膜厚传感器及膜厚实时监测系统

本技术涉及薄膜厚度测试，具体涉及膜厚传感器及膜厚实时监测系统。

背景技术：

1、在半导体制造、光学镀膜、生物传感器和材料科学等领域中，薄膜厚度测量是一个至关重要的环节。无论是物理气相沉积（pvd）、化学气相沉积（cvd），还是等离子体刻蚀工艺，精准控制和实时监测薄膜厚度对于保证器件性能、提高工艺良率至关重要。

2、在真空腔体内进行磁控溅射时，经常需要对薄膜的厚度进行实时监测。传统的晶振膜厚测试仪必须外接有线电源，对腔体内的晶振探头（即膜厚传感器）进行供电，且需要在腔体上设计并安装真空电极，成本较高。同时传统晶振探头由于含有冷却管路，使得体积较大，往往只能定点测试，导致监测的空间范围受限，且无法随基台移动、不能跟踪膜厚的实时变化。

技术实现思路

1、基于此，本实用新型的目的是提供膜厚传感器及膜厚实时监测系统，通过优化设计，减小膜厚传感器的体积，可以进行多点布置监测，且无需外接电源，可以随基台移动、跟踪膜厚的实时变化。

2、第一方面，本实用新型提供了膜厚传感器，安装于真空腔体内，包括安装在旋转接地基台上的电路板，与所述电路板连接且覆盖所述电路板表面的支撑块，以及晶振探头；

3、所述晶振探头包括扣合安装在所述支撑块中的支撑外环，设于所述支撑外环中的支撑内环，以及嵌设于所述支撑内环和所述支撑外环中的晶振片，所述晶振片的底部通过导电弹簧与所述电路板电性连接；

4、所述支撑外环正对溅射阴极设置，用于收集磁控溅射过程中腔体内等离子体的自由电子，以与所述旋转接地基台之间形成电压，进行自供电。

5、优选地，所述支撑外环采用铝合金或铜制成。

6、优选地，所述电路板中依序设有电性连接的第一降压模块、第二降压模块、振荡器模块、分频模块和主控模块；

7、所述第一降压模块的电源输入端与所述支撑外环电性连接，输出端分别与所述第二降压模块、所述振荡器模块和所述分频模块连接，用于将输入电压转换为5v电压；

8、所述第二降压模块的输出端分别与所述振荡器模块和所述主控模块连接，用于将5v电压转换为3.3v电压；

9、所述振荡器模块，用于将所述晶振片的振动形成高频振荡信号，并将高频振荡信号传输给所述分频模块；

10、所述分频模块用于将高频振荡信号转换为低频信号，并将低频信号传输给所述主控模块；

11、所述主控模块用于根据接收的低频信号计算出频率值，并将频率值通过无线方式传输至接收终端。

12、优选地，所述第一降压模块包括第一降压芯片，所述第一降压芯片的电源输入端接地，与负电源并联第五电容和第六电容；

13、所述第一降压芯片的sw引脚与第一电感、第二电阻、第五电阻和第七电阻串联后接负电源，所述第二电容连接在所述第一降压芯片的sw引脚和自举引脚之间，所述第五电阻的两端与第七电容并联，所述第一降压芯片的反馈引脚连接在所述第五电阻和所述第七电阻之间；

14、还包括并联的第三电容和第四电容，一端接在所述第二电阻和所述第一电感之间，另一端接负电源。

15、优选地，所述第二降压模块包括第二降压芯片，所述第二降压芯片的电源输入端接在所述第二电阻和所述第一电感之间，且与第九电容串联后接负电源；

16、所述第二降压芯片的输出端与第十一电容串联后接负电源。

17、优选地，所述振荡器模块包括三极管和反相器；

18、所述三极管的集电极接在所述第二电阻和所述第一电感之间；

19、所述三极管的基极与所述导电弹簧连接，通过所述第九电阻与所述三极管的集电极连接，同时与所述第十二电容、第十电容串联后接负电源；

20、所述三极管的发射极接在所述第十二电容和所述第十电容之间，同时通过第六电阻与所述反相器的信号输入端连接；

21、所述反相器的信号输入端与第十二电阻串联后接负电源，电源输入端与所述第二降压芯片的输出端连接，所述反相器的信号输出端与所述分频模块连接。

22、优选地，所述分频模块包括第一计数器芯片和第二计数器芯片；

23、所述第一计数器芯片的电源引脚接在所述第二电阻和所述第一电感之间，同时与所述第八电容串联后接负电源，所述第一计数器芯片的输入引脚与所述反相器的信号输出端连接；

24、所述第二计数器芯片的电源引脚接在所述第二电阻和所述第一电感之间，所述第二计数器芯片的输入引脚与所述第一计数器芯片的输出引脚连接；

25、所述第二计数器芯片的输出引脚与第十电阻和第十一电阻串联后接负电源，且所述第十电阻和所述第十一电阻之间的节点与所述主控模块的信号输入端连接。

26、第二方面，本实用新型提供了膜厚实时监测系统，包括设于真空腔体内部的膜厚传感器，以及设于所述真空腔体外部的接收终端，所述膜厚传感器为上述的膜厚传感器。

27、与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

28、第一，在镀膜过程中，腔体内的等离子体密度较高，可以形成自供电电源进行供电不需外接线及外设电源，从而使得安装更简单；

29、第二，由于自供电电源可提供的能量相对较低，所以采用超低功耗电路结构，通过简单的电路结构实现膜厚实时监测；

30、第三，由于镀膜过程中，温度相对较低，所以通过去除传统晶振探头中的冷却管路，形成本申请中的膜厚传感器，从根本上消除了冗余连接结构，实现了电路布局与传感结构的三维空间重叠利用，极大压缩了无效空间，使得体积较小，可以进行多点布置监测；

31、第四，由于无需外接线及外设电源，所以可以随基台移动、跟踪膜厚的实时变化，同时通过无线方式将晶振频率传输至接收终端，可以实现膜厚实时监测；

32、第五，本申请只需要优化膜厚传感器的结构，无需定制真空腔体，从而节约成本。

1.膜厚传感器，其特征在于，安装于真空腔体内，包括安装在旋转接地基台上的电路板，与所述电路板连接且覆盖所述电路板表面的支撑块，以及晶振探头；

2.根据权利要求1所述的膜厚传感器，其特征在于，所述支撑外环采用铝合金或铜制成。

3.根据权利要求1所述的膜厚传感器，其特征在于，所述电路板中依序设有电性连接的第一降压模块、第二降压模块、振荡器模块、分频模块和主控模块；

4.根据权利要求3所述的膜厚传感器，其特征在于，所述第一降压模块包括第一降压芯片，所述第一降压芯片的电源输入端接地，与负电源并联第五电容和第六电容；

5.根据权利要求4所述的膜厚传感器，其特征在于，所述第二降压模块包括第二降压芯片，所述第二降压芯片的电源输入端接在所述第二电阻和所述第一电感之间，且与第九电容串联后接负电源；

6.根据权利要求5所述的膜厚传感器，其特征在于，所述振荡器模块包括三极管和反相器；

7.根据权利要求6所述的膜厚传感器，其特征在于，所述分频模块包括第一计数器芯片和第二计数器芯片；

8.膜厚实时监测系统，其特征在于，包括设于真空腔体内部的膜厚传感器，以及设于所述真空腔体外部的接收终端，所述膜厚传感器为权利要求1至7任意一项所述的膜厚传感器。