[發(fā)明專利]一種雙石英晶振膜厚控制儀及誤差校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010554627.7
• 申請(qǐng)日: 2020-06-17
• 公開（公告）號(hào): CN111829428B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 游龍;王垚元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B7/06
• 分類號(hào): G01B7/06;G01B21/04
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種雙石英晶振膜厚控制儀，其特征在于，包括：真空室，位于所述真空室內(nèi)的蒸鍍?cè)础⒒Y(jié)構(gòu)和雙石英晶振片結(jié)構(gòu)，以及位于所述真空室外的振蕩器和控制裝置；

所述蒸鍍?cè)从糜谔峁┱翦儾牧希凰龌Y(jié)構(gòu)內(nèi)含基片，且所述基片作為鍍膜載體，用于供鍍膜材料吸附，形成薄膜；

所述雙石英晶振片結(jié)構(gòu)包括第一外殼、第一轉(zhuǎn)盤以及多對(duì)石英晶振片；所述第一外殼固定在所述真空室的內(nèi)壁上，其面向所述蒸鍍?cè)吹囊幻嬖O(shè)置有與所述石英晶振片面積相等的第一窗口；所述第一轉(zhuǎn)盤設(shè)置于所述第一外殼內(nèi)，所述第一轉(zhuǎn)盤與所述第一外殼同圓心設(shè)置；每一對(duì)石英晶振片對(duì)應(yīng)固定于所述第一轉(zhuǎn)盤的兩面，且通過導(dǎo)熱材料連接架相連；

所述振蕩器與各石英晶振片相連，并與所述控制裝置相連；所述控制裝置用于向所述振蕩器發(fā)送指令；所述振蕩器用于執(zhí)行來自所述控制裝置的指令，向當(dāng)前位于所述第一窗口處的一對(duì)石英晶振片通入相同的變化電流，使得石英晶振片發(fā)生振動(dòng)，并將石英晶振片振動(dòng)產(chǎn)生的電子信號(hào)傳送回所述控制裝置；

所述控制裝置還與所述第一轉(zhuǎn)盤和所述蒸鍍?cè)捶謩e相連；所述控制裝置還用于根據(jù)石英晶振片振動(dòng)產(chǎn)生的電子信號(hào)計(jì)算實(shí)時(shí)膜厚，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，控制蒸鍍功率，以及控制所述第一轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，以使一對(duì)石英晶振片位于所述第一窗口處；

所述第一轉(zhuǎn)盤各面上的石英晶振片呈圓周分布；

所述控制裝置還用于監(jiān)測(cè)各石英晶振片的使用壽命，并在當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)所述第一窗口的石英晶振片到達(dá)使用壽命時(shí)，控制所述第一轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使另一對(duì)石英晶振片位于所述第一窗口處；

所述基片結(jié)構(gòu)包括：第二外殼、第二轉(zhuǎn)盤以及若干基片；

所述第二外殼固定在所述真空室的內(nèi)壁上，且其面向所述蒸鍍?cè)吹囊幻嫔祥_有第三窗口，所述第三窗口面積與所述各基片面積相等；所述第二轉(zhuǎn)盤位于所述第二外殼內(nèi)，所述第二轉(zhuǎn)盤與所述第二外殼同圓心設(shè)置；所述若干基片呈圓周分布在所述第二轉(zhuǎn)盤面向所述第三窗口的一面上；

所述控制裝置還與所述第二轉(zhuǎn)盤相連；

所述控制裝置還用于控制所述第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，以使得其中一個(gè)基片對(duì)準(zhǔn)所述第三窗口進(jìn)行鍍膜，并在當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)所述第三窗口的基片鍍膜完成時(shí)，控制所述第二轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使另一個(gè)基片對(duì)準(zhǔn)所述第三窗口；

所述第一外殼背向所述蒸鍍?cè)吹囊幻嫔显O(shè)置有第二窗口，所述第二窗口與所述第一窗口的位置正對(duì)且面積相等；所述第二窗口為帶有若干微孔的閉合狀，且所述微孔的直徑小于蒸鍍材料的分子直徑。

2.如權(quán)利要求1所述的雙石英晶振膜厚控制儀，其特征在于，在所述真空室內(nèi)所述蒸鍍?cè)磁赃€設(shè)置有擋板，所述擋板用于輔助控制蒸鍍材料的蒸發(fā)速率。

3.一種基于權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的雙石英晶振膜厚控制儀的溫度校正方法，其特征在于，包括：

在蒸鍍過程中，通過所述振蕩器向當(dāng)前位于所述第一窗口處的一對(duì)石英晶振片通入相同的變化電流以使得石英晶振片發(fā)生振動(dòng)，并通過所述振蕩器分別采集這兩個(gè)石英晶振片振蕩產(chǎn)生的電子信號(hào)；

從所述電子信號(hào)中提取兩個(gè)石英晶振片的頻率變化量，從面向所述蒸鍍?cè)吹氖⒕д衿念l率變化量中減去背向所述蒸鍍?cè)吹氖⒕д衿念l率變化量，以對(duì)溫度引起的誤差進(jìn)行校正；

根據(jù)頻率變化量相減的結(jié)果計(jì)算膜厚。

4.一種基于權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)所述的雙石英晶振膜厚控制儀的誤差校正方法，其特征在于，包括：校正系數(shù)標(biāo)定步驟和膜厚誤差校正步驟；

所述校正系數(shù)標(biāo)定步驟包括：

(S1)將石英晶振片的頻率變化范圍劃分為多個(gè)頻率階段后，通過轉(zhuǎn)動(dòng)所述第一轉(zhuǎn)盤和所述第二轉(zhuǎn)盤，以一個(gè)全新的基片作為鍍膜載體，并使一對(duì)全新的石英晶振片位于所述第一窗口處，將其中對(duì)準(zhǔn)所述第一窗口的石英晶振片作為目標(biāo)晶振片；

(S2)以第一個(gè)頻率階段作為當(dāng)前頻率階段，開啟所述蒸鍍?cè)催M(jìn)行鍍膜；

(S3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述目標(biāo)晶振片的頻率，在當(dāng)前頻率階段結(jié)束時(shí)根據(jù)所述目標(biāo)晶振片的頻率變化量計(jì)算膜厚作為當(dāng)前頻率階段對(duì)應(yīng)的目標(biāo)膜厚；

(S4)保持所述目標(biāo)晶振片的位置不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)所述第二轉(zhuǎn)盤，更換一個(gè)全新的基片作為鍍膜載體；

(S5)若還存在未處理的頻率階段，則以當(dāng)前頻率階段的下一個(gè)頻率階段作為當(dāng)前頻率階段，并轉(zhuǎn)入步驟(S3)；若所有頻率階段均處理完成，則轉(zhuǎn)入步驟(S6)；

(S6)測(cè)量各頻率階段對(duì)應(yīng)的基片上的實(shí)際膜厚，并以各頻率階段對(duì)應(yīng)的實(shí)際膜厚與目標(biāo)膜厚的比值作為對(duì)應(yīng)頻率階段的校正系數(shù)；

所述膜厚誤差校正步驟包括：

在實(shí)際鍍膜時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)所述第一轉(zhuǎn)盤和所述第二轉(zhuǎn)盤，使一對(duì)全新的石英晶振片位于所述第一窗口處，并使一個(gè)全新的基片作為鍍膜載體，開啟所述蒸鍍?cè)催M(jìn)行鍍膜；

實(shí)時(shí)采集當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)所述第一窗口的石英晶振片振動(dòng)產(chǎn)生的電子信號(hào)，從中提取頻率變化量，以計(jì)算實(shí)時(shí)膜厚；

根據(jù)當(dāng)前對(duì)準(zhǔn)所述第一窗口的石英晶振片所處的頻率階段，確定相應(yīng)的校正系數(shù)，并將所計(jì)算的實(shí)時(shí)膜厚乘以該校正系數(shù)，以對(duì)鍍膜厚度增加引起的誤差進(jìn)行校正；將校正后的膜厚作為最終的膜厚測(cè)量結(jié)果。