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PSM－電漿離子、自由基與中性物種質量／能量分析系統
PSM－電漿離子、自由基與中性物種質量／能量分析系統
直接分析 Positive Ions、Neutral Species、Radicals 與 Ion Energy Distribution
Hiden PSM 是一套專為Plasma Diagnostics 與 Process Monitoring設計的電漿取樣四極桿質譜系統，可直接分析電漿中的正離子、中性物種與自由基。
系統整合 Ion Extraction / Exclusion Optics、Electron Impact Ioniser、Triple Filter Quadrupole Mass Analyser 與 Inline Energy Analyser，可同時研究 Plasma Chemistry、Ion Species 與 Ion Energy Distribution。
PSM 系統概述
從製程電漿物種鑑定到離子能量與自由基分析。
許多半導體、薄膜與表面工程製程均利用 Plasma 進行 Etching、Deposition、Surface Modification 與材料活化。
這些製程中的 Plasma Ions、Neutral Species 與 Radicals 會直接影響薄膜成長速率、材料組成、Etch Selectivity、Surface Damage 與製程重複性。
PSM 可直接由 Process Chamber 取樣，利用質譜分析不同 Plasma Species，並可針對特定正離子量測 Ion Energy Distribution。
因此它不只是一般 RGA，而是針對Plasma Species Identification、Reaction Chemistry 與 Process Diagnostics設計的專用分析系統。
Positive Plasma Ion Analysis
直接分析製程電漿中的正離子種類與相對訊號。
Direct Plasma Ion Sampling
PSM 的 Ion Extraction Optics 可直接將電漿中的 Positive Ions 擷取進入質譜分析器，進行 Mass Analysis。
此模式可辨識製程電漿內主要 Ion Species，協助研究不同 Gas Composition、Power、Pressure、Bias 與 Pulse Condition 下 Plasma Chemistry 的變化。
對 Plasma Etching、PVD、HiPIMS 與其他表面工程製程而言，Ion Species 往往會直接影響材料反應與表面轟擊行為。
Ion Energy Distribution 分析
除了辨識離子質量，也可分析特定 Plasma Ion 的能量分布。
PSM 內建 Inline Energy Analyser，可針對選定的 Plasma Ion 進行 Energy Analysis。
系統 Energy Range 可達約 100 eV，適合研究低壓 Plasma Process 中離子撞擊樣品表面的能量分布。
Ion Energy Distribution 對薄膜結構、Etch Damage、Ion Implantation、Surface Activation 與材料緻密度均可能產生顯著影響。
因此同時取得 Ion Mass 與 Energy Information，可比單純 Mass Spectrum 更完整地理解 Plasma-Surface Interaction。
Neutral Species 與 RGA Mode
利用內建 Electron Impact Ioniser 分析中性製程氣體、污染物與反應產物。
PSM 整合 Electron Impact Ioniser，可先將 Plasma 中的 Neutral Species 電離，再進行 Quadrupole Mass Analysis。
Ion Extraction / Exclusion Optics 可在分析中性物種時抑制原本來自 Plasma Ions 的背景訊號，因此相較一般 RGA，更適合直接取樣 Plasma Process 中的 Neutral Chemistry。
系統亦可作為 Integral RGA 使用，監測 Process Gas、Reaction Products、Chamber Contamination 與 Leak Species。
自由基與 Appearance Potential 分析
透過 Threshold Ionisation 降低母體分子碎裂對 Radical Signal 的干擾。
Radical Analysis
一般 70 eV Electron Impact Ionisation 會使許多分子產生 Fragment Ions，而這些 Fragment 可能與真正存在於 Plasma 中的 Radical Species 出現在相同 m/z。
PSM 可調整 Electron Impact Ioniser 的 Electron Energy，利用 Appearance Potential / Threshold Ionisation Mass Spectrometry 進行自由基分析。
藉由比較不同 Ionisation Energy 下訊號的出現門檻，可協助區分真正的 Radical Species 與由 Parent Molecule Fragmentation 所產生的離子。
Pulsed Plasma 與 Time-Resolved Analysis
Signal Gating 適合 HiPIMS 與其他快速脈衝電漿研究。
PSM 可選配 Programmable Signal Gating，用於 Pulsed Plasma 的時間解析研究。
在脈衝 Plasma 中，不同 Ion Species 與 Neutral Species 可能只在 Pulse 的特定時間階段形成，因此一般平均式質譜分析可能無法反映實際瞬態行為。
透過 Signal Gating，可在指定 Pulse Delay 與 Time Window 擷取質譜資料，用於研究 Plasma On-Time、Afterglow 與不同脈衝階段的 Species Evolution。
Hiden 官方資料亦提供 Integrated Time-Resolved Mode 選項，可應用於 HiPIMS 與其他 Pulsed Plasma Studies。
Differential Pumping 與 Plasma Sampling
直接連接 Process Chamber，在較高製程壓力下維持質譜所需真空條件。
PSM 採 Differentially Pumped Sampling Manifold，可直接安裝於 Plasma Process Chamber。
Sampling Orifice 位於 Probe Tip，將少量製程氣體與 Plasma Species 引入分析器，同時利用差分抽氣降低進入 Quadrupole Mass Analyser 的壓力。
依 Orifice、Pumping 與取樣配置，可因應不同 Plasma Operating Pressure，並保護質譜分析器免受過壓影響。
PSM 主要特色
正離子、能量、中性物種、自由基與 Process RGA 整合於單一系統。
- Direct Positive Plasma Ion Analysis
- Neutral Species Analysis
- Radical Analysis
- Ion Energy Distribution Measurement
- Integrated Electron Impact Ioniser
- Appearance Potential / Threshold Ionisation
- High-Sensitivity Triple Filter Quadrupole
- Mass Range Options 最高至 510 amu
- 7-Decade Pulse Ion Counting Dynamic Range
- Differentially Pumped Plasma Sampling
- Programmable Signal Gating
- Integral RGA Process Monitoring Mode
PSM 主要規格
依 Hiden Analytical PSM 官方產品與表面工程技術資料整理。
| Primary Analysis | Positive Plasma Ions / Neutral Species / Radicals |
|---|---|
| Ion Energy Analysis | Selected Positive Plasma Ion Energy Distribution |
| Energy Range | 最高約 100 eV |
| Mass Analyzer | High-Sensitivity Triple Filter Quadrupole |
| Mass Range | 依配置最高可至 510 amu |
| Detector | Pulse Ion Counting Detector |
| Dynamic Range | 7 Decades |
| Neutral Analysis | Integrated Electron Impact Ioniser |
| Radical Analysis | Appearance Potential / Threshold Ionisation Mass Spectrometry |
| Sampling | Differentially Pumped Plasma Sampling Manifold |
| Time-Resolved Analysis | Programmable Signal Gating / Pulsed Plasma Option |
| Vacuum Protection | Penning Gauge + System Interlocks |
| Communication | RS232 / RS485 / Ethernet LAN |
| Software | MASsoft Professional |
PSM 典型應用
適合研究 Plasma Chemistry、Ion Energy、Radicals 與製程反應動力學。
HiPIMS
研究 High Power Impulse Magnetron Sputtering 中 Plasma Ion Species 與脈衝時間行為。
Plasma Etching
分析 Etching Plasma 中 Ion Species、Neutral Products、Radicals 與 Process End Point。
Pulsed Plasma
利用 Signal Gating 研究不同 Pulse 時間位置的 Plasma Species 生成與衰減。
Plasma Chemistry
研究 Ion / Neutral / Radical Reaction Kinetics 與不同 Process Gas Condition 的化學變化。
Pulsed Laser Deposition
分析 Laser Ablation 產生的 Ion、Neutral Species 與瞬態 Plasma Plume。
ECR Plasma
適合 Electron Cyclotron Resonance Plasma 的 Species 與 Process Diagnostics。
Nanoparticle Plasma
研究 Plasma 中 Particle Formation、Precursor Chemistry 與相關 Gas-Phase Species。
Process Monitoring
利用 RGA Mode 監測 Process Gas、Reaction Products、Contamination 與 Vacuum Leaks。
PSM 與 EQP Series 如何選擇？
PSM 強調 Plasma Process Monitoring；EQP 則提供更完整的正負離子高階質量／能量分析。
若主要研究需求是正離子、中性物種、自由基、Process RGA 與最高約 100 eV Ion Energy Analysis，PSM 提供相對直接的 Plasma Process Diagnostics 平台。
若研究同時需要Positive / Negative Ion Analysis、更高 Ion Energy Range、Electron Attachment、超高 Mass Resolution、Cluster Analysis 或進階 Time-Resolved Plasma Research，則 EQP Series 更適合。
MASsoft Professional 軟體
Mass Spectrum、Trend、Ion Energy 與 Process Data 整合。
PSM 搭配 Hiden MASsoft Professional 軟體，可進行 Mass Scan、Multiple Ion Detection、Trend Analysis、Ion Energy Analysis 與長時間資料記錄。
系統可透過 RS232、RS485 或 Ethernet LAN 控制，並可將 Process Pressure、Power、Flow、Temperature 或其他外部訊號與 Mass Spectrometry Data 整合。
此工作流程可協助研究人員直接比較 Plasma Operating Parameters 與 Species / Energy Distribution 的變化。
恩詠有限公司－Hiden PSM 電漿診斷系統規劃
PSM 系統實際配置需依 Plasma Pressure、Process Gas、Positive Ion Species、Neutral / Radical Analysis、Ion Energy Range、Pulse Frequency、Sampling Position 與 Process Chamber Geometry 進行評估。
恩詠有限公司可依客戶的HiPIMS、Plasma Etching、PVD、Pulsed Plasma、ECR Plasma、Plasma Chemistry、Radical Analysis、Ion Energy Distribution、Process Monitoring 與 Time-Resolved Measurement需求，協助評估適合的 Hiden PSM 配置。