產品專區
- Hiden Analytical
- Thin Films, Plasma, Surface Engineering
- 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
ESPion－先進型朗繆爾探針電漿診斷系統
即時量測 Plasma Potential、Electron Temperature、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 系統，可透過 Plasma I-V Characteristic 即時取得關鍵電漿參數。
系統搭配 Hiden ESPionSoft，可自動分析 Plasma Potential、Electron Temperature、Ion Density、Electron Density、Ion Flux 與 Electron Energy Distribution Function（EEDF），適合 RF Plasma、Pulsed Plasma、HiPIMS、ECR、Magnetron Discharge 與其他電漿研究。
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 是研究低壓 Plasma 電性特徵的重要診斷方法。探針插入電漿後改變 Probe Bias，量測不同偏壓條件下所收集的電流，即可建立完整 I-V Curve。
ESPion 透過高速資料擷取與 ESPionSoft 自動分析，將原始 I-V Characteristic 轉換為可直接使用的 Plasma Parameters。
系統可用於 Plasma Stability、Reproducibility、Process Uniformity 與 Plasma Source Characterisation，使研究者能直接觀察電漿條件隨 Power、Pressure、Gas Composition、Position 與 Pulse Timing 的變化。
可量測的主要電漿參數
由 I-V Curve 即時計算重要 Plasma Electrical Parameters。
Plasma Potential
量測 Plasma Potential 的變化，可用於觀察製程穩定性、電漿源條件及 RF / Pulsed Plasma 行為。
Electron Temperature
計算 Electron Temperature，協助研究電子能量與 Plasma Reaction Chemistry 的關聯。
Ion Density
取得 Plasma Ion Density，可用於比較不同 Power、Pressure 與 Gas Composition 下的電漿強度。
Electron Density
量測 Electron Density，分析 Plasma Generation Efficiency 與製程均勻性。
Ion Flux
分析到達表面附近的 Ion Flux，對 Etching、Deposition 與 Plasma-Surface Interaction 研究具有重要價值。
EEDF
Electron Energy Distribution Function 可提供電子能量分布資訊，協助理解 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）分析模型，用於由 Probe I-V Data 推導 Plasma Parameters。
不同 Plasma Density、Electron Temperature、Probe Geometry 與 Sheath Condition 會影響 Langmuir Probe 的資料解析，因此使用合適的 Plasma Model 是取得可靠參數的重要部分。
RF Compensation 射頻補償
降低 RF Plasma Oscillation 對 Langmuir Probe I-V Curve 的失真。
在 13.56 MHz 或其他 RF Plasma 中，Plasma Potential 會隨 RF Cycle 快速振盪。如果 Probe System 無法有效隔離 RF Component，量測到的 I-V Curve 可能產生展寬或失真。
Hiden ESPion 採用 Passive RF Compensation 與 Multi-Inductor Chain，藉由高 Blocking Impedance 降低 RF Signal 進入量測系統。
Hiden 原廠列出的 Blocking Impedance 為約 4.25 MΩ at 13.56 MHz，並提供可更換 Multi-Inductor Chain，使系統可依不同 Plasma Frequency 進行調整。
Pulsed Plasma 時間解析診斷
同步 Plasma Power Pulse，研究 Breakdown、On-Time 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 內建必要的 Gating Function，可與 External Plasma Power Supply 同步進行 Time-Resolved Measurement。
研究人員因此可分析 Plasma Ignition、Steady Pulse、Afterglow 與不同 Delay Time 的 I-V Characteristic，而非僅得到整個 Pulse 的平均結果。
Z-Drive 空間解析電漿量測
自動改變 Probe Position，建立 Plasma Volume 的 Spatial Profile。
Spatially Resolved Plasma Characterisation
ESPion 可搭配 Hiden Automatic Z-Drive，使 Langmuir Probe 沿 Plasma Volume 自動移動，在不同位置重複量測 Plasma Parameters。
藉此可建立 Electron Temperature、Ion Density、Electron Density、Plasma Potential 或 Ion Flux 隨位置變化的 Spatial Distribution。
Hiden 原廠目前列出的 Automatic Linear Drive 選項為 300 mm、600 mm 與 915 mm，並可依 Chamber Geometry 選擇 Interlocked Isolation Valve、90° Probe 或 Combined Linear-Rotary Drive 等配置。
Reference Probe 低頻擾動補償
降低 Plasma Potential Drift 與電源雜訊對量測造成的影響。
除了 RF Oscillation，Plasma Potential 也可能受到 Chamber Wall Condition、Power Supply Noise 或其他低頻變動影響。
ESPion 可使用 Reference Probe 補償這些 Low-Frequency Effects，提高 I-V Characteristic 與 Plasma Parameter Calculation 的穩定度。
例如 Anodised Chamber Wall 或製程進行中的 Wall Condition 改變，都可能造成 Plasma Potential Drift；Reference Probe 可協助降低這些變化對量測的干擾。
高溫電漿與氣冷探針設計
Gas-Cooled Multi-Inductor Chain 適合較高熱負載 Plasma Environment。
部分高功率 Plasma Process 會使 Probe Assembly 承受較高 Thermal Load。
ESPion 可配置 Gas-Cooled Multi-Inductor Chain，降低高溫 Plasma Operation 對 RF Compensation Components 與 Probe Assembly 的影響。
Multi-Inductor Chain 採 User-Replaceable 設計，可依不同 Plasma Operating Frequency 進行調整與維護。
Self-Cleaning Probe Cycle
降低 Deposition Plasma 中 Probe Tip 污染造成的量測漂移。
在 PVD、PECVD、HiPIMS 或其他 Deposition Plasma 中，Probe Tip 可能逐漸被薄膜覆蓋，造成 Probe Surface Condition 改變並影響 I-V Characteristic。
ESPionSoft 提供 Self-Cleaning Cycle，用於限制 Probe Tip Contamination，減少長時間 Plasma Monitoring 中因表面沉積造成的量測偏差。
ESPion 主要特色
高速量測、RF Compensation、Pulsed Plasma 與 Spatial Mapping 整合。
- Advanced Langmuir Probe Plasma Diagnostics
- 最高約 15 I-V Scans per Second
- Plasma Potential Measurement
- Electron Temperature Measurement
- Ion Density / Electron Density
- Ion Flux Measurement
- Electron Energy Distribution Function（EEDF）
- OML / ABR Plasma Analysis Models
- Passive RF Compensation
- 約 4.25 MΩ Blocking Impedance at 13.56 MHz
- Gas-Cooled Multi-Inductor Chain
- Reference Probe Compensation
- Pulsed Plasma Time-Resolved Gating
- Automatic Z-Drive Spatial Measurement
ESPion 系統重點規格
依 Hiden Analytical 現行 ESPion 官方資料整理。
| System Type | Advanced Langmuir Probe for Plasma Diagnostics |
|---|---|
| Acquisition Speed | 最高約 15 I-V Scans per Second |
| Plasma Parameters | Plasma Potential / Electron Temperature / Ion Density / Electron Density / Ion Flux / EEDF |
| Analysis Models | OML / ABR |
| RF Compensation | Passive RF Compensation with Multi-Inductor Chain |
| Blocking Impedance | 約 4.25 MΩ at 13.56 MHz |
| High Temperature | Gas-Cooled Multi-Inductor Configuration |
| Pulsed Plasma | ESPionSoft Gating / Time-Resolved Measurement |
| Spatial Analysis | Automatic Z-Drive Linear Translation |
| Linear Drive Options | 300 mm / 600 mm / 915 mm |
| Probe Protection | Self-Cleaning Cycle |
| Communication | USB 2.0 / RS232 / Ethernet |
| Software | ESPionSoft |
ESPion 典型應用
適合 Plasma Source Characterisation、Process Development 與 Uniformity Monitoring。
RF Plasma
利用 Passive RF Compensation 進行 ICP、CCP 與其他 RF Plasma 的 Langmuir Probe 診斷。
HiPIMS
研究 High Power Impulse Magnetron Sputtering 中高速變化的 Plasma Density、Potential 與 Electron Temperature。
Magnetron Sputtering
分析 PVD Plasma Stability、Ion Flux 與 Process Parameter 對 Plasma Characteristic 的影響。
ECR Plasma
進行 Electron Cyclotron Resonance Plasma 的時間解析與穩態 Langmuir Probe Analysis。
Pulsed Plasma
利用 ESPionSoft Gating 分析不同 Pulse Phase 的 Plasma Parameters。
Helicon Plasma
研究高密度 Plasma Source 的 Density、Electron Temperature 與空間均勻性。
DC Glow Discharge
量測 DC Plasma 中 Plasma Potential、Density 與 Electron Energy Distribution。
Plasma Uniformity Mapping
利用 Automatic Z-Drive 建立 Plasma Parameter 隨空間位置變化的 Distribution Profile。
ESPion 與 EQP / PSM 的差異
ESPion 量測 Plasma Electrical Parameters；EQP / PSM 則進行 Plasma Species Mass Spectrometry。
ESPion 是 Langmuir Probe，主要回答「Plasma 的 Electron Temperature、Density、Potential 與 Ion Flux 是多少？」。
PSM 與 EQP 則是 Plasma Sampling Mass Spectrometry 系統，主要回答「Plasma 中有哪些 Ion / Neutral / Radical Species，以及 Ion Energy Distribution 是什麼？」。
因此兩類技術並非互相取代，而是互補。對進階 Plasma Research，可使用 ESPion 取得 Plasma Electrical Parameters，再利用 EQP / PSM 分析 Plasma Chemistry 與 Ion Species。
ESPionSoft 軟體
自動取得 I-V Curve、計算 Plasma Parameters 並整合外部 Process Data。
ESPion 系統搭配 Hiden ESPionSoft，可自動執行 Langmuir Probe Sweep、I-V Data Acquisition 與 Plasma Parameter Calculation。
軟體支援 Automatic、Semi-Automatic 與 Manual Analysis，並可顯示 Plasma Potential、Electron Temperature、Density、Ion Flux 與 EEDF。
Hiden 現行 ESPionSoft 支援 Windows 10 / Windows 11，並可透過 USB 2.0、RS232 或 Ethernet 控制系統。軟體亦提供 External I/O，可將 Power、Pressure、Gas Flow 或其他設備訊號與 Langmuir Probe Data 整合顯示。
ESPion Z-Translation 示範影片
Hiden ESPion Langmuir Probe 空間解析電漿量測示範。
ESPion Langmuir Probe with Z-Translation
ESPion Automatic Z-Translation
恩詠有限公司－Hiden ESPion 電漿診斷系統規劃
ESPion 系統配置需依 Plasma Type、Operating Pressure、RF Frequency、Pulse Frequency、Probe Insertion Distance、Plasma Temperature、Chamber Geometry 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、Helicon、Pulsed Plasma、Plasma Uniformity、Electron Temperature、Density、Ion Flux、EEDF 與 Automatic Z-Drive需求，協助評估適合的 Hiden ESPion Langmuir Probe 配置。