一种成膜厚度监测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型适用于成膜厚度监测领域，提供了一种成膜厚度监测仪，包括石英晶体谐振器、频率?厚度信号转换器、显示器；所述石英晶体谐振器包括压电石英晶片、金属电极、具有开孔的外盖；所述金属电极覆盖在所述压电石英晶片上，并位于所述外盖的开孔下方；所述石英晶体谐振器的输出端连接所述频率?厚度信号转换器的输入端，用于输出压电石英晶片的谐振频率；所述频率?厚度信号转换器的输出端连接所述显示器的输入端，用于实时接收谐振频率，并将所述谐振频率转换成厚度数据后，输出所述厚度数据到显示器；所述显示器用于实时接收厚度数据，并显示出来。本实用新型提供的一种成膜厚度监测仪，实现了成膜厚度的精确监测。
【专利说明】
一种成膜厚度监测仪
技术领域
[0001]本实用新型属于成膜厚度监测领域，尤其涉及一种成膜厚度监测仪。
【背景技术】
[0002]对于成膜厚度的精确监测一直以来都是相关行业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，但是很难达到高精度监测；也鲜有采用压电石英晶片的频率-厚度高灵敏度这一特性来进行相关的精确监测并取得成功的。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种成膜厚度监测仪，旨在提供一种灵敏度和准确性高的监测仪。
[0004]本实用新型提供了一种成膜厚度监测仪，包括石英晶体谐振器、频率-厚度信号转换器、显示器；
[0005]所述石英晶体谐振器包括压电石英晶片、金属电极、具有开孔的外盖;所述金属电极覆盖在所述压电石英晶片上，并位于所述外盖的开孔下方；
[0006]所述石英晶体谐振器的输出端连接所述频率-厚度信号转换器的输入端，用于输出压电石英晶片的谐振频率；
[0007]所述频率-厚度信号转换器的输出端连接所述显示器的输入端，用于实时接收谐振频率，并将所述谐振频率转换成厚度数据后，输出所述厚度数据；
[0008]所述显示器用于实时接收厚度数据，并显示出来。
[0009]进一步地，还包括采集室;所述采集室是一个五面封闭而一个面有缺口的腔体。
[0010]进一步地，所述石英晶体谐振器置于采集室的底部，所述采集室的缺口的尺寸大于所述金属电极的尺寸，以使所述石英晶体谐振器的金属电极暴露于空气中。
[0011]进一步地，所述采集室的形状是长方体、正方体的任意一种腔体。
[0012]本实用新型与现有技术相比，有益效果在于:本实用新型提供的一种成膜厚度监测仪，能够充分利用AT切压电石英晶片在厚度切变谐振模式下频率和厚度成线性反比的特性，以及对频率进行高精度测量的能力，实现成膜厚度的精确监测。该监测仪能够大批量生产，制造出成本低的成膜厚度监测仪。
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型实施例提供的监测仪的示意图；
[0014]图2是图1监测仪的采集室部分的示意图；
[0015]图3是图1监测仪的石英晶体谐振器部分的示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0017]经研究发现，压电石英晶片是由全球储存量极多的二氧化硅(S12)组成。如此多的原料储存量使得人造压电石英晶片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。下面具体介绍这种监测仪:
[0018]本实用新型提供的一种成膜厚度监测仪，包括石英晶体谐振器、频率-厚度信号转换器、显示器、采集室。
[0019]所述采集室是一个五面封闭而一个面具有开孔或缺口的腔体，比如长方体、正方体，其形状和尺寸可由设计要求而定。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。所述石英晶体谐振器设置于采集室中，该采集室保证了石英晶体谐振器在工作时不受外界的其它因素干扰。
[0020]更进一步，制造采集室的材料可以是金属，也可以是非金属。
[0021]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。
[0022]所述石英晶体谐振器的输出端连接所述频率-厚度信号转换器的输入端，用于输出谐振频率给所述频率-厚度信号转换器。
[0023]所述石英晶体谐振器包括压电石英晶片、金属电极、具有开孔的外盖;所述金属电极覆盖在所述压电石英晶片上，并位于所述外盖的开孔下方；同时，采集室的开孔足够大，使金属电极能够暴露于空气中。成膜载体(将被覆盖上膜的物体)放置于和所述外盖开孔相同的同一水平面，以至于成膜的物质在喷射成膜的过程中(如金属溅射成膜、喷射油漆成膜)，有多少物质到达成膜载体的单位面积表面，就有同样重量的物质进入石英晶体谐振器单位面积的开孔处并到达金属电极表面上;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。具体地，压电石英晶片的谐振频率和厚度的关系如下:
[0024]压电石英晶片在厚度切变谐振模式下，谐振的频率和压电石英晶片的有效厚度成反比，有以下公式:
[0025]F = 1.67/t
[0026]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1ΜΗζ-200ΜΗζ之间。
[0027]所述频率-厚度信号转换器的输出端连接所述显示器的输入端，用于实时接收谐振频率，并将所述谐振频率转换成厚度数据后，输出所述厚度数据。
[0028]本监测仪在出厂前，要将频率变化-厚度变化转换表储存在频率-厚度信号转换器里的记忆芯片内，以便以后调用。其中，频率变化-厚度变化转换表可以通过实验数据来建立;该转换表具有建立在相应实验数据上的数据补偿功能，能提高转换精度。当频率-厚度信号转换器接收到石英晶体谐振器的输出频率后，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，输出成膜厚度的数据。
[0029]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。
[0030]所述显示器用于实时接收所述频率-厚度信号转换器的厚度数据，并将其记录和显示出来。
[0031]下面举一具体实施例介绍这种监测仪:
[0032]如图1所示，本实用新型的监测仪包括采集室10、特制的用AT切压电石英晶片制作的外盖开孔的石英晶体谐振器20、频率-厚度信号转换器30以及显示器40。
[0033]采集室10的内部安装有特制的用AT切压电石英晶片制作的外盖开孔的石英晶体谐振器20，石英晶体谐振器20通常安装于采集室10的底部。外盖开孔的石英晶体谐振器20的频率输出端和频率-厚度信号转换器30的输入端连接。频率-厚度信号转换器30的输出端和显示器40的输入端连接。通过以上各个部件的输入端和输出端的相应连接，实现了这个监测仪在功能上的连接。
[0034]如图2所示，采集室10的一个面具有一个条形开孔11，实现了其输入和外部环境的连接。
[0035]如图3所示，石英晶体谐振器20的外盖上具有一开孔21，使AT切压电石英晶片暴露于空气中，AT切压电石英晶片上面覆盖有金属电极22。
[0036]当成膜的载体放置于和谐振器的外盖开孔同一个水平面时，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)，有多少重量物质到达成膜载体的单位面积表面，就有同样重量的物质通过石英晶体谐振器20开孔处21的单位开孔面积，并到达金属电极22的表面上，从而增加了原来金属电极22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(在重量变轻的情况下，有效厚度变薄;在重量变重的情况下，有效厚度变厚)，进而改变了 AT切压电石英晶片的谐振频率，在频率改变的情况下监测成膜的厚度。
[0037]当频率-厚度信号转换器30接收到来自于外盖开孔的石英晶体谐振器20的输出频率后，会和开始监测之前石英晶体谐振器20的初始频率进行比较，计算出差值。然后通过该频率差值调出储存好的厚度数据。
[0038]当显示器40在接收到来自于频率-厚度信号转换器30输出的数据信号后，记录下得到的成膜厚度数据，显示成膜厚度特性曲线。
[0039]本实用新型提供的一种成膜厚度监测仪，利用压电石英晶片在厚度切变谐振模式的情况下，频率和厚度成线性反比这一特性以及对频率可进行高精度测量这一能力，实现了成膜厚度的精确监测。在特殊情况下，AT切压电石英晶片厚度的微小变化能够引起谐振频率的巨大变化，在晶片的厚度-频率这两个物理特性的转换过程中，在实施了对频率的精确测量后，也能够有效地提高对成膜厚度的监测灵敏度。该监测仪制造成本低、易于批量生产。
[0040]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种成膜厚度监测仪，其特征在于，包括石英晶体谐振器、频率-厚度信号转换器、显示器； 所述石英晶体谐振器包括压电石英晶片、金属电极、具有开孔的外盖;所述金属电极覆盖在所述压电石英晶片上，并位于所述外盖的开孔下方； 所述石英晶体谐振器的输出端连接所述频率-厚度信号转换器的输入端，用于输出压电石英晶片的谐振频率； 所述频率-厚度信号转换器的输出端连接所述显示器的输入端，用于实时接收谐振频率，并将所述谐振频率转换成厚度数据后，输出所述厚度数据； 所述显示器用于实时接收厚度数据，并显示出来。2.如权利要求1所述的成膜厚度监测仪，其特征在于，还包括采集室;所述采集室是一个五面封闭而一个面有缺口的腔体。3.如权利要求2所述的成膜厚度监测仪，其特征在于，所述石英晶体谐振器置于采集室的底部，所述采集室的缺口的尺寸大于所述金属电极的尺寸，以使所述石英晶体谐振器的金属电极暴露于空气中。4.如权利要求2所述的成膜厚度监测仪，其特征在于，所述采集室的形状是长方体、正方体的任意一种腔体。
【文档编号】G01B7/06GK205619871SQ201620201348
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月16日
【发明人】王立虎, 刘青健
【申请人】应达利电子股份有限公司