不純物分析
組成分析
- RBS/HFS/PIXE/NRA (ラザフォード後方散乱分析/水素前方散乱分析/粒子励起X線分析/核反応分析)
- XPS/ESCA (X線光電子分光分析)
- TEM-EDS (透過型電子顕微鏡)
- SEM-EDS (走査型電子顕微鏡)
- XRR (X線反射率測定)
- AES, 300mm wafer AES (オージェ電子分光分析)
形態観察 / 構造解析
ORS社分析サービス
RBS/HFS/PIXE/NRA (ラザフォード後方散乱分析/水素前方散乱分析/粒子励起X線分析/核反応分析)
RBS
特徴: 定量分析に標準試料なしで絶対定量が可能
| 定量分析 | 検出感度 | 化学結合状態 | 破壊測定 | 空間分解能/ビーム径 | 深さ分解能 |
|---|---|---|---|---|---|
| Yes | 0.001- 10at% | No | No（非破壊） | 1mm | 5-20nm |
加速粒子分析技術
- RBS：Rutherford Backscattering Spectrometry（ラザフォード後方散乱分析）
- HFS：Hydrogen Forward Scattering（水素前方散乱分析）
- PIXE：Particle Induced X-ray Emission（粒子励起X線分析）
- NRA：Nuclear Reaction Analysis（核反応分析）
装置構成
- He+ 、He2+などの軽いイオンを、数MeVのエネルギーに加速し、分析磁場を通すことで、イオン種とエネルギーをそろえて、試料表面に照射する
- RBSの通常の条件では、2.2 MeVの He2+ イオンが使用される
高加速（MeV）イオンビームプロセス
■ 元素同定の方法
- 内殻電子エネルギー準位
- 質量
- 原子核エネルギー準位
RBSの基礎と原理
■ RBS分析の特徴
He+、He2+のような軽いイオンをMeV程度の高エネルギーに加速し試料に照射する事で、固体中の原子核によりラザフォード後方散乱されたイオンのエネルギーを検出する
- 非破壊で深さ方向の組成分析が可能
- 結晶性評価が可能
- 絶対定量が可能
構成原子の物理量（散乱確率）がほぼ完全に分かっているため、標準試料による構成が不要
RBS 検出機のレイアウト
2つの検出機を用いて同時にデータを測定可能
エネルギー損失の原理
試料表面および内部での衝突について
元素の散乱率とエネルギー
RBSデータの解説
- Channel numberは後方散乱エネルギーに対応する
- 表層は右側（高エネルギー側）であり、低エネルギー側ほど試料中の深い情報を示す
- 重い元素ほど、単位濃度あたりのピークが大きくなる
膜厚に対する膜密度の影響
- RBS分析の基本単位は（atoms/cm2）
- Density x thickness = atoms/cm2 = ρ
- RBS測定のみで膜厚を計算するためには、膜密度を仮定する必要がある
- 膜厚がTEM, SEM, profilometryなどにより、すでに得られている場合、膜密度を求める事が可能である
Grazing angle Detectorの併用
- 元素は試料から深さ方向に対して最小のエネルギー損失で直接後方側へ散乱する
- 試料表層より浅い方向に散乱した元素は、深さに対して大きなエネルギーを損失する
- この差を用いて、RBSの深さ分解能を向上させることが可能である
- また、一つの散乱方向より得たデータの不確かさを補う事が可能である
HFS
■ HFSの原理
He はHより重いため 、Hに対するHeの後方散乱は生じない
Hは弾性的な反跳により前方に散乱される
■ HFS検出機のレイアウト
SiN薄膜のRBS/HFS 分析例
NRA
■ NRA分析の特徴
RBS分析では、入射粒子の運動エネルギーが低いため、標的原子のクーロン斥力により原子核内に入りこむ事はできない（ラザフォード散乱）。
NRA分析では、クーロン障壁越えたエネルギーの粒子を照射し、原子核内の核反応によって放出されるγ線をも含めた粒子のエネルギーと強度を測定する。
重元素とは核反応が生じないため、重元素中の軽元素を高感度で測定可能（B、C、N、O etc..）
TiO2膜のRBS/NRA 分析例
PIXE
■ PIXE分析の特徴
PIXE分析では、加速されたイオン（He＋ etc..)によって、標的原子の内殻電子が電離されると、同一原子の外殻電子が遷移する。その過程に中に軌道間のエネルギーの差に対応した特性X線、もしくはオージェ電子が放出される。PIXE分析では、特性X線を測定する事により元素を分析する。
Na ～Uまでの元素を高感度に分析が可能
Steel膜のRBS/PIXE 分析例
RBSによる結晶性評価
