FTM-V膜厚监控仪技术使用说明书.doc

FTM-V膜厚监控仪技术使用说明书物工院 薄膜组2011.03.29FTM-V膜厚监控仪技术使用说明书目录FTM-V膜厚监控仪简介 第一节 主要技术规范FTM-V监控仪技术规范 标准探头技术规范带档板探头技术规范 折封、初次安装和清点第二节 编程、操作 面板描述后板描述 参数设置（编程方法）操作方法 人工终止镀膜第三节 安装与连接 仪器安装连接后板接头 探头装配安装探头校验 探头安装第四节 校正 材料密度校正 工具因子的确定 材料声阻校正工作原理 几点说明第五节 维护与修理 探头故障、原因、修理仪器的保养第六节 计算机连接FTM-V膜厚监控仪 欢迎使用FTM-V膜厚监控仪。 FTM-V膜厚监控仪使用说明书对探头安装、仪器操作、设备维护等方面都作了详细说明，因此在使用本仪器之前，请仔细阅读，相信会给您操作带来一定帮助，谢谢！FTM-V膜厚监控仪 本膜厚监控仪适用于真空蒸发、高频溅射、直流溅射、离子镀等镀膜，通过液晶显示使您能连续获取完整的沉积数据，包括速率、厚度和晶体振荡频率。仪器附有本公司生产的探头，晶体振荡器、6MHZ平凸石英晶片和电缆连接线，这些附件提供较高的测量灵敏度，以适应您的低速率应用和重复镀膜过程中所需的精度。 FTM-V膜厚监控仪增设三种特殊控制功能，一是可以对一种或几种镀膜材料进行巡回连续镀膜，二是具有两个输出接头，允许您可以控制探头档板，源档板和沉积源等，三是为了提高镀膜精度和镀膜重复性，采用预镀膜和正式镀膜相结合方式。 我们还提供RS-232计算机接口，以便将您的个人电脑与FTM-V膜厚仪连接起来，通过计算机进行遥控操作和存储镀膜过程中的参数。FTM-V膜厚监控仪外型参见图1.1图1.1 FTM-V膜厚监控仪 FTM-V 膜厚监控仪面板参见图1.2 图1.2 FTM-V 膜厚监控仪面板 面板说明 图中序号 名称 说明 1 液晶显示器 带背光高亮度显示器，屏现尺寸132*39mm 2 工作层键 选择镀膜层，显示振荡频率，人工停止镀膜 3 设置键 设置镀膜层参数 4 键 光标下移 5 键 光标上移 6 巡回/定时键 设置镀膜巡回次数，设置定时时间 7 0/删除 键 数字0；镀膜层删除 8 启动/开始 键 预镀膜；正式镀膜 9 指示灯 镀膜过程中信号指示 10 数字键 计算器风格（0-9）数字输入在光标位置 11 微调电位器 调节液晶显示的背光度 12 电源开关 FTM-V电源第一节 主要技术规范1. FTM-V监控仪技术规范1.1监测厚度显示范围 0-9999991.2厚度显示分辨率 11.3速率显示范围 0-9999.91.4 速率显示分辨率 0.11.5监测时间显示范围 1分-99小时1.6时间显示分辨率 1秒1.7 晶体振荡频率 自动显示，新鲜晶片振荡频率接近于6MHZ1.8 编程功能1.8.1 设置镀膜厚度 1-9999991.8.2 镀膜层数 十六层1.8.3 材料密度，声阻抗 贮存常用52种材料密度，声阻抗参数，可任意调用。1.8.4 工具因子 0.001-99.9991.8.5 探头选择 A、B、C、D任意选择1.8.6 镀膜巡回次数 0-99次1.8.7 巡回时间 1分-99分钟1.9输入输出控制1.9.1 探头输入 来源于晶体振荡器1.9.2 输出接头 二个，分别控制探头档板和源档板或镀膜源，触点容量为1A/36V1.10 显示1.10.1 编程显示 用一帧幅面显示全编程内容1.10.2 工作层显示 显示镀膜层次，镀膜材料和使用晶体振荡频率1.10.3 镀膜显示 显示镀膜过程中的监测厚度、速率和晶体振荡频率1.10.4 镀膜结束显示 显示镀膜结束后的监测厚度和晶体振荡频率1.11特殊功能1.11.1 人工停止 人工停止镀膜1.11.2 RS-232 计算机接口（串口）1.11.3 电源 220V（5%），50Hz，功率20W1.11.4 工作环境 10-301.11.5 机箱尺寸 440280119mm（宽深高）2.标准探头技术规范2.1 标准探头外型参见图1.3 图1.3 标准探头外型2.1.1 最高温度 1052.1.2 尺寸（最大封装） 26X12mm（外盖直径X高）2.1.3 水管和同轴电缆长度 10-80cm，水管外径4mm不锈钢管2.1.4 晶片更换 前面装载，容易更换2.2 安装2.2.1 水管馈送接头 带小孔黄铜同轴接头，内径4mm2.2.2 “O”密封 外径363mm，453mm（26，32通孔）2.2.3 刀口密封 CF-35，CF-502.2.4 水流量 水流量150-200cm/min，水温不超过302.3 材料2.3.1 壳体和支撑体 1Cr18Ni9Ti不锈钢2.3.2 弹簧片 镀金2.3.3 水管 1Cr18Ni9Ti无封不锈钢管2.3.4 接头 带小孔黄铜同轴接头2.3.5 绝缘材料 聚四氟乙烯2.3.6 导线 聚四氟乙烯绝缘铜线2.3.7 晶片 6MHz左右，AT切割，镀金3. 带档板探头技术规范3.1 带档板探头外型，参见图1.4 图1.4 带档板探头外型3.1.1 最高温度 1053.1.2 尺寸（最大封装） 35X18mm（外盖直径X高）3.1.3 气管、水管和电缆长度 10-80cm，外径4mm无缝不锈钢管3.1.4 晶片更换 前面装载，容易更换3.2 安装3.2.1 气管、立管馈送接头 带小孔黄铜同轴接头，内径4mm3.2.2 “O”密封圈 外径36X3mm，外径45X3mm（26mm，32mm通孔）3.2.3 刀口密封 CF-35，CF-503.2.4 水流量 水流量150-200cc/min，水温不超过303.3 材料3.3.1 壳体和支撑体 1Cr18Ni9Ti3.3.2 弹簧片 镀金3.3.3 送水管、气管 1Cr18Ni9Ti无缝不锈钢管3.3.4 接头 带小孔黄铜同轴接头3.3.5 绝缘材料 聚四氟乙烯3.3.6 导线 聚四氟乙烯绝缘铜线3.3.7 晶片 6MHZ左右，AT切割，镀金4 . 折封，初次安装和清点4.1 折封，清点4.1.1 将FTM-V膜厚监控仪从货运箱内取出，不要丢弃任何包装材料4.1.2 清点您所定货物部件 FTM-V膜厚监控仪 电源线 晶体振荡器同轴电缆线探头镀金6MHZ晶片 使用说明书4.2 初始检查4.2.1 将仪器平移放置在机架或平台上，将电源线插入仪器后板的电源插座内，接上电源。4.2.2 将仪器面板上电源开关推入4.2.3 初始显示，参见图1.5图1.5 初始检查显示 如果上电后没有显示，请检查电源是否插好，熔丝是否烧断等。第二节 编程、操作 FTM-V膜厚监控仪使用说明书的第二节包括面板和后板功能特性的描述，参数设置（编程方法）及操作方法，包括下列内容。 *面板描述 *键盘描述 *液晶显示描述 *后板描述 *参数设置（编程方法） *操作方法 在安装和操作FTM-V监控仪之前，您应当熟悉本节涉及到的指示灯，开关和输入、输出接头用途，按键功能和显示内容描述。面板示意图参见图1.2。1. 面板描述 面板包括显示屏、按键、电源开关、镀膜指示灯和液晶显示屏背光调节电位器等。其中按键中六个为功能键，十个为数字键。1.1 电源开关 将电源开关推入，就给仪器加电。1.2 镀膜指示灯 镀膜开始时，指示灯亮。1.3 工作层 这个键有二种功能。一是可以选择已设置好的镀膜层，作为当前需要镀膜层，并可以参看晶体振荡器频率，如果频率显示为0000K000Hz，表示探头没有安装好，或探头选择号有误。另一个是在镀膜过程中，可以人工中止镀膜，具体操作参见本节4。 仪器能存储十六层镀膜层，推入电源开关就可以在屏幕上显示出厂时预先设置好的第一层内容参见图2.1。图2.1 工作层 其中，层次“01”表示目前选择层次为一层，材料“金”表示该层设置镀膜材料为“金”，频率0000K000HZ表示探头没有安装。按一下该键，可以选择下一层镀膜层。1.4 设置 该键与数字0-9配合可设置新的镀膜层参数，或修改原镀膜层内任何一项参数，通过显示屏上菜单可以逐次设置工作层、镀膜材料、监控方式、终厚、材料厚度、材料声阻抗、工具因子、探头号等。屏幕显示参见图2.2。图2.2 参数设置 图内光标所在位置表示当前可设置内容，每按一下该键光标会自动下移至下一个参数设置位置，如果按下此键不松手，光标就会按顺序连续移动，移动顺序为： 其中，材料密度和声阻抗一项右边四位数为材料的标准参数，左边四位数为用户参照设置的参数位置。1.5 我们在仪器内有存储着常用52种镀膜材料名称，以及该材料的标准密度和声阻抗，有关他们的标准密度和声阻抗参数见表2.1。当光标停位在“材料”位置时，按键，材料名称会以顺向显示出来。1.6 按该键，材料名称以逆向显示出来。1.7 巡回/定时 FTM-V膜厚仪可以对一种材料镀膜，也可以对一种或几种材料进行巡回镀膜时，可以设置巡回次数和上一层镀膜结束后，再开始镀下一层膜的档板定时时间。1.7.1 按巡回/定时键时，屏幕显示参见图2.3。图2.3 巡回次数您可以根据需要，设定01-99内巡回次数，设定为00时，表示只对某材料单独镀膜。1.7.2 定时 定时主要为您下一次镀膜工艺做准备的时间长短，也就是说，上一层镀膜结束后，档板复原再进行下一种材料开始镀膜时，档板再打开的定时时间。 再按一下巡回/定时键，屏幕显示参见图2.4。图2.4 定时时间 档板定时时间设定为01-99。01表示定时1分，最大能定时99分钟。1.8 0/删除 该键有两个功能，第一个功能作为数字“0”，第二个功能可以“删除”工作层。1.8.1 设置参数时，当作“0”数字键。1.8.2 需清除某一工作层时，当作“删除”键。具体操作参见3.3节。 1.9 启动/开始 这个键也有两个功能，一个是可以作为镀膜时“启动”键，另一个是作为对基片进行正式镀膜时间“开始”键。1.9.1 启动 如果已将探头和晶体振荡器通过电缆线接到仪器后板A探头座上（具体连接方法参见第三节安装与连接）。按下启动/开始键，仪器就进入预镀膜过程，屏幕显示参见图2.5。图2.5 预镀膜 图中材料“金”表示当前镀膜材料是“金”；终厚005000表示镀膜终止厚度，频率XXXXKXXXHz表示探头A的振荡频率。 如果您把后板上输出接头1作为控制探头档板，此时探头档板就会自动打开，晶片开始接受镀膜沉积材料。 我们设置预镀膜功能主要是提高仪器监测精度来考虑的，因为在镀膜起始阶段，由于镀膜源热量或衬底加热等加热因素，使探头和晶片表面温度也增加，因为晶片是具有正温度系数的敏感元件，随着温度升高，使其产生的振荡频率也就逐渐上升。在随后的通水冷却过程中，频率上升有一个平稳过程。当频率相对稳定后，随着晶片表面镀膜沉积材料不断增加，频率就逐渐有规律下降。这过程的时间长短，视探头通水量大小，热源温度大小而定。 如果探头没有档板，输出接头1可不用。1.9.2 镀膜开始 再按一下启动/开始键，预镀膜沉积参数复零，镀膜正式进行。此时显示屏显示参见图2.6。图2.6 镀膜开始 此实厚是动态监测的实际厚度，速率、振荡频率，如果您把后板上输出接头2作为源档板用，它就自动打开。 当实际监测厚度与设置好的终厚一致时，镀膜结束。探头和源档板自动关闭，屏幕显示参见图2.7。图2.7 镀膜结束1.10 0-9数字键1.10.1 用于设置参数时作为数字键1.10.2 1-4另一功能，在设置参数时还可作为探头选择序号。 “1”对应探头号A； “2”对应探头号B； “3”对应探头号C； “4”对应探头号D；1.11 背光 用十字螺丝刀轻微旋动电位器，可调节液晶显示屏背光亮度。2. 后板描述 FTM-V膜厚监控仪后板提供各种插座，包括用RS-232接口（串行）、系统控制接头（源档板、探头档板）、晶体振荡器输入探头号、电源输入插座等，后板上所有组件位置参见图2.8。图2.8 后板示意图2.1 电源模块 提供系统熔断丝座和电源插座。2.2 探头座 用于晶体振荡Q9型的输入接头。2.3 RS-232 这是一个9针的D型接头，与计算机相连控制仪器操作，并采集镀膜过程中全部数据。2.4 输出接头 输出接头有二只，每接头有常开和常闭二组触点，每组触点最大能承受1A/36V。接头触点参见图2.9。图2.9 输出接头 * 红色与黑色为常开触点 * 白色与黑色为常闭触点3. 参数设置（编程方法） 镀膜层参数设置最多为十六层。可以单种材料设置镀膜，也可以几种材料设置并巡回镀膜。3.1 单层镀膜设置（监测方法） 按下设置键，屏幕显示参见图2.10。图2.10 参数设置 因是新设置镀膜层，材料还没有选择，因此密度、声阻抗的标准参数也为零。 如您想在第二层设置材料“银”，镀膜终厚为5000，工具因子为1，B号探头，镀膜为一次的镀膜层，其编程方法如下：3.1.1 光标在层次上，按数字键02，层次显示02。3.1.2 按一下设置键，光标下移至材料位置，再按或键，材料名称自动显示，直至找出“银”为止。此时 在密度和声阻抗一项的右边就显示出银的标准参数。它们分别是10.50和16.68。3.1.3 按一下设置键，光标下移至镀膜方式项，再按或键，镀膜方法会显示“厚度”或“时间”，因测厚 方式，选用“厚度”。3.1.4 按一下设置键，光标下移至终厚位置，按顺序按动数字键，005000，此时终厚显示为005000。3.1.5 按一下设置键，光标再移至密度00.00位置，顺序按动数字键10，50即可。3.1.6 按一下设置键，光标移至声阻抗00.00位置，顺序按动数字键16，68即可。3.1.7 按一下设置键，光标移至工具因子00.00位置，顺序按动数字键0100即可。3.1.8 再按一下设置键，光标移至探头选择位置，因是选择B探头，按一下数字键2即可。 通过上述8个步骤操作，在镀膜第二层内设置好所有参数，此时屏幕显示参见图2.11。图2.11 设置完毕镀膜层3.1.9 因镀膜次数为一次，因此再按一下巡回/定时键，置巡回次数00。3.1.10 最后再按工作层键，屏幕显示参见图2.12。表示该镀膜层可以进行镀膜。图2.12 工作层3.2 单层镀膜层设置（时间控制） 用时间控制镀膜，参数设置如下： 按下设置键，屏幕显示参见图2.10。如设置时间控制镀膜10分30秒。3.2.1 按步骤3.1.1和3.1.2设置好02层和材料“银”。3.2.2 按一下设置键，光标下移至方法位置，按动或键，选用“时间”。3.2.3 按一下设置键，光标下移至时间设置位置，按数字键1030即可。3.2.4 因镀膜采用时间控制方式，材料工具因子声阻抗及探头号不必改变。3.3 镀膜层删除，镀膜层恢复。3.3.1 镀膜层删除3.3.1.1 按一下设置键，找出需删除镀膜层号。3.3.1.2 按一下设置键，光标移至材料位置，再按一下0/删除键，此时材料名称就消除，表示该工作层也被删除。 需说明的，该工作层虽被删除，但它的参数还被保存在该层内，您根据需要可随时恢复和修改。3.3.2 镀膜层恢复和参数修改3.3.2.1 按设置键，找出需恢复或修改镀膜层号。3.3.2.2 按设置键，光标移至材料位置，按动或键，找出需恢复材料名称，如材料“银”，表示该工作层建立。3.3.2.3 根据您的需要，按3.1节操作方法，可修改各项参数。3.4 几种材料巡回镀膜层设置 在对几种材料进行巡回镀膜时，设置的工作层次序号必须连续。例如，在层次序号01内设置“金”在层次序号02内设置“银”；在层次序号03内设置“二氧化硅”；并需巡回次数为三次，档板定时时间为5分钟，设置方法；3.4.1 按3.1节分别在01层内设置“金”，02层次内设置“银”，03层次内设置“二氧化硅”。3.4.2 按巡回/定时键，此时屏幕显示巡回次数，图形参见图2.3，再按数字键0和3即可。表示镀膜巡回三次。3.4.3 按巡回/定时键，屏幕显示档板时间，图形参见图2.4。再按数字键0和5即可。表示档板复原再到打开定时时间为5分钟。 注意：上述设置三种材料的层号010203是连续的，如果层号不连续，那么巡回镀膜就不执行。4 . 操作方法 需对某工作层进行镀膜操作极为简便。4.1 按工作层键，找出您需镀膜的工作层，屏幕显示参见图2.1。如果频率一项为0000K000Hz，表示探头没有安装或探头选择有误。4.2 按一下启动/开始键，系统进入预镀膜，屏幕显示参见图2.5。当振荡频率有规律下降，表示预镀膜正常进行。4.3 再按一下启动/开始键，预镀膜沉积参数复零，并进入正式镀膜，此时屏幕显示参见图2.5。当实际厚度与设置厚度一致时，镀膜结束，屏幕显示参见图2.13。图2.13 镀膜结束 上述操作，当您的系统没有源档板和探头档板时，需进行镀膜只要连续按两次启动/开始键，仪器立即进行正式镀膜。5. 人工终止镀膜5.1 镀膜过程，您需要终止镀膜时，先按一下工作层，屏幕显示为图2.14。 图2.14 停止镀膜5.2 再按一下0/删除键即可。屏幕显示参见图2.15。第三节 安装与连接 FTM-V膜厚监控仪第三节内容包括仪器与探头安装程序，镀膜系统与仪器接口的使用方法，探头安装等，内容为： *仪器连接 连接后板组件 *探头安装 *探头装配 晶片装配方法 在您已经熟悉FTM-V膜厚仪的控制，显示、输入输出接头后，就可以安装。1、 仪器安装 膜厚仪可以安装在操作平台上，也可以安装在标准机柜内，但安装在机柜内应保证仪器有良好的通风口，将电源线插入仪器后板的电源插座。2. 仪器-晶体振荡器-探头的连接2.2.1 晶体振荡器外型参见图3.1图3.1 晶体振荡器外型 晶体振荡器尺寸：50X25X25mm（长X宽X高） 晶体振荡器的“晶”端子与探头连接；“器”端子与仪器探头座连接。2.1.2 连接方法参见图3.2。 图3.2 晶体振荡器连接 将同轴电缆一头与仪器后板插座卡口对准插入直到接合处，并顺时针转动即可。电缆另一头用同样方法插入晶体振荡器的“器”插座，再将探头法兰上的电缆头与振荡器的“晶”插座卡口对准插入并顺时针转动即可。 仪器后板插头座到振荡器的同轴电缆长度为2米左右，根据用户要求也可以适当增加，同轴电缆阻抗为75欧姆。2.2 输出接头连接 输出接头只有两个，输出接头1一般控制探头档板，输出接头2可控制源档板，也可控制镀膜源（如电子枪）。 如果探头没有档板输出接头1可以不用。 当您需要镀膜时，按一下启动/开始键，输出接头1动作，常开触点变为常闭触点。 当您需正式镀膜时，再按一下启动/开始键，输出接头2动作，常开触点变为常闭触点。2.2.1 如果您探头附有档板，连接方法参见图3.3图3.3 输出接头1连接2.2.2 输出接头2连接 如果您需要控制档板，连接方法参见图3.4 图3.4 源档板连接 如果您需控制镀膜源的，连接方法参见图3.5图3.5 镀膜源连接 交流接触器您可以自己选择。在线圈两端并联一只0.068u/680V电容，起到防止接触器闭合时感抗负载。2.3 RS232 连接 RS232电缆使用一个9针楔形接头与计算机串行口相接。2.4 接地线连接 接地连接是一个有螺纹的螺栓和一个六叫螺母。一种建议方法，直接接到地线上，以提供良好的连接，并容易卸除和安装。当与溅射系统一起使用时，接地方法也允许修正后以满足特殊情况的需要，并保持与这个接地网络连接的距离尽可能的短，系统接地示意图参见图3.6。 图3.6 系统接地示意图 3. 探头安装 3.1 探头主体 探头有两部分组成，一是探头主体，一是装晶片外盖。 3.1.1 探头主体如图3.7。 图3.7 探头 图中序号 名称 说明 1 陶封体 连接信息 2 安装体 与真空室密封相连 3 密封圈 外径36X3mm 4 法兰 CF系列或“O”型密封圈（26mm或32mm） 5 水管 外径4mm无缝不锈钢管 6 同轴电缆 阻抗75欧姆 7 晶片安装仓 8 弹簧片 镀金 注：在安装时一定要小心，因为晶片是很脆性的元件，否则很容易损坏晶片。另外，手不能直接接触晶片表面，否则不易起振。 3.2 探头结构如图3.8 图3.8 探头结构 4 . 预安装探头校验 在将您的探头装入真空系统之前，您应当通过下列程序操作，确信探头工作正常。4.1 将探头通过按图3.2连接方法与仪器相连。 4.2 开启仪器电源，屏幕显示如图1.5。此时频率就是新安装的探头振荡频率。4.3 可以微微呼气到晶片上，观察振荡频率有否变化，但呼气不能太大，否则会停振，待水气蒸发后，频率应恢复到原始振荡频率范围。 4.4 停振或不振原因 排除方法4.4.1 晶片正反面装错 晶片重新安装 4.4.2 弹簧片变形，接触不良 用镊子钳小心整形4.4.3 晶片损坏 调换晶片 4.4.4 探头内腔表面有杂质 用细砂皮和酒精清除内腔杂质4.4.5 电缆线损坏或焊片脱落 用万用表检查并进行修复 4.4.6 晶体振荡器输入输出接错 按图3.2连接4.4.7 探头号与选择号不一致 通过设置键检查并修正，如经常改变选择号则应先检查此项 5. 探头安装 探头可以安装于真空室系统内任何合适位置。探头壳体背部提供两个进出水管接头和一个带同轴电缆插头，以便与系统连接。探头到法兰之间长度最长不超过80cm。假如您的工艺允许，在水管，包括电缆线上缠绕锡箔,以便减少来自蒸发源或衬底加热的热辐射伤害。水管通水量一般在150-200cc/min，水温不超过30摄氏度。但对于溅射系统，通水量需大一些，一般在200-300cc/min。 5.1 典型安装 图3.9 说明了真空室内探头典型安装 一般的说，探头所在位置与基片（衬底）上所沉积厚度和速率成一定比例，这就需用工具因子进行调节，有关工具因子校正参见第四节4.2。 图3.9 典型安装 另外，探头尽可能远离蒸发源。 5.2 溅射系统安装 探头可安装在溅射系统的任意位置，安装见图3.10 图3.10 溅射系统探头位置 第四节 校正 FTM-V膜厚监控仪使用说明第四节提供几个参数校正和工作原理。 *材料密度校正 *工具因子校正 *材料声阻抗校正 *工作原理简述1. 材料密度校正 由于一般情况下只能得到材料的静态密度值，其动态密度往往不同于静态密度（一般偏低）。它受沉积条件和基片温度的影响，有时较静态密度变化大。因此需得到比较精确的膜厚度必须校正密度值。 校正方法，把材料的静态密度和材料声阻抗（取为8.83），工具因子（取01.00），置入到某一工作层内，在真空室内放入几片实验基片，应尽可能地放在一起，旋转基片做一次厚度为800埃的沉积溅射，拿出实验基片,在光干涉仪或台阶仪上测出他们的实际厚度并取平均值，即可由下式求出材料的动态密度。 P=PgX（Hi/Hm） P：材料的动态密度 Pg：材料的静态密度 Hi：仪器测得实际厚度 Hm：光干涉仪或台阶仪测得平均厚度 一般情况下，监控已经足够精确，不需要进行校正，仅在用户认为必须校正时才校正。 2. 工具因子的确定 由于基片与探头不可能放在一起，因此探头上接受的膜厚与基片上接受的膜厚存在一个由于几何位置不同而引起的误差，因此需要通过工具因子进行校正，使其一致。 校正方式：在真空室内放置几片实验基片，把校正过的密度值和已知的声阻抗值，工具因子置01.00，终厚800埃，置入到某一工作层内，做一次溅射沉积实验，溅射时基片最好旋转，然后用上面相同仪器测出它们的实际厚度，即可由下式求出工具因子数值： 工具因子=Hm/Hi 注意：一旦工具因子确定下来，晶体探头的位置就不能再移动，否则工具因子必须重新确定。3. 材料声阻抗的校正 材料的声阻抗在一般情况下不需要校正，只有在晶体已承受较厚的沉积物时（大约是晶体停振厚度的80%），如继续还要在该晶片上进行沉积时，才需要进行校正。 校正方法：用一片新晶片做一次某种材料可沉积到使晶片停振之前的最大厚度，计算出80%的厚度，再用另一片新晶片沉积到计算厚度，然后放入试片做一次沉积（约800埃），测量试片厚度和实际厚度，然后修正该声阻抗值再沉积，使测量值等于显示值，这个新的声阻抗应可以在晶片已被沉积80%的厚度后使用，但一般情况下并不推荐晶片非要用到接近100%。 4. 工作原理4.1 工作原理简述 FTM-V膜厚监控仪由主机、探头、晶体振荡器三部分组成，参见图1.1。 主机核心是单片微机，监控仪在CPU控制下，实现对数据采集、计算、显示等操作。探头内安装一片6MHz测厚晶片，它通过同轴电缆与晶体振荡器的输入端相连，与振荡器的前级构成一个完整输入回路并产生6MHz振荡频率,该振荡讯号经放大后，再通过同轴电缆与主机的探头座相连。在镀膜过程中，晶片表面就不断获得介质或金属沉积材料，使得晶片表面逐渐变厚，导致振荡频率渐渐下降。主机通过传输过来的不断变化频率信号送到频率采样转换器内，通过一系列整形，计数以一定时序送到CPU总线上，CPU再经过一系列计算后，将频率变化量转换成对应的厚度变量，并将该数据通过显示接口到显示屏上显示。当计算厚度与预置的厚度相一致时，膜厚仪就停止采集频率，并在显示屏上显示“镀膜结束”，并指示出镀膜结束后的实际厚度及振荡频率。 主机内设有一块主板，一块液晶显示屏和操作键盘及有关控制接口等液晶显示屏采用MGLS-24064，该显示屏视域尺寸132X39mm，点的大小为0.48X0.48mm。单片机的P口分别和键盘接口相连。 键盘由16个按键组成，其中10个数字键，6个功能键，完成对膜厚仪各种操作。 输出控制接口实际上为二组常开常闭触点，采用继电器输出形式，用户根据不同要求完成对档板及镀膜源的制。 RS232串口接口与计算机相连有关内容参见第六节。主机方块图参见图4.1 图4.1 主机方块图 5. 几点说明 5.1 测厚晶片与其他晶体一样，是一种正温度系数的敏感元件，它的温度系数一般在10-7左右，也就是说对6MHz晶片，当外界温度变化1摄氏度，对应频率会产生2Hz左右的变化。因此当真空室内用于衬底烘烤或镀膜源功率增加，在镀膜的起始阶段，温度有一个上升的过程，晶体频率会逐渐增加。当真空室内温度相对稳定时，探头在水冷却作用下，振荡频率也随着保持相对不变。 5.2 晶体振荡频率变化相同频率时，对于不同材料反映出它们的实际厚度是不同的。一般说来金属材料小，介质如“二氧化硅”就大，这是由于它们的密度和声阻抗值不同而引起的。通过我们计算和测试，当频率变化500Hz时，对应的“金”实际厚度为30埃左右，而“二氧化硅”实际厚度为200埃左右。也就是说“金”实际厚度为1埃时，频率要变化15Hz左右，而“二氧化硅”变化频率为2Hz左右。 5.3 常用52种材料密度和声阻抗参数参见表4.1。第五节 维护与修理 FTM-V膜厚监控仪第五节是探头档板、仪器的维护和修理。 *探头故障、修理 *仪器保养。 1. 探头故障、原因、修理 故障现象 原因 修理 1.1 沉积期间厚度读数大跳变a. 不良晶片产生 b. 晶片接近其使用寿命c. 晶片支承座表面有杂物 d. 来自溅射源的频率干涉a. 更换晶片 b. 更换晶片 c. 用酒精或细砂皮清洗支承座 d. 检查接地，仪器远离溅射源1.2 沉积期间晶体停振，但晶片寿命未到 a. 晶片被来自镀膜源熔化材料小熔滴撞击 b. 不良晶片c. 晶片支承座内腔表面有杂质 a. 镀膜起始阶段用档板遮蔽然后移开 b. 更换晶片 c. 清洗晶片 1.3 晶体不起振或断续起振 参见4.4章节 1.4 晶体在真空中振荡，单暴露空气后停振a. 晶体接近使用寿命，暴露空气导致薄膜氧化而引起薄膜压力增加 b. 晶片积累了过多水分 a. 更换晶片 b. 暴露空气之前关掉探头冷却水 1.5 热不稳定性，在加热期间和沉积结束后频率大跳变a. 晶片安装不良 b. 晶片有过度热量 c. 无冷却水 a. 检查晶片安装 b. 探头远离热源 c. 检查冷却水 1.6 厚度重复性差a. 不稳定的源辐射 b. 晶片接近使用寿命a. 检查晶片表面清洁度或预先在晶片表面上沉积附着力强的材料 b. 更换晶片 1.7 屏幕不显示a. 电源插头接触不良 b. 保险丝烧断a. 调换电源插座 b. 调换保险丝1.8 档板不动作a.输出接头接法不对a.按第三节2.2安装 1.9 显示屏字不清晰 a.背光亮度太大 a.调节面板上背光电位器 2 .仪器的保养 2.1 仪器放在通风良好的地方，若在射频设备中使用，将仪器尽可能地远离射频源，接地一定要良好。 2.2 注意仪器的防尘。2.3 注意探头的清洁，保持探头干净。 2.4 备用晶片应放在干燥箱内。第六节 计算机连接 FTM-V膜厚仪与计算机相连可实现计算机遥控操作，参数设置以及镀膜全过程的振荡频率，将会给您分析镀膜工艺带来一定的帮助。 6.1 连接方法 将9针的D型接头电缆线一头插入计算机RS232（串行）插座，另一头插入FTM-V膜厚仪后面板RS232插座。 6.2 软件安装 软件安装程序SETUP.EXE 6.3 软件执行程序 软件名为：FTM-5。设计：周粹荣审核：陈秦尧批准：施恩光日期：2001年4月1日FTM SERISES THICKNESS MONITORSDensity and Acoustic Impedance Values for Selected Materials Material Symbol Density Impedance Aluminum Al 2.70 8.17 Antimony Sb 6.62 11.49 Arsemoc As 5.73 9.14Beryllium Be 1.85 16.26 Bismuth Bi 9.8 11.18 Boron B 2.54 22.70 Cadmium Cd 8.64 12.95 Cadmium sulfide CdS 4.83 8.66 Cadmium Telluride CdTe 5.85 9.01 Carbon(Diamond) C 3.52 40.14 Chromium Cr 7.20 28.95 Cobalt Co 8.71 25.74 Copper Cu 8.93 20.21 Copper(I) Sulfide(alpha) Cu2s(alpha) 5.6 12.80 Copper(I) Sulfide(beta) Cu2S(beta) 5.8 13.18 Copper(II) Sulfide CuS 4.6 10.77 Dysprosium Dy 8.54 14.72 Erbium Er 9.05 11.93 Europium Eu 5.244 Gadolinium Gd 7.89 13.18 Gallium Ga 5.93 14.89 Gallium Arsenide GaAs 5.31 5.55 Germanium Ge 5.35 17.11 Gold Au 19.30 23.18 Hafnium Hf 13.09 24.53 Holmium Ho 8.8 1