專利名稱：用于低成本高速率沉積工具的方法和裝置的制作方法
相關(guān)申請
本申請與本申請人的臨時申請No.60/924930(申請日為2007年6月5日，標(biāo)題為“Low Cost High Rate Deposition Tooling”共同待審并要求該臨時申請的優(yōu)先權(quán)，該文獻(xiàn)整個被本文參引。
背景技術(shù)：
本發(fā)明主題的實(shí)施例通常涉及在基片上沉積薄膜，其中，需要復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)工具來獲得均勻的涂層。鎢-鹵素白熾燈和鉆頭是這些基片的兩個實(shí)例。用于該基片的現(xiàn)有技術(shù)涂層系統(tǒng)通常利用磁控管濺射系統(tǒng)。圖1和2是現(xiàn)有技術(shù)的磁控管濺射系統(tǒng)的透視圖。參考圖1，普通的磁控管濺射系統(tǒng)利用安裝在真空腔室1中的柱形可旋轉(zhuǎn)鼓筒2，該真空腔室1有位于它的壁中的濺射目標(biāo)3。本領(lǐng)域已知的等離子體或微波產(chǎn)生器4也可以位于真空腔室1的壁中?；?可去除地安裝在鼓筒2的面板或基片保持器5上。參考圖2，基片6(例如燈)可以通過普通的基片保持器8而安裝在可旋轉(zhuǎn)鼓筒2上。普通的基片保持器8通常包括多個齒輪和軸承9，從而使得一個或多個燈6能夠繞各自的軸線旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)燈經(jīng)過目標(biāo)3時，來自濺射目標(biāo)3的材料可以環(huán)繞燈6分配。獲得充分均勻的涂層通常需要多次旋轉(zhuǎn)經(jīng)過該目標(biāo)3。
圖1和2中所示的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和相應(yīng)工具在多個方面有缺陷。例如，各燈泡需要軸承和齒輪，且單個涂覆運(yùn)轉(zhuǎn)可能包含幾千個燈泡，從而使得初始結(jié)構(gòu)成本較高。該工具的維護(hù)昂貴，更換磨損的齒輪和軸承需要部件和人工。軸承還使得工作溫度受到限制，這限制了材料的選擇和薄膜質(zhì)量。
現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)和工具的另一限制是目前傳動裝置結(jié)構(gòu)使得兩個相鄰基片沿相反方向旋轉(zhuǎn)。這在腔室中形成兩組不同的涂覆條件，一組條件是向順時針方向旋轉(zhuǎn)的基片施加，另一組條件是向逆時針方向旋轉(zhuǎn)的基片施加?，F(xiàn)有技術(shù)的該缺陷迫使在兩組涂覆條件之間進(jìn)行折衷，從而不能優(yōu)化兩組基片的涂覆。現(xiàn)有技術(shù)的工具也缺乏靈活性，其中，各組工具設(shè)計(jì)成特別對于單種類型或尺寸的基片的最大負(fù)載尺寸。不同尺寸的基片需要構(gòu)造全新的一組工具，從而增加了總體成本。
現(xiàn)有技術(shù)工具的還一缺點(diǎn)是基片保持器或支架的物理厚度?；鐭襞莸男螤钔ǔ：軓?fù)雜，很難均勻涂覆，且受到工具的物理陰影的不利影響。因此，本領(lǐng)域需要一種用于在一組基片上高效沉積一層材料的裝置和方法。
因此，本發(fā)明主題的一個實(shí)施例提供了一種在一組基片上沉積一層材料的新穎方法，其中，該組基片以第一角運(yùn)動而經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時進(jìn)行第二角運(yùn)動。然后，各基片可以進(jìn)行由第一和第二角運(yùn)動產(chǎn)生的向心力引起的第三角運(yùn)動。
本發(fā)明主題的另一實(shí)施例提供了一種在一組基片上沉積一層材料的方法，其中，該組基片以第一角運(yùn)動而經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時進(jìn)行第二角運(yùn)動，其中，第一和第二角運(yùn)動產(chǎn)生的向心力使得各基片繞它的相應(yīng)軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的還一實(shí)施例提供了一種在一組基片上沉積材料的方法，它包括使得該組基片以第一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源。該組基片可以同時進(jìn)行第二旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中，第一和第二運(yùn)動的組合使得各基片進(jìn)行第三旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了一種在一組基片上沉積一層材料的方法，它包括使得該組基片以第一運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，其中，第一運(yùn)動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。同時，各基片可以在沒有齒輪和軸承的情況下繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種在一組基片上沉積一層材料的方法，它包括使得基片以第一運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，其中，第一運(yùn)動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。同時，各基片可以繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)，且相鄰基片沿相同方向繞它們各自的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的還一實(shí)施例提供了一種用于使一組基片經(jīng)過一個或多個沉積材料源的方法，它包括提供一個或多個托板，各托板包括一個或多個軸向?qū)R的盤，各盤有多個基片保持器，這些基片保持器繞盤的周邊定位。還可以提供托板載體，托板可以定位在托板載體的周邊周圍。各基片可以定位在繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)的基片保持器和載體上。該方法還包括驅(qū)動托板，以便使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)，其中，由于驅(qū)動載體和托板而施加在基片上的力使得各基片繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明的一個實(shí)施例提供了一種用于在薄膜沉積處理中使得一組基片運(yùn)動的裝置。該裝置可以包括載體，該載體有大致圓形截面，并可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及載體驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得載體繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。裝置可以包括多個托板，各托板包括可旋轉(zhuǎn)中心軸以及一個或多個沿該中心軸軸向?qū)R的盤，各盤包括多個心軸承載井，各心軸承載井定位在盤的周邊周圍，且各井具有大致圓柱形壁。托板驅(qū)動機(jī)構(gòu)可以用于使得各托板的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)，且多個心軸可以提供為各自有大致圓柱形壁，各心軸用于由心軸承載井來承載，這樣，心軸的大致圓柱形壁鄰近心軸承載井的大致圓柱形壁，各心軸用于與心軸的大致圓柱形壁的軸線軸向?qū)R地承載至少一個基片。
本發(fā)明實(shí)施例的還一裝置包括載體，該載體有大致圓形截面，并可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及載體驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得載體繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。還可以設(shè)有多個托板，各托板包括可旋轉(zhuǎn)中心軸以及一個或多個沿該中心軸軸向?qū)R的盤，各盤包括多個基片承載桿，這些基片承載桿位于盤的周邊周圍，各桿用于承載一個或多個基片。裝置還可以包括托板驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得各托板的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明主題的另外實(shí)施例提供了一種用于在薄膜沉積系統(tǒng)中承載基片的裝置，該裝置包括主載體，該主載體可繞中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及一個或多個行星盤，這些行星盤由主載體承載，并與主載體的中心軸線間隔開，各行星盤可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。多個基片保持器可以定位在行星盤的周邊周圍，各基片保持器用于承載一個或多個基片，這樣，由于主載體和盤的旋轉(zhuǎn)而引起的向心力使得由盤承載的各基片繞基片的軸線旋轉(zhuǎn)。
本發(fā)明主題的另一實(shí)施例提供了一種優(yōu)化在一組基片上的一層材料的薄膜分布和氧化的方法。該方法包括使得該組基片以第一角運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時該組基片進(jìn)行第二角運(yùn)動。第一和第二角運(yùn)動為基本相等量，并有相反方向。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過研究權(quán)利要求、附圖和下面對實(shí)施例的詳細(xì)說明，將很容易了解本發(fā)明的這些實(shí)施例以及多個其它目的和優(yōu)點(diǎn)。



圖1和2是現(xiàn)有技術(shù)的磁控管濺射系統(tǒng)的透視圖。
圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的裝置的透視圖。
圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的托板的一部分的透視圖。
圖5和6是本發(fā)明另外實(shí)施例的托板的透視圖。
圖7-10是本發(fā)明實(shí)施例的視圖。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)速率的曲線圖。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例的角加速度的曲線圖。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)速率的曲線圖。
圖14是本發(fā)明另一實(shí)施例的透視圖。

具體實(shí)施例方式 這里將參考附圖介紹用于低成本高速率沉積工具的方法和裝置的多個實(shí)施例，附圖中，相同元件給出相同標(biāo)號，以便于理解本發(fā)明主題。
圖3是本發(fā)明一個實(shí)施例的裝置的透視圖。參考圖3，示例裝置可以利用基本柱形的可旋轉(zhuǎn)鼓筒或載體2，該鼓筒或載體2安裝在具有濺射目標(biāo)3的真空腔室1中，該濺射目標(biāo)3位于真空腔室1的壁中。本領(lǐng)域中已知的等離子體或微波產(chǎn)生器4也可以位于真空腔室1的壁中。載體2可以有大致圓形截面，并用于繞中心軸線旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)可以用于使得載體2繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。多個托板50可以安裝在真空腔室1中的載體2上。各托板50可以包括可旋轉(zhuǎn)中心軸52以及沿該中心軸52軸向?qū)R的一個或多個盤11。在一個實(shí)施例中，盤11可以基本實(shí)心。
圖4是本發(fā)明一個實(shí)施例的托板的一部分的透視圖。參考圖4，托板50可以包括盤11，該盤11有從它的中心軸線或輪轂輻射出的多個臂，與輪上的輻條類似。在輻條的端部可以是周邊環(huán)，因此，各環(huán)、行星盤或環(huán)形盤11可以包括定位在盤11的周邊周圍的多個心軸承載井53。各井53也可以有基本柱形壁。在一個實(shí)施例中，井53還可以包括底部，和/或可以包括在它的周邊邊緣處的唇緣。托板驅(qū)動機(jī)構(gòu)(未示出)可以用于使得各托板50的中心軸52旋轉(zhuǎn)，從而使得各盤11或行星繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。托板50的轉(zhuǎn)速可以與載體2的轉(zhuǎn)速分開控制。各自有基本柱形壁的多個心軸13用于由心軸承載井53來承載，這樣，心軸13的大致柱形壁鄰近心軸承載井53的大致柱形壁。在一個實(shí)施例中，心軸13的大致柱形壁可以滾花。各心軸13可以承載一個或多個基片12，例如燈泡，其與心軸13的大致柱形壁的軸線軸向?qū)R。要涂覆的基片12可以以任意方法安裝在心軸13上。例如，當(dāng)燈泡作為基片時，引線12A可以插入鉆入心軸13內(nèi)的孔13A中。
當(dāng)盤11繞它們的相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)，且載體12繞它的相應(yīng)軸線旋轉(zhuǎn)時，在井53中的心軸13受到兩個向心力。當(dāng)選擇合適狀態(tài)時，這兩個獨(dú)立力的總和迫使各心軸13與相關(guān)井53的壁接觸。在心軸13的壁上產(chǎn)生的力使得心軸13繞井53滾轉(zhuǎn)。托板50(因此盤11)可以沿與載體2相同或相反的方向旋轉(zhuǎn)。而且，在托板50或多個托板中的各心軸13可以沿一個方向旋轉(zhuǎn)，或者可以交替沿順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
圖5和6是本發(fā)明實(shí)施例的托板的透視圖。參考圖5，可選的基片保持器結(jié)構(gòu)可以用于涂覆端部開口的基片14，例如弧光管等。在該實(shí)施例中，各心軸承載井可以由位于盤11或行星盤的周邊周圍的桿15來代替。在用于涂覆管或其它端部開口基片14的實(shí)施例中，管14的內(nèi)徑大于保持桿15的直徑；因此，作用在管14上的向心力使它繞桿15滾轉(zhuǎn)。與包括心軸和井的實(shí)施例中相同，結(jié)果是當(dāng)基片經(jīng)過目標(biāo)時該基片旋轉(zhuǎn)，同時沒有軸承或齒輪。參考圖6，可選的桿結(jié)構(gòu)16可以用于涂覆在單個桿上的多個管、燈泡外殼或類似結(jié)構(gòu)17，從而能夠?qū)⒋罅康倪@種外殼安裝在示例裝置上，從而使得生產(chǎn)率提高。
用盤代替標(biāo)準(zhǔn)的工具支架使得鼓筒結(jié)構(gòu)增加了第三維，從而提供了比鼓筒的柱形表面更大的面積來安裝基片。在普通工具和本發(fā)明實(shí)施例工具(使用相同的鼓筒轉(zhuǎn)速和目標(biāo)濺射功率)的涂覆速率之間的比較表明，新工具由于材料沉積在較大面積上而降低了平均沉積速率。鼓筒直徑的有效增大導(dǎo)致各基片連續(xù)經(jīng)過目標(biāo)前面的時間間隔更長，且更容易獲得薄膜的所需氧化。這能夠增大濺射目標(biāo)的功率，從而提高在目標(biāo)前面的瞬時沉積速率以及鼓筒上的基片的平均沉積速率。目標(biāo)功率可以一直增加，直到平均沉積速率與通過現(xiàn)有工具獲得的涂覆速率相當(dāng)，從而由于增加負(fù)載尺寸而提高了機(jī)器的生產(chǎn)量。
通過數(shù)學(xué)分析和圖7-10中的圖示，可以更加理解本發(fā)明的實(shí)施例。這里使用的坐標(biāo)系統(tǒng)是相對于示例鼓筒的中心軸線18。下面的定義用于圖7-10以及下面的數(shù)學(xué)分析 r1表示從鼓筒19的中心18至行星盤21或盤的中心30的矢量23。
r2表示從行星盤21的中心30至心軸井27的中心31的矢量24。
r3表示從心軸井27的中心31至井壁上的點(diǎn)的矢量29。
r4表示當(dāng)從心軸33的中心32測量時心軸33的半徑34。
θ1表示鼓筒在時間t旋轉(zhuǎn)經(jīng)過的角度25。
θ2表示在r1和r2之間的角度26。應(yīng)當(dāng)知道，這并不是行星盤在時間t中經(jīng)過的總角度，而是行星盤相對于θ1運(yùn)動的附加角度。
θ3表示在r2和r3之間的角度28。該角度大致是r1、r2、r3、ω1、ω2和t的函數(shù)。與θ2相同，這并不是任意點(diǎn)經(jīng)過的總角度，而是該點(diǎn)相對于r2運(yùn)動的附加角度。
ω1表示鼓筒轉(zhuǎn)速＝dθ1/dt(弧度/秒)。
f1表示鼓筒旋轉(zhuǎn)方向20＝ω1/2π(轉(zhuǎn)/秒)。
ω2表示行星盤轉(zhuǎn)速＝dθ2/dt(弧度/秒)。
f2表示行星盤旋轉(zhuǎn)方向22＝ω2/2π(轉(zhuǎn)/秒)。
ω3表示壁上的、法向加速度最大的點(diǎn)的轉(zhuǎn)速＝dθ3/dt(弧度/秒)。
ω4表示心軸繞它自身軸線旋轉(zhuǎn)的速率＝dθ4/dt(弧度/秒)。
αN表示井壁上的點(diǎn)的加速度的法向分量。
I4表示心軸的慣性矩。
τ4d表示由井壁施加在心軸上的驅(qū)動力矩。
τ4f表示由心軸和井底板之間的摩擦引起的力矩。
μfs表示在心軸和井底板之間的滑動摩擦系數(shù)。
μ4d表示在心軸和井壁之間的靜摩擦系數(shù)。
圖10示意表示了圖5和6中的本發(fā)明可選實(shí)施例，其中，各心軸承載井可以由定位在行星盤21的周邊周圍的桿39來代替。在本例中，r3表示從桿39的中心36至桿的表面的矢量?？招幕缍瞬块_口的管35可以布置在桿39上面。下面的相同等式(它預(yù)測心軸繞井壁旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動)描述了繞桿旋轉(zhuǎn)的管的運(yùn)動。不過，應(yīng)當(dāng)知道，在該特殊情況下，r3這時是從桿的中心37至它表面上的點(diǎn)的矢量，r4是管的半徑40，且該r4這時大于r3。在該實(shí)施例中，不是考慮在井壁上的任意點(diǎn)的運(yùn)動，而是該等式將描述在桿的表面上的任意點(diǎn)的運(yùn)動。檢查下面的等式很容易表明，桿的半徑越小，管的轉(zhuǎn)速越快。
考慮到在示例井壁上的點(diǎn)(其由位置矢量r表示)，可以假設(shè)心軸將在加速度的法向分量最大的點(diǎn)處與壁接觸，且心軸將一直保持該接觸。該點(diǎn)的總速度和加速度(包括法向和切向分量)是時間、ω1、ω2、r1和r2的函數(shù)。為了獲得這些函數(shù)，位置矢量r可以寫為 r＝r1+r2+r3(1) 然后，等式(1)可以表示為如下 然后，位置矢量r可以用轉(zhuǎn)速和θ3來重寫 然后，等式(3)相對時間差分兩次，以便提供以下關(guān)系 (4) 我們可以通過下面的關(guān)系來確定在井壁或桿表面上的點(diǎn)的加速度的法向分量 或 為了確定該加速度最大的點(diǎn)，等式可以相對θ3進(jìn)行差分，且結(jié)果設(shè)置成等于零，條件為加速度的法向分量最大或最小 解θ3的等式(7)得到在時間t時法向加速度最大的角度 其中 應(yīng)當(dāng)知道，等式(8)也提供了與最大加速度的點(diǎn)不同的、加速度最小的角度，例如180度。
等式(8)的壁-心軸接觸點(diǎn)的角旋轉(zhuǎn)速度可以相對時間進(jìn)行差分，以便提供以下關(guān)系 為了確定心軸將在沒有滑動的情況下沿井的邊緣滾轉(zhuǎn)時的條件，可能必須考慮施加在心軸上的力矩以及它的相應(yīng)慣性矩。在心軸上的驅(qū)動力矩由加速度矢量的切向分量產(chǎn)生。當(dāng)計(jì)算在接觸點(diǎn)處的切向加速度時，可以看見，當(dāng)心軸不滑動時，這也是心軸壁在接觸點(diǎn)處的切向加速度。假定心軸的慣性矩與實(shí)心柱體的慣性矩相同，驅(qū)動力矩可以由以下關(guān)系表示 由于在心軸和心軸井的底板之間的摩擦而施加在心軸上的第二力矩也可以存在，并可以由以下關(guān)系表示 由于在心軸和底板之間的摩擦而引起的力矩通常沿與驅(qū)動力矩相反的方向作用。當(dāng)驅(qū)動力矩并不大到足以克服由于摩擦而產(chǎn)生的力矩時，心軸將并不運(yùn)動。用于本發(fā)明實(shí)施例的一個示例操作方法是用于使心軸在沒有滑動的情況下保持與心軸井的壁接觸。當(dāng)驅(qū)動力矩變大，以致于使得驅(qū)動力矩大于由于在井壁和心軸之間的摩擦而引起的力矩時，心軸將開始滑動。當(dāng)心軸并不滑動時的條件由以下關(guān)系表示 本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易知道，這樣導(dǎo)出接觸點(diǎn)是忽略心軸的摩擦和慣性的理想情況。在某些實(shí)施例中，在心軸和壁之間的接觸點(diǎn)可以稍微滯后在理論接觸點(diǎn)的后面。該滯后的量可以由井壁的加速度的切向分量來確定。心軸可能沿增加切向加速度的方向偏離理論接觸點(diǎn)，直到該加速度大到足以克服心軸的摩擦和慣性的影響。應(yīng)當(dāng)知道，驅(qū)動力相對于慣性阻力和摩擦力越大，接觸點(diǎn)越接近理想情況。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以很容易地考慮這些參數(shù)而獲得。
上述等式的詳細(xì)研究表明，有多個示例沉積系統(tǒng)或裝置可以操作的不同狀態(tài)，各狀態(tài)由各種因素的組合來確定。下面將介紹多個這些因素以及它們影響系統(tǒng)性能的方式。應(yīng)當(dāng)知道，所述的因素列表和操作狀態(tài)都不是全部的或排他的，這些實(shí)例并不限制附加權(quán)利要求的范圍。
例如，當(dāng)操作示例工具時，驅(qū)動力矩可以由于壁的加速度的切向分量(見等式10)而施加在心軸上。還可以有在壁和心軸之間的摩擦力。只要驅(qū)動力矩小于靜摩擦可以提供的最大力矩，心軸就通常將繞它自身的軸線旋轉(zhuǎn)。一旦驅(qū)動力矩超過該力，心軸可能開始滑動(見等式12)。當(dāng)超過該最大允許力矩時，接觸點(diǎn)將離開最大法向加速度點(diǎn)。不過，仍然有施加的力矩，大小由滑動摩擦系數(shù)來確定。一旦驅(qū)動力矩減小至一定程度，心軸將停止滑動，并朝著由最大法向加速度確定的點(diǎn)往回運(yùn)動。
在心軸的底部和井的底板之間可以存在第二摩擦力。該摩擦源可以沿驅(qū)動力矩的相反方向施加力矩。當(dāng)驅(qū)動力矩不大于該第二摩擦力矩時，心軸將并不運(yùn)動。為了使工具高效工作，在心軸的底部和井的底板之間的(靜和動)摩擦系數(shù)應(yīng)當(dāng)盡可能低。這些操作條件可以總結(jié)如下來自底板摩擦的力矩(A)＜τ4d(B)＜來自壁摩擦的、引起滑動的力矩(C)。具體的，這些操作條件可以由以下關(guān)系表示 其中，用于實(shí)心柱體的I4表示為I4＝m4(r4)2/2。
當(dāng)還沒有開始旋轉(zhuǎn)時，或者當(dāng)ω4改變符號時，靜摩擦系數(shù)控制旋轉(zhuǎn)的開始。當(dāng)τ4d大到足以使心軸“掙脫”時，可能產(chǎn)生瞬變?？偠灾瑑?yōu)選的工作模式是當(dāng)τ4d/τ4f＞＞1時。
為了使得井壁和心軸之間的摩擦力最大，可以有多種選擇。磨損或滾花心軸表面以便增大摩擦系數(shù)是本發(fā)明實(shí)施例的一種選擇。選擇具有高摩擦系數(shù)的材料用于心軸側(cè)部和井壁是本發(fā)明實(shí)施例的另一選擇。不過應(yīng)當(dāng)知道，在這些示例中感興趣的摩擦系數(shù)是靜摩擦系數(shù)，而不是動摩擦系數(shù)，因?yàn)樾妮S沿壁滾轉(zhuǎn)。當(dāng)心軸沿壁滑動(而不是滾轉(zhuǎn))時，動摩擦系數(shù)變得相關(guān)。類似的，在心軸和井底板之間的摩擦可以通過合適選擇材料而減至最小。通常，工具由材料例如鋁和不銹鋼來構(gòu)成，但是也可以有多個其它材料，例如銅、塑料等，這些實(shí)例并不限制附加權(quán)利要求的范圍。
在上述說明中，心軸假定為實(shí)心柱體。很容易知道，在本發(fā)明實(shí)施例中可以使用不同形狀和重量的心軸，并可以因此調(diào)節(jié)慣性矩和力矩的等式。因此，在本發(fā)明實(shí)施例中，可以利用任意心軸重量、形狀和材料來獲得合適的摩擦系數(shù)或其它值，這里提供的實(shí)例并不限制附加權(quán)利要求的范圍。
對于多個系統(tǒng)變量，存在考慮由以下關(guān)系表示的另一值的情況 當(dāng)α＝0時的操作區(qū)域?qū)е滦妮S以恒定ω3平滑旋轉(zhuǎn)。由于等于零，必須大致滿足以下兩個條件中的一個ω2＝-ω1或r2＝0。在這種情況下，α獨(dú)立于r1或r2。對于α＜＜1，心軸將在非常接近恒定的速率下旋轉(zhuǎn)。因此，當(dāng)α＜1時，dθ3/dt大致有相同符號，心軸以變化速率沿一個方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)α＞1時，dθ3/dt將在正和負(fù)之間變化，接觸點(diǎn)的運(yùn)動改變方向，交替順時針和逆時針旋轉(zhuǎn)，而沒有凈旋轉(zhuǎn)。當(dāng)α非常大時，心軸的旋轉(zhuǎn)接近零。
因此，設(shè)置r2＝0導(dǎo)致可以使用不同的工具結(jié)構(gòu)。在這樣的工具實(shí)施例中，心軸井將定心在行星盤的中間，而不是在邊緣。這樣的工具將不能保持一個以上的心軸，這也允許心軸井有高達(dá)幾英寸的直徑，從而能夠涂覆較大或異常形狀的基片。
當(dāng)α接近或等于1時，將產(chǎn)生另一感興趣的情況。例如，當(dāng)α值接近1時，數(shù)學(xué)分析表明心軸將進(jìn)行較大和快速的加速和減速。實(shí)驗(yàn)表明發(fā)生這種情況時，驅(qū)動力矩很大，這樣，它克服在心軸和井壁之間的摩擦力，且心軸滑動，從而導(dǎo)致不規(guī)則的粗糙運(yùn)動(roughmotion)。為了使得心軸平滑旋轉(zhuǎn)，應(yīng)當(dāng)選擇合適的機(jī)器或裝置參數(shù)，以便保證α并不處于該范圍。
圖11是本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)速的曲線圖。參考圖11，對于0.4的α和60rpm的行星轉(zhuǎn)速，以曲線表示了在一秒時間內(nèi)的行星盤42的轉(zhuǎn)速、在井壁41上的任意點(diǎn)的轉(zhuǎn)速以及基片43的轉(zhuǎn)速。y軸表示轉(zhuǎn)速(單位為弧度/秒)，而x軸表示時間(單位為秒)。平線表示行星盤的恒定轉(zhuǎn)速，而更大的曲線41表示f3。如所希望的，在壁上的點(diǎn)開始時轉(zhuǎn)速小于行星盤的轉(zhuǎn)速，并逐漸加速直到峰值為高于行星盤轉(zhuǎn)速的值，然后往回降低。兩個曲線中更小的43表示f4，該f4等于f3乘以由機(jī)器結(jié)構(gòu)確定的幾何系數(shù)。
圖12是本發(fā)明實(shí)施例的角加速度的曲線圖。參考圖12，圖中提供了圖11中所示的曲線的導(dǎo)數(shù)。α又等于0.4，行星盤轉(zhuǎn)速為60rpm。y軸表示角加速度(單位為弧度/秒2)，而x軸表示時間。更大的曲線48表示在壁上的點(diǎn)的角加速度怎樣在一段時間中增加和然后減小。更小的曲線49表示旋轉(zhuǎn)基片的角加速度。
圖13是本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)速的曲線圖。參考圖13，圖中以曲線表示了當(dāng)行星盤轉(zhuǎn)速為一圈每秒且α值為1.7和0.7時的轉(zhuǎn)速f3。y軸表示轉(zhuǎn)速(單位為弧度/秒)，而x軸表示時間。下降至低于x軸的第一曲線52表示α值為1.7的旋轉(zhuǎn)，且當(dāng)檢查區(qū)域高于和低于軸時，部件沒有凈旋轉(zhuǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)證明，心軸在井中前后擺動，但是沒有沿井壁的凈前進(jìn)。第二曲線53表示α值為0.7的旋轉(zhuǎn)。
普通的工具使得基片以大約1000rpm旋轉(zhuǎn)，以便保證各基片在它經(jīng)過目標(biāo)前面或經(jīng)過氧化區(qū)域時轉(zhuǎn)至少一整圈。下面的表1提供了α值變化時的測量θ4值。參考表1中的值，本發(fā)明實(shí)施例的示例工具可以提供更慢的轉(zhuǎn)速，且選擇系統(tǒng)參數(shù)以便保證基片的正確定相將很重要。相關(guān)參數(shù)可以合適選擇，以便保證在基片每次經(jīng)過目標(biāo)前面時不會以相同方式朝著該目標(biāo)而導(dǎo)致不均勻涂覆。表1還提供了對于幾個α值以及各種鼓筒和行星盤轉(zhuǎn)速，在井中的心軸、布置在固定桿上的較大端部開口管和布置在固定桿上的較小端部開口管的觀測轉(zhuǎn)速。表2-4提供了表1中的數(shù)據(jù)的更詳細(xì)檢查，從而再分析各旋轉(zhuǎn)基片，并使理論轉(zhuǎn)速與實(shí)際觀測轉(zhuǎn)速比較。
表1對于變化的α的測量θ4值(為了清楚，頻率為rpm，而不是rps)。對于下表的值心軸井直徑-17.3mm；盤心軸直徑-15.8mm；較大桿的直徑-11.97mm；較小桿的直徑-6.5mm；玻璃管內(nèi)徑-14.9mm。
表2對于不同α值，心軸的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速與心軸的理論轉(zhuǎn)速的比較。
表3對于不同α值，較大桿的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速與較大桿的理論轉(zhuǎn)速的比較。
表4對于不同α值，較小桿的實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速與較小桿的理論轉(zhuǎn)速的比較。
參考上述表1-4，對于小于0.7的α值，在預(yù)測轉(zhuǎn)速和觀測轉(zhuǎn)速之間的比率在百分之十內(nèi)一致，在實(shí)驗(yàn)誤差內(nèi)。這表明在機(jī)器中存在幾何因素，其可以通過實(shí)驗(yàn)來確定。通過確定該因素，可以精確預(yù)測部件的轉(zhuǎn)速。由于行星盤的低轉(zhuǎn)速而在α值為0.29時出現(xiàn)一個例外，它太慢，不足以提供用于使得工具以預(yù)期速度旋轉(zhuǎn)的足夠向心力。對于1或更大的α值，理論預(yù)測部件將并不旋轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)證據(jù)反映了該理論。對于在0.7和1之間的α值，實(shí)驗(yàn)顯示工具的運(yùn)動不再平滑，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速不再依照預(yù)測轉(zhuǎn)速。這與描述最佳工作區(qū)域是當(dāng)α小于或大大小于1時的理論一致。實(shí)驗(yàn)還表明，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，超過40層和大于4微米厚度的復(fù)雜涂層可以沉積在燈上，同時均勻性在百分之一至二內(nèi)。各層可能需要幾次經(jīng)過目標(biāo)。
本發(fā)明的多個實(shí)施例可以在心軸無滑動地保持與井壁接觸的狀態(tài)下工作。實(shí)施例的另一工作模式可以是這樣的狀態(tài)，即心軸不是一直與井壁接觸，而是當(dāng)沿一個方向旋轉(zhuǎn)時以隨機(jī)間隔不與壁接觸。在任意接觸點(diǎn)，心軸井的壁相對于心軸的運(yùn)動大致沿一個方向，從而使心軸保持沿一個方向旋轉(zhuǎn)，盡管轉(zhuǎn)速是隨機(jī)的。用于確定當(dāng)心軸貼在壁上時的狀態(tài)的相同數(shù)學(xué)等式可以用于確定這種情況所施加的參數(shù)(在這種情況下，α并不是有意義的參數(shù)，因?yàn)樾妮S并不與壁連續(xù)接觸)。
實(shí)施例的還一工作模式可以是當(dāng)心軸隨機(jī)和以變化方向從心軸井的壁上跳開時的狀態(tài)，首先沿一個方向旋轉(zhuǎn)，然后另一方向。轉(zhuǎn)速也可以是隨機(jī)的。還有，在前述情況中所述的數(shù)學(xué)等式可以用于確定何時使用該情況。應(yīng)當(dāng)知道，盡管數(shù)學(xué)分析能夠預(yù)測心軸離開壁的時間，但是并不能預(yù)測一旦發(fā)生該情況后心軸的運(yùn)動。
本發(fā)明的還一實(shí)施例可以利用盤涂覆機(jī)器中的示例工具。圖14是本發(fā)明另一實(shí)施例的透視圖。參考圖14，示例工具可以用于盤涂覆機(jī)器200中。在這樣的實(shí)施例中，一個或多個行星盤220可以定位在盤210的上表面202的周邊周圍。盤210可以驅(qū)動成以轉(zhuǎn)速ω1繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)，而各行星盤220驅(qū)動成以轉(zhuǎn)速ω2繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。各行星盤220可以驅(qū)動成以相同或不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。心軸230定位在各行星盤220的周邊周圍，并如上面的鼓筒結(jié)構(gòu)所述來旋轉(zhuǎn)。行星盤的一個或多個內(nèi)部環(huán)240可以定位在盤210的上表面202上。在行星盤的內(nèi)部環(huán)中的各行星盤可以獨(dú)立驅(qū)動，以便以另一轉(zhuǎn)速ω3繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，ω3可以與ω2相同或不同。與行星盤的周邊環(huán)相似，各行星盤240可以驅(qū)動成以相同或不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。基片(未示出)可以近似定位在各心軸中。
因此，本發(fā)明實(shí)施例的一個方面利用存在于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的向心力來使得基片旋轉(zhuǎn)，而不使用齒輪或軸承，因此減小了現(xiàn)有技術(shù)中遇到的問題。
本發(fā)明實(shí)施例的一個方面提供了一種新穎工具，它比普通機(jī)架和工具明顯更薄，并不裝有齒輪或軸承，因此大大減小了陰影，并提高了涂覆均勻性。在需要非常精確涂層的本發(fā)明實(shí)施例中，可以根據(jù)預(yù)定設(shè)計(jì)來提供遮蔽以特意遮蔽基片部分。
本發(fā)明實(shí)施例的還一方面是通過選擇機(jī)器參數(shù)來選擇工具的工作狀態(tài)，用于使心軸平滑和連續(xù)運(yùn)動或使管形基片旋轉(zhuǎn)。在正確狀態(tài)下，基片的旋轉(zhuǎn)可以定相，這對于均勻的薄膜分布和氧化很重要。本發(fā)明實(shí)施例的還一方面是均勻涂覆的基片，其具有超過四微米厚度的多層涂層。這些涂層可以包括需要多次經(jīng)過目標(biāo)的層，并可以有百分之一至二的厚度變化。
盡管已經(jīng)介紹了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)知道，所述實(shí)施例只是舉例說明，根據(jù)等效范圍，本發(fā)明的范圍只由附加權(quán)利要求來確定，本領(lǐng)域技術(shù)人員自然知道多種變化和改變。
權(quán)利要求
1.一種在一組基片上沉積一層材料的方法，其中，該組基片以第一角運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時進(jìn)行第二角運(yùn)動，該方法的改進(jìn)在于各基片進(jìn)行由第一和第二角運(yùn)動產(chǎn)生的向心力引起的第三角運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一和第二角運(yùn)動沿相同方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第一和第二角運(yùn)動沿相反方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第三角運(yùn)動沿一個方向的速率變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中第三角運(yùn)動的方向變化。
6.一種在一組基片上沉積一層材料的方法，其中，該組基片以第一角運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時進(jìn)行第二角運(yùn)動，該方法的改進(jìn)在于第一和第二角運(yùn)動產(chǎn)生的向心力使得各基片繞它的軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
7.一種在一組基片上沉積材料的方法，其包括以下步驟
(a)使得該組基片以第一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源；以及
(b)該組基片同時進(jìn)行第二旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，其中，所述第一和第二運(yùn)動的組合使得各基片進(jìn)行第三旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中第三旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是基片繞它的軸線的旋轉(zhuǎn)。
9.一種在一組基片上沉積一層材料的方法，該方法包括以下步驟
(a)使得所述基片以第一運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，所述第一運(yùn)動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；以及
(b)同時使得各基片繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；
其改進(jìn)在于各基片在沒有齒輪和軸承的情況下繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
10.一種在一組基片上沉積一層材料的方法，該方法包括以下步驟
(a)使得所述基片以第一運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，所述第一運(yùn)動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；以及
(b)同時使得各基片繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)；
其改進(jìn)在于相鄰基片沿相同方向繞它們的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在該組基片中的全部基片都沿相同方向繞它們的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
12.一種用于使一組基片運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源的方法，其包括
提供一個或多個托板，各托板包括一個或多個軸向?qū)R的盤，各盤具有多個基片保持器，這些基片保持器繞盤的周邊定位；
提供托板載體；
將托板定位在托板載體的周邊的周圍；
將各基片定位在基片保持器上；
驅(qū)動載體以便繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及
驅(qū)動托板，以便使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)，
其中，由于驅(qū)動載體和托板而施加在基片上的力使得各基片繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中托板沿與載體相同的方向被驅(qū)動。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中托板沿與載體相反的方向被驅(qū)動。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中一個或多個心軸沿一個方向旋轉(zhuǎn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中一個或多個心軸交替沿順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中一個或多個基片保持器包括大致柱形心軸，各心軸定位在形成于盤的周邊附近的心軸承載井中，各井的直徑大于位于其中的心軸的直徑。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中一個或多個基片保持器包括定位在盤的周邊附近的桿。
19.一種用于在薄膜沉積過程中使得一組基片運(yùn)動的裝置，所述裝置包括
載體，該載體有大致圓形截面，并可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；
載體驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得載體繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；
多個托板，各托板包括可旋轉(zhuǎn)的中心軸以及一個或多個沿所述中心軸軸向?qū)R的盤，各盤包括多個心軸承載井，這些心軸承載井定位在盤的周邊的周圍，各井具有大致圓柱形壁；
托板驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得各托板的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及
多個心軸，各心軸有大致圓柱形壁，各心軸用于由心軸承載井來承載，這樣，心軸的大致柱形壁鄰近心軸承載井的大致柱形壁，各心軸用于與所述心軸的大致柱形壁的軸線軸向?qū)R地承載至少一個基片。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中由所述載體和盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心力使得位于所述盤的心軸井中的心軸旋轉(zhuǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述托板沿與所述載體相同的方向旋轉(zhuǎn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述托板沿與所述載體相反的方向旋轉(zhuǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述心軸沿一個方向旋轉(zhuǎn)。
24.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述心軸交替沿順時針和逆時針方向旋轉(zhuǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中所述托板各自包括至少兩個盤。
26.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中，所述盤中的一個或多個包括周邊環(huán)，該周邊環(huán)形成多個心軸承載裝置；中心輪轂，該中心輪轂形成環(huán)繞托板的中心軸的中心孔；以及多個輻條，這些輻條使得周邊環(huán)與中心輪轂連接。
27.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中一個或多個心軸的大致柱形壁進(jìn)行滾花。
28.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中一個或多個心軸的大致柱形壁具有高摩擦系數(shù)材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其中一個或多個心軸承載井的大致柱形壁具有高摩擦系數(shù)材料。
30.一種用于在薄膜沉積過程中使得一組基片運(yùn)動的裝置，所述裝置包括
載體，該載體有大致圓形截面，并可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；
載體驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得所述載體繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；
多個托板，各托板包括可旋轉(zhuǎn)中心軸以及一個或多個沿所述中心軸軸向?qū)R的盤，各盤包括多個基片承載桿，這些基片承載桿位于盤的周邊的周圍，各桿用于承載一個或多個基片；以及
托板驅(qū)動機(jī)構(gòu)，用于使得各托板的中心軸旋轉(zhuǎn)，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中由所述載體和盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心力使得由所述盤上的所述基片承載桿承載的一個或多個基片旋轉(zhuǎn)。
32.一種用于在薄膜沉積系統(tǒng)中承載基片的裝置，所述裝置包括
主載體，該主載體可繞中心軸線旋轉(zhuǎn)；
一個或多個行星盤，這些行星盤由主載體承載，并與主載體的中心軸線間隔開，各行星盤可繞它的中心軸線旋轉(zhuǎn)；以及
多個基片保持器，這些基片保持器定位在所述行星盤的周邊的周圍，各基片保持器用于承載一個或多個基片，從而，由于所述主載體和盤的旋轉(zhuǎn)而引起的向心力使得由所述盤承載的各基片繞基片的軸線旋轉(zhuǎn)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中一個或多個所述基片保持器包括心軸，該心軸具有大致柱形壁；以及心軸承載井，該心軸承載井形成于行星盤中，所述心軸承載井具有大致柱形壁，所述心軸定位在所述井中，使得所述心軸的大致柱形壁鄰近所述井的大致柱形壁，所述心軸可通過由所述主載體和承載所述心軸的所述盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心力而在所述井中繞它的軸線旋轉(zhuǎn)。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述基片保持器中的一個或多個包括桿，該桿從行星盤的朝上表面向上延伸，所述桿用于保持一個或多個基片，由所述桿保持的該一個或多個基片可通過由所述主載體和承載所述桿的所述盤的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的向心力而繞所述桿旋轉(zhuǎn)。
35.一種優(yōu)化在一組基片上的一層材料的薄膜分布和氧化的方法，其包括使得該組基片以具有第一角速度的第一角運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源，同時該組基片進(jìn)行具有第二角速度的第二角運(yùn)動，其中，第一和第二角運(yùn)動為基本相等量，并有相反方向。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該第一角運(yùn)動為順時針。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中該第二角運(yùn)動為順時針。
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中第一和第二運(yùn)動的組合使得各基片進(jìn)行具有第三角速度的第三角運(yùn)動。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中各基片在沒有齒輪和軸承的情況下繞它的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。
40.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中第三角運(yùn)動基本平滑和連續(xù)。
全文摘要
一種裝置和方法用于在一組基片上沉積材料。該組基片可以以第一角運(yùn)動經(jīng)過一個或多個沉積材料源。該組基片還可以同時進(jìn)行第二角運(yùn)動。第一和第二角運(yùn)動的組合使得各基片在沒有齒輪和軸承的情況下繞它的縱向軸線運(yùn)動。
文檔編號B05C3/00GK101801542SQ200880025441
公開日2010年8月11日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月5日
發(fā)明者R·H·格雷, N·L·博林 申請人:沉積科學(xué)公司