ素子とは別に測定用のマーカーを素子の形成工程において形成し、このマーカーを光学的に測定することで、間接的にＭＲ素子高さ（研磨加工時の加工量）を求める方法が提案されている。しかし、この方法では、研磨加工中のインプロセス計測は困難である。
【０００６】そこで、インプロセスでの計測が可能な方法として、ＭＲ素子の抵抗値を測定し、ＭＲ素子高さに換算する方法がある。この方法には、特開平5-46945公報に記載されているように、ＭＲ素子の抵抗値を直接測定しＭＲ素子高さに換算する方法と、特開昭63-191570公報に記載されているように、ＭＲ素子とは別に形成した素子（以下、抵抗検知素子（ＥＬＧ）と呼ぶ）の抵抗値を測定し、ＭＲ素子高さを算出する方法がある。
【０００７】このうち、前者のＭＲ素子の抵抗値を直接測定する方法については、以下の課題が指摘されている。
【０００８】（１）ＭＲ素子は、スパッタリング、露光、イオンミリング等に代表される薄膜プロセスにより形成される。このプロセスによるＭＲ素子の寸法精度としては、±０．２μｍ程度である。これに対し、ＭＲ素子の幅（トラック幅）は、０．８〜２．０μｍと非常に狭いため、ＭＲ素子の抵抗値は、トラック幅のばらつきにより、抵抗値にばらつきが生じる。
【０００９】（２）ＭＲ膜をスパッタリングにより成膜する際、ウエハの中央部と端部とで膜厚ムラが生じる。 そして、ウエハ内のＭＲ素子の膜厚ムラは、個々のＭＲ素子の抵抗値のばらつき要因となる。特に、近年では、ＭＲ素子の膜厚が薄くなっているため、膜厚ムラが増大する傾向にあり、その結果、抵抗値のばらつきも増大している。
【００１０】すなわち、実ＭＲ素子の抵抗値は、トラック幅ばらつきと膜厚ムラにより、ばらつきが生じる。この抵抗値のばらつきは、ＭＲ素子高さ測定における誤差となるため、測定精度劣化要因となる。
【００１１】これに対し、抵抗検知素子の抵抗値を測定し、ＭＲ素子高さに換算する方法には、以下の利点がある。
【００１２】（１）抵抗検知素子では、トラック幅を大きく（１０〜５００μｍ）できるため、トラック幅が±０．２μｍ程度ばらついても、抵抗値はほとんど変化しない。従って、トラック幅ばらつきの影響が小さい。
【００１３】（２）抵抗検知素子では、リファレンスパターン（基準抵抗）を用いることにより、抵抗検知素子の抵抗値からＭＲ素子高さを算出する際に、膜厚ムラをキャンセルすることが可能である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、抵抗検知素子を用いる方法ではトラック幅ばらつきと膜厚ムラの影響を小さくすることができるため、高い精度でのＭＲ素子高さのインプロセス計測が可能になる。しかし、この方法には、以下のような課題がある。
【００１５】抵抗検知素子及びＭＲ素子はスパッタリング、露光、イオンミリング等に代表される薄膜プロセスで形成されるが、例えば、露光プロセスにおいて、レジスト膜厚むらや照度むらがあると、露光ばらつきとなり、寸法変動あるいは配列誤差が生じてしまう。抵抗検知素子を用いた測定では、実際のＭＲ素子高さを直接測定しておらず、抵抗検知素子とＭＲ素子が設計寸法・配列通りに形成されていることを前提としている。
【００１６】従って、上記のように抵抗検知素子とＭＲ素子の寸法がばらついた場合や位置ずれが生じた場合には、これらが総て測定誤差となり、最終的にＭＲ素子高さばらつきになる。
【００１７】本発明の目的は、抵抗検知素子の抵抗値を測定し、ＭＲ素子高さに換算するＭＲ素子高さ計測法において、誤差要因となる抵抗検知素子とＭＲ素子の寸法ばらつきと、位置ずれを測定するその装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような薄膜磁気ヘッドの製造装置が提供される。
【００１９】すなわち、ウェハ上に形成された磁気抵抗効果素子と研磨加工用抵抗検知素子を検査する工程であり、この検査工程は、素子に波長４００ｎｍ以下の照明光を照射し、素子からの反射光をレンズ系で結像させ、該像から前記寸法を計測する工程であることを特徴とする薄膜磁気ヘッドの製造装置である。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例の形態を、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】まず、実施例の説明の前に、研磨加工工程でＭＲ素子の寸法ばらつきが生じる原因について詳細に説明する。
【００２２】図１〜図２は、ＭＲ素子及び抵抗検知素子形成工程、研磨加工工程を示す図である。図２（ａ）に示すように、セラミックスのウェハ１上に、ＭＲ素子３とこれを挟み込むようにその両側に抵抗検知素子４が、スパッタリング、露光、イオンミリング等に代表される薄膜プロセスで、複数個帯状に形成される。形成された複数個の素子は帯状に切断され、ウェハ１から切り出される。これををローバー２と呼ぶ。１つのローバー２内には、例えば３０個のＭＲ素子３と３１個の抵抗検知素子４が形成される。図１に示す例では、４本のローバー２を一つの単位Ｕとして、一括露光により各素子がパターン形成される。
【００２３】図２（ａ）に示すように、切り出されたローバー２を矢印の方向から研磨加工することで、３０個のＭＲ素子３を一括研磨して、浮上面８０にＭＲ素子３を露出させると共に、総てのＭＲ素子高さｈMRを所望の寸法に制御し、かつ、浮上面８０を所定の形状と所定の表面粗さに加工する。
【００２４】ここで、ＭＲヘッドでは、ＭＲ素子高さｈMRによって再生出力が変化するため、ＭＲ素子高さがばらつくと、再生出力が変動する、あるいは規定の再生出力が得られず、不良品となるという問題が生じる。したがって、ＭＲヘッドの再生出力変動を抑制し、かつ高い歩留りを得るためには、研磨加工中にＭＲ素子高さｈMRを測定し、研磨量を総てのＭＲ素子について高精度に制御することが必要となる。
【００２５】これを実現するために、ＭＲ素子３の近傍に同一プロセスで形成した抵抗検知素子（ＥＬＧ）４を用いる。すなわち、図２（ａ）において、各抵抗検知素子４の電極５から電流を供給し、研磨による抵抗値の変化を各抵抗検知素子４について測定し、この抵抗値からＭＲ素子高さｈMRを求め、抵抗値、すなわち、ＭＲ素子高さｈMRが均一になるように、図２（ｂ）に示すようにローバー２を曲げて研磨加重を制御し、抵抗検知素子４の各位置６の配列曲線７が直線になるようにする。
【００２６】この方法は、ＭＲ素子３間での寸法、配列誤差、抵抗検知素子４間での寸法、配列誤差、あるいは両素子３，４間での寸法、配列誤差が、目標寸法精度、例えば±０．２〜０．１５ μｍに比べ、その十分の一程度、すなわち２０〜１５ｎｍ程度で計測であることが大前提となっている。抵抗検知素子４及びＭＲ素子３はスパッタリング、露光、イオンミリング等の同一薄膜プロセスおよび同一露光マスクを用いて形成されるが、例えば、露光プロセスにおいて、露光装置に像歪や照度むらがあったり、あるいはレジスト塗布むら等があると、図２（ａ）に示すように、抵抗検知素子４の配列曲線７に対し、ＭＲ素子３の配列がずれたものとなったり、あるいは、同図に示すように、ＭＲ素子３間あるいは抵抗検知素子４間で素子高さの寸法誤差が生じてしまう。
【００２７】この状態で、図２（ｂ）に示すように、抵抗検知素子４の抵抗値が均一になるように、ローバーを曲げて（配列曲線７が直線になるように）研磨加重を制御して研磨加工を行うと、図２（ｃ）に示すように、研磨後のＭＲ素子高さｈMRが大きくばらついてしまう。
【００２８】そこで、本発明では、上記研磨加工法において誤差要因となるＭＲ素子３及び抵抗検知素子４の寸法ばらつきを高精度に計測する装置を提供することを目的とする。本発明の実施例の詳細を図３〜図１３に基づいて説明する。
【００２９】まず、本発明の第１実施形態を図３〜図１１に基づいて説明する。
【００３０】図５は、測定対象の１つであるＭＲ素子３とその両側の電極４９ａ及び４９ｂを示したものである。図６（ａ）は、図５におけるａ−ａ部の断面構造を示し、図６（ｂ）は同じくｂ−ｂ断面構造を示したものである。また、図７はもう一つの測定対象である抵抗検知素子４と電極部５を示したものである。
【００３１】面記録密度が２０Ｇｂｉｔ／ｉｎｃｈ2を超えると、狭トラック化が一層進み、図５に示すＭＲ素子３のトラック幅Ｗtは０．５μｍ以下となり、また素子高さｈMRの精度は±０．１５μｍ程度が必要と予想されている。上記研磨加工法の原理より、この精度を確保するには、図５におけるＭＲ素子高さｈMRとトラック幅Ｗt、図７における抵抗検知素子高さｈELGの各寸法と、ＭＲ素子間の配列誤差、抵抗検知素子間の配列誤差、及び両素子間の相対配列誤差を±０．１５μｍ程度に抑える必要がある。従って、本発明に要求される測定精度も、この±０．１５μｍ程度の寸法ばらつきと配列誤差を測定できうるものが要求される。
【００３２】ここで、通常の可視光、例えば波長０．５μｍ程度の光を用いた場合、光学系のＮＡ（Numerical Aperture：開口数）を０．９とすると、理論解像度（０．６１×波長／ＮＡ（開口数））は約０．３４μｍとなり、上記トラック幅Ｗt＝０．５μｍはほぼ解像限界となってしまう。このような解像限界付近で得られる画像から、トラック幅Ｗtを高精度に測定することはもちろんのこと、±０．１５μｍのばらつきをもつＭＲ素子高さｈMRや抵抗検知素子高さｈELGを高精度に測定することは極めて困難である。±０．１５μｍの寸法ばらつきや配列誤差を測定するには、ほぼ同程度の解像度が必要である。
【００３３】ところで、図６（ａ）に示すように、ＭＲ素子３の電極方向の端面３ａ及び３ｂは、電極４９ａ及び４９ｂで覆われてそのまま大気中に露出しない構造となっている。一方、図６（ｂ）に示すように、素子高さｈMR方向の端面３ｃ及び３ｄは、そのままでは大気中に露出され腐食する可能性があるため、一般に、数十ｎｍ程度の透明セラミックス薄膜５１ａ及び５１ｂで覆い、端面保護膜としている。図５の破線５０ａ及び５０ｂはこの透明端面保護膜の境界を示している。従って、上記０．１５μｍ程度の解像度を得るために、例えば、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）やＡＦＭ（Atomic Force Microscope）を使用した場合、得られる検出信号は端面保護膜の表面形状を捉えたものとなり、その下部の端面３ｃ及び３ｄを捉えることは不可能である。
【００３４】本発明はこのような測定対象の制約を鑑みて考案されたものである。図３は、本発明の第１実施形態の係るＭＲ素子・抵抗検知素子寸法・配列計測装置（以下、ＭＲ・ＥＬＧの寸法・配列計測装置と略す）を示すものである。
【００３５】本装置は測定光学系１０１、自動焦点系２０１、画像信号処理・制御系３０１、ステージ系４０１、レーザ測長系５０１から成る。
【００３６】本装置の大きな特徴は、上記で述べた端面保護膜を通しての画像計測を実現し、かつ、±０．１５μｍ程度の寸法ばらつき及び配列誤差を測定可能とするため、素子パターンの検出に、波長２４８ｎｍのＤＵＶ（Deep Ultraviolet）光とＮＡ０．９のＤＵＶ対応対物レンズを用いていることにある。この場合の理論解像度は０．１７μｍとなり、上記０．５μｍ程度のトラック幅Ｗtの測定はもちろんのこと、±０．１５μｍ程度のＭＲ素子高さｈMRや抵抗検知素子高さｈELGの寸法ばらつきの測定、並びにＭＲ素子及び抵抗検知素子の配列誤差の計測も可能となる。
【００３７】また、素子配列の計測基準に測定時のばらつきを低減したレーザ測長器を用いて、ステージの変位を常時測定し、その変位量で検出画像を補正していることにある。さらに、対物レンズの焦点深度内に被測定素子を常に合せるため、上下方向の移動に、位置変動が微小かつ再現性の高い板バネを用いていることにある。
【００３８】ステージ系４０１は、ローバーの方向に移動可能なＸステージ２８ｘとＸステージ２８ｘと直角方向に移動可能なＹステージ２８ｙ、θステージ２９、及びＺステージ３０から成り、Ｚステージ上の真空チャック（図示せず）上にセラミックスウェハ１が載置される。載置後、ローバーの方向（紙面と垂直）とＸステージの走査方向（紙面と垂直）とが平行となるよう、θステージ２９を回転調整する。
【００３９】Ｚステージ３０は、後述する自動焦点系２０１の結果により上下移動し、対物レンズの焦点深度内に常に合せるが、その移動により生じる変動が、検出する画像のずれとなり、測定精度に大きく影響される。
【００４０】すなわち、素子そのものは、変動していないのにも係わらず、Ｚステージ３０の移動により、検出した画像がシフトし、誤った寸法誤差を計測してしまうことになる。
【００４１】図１２は、本実施形態によるＺステージの構成図を示す。板バネプレート７０１，７０２、固定フレーム７０３，可動子７０４で構成される。固定フレーム７０３は、Ｘステージ２８ｘに固定される。板バネプレート７０１は、片側４箇所７０５ａ、７０５ｂ、７０６ａ、７０６ｂが板バネとして機能し、左右対称に８箇所配置される。板バネプレート７０１の７０１ａ、７０１ｂは、固定フレーム７０３に固定される。板バネプレート７０１の可動部７０７は可動子７０４に固定される。
【００４２】図１３は、図１２のａ−ａ断面図を示す。Ｚステージ３０の駆動は、例えば電気信号により、伸縮するピエゾ素子７０８を用いる。ピエゾ素子７０８の伸縮部にスラストベアリング７０９を介し、可動子７０４を押しつける。ピエゾ素子７０８の伸縮によって、可動子７０４が上昇し、板バネ７０６ａ、７０６ｂがたわむ。この板バネプレート７０１と７０２を両側に設置することによりピエゾ素子７０８の上下移動により可動子７０４は平行に移動する。本構造により、ストローク５０ミクロンの範囲での真直度を１０ｎｍ以下の精度で移動させることが可能となる。
【００４３】レーザ測長系５０１は、ＭＲ素子高さｈMRや抵抗検知素子高さｈELG方向で発生する、ステージ系４０１のウェハ１での高さ位置の位置ずれを測定するものである。レーザ発振器５０２からのレーザ光は干渉系５０３により高精度Ｚステージ３０上に固定した棒ミラー５０４とＤＵＶ対応対物レンズ２６に固定した（あるいはＤＵＶ対応対物レンズ２６近辺の移動しない架台など）固定ミラー５０５に照射される。図示しない方法により、棒ミラー５０４と固定ミラー５０５間の距離Ｌを検出器５０６で測長し、計算機４０に送る。
【００４４】レーザ光路は、空気の振動によるレーザ測長器のばらつきが１００ｎｍ程度発生するため、光路をカバー５０７で覆い、外乱によるばらつきを３０ｎｍ程度に低減している。該カバーは、固定ミラー５０５側を固定カバーとし、素子測定方向と直角方向（Ｙステージ方向）にはステージの移動に伴って伸縮する可動カバー５０８とし、外気に露出する範囲を一定に保つ。また、棒ミラー５０４は、Ｘステージ２８ｘの可動範囲を十分に満足する長さである。
【００４５】測定光学系１０１では、ＤＵＶ光源２１から発した波長２４８ｎｍのＤＵＶ光２２で、ＤＵＶ対応リレーレンズ２３、及びＮＡ０．９のＤＵＶ対応対物レンズ２６により、ウェハ１上の素子部を落射照明する。尚、ビームスプリッタ２４は、照明・検出光分離用であり、ダイクロイックミラー２５はＤＵＶ光２２と波長７５０ｎｍの自動焦点用レーザ光３３を分離するためのものである。ウェハ１上の素子部からの反射光は、ＤＵＶ対物レンズ２６及びＤＵＶ結像レンズ３７により、ＣＣＤ固体撮像素子３８上に結像する。
【００４６】画像信号処理・制御系３０１では、ＣＣＤ固体撮像素子３８からの画像信号をＡＤ変換器３９ディジタル信号に変換した後、計算機４０に入力する。計算機４０では、予めメモリ４３に格納しておいたウェハ上のＭＲ素子、抵抗検知素子の設計配列データをもとに、ステージドライバ３１を介して、Ｘステージ２８ｘ及びＹステージ２８ｙをステップ・アンド・リピート走査制御する。そして、図２に示すように、ローバー（ウェハ１上のローバーの領域）に沿って、Ｘステージ２８ｘの移動→停止→ＭＲ素子画像入力→移動→停止→抵抗検知素子画像入力→移動→停止→……、を繰り返す。
【００４７】Ｘステージ２８ｘの停止時において、レーザ測長系５０１の検出器５０６の測長結果も計算機４０に同時に入力される。一つのローバー内で全素子について画像入力が終了すると、Ｙステージ２８ｙを走査し、他のローバー位置に移動し、再びＸステージ２８ｘを移動しつつ測定を繰り返し行う。
【００４８】測定光学系１０１の焦点深度は、波長２４８ｎｍ、ＤＵＶ対応対物レンズ２６のＮＡ０．９より、±０．１５μｍとなり、画像入力の際は高精度な焦点合せが不可欠である。
【００４９】そこで、本実施例では、自動焦点系２０１によりこの焦点合せを行う。半導体レーザ３２から出射された波長７８０ｎｍの平行ビーム３３をダイクロイックミラー２５で反射させ、ＤＵＶ対応対物レンズ２６の瞳の周辺部に入射させ、ウェハ１上に斜め方向から集光して照射する。反射光は斜め方向から対物レンズ２６に入射し、平行ビーム４８として２分割ホトダイオードセンサ３４に入射する。２分割ホトダイオードセンサ３４は二つの受光部３４ａ、３４ｂから成り、各受光部からの出力信号を差分回路３５に入力し、差分信号を計算機４０に送る。ウェハ１上の被測定素子パターンがＣＣＤ固体撮像素子３８に対し合焦点状態にある時、この差分信号が０になるよう、センサ３４の位置を微調整しておく。
【００５０】図３に示すように、ステージ高さあるいは被測定素子パターンの高さが変化すると、ウェハ１からの反射ビーム４８の位置が変化するため、差分回路３５からの出力が増加する。この差分出力が０になるように計算機４０からの制御信号に基づいてＺステージ３０を微動して、合焦点状態を維持する。
【００５１】図４は、ダイクロイックミラー２５の分光透過率特性を示したものである。画像計測に用いる波長２４８ｎｍのＤＵＶ光は９０％近く透過し、自動焦点に用いる波長７８０ｎｍのレーザ光は９５％程度反射する。尚、本測定光学系１０１は両テレセントリック光学系で構成されており、焦点位置のわずかなずれに対し、倍率誤差が少ない構成となっている。なお、自動焦点合せは、検出画像そのもののパターンのコントラストを算出し、これが最財となるようにＺステージ３０を微調する方式でもかまわない。
【００５２】計算機４０では、素子画像入力後、隣接素子へのステージ移動時に、検出画像より各寸法の計測を行う。上記図５はＭＲ素子３の検出画像４７を示したものである。ｂ−ｂ部、すなわち素子高さｈMR方向の画像信号４５を図８（ａ）に示す。この信号に対し、例えば１次微分を施すと図８（ｂ）に示す微分波形４６が得られる。ゼロクロス位置ｈ1及びｈ2を求め、|ｈ1−ｈ2|よりＭＲ素子高さｈMRが得られる。図５におけるトラック幅Ｗt、図７における抵抗検知素子高さｈELGも同様に求められる。これより求められた寸法と、レーザ測長器からの検出結果も加味して各寸法を算出する。
【００５３】図９はレーザ測長器の検出結果を基準として、すなわち走査方向の軌跡を基準として、ＭＲ素子と抵抗検知素子の相対配列誤差の計測例を示したものである。左の検出画像８１より、画像下端部８１ａから抵抗検知素子８５の上端部８５ａまでの距離ＳELGを測定した後、Ｘステージ２８ｘを移動し、ＭＲ素子９０の画像８２を検出する。同様に、画像下端部８２ａからＭＲ素子９０の上端部９０ａまでの距離ＳMRを測定した後、再びＸステージ２８ｘを移動し、抵抗検知素子８６の画像８３を検出する。同様に、画像下端部８３ａから抵抗検知素子８６の上端部８６ａまでの距離ＳELGを測定する。以上の測定を１ローバー分、繰り返し行う。つまり、この測定では検出画像の下端部を基準とし、下端部からの距離を配列測定値とする。
【００５４】図１０は、図１に示すウェハ１上のローバー２ａについて、ＭＲ素子高さｈMRと抵抗検知素子高さｈELGを測定した結果である。黒丸プロット８ａがＭＲ素子高さｈMRを、黒正方形プロット９ａが抵抗検知素子高さｈELGを表す。破線１０ａは設計値４．７μｍを示しており、両素子の測定値はいずれも設計値を上回っていることが判る。また、ＭＲ素子高さｈMRに認められる二つの大きなうねりは、露光装置の照度むらに起因したものと思われる。
【００５５】図１１は、同様に、図１に示すウェハ１上のローバー２ａについて、ＭＲ素子と抵抗検知素子の配列を測定した結果である。黒丸プロット８ｂがＭＲ素子の配列を、黒正方形プロット９ｂが抵抗検知素子の配列を表す。破線１０ｂで示す抵抗検知素子の配列平均値を０とし、それに対する相対値としてＭＲ素子の配列をプロットしている。両素子に認められるうねりは、露光装置の照度むらや像歪によるものと思われる。
【００５６】本実施形態では、図１０や図１１に示す測定結果、あるいは、露光領域内やウェハ全面での寸法ばらつき、配列誤差の２次元分布をディスプレイ４１に表示し、寸法ばらつきや配列誤差が規定値を超える場合には、そのようなローバー、ウェハを加工研磨工程に流さないようにする、あるいは、素子形成工程の露光装置、レジスト塗布装置、膜付け装置等のメンテナンス指示を出し不具合を早期に発見し、照度むらを小さくする、膜厚を微調整する等のプロセスパラメータの修正といったプロセス管理・制御に適用することも十分可能である。また、測定データはメモリ４２に格納され、長期にわたっての寸法変動や配列誤差変動のモニタリング、解析に活用することも可能である。
【００５７】上記実施形態では、ＤＵＶ光源は、水銀−キセノンランプと透過中心波長２４８ｎｍの干渉フィルタの組合せとしたが、半導体励起ＹＡＧレーザの第４高調波、すなわち波長２６６ｎｍ、あるいは第５高調波、すなわち波長２１３ｎｍ、あるいは第３高調波、すなわち波長３５５ｎｍの光を用いることも可能である。ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）やＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）を用いることも可能である。また、水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）を用いることも可能である。また、上記実施形態では、素子配列の計測基準にＸステージ２８ｘのステージ変位を検出する手段としてレーザ測長器を用いたが、静電容量センサなどによる計測でも補正することが可能である。
【００５８】以上のように本実施形態によれば、トラック幅Ｗtが０．５μｍ以下の微細なＭＲ素子、あるいは抵抗検知素子の各種寸法と配列誤差の計測が、端面保護膜が施された状態でも可能になり、素子形成工程の状況をインプロセスでモニタリングすることが可能になる。これにより、プロセスの不具合を早期に発見し、プロセスパラメータを修正することにより不良製品の発生を低減し、歩留りを向上させることが可能となる。また、研磨加工工程での研磨加重の制御の際に、測定データに基づいて加重量を補正するフィードフォワード制御研磨加工を実現することも可能である。
【００５９】本発明の第２の実施形態を図１４に基づいて説明する。図１４は、第２の実施形態におけるＭＲ・ＥＬＧ寸法・配列計測装置を示すものである。本装置は測定光学系１０２、自動焦点系２０１、画像信号処理・制御系３０１、ステージ系４０１、レーザ測長系５０１から成る。第１の実施形態との大きな違いは、第１の実施形態におけるレーザ測長系５０１の外乱によるばらつきをカバーではなく、温度管理された空気を一定の風量でレーザに当てる構成した点にある。その他自動焦点系２０１、画像信号処理・制御系３０１、ステージ系４０１の構成とその機能は第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６０】レーザ測長系５０１の機能は、第１の実施形態と同様であるが、レーザ光の照射不の上部に空気フィルタ５０９を設置し、空気フィルタ５０９の上部より、図示しない方法により、温度管理した空気を一定の風量で送り込む。すると、レーザ光には一定の温度、風量のため、外乱によるレーザ測長器の変動が無くなることになる。以降の処理は第１の実施例と同様である。
【００６１】本実施例によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６２】なお、本発明は、ＭＲヘッドを含む薄膜磁気ヘッドのみに限定されるものではなく、ＧＭＲ（Ｇｉａｎｔ Ｍａｇｎｅｔｏ−ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ）ヘッドも含む薄膜磁気ヘッドへの適用も十分可能である。
【００６３】
【発明の効果】本発明によれば、トラック幅Ｗtが０．５μｍ以下の微細なＭＲ素子、あるいは抵抗検知素子の各種寸法と配列誤差の高精度な計測が、端面保護膜が施された状態でも可能になり、素子形成工程の状況をインプロセスでモニタリングすることが可能になるという効果が得られる。
【００６４】また、これにより、プロセスの不具合を早期に発見し、プロセスパラメータを修正することにより不良製品の発生を低減し、歩留りを向上させることが可能となるという効果が生まれる。また、研磨加工工程での研磨加重の制御の際に、測定データに基づいて加重量を補正するフィードフォワード制御研磨加工を実現することも可能になるという効果を有している。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【出願日】 平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【代理人】 【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
【公開番号】 特開２００２−５６５１４（Ｐ２００２−５６５１４Ａ）
【公開日】 平成１４年２月２２日（２００２．２．２２）
【出願番号】 特願２０００−２４２７４８（Ｐ２０００−２４２７４８）