当社（以下、「TRC」）は、このたび、Cr線源を搭載した最新のX線光電子分光（X-Ray Photoelectron Spectroscopy：XPS）装置であるPHI GENESIS（アルバック・ファイ社製）を導入し、本装置による分析サービスを国内受託分析機関として初めて開始しました。本装置は従来からのAl線源だけではなく、単色化したCr線源による従来比3倍の深さを変えた表面分析が可能 であり、nmオーダーの微細構造を持つ先端半導体の積層膜に対して深さ方向に多彩な表面分析がご提案できます。
現在、情報処理量の増加や移動通信技術の高速化を目指して日々開発が進められているパソコンやタブレット、スマートフォン、ディスプレイなどの中枢の半導体部品は積層構造であり、その層構成や積層膜界面の組成や化学状態(元素の価数や結合状態)のわずかな変化がデバイス性能に大きく影響を与えます。本分析により、次世代デバイスの研究・開発や課題解決に大きく貢献できることが期待されます。
TRCは、「高度な技術で社会に貢献する」という基本理念のもと、最先端の分析技術をいち早く提供し、お客様の新製品・新技術創出や製品・製造トラブルに対する高度分析による課題解決支援により、社会全体のサステナビリティ実現に貢献してまいります。


【背景】
XPSとは、光を試料表面に当てた時に発生する光電子を検出する分光法の一種であり、プローブとしてX線を用いることが特徴です。このXPSは、1960年代にウプサラ大学（スウェーデン）のKai Siegbahn教授のグループが詳細な研究成果を報告して以降、現在まで発展を遂げてきた分析手法で、彼らはこの手法をESCA（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis：XPSの別称）と名付け、物質最表面の元素の同定解析に加えて、化学シフトによる元素の結合状態や官能基の評価ができることを示し、現在では代表的な表面分析の一つとなっています。
TRC（1978年設立）においては、その前身の一つである東レ株式会社中央研究所・物性研究室時代の1974年に、AEI（Associated Electrical Industries）・国際電気社製ES-200を導入してから総計9台のXPS装置を保有し、多くの受託分析の経験とともに、最新のXPSの技術開発を継続的に進めてまいりました。今回導入を行ったCr線源（光エネルギー：5.4 KeV）のような通常のAl線源（光エネルギー：1.5 KeV）に比べてエネルギーの高いX線を用いたXPS（HAXPES：Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy）については、2000年代からSPring-8などの高輝度シンクロトロン放射光施設を利用した研究を進めてまいりました。同時に、ラボ装置によるHAXPESの技術検討も進めてきた中で、PHI GENESIS導入により、弊社ラボでの受託分析が可能となりました。


【導入装置の適用事例】
先端半導体への適用事例として、シリコン基板上に形成した半導体積層膜にCr線源XPSを用いて測定を行ったSi1s軌道*1のスペクトルを図1に示しました。このスペクトルにおいてシリコン基板由来のSi0成分が検出されており、Cr線源XPSにより積層膜全体の情報が得られていることが分かります。また、Si1sスペクトルの化学シフトの解析より、Al2O3層より下にあるSiO2層とSiN層の情報も明瞭に検出されており、非破壊分析で従来のAl線源では得られない深い領域の積層膜の化学結合状態が得られることが実証されました。