Bestimmung des energie- und winkelabhängigen Elektronenrückstreukoeffizienten zur Optimierung der quantitativen Dünnschichtanalytik leichter Elemente in der Elektronenstrahlmikroanalyse

Abstract

Neben den etablierten Methoden zur Bestimmung von Schichtdicken und Tiefenprofilen, wie Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS), Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS), Augerelektronenspektroskopie (AES) und Ionenstreuspektroskopie (ISS) in Kombination mit diversen Sputtereinrichtungen, erlangt die Elektronenstrahlmikroanalyse (ESMA) zunehmend an Bedeutung. Der entscheidende Vorteil liegt in der weitgehend zerstörungsfreien und topographisch hochauflösenden, quantitativen Analysemethode. Die Rasterelektronenmikroskopie kann aber nur zusammen mit entsprechenden Korrekturmodellen zur Bestimmung dünner Schichten eingesetzt werden. Ein entscheidender Faktor für die Genauigkeit solcher Korrekturmodelle ist die Kenntnis der Tiefenverteilungsfunktion [phi]([rho]z). Selbst für einfache homogene Proben ist [phi]([rho]z) nicht exakt bekannt und wird durch mehr oder weniger genaue Näherungskurven beschrieben. Diese Kurven sind jedoch nur für massive Proben konzipiert und eignen sich somit nicht zur Bestimmung dünner Schichten. Obwohl es mehrere Korrekturmöglichkeiten für die Tiefenverteilungsfunktion dünner Schichten gibt, hat sich das sogenannte Mehrfachreflexionsmodell als vielversprechende Methode etabliert. Dieses Modell ermöglicht mit Hilfe einiger semifundamentalen Parameter (Elektronenrückstreu- und Elektronentransmissionskoeffizienten), selbst für mehrschichtige Proben, die Berechnung der Tiefenverteilungsfunktion.<br />Da besonders die Winkel- und Energieverteilung des Elektronenrückstreufaktors (vor allem für leichte Elemente) von großer Bedeutung ist, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Detektorsystem entwickelt, welches mit wenig experimentellem Aufwand die Bestimmung der Winkel- und Energieverteilung der Rückstreuelektronen, in Abhängigkeit von Primärenergie, Einfallswinkel und Probenzusammensetzung, ermöglicht.<br />Die Anwendung dieses Detektorsystems ist natürlich nicht nur auf die Gewinnung semifundamentaler Modellparameter beschränkt, sondern umfasst auch die Charakterisierung von Oberflächenrauhigkeiten und Dünnschichtsystemen. In vorliegender Arbeit werden Aufbau, Funktionsweise und Anwendung des Detektors erörtert, sowie einige Messungen zur Elektronenrückstreuverteilung vorgestellt.

Beside the well known methods for thin film thickness determination like Secondary Ion Mass Spectroscopy (SIMS), Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES) and Ion Scatter Spectroscopy (ISS) in combination with sputter processes, Electron Probe Microanalysis (EPMA) gains in significance. The great advantage of EPMA is the more or less non destructive nature and the high lateral resolution. But EPMA is only usable for film thickness determination if adequate correction models are used. One critical factor for the accuracy of such models is the knowledge of the depth distribution [phi]([rho]z). Even for simple homogeneous samples, [phi]([rho]z) is not known exactly and is described by approximations. One method to calculate [phi]([rho]z) of thin films is the so called multiple-reflection model, which uses semi fundamental parameters like the electron backscatter coefficient. Especially for light elements the knowledge of the angular and energy distribution of the backscattered electrons is of great importance.<br />Therefore, the intention of this doctoral thesis was the development of a detector system, which is capable to determine the angular and energy distribution of the backscatter coefficient of various samples with little effort so EPMA can be used for thin film thickness determination.<br />This thesis describes the constructional detail, function and use of the detector. Included samples of measurements provide an insight into quality and potential of the developed detector.<br />