Analyse des Plasmas Atmosphériques

Par AZoNano

Table des matières

Introduction
Matériel
Analyse de Gaz
Caractérisation de Plasma
Conclusions
Au Sujet de Hiden Analytique

Introduction

Un système de prise de Hiden HPR-60 avec un EQP 1000 séries d'outil d'analyseur de masse a été employé pour l'analyse atmosphérique de plasma. Cette prise particulière d'échantillonnage a été conçue afin de pénétrer la cavité de plasma et activer la mesure sensible du plasma à jusqu'à la pression atmosphérique. Pour réduire à un minimum la pression d'atmosphérique de mesurer des pressions compatibles, un système de trois cônes avec de petits orifices a été utilisé pour diviser la prise en trois stades. Chaque stade a été pompé séparé. MASsoft a été employé pour recueillir des données au sujet des substances neutres, positives et négatives par les modes disponibles par le logiciel de gestion de MASsoft.

Matériel

Le système de prise de Hiden HPR-60 est une poutre moléculaire échantillonnant le spectromètre de masse. Ceci est développé pour l'échantillonnage de processus précis pour des applications telles que gravure à l'eau forte et dépôt de plasma, déposition en phase vapeur, atmosphériques ou groupe la recherche, les études de combustion et de nanoparticle et les réacteurs de flux. Dans un certain nombre d'applications, la pression de processus doit être réduite pour être compatible à la pression de fonctionnement du spectromètre de masse quadripolaire. Ceci peut être réalisé par un design, comme sur le Schéma 1.

Le Schéma 1. Schéma du système d'échantillonnage de prise avec des tailles d'orifice et des emplacements de pompage.

La partie de échantillon comporte plusieurs cavités séparées par des orifices. Chaque cavité est pompée séparé pour obtenir une chute de pression séquentielle de la zone de échantillon par les cavités à l'outil. Tandis Que l'utilisation d'une combinaison optima des tailles d'orifice et le pompage des tarifs, échantillonnant peuvent être exécutés aux pressions atmosphériques sans exposer l'outil à la surpression. La chute de pression permet à l'échantillon de rester comme poutre logique, réduisant des collisions entre l'échantillon et les gaz de mouvement propre et éliminant des interactions avec des surfaces, améliorant l'exactitude considérablement. Les orifices peuvent être inversés et influenceront le foyer de modulation et de poutre. L'efficience de pompage est maximisée par ce design.

Dans cette application particulière, le spectromètre de masse sélecté pour ce système de prise était le Hiden EQP-1000. C'est un analyseur combiné d'énergie de zone du secteur 45° et un spectromètre de masse avec les tiges quadripolaires de 9mm. Les options de masse de domaine peuvent être choisies de 300, 510, 1000, l'amu 2500, fournissant la meilleure performance à l'application à la recherche appropriée. Le filtre triple est ajusté comme normal, augmentant l'exactitude, la sensibilité et la discrimination de masse.

Analyse de Gaz

Le gaz d'Argon a été employé pour évaluer le mode résiduel d'analyse (RGA) de gaz du logiciel. Pendant Que le gaz traverse les trois stades, il refroidit rapidement et des dimerises. Par Conséquent le signe analysé est l'amu2 de l'AR 80 maximal, qui peut être vu sur le Schéma 2. Même pour cette substance faible de concentration, il peut de manière dégagée observer que les tarifs de compte étaient chronique plus de 50.000 comptes par seconde.

Le Schéma 2. Échographie pour le gaz de l'AR, mode de RGA.

Le cadrage de poutre moléculaire a été évalué comme bon depuis le niveau de base ordinaire, équivalent à la poutre être "OFF" était à un niveau des comptes par seconde. Habituellement, ce sera avec la crête de l'AR 40 la plus intense pour examiner la quantité de dimérisation. Cependant, cette crête était trop forte pour la mesure. Par Conséquent l'AR 36 secondaire font une pointe a été mesurée à un niveau approximativement de 0,3% de cela de la crête de l'AR 40. Les taux prévus sont récapitulés dans le Tableau 1. Les échographies sont vues dans les Figures 3a et 3b.

Taux Prévus du Tableau 1. pour des substances de l'AR.

Emplacement de Pompe

SEM/Comptes s-1 Taux vers l'AR 80
L'AR 80
53.000
1 : 1
L'AR 36 (0,3%)
2,1 x 106
40 : 1
L'AR 40 (100%)
7,0 x 108 (extrapolé)
13.207 : 1

Figure 3a. Échographie De Masse pour Ar36, mode de RGA. 
Figure 3b. Échographie De Masse pour Ar80, mode de RGA.

Par Conséquent la quantité de dimérisation et de la sensibilité de poutre à ces petits niveaux des substances a été prévue. En Grande Partie, seulement de plus petites substances sont mesurées utilisant l'outil. Cependant, des substances de la masse plus élevée sont également vérifiées. Pour tester la sensibilité de la masse élevée de l'outil, le signe d'un échantillon du heptacosafluorotributylamine, PFBTA (FORCE MIXTE DE L'OTAN1227), a été mesuré. C'est un grand composé avec une crête forte de la masse 219, qui peut être vue dans l'échographie de masse en mode de RGA vu sur le Schéma 4. La crête est de manière dégagée vue, expliquant que l'étalonnage de masse de l'outil s'étend jusqu'aux masses plus élevées.

Le Schéma 4. échographie De Masse pour PFBTA, mode de RGA.

Pour tester les limites de détection de l'outil, de l'air a été échantillonné. Les niveaux du krypton, du Kr, et du Xénon, Xe, ont été extraits en recherchant leurs crêtes principales, à la masse 84 et 132 respectivement. Les deux résultats d'échographie peuvent être vus dans les Figures 5a et 5b.

Figure 5a. Échographie De Masse pour Xe, mode de RGA.

Figure 5b. Échographie De Masse pour le Kr, mode de RGA.

De Nouveau les tarifs de comptes offrent un signe de la concentration en air. Ce sont 700 et 2300, environ correspondant aux raretés en air atmosphérique normal de 1 pages par minute et de 87 pages par minute respectivement, après que la sensibilité relative de l'outil de masse ait été tenue compte.

L'énergie de connexion d'électron a été également mesurée NON2 en mode négatif de l'ion RGA. L'échographie est vue sur le Schéma 6 avec le signe le plus intense pour les ions négatifs de l'oxygène, la masse 16, qui est une source de cet ion.

Le Schéma 6. échographie de connexion d'Électron pour le mode de RGA.

Caractérisation de Plasma

Pour utiliser la capacité d'analyse d'ion de l'outil, l'échantillon a été changé du gaz neutre en plasma. Pour cette expérience « le plasma atmosphérique » a été produit sous forme de flamme de propane. L'extrémité de la flamme a été positionnée près du premier orifice de cône pour l'échantillonnage optimal. Les tensions de polarisation ont été réglées sur les cônes et les relevés de pression pris. Ces conditions réglées pour l'instrument sont récapitulées dans le Tableau 2.

Les Conditions du Tableau 2. pour le gaz de l'AR expérimentent.

Stade Diamètre/millimètre Polarisation/V Le Relevé/Torr de Pression
Échantillon
--
--
9,0 x 10-1 (atmosphères.)
Orifice 1
0,1
+30
7,5 x 10-1
Orifice 2
0,4
-6
4,9 x 10-4
Orifice 3
0,6
-30
2,0 x 10-7

Les tensions ont été réglées pour obtenir la poutre exigée par la prise de cône, permise l'analyse détaillée. L'Optimisation des tensions augmente l'effet d'accélération de la chute de pression et assure le bon foyer sur la source.

Les Figures 7a et 7b affiche les données de masse et les données d'énergie respectivement, obtenu à partir de l'outil dans le mode positif de l'ion SIMS. Par Conséquent seulement des ions sont produits dans le plasma et sont transportés en bas du chemin de poutre moléculaire s'analyseront.

Figure 6a. Échographie De Masse pour le plasma atmosphérique.  
Figure 6b. Échographie d'Énergie d'Ion de plasma atmosphérique.

La Figure 7a affiche de manière dégagée la crête de la masse 19. Les tarifs de compte de 18.000 suggèrent le bon foyer le long du chemin de poutre moléculaire. D'Autres crêtes sont à un plus petit niveau, mais résolu du bruit. La Figure montux de 6b l'énergie est centrée à volts zéro avec une crête de 15.000 comptes par seconde. Les caractéristiques du plasma sont pour cette raison définies.

Conclusions

L'outil fonctionne en tous les modes nécessaires de RGA trouvant des substances positives, neutres et négatives. En Outre, le système de prise permet aux ions secondaires du plasma de s'analyser à jusqu'au niveau atmosphérique. Également le potentiel d'aspect, les énergies d'ion et toute autre caractéristique de plasma peuvent être étudiés. Aussi bien que réduire la pression par les stades du système de prise, les trois cônes peuvent avoir différents potentiels appliqués à eux. Cette caractéristique technique est utile pour des études de poutre.

Au Sujet de Hiden Analytique

Hiden Analytique est un premier constructeur de spectromètres de masse quadripolaires pour la recherche et pour l'ingénierie de procédés. Leurs produits Nos produits adressent un éventail varié d'applications comprenant :

  • Analyse de gaz de Précision
  • Diagnoses du plasma par la mesure directe des énergies d'ions et d'ion de plasma
  • Sondes de SIMS pour la science de surface d'UHV
  • Quantification de performance de Catalyse
  • Études Thermogravimétriques

Ces instruments analytiques sont conçus pour fonctionner sur un domaine de pression s'étendant de 30 procédés de barre vers le bas à UHV/XHV.

Cette information a été originaire, révisée et adaptée des matériaux fournis par Hiden Analytique.

Pour plus d'informations sur cette source, visitez s'il vous plaît Hiden Analytique.

Date Added: Jan 21, 2012 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 09:18

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