[論文レビュー] Vacuum Quality Monitoring of Analytical Sputter Depth Profile Equipment by Recontamination Measurements of a Sputtered Ti Surface

Uwe Scheithauer|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2017

Ion-surface interactions and analysis参考文献 4被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、残留ガスによるスパッタしたチタニウム（Ti）表面の再汚染を測定することで、分析用スパッタ深さプロファイル装置における真空状態の監視のための新規手法を提案する。XPSを用いてTi信号強度の時間的変化を追跡することにより、ベース圧力のモニタリングのみに依存するのとは異なり、感度が高く装置固有の真空状態の経時的評価が可能となる。

ABSTRACT

Often a surface sensitive analytical technique in combination with sample erosion by inert ion sputtering is used for compositional in-depth analysis of solid state samples. Layer by layer the sample gets eroded and then the composition of the actual surface is estimated. The elemental detection limits can be increased by spending more time for the measurement in each sputter depth of the profile measurement. But during this time a significant sample surface recontamination with the element under investigation via adsorption form the vacuum has to be avoided. Commonly the vacuum quality of an analytical instrument is monitored using the base pressure of the UHV system. This article presents a novel method, which improves this crude approach. The recontamination of a sputtered Ti surface by adsorbed residual gas particles was used to monitor the sputter depth profile specific vacuum condition of an XPS microprobe Quantum 2000 over a 4 years period. This new method is suitable to monitor the condition of every sputter depth profiling instrument.

研究の動機と目的

• 超高真空（UHV）スパッタ深さプロファイルシステムにおける、ベース圧力に依存する真空状態モニタリングの限界を是正すること。
• 長時間測定中に残留ガスの吸着が原因となる真空劣化を、より感度の高い装置固有の方法で検出すること。
• 組成深さプロファイルの正確性を損なう可能性のある真空システムの問題を早期に検出できること。
• 任意のスパッタ深さプロファイル装置に適用可能な実用的で繰り返し可能なキャリブレーション手法を提供すること。

提案手法

• XPSマイクロプレーブで制御された条件下でチタニウム（Ti）標本表面をスパッタエッチングする。
• 新しくスパッタされたTi表面を、残留ガス種の吸着を許容する時間だけチャンバ環境に露出させる。
• XPSを用いてTi 2pピーク強度の時間的変化をモニタリングし、再汚染度を定量する。
• 強度対時間曲線の勾配を指標として用い、Ti信号強度の増加率と真空状態を相関付ける。
• 4年間の運用期間にわたり、再汚染率を真空システム性能のリアルタイム指標として用いる。
• 再汚染トレンドをベース圧力の測定値と比較し、時間経過に伴う本手法の感度を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 UHVスパッタ深さプロファイルシステムにおける、スパッタされたTi表面の再汚染は、真空状態とどのように相関するか？
• RQ2 再汚染測定は、ベース圧力のモニタリングのみに比べ、真空劣化を早期に検出できるか？
• RQ3 再汚染率は、深さプロファイル装置における真空システム性能の信頼性があり、再現性のある指標とみなせるか？
• RQ4 実際の装置運用において、Tiの再汚染挙動は長期間にわたりどのように変化するか？
• RQ5 本手法は一般化され、他のスパッタ深さプロファイル装置に対しても適用可能か？

主な発見

• スパッタされたTi表面の再汚染率は、ベース圧力のみに依存するものよりも、より感度が高く動的な真空状態の指標となる。
• 4年間にわたり、再汚染率の上昇と真空性能の低下の間に明確な相関が観察された。
• 本手法はベース圧力のモニタリングよりも早期に真空システムの劣化を検出し、予防的メンテナンスを可能にした。
• 再汚染率は、一定した装置条件下で安定的かつ再現可能であることが判明し、キャリブレーション基準としての利用が可能である。
• 本技術は、メーカーおよび設計の如何を問わず、任意のスパッタ深さプロファイル装置に適用可能である。
• 本手法により、各スパッタ深さプロファイル測定セッションに特有の真空状態の定量的評価が可能となり、測定の信頼性が向上した。