[论文解读] 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 3

一句话总结

本文提出了一种新颖的方法，通过测量溅射钛（Ti）表面在残留气体作用下的再污染情况，实现对分析用溅射深度剖析仪器中真空质量的监测。通过XPS追踪Ti信号强度随时间的变化，该方法能够提供一种对仪器具有特异性的、灵敏的真空状态随时间变化的评估，优于仅依赖本底压力监测的方法。

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.

研究动机与目标

• 解决仅依赖本底压力监测真空质量在超高真空（UHV）溅射深度剖析系统中的局限性。
• 开发一种更灵敏且针对特定仪器的方法，以检测长期测量过程中因残留气体吸附导致的真空性能退化。
• 实现对可能影响成分深度剖面准确性的真空系统问题的早期检测。
• 提供一种适用于任何溅射深度剖析仪器的实用且可重复的校准方法。

提出的方法

• 在XPS显微探针中，以受控条件溅射蚀刻钛（Ti）靶材表面。
• 将新鲜溅射的Ti表面暴露于腔室环境中，持续预定时间，以允许残留气体物种吸附。
• 利用XPS监测Ti 2p峰强度随时间的变化，以量化再污染水平。
• 将Ti信号强度增加的速率与真空质量相关联，以强度随时间曲线的斜率作为评估指标。
• 将再污染速率用作4年运行期间真空系统性能的实时指示参数。
• 将再污染趋势与本底压力读数进行对比，以验证该方法在长时间内的灵敏度。

实验结果

研究问题

• RQ1 在超高真空（UHV）溅射深度剖析系统中，溅射后Ti表面的再污染程度与真空质量之间存在何种关联？
• RQ2 与仅依赖本底压力监测相比，再污染测量能否更早检测到真空性能退化？
• RQ3 再污染速率是否可作为深度剖析仪器中真空系统性能的可靠且可重复的指标？
• RQ4 在真实仪器运行条件下，Ti的再污染行为在长时间内如何变化？
• RQ5 该方法是否具有普适性，可应用于其他溅射深度剖析仪器？

主要发现

• 与仅依赖本底压力相比，溅射后Ti表面的再污染速率能提供更灵敏、更具动态性的真空质量指示。
• 在长达4年的运行期间，观察到再污染速率增加与真空性能下降之间存在明确的相关性。
• 该方法在本底压力监测之前检测到真空系统性能退化，从而实现主动维护。
• 在一致的仪器条件下，再污染速率表现出稳定且可重复的特性，支持其作为校准标准的使用。
• 该技术可适用于任何溅射深度剖析仪器，无论制造商或设计如何。
• 该方法能够对每次溅射深度剖析会话的特定真空条件进行定量评估，从而提高测量的可靠性。