用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器、监测仪及监测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器、监测仪及监测方法；在石英晶体谐振器的外盖上设置有一开孔，用于使谐振的金属电极得以暴露在空气中；当石英晶体谐振器的开孔面和成膜载体紧挨在一起并放置于一个平面时，通过增加压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度进而改变了晶片的谐振频率，实现了在频率改变的情况下监测成膜的厚度。监测仪结合压电石英晶片的频率厚度特性，在成膜的物质喷射成膜的过程中，有多少物质到达成膜载体的表面，就有同样量的物质到达谐振器开孔处的金属电极表面上，从而增加了原来金属电极的重量，从而增加了压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度，进而改变了晶片的谐振频率，在频率改变的情况下监测成膜的厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于成膜厚度监测
，更具体地，涉及一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器、监测仪及监测方法。
技术介绍
对于成膜厚度的精确监测一直以来都是相关行业的技术人员的追求目标。长期以来，人们尝试了各种方法和途径来监测成膜厚度，也取得了一定的成果，但是现有技术中对成膜厚度的监测结果中灵敏度低、准确性低。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提出了一种用于成膜厚度监测的监测方法，能够有效地结合压电石英晶片的频率厚度特性，对成膜厚度提供高灵敏度和高准确性的监测结果。本专利技术提供了一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器，在所述石英晶体谐振器的外盖上设置有一开孔，用于使谐振的金属电极得以暴露在空气中；当所述石英晶体谐振器的开孔面和成膜载体紧挨在一起并放置于一个平面时，通过增加压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度进而改变了晶片的谐振频率，实现了在频率改变的情况下监测成膜的厚度。更进一步地，所述石英晶体谐振器采用AT切压电石英晶片。更进一步地，AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的频率和晶片的有效厚度成反比。本专利技术还提供了一种用于成膜厚度监测的监测仪，所述监测仪包括：采集室、石英晶体谐振器、频率厚度信号转换器和显示器；所述采集室至少具有一个缺口，以能够使成膜物质进入到采集室中；所述石英晶体谐振器设置于所述采集室中；所述频率厚度信号转换器的输入端和所述石英晶体谐振器的频率输出端连接，所述频率厚度信号转换器的输出端和所述显示器的输入端连接；所述显示器用于将监测到的成膜厚度结果进行记录和显示。更进一步地，所述采集室为一个具有五面封闭且一面有开孔或缺口的腔体。更进一步地，开孔或缺口的尺寸要便于将整个石英晶体谐振器的金属电极暴露出来。更进一步地，所述采集室的形状是长方体、正方体、圆柱体任意一种的腔体；石英晶体谐振器位于采集室的底部。更进一步地，在所述石英晶体谐振器的外盖上设置有一开孔，用于使谐振的金属电极得以暴露在空气中。本专利技术还提供了一种用于成膜厚度监测的监测方法，包括如下步骤：(1)将采集室和成膜载体紧挨在一起并放置于一个平面上，当成膜载体开始获得成膜物质时，该成膜物质将同时进入所述采集室中；(2)通过改变成膜的厚度使得采集室内的石英晶体谐振器的金属电极的有效厚度也不断改变，从而改变了谐振器的频率；(3)通过实时计算石英晶体谐振器的输出频率与监测前的频率之间的差值，获得成膜厚度数据；更进一步地，在步骤(3)之后还包括：(4)将所述成膜厚度数据转换为成膜厚度特性曲线。本专利技术能够有效地结合压电石英晶片的频率厚度特性，对成膜厚度提供高灵敏度和高准确性的监测结果。附图说明图1为本专利技术实施的监测系统示意图。图2为本专利技术实施的采集室的机构示意图。图3为本专利技术实施的石英晶体谐振器的结构示意图。图4为本专利技术实施的监测技术流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。经研究发现，压电石英晶体是由全球储存量极多的二氧化硅(SiO2)组成。如此多的原料储存量使得人造压电石英晶体成为压电行业的主要物料并且成本低。而压电石英晶片在厚度切变谐振模式的情况下，由于其特殊的频率和厚度成线性反比这一特性以及低成本等特点，成为制造一种成膜厚度监测仪的一个极佳的关键部分。基于此，本专利技术提出了一种用于成膜厚度监测的监测方法。该监测方法能够有效地结合压电石英晶片的频率厚度特性，对成膜厚度提供高灵敏度和高准确性的监测结果。本专利技术的另一个目的在于提供一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器和监测仪。该用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器和监测仪能够大批量生产，制造出成本低的成膜厚度监测仪。本专利技术提供了一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器，该石英晶体谐振器的外盖上具有一开孔，使谐振的金属电极得以暴露在空气中。当该谐振器的开孔面和成膜载体紧挨在一起放在一个平面时，在成膜的物质喷射成膜的过程中(如：金属溅射成膜，喷射油漆成膜等等)，有多少物质到达成膜载体的表面，就有同样量的物质到达谐振器开孔处的金属电极表面上，从而增加了原来金属电极的重量，从而增加了压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度(在变轻的情况下，有效厚度变薄；在变重的情况下，有效厚度变厚)，进而改变了晶片的谐振频率，在频率改变的情况下监测成膜的厚度。AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的频率和晶片的有效厚度成反比，有以下公式：F＝1.67/t(公式一)；t代表厚度，单位mm，F代表谐振频率，单位MHz，此谐振频率通常在1MHz～200MHz之间。从以上可知，根据石英晶片的频率变化可以知道石英晶片的有效厚度的变化，从而监测到成膜的厚度变化。石英晶体谐振器采用AT切压电石英晶片。在本专利技术中，AT切压电石英晶片的初始频率可根据设计要求而定，通常可以是10Mhz。可使用该AT切压电石英晶片制作成一般的石英晶体谐振器，不同的是要在该谐振器的外盖上形成一个开孔，以便采集室内获得的成膜物质可和该谐振器内的AT切压电石英晶片上的金属电极有接触。金属电极的形状、尺寸、厚度和位置可根据设计要求而定。本专利技术提供了一种用于成膜厚度监测的监测仪，该监测仪主要包括采集室、用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器、频率厚度信号转换器和显示器。所述石英晶体谐振器的外盖上具有一开孔，使石英晶体谐振器内部的金属电极能够暴露于空气中。该石英晶体谐振器设置于采集室中，所述采集室至少具有一个缺口，以能够使成膜物质进入到采集室中。上述石英晶体谐振器的频率输出端和频率厚度信号转换器连接，频率厚度信号转换器的输出端和显示器连接，将监测到的成膜厚度结果记录和显示出来。本专利技术中的采集室是一个五面封闭而一个面有开孔或缺口的腔体，这样设计的目的是为了减少采集室内的空气流动但又可以在比较静止的状态下透过开孔或缺口采集到周围环境中的成膜物质。同时，该采集室也可以保证石英晶体谐振器在工作时不受外界的其它因素干扰。在本专利技术实施例中，制造采集室的材料可以是金属，也可以是非金属。采集室的形状可以是长方体、正方体、圆柱体或任何其它形状的腔体，其形状和尺寸可由设计要求而定。采集室通过开孔的面和成膜物质接触。外盖开孔的石英晶体谐振器通常位于采集室的底部，也可以位于其它适当的位置。在本专利技术实施例中，频率厚度信号转换器内部有一个电子储存器，该储存器的内部有个频率-厚度参数的对照表，该对照表的具体数据通过相应的实验数据来制定。当频率厚度信号转换器不断接收到改变的频率后，会将每个频率数据换算成相对应的厚度数据。该频率厚度信号转换器的输入端和用石英晶片制作的外盖开孔的石英晶体谐振器的频率输出端连接，而其输出端则和显示器的输入端连接。显示器在接收到频率厚度信号转换器发出的厚度信号后，将其记录和显示出来。本成膜厚度监测仪在出厂前，要将频率变化和厚度变化这些对应关系信息储存在频率厚度信号转换器里的记忆芯片内，以便以后调用。当频率厚度信号转换器接收到频率后，会和开始监测之前的初始频率进行比较，计算出频率差值，然后根据这个频率差值和记忆芯片中的频率变化差值和厚度变化之间的对应关系进行比较，然后输出成膜厚度的数据。具体来讲，本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器，其特征在于，在所述石英晶体谐振器的外盖上设置有一开孔，用于使谐振的金属电极得以暴露在空气中；当所述石英晶体谐振器的开孔面和成膜载体紧挨在一起并放置于一个平面时，通过增加压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度进而改变了晶片的谐振频率，实现了在频率改变的情况下监测成膜的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种用于成膜厚度监测的石英晶体谐振器，其特征在于，在所述石英晶体谐振器的外盖上设置有一开孔，用于使谐振的金属电极得以暴露在空气中；当所述石英晶体谐振器的开孔面和成膜载体紧挨在一起并放置于一个平面时，通过增加压电石英晶片在厚度切变谐振模式下谐振的有效厚度进而改变了晶片的谐振频率，实现了在频率改变的情况下监测成膜的厚度。2.如权利要求1所述的石英晶体谐振器，其特征在于，所述石英晶体谐振器采用AT切压电石英晶片。3.一种用于成膜厚度监测的监测仪，其特征在于，所述监测仪包括：采集室、石英晶体谐振器、频率厚度信号转换器和显示器；所述采集室至少具有一个缺口，以能够使成膜物质进入到采集室中；所述石英晶体谐振器设置于所述采集室中；所述频率厚度信号转换器的输入端和所述石英晶体谐振器的频率输出端连接，所述频率厚度信号转换器的输出端和所述显示器的输入端连接；所述显示器用于将监测到的成膜厚度结果进行记录和显示。4.如权利要求3所述的监测仪，其特征在于，所述采集室为一个具有五面封闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔国文，刘青健，叶夏时，
申请(专利权)人：应达利电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44