CN104165573B - 一种测量装置及镀膜设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种测量装置及镀膜设备。该测量装置包括：第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片测试单元；第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。本发明提高了膜厚测量精度。

Description

一种测量装置及镀膜设备
技术领域
本发明涉及测量技术，特别是一种测量装置及镀膜设备。
背景技术
当今微电子薄膜、光学薄膜、抗氧化薄膜、巨磁电阻薄膜、高温超导薄膜等在工业生产和人类生活中不断得到应用。如大规模集成电路、液晶面板、LED器件等生产工艺中的各种薄膜，由于集成程度的不断提高，薄膜厚度的任何微小变化，对器件的性能都会产生直接的影响。除此之外，薄膜的各种性能，如透光性能、导电性能、绝缘性能等都与厚度有着密切的联系。
因此可以看出，薄膜的厚度是一个非常重要的参数，直接关系到该薄膜材料能否正常工作。因此在生产过程中需要获取薄膜的厚度。
随着科技的进步和精密仪器的应用，薄膜厚度的测量方法有很多，一种常见的测量方法为使用晶振片对薄膜厚度进行实时测量。
然而发明人发现，现有技术中使用晶振片对薄膜厚度进行实时测量的方法，由于受到环境因素的影响而存在精度不高的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种测量装置及镀膜设备，提高使用晶振片对薄膜厚度进行测量的测量精度。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种测量装置，用于测量一待镀膜模组上产生的膜层的厚度，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
上述的测量装置，其中，所述频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
上述的测量装置，其中，还包括：
一遮挡模块，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
上述的测量装置，其中，所述第二石英晶振片的数量为多个，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种镀膜设备，包括一镀膜机，用于向待镀膜模组镀膜，所述镀膜设备还包括一测量装置，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
上述的镀膜设备，其中，所述频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
上述的镀膜设备，其中，还包括：
一遮挡模块，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
上述的镀膜设备，其中，所述第一石英晶振片和第二石英晶振片环形排列，所述遮挡模块具体为一设置有一通孔的可旋转遮挡片，所述遮挡片能够通过旋转使得所述通孔位于不同石英晶振片的上方。
上述的镀膜设备，其中，还包括：
控制器，用于根据所述膜层厚度实际值控制镀膜机的镀膜厚度。
上述的镀膜设备，其中，所述镀膜机上设置有一具有一吸附面的用于吸附所述待镀膜模组的真空吸附装置，所述第一石英晶振片、第二石英晶振片的安置高度与所述待镀膜模组的安置高度相同。
上述的镀膜设备，其中，所述第二石英晶振片的数量为多个，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
本发明实施例中，设置了第一石英晶振片，其利用现有技术的薄膜厚度测量方法可以得到一个膜层厚度初始值。之前提到，由于石英晶振片的频率变化不仅与薄膜厚度有关，而且与环境有关，因此基于镀膜后的石英晶振片的振荡频率变化量计算出的膜层厚度并不准确。而本发明实施例中同时还设置了第二石英晶振片，而第二石英晶振片在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜，根据该第二石英晶振片的振荡频率变化量可以计算出一修正值，进而可以将由于环境导致的振荡频率变化带来的误差从膜层厚度初始值中扣除，提高了膜层厚度检测的精度。
附图说明
图1表示设置的多块石英晶振片和遮挡机构的配合示意图；
图2表示本发明实施例用于真空蒸镀时的具体结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例的测量装置及镀膜设备中，使用一个不镀膜的石英晶振片来测量镀膜过程中的环境因素对频率变化产生的影响，提高了测量的精度。
为方便本领域技术人员更好的理解本发明实施例，在此先对本发明实施例涉及到的一些知识介绍如下。
使用石英晶振片测膜厚原理是利用了石英晶振片振荡频率的变化与沉积薄膜厚度的近似线性关系如下：
Δf = - f Q 2 ρ f N ρ Q Δd f
其中：
Δf为石英晶振片振荡频率的变化量；
Δdf为沉积薄膜的厚度；
ρf是沉积薄膜的密度；
ρQ是石英晶振片密度；
fQ为石英晶振片的固有谐振频率；
N为石英晶振片的频率常数。
从上式可以发现，当沉积薄膜的厚度变化不大时，近似认为Δf与Δdf成线性关系，因此可以根据石英晶振片振荡频率的变化计算出薄膜厚度。
然而，石英晶振片振荡频率的变化不仅仅和沉积薄膜厚度有关，还与镀膜腔的环境有关(如温度、真空度等)。因此，现有技术的使用晶振片测试得到的薄膜厚度并不准确。
本发明实施例的一种测量装置，用于测量一待镀膜模组上产生的膜层的厚度，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
本发明实施例中，设置了第一石英晶振片，其利用现有技术的薄膜厚度测量方法可以得到一个频率变化初始值。之前提到，由于石英晶振片的频率变化不仅与薄膜厚度有关，而且与环境有关，因此基于镀膜后的石英晶振片的振荡频率变化量来计算膜层厚度并不准确。而本发明实施例中同时还设置了第二石英晶振片，而第二石英晶振片在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜，因此利用该第二石英晶振片可以测量得到由于环境因素导致的振荡频率变化量，进而可以将由于环境导致的振荡频率变化带来的误差从频率变化初始值中扣除，得到准确的由于膜层厚度带来的频率变化目标值，进而可以利用该准确的反映膜层厚度变化值的频率变化目标值计算得到准确的膜层厚度。
在本发明的具体实施例中，该频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
在本发明的具体实施例中，需要保证第二石英晶振片在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜，因此，可以在测量装置自身设置一个遮挡机构，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
但当然，该遮挡机构也可以设置于镀膜机上，这将在后续进行说明。
在本发明的具体实施例中，第二石英晶振片的数量可以是一个，但为了进一步提高测量精度，也可以设置多个第二石英晶振片，这种情况下，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
本发明实施例同时还提供了一种镀膜设备，包括一镀膜机，用于向待镀膜模组镀膜，所述镀膜设备还包括一测量装置，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
在本发明的具体实施例中，所述频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
在本发明的具体实施例中，上述的镀膜设备中在镀膜腔内设置一遮挡模块，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
对于镀膜设备而言，为了提高测量的精度，同时减少测量的晶振片的更换次数，如图1所示，所述第一石英晶振片101和第二石英晶振片102环形排列，所述遮挡模块具体为一设置有一通孔104的可旋转遮挡片103，所述遮挡片103能够通过旋转使得所述通孔104位于不同石英晶振片的上方。
应当理解的是，所谓第一石英晶振片和第二石英晶振片是针对某一次镀膜操作而言，以图1所示的情况为例，第一石英晶振片为正上方的石英晶振片，其他的石英晶振片为第二石英晶振片。
而当通孔104逆时钟旋转90度，进行下一次镀膜操作时，则第一石英晶振片为左边的石英晶振片，其他的石英晶振片为第二石英晶振片。
类似于图1所示的结构，至少在3次镀膜之后才需要整体更换石英晶振片，而且在前两次测量时，由于可以用于测量环境影响的石英晶振片数量超过大于或等于两片，因此可以提高测量精度。
在镀膜的过程中，不但可以直接测量膜层的厚度，还可以根据膜层厚度控制镀膜机得工作，此时，上述的镀膜设备，还包括：
控制器，用于根据所述膜层厚度实际值控制镀膜机的镀膜厚度。
如对于真空蒸镀工艺而言，可以控制蒸镀的温度、蒸镀材料的供给速度等。
在本发明的具体实施例中，石英晶振片可以设置于镀膜腔的各个位置，但当石英晶振片和待镀膜模组不在同一高度时，其形成的膜层厚度不一致，此时需要设置一修正因子来修正得到的膜层厚度。
为了避免调节因子设置不准确带来的工艺繁琐和最终膜层厚度测量不准确，在本发明的具体实施例中，所述镀膜机上设置有一具有一吸附面的用于吸附所述待镀膜模组的真空吸附装置，所述镀膜机上将石英晶振片安置在与待镀模组处于同一水平位置的高度，即所述第一石英晶振片、第二石英晶振片安置高度与所述待镀膜模组的安置高度相同。
当所述第二石英晶振片的数量为多个时，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
以下以一个更加具体的范例对本发明实施例作进一步详细的说明。
如图2所示，为本发明实施例的真空蒸镀设备的具体结构示意图。
在镀膜前，首先测量设置于蒸镀腔200内的两个石英晶振片201和202的原始振荡频率，分别记为f1和f2。其中石英晶振片201被一挡板203所遮挡，在镀膜过程中不会被镀膜，而石英晶振片202暴露，会和待镀膜模组204一起由坩埚产生的蒸镀气体在表面形成薄膜。
同时，为了避免调节因子的设置，在本发明具体实施例中，该石英晶振片202和待镀膜模组204处于同一高度。
蒸镀薄膜后再测量两个石英晶振片的振荡频率，分别记为f1′和f2′。
由此可以得到Δf＝(f2′-f2)-(f1′-f1)，其中Δf′＝f1′-f1为环境变化所导致的晶振片振荡频率改变量。将Δf代入下式即可获得准确薄膜厚度。
Δf = - f Q 2 ρ f N ρ Q Δd f
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种测量装置，用于测量一待镀膜模组上产生的膜层的厚度，其特征在于，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，还包括：
一遮挡模块，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的测量装置，其特征在于，所述第二石英晶振片的数量为多个，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
5.一种镀膜设备，包括一镀膜机，用于向待镀膜模组镀膜，其特征在于，所述镀膜设备还包括一测量装置，所述测量装置包括：
第一石英晶振片，在镀膜过程中一起被镀膜；
第二石英晶振片，和第一石英晶振片相同，在镀膜的过程中被遮挡，不会被镀膜；
激励源产生单元，用于产生并输出交变电流到所述第一石英晶振片和第二石英晶振片；
第一计算模块，用于根据所述第一石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第一响应信号计算频率变化初始值；
第二计算模块，用于根据所述第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算频率变化修正值；
第三计算模块，用于利用所述频率变化修正值修正所述频率变化初始值得到的频率变化目标值计算膜层厚度。
6.根据权利要求5所述的镀膜设备，其特征在于，所述频率变化目标值等于频率变化初始值与频率变化修正值的差值。
7.根据权利要求5所述的镀膜设备，其特征在于，还包括：
一遮挡模块，用于在镀膜过程中遮挡所述第二石英晶振片，使所述第二石英晶振片不会被镀膜。
8.根据权利要求7所述的镀膜设备，其特征在于，所述第一石英晶振片和第二石英晶振片环形排列，所述遮挡模块具体为一设置有一通孔的可旋转遮挡片，所述遮挡片能够通过旋转使得所述通孔位于不同石英晶振片的上方。
9.根据权利要求5所述的镀膜设备，其特征在于，还包括：
控制器，用于根据所述膜层厚度实际值控制镀膜机的镀膜厚度。
10.根据权利要求5所述的镀膜设备，其特征在于，所述镀膜机上设置有一具有一吸附面的用于吸附所述待镀膜模组的真空吸附装置，所述第一石英晶振片、第二石英晶振片安置高度与所述待镀膜模组相同。
11.根据权利要求5-10中任意一项所述的镀膜设备，其特征在于，所述第二石英晶振片的数量为多个，所述第二计算模块具体用于根据每一个第二石英晶振片在镀膜过程中响应于所述交变电流产生的第二响应信号计算第二石英晶振片各自对应的频率变化中间值，并取所有频率变化中间值的平均值作为频率变化修正值。
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