Метод кварцевого вибратора

Метод кварцевого вибратора основан на зависимости собственной резонансной частоты колебаний кварцевого кристалла от массы наносимой пленки, толщина которой определяется из соотношения:

                                               (1.49)

где К= — коэффициент чувствительности датчика; f0— собственная резонансная частота кристалла; N— частотная постоянная; ρk, ρп — плотность кварца (2,65 г/см3) и пленки, соответственно; f — изменение (сдвиг) резонансной частоты в процессе осаждения пленки.

Схема датчика для контроля толщины наносимой пленки методом кварцевого вибратора показана на рис. 1.39.

Конструктивно датчик состоит из кварцевой пластины 1 диаметром 13-14 мм и толщиной 0,3 мм, установленной в корпусе 2 на двух штыревых выводах, по которым идет измерение частоты колебаний кристалла. Датчик закрыт крышкой 3, в которой выполнено отверстие диаметром порядка 6 мм, через которое пары осаждаемого материала конденсируются на кварцевом кристалле в виде пленки 5. Для стабилизации температуры датчик размещается на водоохлаждаемом держателе 4.

При постоянстве ρп и площади осаждаемой пленки (обеспечивается постоянным диаметром входного отверстия в датчике), зависимость h=φ(∆f) является линейной, поскольку выбирается f0>>∆f (∆f=(0,005÷0,05)f0).

Выбор f0 зависит от диапазона измеряемых h. Если требуется измерение тонких пленок и необходима высокая чувствительность, выбирают относительно высокую f0 и делают кристалл тонким (однако его толщина должна быть много больше h). Для большого диапазона h при сохранении линейной зависимости h=φ(∆f) необходимо выбирать относительно низкую f0 и более толстую пластину кварцевого кристалла.

Обычно выбирают компромиссное решение: толщина кварца ~ 0,3 мм,
f0=5-10 МГц, при этом обеспечивается f до нескольких сотен кГц, а чувствительность составляет 10-8-10-9 г/см2•Гц (по массе) или порядка 25 Гц/нм (по толщине пленки). Погрешность измерения толщины пленки 2-3 %.

Отечественные приборы имеют марку КИT (кварцевый измеритель толщины) и МЭК. Среди зарубежных разработок можно отметить приборы
QSR-1000, QSR-201 (фирма Balzers), FTM (фирма EdwardsHighVacuum), XTM, XMS, IC-600 (фирма LeyboldHeraeus). После нанесения максимальной по толщине пленки (порядка 30 мкм) для восстановления работоспособности кристалла пленку стравливают.

Достоинствами метода кварцевого вибратора являются

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector