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XBS－MBE 多源分子束即時監測質譜系統
XBS－MBE 多源分子束即時監測質譜系統
多源 Molecular Beam 原位監測、沉積速率控制與 MBE 薄膜成長品質管理
Hiden XBS（Cross Beam Source）是一套專為分子束磊晶 MBE 與高品質薄膜沉積所設計的原位 Quadrupole Mass Spectrometry 系統，可在同一製程中監測多個 Molecular Beam Sources。
系統利用特殊 Cross-Beam Ion Source Geometry 接收不同方向的分子束，並即時輸出各 Source 的質譜訊號，協助研究人員監測 Source Stability、Beam Composition 與 Growth Rate。
XBS 系統概述
從單純真空背景監測提升至真正的多源 Molecular Beam 原位分析。
MBE 薄膜成長對 Molecular Beam Flux 的穩定度非常敏感。不同 Source 的流量、蒸發狀態或材料組成只要產生細微變化，都可能直接影響 Film Stoichiometry、Thickness、Interface 與最終薄膜品質。
Hiden XBS RC 是專為同時監測多個 Beam Sources 而設計的 Quadrupole Mass Spectrometer。其特殊 Ion Source 可從垂直於 Quadrupole Axis 的方向接受分子束，因此能在不需要將分析器直接朝向單一 Source 的情況下監測多個來源。
這種架構特別適合 MBE、Molecular Beam Studies 與需要多個蒸發源、Effusion Cell 或 Gas Source 同時工作的高真空沉積設備。
70° Cross-Beam Acceptance Geometry
特殊橫向分子束接受設計，同時對應多個 Process Chamber Source。
±35° Beam Acceptance
XBS 的核心設計是 Cross-Beam Ion Source，可於 Quadrupole 軸向的橫向平面提供總計約 70° 的 Beam Acceptance Range，相當於約 ±35°。
不同 Beam Source 對應的 Acceptance Aperture 會依實際 Process Chamber Geometry 個別配置，使分析器可針對特定 Source Position 收集分子束。
Acceptance Aperture 採可替換式 Plug-In Element 設計，因此未來 Process Chamber 或 Source Position 發生改變時，可重新設計 Aperture，而不需要更換整套 XBS Analyzer。
客製化 Beam Acceptance Aperture
依 MBE Chamber、Source Angle 與 Source Position 設計專屬分子束取樣幾何。
XBS 標準 Beam Acceptance Aperture 約為 2 mm，但實際 Aperture Configuration 會依使用者的 Process Chamber Layout 與 Molecular Beam Source Position 進行設計。
這代表系統整合時並不是單純將質譜儀安裝到任何 Vacuum Port，而是需要同步評估 Chamber Port、Source-to-Sample Geometry、Analyzer Position 與不同 Molecular Beam Path。
對具有多組 Knudsen Cell、Effusion Cell 或其他 Evaporation Sources 的 MBE 系統而言，正確的 Acceptance Geometry 是確保不同 Source Signal 能有效區分與量測的關鍵。
XBS 主要分析性能
高靈敏度、快速資料擷取與長時間穩定度，適合低沉積速率 MBE 製程。
| Analysis Technology | Cross-Beam Quadrupole Mass Spectrometry |
|---|---|
| Beam Acceptance | 70° Total Acceptance，約 ±35° Transverse to Quadrupole Axis |
| Beam Aperture | 典型約 2 mm，可依實際 MBE Chamber Geometry 客製配置 |
| Mass Range | 最高可配置至 510 amu |
| Detection Range | 約 100% 至 5 ppb |
| Molecular Beam Detection | 最低可達約 30 ions/s |
| Long-Term Stability | 24 小時 Signal Height Variation 小於 ±0.5% |
| Growth Rate Monitoring | 可監測約 1 Å/min 或更低的 Growth Rate |
| Ionisation | 支援 Soft Ionisation 與 Appearance Potential Mass Spectrometry |
| Software | Hiden MASsoft Professional |
| Communication | USB 2.0 / RS232 / Ethernet LAN |
低沉積速率即時監測
高靈敏度與快速資料擷取可用於精細薄膜 Growth Rate Control。
MBE 製程的沉積速率通常極低，因此一般 RGA 若只量測 Chamber Background，未必能有效分辨特定 Source Flux 的細微變化。
XBS 直接針對 Molecular Beam Source 進行取樣，可監測約 1 Å/min 甚至更低的薄膜成長速率。
Hiden 官方亦指出，XBS 的高靈敏度與高速資料擷取可提供足以控制約 0.01 Å/s Growth Rate 的即時訊號。
因此 XBS 不只是監測工具，也可作為 Process Control System 的 Feedback Signal Source。
高靈敏度 Molecular Beam Analysis
兼顧低濃度 Beam Species、較高質量物種與長時間沉積穩定性。
XBS 可提供由高濃度至約 5 ppb 的寬分析範圍，並可配置最高 510 amu Mass Range。
在 Molecular Beam Study 中，最低偵測能力可達約 30 ions/s，因此適合低 Flux Source、Minor Species、Source Contamination 與薄膜沉積過程中微小變化的研究。
系統同時提供高 Mass Transmission 與 Automatic Mass Scale Alignment，維持長時間 Process Monitoring 的 Mass Calibration 與 Signal Stability。
Soft Ionisation 與 Appearance Potential MS
降低分子碎裂，協助辨識 MBE Source 中的複雜 Molecular Species。
某些 MBE Source 或 Precursors 在傳統 70 eV Electron Impact Ionisation 下可能產生大量 Fragment Ions，使不同 Species 的 Mass Spectrum 互相重疊。
XBS 的 Ion Source 可調整 Ionisation Conditions，支援 Soft Ionisation 與 Appearance Potential Mass Spectrometry。
透過降低 Electron Energy，可減少部分 Fragmentation，協助判讀 Parent Molecule、Molecular Beam Species 與 Source Chemistry。
RF Pre-Filter 與抗污染設計
針對長時間薄膜沉積與 Molecular Beam Exposure 提升分析器穩定性。
MBE 與其他沉積系統中的分子束可能長時間暴露於 Mass Spectrometer，因此 Analyzer Contamination Resistance 對長時間穩定性非常重要。
XBS 採 RF-Only Pre-Filter Stage，有助於降低污染物直接影響主要 Mass Selective Quadrupole 的機會，同時維持高 Mass Transmission。
系統亦配置 UHV-Compatible Water-Cooled Shroud，使分析器更適合長時間整合於高真空或 UHV Deposition Chamber。
XBS 主要特色
專為 MBE 多源監測與 Molecular Beam Mass Spectrometry 最佳化。
- Multi-Source MBE In-Situ Monitoring
- Cross-Beam Quadrupole Mass Spectrometer
- 70° Beam Acceptance / ±35° Transverse Acceptance
- 2 mm Beam Acceptance Aperture
- 最高 510 amu Mass Range
- High Sensitivity－100% 至約 5 ppb
- 最低約 30 ions/s Molecular Beam Detection
- 可監測約 1 Å/min 或更低 Growth Rate
- 24 小時 Signal Stability < ±0.5%
- Soft Ionisation / Appearance Potential MS
- RF-Only Pre-Filter 提升抗污染能力
- UHV-Compatible Water-Cooled Shroud
XBS 典型應用
適合需要直接監測 Molecular Beam Source 而不只是 Chamber Background 的沉積研究。
MBE Molecular Beam Epitaxy
同步監測多組 Effusion Cell 或 Molecular Beam Sources，改善 Epilayer Growth Repeatability。
Growth Rate Monitoring
即時監測低至約 1 Å/min 等級的薄膜成長速率與 Source Flux Stability。
Multi-Source Deposition
監測多種材料源的相對強度與穩定性，協助控制 Compound Film Stoichiometry。
Molecular Beam Studies
直接分析 Molecular Beam Species、Flux、Composition 與 Source Behaviour。
Source Contamination
監測 Molecular Beam 中的低濃度污染物、Background Species 與 Source Condition。
Process Feedback Control
將即時 Mass Spectrometer Signal 提供給 Process Control System，用於沉積製程監控。
XBS 與一般 RGA 的差異
XBS 的重點不是單純監測 Chamber Background，而是直接監測 Molecular Beam Sources。
一般 RGA 主要量測真空腔體中的 Residual Gas Composition，可用於 Vacuum Diagnostics、Leak Detection 與 Background Monitoring。
XBS 則使用專門的 Cross-Beam Acceptance Geometry，直接針對不同 Molecular Beam Source 的方向進行取樣。
因此若研究重點是MBE Source Stability、Growth Rate、Beam Composition、多源比例與即時 Process Control，XBS 比一般 RGA 更適合。
MASsoft Professional 軟體
即時 Mass Spectrum、Trend Monitoring 與 Process Signal Integration。
XBS 搭配 Hiden MASsoft Professional 進行 Mass Spectrometer Control、Mass Scan、Multiple Ion Detection 與長時間 Trend Analysis。
MASsoft Professional 可在 Windows 10 / Windows 11 環境使用，並可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 進行儀器控制。
系統同時提供 External I/O，可將 Source Temperature、Beam Flux、Process Pressure 或其他 MBE Parameters 與 Mass Spectrometer Signal 同步記錄。
恩詠有限公司－Hiden XBS MBE 分子束監測系統規劃與整合
XBS 的分析效果與 MBE Chamber Geometry、Source Position、Beam Angle、Acceptance Aperture、Working Distance、Mass Range 與預期 Growth Rate 密切相關，因此系統配置通常需要依實際 MBE Chamber 進行幾何評估。
恩詠有限公司可依客戶的MBE Chamber 圖面、Source 數量、Source Position、Beam Angle、材料種類、預估 Growth Rate、Mass Range、Process Pressure、UHV Requirement 與 External Process Control需求，協助評估適合的 Hiden XBS 配置與安裝方式。