CN104613911B - 沉积薄膜膜厚分布测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种沉积薄膜膜厚分布测量系统，包括第一膜厚测试单元，真空腔体，膜厚测量仪和计算机；将若干第一膜厚测试单元组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，将若干第一膜厚测试单元并联连接成一个第一网络，置于真空腔体中，所述第一网络通过导线连接膜厚测量仪，所述膜厚测量仪连接计算机。本发明可以测量到厚度，平均速度，瞬间速度3种数据。本发明可以测量整个沉积过程中各个时间段沉积速度和厚度的分布图，对分析整个沉积过程极大的好处。

Description

沉积薄膜膜厚分布测量系统
技术领域
本发明涉及一种沉积薄膜膜厚分布测量系统。
背景技术
物理气相沉积和化学气相沉积技术大量运用于平板显示、光学、微电子、传感器及各种器件的研发和生产中。而薄膜沉积过程中的生长速度和厚度以及它的均匀度是非常重要的参数。特别在生产中其均匀性对产品的成品率有很大的影响，因此在一些大型仪器的调试、检测和验收中都是一个重要的指标。但是现有的测量方法是用在腔体内沉积整片样品或在主要的检测点放置小的基片后取出用台阶仪、椭偏仪等膜厚测试设备来测量厚度，其过程相当繁复，耗时而且所用设备也相当昂贵。此外用这种方式来进行测试不仅费时，成本高而且所得的信息也较少，一次实验只能得一个厚度分布。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种沉积薄膜膜厚分布测量系统，能够在薄膜沉积的过程中进行实时检测其整个检测空间的沉积速度和厚度的分布图，从而可得到整个沉积过程的沉积速度和厚度的时空信息。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种沉积薄膜膜厚分布测量系统，包括第一膜厚测试单元，真空腔体，膜厚测量仪和计算机；将若干第一膜厚测试单元组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，将若干第一膜厚测试单元并联连接成一个第一网络，置于真空腔体中，所述第一网络通过导线连接膜厚测量仪，所述膜厚测量仪连接计算机。
所述第一膜厚测试单元包括石英晶振片、电子开关和晶振电路，所述石英晶振片连接晶振电路，所述晶振电路通过电子开关连接到第一网络中。
所述第一膜厚测试单元用第二膜厚测试单元代替，将若干第二膜厚测试单元组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，若干第二膜厚测试单元并联连接成一个第二网络，置于真空腔体中，所述第二网络通过导线连接置于真空腔体之外的晶振电路，所述晶振电路依次连接膜厚测量仪和计算机，所述第二膜厚测试单元包括石英晶振片、电子开关，石英晶振片通过电子开关连接到第二网络中。
所述膜厚测试单元组合成的一维或多维阵列是均匀分布或是非均匀分布，布置在若干检测点上。
所述电子开关由计算机控制或是手动控制。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
本发明系统应用于真空中的物理气相沉积（PVD）如电阻加热蒸发、电子束蒸发、激光蒸发、分子束外延、高频溅射、直流溅射等和化学气相沉积（CVD）如等离子体增强化学气相沉积（PECVD）、有机金属化学气相沉积（MOCVD）等方法在薄膜沉积过程中的沉积速度和厚度随时间及空间位置的分布。本发明系统把测试网络放入真空腔体，并引出几根引线连到测量系统就可以对整个沉积过程进行测量，大大的节省人力和物力。本发明中的测量厚度的石英晶振片可以使用多次。本发明可以测量到厚度，平均速度，瞬间速度3种数据。本发明可以测量整个沉积过程中各个时间段沉积速度和厚度的分布图，对分析整个沉积过程极大的好处。在本发明中提供了多种简化的测试方案，因此对要求不高的测试的投入可以减到很少，节约资金。
附图说明
图1是本发明中的沉积薄膜膜厚分布测量系统的结构示意图。
图2是本发明中的经简化的膜厚测量单元的沉积薄膜膜厚分布测量系统示意图。
图3是本发明中的在真空外进行测量的沉积薄膜膜厚分布测量系统示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例结合附图详述如下：
实施例1
参见图1，一种沉积薄膜膜厚分布测量系统，包括第一膜厚测试单元10，真空腔体6，膜厚测量仪4和计算机5；将若干第一膜厚测试单元10组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，将若干第一膜厚测试单元10并联连接成一个第一网络11，置于真空腔体6中，所述第一网络11通过导线连接膜厚测量仪4，所述膜厚测量仪4连接计算机5。所述第一膜厚测试单元10包括石英晶振片1、电子开关2和晶振电路3，所述石英晶振片1连接晶振电路3，所述晶振电路3通过电子开关2连接到第一网络11中。
每一个第一膜厚测试单元10中的电子开关2都由计算机5控制，使电子开关2相继开通，且同一时间间隔只有一个电子开关2打开连接到第一网络11，使该膜厚测试单元的振荡频率经膜厚测量仪4测量得到相应位置的沉积薄膜厚度的信息传输到计算机5中，通过与上一周期同一膜厚测量单元的测量值相减，得到此周期的增长的厚度，此厚度除以一周期的时间即可得平均速度，然后继续测量下一个膜厚测量单元直到把所有的膜厚测量单元的膜厚信息都存储到计算机5，由计算机5形成一个完整的周期时间段的沉积薄膜的膜厚和平均速度的分布信息图，如此重复直至完成整个薄膜沉积过程结束，即可获得整个薄膜沉积过程的完整的沉积速度和厚度的分布信息。如果在电子开关2打通的时间间隔里进行两次膜厚测量则可得到瞬间的沉积速度，并通过与上一周期同一膜厚测量单元的测量值的计算可以得到此期间的增长的厚度和平均速度，直到把所有的膜厚测量单元的膜厚信息都存储到计算机5，由计算机5形成一个完整的这周期时间段的沉积薄膜的膜厚分布信息图，如此重复直至完成整个薄膜沉积过程结束即可获得整个薄膜沉积过程的完整的的瞬间沉积速度、平均沉积速度和厚度的分布信息图。
实施例2
参见图2，本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于，所述第一膜厚测试单元10用第二膜厚测试单元12代替，将若干第二膜厚测试单元12组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，若干第二膜厚测试单元12并联连接成一个第二网络13，置于真空腔体6中，所述第二网络13通过导线连接置于真空腔体6之外的晶振电路3，所述晶振电路3依次连接膜厚测量仪4和计算机5，所述第二膜厚测试单元12包括石英晶振片1、电子开关2，石英晶振片1通过电子开关2连接到第二网络13中。
实施例3
参见图3，在真空外进行测量的沉积薄膜膜厚分布测量系统。在进真空腔体6以前第二网络13先连接到晶振电路3和膜厚测量仪4；每一个第二膜厚测试单元12中的电子开关2都由计算机5控制，使电子开关2相继开通，且同一时间间隔只有一个电子开关2打开连接到第二网络13，并与晶振电路3连接，得到相应膜厚的振荡频率经膜厚测量仪4测量得到在蒸发前相应位置的沉积薄膜厚度的信息传输到计算机5中，直到把所有的测试单元都测试完。然后把第二网络13置于真空腔体6中不与外界连接，进行薄膜的沉积过程，经过整个真空薄膜沉积过程在石英晶振片1上沉积了一定厚度的薄膜后取出第二网络13，再连接到晶振电路3通过相继选通每一个膜厚测量单元，以得到蒸发后的相应膜厚的振荡频率，经膜厚测量仪4测量得到的蒸发薄膜厚度的信息传输到计算机5，通过蒸发后的膜厚减去蒸发前的膜厚，可得到该膜厚测量单元在此次整个蒸发过程的膜厚，存储到计算机5中，如此继续直到把所有的膜厚测量单元的膜厚信息都存储到计算机5后，就可以由计算机形成一个完整的膜厚分布图。
如果要进一步简化此测量系统，也可以把电子开关2改成手动控制的，这样在真空腔体6外进行测量时可以不用计算机5，直接在膜厚测量仪4上相继读取各膜厚测量单元的膜厚数据，最后得到一完整的厚度分布数据。

Claims (5)

1.一种沉积薄膜膜厚分布测量系统，其特征在于，包括第一膜厚测试单元(10)，真空腔体(6)，膜厚测量仪(4)和计算机(5)；所述第一膜厚测试单元(10)包括石英晶振片(1)、电子开关(2)和晶振电路(3)；将若干第一膜厚测试单元(10)组合成一维或多维阵列，所述膜厚测试单元组合成的一维或多维阵列是均匀分布或是非均匀分布；固定在一个平面或空间的支架上，将若干第一膜厚测试单元(10)并联连接成一个第一网络(11)，置于真空腔体(6)中，所述第一网络(11)通过导线连接膜厚测量仪(4)，所述膜厚测量仪(4)连接计算机(5)；所述沉积薄膜膜厚分布测量系统在薄膜沉积的过程中进行实时检测其整个检测空间的沉积速度和厚度的分布图，得到整个沉积过程的沉积速度和厚度的时空信息。
2.根据权利要求1所述的沉积薄膜膜厚分布测量系统，其特征在于，所述石英晶振片(1)连接晶振电路(3)，所述晶振电路(3)通过电子开关(2)连接到第一网络(11)中。
3.根据权利要求1所述的沉积薄膜膜厚分布测量系统，其特征在于，所述第一膜厚测试单元(10)用第二膜厚测试单元(12)代替，将若干第二膜厚测试单元(12)组合成一维或多维阵列，固定在一个平面或空间的支架上，若干第二膜厚测试单元(12)并联连接成一个第二网络(13)，置于真空腔体(6)中，所述第二网络(13)通过导线连接置于真空腔体(6)之外的晶振电路(3)，所述晶振电路(3)依次连接膜厚测量仪(4)和计算机(5)，所述第二膜厚测试单元(12)包括石英晶振片(1)、电子开关(2)，石英晶振片(1)通过电子开关(2)连接到第二网络(13)中。
4.根据权利要求1所述的沉积薄膜膜厚分布测量系统，其特征在于，所述膜厚测试单元组合成的一维或多维阵列是均匀分布或是非均匀分布，布置在若干检测点上。
5.根据权利要求1所述的沉积薄膜膜厚分布测量系统，其特征在于，所述电子开关(2)由计算机控制或是手动控制。
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