Определение шероховатости подложек и тонких пленок по рассеянию рентгеновских лучей в условиях внешнего отражения

• Автор: Кривоносов, Юрий Станиславович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Г лава 1. Рентгеновские методы контроля шероховатости гладких поверхностей (Литературный обзор)
1.1. Явление полного внешнего отражения рентгеновского излучения
1.2. Глубина проникновения рентгеновского излучения в вещество и интерференция на тонких пленках
1.3. Влияние шероховатой границы раздела на отражение и рассеяние рентгеновского излучения
1.4. Статистическое описание шероховатой поверхности
1.5. Подходы к измерению шероховатости поверхности, основанные на анализе отражения и рассеяния рентгеновского излучения
1.6. Сканирующая зондовая микроскопия, механические и оптические методы в измерении шероховатости поверхности
Глава 2. Описание экспериментального прибора
2.1. Принципиальная схема рентгеновского дифрактометра
2.2. Юстировка образца
2.3. Система регистрации рентгеновских квантов
Глава 3. Методика проведения эксперимента и
анализ ошибок измерения
3.1. Методика определения оптических констант изучаемых образцов
3.2. Методика измерения индикатрисы рентгеновского рассеяния
3.3. Методика нормировки экспериментальных данных
3.4. Анализ ошибок измерения, обусловленных геометрией эксперимента
Глава 4. Изучение шероховатости сверхгладких подложек
4.1 Исследование сверхгладких подложек, изготовленных различными производителями

4.2. Использование метода рентгеновского рассеяния для контроля шероховатости поверхности на стадиях технологической обработки
Глава 5. Сравнение спектров шероховатости гладких подложек, измеренных методом рентгеновского рассеяния и альтернативными методами
5.1. Методика проведения эксперимента в мягком рентгеновском диапазоне
5.2. Методика проведения эксперимента в ультрафиолетовом диапазоне
5.3. Методика проведения эксперимента на атомно-силовом микроскопе
5.4. Сравнение результатов измерений
Глава 6. Отражение и рассеяние рентгеновского излучения с учетом влияния поверхностного переходного слоя исследуемых образцов
6.1. Коэффициент отражения и индикатриса рентгеновского рассеяния
с учетом модели переходного слоя
6.2. Результаты рентгеновских измерений и их анализ
Глава 7. Исследование шероховатости поверхностей в системе пленка -подложка
7.1. Индикатриса рентгеновского рассеяния для случая двух границ раздела
7.2. Исследование «тонких» пленок
7.3. Исследование «толстых» пленок
Выводы
Библиография

Введение
Достигнутые в последние десятилетия успехи в ряде областей науки и технологии (к которым в первую очередь относятся физика полупроводников и микроэлектроника, лазерная техника, оптика видимого, ультрафиолетового и рентгеновского диапазонов [1-7]) в значительной мере определяются прогрессом в области технологии изготовления сверхгладких поверхностей и нанесения на них тонкопленочных и многослойных покрытий. Шероховатость таких поверхностей не должна превышать единиц ангстрем, а толщины наносимых слоев десятков или сотен ангстрем. Такие требования определяют актуальность создания методов надежного количественного контроля шероховатости подложек и тонких пленок.
Методы контроля шероховатости поверхности можно разбить на два класса:
• методы, основанные на дифракции электромагнитного излучения на неоднородной границе раздела сред (оптические и рентгеновские) [8-15];
• прямые методы контроля микрорельефа: механическая профилометрия, атомно-силовая и туннельная микроскопия [16-19].
Именно рентгеновские методы, на наш взгляд, наиболее перспективны, поскольку длина волны жесткого рентгеновского излучения сравнима с характерными размерами изучаемой шероховатости. Кроме этого, возможность изменять глубину проникновения зондирующего пучка от нескольких нанометров в области полного внешнего отражения, до нескольких микрон вне ее, делает рентгеновское излучение незаменимым инструментом для исследования тонких пленок и многослойных структур [20-27], в том числе непосредственно в процессе их изготовления [28, 29].
За последнюю четверть века появились мощные синхротронные источники рентгеновского излучения, крупнейшими из которых в настоящее время являются: ESRF (Франция), SPring-8 (Япония), APS (США), BESSY II (Герма-

Рис.2.1. Схема дифрактометра: 1 - рентгеновская трубка; 2 - кристалл-монохроматор; в] , вг , - трехщелевой коллиматор первичного пучка;
двухкружный гониометр; 4 - исследуемый образец; 5 - вакуумный объем; 8Д -приемная щель детектора; 6 - детектор БДС-8; М1, М2, М3 - шаговые двигатели управления образцом, детектором и щелью Эд .
Формирование пучка осуществляется трехщелевым коллиматором (Б), 82, 83). При этом первичное формирование пучка, выходящего из окна трубки производится первой щелью 8Ь устанавливаемой перед кристаллом-монохроматором. Размер этой щели фиксирован и составляет = 0.03 - 0.05 мм. Отметим, что щель может перемещаться в направлении, перпендикулярном оси распространения пучка, что позволяет легко настроиться на его наиболее интенсивную область. При необходимости возможно использование щелей других размеров, так как гнездо крепления универсально для щелей данного типа.
Следует подчеркнуть, что первая формирующая щель 8] конструктивно расположена в металлическом кожухе, который с одной стороны жестко прикреплен к выходному отверстию источника, а с другой связан со стойкой