Исследование поверхностных слоев методом рентгеновской рефлектометрии

• Автор: Новоселова, Елена Григорьевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 130 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

Глава 1. Аналитический обзор литературы

1Л. Современные представления о морфологии

поверхности. Фрактальные поверхности.

1.2. Поверхность осажденных пленок и строение границ 11 раздела в многослойных структурах.

1.3. Методы исследования поверхностного рельефа .

1.4. Методы измерения параметров сверхтонких покрытий.

1.5. Метод рентгеновской рефлектометрии

1.5.1. Оптика рентгеновских лучей

1.5.2. Явление полного внешнего отражения

1.5.3. Диффузное рассеяние в режиме полного внешнего 32 отражения
1.5.4. Модели, учитывающие наличие переходного 36 поверхностного слоя
1.5.5. Анализ неоднородностей распределения 38 электронной плотности
1.5.6. Возможности восстановления профиля электронной 41 плотности в поверхностном слое
1.6. Многослойные структуры
Глава 2. Методика проведения эксперимента
2.1. Рентгеновский рефлектометр
2.2. Факторы, влияющие на искажение идеальной 54 рефлектограммы
2.3. Измерения зеркального отражения
2.4. Измерения диффузного рассеяния

Глава 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение
3.1. Исследование качества подложек
3.2.Исследование однослойных покрытий
3.2.1. Исследование металлических пленок
3.2.2. Исследование субмикронных покрытий
3.2.3. Исследование поверхности пленок после ионного 83 травления
3.3. Исследование углеродных пленок
3.3.1. Исследование однослойных углеродных пленок
3.3.2. Исследование многослойных углеродных структур
Основные результаты и выводы
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время производство изделий оптики и микроэлектроники требует формирования однослойных и многослойных композиций различного функционального назначения на диэлектрических, полупроводниковых и металлических подложках. Примерами таких структур могут служить оптические интерференционные покрытия, зеркала мягкого рентгеновского диапазона, полупроводниковые сверхрешетки. Особенностью современной электроники является использование все более тонких слоев и переход от микро- к наноразмерным пленкам. Использование субмикронных и наноразмерных покрытий предъявляет повышенные требования к качеству поверхности подложки и состоянию границ раздела между слоями и однородности отдельных слоев.
Состояние поверхности может быть экспериментально оценено различными оптическими и зондовыми методами, каждый из которых имеет свои достоинства и области применения. Общим недостатком являются трудность анализа сверхгладких поверхностей и невозможность получения информации о состоянии скрытых границ раздела. Необходимость исследования сверхгладких поверхностей на значительных площадях делает актуальным переход от оптических методов к рентгеновским, позволяющим изучать особенности структуры с масштабами, сравнимыми с длиной волны рентгеновских лучей.
В настоящей работе для анализа поверхности и границ раздела между слоями применен метод рентгеновской рефлектометрии. Достоинствами метода является его неразрушающий характер, возможность исследования любых материалов в композициях пленка - подложка . Теория метода рентгеновской рефлектометрии в настоящее время активно развивается [1], однако адекватность различных теоретических моделей может быть проверена только при анализе большого количества экспериментальных данных, полученных при исследовании реальных объектов.
Состояние поверхности подложки определяется не только базовыми процессами механической и химико-динамической обработки на этапе ее из-

последующим применением процедуры рекуррентных соотношений для определения полей. В принципе полученная система интегральных уравнений может быть решена численными методами без привлечения разложения по малому параметру. Следует отметить, что получаемые в рамках непертурбативной теории системы интегральных уравнений имеют весьма сложную структуру, что не позволяет получить их точного решения.
Результаты [11] были затем подтверждены в [37] и развиты для рассеяния структурой пленка-подложка. Данный подход был с успехом использован многими авторами [42-49] для интерпретации экспериментальных данных по анализу поверхности и определении параметров корреляционных функций. Метод был развит в [50,51] для анализа диффузного рассеяния от многослойных тонкопленочных структур. В этом случае интенсивность диффузного рассеяния определяется не только рельефом каждой из границ раздела, но и вертикальными корреляциями шероховатостей.
В [52] проведен анализ условий измерения диффузного рассеяния для определения экспоненты шероховатостей независимо от выбранной модели автокорреляционной функции.
Для изучения шероховатостей поверхности в нанометровых масштабах наряду с методом рентгеновской рефлектометрии широко используются методы атомно-силовой микроскопии. В настоящее время установлено, что для сверхгладких поверхностей они дают хорошо совпадающие результаты измерений среднеквадратичной шероховатости.[55,57]. В случае поверхностей с сильно развитым рельефом г=Дх,у), имеющих существенно негауссово распределение неровностей по высотам, рассеяние рентгеновского излучения определяется некоторой эффективной среднеквадратичной шероховатостью [59]: