工業(yè)等離子體診斷得力助手—Hiden ESPion朗繆爾探針及等離子體質(zhì)譜儀
在半導(dǎo)體制造、薄膜沉積、材料表面處理等尖端工業(yè)領(lǐng)域，等離子體工藝的精確控制是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。如何準(zhǔn)確測(cè)量等離子體參數(shù)、分析其成分特性，***直是等離子體工藝所面臨的問題。
（工業(yè)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(zhì)量與能量分析質(zhì)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(xì)節(jié)
01 等離子體診斷 等離子體診斷的目的：工藝?yán)斫?，提高鍍膜質(zhì)量，提高產(chǎn)量，提高可重復(fù)性等。當(dāng)前的等離子診斷技術(shù)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(zhì)譜方法可以用于測(cè)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(guò)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(zhì)量與能量分析質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)診斷的基本方式之***，Hiden ESPion 高***朗繆爾探針是先進(jìn)、精確和可靠性集為***體的等離子體探針，由經(jīng)驗(yàn)豐富的科學(xué)***和主要半導(dǎo)體制造廠的的工程師們研發(fā)出來(lái)，ESPion系列尤其滿足工業(yè)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(yōu)勢(shì) 1、先進(jìn)軟件功能：配備的ESPionSoft軟件是***大亮點(diǎn)，此軟件能自動(dòng)調(diào)整搜集參數(shù)，并回返至其高***分析程序(OML-Laframboise, ABR, Druyvestyn-EEDF)計(jì)算出的等離子體參數(shù)，它能對(duì)ESPion 系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，直接提供與等離子體穩(wěn)定性和可重復(fù)性相關(guān)的信息。軟件還具備自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算多項(xiàng)等離子體參數(shù)的功能，詳細(xì)呈現(xiàn)等離子體的各項(xiàng)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(yīng)與高靈敏度: Hiden ESPion 系列是專為快速響應(yīng)和高靈敏度分析等離子體參數(shù)而設(shè)計(jì)的，能每秒進(jìn)行15次掃描，快速獲取數(shù)據(jù)，并通過(guò)D-O-E 接口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、半自動(dòng)或手動(dòng)分析，讓操作人員能及時(shí)并精確掌握等離子體的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為工藝調(diào)整提供有力支持。 3、多種探針及針尖選項(xiàng)：該系列提供了豐富的探針及針尖選項(xiàng)，可適應(yīng)廣泛的等離子體應(yīng)用場(chǎng)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(wú)論是何種復(fù)雜的工業(yè)等離子體環(huán)境，ESPion 高***朗繆爾探針都能應(yīng)對(duì)自如。 4、強(qiáng)大的射頻補(bǔ)償技術(shù)：Hiden 在被動(dòng)射頻補(bǔ)償方面處于***地位。ESPion 探針在所有商業(yè)化探針中具有***高的屏蔽阻抗（4.25Mohm at 13.56MHz cf. 100kohm），并采用了創(chuàng)新的多電感鏈技術(shù)，為射頻等離子體測(cè)量提供了可靠保障，有效減少射頻干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。 5、高溫應(yīng)用解決方案：對(duì)于高溫等離子體應(yīng)用，ESPion 探針配備了整體氣體冷卻功能，確保在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，氣體冷卻射頻補(bǔ)償鏈可由用戶自行更換，方便根據(jù)不同頻率需求進(jìn)行調(diào)諧，極大地提高了設(shè)備的靈活性和適應(yīng)性。 6、自清潔功能：軟件中內(nèi)置的自動(dòng)自清潔循環(huán)功能可有效限制探針尖端的污染，減少維護(hù)工作量，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 綜上，ESPion憑借快速響應(yīng)、高靈敏度、先進(jìn)的軟件功能、多樣化的采樣選項(xiàng)以及強(qiáng)大的抗干擾能力和自清潔功能等優(yōu)勢(shì)，在工業(yè)等離子體診斷領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能。 其部分應(yīng)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(bǔ)償 離子/電子密度 03 Hiden EQP 等離子體質(zhì)量和能量分析質(zhì)譜儀 在了解等離子質(zhì)量與能量分析質(zhì)譜儀前，我們先了解為什么將質(zhì)譜法用于等離子體診斷和表征，原因：研究等離子體沉積過(guò)程并將等離子體參數(shù)與涂層特性相關(guān)聯(lián)，并***終能夠控制沉積過(guò)程，例如金屬離化率，這對(duì)于工業(yè)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(shù)影響著涂層的質(zhì)量，我們都可通過(guò)等離子體質(zhì)量與能量分析質(zhì)譜儀直接測(cè)量得到以上所提及的參數(shù)。 （Hiden EQP 等離子體質(zhì)量與能量分析質(zhì)譜儀示意圖） 如上圖所示，EQP通過(guò)安裝法蘭插入到等離子體區(qū)域中，插入長(zhǎng)度從214mm ~ 750mm可調(diào)，可選的磁屏蔽組件和水冷系統(tǒng)滿足多樣化的等離子體測(cè)量，自帶的超高真空渦輪分子泵組使EQP的取樣壓力可達(dá)0.5mbar / 2 mbar / 20 mbar 和 1000mbar；通過(guò)離子汲取和內(nèi)部離子源，EQP可以分析正離子、負(fù)離子、自由基和中性氣體的組成、含量；EQP使用***個(gè)45°角扇形場(chǎng)能量分析器作為離子能量分析，離子通過(guò)率***，能量分辨率可達(dá)0.25Ev,能量范圍為100eV 并可擴(kuò)展至1000eV，20KeV，能量分析器后面連接三***過(guò)濾四極桿質(zhì)譜儀作為質(zhì)譜分析，檢測(cè)器為脈沖離子技術(shù)檢測(cè)器，高達(dá)107動(dòng)態(tài)范圍，質(zhì)量范圍選擇有300amu，510amu，1000amu 和2500amu，檢測(cè)限可達(dá)20ppb。在脈沖等離子體研究方面，信號(hào)控制可以通過(guò)TTL直接輸入，時(shí)間分辨率到0.1μs。 Hiden EQP 等離子體質(zhì)量與能量分析質(zhì)譜儀配備專業(yè)Windows 軟件，可以很容易地獲得、儲(chǔ)存和處理圖譜。 04 Hiden PSM 等離子體質(zhì)量和能量分析質(zhì)譜儀 Hiden PSM 等離子體質(zhì)量和能量分析質(zhì)譜儀（In-Line Plasma Analysers for Neutrals, Radicals and Ion Analysis），可用于分析等離子過(guò)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(cè)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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