[发明专利]一种双石英晶振膜厚控制仪及误差校正方法

说明书

本发明公开了一种双石英晶振膜厚控制仪及误差校正方法，属于膜厚监测领域，包括：真空室，真空室内的蒸镀源、基片结构和双石英晶振片结构，真空室外的振荡器和控制装置；基片结构内含作为镀膜载体的基片；双石英晶振片结构包括：一对或多对石英晶振片，固定在真空室内壁上的第一外壳，其面向蒸镀源的一面设有第一窗口，其内设有第一转盘，每一对石英晶振片固定于第一转盘的两面，且通过导热材料相连；振荡器用于向第一窗口处的一对石英晶振片通入相同的变化电流，使之振动；控制装置用于根据石英晶振片振动产生的电子信号计算实时膜厚，并根据计算结果控制蒸镀功率，以及控制第一转盘的转动。本发明能够提高石英晶振膜厚控制仪的膜厚测量精度。

技术领域

本发明属于膜厚监测领域，更具体地，涉及一种双石英晶振膜厚控制仪及误差校正方法。

背景技术

石英晶振膜厚控制仪采用石英晶振法监控镀膜厚度，灵敏度非常高，可达埃数量级，是目前唯一可以同时控制膜层厚度和成膜速率的方法，已经广泛应用于膜厚监测领域。

石英晶振膜厚控制仪主要利用石英晶振片的两个效应，即压电效应和质量负荷效应。石英晶体是离子型晶体，由于结晶点阵的有规则分布，当发生机械变形(如拉伸或压缩)时，在其内部产生电极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷，产生电位差；而当变形消失后，晶体又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”。相反，向石英晶体施加电场时，晶体的大小会发生变化——伸长或缩短，这种现象称为“逆压电效应”(电致伸缩效应)。

石英晶体压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸，切割类型，而且还取决于晶片的厚度。当晶片上镀了某种膜层时，晶片厚度增大，其固有频率会相应的衰减。这种现象称为质量负荷效应。石英晶片的频率变化与膜厚变化近似为线性关系，通过测量频率或与频率有关的参量的变化，可计算出镀膜厚度的变化，从而监控淀积薄膜的厚度。

然而，在镀膜过程中，随着镀膜厚度的增加，石英晶振的共振振动会逐渐减弱，其测得的成膜速度会逐渐降低，而基片上的成膜速度却是均匀的，故随着镀膜时间的推移，石英晶振膜厚仪的膜厚测量精度会逐渐下降；另外，石英晶片的灵敏度很高，镀膜过程中不可避免的温度变化也会对其振荡频率产生影响，进而影响所测膜厚的精度。此外，一个石英晶片的工作寿命是有限的，当镀膜厚度过高时，石英晶振片基频下降太多，就不能稳定工作﹐产生跳频现象，如果此时继续淀积膜层，就会出现停振。为了保证振荡稳定和有高的灵敏度，晶体上膜层镀到一定厚度后，就应该更换新的晶振片，此过程也会降低膜厚仪的工作效率。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种双石英晶振膜厚控制仪及误差校正方法，其目的在于，提高石英晶振膜厚控制仪的膜厚测量精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种双石英晶振膜厚控制仪，包括：真空室，位于真空室内的蒸镀源、基片结构和双石英晶振片结构，以及位于真空室外的振荡器和控制装置；

蒸镀源用于提供蒸镀材料；基片结构内含基片，且基片作为镀膜载体，用于供镀膜材料吸附，形成薄膜；

双石英晶振片结构包括第一外壳、第一转盘以及一对或多对石英晶振片；第一外壳固定在真空室的内壁上，其面向蒸镀源的一面设置有与石英晶振片面积相等的第一窗口；第一转盘设置于第一外壳内；每一对石英晶振片对应固定于第一转盘的两面，且通过导热材料相连；

振荡器与各石英晶振片相连，并与控制装置相连；控制装置用于向振荡器发送指令；振荡器用于执行来自控制装置的指令，向当前位于第一窗口处的一对石英晶振片通入相同的变化电流，使得石英晶振片发生振动，并将石英晶振片振动产生的电子信号传送回控制装置；

控制装置还与第一转盘和蒸镀源分别相连；控制装置还用于根据石英晶振片振动产生的电子信号计算实时膜厚，并根据计算结果，控制蒸镀功率，以及控制第一转盘的转动，以使一对石英晶振片位于第一窗口处。