XPS/ESCA｜X線光電子分光法分析

分析概略

「ナノ界面の真実を解き明かす。次世代半導体・新素材開発に不可欠なXPS表面分析ソリューション」

最先端デバイスの性能を左右するのは、わずか数ナノメートルの「表面」と「界面」の状態です。 当社のXPS（X線光電子分光法）分析サービスは、金属・半導体から、セラミックス、次世代電池向けの有機材料まで、幅広い試料の組成・化学結合状態を精密に特定します。 X線プローブによる低ダメージ測定は、絶縁膜やポリマー等のチャージアップ（帯電）が懸念される試料にも最適。未知試料のスクリーニングから、デバイスの不具合解析まで、R&Dのスピードアップを強力にバックアップします。

次世代半導体・パワーデバイスへの対応

SiC（炭化ケイ素）やGaN（窒化ガリウム）**といったワイドギャップ半導体の界面制御や、High-k（高誘電率）ゲート絶縁膜の評価に。極表面の元素比率だけでなく、酸化状態などの化学シフトを高度に解析し、プロセス最適化に貢献します。

二次電池や全固体電池の電極表面におけるSEI（固体内界面）形成の解析など、大気非曝露環境でのハンドリングが必要な高度な分析ニーズにも柔軟に対応いたします。

※各分析手法の分析深さはSMART Chartからご覧いただけます。

用途事例

微小領域のシミ・変色解析（欠陥・不具合解析）

• ウェハ表面や電極パッド部に発生した微小デフェクト・変色の原因特定。
  詳細： 洗浄工程後の乾燥シミ（ウォーターマーク）や、大気曝露による金属配線の微細な腐食・変色を解析。XPSの化学状態評価により、単なる元素存在の有無だけでなく「酸化物か硫化物か」といった腐食メカニズムの特定が可能です。

残留物質・残渣のナノ組成分析

• フォトレジスト残渣（スカムやエッチング工程後のポリマー堆積物の同定。
  詳細： リソグラフィ後の不要なレジスト成分や、ドライエッチング（RIE）後に側壁に付着したフッ素系・炭素系残渣をナノレベルで分析。洗浄プロセスの最適化や、歩留まり向上のためのプロセスモニタリングに活用されます。

化学処理・表面改質の最適化評価

• 薬液洗浄・プラズマ処理による表面ポテンシャルおよび終端構造の評価。
  詳細： HF（フッ酸）処理による水素終端化の確認や、プラズマ処理による表面親水化、自己組織化単分子膜（SAMs）の修飾状態を定量化。接合強度向上（ハイブリッドボンディング等）に向けた表面状態の数値化を実現します。

酸化状態・極薄酸化膜（Native Oxide）の膜厚解析

• High-kゲート絶縁膜やシリコン酸化膜のサブナノ膜厚制御と化学結合状態評価
  詳細： 金属配線や半導体基板上の自然酸化膜厚（Native Oxide）を、光電子の脱出深さを利用して非破壊で算出。Si/SiO₂界面の低次酸化物（サブオキサイド）の分布など、デバイスのしきい値電圧に影響を与える微細な界面制御を支援します。

層間絶縁膜（Low-k）やポリマーの官能基分析

• 層間絶縁膜（Low-k材）や感光性ポリマーのダメージ評価と官能基劣化の定量化。
  詳細： CMP（化学機械研磨）やプラズマプロセスによって損傷を受けた低誘電率膜の構造変化を、C1sやO1sのピークデコンボリューション（波形分離）により解析。材料本来の絶縁特性が維持されているかを検証します。

フッ素系潤滑剤（PFPE等）の吸着・膜厚評価

• ハードディスク媒体やMEMS、摺動部における極薄膜潤滑剤（PFPE等）の被覆率・膜厚管理。
  詳細： 数ナノメートルオーダーで塗布された潤滑剤の分布と膜厚を、F1sピーク強度から高精度に算出。可動部を持つマイクロデバイスの耐久性試験や、摩擦特性の改善エビデンスとして活用いただけます。

多層膜デバイスの深さ方向プロファイル分析

• 次世代メモリ（MRAM等）や多層配線構造の積層界面における元素拡散・組成分布解析。
  詳細： GCIB（ガスクラスターイオン銃）等を併用することで、有機層や軟らかい薄膜へのダメージを抑えつつ、深さ方向の元素分布を可視化。異種材料間の相互拡散や、熱処理前後の界面急峻性の変化を明らかにします。

XPSは試料表面にX線を照射し光電効果により表面から発生する光電子のエネルギーと強度分布を測定することで、元素の種類と量を同定する手法です。また、元素の結合エネルギーの微量な変化を測定することにより化学状態を調べることも可能であることからESCA（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）とも呼ばれています。検出対象となる電子の検出深さ（非弾性平均自由行程）は数原子層程度であるため、極表面の分析に適しています。

励起の一次過程 & 二次過程と光電子発生

分析事例

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