磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法
【課題】磁性多層膜中の磁気特性を乱すことなくＸ線磁気円２色性を測定し、層界面近傍の磁気特性又は膜厚方向の磁気特性分布を観測する。
【解決手段】磁性多層膜１の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角θで入射したＸ線５により、磁性多層膜１中に励起される定在波の電界強度Ｅ（イ）、Ｅ（ロ）が、磁性多層膜１中の層１ａ、１ｂの界面で最大強度を有するように入射角θを制御し、入射Ｘ線５を進行方向に対して右廻り円偏光及び左廻り円偏光に切換え、切換え前後のＸ線吸収の差分を測定して、磁性多層膜１のＸ線磁気円２色性を測定する。定在波の腹及び節の位置を入射角θにより制御し、最大電界強度の位置を測定すべき界面に合わせることで、界面近傍の磁気特性が選択的に測定される。
【解決手段】磁性多層膜１の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角θで入射したＸ線５により、磁性多層膜１中に励起される定在波の電界強度Ｅ（イ）、Ｅ（ロ）が、磁性多層膜１中の層１ａ、１ｂの界面で最大強度を有するように入射角θを制御し、入射Ｘ線５を進行方向に対して右廻り円偏光及び左廻り円偏光に切換え、切換え前後のＸ線吸収の差分を測定して、磁性多層膜１のＸ線磁気円２色性を測定する。定在波の腹及び節の位置を入射角θにより制御し、最大電界強度の位置を測定すべき界面に合わせることで、界面近傍の磁気特性が選択的に測定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
２層以上の異なる磁性薄膜が積層された磁性多層膜の積層方向に分布を有するＸ線磁気円２色性の測定方法に関し、とくに積層界面近傍の磁気スピンに起因するＸ線磁気円２色性の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線磁気円２色性（ＸＭＣＤ）は、磁性原子の種類別にその原子の磁性状態、例えば磁気モーメント及び磁気ヒステリシスを観測することができるため、垂直磁気記録用の磁気ヘッド或いは磁気スピンを利用するＭＲＡＭ等に用いられる磁性多層膜の磁気特性を解析する有力な手段として開発が進められている。
【０００３】
従来のＸ線磁気円２色性の測定は、測定すべき磁性膜にＸ線を照射し、透過Ｘ線の吸収を観測することでＸ線磁気円２色性を測定していた。（例えば特許文献１を参照。）。しかし、Ｘ線は透過率が高く磁性多層膜を容易に透過するため、磁性多層膜を構成する極めて薄い（数ｎｍ程度より薄い）磁性薄膜の一層のみあるいは薄膜界面近傍のみを選択して観測することができない。このため、磁性膜全層にわたる平均的な磁性状態が知得されるのみで、磁性多層膜における磁性状態の分布、とくに薄膜界面近傍の磁性状態を観測することは困難であった。
【０００４】
磁性多層膜中の膜厚方向の磁性状態分布を観測するために、磁性薄膜の膜厚を変えてＸ線磁気円２色性を測定する方法が開示されている。（例えば非特許文献１を参照。）
この方法では、磁性薄膜の膜厚が異なる複数の磁性多層膜を作製し、各磁性多層膜のＸ線磁気円２色性を測定する。そして、磁性薄膜の膜厚とＸ線磁気円２色性の観測値から、薄膜界面近傍の磁性状態を推定する。なお、測定は、入射Ｘ線の波長を走査して、正負の円偏光における反射Ｘ線の吸収の差分の波長依存性を観測することでなされた。
【０００５】
しかし、かかる磁性薄膜の膜厚が異なる磁性多層膜について観測された磁性状態が、本来の膜厚を有する磁性薄膜中の磁性状態を表す保証はなく信頼性に乏しい。なぜなら、磁性薄膜が薄くなると、形状異方性が大きくなり、さらに界面近傍の磁性状態が変わることが予想されるからである。
【０００６】
さらに、この方法では磁性状態の分布や薄膜界面近傍の磁性状態を観測するために、異なる膜厚の磁性薄膜を有する複数の磁性多層膜を測定する必要がある。このような複数の試料を準備するには多大の手間がかかる。また、Ｘ線磁気円２色性の測定は真空中でなされることも多く、試料の交換及びセッテングが多くなり煩雑である。
【０００７】
一方、蛍光Ｘ線分析では、試料中に定在波を生成させ、試料の膜厚方向の元素分布を測定する方法が知られている。（例えば特許文献２を参照。）。この方法では、結晶性試料に入射されたＸ線がブラッグ反射するθ−２θ配置に試料をセットし、試料内に定在波を発生させる。そして、ブラッグ角の前後に回転させて定在波の最大振幅位置を移動したときの蛍光Ｘ線の変化から、試料の膜厚方向の元素濃度分布を測定する。しかし、この方法をＸ線磁気円２色性の測定に適用することについては何ら記載されていない。
【特許文献１】特開平５−４５３０４号公報
【特許文献２】特開平６−２３５７０７号公報
【非特許文献１】Ｎ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｔ．Ｓｈｉｄａｒａ，Ｈ．Ｍｉｙａｕｃｈｉ，Ｈ．Ｆｕｋｕｔａｎｉ，Ａ．Ｆｕｊｉｍｏｒｉ，Ｋ．Ｉｉｏ，Ｔ．Ｋａｔａｙａｍａ，Ｍ．Ｎｙｖｌｔ，ａｎｄ Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ， ”Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｖｉａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｒｂｉｔａｌ Ｍｏｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｏ／Ｐｔ Ｍｕｔｉｌａｙａｒｓ： Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｘｒａｙ Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ Ｓｔｕｄｙ”， Ｐｈｙｓｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．２３， ｐ５２２９−ｐ５２３２， １９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、磁性膜を透過するＸ線の吸収を観測してＸ線磁気円２色性を測定する従来のＸ線磁気円２色性の測定方法では、磁性膜の膜厚方向の平均値を観測するため、磁気多層膜の膜厚方向の磁気状態分布又は薄膜内の特定深さ、例えば薄膜界面近傍の磁気状態を知ることは難しい。
【０００９】
また、異なる膜厚の磁性薄膜を有する複数の磁性多層膜についてＸ線磁気円２色性を測定することで、磁性多層膜の薄膜界面近傍の磁性状態を知得する方法は、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を正確に観測してい保証がなく信頼性が乏しい。さらに、複数の試料を準備する手間や、複数回の測定をなす手間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明は、１個の磁性多層膜を測定することで、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を変えることなく、磁性多層膜内の磁気状態分布又は薄膜界面近傍の磁気状態を観測することができる磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための本発明の第１構成は、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射し、このとき励起される定在波の電界強度が磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように、即ち定在波の腹となるように入射角を制御する。そして、この入射角で、入射Ｘ線の円偏光を進行方向に対して左廻と右廻とに切換えたときのＸ線吸収の差分を測定する。なお、本明細書の入射角とは、Ｘ線と磁性多層膜とのなす角、即ち見込み角をいう。
【００１２】
上記第１構成では、Ｘ線定在波の電界強度の最大位置が磁性多層膜中の界面に位置するように入射角が設定される。Ｘ線磁気円２色性に起因するＸ線吸収の差分は、Ｘ線の電界強度が大きいほど大きく観測される。このため、電界強度が大きな界面近傍の磁気状態が強く反映される。一方、界面から離れると電界強度が小さくなるので、界面から離れた位置での磁気状態によるＸ線吸収の影響は小さい。従って、第１構成により、界面近傍の磁気状態を高いＳ／Ｎで測定することができる。
【００１３】
本発明の第２構成は、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射したＸ線により、磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、Ｘ線の左廻り及び右廻り円偏光を切り換えたときのＸ線吸収の差分を測定する工程と、測定されたＸ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有する。
【００１４】
本第２構成では、定在波の電界強度分布を算出し、その電界強度分布の下で観測されるＸ線磁気円２色性の観測結果から、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布を算出する。このとき、定在波の位相、即ち腹及び節の位置は入射角に依存するから、複数の入射角で観測されるＸ線吸収の差分から、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布が算出される。例えば、最大及び最小振幅位置がそれぞれ薄膜界面及び薄膜中央に位置する定在波が形成される２つの入射角の下で、それぞれＸ線吸収の差分を観測することで、薄膜界面近傍の磁性状態に基づくＸ線磁気円２色性を薄膜中央近傍の磁性状態に基づくＸ線磁気円２色性から分離することができる。さらに多数の入射角に対する観測結果から、より正確なＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布が算出される。
【００１５】
本第２構成では、唯一の磁性多層膜へ入射するＸ線の入射角を変えてＸ線磁気円２色性を測定することで、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布を知得することができる。従って、磁性多層膜を構成する磁性薄膜の膜厚を変えることがないので、磁性薄膜の膜厚変化に起因する磁気状態の変化を回避できる。このため、信頼性の高い磁気状態分布の観測がなされる。
【００１６】
本発明の第３構成では、上記第１又は第２構成において、磁性多層膜を下地多層膜上に設け、磁性多層膜及下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射し、定在波を形成することを特徴とする。
【００１７】
本第３構成では、磁性多層膜の積層数が少ない場合、下地多層膜に基づく干渉の影響を強く受けた定在波が発生する。このような定在波は、定在波波長（最大振幅間の２倍の距離）、振幅及び定在波の位相が主に下地多層膜の構造により規定される。なぜなら、干渉に寄与する磁性多層膜の積層数が少なく、入射Ｘ線は磁性多層膜による干渉の影響をあまり受けずに下地多層膜へ到達するからである。
【００１８】
従って、磁性多層膜が薄い、積層数が少ないあるいは定在波が発生しにくい層構造を有する等のため、磁性多層膜のみでは最大電界強度と最小電界強度の強度比が大きな定在波が発生しない場合でも、下地多層膜の構造に基づき最大／最小の電界強度比が大きな定在波を発生させることができる。このため、磁性多層膜の膜厚方向のＸ線磁気円２色性を高いＳ／Ｎ比で測定される。
【００１９】
また、主として下地多層膜の構造に基づき発生する定在波は、磁性多層膜の構造にあまり影響されることなく、磁性多層膜内にその定在波で規定される位相及び波長の定在波を発生させるから、磁性多層膜の構造に依存することなく磁性多層膜の膜厚方向のＸ線磁気円２色性分布を精密に測定することができる。
【００２０】
本第３構成の下地多層膜は、Ｘ線磁気円２色性に影響を及ぼさない非磁性多層膜とすることが、下地多層膜の影響を排除してＳ／Ｎ比を高める観点から望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁性多層膜の層界面あるいは磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を、単一の磁性多層膜を用いて測定することができるので、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を変えることなく、磁性多層膜内の磁気状態分布又は薄膜界面近傍の磁気状態を観測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、θ−２θ法を用いてＸ線磁気円２色性を測定するときの本発明の測定方法を説明する。
【００２３】
図１は本発明の測定方法を説明する図であり、θ−２θ法によるＸ線磁気円２色性の測定方法を表している。ここで、図１（ａ）は測定装置の配置を、図１（ｂ）は観測された反射Ｘ線強度のピークプロファイルを、図１（ｃ）は多層膜の層界面を節として多層膜中に発生した定在波を、及び図１（ｄ）は多層膜の各層間の界面を腹として多層膜中に発生した定在波の電界強度分布を表している。なお、電界強度分布は、多層膜の層構造、Ｘ線波長及びＸ線入射角に基づき算出された計算値であり、入射Ｘ線の電界強度により規格化している。
【００２４】
図１（ａ）を参照して、本発明のＸ線磁気円２色性の測定に用いられたＸ線装置は、まず、測定対象となる磁気多層膜を含む試料１の表面に、Ｘ線を入射角θで入射し、試料１を回転しつつ（即ち、入射角θを走査しつつ）反射角２θで反射した反射Ｘ線強度をＸ線検知器４で観測することができる。また、試料１には、電源２により電圧が印加されており、試料１に流れる電流を電流計３（例えば、ピコアンメータ）で測定することができる。Ｘ線の吸収量は、Ｘ線検知器４で検出されたＸ線量、又は、電流計３で測定されたオージェ効果により試料１に流れる電流から測定する。
【００２５】
図１（ｂ）を参照して、試料１を回転して、Ｘ線入射角θを試料１の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角となるように設定する。この、反射Ｘ線強度の強弱は、試料１の構造、例えば層構造又は結晶構造に起因して引き起こされ、よく知られているように強弱を生ずる入射角はこれらの構造とＸ線波長とにより定まる。このとき、入射Ｘ線と反射Ｘ線が重畳する試料１中に、試料１表面に平行な波面を有する定在波が発生する。
【００２６】
例えば、図１（ｃ）及び（ｄ）中に示すＡ層１ａ及びＢ層１ｂの２種類の薄膜（２層構造）の繰り返し構造からなる多層膜構造を有する試料１では、Ｘ線検知器４で観測される反射Ｘ線強度のピークプロファイルの最大ピーク（このときの入射角θは、反射Ｘ線強度が極大となる入射角θB である）の低角度側及び高角度側にそれぞれ位置する反射角イ、ロ（即ち、反射角２θ＝イ、ロ）に試料１を設定したとき、試料１中にそれぞれ位相がほぼ９０度異なる定在波が発生する。
【００２７】
即ち、図１（ｄ）を参照して、低角度（図１（ｂ）中のイ）の設定では定在波の電界強度Ｅ（イ）は例えば薄いＡ層１ａと厚いＢ層１ｂとの界面近傍で最大となり、他方、図１（ｄ）を参照して、高角度（図１（ｂ）中のロ）の設定では定在波の電界強度Ｅ（ロ）は電界強度Ｅ（イ）の位相からほぼ９０度ずれてＡ層１ａ中央でほぼ最小となる。
【００２８】
Ｘ線磁気円２色性は、上述した反射角イ及び反射角ロの設定角度でそれぞれ正負の円偏光のＸ線を入射し、正負の円偏光のＸ線吸収量の差として測定される。即ち、反射角イに設定したときのＸ線磁気円２色性と、反射角ロに設定したときのＸ線磁気円２色性とが測定される。
【００２９】
この反射角イでのＸ線磁気円２色性の測定値は、定在波の電界強度イが最大となる定在波の腹に位置するＡ層１ａとＢ層１ｂとの界面の磁性状態を強く反映する一方、定在波の節に位置するＢ層１ｂの中央近傍の磁性状態にはあまり影響されない。逆に、反射角ロでのＸ線磁気円２色性の測定値は、Ｂ層１ｂの中央近傍の磁性状態を強く反映し、Ａ層１ａとＢ層１ｂとの界面の磁性状態をあまり反映しない。従って、反射角イと反射角ロとの測定結果を比較することで、Ａ層１ａ／Ｂ層１ｂの界面近傍又は界面近傍を除くＢ層１ｂ中の磁性状態をＳ／Ｎ比よく知得することができる。
【００３０】
なお、定在波の腹及び節の位置は、試料１の有する層構造、例えば各層の密度や層数により変化する。従って、試料１を反射角イ、ロの位置に設定しても、試料１の層構造が異なれば定在波の位相は異なる。例えば、上述した定在波の腹及び節の位置が移動し、腹及び節の位置が逆転することもある。周知のように、これら定在波の位相は、層構造が知られていれば正確に算出することができる。
【００３１】
上記の例では、２つの反射角イ、ロでの２つのＸ線磁気円２色性の測定結果に基づき界面近傍又は層中央近傍の磁性状態を選択して観測した。さらに、磁性多層膜中の磁性状態の膜厚方向分布を観測することもできる。
【００３２】
即ち、図１（ｂ）を参照して、反射角イと反射角ロの間の多数の入射角θにおけるＸ線磁気円２色性を測定する。一方、それらの入射角θにおける定在波の位相及び振幅を算出する。そして、磁性多層膜中のＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を仮定し、この仮定されたＸ線磁気円２色性と算出された定在波とから予想されるＸ線磁気円２色性の入射角θ依存性が、実測されたＸ線磁気円２色性の入射角θ依存性に一致するように仮定したＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を調整することで、磁性多層膜中の磁気特性分布を知得することができる。
【００３３】
本発明の第１実施形態は、２層の磁性層を有する磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００３４】
図２は本発明の第１実施形態の定在波説明図である。図２（ａ）は、試料断面であり、磁性多層膜２０の層構造を表している。図２（ｂ）は、磁性多層膜２０中の密度分布と、算出された定在波の電界強度分布を表している。なお、図２（ｂ）の横軸は、基板１０表面からの膜厚方向の距離を表している。また、図２（ｂ）の縦軸の電界強度は、試料１に入射するＸ線の電界強度により規格化されている。
【００３５】
図２（ａ）を参照して、第１実施形態に用いられた試料１は、ガラス基板１０上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒからなる下地層１１、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎ3 からなる第２磁性層１２、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅからなる第１磁性層１３及び厚さ３ｎｍ〜４ｎｍのＡｌからなるキャップ層１４が下からこの順で積層されている。この試料１では、磁性多層膜２０は第１及び第２磁性層から構成される。
【００３６】
入射Ｘ線５として、シンクロトロン放射光の上下に放射される波長がほぼ１．７ｎｍの正負の円偏光を用いた。このときの反射Ｘ線強度が強まり極大となる入射角θB は、２θB が２０度〜３０度の範囲にある。試料１は、θ−２θ配置に設定される。
【００３７】
図２（ｂ）を参照して、曲線ハは、磁性多層膜２０の各層の密度分布（膜厚方向）を表している。図２（ｂ）中の曲線イ及び曲線ロは、図１（ｂ）を参照して、それぞれ反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの低角度側イ及び高角度側ロで磁性多層膜２０中に発生する定在波の電界強度分布を表している。なお、定在波の電界強度分布は、密度分布を表す曲線ハに基づき計算された。
【００３８】
曲線イ及び曲線ロを参照して、反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの高角度側ロに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピーク（極大）は第１及び第２磁性層１２、１３の界面に位置し、節に相当する電界強度の極小は第２磁性層１３中に位置する。一方、低角度側イに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピークは、磁性多層膜の表面方向に移動し、第２磁性層１３中に位置する。
【００３９】
その結果、第１及び第２磁性層の界面近傍では、曲線イで示す低角度側イに入射角θを設定したときの定在波の電界強度は、曲線ロで示す高角度側ロに入射角θを設定したときの定在波の電界強度のほぼ７５％になる。これに対して、磁性膜１３中の定在波の電界強度は高低いずれの入射角でも大きな差は生じない。従って、両者のＸ線磁気円２色性の測定値の差を、第１及び第２磁性層の界面近傍の磁化状態から生ずる効果と見做して界面近傍の磁化状態を観測する。
【００４０】
第１実施形態では、上述したように２つの入射角θでの測定結果から、２層の磁性膜の界面近傍の磁性状態を抽出して観測することができた。
【００４１】
本発明の第２実施形態は、２層１組の磁性層を４組積層した磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００４２】
図３は本発明の第２実施形態の定在波説明図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜２０の層構造を表す試料断面及び、磁性多層膜２０中の密度分布と定在波の電界強度分布を表している。
【００４３】
図３（ａ）を参照して、第１実施形態に用いられた試料１は、ガラス基板１０上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒからなる下地層１１が積層され、その上に、厚さ４ｎｍのＩｒＭｎ3 からなる第２磁性層１２及び厚さ５ｎｍのＣｏＦｅからなる第１磁性層１３の２層を１組とした磁性層１９が４組積層され、その上に厚さ３ｎｍ〜４ｎｍのＡｌからなるキャップ層１４が積層されている。入射Ｘ線５は第１実施形態と同様である。この実施形態では、磁性多層膜２０は４組の積層された磁性層１９から構成されている。
【００４４】
図３（ｂ）中の曲線ハを参照して、密度の膜厚方向分布は、Ａｌキャップ層１４で小さく、その下に密度約８の第１磁性層１３と密度約１１の第２磁性層が交互に積層されていることを示している。なお、Ｘ線定在波の強度分布は曲線ハに基づき計算された。
【００４５】
曲線イ及び曲線ロを参照して、反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの低角度側イに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピーク（極大）は第１及び第２磁性層１２、１３の界面に位置し、節に相当する電界強度の極小は第２磁性層１３中に位置する。一方、高角度側ロに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピークは、磁性多層膜の表面方向に移動し、第２磁性層１３中に位置する。これらのピーク及び極小位置は、４組の磁性層１９中の各界面（第１及び第２磁性層１３、１２の界面）について同様である。
【００４６】
図４は本発明の第２実施形態の磁気特性測定結果である。図４（ａ）は、最表面にある第１及び第２磁性層１３、１２の界面及び第２磁性層１３中における算出された定在波の電界強度の入射角θ依存性を表している。縦軸の電界強度は、図２、図３と同じく、入射Ｘ線の電界強度により規格化されている。また、図４（ｂ）は、Ｘ線磁気円２色性の測定結果から導出された磁気ヒステリシスの測定結果を表している。
【００４７】
図４（ａ）中の実線ニは、最表面の第１及び第２磁性層１３、１２の界面における定在波の電界強度を、破線ホは、第２磁性層１２の膜厚中央（層中央）での定在波の電界強度を表している。
【００４８】
図４（ａ）を参照して、定在波の電界強度の入射角θ（反射角２θの半分の角度）の変化にともなう振る舞いは、界面の電界強度（実線ニ）と層中央での電界強度（破線ホ）とで異なる。
【００４９】
界面の電界強度は、実線ニを参照して、反射Ｘ線強度が極大となる反射角２θB （入射角θB ）より１〜２度低角側の反射角イに最大強度のピークがあり、反射角２θB へ向けて急激に減少し、反射角２θB より１〜２度高角側の反射角ロで極小値をとる。そして、反射角２θB から３〜７度離れた反射角２θでは、ほぼ平坦になる。
【００５０】
これに対して、層中央での電界強度は、破線ホを参照して、反射角イで極小値をとり、反射角ロで緩やかなピークを生ずる。反射角２θB から３〜７度離れた反射角２θでは、ほぼ平坦になる。
【００５１】
界面の電界強度（実線ニ）と層中央での電界強度（破線イ）を比較すると、反射角イでの電界強度比＝界面の電界強度／層中央での電界強度は約１．６であり、界面の電界強度が大きい。一方、反射角ロでの電界強度比は約０．７７であり。層中央での電界強度が大きい。従って、反射角イにおけるＸ線磁気円２色性の測定値は、反射角ロにおける測定値に比べて約２倍（反射角イと反射角ロの電界強度比の比＝１．６／０．７７）大きく界面近傍の磁気特性の影響を受ける。逆に、反射角ロのＸ線磁気円２色性の測定値は、界面近傍の磁気特性の影響が層中央の磁気特性の半分に過ぎない。この反射角イ、ロの測定結果を比較することで、界面及び層中央の磁気特性を分離する。
【００５２】
図４（ｂ）を参照して、反射角イで測定されたヒステリシス曲線イは、反射角ロで測定されたヒステリシス曲線ロに比べて、飽和磁束密度が小さい。これは、反射角イ及びロにおける界面と層中央の電界強度比の相違に基づくもので、上述したように曲線イは、曲線ロよりも界面近傍の磁気特性の影響が層中央の磁気特性の影響より約２倍大きいことを反映している。即ち、曲線イは界面近傍の大きな飽和磁気を反映し、一方曲線ロは層中央の小さな飽和磁気を反映していることが明にされている。さらに、上述した定在波の電界強度比に基づき、界面と層中央の磁気特性を分離して定量的に算出することもできる。
【００５３】
この磁気ヒステリシスは、入射Ｘ線の入射角θを反射角イ又は反射角ロで反射する角度に試料１（磁気多層膜２０）を配置し、試料１に磁場を印加した状態で、入射Ｘ線の円偏光を正負に切換えたときのＸ線吸収の差分と磁場との関係として求めた。
【００５４】
図５は本発明の第３実施形態の定在波説明図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜３０の層構造を表す試料断面及び、磁性多層膜３０中の密度分布と定在波の電界強度分布を表している。
【００５５】
本第３実施形態は、繰り替えし層数の多い磁気多層膜に関するＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００５６】
図５（ａ）を参照して、本第３実施形態の試料１（磁性多層膜３０）は、ガラス基板１０上に、ＮｉＣｒ下地層１１が形成され、その上に厚さ０．２ｎｍのＰｄ層１５及び厚さ２ｎｍのＦｅＣｏ磁性層１６を交互に２０層積層し、その上に厚さ０．２ｎｍのＰｄ１５と厚さ約０．８ｎｍのＲｕキャップ層１４が形成されている。
【００５７】
本第３実施形態の１１層のＰｄ層１５及び１０層のＦｅＣｏ磁性層１６からなる磁性多層膜３０中では、図５（ｂ）を参照して、反射Ｘ線強度が極大となる反射角２θB より低角側に反射角イを設定したとき、定在波の電界強度（曲線イ）は、ＦｅＣｏ磁性層１６の層中央近傍でピークを有し、Ｐｄ膜１５とＦｅＣｏ磁性層１６の界面で極小に近い強度となる。他方、高角度側に反射角ロを設定したとき、定在波の電界強度（曲線ロ）は、ＦｅＣｏ磁性層１６の層中央近傍で極小に近く、Ｐｄ膜１５とＦｅＣｏ磁性層１６の界面でピーク強度に近くなる。従って、第２実施形態と同様に反射角イ及びロのＸ線磁気円２色性を測定し、これから界面近傍の磁化特性を知ることができる。
【００５８】
本第３実施形態では、周期的に積層された多数の磁性層１５、１６について、多数の界面近傍の磁気特性に基づくＸ線磁気円２色性を測定するから、高感度で界面近傍の磁気特性を観測することができる。
【００５９】
本発明の第４実施形態は、非磁性多層膜からなる下地多層膜上に磁性多層膜が形成された磁性多層膜におけるＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００６０】
図６は本発明の第４実施形態の定在波説明図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜４０及び下地多層膜４１の層構造を表すための試料１断面及び、磁性多層膜４０中の密度分布と定在波の電界強度分布の計算値とを表している。
【００６１】
図５（ａ）を参照して、本第４実施形態の試料１は、ガラス基板１０上に形成された下地多層膜４１の上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒ下地層１１、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎ3 第１磁性層１２、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅ第２磁性層１３及びＡｌキャップ層１４がこの順に積層されている。下地多層膜４１は、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒ第２非磁性層１８の上に厚さ５ｎｍのＲｕ第１非磁性層１７が順次積層された非磁性の多層膜からなる。本第４実施形態の試料１は、第１磁性層１２及び第２磁性層１３から構成される磁性多層膜４０を有する。
【００６２】
図５（ｂ）を参照して、下地層１１、第１磁性膜１２及び第２磁性膜１３中に、定在波に基づく電界強度分布が発生する。この定在波は、第１及び第２磁性膜１２、１３からの反射Ｘ線に比べて下地多層膜４１からの反射Ｘ線が非常に強いため、その位相及び振幅は主として下地多層膜４１の構造に引きずられ、第１及び第２磁性膜１２、１３の構造をあまり反映しない。従って、定在波の腹及び節の位置を、上層の磁性膜１２、１３にはあまり関係なく下地多層膜４１のみで定めることができる。このため、第１及び第２磁性膜１２、１３に基づく大きな定在波が発生しない場合でも、これらの磁性膜の磁気特性分布を観測することができる。
【００６３】
さらに、下地多層膜４１は非磁性なのでＸ線磁気円２色性の観測に影響を及ぼさない。このため、Ｘ線磁気円２色性を高いＳ／Ｎで測定することができる。
【００６４】
上述した本明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射したとき、前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の電界強度が、前記磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように前記入射角を制御する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記２）Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射する工程と、
前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程と、
測定された前記Ｘ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、前記磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記３）前記Ｘ線は複数の前記入射角で入射され、
各前記入射角ごとに前記電界強度及び前記Ｘ線吸収の差分の測定がなされることを特徴とする付記２記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記４）前記入射角を、前記ブラッグ反射のピークよりそれぞれ低角及び高角側の反射を生ずる第１入射角及び第２入射角に設定することを特徴とする付記３記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記５）前記磁性多層膜は、下地多層膜上に設けられ、
前記Ｘ線を、前記磁性多層膜及前記下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射することを特徴とする付記１、２、３又は４記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記６）前記磁性多層膜は、２層の磁性膜からなることを特徴とする付記１〜５のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記７）前記磁性多層膜は、複数の２層構造の磁性膜からなることを特徴とする付記１〜６のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記８）前記下地多層膜は、複数の２層構造の非磁性膜からなることを特徴とする付記１〜６のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を磁性多層膜、例えば垂直記録方式の磁気ヘッドに用いられる読出用の磁性膜、あるいは、磁気抵抗を利用したＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲＡＭ）の磁性膜に適用することで、磁性膜中の磁気構造を解明することができ、磁性膜の改良に貢献するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の測定方法を説明する図
【図２】本発明の第１実施形態の定在波説明図
【図３】本発明の第２実施形態の定在波説明図
【図４】本発明の第２実施形態の磁気特性測定結果
【図５】本発明の第３実施形態の定在波説明図
【図６】本発明の第４実施形態の定在波説明図
【符号の説明】
【００６７】
１ 試料
１ａ Ａ層
１ｂ Ｂ層
２ 電源
３ 電流計
４ Ｘ線検知器
５ 入射Ｘ線
６ 反射Ｘ線
１０ 基板
１１ 下地層
１２ 第１磁性層
１３ 第２磁性層
１４ キャップ層
１５ Ｐｄ磁性膜
１６ ＦｅＣｏ磁性層
１７ ＮｉＣｒ第１非磁性層
１８ Ｒｕ第２非磁性層
１９ 磁性膜
２０、３０、４０ 磁性多層膜
４１ 下地多層膜
【技術分野】
【０００１】
２層以上の異なる磁性薄膜が積層された磁性多層膜の積層方向に分布を有するＸ線磁気円２色性の測定方法に関し、とくに積層界面近傍の磁気スピンに起因するＸ線磁気円２色性の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線磁気円２色性（ＸＭＣＤ）は、磁性原子の種類別にその原子の磁性状態、例えば磁気モーメント及び磁気ヒステリシスを観測することができるため、垂直磁気記録用の磁気ヘッド或いは磁気スピンを利用するＭＲＡＭ等に用いられる磁性多層膜の磁気特性を解析する有力な手段として開発が進められている。
【０００３】
従来のＸ線磁気円２色性の測定は、測定すべき磁性膜にＸ線を照射し、透過Ｘ線の吸収を観測することでＸ線磁気円２色性を測定していた。（例えば特許文献１を参照。）。しかし、Ｘ線は透過率が高く磁性多層膜を容易に透過するため、磁性多層膜を構成する極めて薄い（数ｎｍ程度より薄い）磁性薄膜の一層のみあるいは薄膜界面近傍のみを選択して観測することができない。このため、磁性膜全層にわたる平均的な磁性状態が知得されるのみで、磁性多層膜における磁性状態の分布、とくに薄膜界面近傍の磁性状態を観測することは困難であった。
【０００４】
磁性多層膜中の膜厚方向の磁性状態分布を観測するために、磁性薄膜の膜厚を変えてＸ線磁気円２色性を測定する方法が開示されている。（例えば非特許文献１を参照。）
この方法では、磁性薄膜の膜厚が異なる複数の磁性多層膜を作製し、各磁性多層膜のＸ線磁気円２色性を測定する。そして、磁性薄膜の膜厚とＸ線磁気円２色性の観測値から、薄膜界面近傍の磁性状態を推定する。なお、測定は、入射Ｘ線の波長を走査して、正負の円偏光における反射Ｘ線の吸収の差分の波長依存性を観測することでなされた。
【０００５】
しかし、かかる磁性薄膜の膜厚が異なる磁性多層膜について観測された磁性状態が、本来の膜厚を有する磁性薄膜中の磁性状態を表す保証はなく信頼性に乏しい。なぜなら、磁性薄膜が薄くなると、形状異方性が大きくなり、さらに界面近傍の磁性状態が変わることが予想されるからである。
【０００６】
さらに、この方法では磁性状態の分布や薄膜界面近傍の磁性状態を観測するために、異なる膜厚の磁性薄膜を有する複数の磁性多層膜を測定する必要がある。このような複数の試料を準備するには多大の手間がかかる。また、Ｘ線磁気円２色性の測定は真空中でなされることも多く、試料の交換及びセッテングが多くなり煩雑である。
【０００７】
一方、蛍光Ｘ線分析では、試料中に定在波を生成させ、試料の膜厚方向の元素分布を測定する方法が知られている。（例えば特許文献２を参照。）。この方法では、結晶性試料に入射されたＸ線がブラッグ反射するθ−２θ配置に試料をセットし、試料内に定在波を発生させる。そして、ブラッグ角の前後に回転させて定在波の最大振幅位置を移動したときの蛍光Ｘ線の変化から、試料の膜厚方向の元素濃度分布を測定する。しかし、この方法をＸ線磁気円２色性の測定に適用することについては何ら記載されていない。
【特許文献１】特開平５−４５３０４号公報
【特許文献２】特開平６−２３５７０７号公報
【非特許文献１】Ｎ．Ｎａｋａｊｉｍａ，Ｔ．Ｓｈｉｄａｒａ，Ｈ．Ｍｉｙａｕｃｈｉ，Ｈ．Ｆｕｋｕｔａｎｉ，Ａ．Ｆｕｊｉｍｏｒｉ，Ｋ．Ｉｉｏ，Ｔ．Ｋａｔａｙａｍａ，Ｍ．Ｎｙｖｌｔ，ａｎｄ Ｙ．Ｓｕｚｕｋｉ， ”Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ Ｃａｕｓｅｄ ｂｙ Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ ｖｉａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｒｂｉｔａｌ Ｍｏｍｅｎｔ ｉｎ Ｃｏ／Ｐｔ Ｍｕｔｉｌａｙａｒｓ： Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｉｒｃｕｌａｒ Ｘｒａｙ Ｄｉｃｈｒｏｉｓｍ Ｓｔｕｄｙ”， Ｐｈｙｓｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｌｅｔｔｅｒｓ Ｖｏｌ．８１，Ｎｏ．２３， ｐ５２２９−ｐ５２３２， １９９８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、磁性膜を透過するＸ線の吸収を観測してＸ線磁気円２色性を測定する従来のＸ線磁気円２色性の測定方法では、磁性膜の膜厚方向の平均値を観測するため、磁気多層膜の膜厚方向の磁気状態分布又は薄膜内の特定深さ、例えば薄膜界面近傍の磁気状態を知ることは難しい。
【０００９】
また、異なる膜厚の磁性薄膜を有する複数の磁性多層膜についてＸ線磁気円２色性を測定することで、磁性多層膜の薄膜界面近傍の磁性状態を知得する方法は、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を正確に観測してい保証がなく信頼性が乏しい。さらに、複数の試料を準備する手間や、複数回の測定をなす手間がかかるという問題がある。
【００１０】
本発明は、１個の磁性多層膜を測定することで、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を変えることなく、磁性多層膜内の磁気状態分布又は薄膜界面近傍の磁気状態を観測することができる磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するための本発明の第１構成は、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射し、このとき励起される定在波の電界強度が磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように、即ち定在波の腹となるように入射角を制御する。そして、この入射角で、入射Ｘ線の円偏光を進行方向に対して左廻と右廻とに切換えたときのＸ線吸収の差分を測定する。なお、本明細書の入射角とは、Ｘ線と磁性多層膜とのなす角、即ち見込み角をいう。
【００１２】
上記第１構成では、Ｘ線定在波の電界強度の最大位置が磁性多層膜中の界面に位置するように入射角が設定される。Ｘ線磁気円２色性に起因するＸ線吸収の差分は、Ｘ線の電界強度が大きいほど大きく観測される。このため、電界強度が大きな界面近傍の磁気状態が強く反映される。一方、界面から離れると電界強度が小さくなるので、界面から離れた位置での磁気状態によるＸ線吸収の影響は小さい。従って、第１構成により、界面近傍の磁気状態を高いＳ／Ｎで測定することができる。
【００１３】
本発明の第２構成は、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射したＸ線により、磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、Ｘ線の左廻り及び右廻り円偏光を切り換えたときのＸ線吸収の差分を測定する工程と、測定されたＸ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有する。
【００１４】
本第２構成では、定在波の電界強度分布を算出し、その電界強度分布の下で観測されるＸ線磁気円２色性の観測結果から、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布を算出する。このとき、定在波の位相、即ち腹及び節の位置は入射角に依存するから、複数の入射角で観測されるＸ線吸収の差分から、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布が算出される。例えば、最大及び最小振幅位置がそれぞれ薄膜界面及び薄膜中央に位置する定在波が形成される２つの入射角の下で、それぞれＸ線吸収の差分を観測することで、薄膜界面近傍の磁性状態に基づくＸ線磁気円２色性を薄膜中央近傍の磁性状態に基づくＸ線磁気円２色性から分離することができる。さらに多数の入射角に対する観測結果から、より正確なＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布が算出される。
【００１５】
本第２構成では、唯一の磁性多層膜へ入射するＸ線の入射角を変えてＸ線磁気円２色性を測定することで、Ｘ線磁気円２色性の膜厚方向分布を知得することができる。従って、磁性多層膜を構成する磁性薄膜の膜厚を変えることがないので、磁性薄膜の膜厚変化に起因する磁気状態の変化を回避できる。このため、信頼性の高い磁気状態分布の観測がなされる。
【００１６】
本発明の第３構成では、上記第１又は第２構成において、磁性多層膜を下地多層膜上に設け、磁性多層膜及下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角でＸ線を入射し、定在波を形成することを特徴とする。
【００１７】
本第３構成では、磁性多層膜の積層数が少ない場合、下地多層膜に基づく干渉の影響を強く受けた定在波が発生する。このような定在波は、定在波波長（最大振幅間の２倍の距離）、振幅及び定在波の位相が主に下地多層膜の構造により規定される。なぜなら、干渉に寄与する磁性多層膜の積層数が少なく、入射Ｘ線は磁性多層膜による干渉の影響をあまり受けずに下地多層膜へ到達するからである。
【００１８】
従って、磁性多層膜が薄い、積層数が少ないあるいは定在波が発生しにくい層構造を有する等のため、磁性多層膜のみでは最大電界強度と最小電界強度の強度比が大きな定在波が発生しない場合でも、下地多層膜の構造に基づき最大／最小の電界強度比が大きな定在波を発生させることができる。このため、磁性多層膜の膜厚方向のＸ線磁気円２色性を高いＳ／Ｎ比で測定される。
【００１９】
また、主として下地多層膜の構造に基づき発生する定在波は、磁性多層膜の構造にあまり影響されることなく、磁性多層膜内にその定在波で規定される位相及び波長の定在波を発生させるから、磁性多層膜の構造に依存することなく磁性多層膜の膜厚方向のＸ線磁気円２色性分布を精密に測定することができる。
【００２０】
本第３構成の下地多層膜は、Ｘ線磁気円２色性に影響を及ぼさない非磁性多層膜とすることが、下地多層膜の影響を排除してＳ／Ｎ比を高める観点から望ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、磁性多層膜の層界面あるいは磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を、単一の磁性多層膜を用いて測定することができるので、本来の膜厚を有する磁性多層膜の磁気状態を変えることなく、磁性多層膜内の磁気状態分布又は薄膜界面近傍の磁気状態を観測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、θ−２θ法を用いてＸ線磁気円２色性を測定するときの本発明の測定方法を説明する。
【００２３】
図１は本発明の測定方法を説明する図であり、θ−２θ法によるＸ線磁気円２色性の測定方法を表している。ここで、図１（ａ）は測定装置の配置を、図１（ｂ）は観測された反射Ｘ線強度のピークプロファイルを、図１（ｃ）は多層膜の層界面を節として多層膜中に発生した定在波を、及び図１（ｄ）は多層膜の各層間の界面を腹として多層膜中に発生した定在波の電界強度分布を表している。なお、電界強度分布は、多層膜の層構造、Ｘ線波長及びＸ線入射角に基づき算出された計算値であり、入射Ｘ線の電界強度により規格化している。
【００２４】
図１（ａ）を参照して、本発明のＸ線磁気円２色性の測定に用いられたＸ線装置は、まず、測定対象となる磁気多層膜を含む試料１の表面に、Ｘ線を入射角θで入射し、試料１を回転しつつ（即ち、入射角θを走査しつつ）反射角２θで反射した反射Ｘ線強度をＸ線検知器４で観測することができる。また、試料１には、電源２により電圧が印加されており、試料１に流れる電流を電流計３（例えば、ピコアンメータ）で測定することができる。Ｘ線の吸収量は、Ｘ線検知器４で検出されたＸ線量、又は、電流計３で測定されたオージェ効果により試料１に流れる電流から測定する。
【００２５】
図１（ｂ）を参照して、試料１を回転して、Ｘ線入射角θを試料１の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角となるように設定する。この、反射Ｘ線強度の強弱は、試料１の構造、例えば層構造又は結晶構造に起因して引き起こされ、よく知られているように強弱を生ずる入射角はこれらの構造とＸ線波長とにより定まる。このとき、入射Ｘ線と反射Ｘ線が重畳する試料１中に、試料１表面に平行な波面を有する定在波が発生する。
【００２６】
例えば、図１（ｃ）及び（ｄ）中に示すＡ層１ａ及びＢ層１ｂの２種類の薄膜（２層構造）の繰り返し構造からなる多層膜構造を有する試料１では、Ｘ線検知器４で観測される反射Ｘ線強度のピークプロファイルの最大ピーク（このときの入射角θは、反射Ｘ線強度が極大となる入射角θB である）の低角度側及び高角度側にそれぞれ位置する反射角イ、ロ（即ち、反射角２θ＝イ、ロ）に試料１を設定したとき、試料１中にそれぞれ位相がほぼ９０度異なる定在波が発生する。
【００２７】
即ち、図１（ｄ）を参照して、低角度（図１（ｂ）中のイ）の設定では定在波の電界強度Ｅ（イ）は例えば薄いＡ層１ａと厚いＢ層１ｂとの界面近傍で最大となり、他方、図１（ｄ）を参照して、高角度（図１（ｂ）中のロ）の設定では定在波の電界強度Ｅ（ロ）は電界強度Ｅ（イ）の位相からほぼ９０度ずれてＡ層１ａ中央でほぼ最小となる。
【００２８】
Ｘ線磁気円２色性は、上述した反射角イ及び反射角ロの設定角度でそれぞれ正負の円偏光のＸ線を入射し、正負の円偏光のＸ線吸収量の差として測定される。即ち、反射角イに設定したときのＸ線磁気円２色性と、反射角ロに設定したときのＸ線磁気円２色性とが測定される。
【００２９】
この反射角イでのＸ線磁気円２色性の測定値は、定在波の電界強度イが最大となる定在波の腹に位置するＡ層１ａとＢ層１ｂとの界面の磁性状態を強く反映する一方、定在波の節に位置するＢ層１ｂの中央近傍の磁性状態にはあまり影響されない。逆に、反射角ロでのＸ線磁気円２色性の測定値は、Ｂ層１ｂの中央近傍の磁性状態を強く反映し、Ａ層１ａとＢ層１ｂとの界面の磁性状態をあまり反映しない。従って、反射角イと反射角ロとの測定結果を比較することで、Ａ層１ａ／Ｂ層１ｂの界面近傍又は界面近傍を除くＢ層１ｂ中の磁性状態をＳ／Ｎ比よく知得することができる。
【００３０】
なお、定在波の腹及び節の位置は、試料１の有する層構造、例えば各層の密度や層数により変化する。従って、試料１を反射角イ、ロの位置に設定しても、試料１の層構造が異なれば定在波の位相は異なる。例えば、上述した定在波の腹及び節の位置が移動し、腹及び節の位置が逆転することもある。周知のように、これら定在波の位相は、層構造が知られていれば正確に算出することができる。
【００３１】
上記の例では、２つの反射角イ、ロでの２つのＸ線磁気円２色性の測定結果に基づき界面近傍又は層中央近傍の磁性状態を選択して観測した。さらに、磁性多層膜中の磁性状態の膜厚方向分布を観測することもできる。
【００３２】
即ち、図１（ｂ）を参照して、反射角イと反射角ロの間の多数の入射角θにおけるＸ線磁気円２色性を測定する。一方、それらの入射角θにおける定在波の位相及び振幅を算出する。そして、磁性多層膜中のＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を仮定し、この仮定されたＸ線磁気円２色性と算出された定在波とから予想されるＸ線磁気円２色性の入射角θ依存性が、実測されたＸ線磁気円２色性の入射角θ依存性に一致するように仮定したＸ線磁気円２色性の膜厚方向分布を調整することで、磁性多層膜中の磁気特性分布を知得することができる。
【００３３】
本発明の第１実施形態は、２層の磁性層を有する磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００３４】
図２は本発明の第１実施形態の定在波説明図である。図２（ａ）は、試料断面であり、磁性多層膜２０の層構造を表している。図２（ｂ）は、磁性多層膜２０中の密度分布と、算出された定在波の電界強度分布を表している。なお、図２（ｂ）の横軸は、基板１０表面からの膜厚方向の距離を表している。また、図２（ｂ）の縦軸の電界強度は、試料１に入射するＸ線の電界強度により規格化されている。
【００３５】
図２（ａ）を参照して、第１実施形態に用いられた試料１は、ガラス基板１０上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒからなる下地層１１、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎ3 からなる第２磁性層１２、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅからなる第１磁性層１３及び厚さ３ｎｍ〜４ｎｍのＡｌからなるキャップ層１４が下からこの順で積層されている。この試料１では、磁性多層膜２０は第１及び第２磁性層から構成される。
【００３６】
入射Ｘ線５として、シンクロトロン放射光の上下に放射される波長がほぼ１．７ｎｍの正負の円偏光を用いた。このときの反射Ｘ線強度が強まり極大となる入射角θB は、２θB が２０度〜３０度の範囲にある。試料１は、θ−２θ配置に設定される。
【００３７】
図２（ｂ）を参照して、曲線ハは、磁性多層膜２０の各層の密度分布（膜厚方向）を表している。図２（ｂ）中の曲線イ及び曲線ロは、図１（ｂ）を参照して、それぞれ反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの低角度側イ及び高角度側ロで磁性多層膜２０中に発生する定在波の電界強度分布を表している。なお、定在波の電界強度分布は、密度分布を表す曲線ハに基づき計算された。
【００３８】
曲線イ及び曲線ロを参照して、反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの高角度側ロに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピーク（極大）は第１及び第２磁性層１２、１３の界面に位置し、節に相当する電界強度の極小は第２磁性層１３中に位置する。一方、低角度側イに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピークは、磁性多層膜の表面方向に移動し、第２磁性層１３中に位置する。
【００３９】
その結果、第１及び第２磁性層の界面近傍では、曲線イで示す低角度側イに入射角θを設定したときの定在波の電界強度は、曲線ロで示す高角度側ロに入射角θを設定したときの定在波の電界強度のほぼ７５％になる。これに対して、磁性膜１３中の定在波の電界強度は高低いずれの入射角でも大きな差は生じない。従って、両者のＸ線磁気円２色性の測定値の差を、第１及び第２磁性層の界面近傍の磁化状態から生ずる効果と見做して界面近傍の磁化状態を観測する。
【００４０】
第１実施形態では、上述したように２つの入射角θでの測定結果から、２層の磁性膜の界面近傍の磁性状態を抽出して観測することができた。
【００４１】
本発明の第２実施形態は、２層１組の磁性層を４組積層した磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００４２】
図３は本発明の第２実施形態の定在波説明図である。図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜２０の層構造を表す試料断面及び、磁性多層膜２０中の密度分布と定在波の電界強度分布を表している。
【００４３】
図３（ａ）を参照して、第１実施形態に用いられた試料１は、ガラス基板１０上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒからなる下地層１１が積層され、その上に、厚さ４ｎｍのＩｒＭｎ3 からなる第２磁性層１２及び厚さ５ｎｍのＣｏＦｅからなる第１磁性層１３の２層を１組とした磁性層１９が４組積層され、その上に厚さ３ｎｍ〜４ｎｍのＡｌからなるキャップ層１４が積層されている。入射Ｘ線５は第１実施形態と同様である。この実施形態では、磁性多層膜２０は４組の積層された磁性層１９から構成されている。
【００４４】
図３（ｂ）中の曲線ハを参照して、密度の膜厚方向分布は、Ａｌキャップ層１４で小さく、その下に密度約８の第１磁性層１３と密度約１１の第２磁性層が交互に積層されていることを示している。なお、Ｘ線定在波の強度分布は曲線ハに基づき計算された。
【００４５】
曲線イ及び曲線ロを参照して、反射Ｘ線強度のピークプロファイルのピークの低角度側イに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピーク（極大）は第１及び第２磁性層１２、１３の界面に位置し、節に相当する電界強度の極小は第２磁性層１３中に位置する。一方、高角度側ロに入射角θを設定したとき、定在波の腹に相当する電界強度のピークは、磁性多層膜の表面方向に移動し、第２磁性層１３中に位置する。これらのピーク及び極小位置は、４組の磁性層１９中の各界面（第１及び第２磁性層１３、１２の界面）について同様である。
【００４６】
図４は本発明の第２実施形態の磁気特性測定結果である。図４（ａ）は、最表面にある第１及び第２磁性層１３、１２の界面及び第２磁性層１３中における算出された定在波の電界強度の入射角θ依存性を表している。縦軸の電界強度は、図２、図３と同じく、入射Ｘ線の電界強度により規格化されている。また、図４（ｂ）は、Ｘ線磁気円２色性の測定結果から導出された磁気ヒステリシスの測定結果を表している。
【００４７】
図４（ａ）中の実線ニは、最表面の第１及び第２磁性層１３、１２の界面における定在波の電界強度を、破線ホは、第２磁性層１２の膜厚中央（層中央）での定在波の電界強度を表している。
【００４８】
図４（ａ）を参照して、定在波の電界強度の入射角θ（反射角２θの半分の角度）の変化にともなう振る舞いは、界面の電界強度（実線ニ）と層中央での電界強度（破線ホ）とで異なる。
【００４９】
界面の電界強度は、実線ニを参照して、反射Ｘ線強度が極大となる反射角２θB （入射角θB ）より１〜２度低角側の反射角イに最大強度のピークがあり、反射角２θB へ向けて急激に減少し、反射角２θB より１〜２度高角側の反射角ロで極小値をとる。そして、反射角２θB から３〜７度離れた反射角２θでは、ほぼ平坦になる。
【００５０】
これに対して、層中央での電界強度は、破線ホを参照して、反射角イで極小値をとり、反射角ロで緩やかなピークを生ずる。反射角２θB から３〜７度離れた反射角２θでは、ほぼ平坦になる。
【００５１】
界面の電界強度（実線ニ）と層中央での電界強度（破線イ）を比較すると、反射角イでの電界強度比＝界面の電界強度／層中央での電界強度は約１．６であり、界面の電界強度が大きい。一方、反射角ロでの電界強度比は約０．７７であり。層中央での電界強度が大きい。従って、反射角イにおけるＸ線磁気円２色性の測定値は、反射角ロにおける測定値に比べて約２倍（反射角イと反射角ロの電界強度比の比＝１．６／０．７７）大きく界面近傍の磁気特性の影響を受ける。逆に、反射角ロのＸ線磁気円２色性の測定値は、界面近傍の磁気特性の影響が層中央の磁気特性の半分に過ぎない。この反射角イ、ロの測定結果を比較することで、界面及び層中央の磁気特性を分離する。
【００５２】
図４（ｂ）を参照して、反射角イで測定されたヒステリシス曲線イは、反射角ロで測定されたヒステリシス曲線ロに比べて、飽和磁束密度が小さい。これは、反射角イ及びロにおける界面と層中央の電界強度比の相違に基づくもので、上述したように曲線イは、曲線ロよりも界面近傍の磁気特性の影響が層中央の磁気特性の影響より約２倍大きいことを反映している。即ち、曲線イは界面近傍の大きな飽和磁気を反映し、一方曲線ロは層中央の小さな飽和磁気を反映していることが明にされている。さらに、上述した定在波の電界強度比に基づき、界面と層中央の磁気特性を分離して定量的に算出することもできる。
【００５３】
この磁気ヒステリシスは、入射Ｘ線の入射角θを反射角イ又は反射角ロで反射する角度に試料１（磁気多層膜２０）を配置し、試料１に磁場を印加した状態で、入射Ｘ線の円偏光を正負に切換えたときのＸ線吸収の差分と磁場との関係として求めた。
【００５４】
図５は本発明の第３実施形態の定在波説明図である。図５（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜３０の層構造を表す試料断面及び、磁性多層膜３０中の密度分布と定在波の電界強度分布を表している。
【００５５】
本第３実施形態は、繰り替えし層数の多い磁気多層膜に関するＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００５６】
図５（ａ）を参照して、本第３実施形態の試料１（磁性多層膜３０）は、ガラス基板１０上に、ＮｉＣｒ下地層１１が形成され、その上に厚さ０．２ｎｍのＰｄ層１５及び厚さ２ｎｍのＦｅＣｏ磁性層１６を交互に２０層積層し、その上に厚さ０．２ｎｍのＰｄ１５と厚さ約０．８ｎｍのＲｕキャップ層１４が形成されている。
【００５７】
本第３実施形態の１１層のＰｄ層１５及び１０層のＦｅＣｏ磁性層１６からなる磁性多層膜３０中では、図５（ｂ）を参照して、反射Ｘ線強度が極大となる反射角２θB より低角側に反射角イを設定したとき、定在波の電界強度（曲線イ）は、ＦｅＣｏ磁性層１６の層中央近傍でピークを有し、Ｐｄ膜１５とＦｅＣｏ磁性層１６の界面で極小に近い強度となる。他方、高角度側に反射角ロを設定したとき、定在波の電界強度（曲線ロ）は、ＦｅＣｏ磁性層１６の層中央近傍で極小に近く、Ｐｄ膜１５とＦｅＣｏ磁性層１６の界面でピーク強度に近くなる。従って、第２実施形態と同様に反射角イ及びロのＸ線磁気円２色性を測定し、これから界面近傍の磁化特性を知ることができる。
【００５８】
本第３実施形態では、周期的に積層された多数の磁性層１５、１６について、多数の界面近傍の磁気特性に基づくＸ線磁気円２色性を測定するから、高感度で界面近傍の磁気特性を観測することができる。
【００５９】
本発明の第４実施形態は、非磁性多層膜からなる下地多層膜上に磁性多層膜が形成された磁性多層膜におけるＸ線磁気円２色性の測定に関する。
【００６０】
図６は本発明の第４実施形態の定在波説明図であり、図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ磁性多層膜４０及び下地多層膜４１の層構造を表すための試料１断面及び、磁性多層膜４０中の密度分布と定在波の電界強度分布の計算値とを表している。
【００６１】
図５（ａ）を参照して、本第４実施形態の試料１は、ガラス基板１０上に形成された下地多層膜４１の上に、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒ下地層１１、厚さ７ｎｍのＩｒＭｎ3 第１磁性層１２、厚さ５ｎｍのＣｏＦｅ第２磁性層１３及びＡｌキャップ層１４がこの順に積層されている。下地多層膜４１は、厚さ５ｎｍのＮｉＣｒ第２非磁性層１８の上に厚さ５ｎｍのＲｕ第１非磁性層１７が順次積層された非磁性の多層膜からなる。本第４実施形態の試料１は、第１磁性層１２及び第２磁性層１３から構成される磁性多層膜４０を有する。
【００６２】
図５（ｂ）を参照して、下地層１１、第１磁性膜１２及び第２磁性膜１３中に、定在波に基づく電界強度分布が発生する。この定在波は、第１及び第２磁性膜１２、１３からの反射Ｘ線に比べて下地多層膜４１からの反射Ｘ線が非常に強いため、その位相及び振幅は主として下地多層膜４１の構造に引きずられ、第１及び第２磁性膜１２、１３の構造をあまり反映しない。従って、定在波の腹及び節の位置を、上層の磁性膜１２、１３にはあまり関係なく下地多層膜４１のみで定めることができる。このため、第１及び第２磁性膜１２、１３に基づく大きな定在波が発生しない場合でも、これらの磁性膜の磁気特性分布を観測することができる。
【００６３】
さらに、下地多層膜４１は非磁性なのでＸ線磁気円２色性の観測に影響を及ぼさない。このため、Ｘ線磁気円２色性を高いＳ／Ｎで測定することができる。
【００６４】
上述した本明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射したとき、前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の電界強度が、前記磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように前記入射角を制御する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記２）Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射する工程と、
前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程と、
測定された前記Ｘ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、前記磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記３）前記Ｘ線は複数の前記入射角で入射され、
各前記入射角ごとに前記電界強度及び前記Ｘ線吸収の差分の測定がなされることを特徴とする付記２記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記４）前記入射角を、前記ブラッグ反射のピークよりそれぞれ低角及び高角側の反射を生ずる第１入射角及び第２入射角に設定することを特徴とする付記３記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記５）前記磁性多層膜は、下地多層膜上に設けられ、
前記Ｘ線を、前記磁性多層膜及前記下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射することを特徴とする付記１、２、３又は４記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記６）前記磁性多層膜は、２層の磁性膜からなることを特徴とする付記１〜５のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記７）前記磁性多層膜は、複数の２層構造の磁性膜からなることを特徴とする付記１〜６のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
（付記８）前記下地多層膜は、複数の２層構造の非磁性膜からなることを特徴とする付記１〜６のうちの何れかの請求項に記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明を磁性多層膜、例えば垂直記録方式の磁気ヘッドに用いられる読出用の磁性膜、あるいは、磁気抵抗を利用したＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ＲＡＭ）の磁性膜に適用することで、磁性膜中の磁気構造を解明することができ、磁性膜の改良に貢献するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の測定方法を説明する図
【図２】本発明の第１実施形態の定在波説明図
【図３】本発明の第２実施形態の定在波説明図
【図４】本発明の第２実施形態の磁気特性測定結果
【図５】本発明の第３実施形態の定在波説明図
【図６】本発明の第４実施形態の定在波説明図
【符号の説明】
【００６７】
１ 試料
１ａ Ａ層
１ｂ Ｂ層
２ 電源
３ 電流計
４ Ｘ線検知器
５ 入射Ｘ線
６ 反射Ｘ線
１０ 基板
１１ 下地層
１２ 第１磁性層
１３ 第２磁性層
１４ キャップ層
１５ Ｐｄ磁性膜
１６ ＦｅＣｏ磁性層
１７ ＮｉＣｒ第１非磁性層
１８ Ｒｕ第２非磁性層
１９ 磁性膜
２０、３０、４０ 磁性多層膜
４１ 下地多層膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射したとき、前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の電界強度が、前記磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように前記入射角を制御する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項２】
Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射する工程と、
前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程と、
測定された前記Ｘ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、前記磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項３】
前記Ｘ線は複数の前記入射角で入射され、
各前記入射角ごとに前記電界強度及び前記Ｘ線吸収の差分の測定がなされることを特徴とする請求項２記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項４】
前記入射角を、前記ブラッグ反射のピークよりそれぞれ低角及び高角側の反射を生ずる第１入射角及び第２入射角に設定することを特徴とする請求項３記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項５】
前記磁性多層膜は、下地多層膜上に設けられ、
前記Ｘ線を、前記磁性多層膜及前記下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項１】
Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射したとき、前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の電界強度が、前記磁性多層膜中の界面で最大強度を有するように前記入射角を制御する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項２】
Ｘ線を、磁性多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射する工程と、
前記Ｘ線により前記磁性多層膜中に励起される定在波の膜厚方向の電界強度分布を算出する工程と、
前記Ｘ線を進行方向に対して左廻り円偏光及び右廻り円偏光に切換え、前記切換え前後のＸ線吸収の差分を測定する工程と、
測定された前記Ｘ線吸収の差分及び算出された電界強度分布に基づき、前記磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の膜厚方向の分布を算出する工程とを有することを特徴とする磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項３】
前記Ｘ線は複数の前記入射角で入射され、
各前記入射角ごとに前記電界強度及び前記Ｘ線吸収の差分の測定がなされることを特徴とする請求項２記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項４】
前記入射角を、前記ブラッグ反射のピークよりそれぞれ低角及び高角側の反射を生ずる第１入射角及び第２入射角に設定することを特徴とする請求項３記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【請求項５】
前記磁性多層膜は、下地多層膜上に設けられ、
前記Ｘ線を、前記磁性多層膜及前記下地多層膜の積層構造に基づく干渉により反射Ｘ線強度が強くなる入射角で前記磁性多層膜に入射することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の磁性多層膜のＸ線磁気円２色性の測定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２４８３１１（Ｐ２００７−２４８３１１Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７３３８８（Ｐ２００６−７３３８８）
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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