CN104062312A - 研究等离子体与材料表面相互作用的xps分析方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法及系统，其中系统包括：加载互锁腔体、等离子体放电腔体和分析腔体。加载互锁腔体用于将样品传送至等离子体放电腔体或分析腔体；等离子体放电腔体与加载互锁腔体相连，用于对样品表面进行等离子体放电处理；分析腔体与等离子体放电腔体相连，用于对处理后的样品进行表面分析。根据本发明实施例的分析系统，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

Description

研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法及系统

技术领域

本发明涉及等离子技术领域，特别涉及一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法及系统。

背景技术

在半导体工业中等离子体的XPS分析系统具有重要作用，通过XPS分析系统可以了解刻蚀的机制和工艺过程，因而对改善刻蚀的工艺具有很高的意义。

现有的分析方式由于等离子体所接触的表面所处的真空状态与XPS表面分析所要求的超高真空的状态是相互矛盾的，因此很难对等离子体所接触的表面化学物质进行分析。另外，目前商用的XPS分析设备，在对等离子体所接触的表面化学物质进行分析之前会不可避免的让其与空气接触进而改变化学物质的性质，会对分析结果产生影响。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明一方面提供一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统，该分析系统可以解决分析准确度低、可靠性差的问题。

本发明的另一方面提出一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法。

有鉴于此，本发明一方面的实施例提出一种XPS分析系统，包括：加载互锁腔体、等离子体放电腔体和分析腔体，所述加载互锁腔体用于将样品传送至所述等离子体放电腔体或所述分析腔体；所述等离子体放电腔体与所述加载互锁腔体相连，用于对所述样品表面进行等离子体放电处理；以及所述分析腔体与所述等离子体放电腔体相连，用于对处理后的所述样品进行分析。

根据本发明实施例的分析系统，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以真空高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

在本发明的一个实施例中，所述加载互锁腔体包括：样品传送杆，用于将所述样品传送至所述等离子体放电腔体或所述分析腔体；以及第一真空泵，用于抽出所述加载互锁腔体内的气体使所述加载互锁腔体进入并保持真空状态，所述真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa。

在本发明的一个实施例中，所述等离子体放电腔体包括：第一升降杆，用于调整所述样品在所述等离子体放电腔体内的位置；放电装置，用于对所述样品表面进行等离子体放电处理；第二真空泵，用于抽出所述等离子体放电腔体内的气体使所述等离子体放电腔体的本底真空保持在高真空状态，所述高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa。

在本发明的一个实施例中，所述分析腔体包括：第三真空泵，用于抽出所述分析腔体内的气体使所述分析腔体维持超高真空状态，所述超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa；第二升降杆，用于调整所述分析腔体内样品的位置；X射线发射装置，用于提供的X射线对放电处理后的所述样品进行照射；以及电子能量分析器，用于对所述X射线照射的所述样品产生的光电子能量进行分析。

在本发明的一个实施例中，所述加载互锁腔体和所述等离子体放电腔体通过第一真空阀相连，所述等离子体放电腔体与所述分析腔体通过第二真空阀相连。

在本发明的一个实施例中，所述等离子体放电腔体还包括：进气口，用于在所述放电时向所述等离子体放电腔体输入所需的放电气体，并由所述第二真空泵将所述等离子体放电腔体内的放电残留物抽走。

在本发明的一个实施例中，所述样品传送杆还用于对所述样品的分析结束后将所述样品提取出来放入其它待分析样品。

本发明另一方面的实施例提出了一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法，包括以下步骤：将样品送入加载互锁腔体内，并抽出所述加载互锁腔体内的气体以维持真空状态；通过所述加载互锁腔体和等离子体放电腔体之间的第一真空阀将所述样品传送至高真空状态下的等离子体放电腔体内；在所述等离子体放电腔体内对所述样品表面进行等离子体放电处理；通过所述等离子体放电腔体和分析腔体之间的第二真空阀将放电处理后的所述样品传送至超高真空状态下的所述分析腔体内；以及对放电处理后的所述样品进行分析。

根据本发明实施例的分析方法，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品从高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

在本发明的一个实施例中，所述对放电处理后的所述样品进行分析具体包括：通过真空泵将所述分析腔体恢复至超高真空状态；在所述超高真空状态下，对放电处理后的所述样品照射X射线；以及通过电子能量分析器对所述X射线照射下的所述样品所产生的光电子进行能谱分析。

在本发明的一个实施例中，所述真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa，所述高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa，所述超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统的结构框图；

图2为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统的整体示意图；以及

图3为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统的结构框图。如图1所示，根据本发明实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统包括：加载互锁腔体100、等离子体放电腔体300和分析腔体500。

具体地，加载互锁腔体100用于将样品传送至等离子体放电腔体或分析腔体。等离子体放电腔体300与加载互锁腔体100相连，用于对样品表面进行等离子体放电处理。分析腔体与500等离子体放电腔体300相连，用于对处理后的样品进行分析。

根据本发明实施例的分析系统，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以真空高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

X射线光电子能谱学(英文：X-ray photoelectron spectroscopy，简称XPS)是一种用于测定材料中元素构成、实验式，以及其中所含元素化学态和电子态的定量能谱技术。通过X射线照射所要分析的材料，并测量从材料表面逸出的电子的动能和数量，从而可以得到X射线光电子能谱。X射线光电子能谱技术需要在超高真空环境下进行。

图2为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统的整体示意图。如图2所示，加载互锁腔体100包括：样品传送杆110和第一真空泵130。

具体而言，样品传送杆110用于将样品传送至等离子体放电腔体300或分析腔体500。第一真空泵130用于抽出加载互锁腔体100内的气体使加载互锁腔体100进入并保持真空状态，该真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa。加载互锁腔体100和等离子体放电腔体300通过第一真空阀700相连，等离子体放电腔体300与分析腔体500通过第二真空阀900相连。

在本发明的一个实施例中，将样品放入加载互锁腔体100内，并通过第一真空泵130抽出加载互锁腔体100内维持真空腔体。开启加载互锁腔体100和等离子体放电腔体300之间的第一真空阀700，通过样品传送杆110将样品传送至等离子体放电腔体300内，并关闭第一真空泵700。

等离子体放电腔体包括：第一升降杆310、放电装置330和第二真空泵350。

具体而言，第一升降杆310用于调整样品在等离子体放电腔体300内的位置。放电装置330用于对样品表面进行等离子体放电处理。第二真空泵350用于抽出等离子体放电腔体300内的气体使等离子体放电腔体300的本底真空保持在高真空状态，气体高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa。

在本发明的一个实施例中，样品放入等离子体放电腔体300后通过第二真空泵350是等离子体放电腔体300内维持高真空状态。此时，通过在样品的位置通常被放置在与放电装置330的下电极水平的位置，只对样品的上表面接收等离子体的处理。如果样品的位置不合适可由第一升降杆310调整样品的位置。

在本发明的一个实施例中，分析腔体500包括：第三真空泵510、第二升降杆530、X射线发射装置550和电子能量分析器570。

具体地，第三真空泵510用于抽出分析腔体内的气体使分析腔体维持超高真空状态，气体超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa。第二升降杆530用于调整分析腔体内样品的位置。X射线发射装置550用于提供的X射线对放电处理后的样品进行照射。电子能量分析器570用于对X射线照射的样品产生的光电子能量进行分析。

在本发明的一个实施例中，当对样品的放电结束后，打开第一真空阀700和第二真空阀900通过样品传送杆110将等离子体放电腔体300内的放电后样品传送至分析腔体500。通过第二升降杆530调整样品的位置，并由第三真空泵510将分析腔体500内维持超高真空状态后，由X射线发射装置550发射X射线对样品进行照射。电子能量分析器570对照射时产生的电子能量和数量以分析样品。分析腔体500可以在5秒钟内恢复超高真空状态。

在本发明的一个实施例中，对样品的分析结束之后通过样品传送杆110取到加载互锁腔体100内，并关闭第一真空阀700和第二真空阀900。将加载互锁腔体100与第一真空阀700断开替换其它待分析样品，再连接到第一真空阀700以对待分析样品进行分析。在结束一个样品的分析之后，通过进气口370向等离子体放电腔体300灌入，并由第二真空泵350将等离子体放电腔体300内的放电残留物消除维持高真空状态。

根据本发明实施例的分析系统，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以真空高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

图3为根据本发明一个实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法的流程图。如图3所示，根据本发明实施例的研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法包括以下步骤：将样品送入加载互锁腔体内，并抽出加载互锁腔体内的气体以维持真空状态(步骤101)。通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体之间的第一真空阀将样品传送至高真空状态下的等离子体放电腔体内(步骤103)。在等离子体放电腔体内对样品表面进行等离子体放电处理(步骤105)。通过等离子体放电腔体和分析腔体之间的第二真空阀将放电处理后的样品传送至超高真空状态下的分析腔体内(步骤107)。对放电处理后的样品进行分析(步骤109)。

在本发明的一个实施例中，通过加载互锁腔体的传送杆将样品取出，并放入其它待分析样品。在对样品的分析结束后，消除等离子体放电体内的放电残留物维持高真空状态。

根据本发明实施例的分析方法，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以真空高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

下面通过结合附图2对本发明的各步骤进行详细说明。

在步骤101和步骤103中，将样品放入加载互锁腔体100内，并通过加载互锁腔体100内的第一真空泵130抽出加载互锁腔体100内的气体以维持真空腔体。开启加载互锁腔体100和等离子体放电腔体300之间的第一真空阀700，利用样品传送杆110将样品传送至等离子体放电腔体300内，并关闭第一真空泵700。

在步骤105和步骤107中，样品被送入高真空状态下的等离子体放电腔体300之后，可通过在样品的位置通常被放置在与放电装置330的下电极水平的位置，只对样品的上表面接收等离子体的处理。如果样品的位置不合适可由第一升降杆310调整样品的位置。在对样品进行放电处理时，可选用特定的处理工艺，其处理工艺与用户需求等因素相关。通常等离子体放电腔体300的处理工艺一般在大于1Pa(在特殊放电条件，例如存在磁场等条件下气压可以更低)的条件下进行。经等离子体放电腔体300处理后，等离子体放电腔体300通过第二真空泵350的作用下进入高真空状态，并通过第二真空阀900和传送杆110将样品送至分析腔体500。

在步骤109中，通过真空泵(即第三真空泵510)将分析腔体500恢复至超高真空状态。然后在超高真空状态下，对放电处理后的样品照射X射线。之后通过电子能量分析器570对X射线照射下的样品进行分析。

具体而言，当对样品的放电结束后，打开第一真空阀700和第二真空阀900通过样品传送杆110将等离子体放电腔体300内的放电后样品传送至分析腔体500。通过第二升降杆530调整样品的位置，并由第三真空泵510将分析腔体500内维持超高真空状态后，由X射线发射装置550发射X射线对样品进行照射。电子能量分析器570对照射是产生的电子能量和数量以分析样品。分析腔体500可以在5秒钟内恢复超高真空状态。

在本发明的一个实施例中，对样品的分析结束之后通过样品传送杆110取到加载互锁腔体100内，并关闭第一真空阀700和第二真空阀900。将加载互锁腔体100与第一真空阀700断开替换其它待分析样品，再连接到第一真空阀700以对待分析样品进行分析。在结束一个样品的分析之后，通过进气口370向等离子体放电腔体300灌入，并由第二真空泵350将等离子体放电腔体300内的放电残留物消除维持高真空状态。

在本发明的一个实施例中，真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa，高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa，超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa。

根据本发明实施例的分析方法，通过加载互锁腔体和等离子体放电腔体使样品以真空高真空状态下进入分析腔体进行分析，从而提高了分析结果的准确性和可靠性。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析系统，包括：加载互锁腔体、等离子体放电腔体和分析腔体，其特征在于，

所述加载互锁腔体用于将样品传送至所述等离子体放电腔体或所述分析腔体；

所述等离子体放电腔体与所述加载互锁腔体相连，用于对所述样品表面进行等离子体放电处理；以及

所述分析腔体与所述等离子体放电腔体相连，用于对处理后的所述样品进行分析。

2.如权利要求1所述的XPS分析系统，其特征在于，所述加载互锁腔体包括：

样品传送杆，用于将所述样品传送至所述等离子体放电腔体或所述分析腔体；以及

第一真空泵，用于抽出所述加载互锁腔体内的气体使所述加载互锁腔体进入并保持真空状态，所述真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa。

3.如权利要求1所述的XPS分析系统，其特征在于，所述等离子体放电腔体包括：

第一升降杆，用于调整所述样品在所述等离子体放电腔体内的位置；

放电装置，用于对所述样品表面进行等离子体放电处理；

第二真空泵，用于抽出所述等离子体放电腔体内的气体使所述等离子体放电腔体的本底真空保持在高真空状态，所述高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa。

4.如权利要求1所述的XPS分析系统，其特征在于，所述分析腔体包括：

第三真空泵，用于抽出所述分析腔体内的气体使所述分析腔体维持超高真空状态，所述超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa；

第二升降杆，用于调整所述分析腔体内样品的位置；

X射线发射装置，用于提供的X射线对放电处理后的所述样品进行照射；以及

电子能量分析器，用于对所述X射线照射的所述样品产生的光电子能量进行分析。

5.如权利要求1所述的XPS分析系统，其特征在于，所述加载互锁腔体和所述等离子体放电腔体通过第一真空阀相连，所述等离子体放电腔体与所述分析腔体通过第二真空阀相连。

6.如权利要求1所述的XPS分析系统，其特征在于，所述等离子体放电腔体还包括：

进气口，用于在所述放电时向所述等离子体放电腔体输入所需的放电气体，并由所述第二真空泵将所述等离子体放电腔体内的放电残留物抽走。

7.如权利要求2所述的XPS分析系统，其特征在于，所述样品传送杆还用于对所述样品的分析结束后将所述样品提取出来放入其它待分析样品。

8.一种研究等离子体与材料表面相互作用的XPS分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

将样品送入加载互锁腔体内，并抽出所述加载互锁腔体内的气体以维持真空状态；

通过所述加载互锁腔体和等离子体放电腔体之间的第一真空阀将所述样品传送至高真空状态下的等离子体放电腔体内；

在所述等离子体放电腔体内对所述样品表面进行等离子体放电处理；

通过所述等离子体放电腔体和分析腔体之间的第二真空阀将放电处理后的所述样品传送至超高真空状态下的所述分析腔体内；以及

对放电处理后的所述样品进行分析。

9.如权利要求8所述的XPS分析方法，其特征在于，所述对放电处理后的所述样品进行分析具体包括：

通过真空泵将所述分析腔体恢复至超高真空状态；

在所述超高真空状态下，对放电处理后的所述样品照射X射线；以及

通过电子能量分析器对所述X射线照射下的所述样品所产生的光电子进行能谱分析。

10.如权利要求8所述的XPS分析方法，其特征在于，所述真空状态的压强为10^-5Pa-10Pa，所述高真空状态的压强为10^-6Pa-10^-4Pa，所述超高真空状态的压强为10^-8Pa-10^-7Pa。