Plasma Circus

进行等离子溅射镀膜工艺时，有三项宝物是不可或缺的。 等离子工艺监控器 (plasma monitor and process controller) 脉冲式直流电源 (pulsed DC power supply) 或是 中频交流电源 (MF AC power supply) 磁控溅射靶 (magnetron sputtering source) 或称 阴极靶 (cathode source) 第1项的等离子工艺监控器主要负责镀膜的质量与镀率的稳定。

繁體版 這是個在使用PEM閉鎖迴路控制時，經常遇到的問題: 到底要用MFC (Mass Flow Controller)就能夠擔負製程的重責大任? 還是需要使用PZT valve? 用一個很簡單的模型來分析就可以做出正確的判斷，不會選擇錯誤了。 要達成一個PEM閉鎖迴路控制的製程，需要下列的物件才能完成。 1. 感測頭: 將電漿光譜的光線收集傳遞給偵測器。這通常是由光學鏡頭與光纖組成的硬體，將光訊號傳遞到偵測器做光電訊號的轉換。因為是光速在傳遞訊號，所以需要的時間可以忽略。 2. 偵測器: 有感度十分靈敏的光電倍增管PMT (Photo-Multiplier Tube)，通常轉換時間小於1 ns; 另外一種是CCD偵測器，轉換時間大約需要1~2

繁體版 經常有人認為在真空電漿濺鍍系統上安裝了PEM (Plasma Emission Monitor)或是Emission Controller就可以改善鍍膜的均勻性。把PEM當作神看待，卻不知道這是個大錯特錯的觀念。PEM系統能夠控制鍍膜製程的穩定性，也就是鍍在待鍍物上的膜層的品質是穩定的，在成膜的方向上穩定地把相同品質的薄膜一直鍍到待鍍物上。這是PEM最大的效用，卻無法因為安裝使用了PEM而改善鍍膜厚度在待鍍物的面積分布上的均勻性。 要改善待鍍物表面成膜厚度的均勻性，需要從鍍膜設備的硬體設計下手，舉凡使用的幫浦種類、規格、抽氣位置與供氣的氣導設計，以及製程的條件要求等等。一旦成膜厚度的均勻性能夠達到一定的水準，在來使用PEM讓每個鍍膜控制區域內的成膜品質有最佳化的表現。這樣子才能讓均勻性與均質性的表現兩全其美。 简体版 经常有人认为在真空电浆溅镀系统上安装了PEM (Plasma Emission Monitor)或是Emission Controller就可以改善镀膜的均匀性。把PEM当作神看待，却不知道这是个大错特错的观念。PEM系统能够控制镀膜制程的稳定性，也就是镀在待镀物上的膜层的质量是稳定的，在成膜的方向上稳定地把相同质量的薄膜一直镀到待镀物上。这是PEM最大的效用，却无法因为安装使用了PEM而改善镀膜厚度在待镀物的面积分布上的均匀性。 要改善待镀物表面成膜厚度的均匀性，需要从镀膜设备的硬件设计下手，举凡使用的帮浦种类、规格、抽气位置与供气的气导设计，以及制程的条件要求等等。一旦成膜厚度的均匀性能够达到一定的水平，在来使用PEM让每个镀膜控制区域内的成膜质量有优化的表现。这样子才能让均匀性与均质性的表现两全其美。

EMICON是由兩個英文字組成的，分別是EMISSION(放射)與CONTROL(控制)。 繁體版 電漿的形成在於原子或分子上的電子受到外來電場游離，再誘發二次電子撞擊更多的原子與分子產生更多的游離態原子與分子，只要外來電場持續供應且環境維持穩定，電漿就能繼續存在。當不同原子與分子上的電子在高低能階之間跳躍，會釋放與吸收各種特定的能量，釋放的能量可用光的波長形式來詮釋，故同一原子或分子內不同能階軌域的電子產生的跳躍，會同時以不同波長的光把能量釋放出來。分析電漿釋放出來的光譜可以得知參與製程反應的電漿物種，進而找出控制反應機制的主要參數。因此，如何控制與觀察電漿的運動與作用就成為一項艱深的學問。 為了研究存在電漿中的各種不同帶電離子與分子的成分與分布，在不影響電漿反應機制的條件下，還能採用回綬控制的方式來穩定製程，光學偵測法是不接觸電漿也不影響電漿作用的唯一選擇，其中能夠完全表現電漿特性的就是採用分光光譜學的量測技術加上特殊設計的回綬控制機制來達到分析電漿物種與穩定製程的雙重目的。其中以OES (Optical Emission Spectroscopy)光放射光譜學的技術最為成熟。為了達到回綬控制的目的，電漿放射出來的光線經由一個準直鏡光學鏡頭焦聚到石英光纖，傳送到分光儀把電漿的光線用光柵分光到一個陣列式的光偶合感測器(Arrayed CCD)，每一個感測器上的獨立感測單元代表一個分光後的特定波長，整個陣列分佈把光的資訊轉化成有用的電壓資訊，電腦透過USB電纜取得這一瞬間電漿光線轉化成陣列對應電壓的光譜資訊，再由軟體針對選定的特殊譜線資料做進一步的PID回綬控制。 下圖為EMICON回綬控制的示意圖 简体版 EMICON是由两个英文字组成的，分别是EMISSION(放射)与CONTROL(控制)。 等离子体的形成在于原子或分子里的电子在外加电场下电离，再诱发二次电子撞击更多的原子与分子产生更多的电离态原子与分子。只要外加电场持续供应且环境保持稳定，等离子体就能继续存在。当不同原子与分子上的电子在高低能阶之间跳跃，会释放与吸收各种特定的能量，释放的能量可用光的波长形式来诠释，故同一原子或分子内不同能阶轨域的电子产生的跳跃，会同时以不同波长的光把能量释放出来。分析电浆释放出来的光谱可以得知参与制程反应的电浆物种，进而找出控制反应机制的主要参数。因此，如何控制与观察电浆的运动与作用就成为一项艰深的学问。 为了研究存在电浆中的各种不同带电离子与分子的成分与分布，在不影响电浆反应机制的条件下，还能采用回绶控制的方式来稳定制程，光学侦测法是不接触电浆也不影响电浆作用的唯一选择，其中能够完全表现电浆特性的就是采用分光光谱学的量测技术加上特殊设计的回绶控制机制来达到分析电浆物种与稳定制程的双重目的。其中以OES (Optical Emission Spectroscopy)光放射光谱学的技术最为成熟。为了达到回绶控制的目的，电浆放射出来的光线经由一个准直镜光学镜头焦聚到石英光纤，传送到分光仪把电浆的光线用光栅分光到一个数组式的光偶合传感器(Arrayed CCD)，每一个传感器上的独立感测单元代表一个分光后的特定波长，整个数组分布把光的信息转化成有用的电压信息，计算机透过USB电缆取得这一瞬间电浆光线转化成数组对应电压的光谱信息，再由软件针对选定的特殊谱线数据做进一步的PID回绶控制。 下图为EMICON回绶控制的示意图

From time to time, there exists a critical issue to handle multi-channel OES system for a reactive sputtering process which

繁體版 常有人問道: 對需要精準控制的電漿(等離子)製程(工藝)中，到底要使用OES還是RGA呢? 說明如下: RGA能看到環境的氣體成分比例與變化，但是無法看到實際參與電漿製程(等離子工藝)的物種與變化，OES卻可以。這是最大的差異。 其次，RGA的反應遲緩，OES可以快速反應。 因此，RGA對於製程(工藝)上出了狀況是很難追蹤與了解實際電漿製程(等離子工藝)的變化。只有使用OES才有機會知道製程(工藝)中真實發生的情形，進而可以找到解決之道。 RGA可以當做OES的輔助，兩者相輔相成。 結論: OES掌握製程(工藝)的穩定性，RGA去處理整體環境的穩定性。 简体版 常有人问道: 对需要精准控制的电浆(等离子)制程(工艺)中，到底要使用OES还是RGA呢? 说明如下: RGA能看到环境的气体成分比例与变化，但是无法看到实际参与电浆制程(等离子工艺)的物种与变化，OES却可以。这是最大的差异。 其次，RGA的反应迟缓，OES可以快速反应。 因此，RGA对于制程(工艺)上出了状况是很难追踪与了解实际电浆制程(等离子工艺)的变化。只有使用OES才有机会知道制程(工艺)中真实发生的情形，进而可以找到解决之道。 RGA可以当做OES的辅助，两者相辅相成。 结论: OES掌握制程(工艺)的稳定性，RGA去处理整体环境的稳定性。

繁體版 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