观而的取 晶振片知识 积而愿 膜厚控制仪是如何测试厚度的? 台镀膜设备往往同时配有石英晶体振荡监控法和光学膜厚监控法两套监控系统,两者 相互补充以实现薄膜生产过程中工芑参数的准确性和重复性,提高产品的合格率。 原理和精度 石英晶体法监控膜厚,主要是利用了石英晶体的两个效应,即压电效应和质量负荷效应。 石英晶体是离子型的晶体,由于结晶点阵的有规则分布,当发生机械变形时,例如拉伸 或压缩时能产生电极化现象,称为压电现象。石英晶体在9.8×10+Pa的压强下,承受压力的两 个表面上出现正负电荷,产生约0.5V的电位差。压电现象有逆现象,即石英晶体在电场中晶 体的大小会发生变化,伸长或缩短,这种现象称为电致伸缩 石英晶体压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸,切割类型,而且还取决于芯片的 厚度。当芯片上镀了某种膜层,使芯片的厚度增大,则芯片的固有频率会相应的衰减。石英 晶体的这个效应是质量负荷效应。石英晶体膜厚监控仪就是通过测量频率或与频率有关的参 量的变化而监控淀积薄膜的厚度。 用于石英膜厚监控用的石英芯片采用AT切割,对于旋光率为右旋晶体,所谓AT切割即为 切割面通过或平行于电轴且与光轴成顺时针的特定夹角。AT切割的晶体片其振动频率对质量 的变化极其灵敏,但却不敏感于温度的变化,在-40~90℃的整个温度范围内,温度系数大约是 ±10/℃数量级。这些特性使AT切割的石英晶体片更适合于薄膜淀积中的膜厚监控。 AT切割的石英芯片压电效应的固有谐振频率f为 其中,n谐波数n=1,3,5, dq石英晶体的厚度: c切变弹性系数 p石英晶体的密度(265×103kg/m3) 显然谐振频率f与d、c、ρ等量有直接关系。由于很多的外界影响,比如晶体温度、温度梯 度、激发电场等都会影响到谐振频率,这是因为上述的因素会影响到dα、c、ρ等参量值。 对于我们常用的基波(n=1)来说(1)式可以化为 其中,N=0.5(c/p)2=1670Hz.mm(AT切割),称为晶体的频率常数,d为晶体的厚度 对(2)式微分得 第2页,共10页第 2 页，共 10 页 博观而约取 晶振片知识 广积而厚发 二﹑膜厚控制仪是如何测试厚度的？ 一台镀膜设备往往同时配有石英晶体振荡监控法和光学膜厚监控法两套监控系统，两者 相互补充以实现薄膜生产过程中工艺参数的准确性和重复性，提高产品的合格率。 原理和精度﹕ 石英晶体法监控膜厚，主要是利用了石英晶体的两个效应，即压电效应和质量负荷效应。 石英晶体是离子型的晶体，由于结晶点阵的有规则分布，当发生机械变形时，例如拉伸 或压缩时能产生电极化现象，称为压电现象。石英晶体在 9.8×104 Pa的压强下，承受压力的两 个表面上出现正负电荷，产生约 0.5V的电位差。压电现象有逆现象，即石英晶体在电场中晶 体的大小会发生变化，伸长或缩短，这种现象称为电致伸缩。 石英晶体压电效应的固有频率不仅取决于其几何尺寸，切割类型，而且还取决于芯片的 厚度。当芯片上镀了某种膜层，使芯片的厚度增大，则芯片的固有频率会相应的衰减。石英 晶体的这个效应是质量负荷效应。石英晶体膜厚监控仪就是通过测量频率或与频率有关的参 量的变化而监控淀积薄膜的厚度。 用于石英膜厚监控用的石英芯片采用AT切割，对于旋光率为右旋晶体，所谓AT切割即为 切割面通过或平行于电轴且与光轴成顺时针的特定夹角。AT切割的晶体片其振动频率对质量 的变化极其灵敏，但却不敏感于温度的变化，在-40~90℃的整个温度范围内，温度系数大约是 ±10-6/℃数量级。这些特性使AT切割的石英晶体片更适合于薄膜淀积中的膜厚监控。 AT 切割的石英芯片压电效应的固有谐振频率 f 为﹕ 1/2 2 Q n c f d ρ ⎛ ⎞ = ⎜ ⎟ ⎝ ⎠ (1) 其中，n﹕谐波数﹐n=1，3，5，… …﹔ dQ﹕石英晶体的厚度﹔ c﹕切变弹性系数﹔ ρ﹕石英晶体的密度(2.65×103 kg/m3 ) 显然谐振频率f 与dQ、c、ρ等量有直接关系。由于很多的外界影响，比如晶体温度、温度梯 度、激发电场等都会影响到谐振频率，这是因为上述的因素会影响到dQ、c、ρ等参量值。 对于我们常用的基波(n=1)来说(1)式可以化为﹕ f=N/dQ (2) 其中，N=0.5(c/ρ) 1/2=1670Hz．mm(AT切割) ，称为晶体的频率常数，dQ为晶体的厚度。 对(2)式微分得﹕