新一代的OES (EMICON)在等离子工艺应用上的重要性

回顾等离子工艺使用OES (Optical Emission Spectroscopy)的历史,早在1980年代,已有不少大型的玻璃工业尝试使用OES来协助等离子工艺在量化生产的稳定性,同时,也利用OES的特殊性能开发等离子工艺能够使用的新材料。1990年初期,OES著名的代表产品称为PEM (Plasma Emission Monitor)正式在生产大楼帷幕玻璃的等离子溅射流水线上使用,从single Low-e的能源玻璃进化到更具节能效果的double Low-e规范,到了1990年末期,更应用在平面显示器的镀膜工艺上。在2000年以前发展的PEM,多半采用 窄通滤光器 NBPF (Narrow Band-Passed Filter)搭配一个极为灵敏的 光电倍增管 PMT (Photo Multiplier Tube),透过一套单晶片的处理器计算侦测讯号强度与内部设定强度的差异,将差异值输出到控制反应气体的流量单元: 早期使用的多半是一个 流量计 (flow meter)搭载一颗 压电陶瓷阀 PZT  (Lead zirconate titanate: Pb[ZrxTi1-x]O3 0≤x≤1) valve,反应气体的流量经过变化,再次侦测等离子的强度,不断用回路的方式进行修正,让实际侦测的强度趋近内部设定值。为了稳定PEM的控制,PID计算的控制器也成为PEM Closed Loop Control (PEM闭锁回路控制)中很重要的一个角色。由于等离子工艺进步迅速,加上应用市场快速开发,对于镀膜的质量要求越来越严苛。不仅镀膜的质量在同质性(homogeniety: 镀膜期间随著厚度增加时的质量均匀性)的要求增高,同时对镀膜速率的提升也有很大的期许。

SpecLine分析等离子光谱的结果 (感谢德国PLASUS公司提供图片)

因此,2000年开始,新一代的PEM (EMICON: EMISSION CONTROLLER) 不再使用频宽不够精密的窄通滤光器,改用线性的电荷耦合器件CCD,大幅提升光谱的分辨率(resolution),不但谱线的位置准确,也因为光谱的分辨率提升,把主要用来监控的原子谱线与旁边夹杂的其他杂讯可以轻易地分离,让控制的范围加大且大幅改善控制的精度。这十年在分光仪的工艺上有长足的进步,不仅光谱的分辨率越来越好,也改善CCD的感光度,这些进步的优点,也替新一代的PEM EMICON打开更多应用的市场。虽然新一代的PEM EMICON在价格上较旧型的PEM贵了许多,但不可抹灭的,新一代的PEM EMICON提供更多更精准的性能让生产与研发有更好的信赖度与发展空间。长期使用的成本估算却是远较旧型要节省不少,最重要的是能够让生产线稳定,增加产能也增加营收。

现今,热门的应用如:大气等离子、大楼帷幕玻璃、平面显示器的生产、触摸屏生产、微机电、太阳能电池、半导体、装饰镀膜、超硬膜与光学镀膜都必须搭載新一代的PEM EMICON,来保障生产的稳定与信赖。

以下是新一代PEM EMICON在等离子工艺中不可或缺的几项重要特徵:

  1. 在过渡区域(hysteresis region)能快速有效地稳定在设定点
  2. 可提高镀膜速率(deposition rate)
  3. 可做线上的质量管理(online QC)
磁滞曲线

对于等离子工艺系统(或设备)商而言,新一代的PEM EMICON不但能够提升等离子工艺研发的能力,更可以建立自我的等离子工艺资料库,大幅缩短在客户端装机验收的时间,也能够提供客户快速的检修服务。特别是溅射的流水线(inline sputter coater)与批量型的生产机台(batch type),十分适用。除了等离子工艺的研发,同时也兼具等离子工艺系统(或设备)的除错功能,让设备商有能力自我改善设备的设计,让性能与稳定性提升。

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