石綿(アスベスト)調査、信頼性試験､土壌分析はイビデンエンジニアリングへ

　X線光電分光法(XPS:X-ray Photoelectron Spectroscopy)は、ESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis)とも呼ばれる表面分析手法のひとつです。試料表面から数nm程度の元素組成及び化学状態(価数や結合状態)に関する情報が得られます。

　超高真空状態で、固体試料表面に軟X線(MgKα線やAlKα線)を当てると、光電効果により、表面物質中の原子に束縛されている電子は、X線のエネルギーによって真空中に飛び出します。光電効果で飛び出した電子を光電子といい、結合(束縛)エネルギーは、元素固有のエネルギーを持つため元素の定性ができます。また、化学状態の違いが、結合エネルギーのシフト(化学シフト)として現れるため、元素の価数や結合状態がわかります。

■測定方法

　一般には、ワイドスキャン分析(広いエネルギー範囲を走査)によりどんな元素が存在するかを調べます(定性分析)。ピークの面積比により元素組成がわかります(半定量分析)。次にナロースキャン分析(特定元素が現れるエネルギー範囲を高分解能で走査)して、ピーク位置(化学シフト)とピーク形状から化学状態を特定します。最後に深さ分析して、試料の深さ方向に対する、元素組成・化学状態の変化を測定します。

◆電子基板配線パターンの銅表面の変色部の分析 / ソルダーレジスト表面の分析
◆金電極表面の変色及びはんだ濡れ不良解析 / セラミック表面のシミの分析
◆黒鉛の結合状態の解析 / 樹脂表面の残留物分析 等

■Q&A

Q1:XPSは、なぜ表面数nmの分析ができるのですか？
A1:XPSは、軟X線のエネルギーによって内殻電子が飛び出す光電子を計測します。しかし、こ
　の光電子の平均自由工程(散乱・衝突などの妨害を受けることなく進むことができる距離)が
　数nmしかないため、数nm以上の深さの光電子は検出器まで届かないためです。

Q2:長所と短所を簡単に教えてください。
A2:長所⇒中和イオン銃があるため試料が絶縁性でも測定できます。また、オージェ電子分光
　(AES)よりも化学シフトによる化学状態の識別がしやすいです。
　　短所⇒高真空下での測定のため、液体、ガスの測定はできません。また、分析エリアが径
　10μmから100μm程度のため、数μm以下の微小部位の測定はできません。

Q3:どれぐらいの大きさの試料まで測定できますか。
A3:1cm×1cm×0.5cmが目安です。試料が大きすぎると測定時の真空状態の悪化につながり
　ます。

Q4:試料はどのように準備すればよいですか？
A4:指紋、ゴムやビニール手袋の成分が試料に触れないように注意願います。また、試料保管
　もチャックつきのビニール袋を用いず、アルミホイルの光沢のない面で包んでください。ビ
　ニール中の可塑剤が試料表面に転写され、測定結果に影響が出る恐れがあります。これは、
　数nm数十nmの表面分析(XPS、AES、TOF-SIMSなど)では、極めて重要です。

Q5:深さ分析はどうやって試料を削るのですか？
A5:一般的には、重イオンであるアルゴンイオン(Ar⁺)を試料に当てて、表面原子(分子)をたた
　き出す(スパッタリング現象)を利用して削ります(Ar⁺エッチング)。一方、試料へのダメー
　ジや変質、ある特定の元素が選択的にエッチングされる可能性もあるため、注意が必要で
　す。有機物には、比較的ダメージが小さいArガスクラスターイオンやカーボンクラスター
　イオン(フラーレン：C60⁺など)を用いることもあります。