一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置和方法

技术领域

本发明涉及薄膜厚度测量领域，特别是涉及一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置和方法。

背景技术

随着真空镀膜在各个领域的应用越来越广泛，对镀膜的工艺控制要求也越来越高，其中，适时监控薄膜沉积厚度、沉积速率和相应的控制是镀膜工艺中一个关键的过程，对薄膜厚度测量仪器的精度和适时性等指标有较高的要求，这就对厚度测量仪器处理器的计算能力有非常高的需求。

传统独立薄膜厚度测量仪器集成薄膜厚度参数获取，厚度和沉积速率的复杂计算以及相应的控制操作的显示、用户操作界面等功能和部件，能独立完成薄膜厚度、沉积速率的计算以及相应的控制操作；该类镀膜厚度测量仪器采用独立仪器的形式，单独一台设备完成前端厚度信息采集、厚度数据和沉积速率的复杂计算、与主控计算机的通讯交互等操作，通常这类设备需要采用嵌入式微处理来完成相关的计算和控制功能，这就导致厚度测量仪器设计非常复杂，成本比较高，但同时CPU的处理能力并不是很高，对数据的存储容量也非常有限。

另一种传统的薄膜厚度测量装置是在计算机中集成一个插卡，用于完成薄膜厚度的获取和计算等一系列操作，计算、显示和相应接口借助计算机的硬件和软件完成。但由于将插卡集成在计算机的内部，硬件扩展性差，可靠性低，维护极其不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置和方法，以解决厚度测量仪器成本高，数据存储容量有限，可靠性低且维护不便利的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置，包括：依次连接的传感器、外置薄膜厚度参数获取装置以及计算机；

所述传感器，设于真空镀膜设备上，用于探测所述真空镀膜设备的薄膜厚度特征信号，并将所述薄膜厚度特征信号传递至所述外置薄膜厚度参数获取装置；

所述外置薄膜厚度参数获取装置，用于按照设定采样周期采样所述薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧上传至计算机；所述数据帧包括薄膜厚度的数字信号；所述外置薄膜厚度参数获取装置，还用于接收并解析所述计算机计算的控制参数，将解析后的控制参数输送至所述真空镀膜设备，以控制所述真空镀膜设备；

所述计算机，用于根据所述数据帧实时计算当前薄膜厚度以及当前薄膜沉积速率，并根据所述当前薄膜厚度以及所述当前薄膜沉积速率计算控制参数；所述控制参数包括设定薄膜厚度以及设定沉积速率。

可选的，所述外置薄膜厚度参数获取装置，具体包括：依次连接的传感器接口、厚度信息采样模块、通讯接口、控制信息处理模块以及控制输入输出模块；

所述传感器接口与所述传感器相连接；所述通讯接口还与所述计算机相连接；所述控制输入输出模块还与所述真空镀膜设备相连接；

所述传感器接口，用于接收所述薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行预处理，将预处理后的薄膜厚度特征信号发送至所述厚度信息采样模块；

所述厚度信息采样模块，用于按照设定采样周期采样所述预处理后的薄膜厚度特征信号，转换成数字信号，获取薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据，并将薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据传输至所述通讯接口；

所述通讯接口，用于整合薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据，生成数据帧，将所述数据帧上传至计算机；还用于接收所述控制参数，并将所述控制参数传输至所述控制信息处理模块；

所述控制信息处理模块，用于解析所述控制参数，并将解析后的控制参数传输至所述控制输入输出模块；还用于将所述控制输入输出模块传输的所述真空镀膜设备输出的设备信息发送至所述通讯接口；

所述控制输入输出模块，用于将解析后的控制参数输送至所述真空镀膜设备，以控制所述真空镀膜设备；还用于接收所述真空镀膜设备输出的设备信息，并将所述设备信息传输至所述控制信息处理模块。

可选的，所述预处理具体包括：滤波整形处理、干扰信号剔除处理以及放大处理。

可选的，还包括：通讯电缆或光缆；

所述通讯电缆设于所述通讯接口与所述计算机之间；

或者所述光缆设于所述通讯接口与所述计算机之间；所述通讯接口通过通讯电缆或光缆将所述数据帧上传至所述计算机。

一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量方法，包括：

按照设定采样周期采样真空镀膜设备的薄膜厚度特征信号；

对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧；所述数据帧包括薄膜厚度的数字信号；

根据所述数据帧实时计算当前薄膜厚度以及当前薄膜沉积速率；

根据所述当前薄膜厚度是否达到设定薄膜厚度，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示为所述当前薄膜厚度达到设定薄膜厚度，关闭所述真空镀膜设备，结束镀膜过程；

若所述第一判断结果表示为所述当前薄膜厚度未达到设定薄膜厚度，根据所述当前薄膜厚度以及所述当前薄膜沉积速率计算控制参数；所述控制参数包括设定薄膜厚度以及设定沉积速率；

根据所述控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜，并返回步骤“按照设定采样周期采样真空镀膜设备的薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧”。

可选的，所述对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧，具体包括：

对所述薄膜厚度特征信号进行滤波整形，生成滤波整形后的薄膜厚度特征信号；

剔除所述滤波整形后的薄膜厚度特征信号中的干扰信号，生成剔除后的薄膜厚度特征信号；

放大剔除后的薄膜厚度特征信号，生成所述预处理后的薄膜厚度特征信号。

可选的，所述根据所述控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜，之前还包括：

解析所述控制参数，生成解析后的控制参数；

根据所述解析后的控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置和方法，采用外置薄膜厚度参数获取装置和计算薄膜厚度的计算机分离的架构，将大量计算工作采用计算机执行，就可以将硬件设计得简单可靠，硬件复杂度大幅降低，可靠性大幅提升，设备成本低廉，相比传统独立薄膜厚度测量仪器具有更强的软件处理能力和可扩展能力，无需插卡，维护升级更加便利。

本发明采用独立外置薄膜厚度参数获取装置加计算机配套厚度计算软件的架构，使得本发明既能够提供厚度计算的复杂处理能力和解决数据存储的容量限制，又简化了硬件设计，使得硬件成本大幅降低，可靠性提高，同时也带来了维护方便和扩展能力强的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置示意图；

图2为本发明所提供的真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置的运行流程图。

符号说明：

真空镀膜设备1、传感器11、外置薄膜厚度参数获取装置2、计算机3、传感器接口21、厚度信息采样模块22、通讯接口23、控制信息处理模块24、控制输入输出模块25。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置和方法，能够降低厚度测量仪器成本，解决数据存储容量限制，提高计算结果的可靠性以及设备维护更加便利。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

图1为本发明所提供的真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置示意图，如图1所示，一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置，包括：依次连接的传感器11、外置薄膜厚度参数获取装置2以及计算机3；所述传感器11，设于真空镀膜设备1上，用于探测所述真空镀膜设备1的薄膜厚度特征信号，并将所述薄膜厚度特征信号传递至所述外置薄膜厚度参数获取装置2；所述外置薄膜厚度参数获取装置2，用于按照设定采样周期采样所述薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧上传至计算机3；所述数据帧包括薄膜厚度的数字信号；所述外置薄膜厚度参数获取装置2，还用于接收并解析所述计算机3计算的控制参数，将解析后的控制参数输送至所述真空镀膜设备1，以控制所述真空镀膜设备1；所述计算机3，用于根据所述数据帧实时计算当前薄膜厚度以及当前薄膜沉积速率，并根据所述当前薄膜厚度以及所述当前薄膜沉积速率计算控制参数；所述控制参数包括设定薄膜厚度以及设定沉积速率。

在实际应用中，传感器11安装在真空镀膜设备1上，探测真空镀膜设备1内有关薄膜厚度特值的参数，比如可以是石英晶体振荡器的频率或则是能够体现薄膜厚度信息的电压或电流参数，也可以是体现薄膜厚度信息相关的光谱参数。传感器11通过电缆或者光缆等方式与传感器接口21连接，将体现薄膜厚度的特征参数传递给传感器接口21。

在实际应用中，所述外置薄膜厚度参数获取装置2，具体包括：依次连接的传感器接口21、厚度信息采样模块22、通讯接口23、控制信息处理模块24以及控制输入输出模块25；所述传感器接口21与所述传感器11相连接；所述通讯接口23还与所述计算机3相连接；所述控制输入输出模块25还与所述真空镀膜设备1相连接；所述传感器接口21，用于接收所述薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行预处理，将预处理后的薄膜厚度特征信号发送至所述厚度信息采样模块22；所述厚度信息采样模块22，用于按照设定采样周期采样所述预处理后的薄膜厚度特征信号，转换成数字信号，获取薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据，并将薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据传输至所述通讯接口23；所述通讯接口23，用于整合薄膜厚度的数字信号以及测量周期的时间数据，生成数据帧，将所述数据帧上传至计算机3；还用于接收所述控制参数，并将所述控制参数传输至所述控制信息处理模块24；所述控制信息处理模块24，用于解析所述控制参数，并将解析后的控制参数传输至所述控制输入输出模块25；还用于将所述控制输入输出模块25传输的所述真空镀膜设备1输出的设备信息发送至所述通讯接口23；所述控制输入输出模块25，用于将解析后的控制参数输送至所述真空镀膜设备1，以控制所述真空镀膜设备1；还用于接收所述真空镀膜设备1输出的设备信息，并将所述设备信息传输至所述控制信息处理模块24。

在实际应用中，传感器接口21接收传感器11送来的有关薄膜厚度的特征参数，同时可以对传感器11进行控制或参数调整，使得传感器11处于合适的工作状态。接收传感器11对体现薄膜厚度参数的电信号或光信号并进行预处理，完成滤波整形、干扰信号的剔除以及放大等处理，最后将处理后的电信号送给厚度信息采样模块22。

厚度信息采样模块22接收传感器接口21送来的经过处理后的厚度信号，同时可以对传感器接口21进行控制或参数调整，使传感器接口21工作于匹配的模式下。厚度信息采样模块22按一定的周期对经过处理后的厚度信号进行采样，转换成数字信号，获得薄膜厚度对应的数字参数和采样周期的时间信息，并将这些数字信号送给通讯接口23。

通讯接口23接收厚度信息采样模块22送来的有关薄膜厚度的数字信号和测量周期的时间数据，整理成符合上位计算机3通讯协议的数据帧，并将这个数据帧通过通讯电缆或光缆发送出去送给计算机3。通讯接口23同时可以接收计算机3发送来的数据帧，并完成对数据帧的解析，进一步对厚度信息采样模块22进行控制和调整，同时也可以根据帧解析出来的指令，把相关的控制指令发送给控制信息处理模块24。

控制信息处理模块24与通讯接口23进行交互，接收通讯接口23送来的控制信息，并完成控制信息的解析，将控制信息送给控制输入输出模块25，控制信息处理模块24同时可以接收控制输入输出模块25来的控制数据，并将这个数据根据需要发送给通讯接口23。

控制输入输出模块25接收控制信息处理模块24送来的控制数据，并通过电缆输出给镀膜设备，用于控制镀膜设备。同时镀膜设备输出的信息也可以通过电缆输出给控制输入输出模块25，控制输入输出模块25再将相关信息传递给控制信息处理模块24。

在实际应用中，计算机3接收通讯接口23送来的薄膜厚度有关的数据帧，通过计算机3上运行的薄膜厚度应用程序，完成对镀膜时薄膜厚度的实时计算，进一步得出薄膜沉积速率的数据，通过一定的算法计算出对镀膜设备的控制参数，并将这些控制参数通过电缆或光缆发送给通讯接口23。同时计算机3上运行的薄膜厚度应用程序也与该计算机3上运行的镀膜设备主控软件进行通讯，适时传递薄膜沉积过程中的厚度、速率、告警、控制等参数。

图2为本发明所提供的真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置的运行流程图，如图2所示，在本发明所提供真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置的基础上，真空镀膜中薄膜厚度实时测量装置的运行过程如下：

1)计算机3上启动本发明所述的薄膜厚度计算软件，执行步骤2)。

2)发送薄膜厚度测量周期到外置薄膜厚度获取装置：外置薄膜厚度获取装置通过通讯接口23接收到上位计算机3上运行的薄膜厚度计算软件发送来的测量周期数据，进一步将此数据送到厚度信息采样模块22，厚度信息采样模块22根据收到的测量周期更新本地的测量周期设置，此后按照这个周期采样传感器接口21送来的薄膜厚度参数，步骤3)。

3)外置薄膜厚度获取装置按设置的周期连续采样薄膜厚度参数:外置薄膜厚度获取装置完成采样周期设置后就持续对传感器接口21送来的薄膜厚度参数进行采样，将采样的数据按协议规定组帧，等待上位计算机3发送来的厚度查询指令，步骤4)。

4)发送查询薄膜厚度参数到外置薄膜厚度获取装置：计算机3发送来的厚度查询指令，该指令通过通讯接口23到达厚度信息采样模块22，此时厚度信息采样模块22将之前采样到的数据原路发送回计算机3，步骤5)。

5)计算薄膜厚度和沉积速率：薄膜厚度计算软件获得有关薄膜厚度的参数后按算法计算出当前薄膜的厚度和薄膜沉积的速率，步骤6)。

6)镀膜过程结束判断：通过当前薄膜厚度与设置薄膜厚度进行比较确认薄膜厚度是否达到要求，如果达到则结束当前过程，转到步骤8)，如果没有达到则继续步骤7)。

7)计算出的薄膜参数与设定参数进行比对，通过算法产生控制数据，将控制数据发送给外置薄膜厚度获取装置：将第5步计算出的薄膜沉积速率与设定速率进行比较，通过算法计算出控制镀膜设备的参数，并将此参数发送给外置薄膜厚度获取装置，此时外置薄膜厚度获取装置的通讯接口23将此控制数据发送给控制信息处理模块24，此处会对控制数据进行转换，最后通过控制输入输出模块25输出给镀膜设备，镀膜设备按新收到的参数运行，转到步骤4)。

8)结束：终止镀膜。

本发明采用外置薄膜厚度参数获取装置2和薄膜厚度计算分离的架构，将薄膜厚度计算设计成本单独的软件在计算机3上运行，因此可以将硬件设计得简单可靠，成本低廉，同时可以带来后期维护上的便利，便于更换和维护升级。

本发明由于薄膜厚度等大量的计算工作采用计算机3来完成，因此比传统独立薄膜厚度测量仪器具有更强的软件处理能力和可扩展能力，同样软件的维护升级也极为便利。

本发明同时具有独立薄膜厚度测量仪器的所有功能，但硬件复杂度大幅降低，可靠性大幅提高，设备成本更低，软件处理能力更强，软件可扩展性更高，维护升级更加便利。

传统计算机插卡的薄膜厚度测量装置由于集成到计算机内部，硬件扩展性较差，可靠性较低，维护极为不便，本装置由于采用厚度信息获取装置外置的方式则没有上述的问题，同时做到了软件计算处理能力的提高、维护升级便利、成本较低等诸多有点，另一方面在硬件扩展能力和可靠性等方面也得到了提高。

实施例二

本发明还提供了一种真空镀膜中薄膜厚度实时测量方法，包括：

按照设定采样周期采样真空镀膜设备的薄膜厚度特征信号。

对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧；所述数据帧包括薄膜厚度的数字信号。

根据所述数据帧实时计算当前薄膜厚度以及当前薄膜沉积速率。

根据所述当前薄膜厚度是否达到设定薄膜厚度，若是，关闭所述真空镀膜设备，结束镀膜过程；若否，根据所述当前薄膜厚度以及所述当前薄膜沉积速率计算对所述真空镀膜设备的控制参数；所述控制参数包括设定薄膜厚度以及设定沉积速率；根据所述控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜，并返回步骤“按照设定采样周期采样真空镀膜设备的薄膜厚度特征信号，并对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧”。

在实际应用中，所述对所述薄膜厚度特征信号进行处理，整合为数据帧，具体包括：对所述薄膜厚度特征信号进行滤波整形，生成滤波整形后的薄膜厚度特征信号；剔除所述滤波整形后的薄膜厚度特征信号中的干扰信号，生成剔除后的薄膜厚度特征信号；放大剔除后的薄膜厚度特征信号，生成所述预处理后的薄膜厚度特征信号。

在实际应用中，所述根据所述控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜，之前还包括：解析所述控制参数，生成解析后的控制参数；根据所述解析后的控制参数控制所述真空镀膜设备继续镀膜。

镀膜厚度、速率等数据与镀膜设备主控计算机的应用程序通讯更加方便快捷，通常传统薄膜厚度测量装置需要单独的通讯接口和镀膜主控计算机之间完成数据的传递，增加了薄膜厚度测量装置和主控计算机之间通讯出错的风险，通常通讯的速率较低，本发明的厚度计算应用软件就安装在主控计算机上，和主控计算机其它应用的通讯属于计算机内部应用程序之间的内部通讯，不需要专用的通讯接口，通讯更便捷，通信速率快，通信可靠性高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。