각분해 광전자 분광법 데이터 유형, 분석 유형

1. 각분해 광전자 분광법 데이터 유형

ARXPS(Angle resolved XPS, 각분해 광전자 분광법) : 3가지 유형의 비파괴 깊이 정보를 제공

1) Relative depth plots (RDP) : 로그 비율 사용

원소별 깊이 분포 정보를 알수 있습니다.

2) 단일 및 다층 필름 두께 측정 가능

Beer-Lambert 방정식사용 I = I^∞exp(-d/λcosθ)

3) Reconstructed depth profiles(재구성된 깊이 프로파일) : 최대 엔트로피 방법 사용

1) Sample tilting(일반적인 ARXPS)

2) Parallel angle resolved XPS (PARXPS) : No tilting the sample

고체 내 전자의 유한 평균 자유 경로(finite mean free path)는 XPS 분석의 정보 깊이가 수 나노미터 정도임을 의미합니다.

물론 이것은 전자가 샘플 표면에 수직인 방향에서 감지되는 경우에만 해당합니다.

법선에 대해 어떤 각도에서 전자가 검출되면 표면 법선과 분석 방향 사이의 각도 cosθ 만큼 표면의 분석 깊이는 감소합니다. 이것은 super ultra thin film의 표면 분석에 있어서 매우 유용한 분석법 입니다.

이 방법이 유용한 이유 중 하나는 기존의 깊이 프로파일링 기술로 분석하기에는 너무 얇거나 그러한 방법으로 복구할 수 없게 손상된 필름(예: 폴리머)에 적용할 수 있다는 것입니다.

ARXPS를 사용하는 또 다른 이유는 스퍼터링 기반 방법과 달리 화학적 상태 정보를 제공할 수 있는 비파괴 기술이라는 점입니다.

ARXPS 데이터를 얻기 위해 전송 렌즈(trans lens)의 각도 수용 범위는 우수한 각도 분해능을 제공하도록 설정되며 일반적으로 반각(half angle)은 1°에서 3° 범위로 설정됩니다.

샘플 표면이 렌즈 축에 대해 기울어짐에 따라 일련의 스펙트럼이 얻어집니다.

샘플을 기울이지 않고 ARXPS 스펙트럼을 생성하는 상용 장비는 세타프로브 입니다.

이 방법은 각도 분해 데이터의 병렬 수집(parallel collection)이 가능합니다.

출력 평면에 있는 2차원 검출기는 광전자 에너지가 한 방향으로 분산되고(기존의 렌즈 분석기 배열과 마찬가지로) 다른 방향으로 분산되는 각도 분포를 갖습니다.

이러한 배열은 1°에 가까운 해상도로 60°의 각도 범위를 제공할 수 있습니다.

그래서 이 방법은 기존 샘플을 tiling 하는 방법에 비해 여러 가지 장점이 있습니다.

ⓛ 완전한 반도체 웨이퍼와 같은 매우 큰 샘플에서 ARXPS 측정을 수행할 수 있습니다.

이러한 반도체 샘플은 너무 커서 사실상 XPS 분광계 내부에서 tilting 이 불가능합니다.

② 분석 위치가 각도 범위 전체에서 일정하게 유지됩니다.

작은 면적의 XPS와 ARXPS를 결합할 때 특히 그 지점이 ecentric stage에서도 분석 지점이 틸트 축으로부터 멀리 떨어져 있는 경우에는 실험 중에 분석 지점이 고정된 상태로 유지되도록 하는 것이 어렵습니다.

병렬 수집 중에는 시료가 움직이지 않기 때문에 분석 위치가 일정하게 유지됩니다.

③ 분석 영역은 분석 중에 일정하게 유지됩니다.

렌즈 정의(Lens-defined) 적은 영역 XPS가 ARXPS와 결합 되면 샘플이 정상 위치에서 기울어짐에 따라 분석 영역이 매우 증가합니다.

소스 정의 (Source-defined) 작은 영역 분석과 병렬 수집의 조합을 사용하면 분석 영역이 각도와 무관해집니다.