X線回折・X線反射率測定

X線回折 (XRD)・X線反射率測定 (XRR) 5 14-134(6) X線反射率測定 (XRR) による薄膜評価 Thin-Film Parameters Analysis using X-Ray Reflectometry 原理 表面 (界面) 粗さ X線反射率測定(XRR)は、臨界全反射角近傍でのX線の減衰や干渉縞のあるX線プロファイルと 計算で得られたプロファイルをフィッティングさせることで、表面(界面)粗さ・膜密度・膜厚の情報 を得ることができます。 X線が極低角で入射する場合、屈折率は1よりもわずかに小さく ( θ 0 ＞ θ )、臨界全反射角以下では屈折の効果が大きくなり全反射が 生じます。 全反射条件近傍の測定で、X線反射率(入射X線強度に対する鏡面 反射X線強度)を測定し、薄膜モデルから計算されたX線プロファイル とフィッティングさせることで、以下の情報を求めることができます。 • 表面(界面)粗さ(X線反射強度の減衰率変化) • 薄膜の密度(臨界全反射角および振幅) • 膜厚(周期) • 回折X線を使用しないため、非結晶も測定可能 • 膜構造・組成情報があらかじめ分かれば、多層膜も シミュレーションにより評価可能 解析可能な薄膜 • 試料表面 • 試料サイズ • 膜厚 • 必要な情報 ： 鏡面(表面粗さ 5nm以下) ： 30mm×30mm以上 ※サイズが小さい場合はご相談ください ： 2nm〜500nm ：膜構造および膜組成情報 入射角が、臨界全反射角(X線が全反射する角度)を超える と、X線は屈折を伴い試料内に入りこむため、入射角度の増加 に伴い急激に反射X線強度が減少します。 (平滑な表面では 入射角度の-4乗に比例) 表面粗さが大きくなるほど、反射X線強度の減衰が著しく なります。(右図、緑点線で表示) 界面粗さが大きくなると、高角度側の振幅の減衰が著しく なります。 XRR測定装置外観 • X線源 Cu 45kV-200mA • 光学系 多層膜ミラー 4結晶モノクロメータ アナライザ結晶 • 検出器 0次元(ポイント型)検出器 1次元検出器 赤枠・青枠内は次頁でご説明します。 0 2 θ / ω (deg) 2 4 6 反射X線強度 1x10 0 1x10 4 1x10 8 8 反減 射衰 X (傾線 き強 ) 度の 入射X線 鏡面反射X線 屈折X線 θ 0 θ 0 θ θ 薄膜 基板 XRR原理図 θ 0