CN105917023A - 监控薄膜沉积 - Google Patents
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Abstract
描述了一种用于监控薄膜沉积的系统。该系统包括石英晶体和用以产生调制信号的合成器。调制信号将通过石英晶体接地。该系统还包括相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而监控薄膜沉积。调制指数可以被选择，使得在共振时，信号的高频匹配晶体频率。
Description
交叉参考相关申请
本申请要求美国暂时专利申请序列号61/886,333的权益和优先权，该美国暂时专利申请的提交日为2013年10月3日，并且名称为“晶体共振的测量”，其整体以引用的方式并入本文。
背景技术
晶体频率共振监控通常用于控制沉积速率。然而，在石英晶体沉积控制器中的长同轴电缆中发生电缆共振效应。
晶体接口单元(XIU)是一种基于锁相环的晶体共振监控器。XIU容纳一些部分，其包括仅远离安装在薄膜沉积室内部的石英晶体传感器一短的电缆长度的测量电路的相敏检测器部分。XIU然后经由其长度可以改变高达30m的多导体控制电缆被连接到测量电路的其余部分(称为位于速率控制和数据处理单元内部的测量卡)。XIU的设计包括补偿由于传感器的电容和将XIU连接到石英晶体传感器的电缆的无功电导而引起的相移的电容电桥。
本配置提供了许多益处，包括测量被涂覆有不同材料的监控器晶体的活动性(寿命)的能力。然而，这样的益处只适用于短的电缆长度(对于具有～6MHz的初始基本频率的大多数晶体而言，接近于4.5m)，并且对于较高的基本频率的晶体而言，所允许的长度进一步减少。另外，用于现有XIU的传感器电缆的最大长度也取决于诸如电缆类型，晶体尺寸和几何形状、传感器头部设计等的参数。
随着XIU传感器电缆长度的增加，许多现有设计预期的优点消失了，这主要由于同轴电缆中的反射，最终导致检测失败。通过阻抗匹配抑制反射是用于固定阻抗的常见做法。然而，石英晶体的阻抗在材料沉积期间横跨宽范围而变化。在这种情况(宽频带和宽阻抗带)下的适当终止需要多个匹配的节点和开关电路系统来选择合适的匹配节点，以便晶体阻抗在所使用的同轴电缆的特定阻抗两侧下降。除了之前提到的问题之外，长的电缆长度也导致晶体共振的增加的频率牵引，以及在晶体涂覆期间的用于当前XIU的无效电缆补偿跟踪。
当XIU传感器电缆的电气长度(其是介电常数和物理长度二者的函数)超过激励信号的四分之一波长时，之前方案经历了其定位共振的能力的下降。另外，两个或更多的XIU的组合需要覆盖高达～4m的连续长度跨越以用于RG58型同轴电缆。
用于薄膜沉积的厚度速率监控的超导腔稳定的微波振荡器电路已被展示。例如参见由S.R.Stein和J.P.Turneaure提出的超导腔稳定的微波振荡器电路(发表在IEEE论文集，第63卷，第8期-1975)。FM信号已被使用腔转换成AM信号。
在一些之前的设备中，XIU降低了从晶体到控制器的电缆长度。测量电路组件在XIU中。从晶体到XIU的最大电缆长度例如是4.5m。除此之外，可能发生反射和相位逆转。然而，用于Gen 4和更大玻璃的单个平板沉积室太大了，4.5m是不够的。更长的电缆长度在1/4λ展现反射和驻波。1/2λ具有与0m相同的阻抗——阻抗周期为1/2λ周期并且每1/4λ逆转。
发明内容
本文描述了一种用于监控薄膜沉积的系统和方法。在实施例中，用于监控薄膜沉积的系统包括石英晶体和用以产生调制信号的合成器。调制信号将通过石英晶体接地。该系统还包括相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而监控薄膜沉积。调制指数可以被选择，使得在共振时，信号的高频匹配晶体频率。
在另一个实施例中，一种用于监控薄膜沉积的方法包括经由处理器选择调制信号。该方法还包括通过石英晶体将调制信号接地以激励晶体。该方法还包括从晶体接收调制信号并且解调来自晶体的信号。该方法附加地包括测量解调信号的相位以确定薄膜沉积厚度。
附图说明
当结合下面的描述和附图理解时，本发明的以上和其他对象、特征和优点将变得更加明显，在附图中，在可能的情况下，相同的附图标记已被用于指示对于附图共有的相同特征，并且其中：
图1是示出系统的组件的高层次图；
图2是长同轴电缆问题的说明；
图3是测量卡的高层次图；
图4示出来自锁定放大器(lock-in amp)的幅度和相位测量；
图5a-5b示出了示例性的转换相位调制信号；
图6示出用当前测量系统获得的密封(canned)晶体的导纳曲线；
图7A-7D示出了实验数据；以及
图8是图示了监控薄膜沉积的方法的示例的流程图。
附图是为了说明的目的，并且未必是按比例的。
具体实施方式
在下面的描述中，将会以将通常实现为软件程序的措辞来描述一些方面。本领域技术人员将容易地认识到，这种软件的等价物也可以以硬件、固件或微代码构造。因为数据操作算法和系统是众所周知的，本描述将特别地涉及形成本文描述的系统和方法的一部分、或更直接地与其合作的系统和算法。这种算法和系统的其他方面、以及用于生成并且以其他方式处理与之相关的信号的硬件或软件(在本文未被具体地示出和描述)被从本领域已知的这种系统、算法、组件和元件中选择。在给定如本文所描述的系统和方法的情况下，对于实现任何方面有用的本文未具体示出、建议或描述的软件是常用的，并且在本领域普通技术之内。
在石英晶体沉积控制器中使用λ/2电缆是不实际的，因为晶体频率(从而λ)随使用而变化。这种晶体频率变化减少了操作窗口。对于给定的电缆长度只有某种频移是允许的，因为相位随λ变化而恶化。这种相位恶化降低了测量系统的频率稳定性和分辨率。
阻抗和频率随沉积变化，所以固定阻抗匹配也是无效的。在晶体处的宽带和宽负载阻抗匹配难以用可以容忍真空的组件实现。此外，在真空中的任何额外元件可能由于故障造成额外的线路停工时间。因此期望以对晶体激励的相位不敏感的方式(高频，例如，6MHz)测量晶体共振频率。
各个方面涉及克服将无源沉积监控电路连接到容纳在真空室内部的远程石英晶体传感器的同轴电缆的反射有限长度。各个方面提供一种基本上免受由将无源晶体讯问电路连接到被安装在将然后包括任何系统的大沉积系统中的石英晶体的长电缆中的驻波引起的问题的影响的沉积监控电路。各个方面降低主要由电缆电容负载(特别是在长电缆的情况下)引起的阻抗频谱的频率牵引。各个方面在有源模式的情况下是有效的，无论其是否为基本的、虚假或泛音的、独立于电缆长度、电缆类型或传感器头部类型的。各个方面不需要用于电缆补偿的变抗器限制桥式电路。各个方面具有增加的频率带宽来覆盖具有6MHz以上的基本频率(仅由器件合成驱动波形的能力限制)的晶体。各个方面可以测量晶体的滤波器质量(Q)。这是有用的，因为测量速度与Q相关。各个晶体允许100ms的测量速度。各个方面可以在不使用接口电路(诸如XIU)的情况下测量晶体。各个方面包括高稳定性的石英晶体无源共振电路以用于大型系统中的薄膜沉积监控。该电路可与现有的速率监控器和控制器(例如，通过INFICON)一起使用。
图1是示出了系统的组件的高层次图。系统100是用于分析数据和执行本文所述的其他分析的示例性数据处理系统和相关组件。该系统包括处理器4286，外围系统4220、用户接口系统4230、和数据存储系统4240。外围系统4220、用户接口系统4230和数据存储系统4240通信地连接到处理器4286。处理器4286可以被通信地连接到网络4250，诸如互联网或X.425网络，如下文论述的。处理器4286可以包括一个或多个系统4220、4230、4240，并可以连接到一个或多个网络4250。处理器4286和本文描述的其他处理设备各自可以包括一个或多个微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程逻辑阵列(PLA)、可编程阵列逻辑器件(PAL)、或数字信号处理器(DSP)。
处理器4286可以实现本文所述的各个方面的过程。处理器4286可以是或包含用于对数据自动化地操作的一个或多个设备，例如，中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、台式计算机、膝上型计算机、大型计算机、个人数字助理、数码相机、手机、智能电话或用于处理数据、管理数据或运用数据的任何其他设备(无论是否用电气、磁性、光学、生物组件或以其他方式实现)。在示例中，处理器4286可以包括哈佛架构组件、修改的哈佛架构组件、或冯诺依曼架构组件。
短语“通信地连接”包括任何类型的连接(有线或无线)，以用于在设备或处理器之间传送数据。这些设备或处理器可以或可以不物理接近地设置。例如，子系统(诸如，外围系统4220、用户接口系统4230和数据存储系统4240)与数据处理系统4286分离地示出，但是可以全部或部分地存储在数据处理系统4286内。
外围系统4220可以包括一个或多个设备，其被配置为提供数字内容记录到处理器4286。例如，外围系统4220可以包括数字静止相机、数字视频相机、手机、或其他数据处理器。处理器4286，在从外围系统4220中的设备接收到数字内容记录时，可以将这种数字内容记录存储在数据存储系统4240中。
用户接口系统4230可以包括鼠标、键盘、另一计算机(例如经由网络或零调制解调器电缆连接)、或数据从其被输入到处理器4286的任何设备或设备的组合。用户接口系统4230还可以包括显示设备、处理器可访问存储器、或数据由处理器4286输出到其的任何设备或设备的组合。用户接口系统4230和数据存储系统4240可以共享处理器可访问存储器。
在各个方面，处理器4286包括或被连接到经由网络链路4216(在幻图(phantom)中示出)耦合到网络4250的通讯接口4215。例如，通信接口4215可以包括用以经由电话线路传送数据的集成服务数字网络(ISDN)终端适配器或调制解调器；用以经由局域网(LAN)(例如，以太网LAN或广域网(WAN))传送数据的网络接口；或用以经由无线链路(例如，WiFi或GSM)传送数据的无线电设备。通信接口4215接收承载表示各种类型的信息的数字或模拟数据流的电气、电磁或光学信号，并且跨网络链路4216将所述信号发送到网络4250。网络链路4216可以经由交换机、网关、集线器、路由器或其他联网设备连接到网络4250。
处理器4286可以通过网络4250、网络链路4216和通信接口4215发送消息并且接收数据(包括程序代码)。例如，服务器可以将用于应用程序(例如，JAVA小程序)的请求代码存储在它连接到的有形非易失性计算机可读存储介质上。服务器可以从介质检索代码并将其通过网络4250传送到通信接口4215。接收到的代码可以在其被接收时由处理器4286执行，或者存储在数据存储系统4240中以用于稍后执行。
数据存储系统4240可以包括配置成存储信息的一个或多个存储器可访问存储器，或者与其通信地连接。存储器例如可以在分布式系统的机架内或作为其一部分。短语“处理器可访问存储器”旨在包括处理器4286可以从其传输数据(或将数据传输到其)的任何数据存储设备，无论是否为易失性或非易失性的；可移除的或固定的；电气、磁性、光学、化学、机械或其他方式。示例性处理器可访问存储器包括但不限于：寄存器、软盘、硬盘、磁带、条形码、光盘、DVD、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM、EEPROM、或闪存)，和随机存取存储器(RAM)。数据存储系统4240中的处理器可访问存储器中的一个可以是有形非暂时性的计算机可读存储介质，即，参与存储可以被提供给处理器4286以用于执行的指令的制造商的非暂时性设备或物品。
在一个示例中，数据存储系统4240包括代码存储器4241，例如，RAM，以及磁盘4243，例如，有形的计算机可读旋转存储设备(诸如，硬盘驱动器)。计算机程序指令被从磁盘4243读取到代码存储器4241中。作为执行本文描述的过程步骤的结果，处理器4286然后执行加载到代码存储器4241中的计算机程序指令的一个或多个序列。这样，处理器4286执行了计算机实现的过程。例如，本文所描述的方法步骤、本文的流程图说明的块或框图、以及那些的组合可以由计算机程序指令实现。例如，处理器4286可以命令DDS扫描HF，可以记录来自锁定放大器的数据，并且可以确定控制信号以发送到平板沉积系统，从而根据测量的共振频率调整速率。代码存储器4241还可以存储数据，或仅可以存储代码。
该系统100还包括测量卡300。测量卡包括用于监控薄膜沉积的电路。该电路可以是无源共振电路。该电路产生通过石英接地的调制信号。信号被调制，使得将测量卡300连接到沉积室的电缆的长度不影响薄膜厚度的监控。从石英接收和解调信号。将信号进行分析以确定沉积膜的厚度。
图2示出了长电缆的问题。当电缆长度超过RF脉冲的四分之一波长时，晶体的阻抗频谱逆转其相位，并且可操作频率跨度随长度减小。
图3是测量卡的高层次图。连接测量卡300和沉积室302的长电缆304由深黑色的线示出。对晶体的基本共振的检测已使用基本电路和通用电子实验室设备(诸如，函数发生器、相位检测器316、和电压表(或示波器))被成功地测试。处理器4286可以关闭控制回路以测量晶体共振，以及例如控制沉积速率。处理器4286也可以控制由合成器306(诸如，DDS)产生的频率。首字母缩写词包括：
合成器306(例如，直接数字合成器)产生频率或相位调制的信号。该信号通过沉积室302中的石英晶体308接地。晶体308具有随频率变化的电导。在晶体的共振频率处，电导达到其峰值。因为使用高电导(低阻抗)，不管电缆304多长，只要电缆304具有测量频率处的足够低的阻抗，使得电缆阻抗不淹没晶体的阻抗变化。换句话说，共振处的最小反射将FM转换到AM。
FM或PM调制可以用合成器306(诸如，DDS或其他频率合成器或波形发生器)直接实现(例如参见模拟设备(Analog Device)的申请记录了用ADSP-2181 DSP和AD9850直接数字合成器的AN-543高质量、全数字RF频率调制生成)。低频在1-1000Hz的范围中近似为正弦。高频在4-7MHz的范围中近似为正弦。
相位检测器316将从石英308接收信号。相位检测器316可以是任何合适的相位检测器，诸如锁定放大器。相位检测器316将确定来自晶体308的信号相位，从而确定薄膜的厚度。
T网络310可以包括每个臂上的电阻312(如示出的)，或与每个臂上的用以阻隔DC的电容器串联的电阻器。该T网络310也可以包括LCR串联电路，其由表示如在巴特沃斯范戴克模型中的石英晶体的静态并联电容器分路。在示例中，接地与BNC屏蔽314相同，并且连结到测量卡接地以及金属沉积室的主体。
本文所描述的这个以及其他电路可以用作薄膜厚度速率监控电路。随着薄膜材料沉积在晶体表面上，其共振频率改变。频率的变化可以被测量并且用于确定晶体上的质量。随着时间的重复测量允许确定沉积速率。
图4示出在高频被扫描时的来自锁定放大器的幅度(与阻抗相关)和相位测量。由于电缆共振，宽范围扫描并未示出任何峰值。从0.1到30m的电缆长度，仅13Hz的频率牵引被记录，这比现有设备大大减少。没有笨重的控制器电缆和简化的电路性质可以导致降低的成本。
图5a-5b示出了示例性转换的相位调制信号。示例性的相位调制信号被通过监控器晶体转换成幅度调制信号。二极管和滤波器形成AM的调制(如传统所做的那样)，从而生成与载波的频率相似的信号。当DDS信号的调制频率与晶体的共振频率匹配时，信号的相位与载波的相位同步，并且载波信号的频率在FM/PM调制带宽内。在这个示例中，低频是10Hz且高频是～5.97MHz。(在顶部的5.972960MHz，即10Hz的偏共振，并且在顶部的5.972950MHz，即处于共振)。
由于共振，晶体是针对每个频率(除了所吸收的那些之外)的分路器。使用正弦信号，PM正弦是贝塞尔函数的总和。一个分量对应于晶体频率。当晶体吸收所述分量时，存在一个从所述总和中消失的贝塞尔函数。由此产生的信号因此是幅度调制的(晶体已吸收了在共振频率处的一个分量)。晶体的吸收不是相位相关的；不管电缆多长，晶体都将吸收该分量。在给定λ近似32m(针对6MHz示例)的情况下，可使用具有0.66速度因子的电缆。
T网络充当一个定向耦合器。晶体在共振频率吸引电流，使得进入到解调器中的信号被幅度调制。解调给出了信号的包络。在晶体处于共振时，包络的相位与低频(LF，例如，来自下文描述的Textronix)信号同相。因此，高频(HF，例如，来自下文描述的SRS)被扫描并且包络相位被监控。包络相位的零交叉指示了共振频率，如下文论述的。(与现有设备一起使用的更长电缆可能看不见相位的零交叉)。即使反射模糊了HF相位信息，解调的包络仍然具有清楚的零交叉。
不像现有方案，在各个方面中，调制指数被选择使得在共振时高频匹配晶体频率。在反例中，当调制电压高时，共振的条件可以远离晶体的固有频率发生。例如，在过调制中，当晶体共振时，AM信号不是100％调制(是稍微过调制)。然而，针对适当调整的调制条件，检测的共振频率接近晶体的固有频率(具有沉积独立的变化)。在其他条件下，检测例如远离400Hz。当频率远离共振移动时，信号被减弱，并且降低了检测沉积的能力。因此，调制条件被(例如，实验性地)选择来提供所期望的结果。
图6示出了用示出了晶体的共振的建议电路获得的密封晶体的导纳曲线(在5.996913MHz处的基本共振)。使用电缆的长度是36.75m。使用相位调制和SR850 DSP锁定放大器获得的第二图形示出了当长度从0.1m变化到30m时的共振频率的电缆牵引。
一个实验被执行。图7A-7D示出了该实验的结果。通过使用原型(在试验电路板上布局的电路组件)并且连接作为低频源(例如，10-100Hz)的Textronix函数发生器、作为高频源(例如，5-7MHz)的SRS函数发生器和Dynatrac或SRS锁定放大器以监控输出来获得相位对频率、以及幅度对频率的曲线。
通过连接Textronix发生器到SRS的外部调制输入来获得高频信号的相位调制。RF幅度、调制幅度、RF形状、调制形状和调制频率保持恒定。使用LabVIEW程序和国家仪器GPIB-USB电缆，SRS输出的频率被改变(高频扫描)并且锁定输出(幅度和相位)被查询并且写入到文件。频率从低于共振变化到高于共振。
低频根据晶体质量Q被选择。Q取决于所使用的压电材料的类型、培养晶体的质量，空位(blank)的处理以及许多其他事情。Q与晶体共振的导纳峰值的最大幅度一半处的全宽度(FWHM)成反比。调制带宽(其涉及测量速度和低频)需要小于晶体的FWHM。换句话说，高Q晶体降低测量速度。
低频可以基于带宽(BW)被选择。PM的BW应小于晶体共振的导纳峰值的最大值的一半处的全宽度(FWHM)。依据晶型类型进行特征化。在涂覆的不同状态处使用网络分析仪测量Q以确定FWHM。BW＝2*(低频)*(1+调制指数)。例如，对于调制指数为1，低频为10Hz，BW＝40Hz。较高的Q晶体需要降低低频(Textronix)。因此，测量是较慢的，因为需要更长的时间来确定较低频率信号的相位。
在HF扫描期间的测量幅度可以用于获得晶体的Q。检测的信号强度可以用于获得晶体的质量和反射系数。
图8是图示了监控薄膜沉积的方法的示例的流程图。该方法的各个步骤可以以任何次序(除了当另外指定时或当来自较早步骤的数据被用于稍后步骤中时之外)执行。方法可以被系统执行，该系统诸如是以上关于图1描述的系统。
在块802，调制信号可以经由处理器被选择。调制信号可以是相位调制信号或频率调制信号。在块804，调制信号通过石英晶体接地以激励晶体。在块806，信号从晶体被接收。在块808，信号被解调。在块810，解调信号的相位被测量以确定薄膜沉积厚度。
示例1
本文描述了一种用于监控薄膜沉积的系统。该系统包括石英晶体和用以产生调制信号的合成器，调制信号将通过石英晶体接地。该系统还包括相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而确定薄膜厚度。
调制信号可以是频率调制信号。调制信号可以是相位调制信号。调制指数可以被选择，使得在共振时，信号的频率匹配晶体频率。信号的频率可以被选择，使得晶体电导达到峰值。系统可进一步包括用以将该系统耦合到沉积室的电缆，其中电缆的长度不降低薄膜沉积检测。晶体频率中的改变将在薄膜沉积在石英晶体的表面上时改变，并且频率中的改变将被监控以检测薄膜沉积。
示例2
本文描述了一种用于监控薄膜沉积的方法。该方法包括经由处理器选择调制信号。该方法还包括通过石英晶体将调制信号接地以激励晶体。该方法进一步包括从晶体接收调制信号并且从晶体解调该信号。该方法附加地包括测量解调信号的相位以确定薄膜沉积厚度。
调制信号可以是频率调制信号。调制信号可以是相位调制信号。调制信号可以被选择，使得在共振时，调制信号的频率与石英晶体的频率匹配。电缆可以将薄膜监控系统连接到沉积室，并且调制信号可以被选择，使得电缆的长度不影响薄膜厚度检测。调制信号可以被选择，使得晶体电导达到峰值。该方法可以进一步包括确定解调信号的频率中的改变以监控薄膜沉积。
本文描述的一种或多种示例性的方法不限于被本文具体标识的组件执行。
综上所述，各个方面提供晶体共振频率的测量。技术效果是用驱动信号激励晶体并且测量晶体对该信号的作用。
本文描述的各个方面可以体现为系统或方法。因此，本文的各个方面可以采用如下形式：完全硬件方面、完全软件方面(包括固件、常驻软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的方面。这些方面在本文一般都可以被称为“服务”、“电路”、“电路系统”、“模块”或“系统”。
此外，本文的各个方面可以体现为计算机程序产品，其包括存储在有形的非暂时性计算机可读介质上的计算机可读程序代码。这样的介质可以像针对这种物品是常规的那样(例如通过压制CD-ROM)被制造。程序代码包括可以被加载到处理器4286(并且也可能是其他处理器)中的计算机程序指令、从而导致功能、动作、或本文的各个方面的操作步骤被处理器4286(或其他处理器)执行。用于执行操作以用于本文描述的各个方面的计算机程序代码可以以一种或多种编程语言的任何组合的方式被编写，并且可以从磁盘4243加载到代码存储器4241中以用于执行。程序代码可以例如完全在处理器4286上、部分在处理器4286上并且部分在连接到网络4250的远程计算机上、或完全在远程计算机上执行。
本发明包括本文描述的各个方面的组合。参考“特定方面”等指的是在本发明的至少一个方面中存在的特征。单独参考“方面”(或“实施例”)或“特定方面”等不一定指的是相同的一个或多个方面；然而，这种方面并不是相互排斥的，除非被如此表明或如本领域的技术人员显而易见的之外。在参考一种或多种“方法”等时的单数或复数的使用不是限制性的。词语“或”在本公开中以非排他性意义被使用，除非另有明确指出之外。
本发明已被详细地特定参考其优选方面描述，但将被理解的是：变化、组合和修改可以由本领域的技术人员在本发明的精神和范围内实现。
Claims (14)
1.一种用于监控薄膜沉积的系统，包括：
石英晶体；
用以产生调制信号的合成器，调制信号将通过石英晶体接地；以及
相位检测器，用以确定来自石英晶体的调制信号的相位，从而确定薄膜厚度。
2.如权利要求1所述的系统，其中调制信号是频率调制信号。
3.如权利要求1所述的系统，其中调制信号是相位调制信号。
4.如权利要求1所述的系统，其中调制指数将被选择，使得在共振时，信号的频率与晶体频率匹配。
5.如权利要求1所述的系统，其中信号的频率将被选择，使得晶体电导达到峰值。
6.如权利要求1所述的系统，进一步包括用以将系统耦合到沉积室的电缆，其中电缆的长度不降低薄膜沉积检测。
7.如权利要求1所述的系统，其中在薄膜沉积在晶体的表面上时，晶体的频率将改变，并且其中频率中的改变将被监控以检测薄膜沉积速率。
8.一种用于监控薄膜沉积的方法，包括：
经由处理器选择调制信号；
通过石英晶体将调制信号接地以激励晶体；
从晶体接收调制信号；
解调来自晶体的信号；以及
测量解调信号的相位以确定薄膜沉积厚度。
9.如权利要求8所述的方法，其中调制信号是频率调制信号。
10.如权利要求8所述的方法，其中调制信号是相位调制信号。
11.如权利要求8所述的方法，其中调制信号被选择，使得在共振时，调制信号的频率与石英晶体的频率匹配。
12.如权利要求8所述的方法，其中电缆用以将薄膜监控系统连接到沉积室，并且其中调制信号被选择，使得电缆的长度不影响薄膜厚度检测。
13.如权利要求8所述的方法，其中调制信号被选择，使得晶体电导达到峰值。
14.如权利要求8所述的方法，进一步包括确定解调信号的频率中的改变以监控薄膜沉积。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111226112A (zh) * | 2017-08-25 | 2020-06-02 | 英飞康公司 | 用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9971341B2 (en) | 2014-01-06 | 2018-05-15 | Globalfoundries Inc. | Crystal oscillator and the use thereof in semiconductor fabrication |
| CN104182745B (zh) * | 2014-08-15 | 2017-09-22 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 指纹感应信号的处理方法、系统及指纹识别终端 |
| KR102081198B1 (ko) * | 2018-01-29 | 2020-04-28 | 주식회사 선익시스템 | 증착막 두께 측정 모듈의 접지 구조 |
| KR102081197B1 (ko) * | 2018-01-29 | 2020-02-25 | 주식회사 선익시스템 | 증착막 두께 측정 모듈의 접지 구조 |
| JP7102588B1 (ja) | 2021-07-01 | 2022-07-19 | 株式会社アルバック | センサ装置 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5112642A (en) * | 1990-03-30 | 1992-05-12 | Leybold Inficon, Inc. | Measuring and controlling deposition on a piezoelectric monitor crystal |
| US5117192A (en) * | 1990-01-12 | 1992-05-26 | Leybold Inficon Inc. | Control circuitry for quartz crystal deposition monitor |
| US20030041654A1 (en) * | 2001-04-23 | 2003-03-06 | Larson John D. | Systems and methods of monitoring thin film deposition |
| CN101166063A (zh) * | 2006-10-19 | 2008-04-23 | Jds尤尼弗思公司 | 用于电光调制器的具有射频信号监测功能的集成终端 |
| CN101826447A (zh) * | 2009-03-04 | 2010-09-08 | 东京毅力科创株式会社 | 成膜装置和成膜方法 |
| US20110115467A1 (en) * | 2008-09-22 | 2011-05-19 | Pioneer Corporation | Film-thickness measuring device using pll circuit |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE793348A (fr) * | 1971-12-30 | 1973-04-16 | Krone Gmbh | Oscillateur accordable a quartz |
| US4319204A (en) * | 1978-11-14 | 1982-03-09 | Continental Electronics Mfg. Co. | Phase modulated square wave generator |
| DE3107675C2 (de) * | 1981-02-28 | 1985-06-20 | Elektro-Physik Hans Nix & Dr.-Ing. E. Steingroever KG, 5000 Köln | Verfahren und Vorrichtung zur elektronischen Messung der Dicke sehr dünner elektrisch leitfähiger Schichten auf nichtleitendem Trägermaterial |
| JP2949241B2 (ja) | 1990-06-29 | 1999-09-13 | 日本電波工業株式会社 | 圧電体の研磨制御装置 |
| JP3436238B2 (ja) * | 2000-07-07 | 2003-08-11 | 株式会社大真空 | 圧電体の製造装置及び圧電体の製造方法 |
| JP4213061B2 (ja) * | 2003-03-28 | 2009-01-21 | シチズンホールディングス株式会社 | Ｑｃｍセンサーおよびｑｃｍセンサー装置 |
| RU2262718C1 (ru) * | 2004-03-01 | 2005-10-20 | Сургутский государственный университет ХМАО | Способ измерения толщины снежного покрова |
| US7483147B2 (en) * | 2004-11-10 | 2009-01-27 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology (Kaist) | Apparatus and method for measuring thickness and profile of transparent thin film using white-light interferometer |
| US7668417B2 (en) | 2006-10-19 | 2010-02-23 | Jds Uniphase Corporation | Integrated termination for EO modulator with RF signal monitoring functionality |
| US20090289728A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-11-26 | Accubeat Ltd. | Atomic frequency standard based on phase detection |
| JP2010016124A (ja) * | 2008-07-02 | 2010-01-21 | Hitachi High-Technologies Corp | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
| JP5511272B2 (ja) * | 2009-09-04 | 2014-06-04 | 学校法人中部大学 | プラズマの電子密度及び電子温度の測定プローブ及び測定装置 |
| US8867930B2 (en) * | 2010-10-29 | 2014-10-21 | Queen's University At Kingston | System and method for determining the envelope of a modulated signal |
| JP5578330B2 (ja) * | 2011-12-19 | 2014-08-27 | Ｔｄｋ株式会社 | 粉体センサ |
-
2014
- 2014-10-03 US US15/026,453 patent/US10704150B2/en active Active
- 2014-10-03 KR KR1020167008707A patent/KR102270900B1/ko active IP Right Grant
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- 2014-10-03 WO PCT/US2014/059042 patent/WO2015051250A1/en active Application Filing
- 2014-10-03 CN CN201480054124.6A patent/CN105917023B/zh active Active
-
2020
- 2020-06-25 US US16/911,792 patent/US20200325580A1/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5117192A (en) * | 1990-01-12 | 1992-05-26 | Leybold Inficon Inc. | Control circuitry for quartz crystal deposition monitor |
| US5112642A (en) * | 1990-03-30 | 1992-05-12 | Leybold Inficon, Inc. | Measuring and controlling deposition on a piezoelectric monitor crystal |
| US20030041654A1 (en) * | 2001-04-23 | 2003-03-06 | Larson John D. | Systems and methods of monitoring thin film deposition |
| CN101166063A (zh) * | 2006-10-19 | 2008-04-23 | Jds尤尼弗思公司 | 用于电光调制器的具有射频信号监测功能的集成终端 |
| US20110115467A1 (en) * | 2008-09-22 | 2011-05-19 | Pioneer Corporation | Film-thickness measuring device using pll circuit |
| CN101826447A (zh) * | 2009-03-04 | 2010-09-08 | 东京毅力科创株式会社 | 成膜装置和成膜方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111226112A (zh) * | 2017-08-25 | 2020-06-02 | 英飞康公司 | 用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法 |
| CN111226112B (zh) * | 2017-08-25 | 2024-03-15 | 英飞康公司 | 用于制造工艺监测的石英晶体微天平传感器及相关方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20200325580A1 (en) | 2020-10-15 |
| US20160215397A1 (en) | 2016-07-28 |
| KR102270900B1 (ko) | 2021-07-02 |
| JP2016535246A (ja) | 2016-11-10 |
| CN105917023B (zh) | 2019-05-10 |
| KR20160065110A (ko) | 2016-06-08 |
| WO2015051250A1 (en) | 2015-04-09 |
| US10704150B2 (en) | 2020-07-07 |
| JP6434965B2 (ja) | 2018-12-05 |
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