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半導体用語集

X線光電子分光法

英語表記：XPS: X-ray Photoelectron Spectroscopy

　エスカ（ESCA: Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）ともいう，励起に軟X線を用いた光電子分光法である。
　試料にエネルギー幅の小さい軟X線（通常はAl K線やMg K線）を照射すると，試料を構成する原子の内殻電子・外殻電子が空間に放出される。この電子を光電子という。光電子の運動エネルギーは基本的には照射X線のエネルギーと軌道電子の結合エネルギーの差に相当する。したがって，光電子の運動エネルギーを測定することにより，結合エネルギーが測定される。結合エネルギーは原子に固有なので元素分析ができる。また，結合エネルギーは様々な電子状態（たとえば化学結合状態）により変化するので，光電子の運動エネルギーのわずかな変化を精密に測定することにより，電子状態の解明ができる。
　一方．光電子の運動エネルギーは，軟X線照射（軟X線励起）の場合はeV～数100eVであり，固体試料からの脱出深さは2nm程度であるので，試料極表面の情報のみが選択的にえられることになる。さらに，軟X線照射であるので，ほとんどの試料に対して非破壊分析であること，絶縁物の分析も可能である特徴を持つ。たとえば試料最表面の酸化状態や原子層レベルの汚れ分析にも用いられる。実際の装置では，Arのような不活性ガスを試料面に照射することにより，nm単位で試料面をスパッタエッチングして，順次試料内部の分析を行うようにもなっている（デプスプロファイルという）。デプスプロファイルの手法を利用すると，nmオーダの正確な膜厚測定も可能である。
　光電子の運動エネルギーを正確に測定するため残留ガスによる光電子の散乱を防ぐためと，試料極表面の情報をえるためには二次汚染を押える必要があるので，超高真空中で測定される。この点は試料の取り扱いに注意を要する。
　X線照射のため当初は微小部の分析が困難であったが，照射X線を絞る技術や検出光電子制限視野検出法，電場・磁場レンズにより検出光電子を絞る技術，光電子のエネルギーアナライザの工夫などにより，10マイクロメートル領域の分析が可能な装置もある。以上のように，X線光電子分光法は，試料表面の成分分析や状態分析を非破壊的に行うことができる非常に広い応用分野を有し，信頼性の高い解析結果を提供する代表的表面分析法である。なお，ESCA（エスカ）の呼び方も日常的には行われているが，まったく同じ分析法である。
　半導体表面や表面近傍の界面の成分や酸化状態，電子状態の解明に非常に有効である。汚れ成分の分析にもよい感度を持つ。微小部分析やイメージングが可能な装置では，場所による状態変化を解明したり画像化することも可能である。

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