工业等离子体诊断得力助手—Hiden ESPion朗缪尔探针及等离子体质谱仪
- 2025-08-06 09:25:00
在半导体制造、薄膜沉积、材料表面处理等尖端工业领域，等离子体工艺的精确控制是决定产品质量的关键因素。如何准确测量等离子体参数、分析其成分特性，***直是等离子体工艺所面临的问题。
（工业等离子体特征示意图）
Hiden Analytical 的ESPion高***朗缪尔探针和EQP/PSM等离子体质量与能量分析质谱仪，为这***难题提供了完整的解决方案，让等离子体诊断变得清晰可控。
***诊断等离子体工艺每***细节
01 等离子体诊断 等离子体诊断的目的：工艺理解，提高镀膜质量，提高产量，提高可重复性等。当前的等离子诊断技术主要有以下： 朗缪尔探针用于等离子体密度、电子温度、等离子体电位和电子能量分布 质谱方法可以用于测量离子能量分布、平均离子能量、离子通量、气体离子化阈值。离子的种类、能量分布、工艺气体的过程变化；自由基的种类与含量。 以下我们主要介绍Hiden Analytical 的ESPion高***朗缪尔探针和EQP/PSM等离子体质量与能量分析质谱仪在等离子体诊断中的卓越性能。 02 ESPion 高***朗缪尔探针 （ESPion标准射频等离子体探针及ESPion 针尖备件） 朗缪尔探针是等离子体性质诊断的基本方式之***，Hiden ESPion 高***朗缪尔探针是先进、精确和可靠性集为***体的等离子体探针，由经验丰富的科学***和主要半导体制造厂的的工程师们研发出来，ESPion系列尤其满足工业以及科研使用者们要求快速、可信、精确的等离子体分析。 （ESPion 高***朗缪尔探针示意图） ESPion 高***朗缪尔探针优势 1、先进软件功能：配备的ESPionSoft软件是***大亮点，此软件能自动调整搜集参数，并回返至其高***分析程序(OML-Laframboise, ABR, Druyvestyn-EEDF)计算出的等离子体参数，它能对ESPion 系统进行精确控制，直接提供与等离子体稳定性和可重复性相关的信息。软件还具备自动实时计算多项等离子体参数的功能，详细呈现等离子体的各项特性，涵盖等离子体电位、悬浮电位、电子温度、电子能量分布、离子密度和离子通量等，帮助用户全面深入地了解等离子体。 2、快速响应与高灵敏度: Hiden ESPion 系列是专为快速响应和高灵敏度分析等离子体参数而设计的，能每秒进行15次扫描，快速获取数据，并通过D-O-E 接口实现自动、半自动或手动分析，让操作人员能及时并精确掌握等离子体的实时状态，为工艺调整提供有力支持。 3、多种探针及针尖选项：该系列提供了丰富的探针及针尖选项，可适应广泛的等离子体应用场景，包括电子回旋共振（ECR）、高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）、磁控管放电、螺旋微波、直流辉光放电、脉冲等离子体以及激光烧蚀等。无论是何种复杂的工业等离子体环境，ESPion 高***朗缪尔探针都能应对自如。 4、强大的射频补偿技术：Hiden 在被动射频补偿方面处于***地位。ESPion 探针在所有商业化探针中具有***高的屏蔽阻抗（4.25Mohm at 13.56MHz cf. 100kohm），并采用了创新的多电感链技术，为射频等离子体测量提供了可靠保障，有效减少射频干扰对测量结果的影响。 5、高温应用解决方案：对于高温等离子体应用，ESPion 探针配备了整体气体冷却功能，确保在高温环境下也能稳定运行。同时，气体冷却射频补偿链可由用户自行更换，方便根据不同频率需求进行调谐，极大地提高了设备的灵活性和适应性。 6、自清洁功能：软件中内置的自动自清洁循环功能可有效限制探针尖端的污染，减少维护工作量，延长设备使用寿命，保证测量结果的准确性和稳定性。 综上，ESPion凭借快速响应、高灵敏度、先进的软件功能、多样化的采样选项以及强大的抗干扰能力和自清洁功能等优势，在工业等离子体诊断领域展现出了卓越的性能。 其部分应用方向如下： 等离子体诊断 脉冲等离子体 射频等离子体 直流/高温等离子体 射频补偿 离子/电子密度 03 Hiden EQP 等离子体质量和能量分析质谱仪 在了解等离子质量与能量分析质谱仪前，我们先了解为什么将质谱法用于等离子体诊断和表征，原因：研究等离子体沉积过程并将等离子体参数与涂层特性相关联，并***终能够控制沉积过程，例如金属离化率，这对于工业等离子体研究非常重要，尤其是HIPIMS等。而离子的种类、通量及离子能量分布，中性气体种类及含量，自由基的种类与含量，这些等离子体参数影响着涂层的质量，我们都可通过等离子体质量与能量分析质谱仪直接测量得到以上所提及的参数。 （Hiden EQP 等离子体质量与能量分析质谱仪示意图） 如上图所示，EQP通过安装法兰插入到等离子体区域中，插入长度从214mm ~ 750mm可调，可选的磁屏蔽组件和水冷系统满足多样化的等离子体测量，自带的超高真空涡轮分子泵组使EQP的取样压力可达0.5mbar / 2 mbar / 20 mbar 和 1000mbar；通过离子汲取和内部离子源，EQP可以分析正离子、负离子、自由基和中性气体的组成、含量；EQP使用***个45°角扇形场能量分析器作为离子能量分析，离子通过率***，能量分辨率可达0.25Ev,能量范围为100eV 并可扩展至1000eV，20KeV，能量分析器后面连接三***过滤四极杆质谱仪作为质谱分析，检测器为脉冲离子技术检测器，高达107动态范围，质量范围选择有300amu，510amu，1000amu 和2500amu，检测限可达20ppb。在脉冲等离子体研究方面，信号控制可以通过TTL直接输入，时间分辨率到0.1μs。 Hiden EQP 等离子体质量与能量分析质谱仪配备专业Windows 软件，可以很容易地获得、储存和处理图谱。 04 Hiden PSM 等离子体质量和能量分析质谱仪 Hiden PSM 等离子体质量和能量分析质谱仪（In-Line Plasma Analysers for Neutrals, Radicals and Ion Analysis），可用于分析等离子过程中的二次离子和中性粒子。而PSM和 EQP功能类似，法兰插入深度固定为234mm，具有正离子种类与能量分布测量和中性气体分析两种模式，可用于***些固定工艺的等离子体表征。
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