[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

本發明公開了一種雙石英晶振膜厚控制儀及誤差校正方法，屬于膜厚監測領域，包括：真空室，真空室內的蒸鍍源、基片結構和雙石英晶振片結構，真空室外的振蕩器和控制裝置；基片結構內含作為鍍膜載體的基片；雙石英晶振片結構包括：一對或多對石英晶振片，固定在真空室內壁上的第一外殼，其面向蒸鍍源的一面設有第一窗口，其內設有第一轉盤，每一對石英晶振片固定于第一轉盤的兩面，且通過導熱材料相連；振蕩器用于向第一窗口處的一對石英晶振片通入相同的變化電流，使之振動；控制裝置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，以及控制第一轉盤的轉動。本發明能夠提高石英晶振膜厚控制儀的膜厚測量精度。

技術領域

本發明屬于膜厚監測領域，更具體地，涉及一種雙石英晶振膜厚控制儀及誤差校正方法。

背景技術

石英晶振膜厚控制儀采用石英晶振法監控鍍膜厚度，靈敏度非常高，可達埃數量級，是目前唯一可以同時控制膜層厚度和成膜速率的方法，已經廣泛應用于膜厚監測領域。

石英晶振膜厚控制儀主要利用石英晶振片的兩個效應，即壓電效應和質量負荷效應。石英晶體是離子型晶體，由于結晶點陣的有規則分布，當發生機械變形(如拉伸或壓縮)時，在其內部產生電極化現象，同時在它的兩個表面上產生符號相反的電荷，產生電位差；而當變形消失后，晶體又重新恢復到不帶電狀態，這種現象稱為“壓電效應”。相反，向石英晶體施加電場時，晶體的大小會發生變化——伸長或縮短，這種現象稱為“逆壓電效應”(電致伸縮效應)。

石英晶體壓電效應的固有頻率不僅取決于其幾何尺寸，切割類型，而且還取決于晶片的厚度。當晶片上鍍了某種膜層時，晶片厚度增大，其固有頻率會相應的衰減。這種現象稱為質量負荷效應。石英晶片的頻率變化與膜厚變化近似為線性關系，通過測量頻率或與頻率有關的參量的變化，可計算出鍍膜厚度的變化，從而監控淀積薄膜的厚度。

然而，在鍍膜過程中，隨著鍍膜厚度的增加，石英晶振的共振振動會逐漸減弱，其測得的成膜速度會逐漸降低，而基片上的成膜速度卻是均勻的，故隨著鍍膜時間的推移，石英晶振膜厚儀的膜厚測量精度會逐漸下降；另外，石英晶片的靈敏度很高，鍍膜過程中不可避免的溫度變化也會對其振蕩頻率產生影響，進而影響所測膜厚的精度。此外，一個石英晶片的工作壽命是有限的，當鍍膜厚度過高時，石英晶振片基頻下降太多，就不能穩定工作﹐產生跳頻現象，如果此時繼續淀積膜層，就會出現停振。為了保證振蕩穩定和有高的靈敏度，晶體上膜層鍍到一定厚度后，就應該更換新的晶振片，此過程也會降低膜厚儀的工作效率。

發明內容

針對現有技術的缺陷和改進需求，本發明提供了一種雙石英晶振膜厚控制儀及誤差校正方法，其目的在于，提高石英晶振膜厚控制儀的膜厚測量精度。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種雙石英晶振膜厚控制儀，包括：真空室，位于真空室內的蒸鍍源、基片結構和雙石英晶振片結構，以及位于真空室外的振蕩器和控制裝置；

蒸鍍源用于提供蒸鍍材料；基片結構內含基片，且基片作為鍍膜載體，用于供鍍膜材料吸附，形成薄膜；

雙石英晶振片結構包括第一外殼、第一轉盤以及一對或多對石英晶振片；第一外殼固定在真空室的內壁上，其面向蒸鍍源的一面設置有與石英晶振片面積相等的第一窗口；第一轉盤設置于第一外殼內；每一對石英晶振片對應固定于第一轉盤的兩面，且通過導熱材料相連；

振蕩器與各石英晶振片相連，并與控制裝置相連；控制裝置用于向振蕩器發送指令；振蕩器用于執行來自控制裝置的指令，向當前位于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控制裝置；

控制裝置還與第一轉盤和蒸鍍源分別相連；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，以及控制第一轉盤的轉動，以使一對石英晶振片位于第一窗口處。