[发明专利]模型独立的掠入射X射线反射率

说明书

本申请涉及模型独立的掠入射X射线反射率。用于通过GIXR将堆叠划分成子层并以数字P表示每个子层的组成来测量薄膜堆叠的性质的方法。数字P表示每层的组成。例如，整数可以表示纯材料，而分数值表示相邻的纯材料的混合物。随后使用该表示来拟合测量的数据，并且最佳拟合给出每个子层的材料组成的指示，并因此作为深度的函数。

发明领域

本申请涉及用于对掠入射X射线反射率数据进行分析的方法。

发明背景

为了测量超薄膜的性质，例如，膜的厚度、密度和粗糙度，使用X射线，X射线可以以几乎平行于膜表面的掠入射角穿过样本。多个测量以不同的角度来进行。随后，进行计算以根据测量的结果来确定样本的性质。这样的测量结果被称为掠入射X射线反射率，缩写为GIXRR或GIXR或XRR。在这个申请中，将使用GIXR。

根据GIXR数据来直接确定薄膜性质是不可能的，因此，所研究的薄膜的参数必须通过将模拟的(计算的)的GIXR曲线拟合到测量的曲线来确定。模拟的GIXR曲线的参数被调整，使得测量的数据和模拟的数据之间的失配最小。用于计算的一种方法是使用具有多个层的模型，每个层具有膜的厚度、密度和界面粗糙度(Windt，1998#109)。

在某些情况下，特别是如果薄膜具有薄的界面并且层具有恒定的密度，该方法可以起到良好的作用。然而，在大多数情况下，通过物理溅射技术生长的薄膜可以在界面处形成化合物，并且进一步地，界面的厚度可以与膜的厚度相当。

该方法可能不起作用的另一示例是不具有恒定的密度分布曲线(profile)的相对厚的膜的情况。

为了对具有低吸收的膜进行分析，可以使用“凹槽跟踪法(groove trackingmethod)”。该方法假设样本具有一组薄子层，薄子层中的每个具有远小于子层中的每个的实际厚度的厚度。j个子层中的每个具有对应的折射率nj。计算改变子层中的每个的折射率的实部，直到获得对观察到的结果的最佳可能的匹配。

具体参见由Xiao-Lin Zhou和Sow-Hsin Chen发表在1993年6月的PhysicalReview E的第47卷第5期的第3174页到3190页中的论文“Model-independent method forreconstruction of scattering-length-density profiles using neutron or x-rayreflectivity data”，用于该方法的描述。

然而，该方法也存在问题。通过凹槽法进行计算并不是完全可靠的，特别是该方法可能会产生许多非物理的解，即计算可能会收敛于不符合物理现实的结果。

因此，需要用于测量超薄膜的性质的改进方法。

发明概述

根据本发明的第一方面，提供了测量由已知的物理材料和物理材料之间的界面组成的薄膜堆叠的性质的方法，该方法包括：

定义堆叠中的多个(the plurality of)物理材料的有序列表，以及为每个物理材料定义相应定义的索引值(index value)，其中，所定义的索引值沿着有序列表单调递增或单调递减；

捕获相对于一定角度范围内的角度的强度的所测量的掠指数X射线反射率曲线；

建立表示薄膜堆叠的N个子层(j)的阵列，子层的阵列的每个元素具有表示该子层的组成的定义的参数P_j；

拟合参数P_j，使得作为参数P_j的函数的相对于角度的所计算的掠入射X射线反射率曲线最准确地匹配相对于一定范围的角度内的角度的所测量的掠指数(grazing index)X射线反射率曲线，以获得拟合的参数

以及，基于所拟合的参数输出薄膜堆叠的组成的测量值；