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ESPion－先進型朗繆爾探針電漿診斷系統
ESPion－先進型朗繆爾探針電漿診斷系統
即時量測 Plasma Potential、Electron Temperature、Ion / Electron Density、Ion Flux 與 EEDF
Hiden ESPion 是一套專為Plasma Diagnostics、Characterisation 與 Uniformity Monitoring設計的先進型 Langmuir Probe 電漿診斷系統。
透過自動量測 Plasma I-V Characteristic，ESPion 可即時取得 Plasma Potential、Electron Temperature、Ion Density、Electron Density、Ion Flux 與 Electron Energy Distribution Function（EEDF）。
系統搭配 Hiden ESPionSoft，可進行高速資料擷取、Automatic Plasma Analysis、Pulsed Plasma Gating 與 Spatially Resolved Measurement，適合 RF、Pulsed Plasma、HiPIMS、ECR、Magnetron Sputtering 及其他低壓電漿研究。
ESPion 系統概述
利用 Langmuir Probe I-V Characteristic 直接量測電漿的電性與粒子參數。
Langmuir Probe 是低壓 Plasma Diagnostics 中重要的量測技術。探針置入 Plasma 後，系統改變 Probe Bias 並量測不同偏壓下所收集的電流，即可建立完整的 Current-Voltage Characteristic。
Hiden ESPion 將高速 I-V Acquisition 與 ESPionSoft 自動分析結合，可直接將量測結果轉換為關鍵 Plasma Parameters。
ESPion 可用於評估 Plasma Stability、Process Reproducibility、Uniformity 與 Plasma Source Characterisation，讓研究人員觀察電漿參數隨 RF Power、Pressure、Gas Composition、Pulse Timing 與 Measurement Position 的變化。
Langmuir Probe 電漿診斷原理
由 Probe Voltage Sweep 與收集電流建立 I-V Curve，再計算 Plasma Parameters。
Probe Voltage Sweep
對 Langmuir Probe 施加連續變化的 Bias Voltage，使探針在不同電位條件下收集 Plasma Charged Particles。
I-V Data Acquisition
高速量測 Probe Current 與 Voltage，取得完整 Plasma I-V Characteristic。
Plasma Parameter Analysis
ESPionSoft 利用 Plasma Analysis Model，自動計算 Potential、Temperature、Density、Ion Flux 與 EEDF。
可量測的主要電漿參數
由 I-V Characteristic 即時取得電漿的重要 Electrical 與 Particle Parameters。
Plasma Potential
分析 Plasma Potential，可評估 Plasma Stability、Sheath Behaviour、RF Plasma 與 Pulsed Plasma 狀態。
Electron Temperature
量測 Electron Temperature，協助了解 Electron Energy 與 Plasma Reaction Chemistry 的關係。
Ion Density
取得 Ion Density，用於比較不同 Power、Pressure、Gas Composition 或 Source Condition 的 Plasma Density。
Electron Density
量測 Electron Density，可研究 Plasma Generation Efficiency 與 Spatial Uniformity。
Ion Flux
取得接近材料表面的 Ion Flux，適合 Etching、Deposition 與 Plasma-Surface Interaction 研究。
EEDF
Electron Energy Distribution Function 提供電子能量分布資訊，可協助研究 Plasma Reaction Kinetics。
OML 與 ABR 電漿分析模型
ESPionSoft 內建標準 Langmuir Probe Plasma Analysis Models。
Orbital Motion Limited / Allen Boyd Reynolds
ESPionSoft 內建 Orbital Motion Limited（OML）與 Allen Boyd Reynolds（ABR）標準分析模型，用於由 Probe I-V Data 推導 Plasma Parameters。
Plasma Density、Electron Temperature、Probe Geometry 與 Sheath Condition 都會影響 Langmuir Probe 的 Interpretation，因此適當的 Plasma Analysis Model 是取得可靠量測結果的重要環節。
Passive RF Compensation 射頻補償
降低 RF Plasma Potential Oscillation 對 Langmuir Probe I-V Curve 的影響。
在 13.56 MHz 與其他 RF Plasma 系統中，Plasma Potential 會隨 RF Cycle 快速振盪。若 RF Component 直接進入 Probe Measurement Circuit，可能使 I-V Characteristic 展寬並造成 Plasma Parameter Calculation 誤差。
ESPion 採 Passive RF Compensation 與 Multi-Inductor Chain，在 Probe Measurement Circuit 與 RF Plasma 之間建立高 Blocking Impedance。
4.25 MΩ Blocking Impedance
Hiden 原廠目前列出的 ESPion RF Blocking Impedance 為約 4.25 MΩ at 13.56 MHz。
Gas-Cooled Multi-Inductor Chain 採 User-Replaceable 設計，可依不同 Plasma Frequency 需求進行調整。
Pulsed Plasma 時間解析診斷
利用 ESPionSoft Gating 研究 Plasma Ignition、Pulse-On 與 Afterglow。
在 HiPIMS、Pulsed DC、Pulsed RF、ECR 與其他 Pulsed Plasma 中，Electron Temperature、Density 與 Plasma Potential 可能在單一 Pulse 期間快速改變。
ESPionSoft 標準整合 Pulsed Plasma 所需的 Gating 功能，可將 Langmuir Probe Measurement 與外部 Plasma Pulse 同步。
研究人員可針對不同 Delay Time 或 Pulse Phase 取得 I-V Characteristic，研究 Plasma Breakdown、Pulse Development、Steady-State Region 與 Afterglow。
Automatic Z-Drive 空間解析電漿量測
自動改變 Probe Position，建立 Plasma Volume 中的 Spatial Distribution。
Spatially Resolved Plasma Characterisation
ESPion 可配置 Hiden Automatic Z-Drive，使 Langmuir Probe 沿 Plasma Volume 自動移動，在不同位置重複執行 I-V Measurement。
因此可建立 Plasma Potential、Electron Temperature、Ion Density、Electron Density 與 Ion Flux 隨空間位置改變的 Profile。
Hiden 目前列出的 Automatic Linear Drive 選項包括 300 mm、600 mm 與 915 mm。
亦可依 Chamber Geometry 配置 Interlocked Isolation Valve、90° Probe，以及 Combined Linear-Rotary Drive。
Reference Probe 低頻擾動補償
補償 Plasma Potential Shift 與 Power Supply Noise 等低頻變化。
除了 RF Oscillation，Plasma Potential 亦可能受到 Chamber Wall Condition、Power Supply Noise 與其他低頻變化影響。
ESPion Reference Probe 可補償這類 Low-Frequency Effects，提高 I-V Characteristic 與 Plasma Parameter Calculation 的穩定性。
例如 Anodised Chamber Wall Condition 改變可能造成 Plasma Potential Shift；Reference Probe 可協助降低這些變動對量測結果造成的影響。
高溫 Plasma 與 Gas-Cooled Probe 設計
Gas-Cooled Multi-Inductor Chain 支援較高 Thermal Load 的 Plasma Environment。
High-Power Plasma 或長時間 Plasma Operation 可能使 Probe Assembly 承受較高熱負載。
ESPion 可配置 Gas-Cooled Multi-Inductor Chain，以降低高溫 Plasma 對 RF Compensation Components 與 Probe Assembly 的影響。
Multi-Inductor Chain 為 User-Replaceable，可配合不同 Plasma Operating Frequency 進行調整及維護。
Self-Cleaning Probe Cycle
降低薄膜沉積於 Probe Tip 所造成的長時間量測漂移。
在 PVD、PECVD、HiPIMS、Magnetron Sputtering 與其他 Deposition Plasma 中，Probe Tip 可能逐漸被材料覆蓋，改變其 Surface Condition。
ESPion 提供 Self-Cleaning Cycle，可降低 Probe Tip Contamination，改善長時間 Plasma Monitoring 的量測穩定性與重複性。
ESPion 主要特色
高速 Langmuir Probe Measurement、RF Compensation、Pulsed Plasma 與 Spatial Mapping。
- Advanced Langmuir Probe Plasma Diagnostics
- 最高 15 I-V Scans per Second
- Plasma Potential Measurement
- Electron Temperature Measurement
- Ion Density Measurement
- Electron Density Measurement
- Ion Flux Measurement
- Electron Energy Distribution Function（EEDF）
- OML / ABR Plasma Analysis Models
- Passive RF Compensation
- 4.25 MΩ Blocking Impedance at 13.56 MHz
- Gas-Cooled Multi-Inductor Chain
- Reference Probe Compensation
- Pulsed Plasma Gating
- Automatic Z-Drive Spatial Measurement
- Self-Cleaning Probe Cycle
ESPion 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 ESPion 官方公開資料整理。
| System Type | Advanced Langmuir Probe Plasma Diagnostic System |
|---|---|
| Acquisition Rate | 最高 15 I-V Scans per Second |
| Plasma Potential | Automatic Real-Time Analysis |
| Electron Temperature | Automatic Real-Time Analysis |
| Density | Ion Density / Electron Density |
| Ion Flux | Automatic Ion Flux Analysis |
| EEDF | Electron Energy Distribution Function |
| Analysis Models | Orbital Motion Limited（OML）/ Allen Boyd Reynolds（ABR） |
| RF Compensation | Passive RF Compensation with Multi-Inductor Chain |
| Blocking Impedance | 約 4.25 MΩ at 13.56 MHz |
| High Temperature Operation | Gas-Cooled Multi-Inductor Chain |
| Reference Compensation | Reference Probe for Low-Frequency Effects |
| Pulsed Plasma | ESPionSoft Gating for Time-Resolved Measurement |
| Automatic Linear Drive | 300 mm / 600 mm / 915 mm |
| Probe Configurations | 90° Probe / Linear-Rotary Drive / Interlocked Isolation Valve Options |
| Probe Cleaning | Self-Cleaning Cycle |
| System Communication | RS232 / RS485 / Ethernet LAN |
| Software | Hiden ESPionSoft |
ESPion 典型應用
適合 Plasma Characterisation、Process Development、Pulsed Plasma 與 Uniformity Monitoring。
RF Plasma
利用 Passive RF Compensation 研究 RF Plasma 中的 Potential、Electron Temperature、Density 與 Ion Flux。
HiPIMS
研究 High Power Impulse Magnetron Sputtering Pulse 期間快速變化的 Plasma Parameters。
Magnetron Sputtering
分析 PVD Plasma Stability、Ion Flux 與製程參數對 Plasma Characteristic 的影響。
ECR Plasma
進行 Electron Cyclotron Resonance Plasma 的穩態與 Time-Resolved Langmuir Probe Diagnostics。
Pulsed Plasma
利用 ESPionSoft Gating 取得不同 Pulse Phase 的 Plasma Potential、Density 與 Electron Temperature。
Plasma Etching
研究 Process Pressure、RF Power、Gas Composition 與 Plasma Electrical Parameters 對蝕刻條件的影響。
Plasma Deposition
適用於 PVD、PECVD 與其他 Plasma-Assisted Deposition Process 的電漿穩定度與 Ion Flux 分析。
Plasma Uniformity Mapping
搭配 Automatic Z-Drive 建立 Plasma Parameters 隨空間位置變化的 Distribution Profile。
ESPion 與 Plasma Mass Spectrometry 的差異
Langmuir Probe 量測 Plasma Electrical Parameters；Mass Spectrometer 分析 Plasma Species。
ESPion 屬於 Langmuir Probe Plasma Diagnostic，主要回答「Plasma Potential、Electron Temperature、Ion / Electron Density 與 Ion Flux 是多少？」。
Hiden EQP / PSM 等 Plasma Mass Spectrometer 則主要分析 Plasma 中的 Ion、Neutral、Radical Species，以及 Ion Energy Distribution。
兩種技術具有高度互補性。ESPion 可描述 Plasma Electrical Condition，而 EQP / PSM 可進一步分析 Plasma Chemistry 與 Species Distribution。
ESPionSoft 軟體
自動 I-V Acquisition、Plasma Parameter Calculation、Pulsed Gating 與外部設備資料整合。
ESPion 系統搭配 Hiden ESPionSoft，可執行 Langmuir Probe Sweep、I-V Data Acquisition 與 Automatic Plasma Parameter Analysis。
軟體支援 Automatic、Semi-Automatic 與 Manual Analysis，可顯示 Plasma Potential、Electron Temperature、Ion / Electron Density、Ion Flux 與 EEDF。
ESPionSoft 亦提供 External I/O，可將其他 Process Instrument 的資料與 Langmuir Probe Data 整合顯示，方便比較 Power、Pressure、Gas Flow 與 Plasma Parameters 的關係。
- Automatic / Semi-Automatic / Manual Analysis
- Real-Time I-V Characteristic Display
- Plasma Potential Calculation
- Electron Temperature Calculation
- Ion / Electron Density Analysis
- Ion Flux Analysis
- EEDF Calculation
- OML / ABR Analysis Models
- Pulsed Plasma Gating
- Automatic Z-Drive Control
- External Process Data Integration
ESPion Z-Translation 示範影片
Hiden ESPion Langmuir Probe 空間解析電漿量測。
ESPion Langmuir Probe with Z-Translation
ESPion Automatic Z-Translation
恩詠有限公司－Hiden ESPion Langmuir Probe 電漿診斷系統規劃
ESPion 的實際配置需依 Plasma Type、Operating Pressure、RF Frequency、Pulse Frequency、Probe Insertion Distance、Thermal Load、Chamber Geometry、Vacuum Port 與所需 Spatial Resolution 進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的RF Plasma、ICP、HiPIMS、Magnetron Sputtering、ECR、Pulsed Plasma、Plasma Etching、Deposition、Plasma Uniformity、Electron Temperature、Density、Ion Flux、EEDF、RF Compensation 與 Automatic Z-Drive需求，協助評估適合的 Hiden ESPion Langmuir Probe 系統配置。