用於低成本高速率沉積工具的方法和裝置的製作方法
2023-09-15 21:04:35 4
專利名稱：用於低成本高速率沉積工具的方法和裝置的製作方法
相關申請
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，標題為「Low Cost High Rate Deposition Tooling」共同待審並要求該臨時申請的優先權，該文獻整個被本文參引。
背景技術：
本發明主題的實施例通常涉及在基片上沉積薄膜，其中，需要複雜的旋轉工具來獲得均勻的塗層。鎢-滷素白熾燈和鑽頭是這些基片的兩個實例。用於該基片的現有技術塗層系統通常利用磁控管濺射系統。圖1和2是現有技術的磁控管濺射系統的透視圖。參考圖1，普通的磁控管濺射系統利用安裝在真空腔室1中的柱形可旋轉鼓筒2，該真空腔室1有位於它的壁中的濺射目標3。本領域已知的等離子體或微波產生器4也可以位於真空腔室1的壁中。基片6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。因此，當燈經過目標3時，來自濺射目標3的材料可以環繞燈6分配。獲得充分均勻的塗層通常需要多次旋轉經過該目標3。
圖1和2中所示的現有技術系統和相應工具在多個方面有缺陷。例如，各燈泡需要軸承和齒輪，且單個塗覆運轉可能包含幾千個燈泡，從而使得初始結構成本較高。該工具的維護昂貴，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量。
現有技術系統和工具的另一限制是目前傳動裝置結構使得兩個相鄰基片沿相反方向旋轉。這在腔室中形成兩組不同的塗覆條件，一組條件是向順時針方向旋轉的基片施加，另一組條件是向逆時針方向旋轉的基片施加。現有技術的該缺陷迫使在兩組塗覆條件之間進行折衷，從而不能優化兩組基片的塗覆。現有技術的工具也缺乏靈活性，其中，各組工具設計成特別對於單種類型或尺寸的基片的最大負載尺寸。不同尺寸的基片需要構造全新的一組工具，從而增加了總體成本。
現有技術工具的還一缺點是基片保持器或支架的物理厚度。基片例如燈泡的形狀通常很複雜，很難均勻塗覆，且受到工具的物理陰影的不利影響。因此，本領域需要一種用於在一組基片上高效沉積一層材料的裝置和方法。
因此，本發明主題的一個實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動而經過一個或多個沉積材料源，同時進行第二角運動。然後，各基片可以進行由第一和第二角運動產生的向心力引起的第三角運動。
本發明主題的另一實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動而經過一個或多個沉積材料源，同時進行第二角運動，其中，第一和第二角運動產生的向心力使得各基片繞它的相應軸線進行旋轉。
本發明的還一實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運動經過一個或多個沉積材料源。該組基片可以同時進行第二旋轉運動，其中，第一和第二運動的組合使得各基片進行第三旋轉運動。
本發明的另一實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動經過一個或多個沉積材料源，其中，第一運動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉。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。
本發明的一個實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動經過一個或多個沉積材料源，其中，第一運動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉。同時，各基片可以繞它的縱向軸線旋轉，且相鄰基片沿相同方向繞它們各自的縱向軸線旋轉。
本發明的還一實施例提供了一種用於使一組基片經過一個或多個沉積材料源的方法，它包括提供一個或多個託板，各託板包括一個或多個軸向對齊的盤，各盤有多個基片保持器，這些基片保持器繞盤的周邊定位。還可以提供託板載體，託板可以定位在託板載體的周邊周圍。各基片可以定位在繞它的中心軸線旋轉的基片保持器和載體上。該方法還包括驅動託板，以便使得各盤繞它的中心軸線旋轉，其中，由於驅動載體和託板而施加在基片上的力使得各基片繞它的中心軸線旋轉。
本發明的一個實施例提供了一種用於在薄膜沉積處理中使得一組基片運動的裝置。該裝置可以包括載體，該載體有大致圓形截面，並可繞它的中心軸線旋轉；以及載體驅動機構，用於使得載體繞它的中心軸線旋轉。裝置可以包括多個託板，各託板包括可旋轉中心軸以及一個或多個沿該中心軸軸向對齊的盤，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。託板驅動機構可以用於使得各託板的中心軸旋轉，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉，且多個心軸可以提供為各自有大致圓柱形壁，各心軸用於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，各心軸用於與心軸的大致圓柱形壁的軸線軸向對齊地承載至少一個基片。
本發明實施例的還一裝置包括載體，該載體有大致圓形截面，並可繞它的中心軸線旋轉；以及載體驅動機構，用於使得載體繞它的中心軸線旋轉。還可以設有多個託板，各託板包括可旋轉中心軸以及一個或多個沿該中心軸軸向對齊的盤，各盤包括多個基片承載杆，這些基片承載杆位於盤的周邊周圍，各杆用於承載一個或多個基片。裝置還可以包括託板驅動機構，用於使得各託板的中心軸旋轉，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉。
本發明主題的另外實施例提供了一種用於在薄膜沉積系統中承載基片的裝置，該裝置包括主載體，該主載體可繞中心軸線旋轉；以及一個或多個行星盤，這些行星盤由主載體承載，並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。多個基片保持器可以定位在行星盤的周邊周圍，各基片保持器用於承載一個或多個基片，這樣，由於主載體和盤的旋轉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。
本發明主題的另一實施例提供了一種優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動經過一個或多個沉積材料源，同時該組基片進行第二角運動。第一和第二角運動為基本相等量，並有相反方向。
本領域技術人員通過研究權利要求、附圖和下面對實施例的詳細說明，將很容易了解本發明的這些實施例以及多個其它目的和優點。
圖1和2是現有技術的磁控管濺射系統的透視圖。
圖3是本發明一個實施例的裝置的透視圖。
圖4是本發明一個實施例的託板的一部分的透視圖。
圖5和6是本發明另外實施例的託板的透視圖。
圖7-10是本發明實施例的視圖。
圖11是本發明實施例的旋轉速率的曲線圖。
圖12是本發明實施例的角加速度的曲線圖。
圖13是本發明實施例的旋轉速率的曲線圖。
圖14是本發明另一實施例的透視圖。
具體實施例方式 這裡將參考附圖介紹用於低成本高速率沉積工具的方法和裝置的多個實施例，附圖中，相同元件給出相同標號，以便於理解本發明主題。
圖3是本發明一個實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鼓筒或載體2，該鼓筒或載體2安裝在具有濺射目標3的真空腔室1中，該濺射目標3位於真空腔室1的壁中。本領域中已知的等離子體或微波產生器4也可以位於真空腔室1的壁中。載體2可以有大致圓形截面，並用於繞中心軸線旋轉。驅動機構(未示出)可以用於使得載體2繞它的中心軸線旋轉。多個託板50可以安裝在真空腔室1中的載體2上。各託板50可以包括可旋轉中心軸52以及沿該中心軸52軸向對齊的一個或多個盤11。在一個實施例中，盤11可以基本實心。
圖4是本發明一個實施例的託板的一部分的透視圖。參考圖4，託板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，因此，各環、行星盤或環形盤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。託板驅動機構(未示出)可以用於使得各託板50的中心軸52旋轉，從而使得各盤11或行星繞它的中心軸線旋轉。託板50的轉速可以與載體2的轉速分開控制。各自有基本柱形壁的多個心軸13用於由心軸承載井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對齊。要塗覆的基片12可以以任意方法安裝在心軸13上。例如，當燈泡作為基片時，引線12A可以插入鑽入心軸13內的孔13A中。
當盤11繞它們的相應軸線旋轉，且載體12繞它的相應軸線旋轉時，在井53中的心軸13受到兩個向心力。當選擇合適狀態時，這兩個獨立力的總和迫使各心軸13與相關井53的壁接觸。在心軸13的壁上產生的力使得心軸13繞井53滾轉。託板50(因此盤11)可以沿與載體2相同或相反的方向旋轉。而且，在託板50或多個託板中的各心軸13可以沿一個方向旋轉，或者可以交替沿順時針和逆時針方向旋轉。
圖5和6是本發明實施例的託板的透視圖。參考圖5，可選的基片保持器結構可以用於塗覆端部開口的基片14，例如弧光管等。在該實施例中，各心軸承載井可以由位於盤11或行星盤的周邊周圍的杆15來代替。在用於塗覆管或其它端部開口基片14的實施例中，管14的內徑大於保持杆15的直徑；因此，作用在管14上的向心力使它繞杆15滾轉。與包括心軸和井的實施例中相同，結果是當基片經過目標時該基片旋轉，同時沒有軸承或齒輪。參考圖6，可選的杆結構16可以用於塗覆在單個杆上的多個管、燈泡外殼或類似結構17，從而能夠將大量的這種外殼安裝在示例裝置上，從而使得生產率提高。
用盤代替標準的工具支架使得鼓筒結構增加了第三維，從而提供了比鼓筒的柱形表面更大的面積來安裝基片。在普通工具和本發明實施例工具(使用相同的鼓筒轉速和目標濺射功率)的塗覆速率之間的比較表明，新工具由於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致各基片連續經過目標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的功率，從而提高在目標前面的瞬時沉積速率以及鼓筒上的基片的平均沉積速率。目標功率可以一直增加，直到平均沉積速率與通過現有工具獲得的塗覆速率相當，從而由於增加負載尺寸而提高了機器的生產量。
通過數學分析和圖7-10中的圖示，可以更加理解本發明的實施例。這裡使用的坐標系統是相對於示例鼓筒的中心軸線18。下面的定義用於圖7-10以及下面的數學分析 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至井壁上的點的矢量29。
r4表示當從心軸33的中心32測量時心軸33的半徑34。
θ1表示鼓筒在時間t旋轉經過的角度25。
θ2表示在r1和r2之間的角度26。應當知道，這並不是行星盤在時間t中經過的總角度，而是行星盤相對於θ1運動的附加角度。
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。與θ2相同，這並不是任意點經過的總角度，而是該點相對於r2運動的附加角度。
ω1表示鼓筒轉速＝dθ1/dt(弧度/秒)。
f1表示鼓筒旋轉方向20＝ω1/2π(轉/秒)。
ω2表示行星盤轉速＝dθ2/dt(弧度/秒)。
f2表示行星盤旋轉方向22＝ω2/2π(轉/秒)。
ω3表示壁上的、法向加速度最大的點的轉速＝dθ3/dt(弧度/秒)。
ω4表示心軸繞它自身軸線旋轉的速率＝dθ4/dt(弧度/秒)。
αN表示井壁上的點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係數。
μ4d表示在心軸和井壁之間的靜摩擦係數。
圖10示意表示了圖5和6中的本發明可選實施例，其中，各心軸承載井可以由定位在行星盤21的周邊周圍的杆39來代替。在本例中，r3表示從杆39的中心36至杆的表面的矢量。空心基片例如端部開口的管35可以布置在杆39上面。下面的相同等式(它預測心軸繞井壁旋轉的運動)描述了繞杆旋轉的管的運動。不過，應當知道，在該特殊情況下，r3這時是從杆的中心37至它表面上的點的矢量，r4是管的半徑40，且該r4這時大於r3。在該實施例中，不是考慮在井壁上的任意點的運動，而是該等式將描述在杆的表面上的任意點的運動。檢查下面的等式很容易表明，杆的半徑越小，管的轉速越快。
考慮到在示例井壁上的點(其由位置矢量r表示)，可以假設心軸將在加速度的法向分量最大的點處與壁接觸，且心軸將一直保持該接觸。該點的總速度和加速度(包括法向和切向分量)是時間、ω1、ω2、r1和r2的函數。為了獲得這些函數，位置矢量r可以寫為 r＝r1+r2+r3(1) 然後，等式(1)可以表示為如下 然後，位置矢量r可以用轉速和θ3來重寫 然後，等式(3)相對時間差分兩次，以便提供以下關係 (4) 我們可以通過下面的關係來確定在井壁或杆表面上的點的加速度的法向分量 或 為了確定該加速度最大的點，等式可以相對θ3進行差分，且結果設置成等於零，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 應當知道，等式(8)也提供了與最大加速度的點不同的、加速度最小的角度，例如180度。
等式(8)的壁-心軸接觸點的角旋轉速度可以相對時間進行差分，以便提供以下關係 為了確定心軸將在沒有滑動的情況下沿井的邊緣滾轉時的條件，可能必須考慮施加在心軸上的力矩以及它的相應慣性矩。在心軸上的驅動力矩由加速度矢量的切向分量產生。當計算在接觸點處的切向加速度時，可以看見，當心軸不滑動時，這也是心軸壁在接觸點處的切向加速度。假定心軸的慣性矩與實心柱體的慣性矩相同，驅動力矩可以由以下關係表示 由於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，並可以由以下關係表示 由於在心軸和底板之間的摩擦而引起的力矩通常沿與驅動力矩相反的方向作用。當驅動力矩並不大到足以克服由於摩擦而產生的力矩時，心軸將並不運動。用於本發明實施例的一個示例操作方法是用於使心軸在沒有滑動的情況下保持與心軸井的壁接觸。當驅動力矩變大，以致於使得驅動力矩大於由於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。當心軸並不滑動時的條件由以下關係表示 本領域技術人員很容易知道，這樣導出接觸點是忽略心軸的摩擦和慣性的理想情況。在某些實施例中，在心軸和壁之間的接觸點可以稍微滯後在理論接觸點的後面。該滯後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，直到該加速度大到足以克服心軸的摩擦和慣性的影響。應當知道，驅動力相對於慣性阻力和摩擦力越大，接觸點越接近理想情況。實驗數據可以很容易地考慮這些參數而獲得。
上述等式的詳細研究表明，有多個示例沉積系統或裝置可以操作的不同狀態，各狀態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性能的方式。應當知道，所述的因素列表和操作狀態都不是全部的或排他的，這些實例並不限制附加權利要求的範圍。
例如，當操作示例工具時，驅動力矩可以由於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。只要驅動力矩小於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。一旦驅動力矩超過該力，心軸可能開始滑動(見等式12)。當超過該最大允許力矩時，接觸點將離開最大法向加速度點。不過，仍然有施加的力矩，大小由滑動摩擦係數來確定。一旦驅動力矩減小至一定程度，心軸將停止滑動，並朝著由最大法向加速度確定的點往回運動。
在心軸的底部和井的底板之間可以存在第二摩擦力。該摩擦源可以沿驅動力矩的相反方向施加力矩。當驅動力矩不大於該第二摩擦力矩時，心軸將並不運動。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)摩擦係數應當儘可能低。這些操作條件可以總結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係表示 其中，用於實心柱體的I4表示為I4＝m4(r4)2/2。
當還沒有開始旋轉時，或者當ω4改變符號時，靜摩擦係數控制旋轉的開始。當τ4d大到足以使心軸「掙脫」時，可能產生瞬變。總而言之，優選的工作模式是當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係數是本發明實施例的一種選擇。選擇具有高摩擦係數的材料用於心軸側部和井壁是本發明實施例的另一選擇。不過應當知道，在這些示例中感興趣的摩擦係數是靜摩擦係數，而不是動摩擦係數，因為心軸沿壁滾轉。當心軸沿壁滑動(而不是滾轉)時，動摩擦係數變得相關。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鏽鋼來構成，但是也可以有多個其它材料，例如銅、塑料等，這些實例並不限制附加權利要求的範圍。
在上述說明中，心軸假定為實心柱體。很容易知道，在本發明實施例中可以使用不同形狀和重量的心軸，並可以因此調節慣性矩和力矩的等式。因此，在本發明實施例中，可以利用任意心軸重量、形狀和材料來獲得合適的摩擦係數或其它值，這裡提供的實例並不限制附加權利要求的範圍。
對於多個系統變量，存在考慮由以下關係表示的另一值的情況 當α＝0時的操作區域導致心軸以恆定ω3平滑旋轉。由於等於零，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獨立於r1或r2。對於α＜＜1，心軸將在非常接近恆定的速率下旋轉。因此，當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。當α＞1時，dθ3/dt將在正和負之間變化，接觸點的運動改變方向，交替順時針和逆時針旋轉，而沒有淨旋轉。當α非常大時，心軸的旋轉接近零。
因此，設置r2＝0導致可以使用不同的工具結構。在這樣的工具實施例中，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幾英寸的直徑，從而能夠塗覆較大或異常形狀的基片。
當α接近或等於1時，將產生另一感興趣的情況。例如，當α值接近1時，數學分析表明心軸將進行較大和快速的加速和減速。實驗表明發生這種情況時，驅動力矩很大，這樣，它克服在心軸和井壁之間的摩擦力，且心軸滑動，從而導致不規則的粗糙運動(roughmotion)。為了使得心軸平滑旋轉，應當選擇合適的機器或裝置參數，以便保證α並不處於該範圍。
圖11是本發明實施例的轉速的曲線圖。參考圖11，對於0.4的α和60rpm的行星轉速，以曲線表示了在一秒時間內的行星盤42的轉速、在井壁41上的任意點的轉速以及基片43的轉速。y軸表示轉速(單位為弧度/秒)，而x軸表示時間(單位為秒)。平線表示行星盤的恆定轉速，而更大的曲線41表示f3。如所希望的，在壁上的點開始時轉速小於行星盤的轉速，並逐漸加速直到峰值為高於行星盤轉速的值，然後往回降低。兩個曲線中更小的43表示f4，該f4等於f3乘以由機器結構確定的幾何係數。
圖12是本發明實施例的角加速度的曲線圖。參考圖12，圖中提供了圖11中所示的曲線的導數。α又等於0.4，行星盤轉速為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表示在壁上的點的角加速度怎樣在一段時間中增加和然後減小。更小的曲線49表示旋轉基片的角加速度。
圖13是本發明實施例的轉速的曲線圖。參考圖13，圖中以曲線表示了當行星盤轉速為一圈每秒且α值為1.7和0.7時的轉速f3。y軸表示轉速(單位為弧度/秒)，而x軸表示時間。下降至低於x軸的第一曲線52表示α值為1.7的旋轉，且當檢查區域高於和低於軸時，部件沒有淨旋轉。根據實驗證明，心軸在井中前後擺動，但是沒有沿井壁的淨前進。第二曲線53表示α值為0.7的旋轉。
普通的工具使得基片以大約1000rpm旋轉，以便保證各基片在它經過目標前面或經過氧化區域時轉至少一整圈。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，本發明實施例的示例工具可以提供更慢的轉速，且選擇系統參數以便保證基片的正確定相將很重要。相關參數可以合適選擇，以便保證在基片每次經過目標前面時不會以相同方式朝著該目標而導致不均勻塗覆。表1還提供了對於幾個α值以及各種鼓筒和行星盤轉速，在井中的心軸、布置在固定杆上的較大端部開口管和布置在固定杆上的較小端部開口管的觀測轉速。表2-4提供了表1中的數據的更詳細檢查，從而再分析各旋轉基片，並使理論轉速與實際觀測轉速比較。
表1對於變化的α的測量θ4值(為了清楚，頻率為rpm，而不是rps)。對於下表的值心軸井直徑-17.3mm；盤心軸直徑-15.8mm；較大杆的直徑-11.97mm；較小杆的直徑-6.5mm；玻璃管內徑-14.9mm。
表2對於不同α值，心軸的實驗轉速與心軸的理論轉速的比較。
表3對於不同α值，較大杆的實驗轉速與較大杆的理論轉速的比較。
表4對於不同α值，較小杆的實驗轉速與較小杆的理論轉速的比較。
參考上述表1-4，對於小於0.7的α值，在預測轉速和觀測轉速之間的比率在百分之十內一致，在實驗誤差內。這表明在機器中存在幾何因素，其可以通過實驗來確定。通過確定該因素，可以精確預測部件的轉速。由於行星盤的低轉速而在α值為0.29時出現一個例外，它太慢，不足以提供用於使得工具以預期速度旋轉的足夠向心力。對於1或更大的α值，理論預測部件將並不旋轉，實驗證據反映了該理論。對於在0.7和1之間的α值，實驗顯示工具的運動不再平滑，實驗轉速不再依照預測轉速。這與描述最佳工作區域是當α小於或大大小於1時的理論一致。實驗還表明，根據本發明實施例，超過40層和大於4微米厚度的複雜塗層可以沉積在燈上，同時均勻性在百分之一至二內。各層可能需要幾次經過目標。
本發明的多個實施例可以在心軸無滑動地保持與井壁接觸的狀態下工作。實施例的另一工作模式可以是這樣的狀態，即心軸不是一直與井壁接觸，而是當沿一個方向旋轉時以隨機間隔不與壁接觸。在任意接觸點，心軸井的壁相對於心軸的運動大致沿一個方向，從而使心軸保持沿一個方向旋轉，儘管轉速是隨機的。用於確定當心軸貼在壁上時的狀態的相同數學等式可以用於確定這種情況所施加的參數(在這種情況下，α並不是有意義的參數，因為心軸並不與壁連續接觸)。
實施例的還一工作模式可以是當心軸隨機和以變化方向從心軸井的壁上跳開時的狀態，首先沿一個方向旋轉，然後另一方向。轉速也可以是隨機的。還有，在前述情況中所述的數學等式可以用於確定何時使用該情況。應當知道，儘管數學分析能夠預測心軸離開壁的時間，但是並不能預測一旦發生該情況後心軸的運動。
本發明的還一實施例可以利用盤塗覆機器中的示例工具。圖14是本發明另一實施例的透視圖。參考圖14，示例工具可以用於盤塗覆機器200中。在這樣的實施例中，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可以驅動成以轉速ω1繞它的中心軸線旋轉，而各行星盤220驅動成以轉速ω2繞它的中心軸線旋轉。各行星盤220可以驅動成以相同或不同的轉速旋轉。心軸230定位在各行星盤220的周邊周圍，並如上面的鼓筒結構所述來旋轉。行星盤的一個或多個內部環240可以定位在盤210的上表面202上。在行星盤的內部環中的各行星盤可以獨立驅動，以便以另一轉速ω3繞它的中心軸線旋轉。當然，ω3可以與ω2相同或不同。與行星盤的周邊環相似，各行星盤240可以驅動成以相同或不同的轉速旋轉。基片(未示出)可以近似定位在各心軸中。
因此，本發明實施例的一個方面利用存在於旋轉系統中的向心力來使得基片旋轉，而不使用齒輪或軸承，因此減小了現有技術中遇到的問題。
本發明實施例的一個方面提供了一種新穎工具，它比普通機架和工具明顯更薄，並不裝有齒輪或軸承，因此大大減小了陰影，並提高了塗覆均勻性。在需要非常精確塗層的本發明實施例中，可以根據預定設計來提供遮蔽以特意遮蔽基片部分。
本發明實施例的還一方面是通過選擇機器參數來選擇工具的工作狀態，用於使心軸平滑和連續運動或使管形基片旋轉。在正確狀態下，基片的旋轉可以定相，這對於均勻的薄膜分布和氧化很重要。本發明實施例的還一方面是均勻塗覆的基片，其具有超過四微米厚度的多層塗層。這些塗層可以包括需要多次經過目標的層，並可以有百分之一至二的厚度變化。
儘管已經介紹了本發明的優選實施例，但是應當知道，所述實施例只是舉例說明，根據等效範圍，本發明的範圍只由附加權利要求來確定，本領域技術人員自然知道多種變化和改變。
權利要求
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動經過一個或多個沉積材料源，同時進行第二角運動，該方法的改進在於各基片進行由第一和第二角運動產生的向心力引起的第三角運動。
2.根據權利要求1所述的方法，其中第一和第二角運動沿相同方向。
3.根據權利要求1所述的方法，其中第一和第二角運動沿相反方向。
4.根據權利要求1所述的方法，其中第三角運動沿一個方向的速率變化。
5.根據權利要求1所述的方法，其中第三角運動的方向變化。
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動經過一個或多個沉積材料源，同時進行第二角運動，該方法的改進在於第一和第二角運動產生的向心力使得各基片繞它的軸線進行旋轉。
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運動經過一個或多個沉積材料源；以及
(b)該組基片同時進行第二旋轉運動，其中，所述第一和第二運動的組合使得各基片進行第三旋轉運動。
8.根據權利要求7所述的方法，其中第三旋轉運動是基片繞它的軸線的旋轉。
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動經過一個或多個沉積材料源，所述第一運動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉；以及
(b)同時使得各基片繞它的縱向軸線旋轉；
其改進在於各基片在沒有齒輪和軸承的情況下繞它的縱向軸線旋轉。
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動經過一個或多個沉積材料源，所述第一運動包括使得載體繞它的縱向軸線旋轉；以及
(b)同時使得各基片繞它的縱向軸線旋轉；
其改進在於相鄰基片沿相同方向繞它們的縱向軸線旋轉。
11.根據權利要求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。
12.一種用於使一組基片運動經過一個或多個沉積材料源的方法，其包括
提供一個或多個託板，各託板包括一個或多個軸向對齊的盤，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；
提供託板載體；
將託板定位在託板載體的周邊的周圍；
將各基片定位在基片保持器上；
驅動載體以便繞它的中心軸線旋轉；以及
驅動託板，以便使得各盤繞它的中心軸線旋轉，
其中，由於驅動載體和託板而施加在基片上的力使得各基片繞它的中心軸線旋轉。
13.根據權利要求12所述的方法，其中託板沿與載體相同的方向被驅動。
14.根據權利要求12所述的方法，其中託板沿與載體相反的方向被驅動。
15.根據權利要求12所述的方法，其中一個或多個心軸沿一個方向旋轉。
16.根據權利要求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。
17.根據權利要求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，各心軸定位在形成於盤的周邊附近的心軸承載井中，各井的直徑大於位於其中的心軸的直徑。
18.根據權利要求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杆。
19.一種用於在薄膜沉積過程中使得一組基片運動的裝置，所述裝置包括
載體，該載體有大致圓形截面，並可繞它的中心軸線旋轉；
載體驅動機構，用於使得載體繞它的中心軸線旋轉；
多個託板，各託板包括可旋轉的中心軸以及一個或多個沿所述中心軸軸向對齊的盤，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；
託板驅動機構，用於使得各託板的中心軸旋轉，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉；以及
多個心軸，各心軸有大致圓柱形壁，各心軸用於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，各心軸用於與所述心軸的大致柱形壁的軸線軸向對齊地承載至少一個基片。
20.根據權利要求19所述的裝置，其中由所述載體和盤的旋轉產生的向心力使得位於所述盤的心軸井中的心軸旋轉。
21.根據權利要求20所述的裝置，其中所述託板沿與所述載體相同的方向旋轉。
22.根據權利要求20所述的裝置，其中所述託板沿與所述載體相反的方向旋轉。
23.根據權利要求20所述的裝置，其中所述心軸沿一個方向旋轉。
24.根據權利要求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。
25.根據權利要求20所述的裝置，其中所述託板各自包括至少兩個盤。
26.根據權利要求20所述的裝置，其中，所述盤中的一個或多個包括周邊環，該周邊環形成多個心軸承載裝置；中心輪轂，該中心輪轂形成環繞託板的中心軸的中心孔；以及多個輻條，這些輻條使得周邊環與中心輪轂連接。
27.根據權利要求20所述的裝置，其中一個或多個心軸的大致柱形壁進行滾花。
28.根據權利要求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係數材料。
29.根據權利要求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係數材料。
30.一種用於在薄膜沉積過程中使得一組基片運動的裝置，所述裝置包括
載體，該載體有大致圓形截面，並可繞它的中心軸線旋轉；
載體驅動機構，用於使得所述載體繞它的中心軸線旋轉；
多個託板，各託板包括可旋轉中心軸以及一個或多個沿所述中心軸軸向對齊的盤，各盤包括多個基片承載杆，這些基片承載杆位於盤的周邊的周圍，各杆用於承載一個或多個基片；以及
託板驅動機構，用於使得各託板的中心軸旋轉，從而使得各盤繞它的中心軸線旋轉。
31.根據權利要求30所述的裝置，其中由所述載體和盤的旋轉產生的向心力使得由所述盤上的所述基片承載杆承載的一個或多個基片旋轉。
32.一種用於在薄膜沉積系統中承載基片的裝置，所述裝置包括
主載體，該主載體可繞中心軸線旋轉；
一個或多個行星盤，這些行星盤由主載體承載，並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；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，各基片保持器用於承載一個或多個基片，從而，由於所述主載體和盤的旋轉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。
33.根據權利要求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，該心軸承載井形成於行星盤中，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產生的向心力而在所述井中繞它的軸線旋轉。
34.根據權利要求32所述的裝置，其中所述基片保持器中的一個或多個包括杆，該杆從行星盤的朝上表面向上延伸，所述杆用於保持一個或多個基片，由所述杆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杆的所述盤的旋轉產生的向心力而繞所述杆旋轉。
35.一種優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動經過一個或多個沉積材料源，同時該組基片進行具有第二角速度的第二角運動，其中，第一和第二角運動為基本相等量，並有相反方向。
36.根據權利要求35所述的方法，其中該第一角運動為順時針。
37.根據權利要求35所述的方法，其中該第二角運動為順時針。
38.根據權利要求35所述的方法，其中第一和第二運動的組合使得各基片進行具有第三角速度的第三角運動。
39.根據權利要求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。
40.根據權利要求38所述的方法，其中第三角運動基本平滑和連續。
全文摘要
一種裝置和方法用於在一組基片上沉積材料。該組基片可以以第一角運動經過一個或多個沉積材料源。該組基片還可以同時進行第二角運動。第一和第二角運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 優先權日2007年6月5日
發明者R·H·格雷, N·L·博林 申請人:沉積科學公司