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IMP-EPD－離子束蝕刻 SIMS 端點偵測與製程控制系統
IMP-EPD－離子束蝕刻 SIMS 端點偵測與製程控制系統
即時分析 Ion Beam Etching 產生的 Secondary Ions，提升 Endpoint Detection 與製程品質
Hiden IMP-EPD 是一套專為Ion Beam Etching 製程監測與 Endpoint Detection設計的差分抽氣式 Secondary Ion Mass Spectrometer。
系統可直接分析蝕刻過程中由材料表面產生的 Secondary Ions，並搭配針對製程控制所開發的軟體演算法，協助判定薄膜界面、蝕刻終點與製程狀態。
IMP-EPD 系統概述
將 SIMS 即時化學分析直接導入 Ion Beam Etch 生產與研究設備。
在 Ion Beam Etching 製程中，離子束持續移除材料表面。當不同薄膜層、介面或基材被蝕刻時，所產生 Secondary Ion Signal 會隨材料組成改變。
IMP-EPD 利用這些即時 Secondary Ion Signals 判斷目前正在蝕刻的材料，並藉由 Process-Specific Algorithms 進行 Endpoint Detection 與 Process Control。
相較僅依時間、厚度估算或單一 Optical Signal 判定終點，SIMS Endpoint Detection 可直接利用材料化學組成變化作為製程判斷依據。
Hiden 官方目前指出，IMP-EPD 已實際應用於高規格薄膜元件製程，包括Magnetic Thin Films、High Temperature Superconductors 與 III-V Semiconductors。
SIMS Endpoint Detection 原理
利用 Secondary Ion Signal 隨蝕刻深度的變化判斷材料界面與製程終點。
Ion Beam Etching
離子束持續轟擊薄膜表面，逐步移除材料並產生 Secondary Ions。
Secondary Ion Analysis
IMP-EPD 即時量測不同 Mass Channels 的 Secondary Ion Signal。
Endpoint Detection
當材料層或界面改變時，特定離子訊號產生變化，軟體據此判定蝕刻終點。
為何使用 SIMS 進行蝕刻端點偵測？
以材料化學成分直接判斷薄膜界面，而不是只依賴製程時間。
多層 Thin Film Device 可能包含數種化學組成不同、厚度極薄的材料。如果只依固定 Process Time 停止蝕刻，容易受到 Etch Rate、Film Thickness 或 Batch Variation 影響。
IMP-EPD 直接監測 Secondary Ion Signal。當蝕刻由上層材料進入下一層材料時，相關元素或材料訊號會產生明顯變化，因此可將實際材料界面作為 Endpoint 判定依據。
這種方式特別適合需要高重複性、精密薄膜厚度控制及多層材料製程的先進元件製造。
Differential Pumping 差分抽氣設計
讓高靈敏度 SIMS 分析器能整合至實際 Ion Beam Process Chamber。
Ion Beam Etching Process Chamber 的工作壓力通常高於四極桿質譜分析器理想操作壓力，因此 IMP-EPD 採用 Differential Pumping。
差分抽氣歧管在 Process Chamber 與 Mass Spectrometer 之間建立不同壓力區域，使 Secondary Ions 能傳輸至分析器，同時維持 Quadrupole Mass Filter 所需要的真空條件。
此架構也讓 IMP-EPD 可以直接安裝於製程設備，而不需要額外建立大型獨立分析腔體。
Triple Filter Quadrupole 與 Pulse Ion Counting
高靈敏度質譜分析架構，用於薄膜材料與低濃度 Secondary Ion Signal。
IMP-EPD 採用 Hiden Triple Filter Quadrupole Mass Spectrometer，可提高質量分析穩定度、離子傳輸與 Abundance Sensitivity。
標準 Mass Range 為 300 amu，搭配高靈敏度 Pulse Ion Counting Detector，可量測 Ion Beam Etching 過程中的 Secondary Ion Signals。
Triple Filter 架構亦能降低主要 Mass Filter 入口與出口 Fringe Field 對分析性能的影響，有利於長時間製程監測與重複性。
Ion Optics 與 Energy Analysis
針對製程環境中的 Secondary Ion Extraction 與傳輸最佳化。
IMP-EPD 配置專用 Ion Optics，將 Ion Beam Etching 過程中產生的 Secondary Ions 有效導入 Quadrupole Mass Analyzer。
系統亦整合 Energy Analyzer，可依離子能量條件進行分析與最佳化，降低非目標粒子及背景對質譜訊號的影響。
內建 Ioniser 亦增加系統在不同 Process Monitoring Application 中的彈性。
製程控制與設備整合
從質譜訊號延伸至 Automated Endpoint Control 與 Process Tool Communication。
IMP-EPD 並不是單純顯示 Mass Spectrum，而是針對 Ion Beam Etch Process Control 開發。
系統整合 Process-Specific Algorithms，可依實際 Ion Signal Trend 判斷 Layer Transition、Endpoint 與 Process Condition。
同時提供 Programmable DDE、Parallel Digital I/O 與 RS232 Script Communication，可將 Endpoint Result 或 Process Signal 與主製程設備整合。
這種架構可使質譜儀由「分析工具」轉變為「製程感測器」，直接參與 Ion Beam Etching 的自動控制流程。
IMP-EPD 主要特色
針對 Ion Beam Etch Endpoint Detection 與長時間製程整合設計。
- Differentially Pumped SIMS Endpoint Detector
- Ion Beam Etching Process Monitoring
- High-Sensitivity Secondary Ion Mass Spectrometry
- Pulse Ion Counting Detector
- Triple Filter Quadrupole
- 標準 300 amu Mass Range
- Ion Optics with Energy Analyzer
- Integrated Ioniser
- Penning Gauge 與 Overpressure Interlock
- Process-Specific Endpoint Algorithms
- Data System / Process Tool Integration
- Programmable DDE / Digital I/O / RS232
IMP-EPD 系統重點規格
依 Hiden IMP-EPD 現行產品定位與既有原廠技術資料整理。
| System Type | Differentially Pumped Secondary Ion Mass Spectrometer |
|---|---|
| Main Function | Ion Beam Etch Endpoint Detection / Process Control |
| Analyzed Species | Secondary Ions generated during Ion Beam Etching |
| Mass Analyzer | Hiden Triple Filter Quadrupole |
| Standard Mass Range | 300 amu |
| Detector | High-Sensitivity Pulse Ion Counting Detector |
| Vacuum Interface | Differentially Pumped Manifold for Process Chamber Integration |
| Ion Optics | Secondary Ion Extraction Optics with Energy Analyzer |
| Protection | Penning Gauge + System Interlock |
| Process Interface | DDE / Parallel Digital I/O / RS232 Script Communication |
| Long-Term Stability | 既有原廠資料列示 24 小時 Peak Height Variation < ±0.5% |
| Software | MASsoft Professional + Process-Specific Endpoint Control Algorithms |
| Instrument Control | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
IMP-EPD 典型應用
特別適合需要精確控制多層薄膜 Ion Beam Etching 的製程。
Magnetic Thin Films
應用於磁性多層薄膜與磁性元件製程，利用 Secondary Ion Signal 精確辨識不同材料層。
III-V Semiconductors
適合 GaAs、InP、GaN 與其他 III-V Semiconductor Structure 的精密蝕刻與 Layer Endpoint Detection。
High Temperature Superconductors
用於複雜多元素 Superconducting Thin Film Device 的製程監測與界面控制。
Multilayer Thin Films
監測不同材料層的 Secondary Ion Signal，精確判斷 Multilayer Interface。
Ion Beam Etching
直接整合至 IBE Process Chamber，建立即時 Endpoint Detection。
Production Process Control
透過 Digital I/O 與 Process Communication 將 SIMS Endpoint Result 整合至自動化製程設備。
何時適合使用 IMP-EPD？
當 Ion Beam Etch 的 Endpoint 必須由材料本身的化學變化判定時。
若製程只需要固定厚度移除，且 Film Thickness 與 Etch Rate 高度穩定，單純使用 Process Time 可能已足夠。
但若製程涉及多層薄膜、極薄材料層、界面控制、高價值元件或 Etch Rate 可能隨批次改變，使用 Secondary Ion Signal 直接判斷材料層轉換具有明顯優勢。
因此 IMP-EPD 特別適合要求高 Repeatability、Low Over-Etch 與穩定 Device Performance 的先進薄膜製程。
MASsoft Professional 與 Process Integration
質譜控制、即時趨勢分析與外部 Process Tool 資料整合。
IMP-EPD 搭配 Hiden MASsoft Professional，可進行 Mass Spectrometer Control、Mass Scan、Multiple Ion Monitoring、Trend Display 與 Data Logging。
Hiden 現行官方資料指出，MASsoft Professional 支援 Windows 10 / Windows 11，並可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 控制儀器。
系統亦提供 External I/O，可讀取或輸出製程設備訊號，讓 Ion Beam Etching Process Parameters 與 SIMS Endpoint Data 進行整合。
恩詠有限公司－Hiden IMP-EPD 離子束蝕刻端點偵測系統整合
IMP-EPD 的實際配置需依 Ion Beam Etch Chamber、Operating Pressure、Thin Film Stack、Target Elements、Expected Secondary Ion Signals、Process Endpoint Strategy 與 Equipment Communication Interface 進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的Ion Beam Etching 設備、薄膜材料、Layer Structure、Endpoint Species、Mass Range、Process Pressure、Chamber Port、Digital I/O、RS232 / Ethernet Communication 與 Automatic Endpoint Control需求，協助評估適合的 Hiden IMP-EPD 系統配置。