[發明專利]一種雙石英晶振膜厚控制儀及誤差校正方法

有效

• 申請號: 202010554627.7
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111829428B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）人: 游龍;王垚元
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06;G01B21/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 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，位于所述真空室內的蒸鍍源、基片結構和雙石英晶振片結構，以及位于所述真空室外的振蕩器和控制裝置；

所述蒸鍍源用于提供蒸鍍材料；所述基片結構內含基片，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構包括第一外殼、第一轉盤以及多對石英晶振片；所述第一外殼固定在所述真空室的內壁上，其面向所述蒸鍍源的一面設置有與所述石英晶振片面積相等的第一窗口；所述第一轉盤設置于所述第一外殼內，所述第一轉盤與所述第一外殼同圓心設置；每一對石英晶振片對應固定于所述第一轉盤的兩面，且通過導熱材料連接架相連；

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送指令；所述振蕩器用于執行來自所述控制裝置的指令，向當前位于所述第一窗口處的一對石英晶振片通入相同的變化電流，使得石英晶振片發生振動，并將石英晶振片振動產生的電子信號傳送回所述控制裝置；

所述控制裝置還與所述第一轉盤和所述蒸鍍源分別相連；所述控制裝置還用于根據石英晶振片振動產生的電子信號計算實時膜厚，并根據計算結果，控制蒸鍍功率，以及控制所述第一轉盤的轉動，以使一對石英晶振片位于所述第一窗口處；

所述第一轉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測各石英晶振片的使用壽命，并在當前對準所述第一窗口的石英晶振片到達使用壽命時，控制所述第一轉盤轉動，使另一對石英晶振片位于所述第一窗口處；

所述基片結構包括：第二外殼、第二轉盤以及若干基片；

所述第二外殼固定在所述真空室的內壁上，且其面向所述蒸鍍源的一面上開有第三窗口，所述第三窗口面積與所述各基片面積相等；所述第二轉盤位于所述第二外殼內，所述第二轉盤與所述第二外殼同圓心設置；所述若干基片呈圓周分布在所述第二轉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盤相連；

所述控制裝置還用于控制所述第二轉盤轉動，以使得其中一個基片對準所述第三窗口進行鍍膜，并在當前對準所述第三窗口的基片鍍膜完成時，控制所述第二轉盤轉動，使另一個基片對準所述第三窗口；

所述第一外殼背向所述蒸鍍源的一面上設置有第二窗口，所述第二窗口與所述第一窗口的位置正對且面積相等；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，在所述真空室內所述蒸鍍源旁還設置有擋板，所述擋板用于輔助控制蒸鍍材料的蒸發速率。

3.一種基于權利要求1-2任一項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前位于所述第一窗口處的一對石英晶振片通入相同的變化電流以使得石英晶振片發生振動，并通過所述振蕩器分別采集這兩個石英晶振片振蕩產生的電子信號；

從所述電子信號中提取兩個石英晶振片的頻率變化量，從面向所述蒸鍍源的石英晶振片的頻率變化量中減去背向所述蒸鍍源的石英晶振片的頻率變化量，以對溫度引起的誤差進行校正；

根據頻率變化量相減的結果計算膜厚。

4.一種基于權利要求1-2任一項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：校正系數標定步驟和膜厚誤差校正步驟；

所述校正系數標定步驟包括：

(S1)將石英晶振片的頻率變化范圍劃分為多個頻率階段后，通過轉動所述第一轉盤和所述第二轉盤，以一個全新的基片作為鍍膜載體，并使一對全新的石英晶振片位于所述第一窗口處，將其中對準所述第一窗口的石英晶振片作為目標晶振片；

(S2)以第一個頻率階段作為當前頻率階段，開啟所述蒸鍍源進行鍍膜；

(S3)實時監測所述目標晶振片的頻率，在當前頻率階段結束時根據所述目標晶振片的頻率變化量計算膜厚作為當前頻率階段對應的目標膜厚；

(S4)保持所述目標晶振片的位置不動，轉動所述第二轉盤，更換一個全新的基片作為鍍膜載體；

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

(S6)測量各頻率階段對應的基片上的實際膜厚，并以各頻率階段對應的實際膜厚與目標膜厚的比值作為對應頻率階段的校正系數；

所述膜厚誤差校正步驟包括：

在實際鍍膜時，轉動所述第一轉盤和所述第二轉盤，使一對全新的石英晶振片位于所述第一窗口處，并使一個全新的基片作為鍍膜載體，開啟所述蒸鍍源進行鍍膜；

實時采集當前對準所述第一窗口的石英晶振片振動產生的電子信號，從中提取頻率變化量，以計算實時膜厚；

根據當前對準所述第一窗口的石英晶振片所處的頻率階段，確定相應的校正系數，并將所計算的實時膜厚乘以該校正系數，以對鍍膜厚度增加引起的誤差進行校正；將校正后的膜厚作為最終的膜厚測量結果。