[发明专利]一种原子层沉积薄膜原位监测控制系统

权利要求书

1.一种原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，包括原子层沉积设备、分别用于实时监测原子层沉积薄膜的表面轮廓和薄膜沉积厚度的白光干涉三维轮廓检测装置及石英晶体微天平、以及控制模块，该控制模块与原子层沉积设备、白光干涉三维轮廓检测装置、石英晶体微天平分别连接，用于接收、观测、分析实时的薄膜表面轮廓信息和薄膜厚度信息、并根据该信息控制原子层沉积过程。

2.根据权利要求1所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述原子层沉积设备包括反应腔体，反应腔体内设有用于放置基片的可移动平台，且该反应腔体上开设视窗，用于放置白光干涉三维轮廓检测装置；所述石英晶体微天平包括石英晶体传感器，石英晶体传感器内嵌于可移动平台中，对薄膜沉积厚度进行测量；所述控制模块位于反应腔体外部，包括计算机和第一、第二、第三控制器，其中，第一控制器与可移动平台连接，用于控制其在反应腔体内移动，第二控制器与白光干涉三维轮廓检测装置连接，第三控制器与石英晶体传感器连接，三个控制器分别与计算机接连接，形成三个控制回路。

3.根据权利要求2所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述白光干涉三维轮廓检测装置包括白光光源、干涉物镜、分光镜、垂直扫描器和探测器，其中干涉物镜、分光镜和垂直扫描器通过镜筒固定于反应腔体上所开设的视窗内，分光镜、垂直扫描器、干涉物镜在镜筒内自上而下依次设置；所述白光光源和探测器与第二控制器连接，并通过第二控制器与计算机相连，白光光源发出的白光通入镜筒内，干涉后的光线通入探测器、由光信号转换为电信号，获得的电信号经过第二控制器交由计算机处理，随之产生相对应的控制信号。

4.根据权利要求3所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述白光光源通过光纤通入分光镜，并由分光镜反射到干涉物镜上，在干涉物镜出口处的半透射光学平面反射一半的光源光线，而另一半的光源光线透射后照射在沉积薄膜的表面，由薄膜表面反射的光再一次入射到干涉物镜、与半透射光学平面的反射光发生干涉，干涉光再通过光纤到达探测器。

5.根据权利要求2所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述反应腔体下部开孔，石英晶体传感器的信号线路通过该开孔导出，连接到第三控制器上，并与计算机相连；石英晶体传感器测得薄膜沉积过程中的实时质量变化，经由第三控制器转化为石英晶体振荡电路输出电信号的频率变化、然后传输至计算机处理、得到薄膜的实时厚度值及厚度变化。

6.根据权利要求2所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述计算机包括数模转换器、PLC控制单元和工控机，所述数模转换器用于将自第一、第二、第三控制器接收的电信号转换为数字信号，PLC控制单元内置控制算法、用于对转换后的数字信号进行分析后发出控制指令，工控机用于显示数据、输入内置算法或其他数据。

7.根据权利要求6所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述原子层沉积设备还包括用于向反应腔体提供薄膜沉积前驱体的前驱体源管路以及用于控制相应阀门的电磁换向阀组，PLC控制单元对实时薄膜厚度信息进行分析后，通过内置控制算法得到相对应的控制信号，该电磁换向阀组接收PLC控制单元的控制信号，通过控制前驱体管路中相应阀门的开闭来控制前驱体管路的通断、实现薄膜沉积过程的控制。

8.根据权利要求7所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述前驱体源管路中设有脉冲阀和质量流量控制计，电磁换向阀组控制脉冲阀和质量流量控制计的开闭来控制前驱体管路的通断。

9.根据权利要求6所述的原子层沉积薄膜原位监测控制系统，其特征在于，所述工控机包括用于输入或显示的显示屏或触摸屏。