[发明专利]一种石英晶振膜厚仪及其镀膜控制方法

说明书

本发明公开了一种石英晶振膜厚仪及其镀膜控制方法，包括：探头、恒温模块、膜厚控制仪，蒸发源、挡板和真空罩；其中，恒温模块用于在镀膜开始前，对半导体单元通人电流，使半导体单元释放热量，对探头进行加热；在镀膜过程中，基于实时测量的探头温度，通过控制半导体单元中的电流大小和方向，使半导体单元加热或制冷，使得在镀膜过程中，探头的温度几乎不发生变化，避免了环境温度对振荡频率稳定性的影响，大大提高了膜厚控制仪实时测量的探头振动频率的稳定性，镀膜到指定厚度时，镀膜精度较高。

技术领域

本发明属于新型膜厚检测技术领域，更具体地，涉及一种石英晶振膜厚仪及其镀膜控制方法。

背景技术

一些晶体材料，如石英等，在挤压之后就会像电池一样产生电流，俗称压电性相反，如果将一个电池接到压电晶体上，晶体就会压缩或伸展，如果将电流连续不断地快速开关，晶体就会振动。1950年德国科学家GEORGE SAUERBREY研究发现，如果在晶体的表面上镀一层薄膜，则晶体的振动就会减弱，而且还发现这种振动或频率的减少，是由薄膜的厚度和密度决定的，利用非常精密的电子设备，每秒钟可以多次测试振动，从而实现对晶体镀膜厚度和邻近基体薄膜厚度的实时测量与监控。石英晶振膜厚仪通过测量石英晶体的振动频率或与频率有关的参量的变化来监控淀积薄膜的厚度，可以同时控制膜层厚度和成膜速率，它的输出为电信号，因此很容易用来做制程的自动控制，此外它的设备简单，成本低，控制精度高，可以控制任意厚度的薄膜，设备维护方便，具有许多优点，故研究一种石英晶振膜厚仪及其镀膜控制方法具有重要的意义。

现有的石英晶振膜厚仪在镀膜过程中，会产生无法消除的热源，特别是蒸发源的辐射热和蒸汽在晶体上凝聚时释放的热量，而环境温度会大大影响石英晶振的振荡频率的稳定性，故频率测量的稳定性较低，且当需要镀膜到指定厚度时，镀膜精度也较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种石英晶振膜厚仪及其镀膜控制方法，用以解决现有技术由于在蒸镀薄膜的过程中会产生无法消除的热源而导致当需要镀膜到指定厚度时，镀膜精度较低的问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提出了一种石英晶振膜厚仪，包括：探头、恒温模块、膜厚控制仪，蒸发源、挡板和真空罩；

其中，恒温模块包括半导体单元，半导体单元放置在探头的上表面，膜厚控制仪的一端与探头接口相连，另一端与挡板相连；探头、恒温模块中的半导体单元、蒸发源和挡板放置在真空罩内部，其中，蒸发源置于真空罩的底部；

探头包括石英晶振片和待镀膜基片，用于基于石英晶振片的振动对待镀膜基片进行镀膜，并将振动频率反馈给膜厚控制仪；

恒温模块用于在镀膜开始前，对半导体单元通入电流，使半导体单元释放热量，对探头进行加热；在镀膜过程中，基于实时测量的探头温度，通过控制半导体单元中的电流大小和方向，使半导体单元加热或制冷，进而使探头的温度保持恒定；

蒸发源用于蒸发镀膜材料；

膜厚控制仪用于在镀膜开始前，当探头温度达到预设温度时，驱动探头发生振动，并控制挡板闭合，使镀膜材料蒸发到探头的待镀膜基片上；在镀膜过程中，通过实时测量探头的振动频率，来控制探头中待镀膜基片的镀膜厚度；且当待镀膜基片的镀膜厚度达到预设厚度时，控制挡板打开，遮挡蒸发源所蒸发的镀膜材料，镀膜结束；其中，所述预设温度高于镀膜开始前的环境温度；

真空罩用于提供真空的镀膜环境。

进一步优选地，恒温模块还包括温度测量单元、温度控制单元和可控电流源；其中，温度控制单元、可控电流源与半导体单元串连形成回路；温度测量单元的一端与探头接口相连，另一端与温度控制单元相连；温度测量单元放置在真空罩内部；

温度控制单元用于将温度测量单元实时测量的探头温度与预设温度进行比较，控制可控电流源输出的电流大小和方向；