一种实时高精密膜厚监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实时高精密膜厚监测系统，涉及真空镀膜领域。包括：一套带冷却系统的膜厚探头、一个振荡器电路、一个信号转置滤波电路、一个基于TTL电平的高频计数系统、一个485通信系统、一个交互式触控屏控制显示界面。本发明专利技术可以实现在高精密真空系统中，实时监测镀膜厚度，监测精度可以达到1Hz的振荡频率波动和0.01nm的膜厚变化。可以实现任意镀膜材料的厚度监测。可以监控膜厚探头中晶振片的使用寿命。所有参数通过触控屏输入和显示，方便、准确。在光伏、显示、半导体、真空镀膜等领域具备重大应用价值。重大应用价值。重大应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种实时高精密膜厚监测系统


[0001]本专利技术涉及真空镀膜领域，特别涉及热蒸发、磁控溅射、离子束溅射、电子束溅射等真空镀膜技术的实时膜厚监测。

技术介绍

[0002]真空镀膜作为太阳能电池、显示面板、半导体等行业的重要工艺流程，其镀膜厚度和镀膜质量的精确控制对于开发尖端产品至关重要。在线式膜厚监测系统，可以实时监测镀膜速率、镀膜质量、镀膜厚度等，以便实现对于镀膜过程的高精度把控，是真空镀膜设备的核心部件。现行在线式膜厚监测系统，多采用昂贵的进口设备，并且通常为按键式输入和控制界面，操作不便。一种测量精度高、操作简便、可拓展为多通道监测、成本低廉的在线式膜厚监测系统，对于行业发展非常重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的是通过常见微控制器如Arduino、Teensy等作为频率计数核心，采用可485方式通信的触控屏来作为控制显示界面，以实现测量精度高、操作简便、可拓展为多通道监测、成本低廉的在线式膜厚监测系统。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提出一种实时高精密膜厚监测系统，包括以下部分：一套带冷却系统的膜厚探头101、一个振荡器电路102、一个信号转置滤波电路103、一个基于TTL电平的高频计数系统104如Arduino或Teensy、一个485通信模块105、一个交互式触控屏控制显示界面100。
[0005]其中，可以通过一个交互式触控屏100，通过485通信方式，控制一个或多个膜厚探头并监测其厚度变化，实现多通道的同时在线监测。
[0006]其中，一套带冷却系统的膜厚探头101，可以采用晶振频率为5MHz或6MHz的石英晶振片，晶振片两面可以是镀金、镀银、或银铝合金。膜厚探头利用石英晶体的压电效应，即在一定电压下石英晶体会发生扭曲振动，通过振荡电路将其固有频率，以电信号放大输出。其固有频率会随着晶振片上沉积的材料而发生减小，通过计算频率减小的幅度，即可计算出沉积的薄膜厚度。本专利技术的膜厚探头，带有循环冷却水，以保证其输出频率的稳定性。
[0007]其中，一个振荡器电路102，输入电源电压为5V，输出信号为0
‑
5V之间的正弦或三角波信号110。
[0008]其中，一个信号转置滤波电路103，可以将任意的正弦和三角波信号110转换为TTL基的方波信号111。
[0009]其中，一个基于TTL电平的高频计数系统104，可以读取TTL基的高频方波信号111，如Arduino、Teensy等常见微控制器，读数频率可以达到50MHz，读数精度到1Hz。
[0010]其中，一个交互式触控屏控制显示界面100，可以输入任意材料的密度123、Z因子124、矫正因子Tooling值125等，以实现精确的膜厚监测122，膜厚监测精度为0.01nm，并且还可以同时监测多个探头，在监测厚度的同时还可以监测膜厚探头中晶振片的寿命121，及
时提醒用户更换。
[0011]采用上述技术方案，本专利技术实现了频率精度1Hz的信号监测，其监测的频率信号可以高达50MHz，其监测的膜厚精度变化可以达到0.01nm。且本专利技术采用如Arduino、Teensy等常见微控制器，既保证了高精度的探测，又使得整体系统的成本大幅降低。除了上述描述的膜厚监测系统10外，本专利技术还可以拓展更多膜厚监测系统，如增加两个膜厚监测系统20和30，进而可以同时监测不同部位的镀膜速率，达到更佳的控制效果。
附图说明
[0012]下面结合具体实施例和附图对本专利技术进行详细的说明，其中。
[0013]图1为本专利技术的整体架构图。
[0014]图2为本专利技术中信号转置电路103的具体电路设计图。
[0015]图3为本专利技术中的触控屏显示和控制界面。
[0016]膜厚探头101、振荡器电路102、信号转置滤波电路103、基于TTL的高频计数系统104、485通信模块105、交互式触控屏100、正弦或三角的波信号Sine
in
110、TTL方波Square
out
111、A1——A5放大器、R1——R9电阻、C1——C3电容、U1比较器、L1——L2电感、镀膜材料123、材料密度124、Z因子125、Tooling值126、晶振寿命121、镀膜实际厚度122、膜厚监测系统一10、膜厚监测系统二20、膜厚监测系统三30。
实施方式
[0017]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图和实施例对本专利技术进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本专利技术，并不对本专利技术构成限制。
[0018]如图1至图3所示，为了实现上述目的，本专利技术提出一种实时高精密膜厚监测系统，以膜厚监测系统一10为例进行说明，包括以下部分：膜厚探头101，以石英晶振片为核心部件，膜厚探头利用石英晶体的压电效应，即在一定电压下石英晶体会发生扭曲振动，通过振荡电路将其固有频率，以电信号放大输出。其固有频率会随着晶振片上沉积的材料而发生减小，通过计算频率减小的幅度，即可计算出沉积的薄膜厚度。本专利技术的膜厚探头，带有循环冷却水，以保证其输出频率的稳定性。
[0019]在本申请的一实施例中，采用6MHz的覆金石英晶振片。
[0020]振荡电路102，将晶振片中的固有频率放大成正弦或三角的波信号110。
[0021]在本申请的一实施例中，102采用Colpitts振荡电路即可实现。
[0022]信号转置电路103将不易计数的正弦或三角波110转换为易于计数的TTL方波111。先将110分别通过两个跟随器电路隔离，一路通过移相电路转移180度，一路保持不变，再分别通过滤波电路过滤后，汇入比较器中，这样即将任意110的正弦或三角波信号，转换为了TTL基的方波信号111。
[0023]方波信号111，输入高频率的计数系统104中，即可实现TTL的信号读取。再通过485通信模块105与触控屏100进行通信，从100读取到镀膜材料的名称123、材料密度124、Z因子125、Tooling值126，在计数系统中进行计算，得到实时的晶振寿命121和镀膜实际厚度122，再通过485通信模块105输入到100中显示出来。
[0024]在本申请的一实施例中，本专利技术中的高频率技术系统104，采用常见的Arduino或者Teensy等低成本微控制器。
[0025]可选地，本专利技术还可以拓展更多膜厚监测系统，如增加两个膜厚监测系统20和30，进而可以同时监测不同部位的镀膜速率，达到更加的控制效果。
[0026]采用上述技术方案，晶振片的频率变动可以精确到1Hz、膜厚监测精度高至0.01nm、且简单易行、成本低廉，兼容多通道、多种材料同时镀膜，具有非常大的工业应用价值。
[0027]以上所述仅为本专利技术的优选实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是在本专利技术的专利技术构思下，利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的
均包括在本专利技术的专利保护范围内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时高精密膜厚监测系统，涉及真空镀膜领域，其特征在于，包括以下部分：一套带冷却系统的膜厚探头、一个振荡器电路、一个信号转置滤波电路、一个基于TTL电平的高频计数系统、一个485通信模块、一个交互式触控屏控制显示界面。2.如权利要求1所述一种实时高精密膜厚监测系统，其特征在于，可以通过一个交互式触控屏，通过485通信方式，控制一个或多个膜厚探头并监测其厚度变化，实现多通道的同时在线监测。3.如权利要求1所述一套带冷却系统的膜厚探头，其特征在于，可以采用晶振频率为5MHz或6MHz的石英晶振片，晶振片两面可以是镀金、镀银、或银铝合金。4.如权利要求1所述一个振荡器电路，其特征在于，输入电源电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张楠林，袁崇霖，庄李施，李秀婷，
申请(专利权)人：阳明量子科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：