观而的取 晶振片知识 积而愿 TQ空载石英晶体振荡周期 如果仪器可以精确地测量石英晶体振荡周期的变化,那幺便能准确地得到膜厚。 无论是频率法恻厚,还是周期法测厚,遵循的公式都是在假定淀积的膜层没有改变石英 晶体振荡模式条件下推导岀来的,而实际上膜层的淀积已经改变了石英本身的振动模式,由 单一材料的振动模式,变为两种材料的混合振动模式。考虑到石英晶体被膜层淀积后变成混 合振动模式,推导了如下计算膜厚的公式 △dn=(/pn)(NoT.zn/rz0)g(zo/zn)gz(1-o/T) 其中,Zm淀积膜层的声阻抗(单位gcm3.S) Zq石英晶体的声阻抗(单位g/cm3.S)。 这个公式比较完整和比较精确地体现了膜层厚度与石英晶体振荡周期变化之间的关系。根据 这个公式设计的石英晶体膜厚控制仪常称为声阻抗法测厚仪 石英晶体膜厚控制仪有非常高的灵敏度,可以做到埃(A)数量级,显然晶体的基频越高, 控制的灵敏度也越高,但基频过高时,晶体片会做得太薄,太薄的芯片易碎。所以一般选用 的晶体片的频率范围为5~10MHz。在淀积过程中,基频最大下降允许2~3%,大约几百千赫。 基频下降太多,振荡器不能稳定工作产生跳频现象。如果此时继续淀积膜层,就会岀现停振 为了保诬振荡稳定和有高的灵敏度,晶体上膜层镀到一定厚度以后,就应该更换新的晶振片。 旧的晶振片在清洗后复新可以再用。另外由(6)式可知,频率和膜厚之间的变换灵敏度取决于 ￠,但是f在膜层淀积过程中是随膜厚的增加而降低的,所以在镀膜的过程中s不是一个严格的 常数,厶巧与厶dm在理论上也不是一个严格的线性关系,随着膜层累积频率变化的增加,啁f 与厶dm的线性也在变坏,这就需要我们应用石英晶体膜厚控制仪时要考虑修正。预先计算好 修正值再镀制。如果膜层比较厚,可以分几次做,或预先计算修正值,这种情况一般只有在 红外光谱区才会遇到。 石英晶体监控膜厚的检测误差由绝对误差和相对误差相加而成。绝对误差决定于监控仪 的频率稳定度和检测精度,而相对误差决定于监控仪灵敏度和准确性。一台石英晶体膜厚控 制仪在使用中真正获得的监控精度还和使用的条件有密切联系。蒸发的薄膜的密度与固体材 料的密度是不同的,薄膜的密度又与蒸发条件有关,实际膜层的密度可以用填充密度修正。同 时淀积在芯片上膜层的密度、膜层的折射率与镀件上膜层的密度和折射率是不同的这些数据 都需要通过实验进行修正,而修正后的数据只有在相同的淀积条件下应用才是有确实依据的 这就是如果只采用石英晶体法监控膜厚进行镀膜时要在 Tooling系数修正上花费较多时间与 精力,并且不同产品的 Tooling系数亦不相同 第4页,共10页第 4 页，共 10 页 博观而约取 晶振片知识 广积而厚发 TQ﹕空载石英晶体振荡周期。 如果仪器可以精确地测量石英晶体振荡周期的变化，那幺便能准确地得到膜厚。 无论是频率法恻厚，还是周期法测厚，遵循的公式都是在假定淀积的膜层没有改变石英 晶体振荡模式条件下推导出来的，而实际上膜层的淀积已经改变了石英本身的振动模式，由 单一材料的振动模式，变为两种材料的混合振动模式。考虑到石英晶体被膜层淀积后变成混 合振动模式，推导了如下计算膜厚的公式﹕ ( )( ) ( ) ( ) 1 / / /1 m Qm Q m Q Qm Q d NT ρρ π Z ZtgZZ tgπ − Δ = ⋅⋅ ⋅ ⋅ ⋅ −T T/ (8) 其中，Zm﹕淀积膜层的声阻抗(单位 g/cm3 ．S)﹔ ZQ﹕石英晶体的声阻抗(单位 g/cm3 ．S)。 这个公式比较完整和比较精确地体现了膜层厚度与石英晶体振荡周期变化之间的关系。根据 这个公式设计的石英晶体膜厚控制仪常称为声阻抗法测厚仪。 石英晶体膜厚控制仪有非常高的灵敏度，可以做到埃( )数量级，显然晶体的基频越高， 控制的灵敏度也越高，但基频过高时，晶体片会做得太薄，太薄的芯片易碎。所以一般选用 的晶体片的频率范围为 5~10MHz。在淀积过程中，基频最大下降允许 2~3%，大约几百千赫。 基频下降太多，振荡器不能稳定工作﹐产生跳频现象。如果此时继续淀积膜层，就会出现停振。 为了保证振荡稳定和有高的灵敏度，晶体上膜层镀到一定厚度以后，就应该更换新的晶振片。 旧的晶振片在清洗后复新可以再用。另外由(6)式可知，频率和膜厚之间的变换灵敏度取决于 f A o 2 ，但是f在膜层淀积过程中是随膜厚的增加而降低的，所以在镀膜的过程中s不是一个严格的 常数，⊿f与⊿dm在理论上也不是一个严格的线性关系，随着膜层累积频率变化的增加，⊿f 与⊿dm的线性也在变坏，这就需要我们应用石英晶体膜厚控制仪时要考虑修正。预先计算好 修正值再镀制。如果膜层比较厚，可以分几次做，或预先计算修正值，这种情况一般只有在 红外光谱区才会遇到。 石英晶体监控膜厚的检测误差由绝对误差和相对误差相加而成。绝对误差决定于监控仪 的频率稳定度和检测精度，而相对误差决定于监控仪灵敏度和准确性。一台石英晶体膜厚控 制仪在使用中真正获得的监控精度还和使用的条件有密切联系。蒸发的薄膜的密度与固体材 料的密度是不同的，薄膜的密度又与蒸发条件有关﹐实际膜层的密度可以用填充密度修正。同 时淀积在芯片上膜层的密度、膜层的折射率与镀件上膜层的密度和折射率是不同的﹐这些数据 都需要通过实验进行修正，而修正后的数据只有在相同的淀积条件下应用才是有确实依据的。 这就是如果只采用石英晶体法监控膜厚进行镀膜时要在 Tooling 系数修正上花费较多时间与 精力，并且不同产品的 Tooling 系数亦不相同