[發明專利]晶控儀的晶振片阻力損耗測量電路及其測量方法

有效

• 申請號: 201210425445.5
• 申請日: 2012-10-31
• 公開（公告）號: CN102914698A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 張子業
• 申請（專利權）人: 上海膜林科技有限公司
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 林煒

技術領域

本發明涉及晶控儀技術，特別是涉及一種晶控儀的晶振片阻力損耗測量電路及其測量方法的技術。

背景技術

晶控膜厚控制儀是利用石英晶片的諧振頻率與膜層厚度之間的關系來控制膜層厚度的真空鍍膜過程控制裝置，主要由帶有石英晶片的晶振探頭，及用于測量石英晶片諧振頻率的晶振頻率測量電路，用于控制鍍膜速率的膜速控制電路組成，在晶振頻率測量電路中設有振蕩器，晶振探頭安裝在真空鍍膜設備的真空室內，晶振探頭上的石英晶片的一側表面暴露在蒸發源的上方。

在對樣品片進行真空鍍膜過程中，膜料會沉積在石英晶片及樣品片上，石英晶片的諧振頻率會隨著膜料沉積而降低，晶控膜厚控制儀利用晶振頻率測量電路測量石英晶片的諧振頻率變化，根據諧振頻率與膜層厚度的轉換關系，得出沉積膜層厚度，及沉積膜層在不同時刻的厚度差，即可得到膜料沉積速率，然后再通過PID算法控制蒸發源的功率，以得到穩定的趨于設計速率的沉積速率。由于石英晶體片在一段頻率變化范圍內，與膜層厚度變化成線性關系，使得晶控膜厚控制儀相對于其他膜厚控制方法（例如光學控制法），更便于石英晶片鍍膜的沉積速率控制，因此晶控膜厚控制儀已經逐漸成為真空鍍膜設備的標準控制儀器之一。

對于晶控儀來說，晶振片頻率及其變化是膜厚計算的依據，頻率測量是所有晶控儀的核心。目前常規晶控儀提供的原始數據也僅限于振蕩頻率，對于晶振片的其他參數沒有提供。晶控儀使用的晶振片，通常為AT切割方式，在常溫附近有良好的頻率溫度特性，其聲學振蕩為厚度剪切模式。在真空鍍膜過程中，為了保證晶振片的溫度穩定，探頭部位需要通冷卻水。

在真空鍍膜控制過程中，由于晶振片溫度較低，尤其是沒有離子源輔助或低速率的熱蒸發成膜過程，因此晶振片表面沉積的膜層粗糙度較大，結構疏松，應力大。晶振片內部聲學剪切振蕩波傳播到晶振片表面的疏松或有裂紋膜層時，會有較大的振蕩能量損耗，會導致晶振片Q值降低，電學等效電阻變大。這種損耗越大，晶振片的諧振頻率穩定性就越低，甚至不再振蕩；晶振片的諧振頻率不穩定反應在對真空鍍膜的膜料沉積速率控制上的后果是速率不穩定，而晶振片不振蕩則會導致對真空鍍膜的膜料沉積速率控制失效。這種由于晶振片自身損耗變大帶來的不穩定，使得晶控儀難以繼續進行真實有效的速率控制。另外，當發生這種速率不穩定現象時，晶控儀上的厚度記錄也將難以準確。這在晶控儀的應用中是應該盡量避免的。

在真空鍍膜成膜過程中，發生晶控速率不穩的原因較多，晶振片自身損耗變大僅是其中之一卻也是最致命的，因為這種情況下，晶控儀厚度記錄也是不準確的，而且沒有重復性。晶振探頭加工不良、電極污染、安裝不良、電纜破損、晶振片不良、新晶振片表面受到污染等情況在只有頻率測量的晶控儀上也得不到有效反應，目前還沒有測量晶振片損耗的有效方法。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種能測量晶振片阻力損耗，避免因晶振片損耗大而引起的膜料沉積速率控制不穩定現象發生的晶控儀的晶振片阻力損耗測量電路及其測量方法。

為了解決上述技術問題，本發明所提供的一種晶控儀的晶振片阻力損耗測量電路，涉及待測晶振片，其特征在于：該電路包括微處理器、正弦信號發生器，及兩個電壓跟隨回路，所述兩個電壓跟隨回路分別為第一電壓跟隨回路、第二電壓跟隨回路；

所述微處理器設有一控制信號輸出端、一測量信號輸入端，微處理器的控制信號輸出端接到正弦信號發生器的控制信號輸入端；

所述第一電壓跟隨回路的輸入端接到正弦信號發生器的信號輸出端，第一電壓跟隨回路的輸出端經一分壓電阻接到第二電壓跟隨回路的輸入端；

所述第二電壓跟隨回路的輸出端依次經一整流回路、一濾波回路、一電平變換回路、一模數轉換器接到微處理器的測量信號輸入端；

所述待測晶振片的一個電氣連接端接地，另一個電氣連接端接到第二電壓跟隨回路的輸入端。

進一步的，所述整流回路采用的是全波整流回路。

進一步的，所述濾波回路采用的是低通濾波回路。

本發明所提供的晶控儀的晶振片阻力損耗測量電路的測量方法，其特征在于：

將晶控儀的待測晶振片與晶控儀的電路分離，再將待測晶振片的額定諧振頻率值設定為掃描頻率上限值，將掃描頻率上限值減去1兆赫后所得到的值設定為掃描頻率下限值；

利用微處理器向正弦信號發生器輸出控制信號，使正弦信號發生器向待測晶振片輸出正弦波測試信號，通過微處理器測量出待測晶振片在不同頻率正弦波測試信號下的振蕩幅度，并對此進行歸一化處理；

歸一化處理的具體步驟如下：