Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST
Röntgendiffraktometer X’Pert MRD Pro von Panalytical zur XRR-Messung an ultradünnen Schichten.
Dicke, Dichte und Rauheit ultradünner Schichtsysteme: Röntgenreflektometrie XRR
Röntgenreflektometrie (XRR)
Die Röntgenreflektometrie (XRR) arbeitet mit der streifenden Reflexion von Röntgenstrahlung an der Oberfläche und den inneren Grenzflächen von Materialien. Damit lässt sich die Schichtdicke, Dichte und Grenzflächenrauhigkeiten von ultradünnen Schichten und Schichtsystemen auf sehr glatten Substraten bestimmen. Der erfassbare Schichtdickenbereich liegt bei etwa 2 - 200 nm. Substrate sollten wegen der Rauheit vorzugsweise Glas oder Silizium-Wafer sein. Bei der Schichtdickenbestimmung werden Genauigkeiten von ~ 0,2 nm erreicht
Anwendungsfelder: Dichte dünner Schichten - Rauheit innerer Grenzflächen
Die Röntgenreflektometrie (XRR) ist eines der wenigen Verfahren, das eine Dichtebestimmung ohne Wägung ermöglicht und auch die Rauhigkeit von »vergrabenen« inneren Grenzflächen zwischen Schichten bestimmen kann. Reine Dichtebestimmungen sind auch an dickeren Schichten möglich, solange die Rauhigkeit der Oberflächen klein ist. XRR kann an Ein-, Zwei-, drei- oder Vierfach Schichten durchgeführt werden und funktioniert auch an periodischen Schichtstapeln mit beliebiger Schichtzahl.
XRR-Messung zur Präzisionsschichtdickenbestimmung
Reflektometriekurve einer Ag-ZnO-Doppelschicht auf Glas. Die Bestimmung von Dichte, Schichtdicken und Rauhigkeit geschieht durch Annahme eines Modells dessen Parameter solange verfeinert werden, bis die gerechnete Reflektometriekurve (schwarz) optimal mit der experimentellen Kurve (gelb) übereinstimmt.
Schichtdickenmessung an 31-lagigem, nichtperiodischen Rugate Filter aus Nb2O5 und SiO2
Die genaue Schichtdickenbestimmung ist für optischen Kantenfilter eine wichtige Qualitätskontrolle. Der Fit der Reflektometrie-Daten mit bis zu 96 Paramtern gelingt nur, wenn bereits sehr gute Startparameter für die Schichtdicken vorliegen. Diese wurden hier durch ein SIMS-Tiefenprofil über die Gesamtschichtdicke von 2,3 µm bestimmt unter Korrektur der Sputterraten der verschiedenen Schichtmaterialien.