工業等離子體診斷得力助手—Hiden ESPion朗繆爾探針及等離子體質譜儀
在半導體制造、薄膜沉積、材料表面處理等尖端工業領域，等離子體工藝的精確控制是決定產品質量的關鍵因素。如何準確測量等離子體參數、分析其成分特性，***直是等離子體工藝所面臨的問題。
（工業等離子體特征示意圖）
Hiden Analytical 的ESPion高***朗繆爾探針和EQP/PSM等離子體質量與能量分析質譜儀，為這***難題提供了完整的解決方案，讓等離子體診斷變得清晰可控。
***診斷等離子體工藝每***細節
01 等離子體診斷 等離子體診斷的目的：工藝理解，提高鍍膜質量，提高產量，提高可重復性等。當前的等離子診斷技術主要有以下： 朗繆爾探針用于等離子體密度、電子溫度、等離子體電位和電子能量分布 質譜方法可以用于測量離子能量分布、平均離子能量、離子通量、氣體離子化閾值。離子的種類、能量分布、工藝氣體的過程變化；自由基的種類與含量。 以下我們主要介紹Hiden Analytical 的ESPion高***朗繆爾探針和EQP/PSM等離子體質量與能量分析質譜儀在等離子體診斷中的卓越性能。 02 ESPion 高***朗繆爾探針 （ESPion標準射頻等離子體探針及ESPion 針尖備件） 朗繆爾探針是等離子體性質診斷的基本方式之***，Hiden ESPion 高***朗繆爾探針是先進、精確和可靠性集為***體的等離子體探針，由經驗豐富的科學***和主要半導體制造廠的的工程師們研發出來，ESPion系列尤其滿足工業以及科研使用者們要求快速、可信、精確的等離子體分析。 （ESPion 高***朗繆爾探針示意圖） ESPion 高***朗繆爾探針優勢 1、先進軟件功能：配備的ESPionSoft軟件是***大亮點，此軟件能自動調整搜集參數，并回返至其高***分析程序(OML-Laframboise, ABR, Druyvestyn-EEDF)計算出的等離子體參數，它能對ESPion 系統進行精確控制，直接提供與等離子體穩定性和可重復性相關的信息。軟件還具備自動實時計算多項等離子體參數的功能，詳細呈現等離子體的各項特性，涵蓋等離子體電位、懸浮電位、電子溫度、電子能量分布、離子密度和離子通量等，幫助用戶全面深入地了解等離子體。 2、快速響應與高靈敏度: Hiden ESPion 系列是專為快速響應和高靈敏度分析等離子體參數而設計的，能每秒進行15次掃描，快速獲取數據，并通過D-O-E 接口實現自動、半自動或手動分析，讓操作人員能及時并精確掌握等離子體的實時狀態，為工藝調整提供有力支持。 3、多種探針及針尖選項：該系列提供了豐富的探針及針尖選項，可適應廣泛的等離子體應用場景，包括電子回旋共振（ECR）、高功率脈沖磁控濺射（HIPIMS）、磁控管放電、螺旋微波、直流輝光放電、脈沖等離子體以及激光燒蝕等。無論是何種復雜的工業等離子體環境，ESPion 高***朗繆爾探針都能應對自如。 4、強大的射頻補償技術：Hiden 在被動射頻補償方面處于***地位。ESPion 探針在所有商業化探針中具有***高的屏蔽阻抗（4.25Mohm at 13.56MHz cf. 100kohm），并采用了創新的多電感鏈技術，為射頻等離子體測量提供了可靠保障，有效減少射頻干擾對測量結果的影響。 5、高溫應用解決方案：對于高溫等離子體應用，ESPion 探針配備了整體氣體冷卻功能，確保在高溫環境下也能穩定運行。同時，氣體冷卻射頻補償鏈可由用戶自行更換，方便根據不同頻率需求進行調諧，極大地提高了設備的靈活性和適應性。 6、自清潔功能：軟件中內置的自動自清潔循環功能可有效限制探針尖端的污染，減少維護工作量，延長設備使用壽命，保證測量結果的準確性和穩定性。 綜上，ESPion憑借快速響應、高靈敏度、先進的軟件功能、多樣化的采樣選項以及強大的抗干擾能力和自清潔功能等優勢，在工業等離子體診斷領域展現出了卓越的性能。 其部分應用方向如下： 等離子體診斷 脈沖等離子體 射頻等離子體 直流/高溫等離子體 射頻補償 離子/電子密度 03 Hiden EQP 等離子體質量和能量分析質譜儀 在了解等離子質量與能量分析質譜儀前，我們先了解為什么將質譜法用于等離子體診斷和表征，原因：研究等離子體沉積過程并將等離子體參數與涂層特性相關聯，并***終能夠控制沉積過程，例如金屬離化率，這對于工業等離子體研究非常重要，尤其是HIPIMS等。而離子的種類、通量及離子能量分布，中性氣體種類及含量，自由基的種類與含量，這些等離子體參數影響著涂層的質量，我們都可通過等離子體質量與能量分析質譜儀直接測量得到以上所提及的參數。 （Hiden EQP 等離子體質量與能量分析質譜儀示意圖） 如上圖所示，EQP通過安裝法蘭插入到等離子體區域中，插入長度從214mm ~ 750mm可調，可選的磁屏蔽組件和水冷系統滿足多樣化的等離子體測量，自帶的超高真空渦輪分子泵組使EQP的取樣壓力可達0.5mbar / 2 mbar / 20 mbar 和 1000mbar；通過離子汲取和內部離子源，EQP可以分析正離子、負離子、自由基和中性氣體的組成、含量；EQP使用***個45°角扇形場能量分析器作為離子能量分析，離子通過率***，能量分辨率可達0.25Ev,能量范圍為100eV 并可擴展至1000eV，20KeV，能量分析器后面連接三***過濾四極桿質譜儀作為質譜分析，檢測器為脈沖離子技術檢測器，高達107動態范圍，質量范圍選擇有300amu，510amu，1000amu 和2500amu，檢測限可達20ppb。在脈沖等離子體研究方面，信號控制可以通過TTL直接輸入，時間分辨率到0.1μs。 Hiden EQP 等離子體質量與能量分析質譜儀配備專業Windows 軟件，可以很容易地獲得、儲存和處理圖譜。 04 Hiden PSM 等離子體質量和能量分析質譜儀 Hiden PSM 等離子體質量和能量分析質譜儀（In-Line Plasma Analysers for Neutrals, Radicals and Ion Analysis），可用于分析等離子過程中的二次離子和中性粒子。而PSM和 EQP功能類似，法蘭插入深度固定為234mm，具有正離子種類與能量分布測量和中性氣體分析兩種模式，可用于***些固定工藝的等離子體表征。
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