Plasma Emission Monitor (PEM)的分類

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Plasma Emission Monitor (PEM)有兩大主流:
(a) lens filter type(濾光片型)
(b) spectroscopic type(分光型)
(a) 濾光片型的每個頻道只能一次看一個波長，如果要看另外一個波長，就需要更換濾光片。通常此濾光片以中心波長為主，向長波與短波方向延展大約各5nm。所以，濾光片型的PEM沒有所謂的光譜解析度，濾光片能看到的是包含很寬廣的一個積分光譜區域。因為全光譜都被此濾光片濾光了，所以通過的光線強度十分微弱，因此需要一個很靈敏的偵測器來取得光線的強度資訊並加以放大成為可以分析使用的電訊號。所以，濾光型的光感應裝置包含: 一個防鍍的準直鏡頭(一根小管子，不是蜂巢)、一片濾光片、一個PMT(Photo-Multiplier Tube)光電倍增管偵測器，來把光的訊號轉成電的訊號。
(b) 分光型的每個頻道使用陣列方式的arrayed CCD分光光譜儀，可同時看到分佈在200nm-1100nm光譜範圍內的2048個光譜譜線資料，光學解析度可達1.4nm。光感應的裝置包含: 一個安裝蜂巢式的防鍍裝置的準直鏡頭、真空內部導光的石英光纖、光纖導光用的真空法蘭、外部導光的石英光纖、arrayed CCD分光光譜儀。

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Plasma Emission Monitor (PEM)有两大主流:
(a) lens filter type(滤光片型)
(b) spectroscopic type(分光型)
(a) 滤光片型的每个频道只能一次看一个波长，如果要看另外一个波长，就需要更换滤光片。通常此滤光片以中心波长为主，向长波与短波方向延展大约各5nm。所以，滤光片型的PEM没有所谓的光谱分辨率，滤光片能看到的是包含很宽广的一个积分光谱区域。因为全光谱都被此滤光片滤光了，所以通过的光线强度十分微弱，因此需要一个很灵敏的侦测器来取得光线的强度信息并加以放大成为可以分析使用的电讯号。所以，滤光型的光感应装置包含: 一个防镀的准直镜头(一根小管子，不是蜂巢)、一片滤光片、一个PMT(Photo-Multiplier Tube)光电倍增管侦测器，来把光的讯号转成电的讯号。
(b) 分光型的每个频道使用数组方式的arrayed CCD分光光谱仪，可同时看到分布在200nm-1100nm光谱范围内的2048个光谱谱线数据，光学分辨率可达1.4nm。光感应的装置包含: 一个安装蜂巢式的防镀装置的准直镜头、真空内部导光的石英光纤、光纤导光用的真空法兰、外部导光的石英光纤、arrayed CCD分光光谱仪。

How long to clean the protection device of collimator

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準直鏡頭上的蜂巢式防鍍裝置(honey comb protection device)，不是filter，防鍍裝置上的蜂巢結構，主要是靠內徑的大小來阻擋原子與分子在特殊真空壓力下進入蜂巢內管。這是根據自由平均路徑的計算得到的結果。蜂巢結構的深度(此管狀裝置的長度)正好將所有會進入到深處汙染光學鏡片(鏡頭)都擋住。根據準直徑頭擺放的位置來決定多久要清潔一次。PECVD的應用，如果擺放位置正確，可能兩到三年的使用還不需要清潔。大部分需要清潔的應用會是濺鍍(sputtering)，有些擺放位置比較接近靶材鍍膜的表面，多久需要清潔一次，很難說得準。若擺放在很近鍍膜區域而且一定會被鍍到的位置，當鍍膜製程的操作壓力高，自由平均路徑短，此時蜂巢裝置的表面很快會被鍍上一層厚厚的鍍膜，就需要經常清潔。如果操作壓力低，自由平均路徑變長，在蜂巢裝置上的鍍膜，會進入管內且表面上的鍍膜雖會增加但是增加速度較慢，此時清潔的時間間隔會拉長不會很頻繁。何時需要做清潔? 可以在EMICON軟體上加以特殊的endpoint設定，在每一個主要的monitoring tracks上都做一個lower limit的設定，一旦所有條件都達到，就可以輸出一個digital TTL signal通知需要清潔了。原理是: 蜂巢結構如果被鍍膜遮蔽，所有的監視譜線的強度會同時減弱，而不是其中的某些譜線強度減弱。因為強度的衰減是全面性的發生，所以很容易由設定的終點條件來判斷是否需要做清潔。

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准直镜头上的蜂巢式防镀装置(honey comb protection device)，不是filter，防镀装置上的蜂巢结构，主要是靠内径的大小来阻挡原子与分子在特殊真空压力下进入蜂巢内管。这是根据自由平均路径的计算得到的结果。蜂巢结构的深度(此管状装置的长度)正好将所有会进入到深处污染光学镜片(镜头)都挡住。根据准直径头摆放的位置来决定多久要清洁一次。PECVD的应用，如果摆放位置正确，可能两到三年的使用还不需要清洁。大部分需要清洁的应用会是溅镀(sputtering)，有些摆放位置比较接近靶材镀膜的表面，多久需要清洁一次，很难说得准。若摆放在很近镀膜区域而且一定会被镀到的位置，当镀膜制程的操作压力高，自由平均路径短，此时蜂巢装置的表面很快会被镀上一层厚厚的镀膜，就需要经常清洁。如果操作压力低，自由平均路径变长，在蜂巢装置上的镀膜，会进入管内且表面上的镀膜虽会增加但是增加速度较慢，此时清洁的时间间隔会拉长不会很频繁。何时需要做清洁? 可以在EMICON软件上加以特殊的endpoint设定，在每一个主要的monitoring tracks上都做一个lower limit的设定，一旦所有条件都达到，就可以输出一个digital TTL signal通知需要清洁了。原理是: 蜂巢结构如果被镀膜遮蔽，所有的监视谱线的强度会同时减弱，而不是其中的某些谱线强度减弱。因为强度的衰减是全面性的发生，所以很容易由设定的终点条件来判断是否需要做清洁。

Advanced EMICON (Emission Controller) system vs. traditional PEM (Plasma Emission Controller) system

A traditional PEM (Plasma Emission Monitor) system in charge of a closed loop control of a reactive sputtering process is well-known established in a variety of coating applications in decades.  Normally a high sensitivity PMT (Photo-Multiplier Tube) detector amplifies the light signal coming from plasma zone filtered by a narrow band-pass filter or scattered by a grating system or a monochromator.  A long narrow tube with a simple collimating lens installed in front of the filter to block the contamination to the lens from plasma particles typically is mounted very close to the plasma zone and it is suffering high temperature from plasma heating and severe coating on the surface.  Along the light path, only the spectra information filtered is able to be monitored and a disadvantage is its band width of the filter is too large for spectra analysis and the control precision is also limited due to very poor optical resolution.  Typically a good bandpass filter has CWL (Central Wavelength Length) +/- 2nm and FWHM (Full Width Half Maximum) 10+/-2nm.


An advanced spectroscopic EMICON (EMIssion CONtrol) system equips high precision linear arrayed CCD detector and some revolutionary optics along the light path from plasma zone to the detector.  Optical resolution is easily achieved in less than 1.5nm.  For some applications request higher optical resolution, a solution is available to obtain 10 times better as well.  This is really good for the study of plasma species in the process.  EMICON allows the monitoring by multiple line elements and different band spectra in the same LOS (Light-Of-Sight) simultaneously, which an user can easily tell the ratio among different ions, atoms and molecules those involved in the plasma reaction.  With the merit of broad band spectral range, the characteristics and behaviors of plasma particles participated in the plasma reaction are realized in detail.  To stabilize the plasma reaction, it is possible to establish a closed loop control with PID regression built-in function.  An Online QC can be achieved as well through easy-to-use endpoint settings on the software.