[实用新型]多探头微机膜厚测控装置

说明书

本实用新型涉及一种多探头的簿膜厚度测控装置。

薄膜厚度是薄膜研究和工业应用中的一个重要参数。薄膜的电阻率、电阻温度系数、磁阻、霍尔系数、热电系数、光学反射率、趋肤效应等参数均与薄膜厚度有密切的关系，测量这些参数必须知道薄膜的厚度。而且，人们在设计具有一定功能的薄膜时，对其厚度往往有比较严格的要求，这就需要在薄膜沉积过程中对膜厚进行实时的监控。

在真空系统中薄膜沉积时对膜厚进行实时监测的方法常用的主要有石英晶体振荡法、光学法、反射高能电子衍射法等。其中，石英晶体振荡法可用于监测光学膜、电学膜等多种膜的沉积；光学法主要用于光学膜的沉积；反射高能电子衍射法多用于分子束外延设备中，监测晶体材料的沉积，价格十分昂贵。目前，相应于上述方法的膜厚监控设备一般采用单片机，用数码管显示膜厚和薄膜沉积速率，不够直观。膜厚监测设备价格昂贵，使用的测量方法一般都是单一的(即多用石英晶体振荡法)，而且，只能进行单探头测量，在实际使用中具有很大的局限性。

本实用新型的目的在于设计一种使用微机控制、具有多探头测量、操作方便、工作稳定、成本低廉的膜厚测控装置。

本实用新型提出的微机膜厚测控装置由主计算机、计算机接口卡、数据采集卡、石英晶体探头、光探头、挡板驱动器经电路连接构成。其数据采集卡由两部分组成，一部分是对应于光探头并与光探头连接的光电数据采集器，它由光探头电路、计数器、移位寄存器经电路连接构成；另一部分是对应于石英晶体探头，并与石英晶体探头连接的振荡信号数据采集器，它由振荡器、计数器、驱动器和继电器、移位寄存器经电路连接构成。计算机接口卡(I/O接口卡)上设有清零、时基信号、移位信号、输入端口、输出端口。数据采集卡的各路计数器的一个端点与接口卡的清零点连结，用于对计数器清零。计数器的另一端点与接口卡的时基信号端连接。数据采信卡的移位寄存器的一个端点与接口卡的移位信号端连接，另一个端口分别与接口卡的输入端口(D₀和D₁)连接。各个挡板驱动器分别与接口卡的输出端口(C₀和C₁)连接。其结构框图如图1所示。其中，仅给出石英晶体探头和光探头分别只有一路的线路框图，相应的数据采集卡、计算机接口卡的输入、输出端口也分别只有一路。相应的电原理图见图2所示。

本装置中，石英晶体探头和光探头可以多至16个，相应的数据采集卡的线路也可以多至16路，接口卡的输入端口、输出端口也分别有16个，对应的挡板驱动器也多至16个。

本装置中，数据采集卡和I/O接口卡之间采用多芯长屏蔽线连接，以实现二者之间的并行通信，采集卡和接口卡分开，可使微机与被测控镀膜机之间离有距离，例如10米，使在线测控比较方便、灵活。

本实用新型中，使用的石英晶体探头，对应于采用石英晶体振荡法。该方法利用压电石英晶体的厚度剪切模振荡的谐振基频与厚度有关这一性质。如果材料沉积到石英晶片的表面时就会改变谐振频率。测得谐振频率的改变量和改变的快慢就可知道沉积薄膜的厚度和速率。因此，本装置中就要测得石英晶体探头在薄膜沉积过程中振荡频率的变化。这里，首先由振荡电路产生振荡信号。计数器和移位寄存器实现频率的采集。图1中的时基信号用于控制计数器的门控方波，此信号为高电平时，计数器计数，采集探头的振荡信号；低电平时，计数器停止计数并将频率送入移位寄存器，接口卡发出移位信号，将频率按位移入接口卡，再送入计算机处理，最后接口卡发出计数器清零信号，准备下一次采集。这样，就完成了一次探头振荡频率的采集，经过微机实时处理，得到膜厚值和膜厚——时间曲线(如图3所示)。