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XPS概要説明
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XPS概要説明
XPSの仕組み
X線
e-
e-
サンプル
分解能: >10mm
X-ray Photoelectron Spectroscopy: X線光電子分光法
・真空中でサンプルにX線ビームを照射し、表面から飛び出た電子を検出（電子のエネルギーを測定することで「結合エネルギー」がわかり、元素の種類がわかる）
真空中検出X線銃半球型電子分光器
真空チャンバ
XPSの仕組み：概要説明文
X-ray Photoelectron Spectroscopy: X線光電子分光法
（または Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）
・XPSとは、試料表面にX線ビームを照射し、光電効果によって飛び出してきた電
子のエネルギーを測定することで、試料表面の元素分析を行う手法です。
・表面数nmの元素情報を選択的に取得できるため、電極のはんだ濡れ不良や変色
などの、表面に関連する不具合原因の特定に有効です。
・化学シフト（結合状態）の分析が特徴で、他の元素分析手法では得ることが困
難な、酸化物の価数（FeO/Fe2O3、CuO/Cu2Oの分離など）などの化学結合に関す
る情報が得られます。
XPSのおもな特徴まとめ
・サンプル最表面から数nmの領域の元素分析を行う
・周期表でLi～Uの全元素を検出可能
・Ar+イオンスパッタを併用することで、深さ方向の分析も可能。
・面内分解能は最小10um程度。10um程度の大きさの異物が分析可能。
・XPSはSEMやAESと異なり導電処理が不要。基板上の電極など、ホルダと導通の取れない箇所もそのまま測定可能。
サンプルに関して
・装置へ導入可能なサンプルサイズは面内60mmφ, 厚み8mmまで。それ以上の場合は、測定箇所を含むように切断して測定。
金電極のはんだ濡れ不良解析
XPS表面分析結果の比較
・初期サンプルでは、電極表面にはんだが濡れ広がるが
環境試験後のサンプルでは、はんだが塗れ広がらずはじかれている
（はんだ濡れ不良を再現）
・両者とも、サンプル表面の見た目には大きな差はない。→XPS分析
初期サンプル 環境試験後サンプル
XPS表面分析とXPS深さ分析
Au
Ni
e-
X-ray
Ni
e-
Ar+
X-ray
表面分析：
サンプル最表面にX線を照射し
元素分析を行う、最も基本的な分析
深さ分析：
アルゴンイオンによるスパッタと
表面分析を交互に行うことで
深さ方向の情報が得られる
XPS表面分析結果の比較
・環境試験後のサンプルでは、最表面においてAuのピークが弱くなり
初期サンプルでは見られなかったNiのピークが現れている。
XPS深さ分析結果（環境試験後サンプル）
・環境試験後のサンプルでは、NiがAu層を拡散して表面に析出し酸化膜を形成。
・なおこのとき、Pは拡散せず、Au/Ni界面にとどまっている。
Auめっき層 Niめっき層NiOx
XPS深さ分析の応用：特定の層のみを除去
深さ分析（スパッタしながら元素信号を取得）を逆に利用し
元素信号を観察しながらスパッタを行い、Au層が現れた段階でスパッタを停止
*任意の層（nmオーダー）の選択除去が行える
Au
Ni
NiOx
e-
X-ray
Ar+
Au
Ni
e-
X-ray
Ni酸化膜選択除去とはんだ濡れ性の回復
Au
Ni
NiOx
Au
Ni
Au
Ni
初期サンプル 環境試験後サンプル 表面層除去サンプル
表面のNi酸化膜を取り除くとはんだ濡れ性が回復！→Ni酸化膜が濡れ不良の原因
→XPS分析を活用することで基板実装不良の原因を特定！
電極上の微小異物解析
X線走査面積は最小10umまで絞れます
サンプル
走査型電子銃
Alアノード（X線: AlKa線源）
クリスタルモノクロメータ
アナライザ
最小10um
X線源への
励起電子ビームを絞る
ことで、X線ビームを
最小10mmfまで
絞ることが可能。
（面内分解能～10mm）
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
0200400600800100012001400
Binding Energy (eV)
c/s
C1s
Au4f5/7
Ni2p3
NiLMM
Au4d3/5
電極上微小異物の評価事例（Au上C/Ni）
・電極上の異物（最小10um程度）の成分を評価可能。（この事例ではAu電極領域に形成された10um角の異物の組成を評価。青はNi、桃はC）
Au
Ni
e-Ni(10umx10um)
C(10umx10um)
X-ray
金属酸化膜の評価
FE-SEMのデータ（Fe酸化膜の断面観察）EDS-O
EDS-Fe
・酸化物のおよその厚みはわかるが、組成は不明。
XPS深さ分析（O1s強度）
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
45000
50000
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
強度
(c/s
)
スパッタ深さ（SiO2換算 nm)
O1s
強度半値
酸化膜厚み：～84nm
・XPS深さプロファイルのO1s強度より、酸化膜厚は84nmと評価された。（FE-SEMでの観察結果と近い値）*100mmfの平均情報
XPS深さ分析（Fe2p3ピーク）
・Fe2p3ピークの位置により酸化膜はFe2O3であることがわかる。
（FeOはピーク位置が異なる）
・他にも多くの金属酸化膜（Al, Fe, Ni, Cu, Sn 等）に対応可
