使用同時(shí)旋轉(zhuǎn)與振動的涂覆材料分配的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供使用同時(shí)振動與旋轉(zhuǎn)分配涂覆材料的方法及系統(tǒng)。在振動期間產(chǎn)生的慣性力及在旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的離心力再分配先前沉積于表面上的所述涂覆材料，從而產(chǎn)生均勻及/或保形層。所述經(jīng)涂覆表面可具有各種形狀及粗糙度且可稱為復(fù)雜表面?？墒褂媒n、噴涂、旋涂或其它相似技術(shù)將所述涂覆材料的初始層沉積于部件的復(fù)雜表面上。通過使用特別選擇的工藝條件使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動來再分配所述涂覆材料，所述特別選擇的工藝條件是例如振動及旋轉(zhuǎn)軸相對于所述部件的定向、旋轉(zhuǎn)速度以及振動頻率及振幅?？墒褂貌煌に嚄l件重復(fù)所述再分配操作一或多次以確保所述復(fù)雜表面的不同部分上的均勻分配。
【專利說明】
使用同時(shí)旋轉(zhuǎn)與振動的涂覆材料分配
[0001 ] 相關(guān)申請案交叉參考
[0002] 本申請案依據(jù)35U .S.C.§119主張?jiān)?013年12月3日提出申請的標(biāo)題為"使用同時(shí) 旋轉(zhuǎn)與振動的涂覆材料分配（COATING MATERIAL DISTRIBUTION USING SIMULTANEOUS ROTATION AND VIBRATION)"的美國專利申請案14/095，854的權(quán)益，所述美國專利申請案以 全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明一般來說涉及用于將涂覆材料沉積到復(fù)雜表面上的方法及系統(tǒng)，且更特定 來說涉及用于將涂覆材料沉積于復(fù)雜表面上且使用同時(shí)振動與旋轉(zhuǎn)再分配復(fù)雜表面上的 涂覆材料的方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 各種薄層沉積技術(shù)是當(dāng)前可用的。然而，這些技術(shù)中的大多數(shù)技術(shù)被設(shè)計(jì)成用以 將涂覆材料沉積于平坦表面上而非粗糙表面、彎曲表面或具有延伸遠(yuǎn)離表面的平面的各種 突出部及其它特征的表面上。常規(guī)薄層沉積技術(shù)的常見實(shí)例包含旋涂及輥涂。當(dāng)在并不平 坦的表面上使用這些技術(shù)時(shí)，經(jīng)涂覆層通常不均勻或至少不保形。一些表面(例如延伸遠(yuǎn)離 主表面的平面的小特征的表面)甚至可在沉積操作完成之后保持完全不含涂覆材料。其它 常規(guī)沉積技術(shù)(例如等離子體沉積及濺射)遭受視線（line-of-sight)要求。當(dāng)使用這些技 術(shù)時(shí)，經(jīng)涂覆表面必須被直接暴露，且通常必須正交于涂覆裝置。又一些沉積技術(shù)(例如化 學(xué)氣相沉積)是難以控制的，這是因?yàn)檫@些技術(shù)中所使用的前體在與表面接觸時(shí)立即與所 述表面反應(yīng)。如此，具有高前體濃度的區(qū)域具有比其它區(qū)域高的沉積速率，此產(chǎn)生不保形涂 層。在整個(gè)表面上方平均地再分配涂覆材料可為困難的(如果并非不可能的）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供用于使用同時(shí)振動與旋轉(zhuǎn)分配涂覆材料的方法及系統(tǒng)。在振動期間產(chǎn) 生的慣性力及在旋轉(zhuǎn)期間產(chǎn)生的離心力再分配先前沉積于表面上的所述涂覆材料，借此產(chǎn) 生均勻及/或保形層。所述經(jīng)涂覆表面可具有各種形狀及粗糙度且可稱為復(fù)雜表面?？墒褂?浸漬、噴涂、旋涂或其它相似技術(shù)將所述涂覆材料的初始層沉積于部件的復(fù)雜表面上。通過 使用特別選擇的工藝條件使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動來再分配所述涂覆材料，所述特別選 擇的工藝條件是例如振動及旋轉(zhuǎn)軸相對于所述部件的定向、旋轉(zhuǎn)速度以及振動頻率及振 幅。在一些實(shí)施例中，可使用不同工藝條件重復(fù)所述再分配操作一或多次以確保所述復(fù)雜 表面的不同部分上的均勻分配。
[0006] 在一些實(shí)施例中，一種用于將涂覆材料沉積到部件的復(fù)雜表面上的方法涉及將所 述涂覆材料的初始層沉積于所述復(fù)雜表面的至少一部分上及再分配提供于所述初始層中 的所述涂覆材料以形成經(jīng)修改層。所述涂覆材料的此再分配涉及使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振 動。
[0007] 在一些實(shí)施例中，沉積所述初始層涉及浸漬、噴涂或旋涂中的一者。然而，形成未 固化層的其它沉積技術(shù)也在范圍內(nèi)。所述涂覆材料可為觸變流體。更一般來說，所述涂覆材 料可為非牛頓流體。在一些實(shí)施例中，所述涂覆材料為溶膠-凝膠前體。在一些實(shí)施例中，所 述涂覆材料的粘性在再分配所述涂覆材料時(shí)增加。
[0008] 在一些實(shí)施例中，在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件環(huán)繞或圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)。 在再分配所述涂覆材料時(shí)還可使所述部件沿著此第一軸振動。所述復(fù)雜表面可包含基本上 正交于所述第一軸延伸的第一部分及基本上平行于所述第一軸延伸的第二部分。旋轉(zhuǎn)與振 動的組合允許沿著兩個(gè)部分（即，所述第一部分及所述第二部分）同時(shí)再分配所述涂覆材 料。
[0009] 在一些實(shí)施例中，在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件環(huán)繞或圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)。 在再分配所述涂覆材料時(shí)可使所述部件沿著第二軸振動。所述第二軸正交于所述第一軸。 在這些實(shí)施例中，所述復(fù)雜表面可包含基本上正交于所述第一軸且基本上正交于所述第二 軸延伸的部分。
[0010] 在一些實(shí)施例中，在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件沿著第一軸且沿著第二軸 同時(shí)振動，使得所述第一軸正交于所述第二軸。更一般來說，所述第一軸不平行于所述第二 軸。
[0011] 在一些實(shí)施例中，在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件環(huán)繞或圍繞第一軸且環(huán)繞 或圍繞第二軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，使得所述第一軸正交于所述第二軸。更一般來說，所述第一軸不與 所述第二軸重合。在一些實(shí)施例中，所述第一軸平行于所述第二軸。可針對不同旋轉(zhuǎn)軸使用 不同旋轉(zhuǎn)速度。
[0012] 在一些實(shí)施例中，在第一階段期間在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件環(huán)繞或圍 繞第一軸旋轉(zhuǎn)。在第二階段期間在再分配所述涂覆材料時(shí)還可使所述部件環(huán)繞或圍繞第二 軸旋轉(zhuǎn)。所述第一階段在時(shí)間上可不與所述第一階段重疊。所述第一軸可基本上正交于所 述第二軸。
[0013] 在一些實(shí)施例中，在第一階段期間在再分配所述涂覆材料時(shí)使所述部件沿著第一 軸振動。在第二階段期間在再分配所述涂覆材料時(shí)還可使所述部件沿著第二軸振動。所述 第二階段可不與所述第一階段重疊。所述第一軸可基本上正交于所述第二軸。
[0014] 在一些實(shí)施例中，與所述初始層相比，所述經(jīng)修改層覆蓋所述復(fù)雜表面的更大區(qū) 域。換句話說，所述初始層在所述部件的所述復(fù)雜表面上擴(kuò)散且在形成經(jīng)修改表面層時(shí)增 加覆蓋區(qū)域。在一些實(shí)施例中，所述方法還涉及使所述復(fù)雜表面上的所述涂覆材料固化。在 使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動的同時(shí)執(zhí)行所述固化。在一些實(shí)施例中，所述沉積所述初始層 涉及在將所述部件浸沒于所述涂覆材料中的同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或振動。所述方法還可涉及基于 所述部件的幾何形狀、所述復(fù)雜表面的表面狀況及所述涂覆材料的性質(zhì)而確定旋轉(zhuǎn)及振動 量變曲線。舉例來說，所述旋轉(zhuǎn)及振動量變曲線可包含一或多個(gè)振動及旋轉(zhuǎn)軸相對于所述 部件的定向、振動及旋轉(zhuǎn)的持續(xù)時(shí)間以及振動及旋轉(zhuǎn)條件的改變。
[0015] 還提供一種用于將涂覆材料沉積到部件的復(fù)雜表面上的方法，其涉及通過將所述 部件浸漬到所述涂覆材料中而將所述涂覆材料的初始層沉積于所述復(fù)雜表面的至少一部 分上。所述方法還涉及再分配提供于所述初始層中的所述涂覆材料以形成經(jīng)修改層。所述 再分配所述涂覆材料涉及使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動。特定來說，可使所述部件以介于約 100RPM與600RPM之間的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，可使所述部件以介于約5Hz與50Hz之間的頻率 振動。
[0016] 下文參考圖進(jìn)一步描述這些及其它實(shí)施例。
【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的具有復(fù)雜表面的部件的示意性表示。
[0018] 圖2是根據(jù)一些實(shí)施例的對應(yīng)于用于將涂覆材料沉積到部件的復(fù)雜表面上的方法 的過程流程圖。
[0019] 圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例的在于部件的表面上形成初始層之后的所述部件的示意 性表示。
[0020] 圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例的在完成用于沉積涂覆材料的方法之后的圖3A中所展示 的部件的示意性表示。
[0021 ]圖4A是相對于部件的特征定向振動軸及旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)實(shí)例。
[0022]圖4B及4C是相對于圖4A中所展示的部件的特征定向振動軸及旋轉(zhuǎn)軸的兩個(gè)額外 實(shí)例。
[0023] 圖5A是根據(jù)一些實(shí)施例的用于使用至少一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸及一或多個(gè)振動軸將涂覆材 料沉積到部件的復(fù)雜表面上的裝置的示意性表示。
[0024] 圖5B是根據(jù)一些實(shí)施例的用于使用至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸將涂覆材料沉積到部件的復(fù) 雜表面上的另一裝置的示意性表示。
[0025]圖5C及5D是根據(jù)一些實(shí)施例的用于使用至少兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸及至少兩個(gè)振動軸將涂 覆材料沉積到部件的復(fù)雜表面上的又一裝置的俯視及側(cè)視示意性表示。
[0026]圖6A到6H是使用部件的振動與旋轉(zhuǎn)涂覆的所述部件的橫截面的照片。
[0027]圖7A到7E是使用另一部件的振動與旋轉(zhuǎn)涂覆的所述另一部件的橫截面的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 在以下說明中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對所呈現(xiàn)概念的透徹理解?？稍跊]有 這些特定細(xì)節(jié)中的一些或所有細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐所呈現(xiàn)概念。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)描述 眾所周知的過程操作以免不必要地使所描述概念模糊。盡管將連同特定實(shí)施例一起描述一 些概念，但將理解，這些實(shí)施例不打算為限制性的。
[0029] 前言
[0030] 如上文所述，在接納表面不平坦時(shí)，沉積均勻及/或保形層可為有問題的。出于本 文件的目的，非平面表面及/或包含多個(gè)平面部分(例如，由三維特征形成的部分)的表面可 稱為復(fù)雜表面。下文提供更精確定義。舉例來說，當(dāng)將涂覆材料安置到復(fù)雜表面上時(shí)，重力 可使材料從高點(diǎn)移動到低點(diǎn)，此導(dǎo)致不均勻分配。在另一實(shí)例中，如果表面的一部分由從 (例如）頂表面延伸的小開口形成，那么涂覆材料可在此開口周圍集聚但可能由于表面張 力、粘性及其它現(xiàn)象而不容易進(jìn)入此開口內(nèi)部。在又一實(shí)例中，開口可完全被涂覆材料填充 而不是在此開口的側(cè)壁上形成均勻?qū)印Ｔ诔Ｒ?guī)沉積技術(shù)中，先前施加的涂覆材料的再分配 通常受重力、筆直邊緣剪切或其它相似技術(shù)限制。
[0031] 本發(fā)明提供用于使用同時(shí)振動與旋轉(zhuǎn)分配涂覆材料的方法及系統(tǒng)。涂覆材料的初 始層可能并不充分均勻及/或可能不覆蓋需要涂覆的整個(gè)表面?？墒褂酶鞣N技術(shù)(例如將部 件浸漬到涂覆材料中、將材料噴涂到所述部件上及其它相似技術(shù))沉積初始層。接著使部件 經(jīng)受同時(shí)振動與旋轉(zhuǎn)以再分配此最初形成的層且形成經(jīng)修改層。振動產(chǎn)生慣性力，而旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生離心力，所述力作用于最初形成的層上。使用各種工藝條件(例如振動及旋轉(zhuǎn)軸相對于 所述部件的定向、旋轉(zhuǎn)速度以及振動頻率及振幅)特別控制這些力的方向及量值?？苫诒?面形狀及表面狀況(例如，表面粗糙度）、所使用的涂覆材料(例如，粘性、表面張力、密度、觸 變性質(zhì))及其它因素而選擇這些工藝條件。在一些實(shí)施例中，工藝條件可在再分配復(fù)雜表面 上的涂覆材料期間變化。舉例來說，在過程期間振動及/或旋轉(zhuǎn)軸的定向可改變至少一次。 此外，慣性力及離心力可與重力組合且(在一些實(shí)施例中）與氣動力組合以將材料分配于復(fù) 雜表面上。
[0032] 除在單個(gè)操作中組合旋轉(zhuǎn)與振動外，還可使用多軸旋轉(zhuǎn)及/或多軸振動。在一些實(shí) 施例中，在再分配部件的表面上的材料期間可使所述部件環(huán)繞或圍繞兩個(gè)或兩個(gè)以上不同 軸旋轉(zhuǎn)。如此，部件及先前安置于所述部件的表面上的涂覆材料經(jīng)受多方向離心力，所述多 方向離心力為由所述旋轉(zhuǎn)中的每一者產(chǎn)生的離心力的組合。這些多方向離心力可隨過程繼 續(xù)而改變其定向。此外，所述多方向離心力與由振動產(chǎn)生的慣性力組合。
[0033] 在同一或其它實(shí)施例中，在再分配部件的表面上的材料期間可使所述部件沿著兩 個(gè)或兩個(gè)以上非平行軸振動，借此使涂覆材料經(jīng)受多方向慣性力。舉例來說，這些多方向慣 性力的方向可通過針對不同軸使用不同頻率或使同一頻率的振動循環(huán)偏移而移位。此外， 所述多方向慣性力與由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力組合。
[0034] 在本文件中，"復(fù)雜物體"或"具有復(fù)雜表面的物體"或者語法等效表述指的是具有 至少一個(gè)復(fù)雜表面的任何物體。"復(fù)雜表面"可為非平面表面，以任何角度相遇的兩個(gè)或兩 個(gè)以上平面表面的組合，與物體的在其它方面平面的表面相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)三維內(nèi)部或外 部特征(例如，開口、突出部），或其各種組合。復(fù)雜表面的一個(gè)實(shí)例是球體的表面或球體的 一部分(例如，形成圓柱形物體的端表面的半球體）。圓柱體側(cè)壁是復(fù)雜表面的另一實(shí)例。棱 錐是其平面表面以除90°外的角度相遇的復(fù)雜物體的實(shí)例，而立方體是其平面表面以90°角 相遇的復(fù)雜物體的實(shí)例。其添加可使非復(fù)雜表面變成復(fù)雜表面的三維特征的實(shí)例包含以下 各項(xiàng)中的一或多者:伸出部、凹陷部、孔、孔口、表面通道、內(nèi)部通道、平臺、起伏部、彎曲部、 凸起部、溝槽、臺面圖案、空腔(plenum)及其各種組合。在許多實(shí)例中，這些特征具有例如至 少約2、至少約5、至少約10或甚至至少約100的大縱橫比。出于本文件的目的，將所述縱橫比 定義為特征的深度與正交于深度的主要尺寸(例如，直徑)的比率。
[0035] 圖1是根據(jù)一些實(shí)施例的具有復(fù)雜表面的部件100的示意性表示。特定來說，部件 1〇〇具有頂表面l〇2a、側(cè)表面102b(其由多個(gè)部分形成）及底表面102c(其也由多個(gè)部分形 成）。依據(jù)上文所提供的定義，這些表面102a到102c不可視為復(fù)雜表面。在一些實(shí)施例中，部 件100為圓形物體且側(cè)表面102b可視為復(fù)雜表面。此外，表面102a到102c全部為外部表面且 可容易地進(jìn)行涂覆。然而，部件100具有包括不容易涂覆的內(nèi)部表面的許多特征。出于本文 件的目的，內(nèi)部表面被定義為延伸遠(yuǎn)離物體的外部邊界的表面。特定來說，部件100具有延 伸遠(yuǎn)離頂表面102a的多個(gè)開口 104。開口 104a可在其兩側(cè)上的入口處具有倒角，如(舉例來 說）圖1中所展示。當(dāng)使用常規(guī)涂覆技術(shù)來將涂覆材料施加到頂表面l〇2a上時(shí)，所述材料可 能不會充分地滲透到開口 104中并涂覆這些開口的側(cè)壁。在下文所呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果章節(jié)中 呈現(xiàn)常規(guī)方法的一些缺陷及所提出方法的未預(yù)期結(jié)果。此外，部件100包含外部腔106且其 表面可能無法接達(dá)以進(jìn)行直接(例如，視線)涂覆。
[0036]復(fù)雜表面可以復(fù)雜性系數(shù)表征。如本文中所使用，"復(fù)雜性系數(shù)(coefficient of complexity complexity coefficient)"或語法等效表述是總表面積與所述表面在另一平 面表面上的最大二維投影面積的比率。平面表面具有復(fù)雜性系數(shù)1。復(fù)雜表面具有大于1的 復(fù)雜性系數(shù)。舉例來說，球體的復(fù)雜性系數(shù)是4(即，表面積4抓 2除以投影面積抓2)。以類似方 式，半球體的復(fù)雜性是2,這是因?yàn)槠渚哂信c球體相同的投影面積但僅具有一半的表面。在 一些實(shí)施例中，表面的復(fù)雜性系數(shù)為至少約2,或更特定來說，至少約3,或甚至至少約4、至 少約5或者至少約6。可使用各種計(jì)算機(jī)輔助繪圖（CAD)工具來計(jì)算復(fù)雜表面。
[0037]前文在宏觀尺度上描述復(fù)雜表面。換句話說，忽略小于1毫米的任何特征以估計(jì)表 面的復(fù)雜性，除非特別注明。當(dāng)特別注明時(shí)，復(fù)雜表面還可在微觀(微米)及納米級(納米)尺 度上表征。一般來說，大多數(shù)表面具有通常在微觀或納米級尺度上測量的某種程度的表面 粗糙度(R)。此粗糙度可由于用于形成物體的成分及物體是如何制造而為隨機(jī)的。粗糙度還 可為在表面上有意地形成微觀或納米級特征的結(jié)果。在每一情況下，表面粗糙度是由在孤 立地看時(shí)自身為具有復(fù)雜表面的微觀或納米級復(fù)雜物體的表面特征導(dǎo)致。所述表面特征還 貢獻(xiàn)于表面的復(fù)雜性系數(shù)，這是因?yàn)槠湓黾釉诳紤]中的有效表面積。
[0038]以本文中所描述的方法及系統(tǒng)形成的經(jīng)涂覆層可具有介于約Ιμπι與ΙΟΟΟμπι之間的 厚度，所述厚度是例如介于約lwn與500μηι之間、介于約Ιμπι與250μηι之間、介于約Ιμπι與100μπι 之間或甚至介于約?μπι與ΙΟμπ?之間。經(jīng)涂覆層可為保形的，這樣的層被定義為順從與表面相 關(guān)聯(lián)的特征的層。舉例來說，保形層將順從粗糙表面且仍維持其均勻厚度?；蛘?，所述層可 形成平坦頂表面而不管部件表面的粗糙度如何。在一些實(shí)施例中，保形層按其厚度與表面 的粗糙度的比較來定義。一般來說，如果厚度(Τ)小于粗糙度的一半(R/2)，那么薄層為順從 的。如果厚度(Τ)大于粗糙度的兩倍(2R)，那么薄層通常形成平坦表面或經(jīng)水平化表面。換 句話說，經(jīng)沉積層使表面粗糙度變平。將區(qū)分層是保形還是平坦的其它參數(shù)包含涂覆材料 的粘性、表面張力、用于材料的再分配及固化的處理?xiàng)l件。在一些實(shí)施例中，將最初平坦的 層再分配為保形層。
[0039]在一些實(shí)施例中，涂覆材料僅覆蓋復(fù)雜表面的一部分?？梢砸环绞竭x擇處理參數(shù) 使得涂覆材料并不分配于整個(gè)可用表面區(qū)域上方。舉例來說，需要使一些區(qū)域維持不含涂 覆材料。替代使用掩蔽層或其它保護(hù)性技術(shù)，可以一方式選擇處理參數(shù)(包含振動及旋轉(zhuǎn)參 數(shù))以便避免將涂覆材料分配到特定區(qū)域中。
[0040] 在一些實(shí)施例中，可使用所描述方法及系統(tǒng)形成多層結(jié)構(gòu)。舉例來說，可使用相同 或不同涂覆材料重復(fù)過程多次以形成多層結(jié)構(gòu)。多層結(jié)構(gòu)中的層的厚度及/或成分可不同。
[0041] 出于本文件的目的，術(shù)語"均勻薄層"或語法等效表述指的是具有均勻厚度的薄 層。如果對于整個(gè)層厚度變化小于預(yù)選定值(例如，介于1 %與20%之間，例如小于5%)，那 么薄層具有均勻厚度。包含但不限于襯底材料、表面光潔度及粗糙度以及涂覆的類型的各 種因素可影響層的均勻性。
[0042] 在一些實(shí)施例中，經(jīng)涂覆層共價(jià)附著到物體的表面。在共價(jià)附著期間形成的共價(jià) 鍵是涉及在兩種材料的原子之間共享電子對的化學(xué)鍵?？稍诓牧系耐扛财陂g及/在材料在 經(jīng)涂覆表面上的固化期間建立共價(jià)鍵合。共價(jià)鍵合提供材料到表面的經(jīng)改進(jìn)粘合。此外，可 通過在應(yīng)用涂層之前處理表面以增加表面上的化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或原子的數(shù)目來產(chǎn)生涂覆材 料到表面的粘合性增加。這些化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)或原子與涂覆流體中的一或多種組份反應(yīng)，使 得與在不進(jìn)行表面預(yù)處理的情況下將會發(fā)生的情況相比，所得薄層通過更多共價(jià)鍵而附著 到表面。舉例來說，可使用等離子體處理。當(dāng)產(chǎn)生多層膜堆疊時(shí)，可在添加形成下一層的涂 覆溶液之前用等離子體處理涂層中的每一者，或者可基于堆疊成分而選擇性地處理一些 層。以此方式，可實(shí)現(xiàn)各層之間及多層堆疊與物體的表面之間的粘合性增加。實(shí)質(zhì)上，此處 理通過增加各層之間及多層堆疊與物體的表面之間的鏈接強(qiáng)度而增強(qiáng)涂層的性能。
[0043] 涂覆材料實(shí)例
[0044] 可使用所描述方法及系統(tǒng)沉積各種涂覆材料。在一些實(shí)施例中，可將有機(jī)聚合物、 有機(jī)單體及溶膠-凝膠前體包含到涂覆材料中。舉例來說，涂覆材料可包含一或多種溶膠-凝膠金屬前體及/或一或多種溶膠-凝膠類金屬前體。涂覆材料還可包含極性質(zhì)子溶劑及/ 或極性非質(zhì)子溶劑。此涂覆材料中的極性質(zhì)子溶劑或極性非質(zhì)子溶劑的濃度可介于1體 積％與25體積％之間。
[0045] 溶膠-凝膠金屬前體中的金屬及含有前體的其它類型的金屬可為過渡金屬、鑭系 元素、錒系元素、堿土金屬、ΠΙΑ族到VA族金屬中的一者。這些金屬的各種組合也可用于同 一涂覆材料中。特定實(shí)例包含鋁(Α1)、鈦(Ti)、鉬(Μο)、錫(Sn)、錳(Μη)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鐵 $6)、銅(&1)、鋅(211)、鎵(6 &)、鋯(2〇、釔(￥)、鎘(〇(1)、鋰〇^)、釤（3111)、鉺化〇、鉿(!^)、銦 (In)、鈰(Ce)、鈣(Ca)及鎂(Mg)。溶膠-凝膠類金屬前體中的類金屬可為以下各項(xiàng)中的一或 多者：硼(B)、硅(Si)、鍺(Ge)、砷(As)、銻（Sb)、碲(Te)、鉍(Bi)及釙(Po)或其與另一類金屬 或金屬的組合。在一些實(shí)施例中，溶膠-凝膠金屬前體可為選自有機(jī)金屬化學(xué)物、金屬有機(jī) 鹽及金屬無機(jī)鹽的金屬化合物。溶膠-凝膠類金屬前體可為選自有機(jī)類金屬化合物、類金屬 有機(jī)鹽及類金屬無機(jī)鹽的類金屬化合物。當(dāng)使用一種以上金屬或類金屬時(shí)，一者可為有機(jī) 化合物(例如醇鹽），且另一者可為有機(jī)或無機(jī)鹽。
[0046] 在一些實(shí)施例中，涂覆材料中所使用的極性質(zhì)子溶劑為有機(jī)酸或醇(舉例來說，低 級烷基醇(例如甲醇及乙醇））。水也可存在于涂覆材料中。在一些實(shí)施例中，極性非質(zhì)子溶 劑可為鹵化烷烴、烷基醚、烷基酯、酮、醛、烷基酰胺、烷基胺、烷基腈或烷基亞礬。此類極性 非質(zhì)子溶劑的一些特定實(shí)例包含甲胺、乙胺及二甲基甲酰胺。在一些實(shí)施例中，可在添加極 性非質(zhì)子溶劑之前或之后添加用作用于聚合金屬及/或類金屬前體的催化劑的酸或堿。
[0047] 過量極性非質(zhì)子溶劑可導(dǎo)致涂覆材料的凝膠化。因此，可針對每一應(yīng)用依據(jù)經(jīng)驗(yàn) 確定極性非質(zhì)子溶劑的量。極性非質(zhì)子溶劑的量需要低于在混合期間導(dǎo)致凝膠化的量但需 要足以在將剪切力施加到涂覆材料之后(例如，在再分配復(fù)雜表面上的涂覆材料期間）導(dǎo)致 涂覆材料的凝膠化。
[0048] 在一些實(shí)施例中，涂覆材料為非牛頓溶液，其可為剪切薄化溶液、膨脹溶液、震凝 溶液或觸變?nèi)芤?。如本文中所使用?剪切薄化"指的是在將剪切力施加到溶液時(shí)具有以非 線性方式的動態(tài)粘性降低的溶液；"膨脹"指的是在將剪切力施加到溶液時(shí)具有以非線性方 式的動態(tài)粘性增加的溶液；"震凝"指的是隨應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間具有動態(tài)粘性增加的溶液;且 "觸變"指的是隨應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間具有動態(tài)粘性降低的溶液。
[0049] 在一些實(shí)施例中，在完成再分配操作之后，涂覆材料在表面上形成凝膠層。如本文 中所使用，術(shù)語"凝膠層"或語法等效表述意指其中涂覆材料中的金屬及/類金屬溶膠-凝膠 前體形成充分大及/或交聯(lián)聚合物的層。此層可具有防止單獨(dú)通過重力進(jìn)一步再分配層的 充分高粘性。凝膠層可包含可聚合部分(moiety)(例如有機(jī)單體)及可交聯(lián)低聚物或聚合 物。實(shí)例包含三聚氰胺(或間苯二酚)與甲醛之間的堿催化的反應(yīng)，后續(xù)接著酸化及熱處理。
[0050] 在一些實(shí)施例中，涂覆材料包含共價(jià)附著到金屬或類金屬（例如，經(jīng)由有機(jī)鏈接 劑)的一或多個(gè)可交聯(lián)單體。實(shí)例包含與有機(jī)溶劑中的鈉或鈉-鉀合金反應(yīng)以產(chǎn)生線性與環(huán) 形有機(jī)硅烷的混合物的二有機(jī)二氯硅烷。當(dāng)使用可交聯(lián)部分時(shí)，涂覆材料還可含有聚合引 發(fā)劑。光誘導(dǎo)引發(fā)劑的實(shí)例包含二茂鈦(titanocene)、二苯甲酮(benzophenone)/胺、噻噸 酮(1：11；[(?&111：110116)/胺、苯偶姻釀(^61120；[1161：1161')、?；籽趸?&07]^1108口11；[116(?丨(16)、 苯偶醜縮酬（benzilketal)、苯乙酬（acetophenone)及苯烷基酬（alkylphenone)。此外，可 使用紫外UVA區(qū)（315nm到400nm)及紫外UVB區(qū)（280nm到315nm)以及紅外IR區(qū)（700nm到1mm) 中以對應(yīng)波長的輻射誘導(dǎo)引發(fā)劑。特定實(shí)例包含熱誘導(dǎo)引發(fā)劑。
[0051] 一旦沉積了涂覆材料，便可從層移除全部或大部分溶劑?？赏ㄟ^以下操作移除溶 劑:在環(huán)境溫度下蒸發(fā)、通過暴露于增加的溫度的蒸發(fā)(例如，使用UV輻射、可見輻射或IR輻 射)或抽真空(vacuuming)。溶劑蒸發(fā)條件還可用于任何未反應(yīng)或部分反應(yīng)金屬及/或類金 屬前體的聚合。
[0052]當(dāng)將材料沉積到表面上且在表面上再分配時(shí)，涂覆材料中的金屬及/或類金屬前 體的總量可介于約5體積％與40體積％之間。在一些實(shí)施例中，所述量介于約5體積％與25 體積％之間，或更特定來說，介于約5體積％與15體積％之間。極性質(zhì)子溶劑可構(gòu)成涂覆材 料中的溶劑的大部分。
[0053] 處理實(shí)例
[0054]圖2圖解說明根據(jù)一些實(shí)施例的對應(yīng)于用于將涂覆材料沉積到部件的復(fù)雜表面上 的方法200的過程流程圖。一般來說，方法200涉及在操作204期間將涂覆材料的初始層沉積 于復(fù)雜表面的至少一部分上及接著在操作206期間再分配提供于初始層中的涂覆材料以形 成經(jīng)修改層。可使用離心力、慣性力、重力及向心力的不同組合重復(fù)這些操作中的一者或兩 者以沉積額外涂覆材料及/或再分配涂覆材料。
[0055]方法200還可涉及其它操作，如(舉例來說）圖2中所圖解說明。舉例來說，可在操作 202期間預(yù)處理復(fù)雜表面，可在操作203期間確定特定工藝條件(供在操作204及/或操作206 期間使用），及可在操作212期間使涂覆材料固化。然而，這些操作中的一些操作為任選的且 可在一些實(shí)施例中不執(zhí)行。此外，方法200可包含圖2中未展示且將被所屬領(lǐng)域的一般技術(shù) 人員理解的其它操作。所描述操作可以任何次序安排，除非特別注明。舉例來說，圖2中所圖 解說明的操作203可在操作202之前或在操作204之后執(zhí)行?，F(xiàn)在將更詳細(xì)地描述方法200的 各個(gè)方面。
[0056]在一些實(shí)施例中，方法200可在任選操作202期間以預(yù)處理襯底開始。舉例來說，在 此操作期間可使用等離子體預(yù)處理?？墒褂妙A(yù)處理來修改表面性質(zhì)，例如通過添加或移除 特定材料而改變表面張力及/或使表面功能化?？墒箯?fù)雜表面的至少一部分與大氣等離子 體或氧氣等離子體接觸?？蓮牡入x子體處理裝置或(更特定來說)從等離子體頭部提供等離 子體。等離子體頭部可為固定的，且可使部件環(huán)繞或圍繞一或多個(gè)軸旋轉(zhuǎn)以便將表面的各 個(gè)部分暴露于等離子體。或者，可使用可移動等離子體頭部，例如具有六個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的等離子 體頭部。
[0057]表面的預(yù)處理(例如，使用等離子體)可使表面功能化，從而在表面與涂覆材料之 間形成更多共價(jià)鍵。如此，可使用預(yù)處理來改進(jìn)粘合。在一些實(shí)施例中，當(dāng)形成多層結(jié)構(gòu)(或 堆疊）時(shí)，可在沉積另一層之前處理每一經(jīng)沉積層。舉例來說，可使用第一層表面的沉積后 處理來增加安置于所述第一層上方的第二層的粘合。
[0058]在一些實(shí)施例中，操作202可涉及將活化溶液（例如，酸或堿)安置于復(fù)雜表面上。 舉例來說，可將部件浸入到活化溶液中?？稍趯⒉考氲饺芤褐械耐瑫r(shí)及/或在從溶液移 除部件時(shí)使部件旋轉(zhuǎn)及/或振動。
[0059]在一些實(shí)施例中，方法200可涉及在任選操作203期間確定工藝條件(供在稍后操 作中使用）。舉例來說，可在操作203期間確定在操作204及/或操作206期間使用的工藝條 件?？煽紤]例如表面幾何結(jié)構(gòu)、表面狀況(材料、光潔度等等）、涂覆材料特性(例如，表面張 力、粘性、特定重力）、涂覆設(shè)備能力及其它相似因素等的各種因素來確定適合工藝條件。工 藝條件可包含用于操作涂覆設(shè)備的指令，例如每一操作的時(shí)序、在每一操作期間部件相對 于每一旋轉(zhuǎn)及振動軸的定向、旋轉(zhuǎn)及振動處理?xiàng)l件(例如，旋轉(zhuǎn)速度、方向，振動頻率、振幅 等等）、涂覆材料狀況(例如，粘性、密度)等等。如上文所述，操作203的輸出可為用于執(zhí)行操 作204及/或操作206的配方(recipe)。在一些實(shí)施例中，操作203的輸出可指示應(yīng)使用不同 工藝條件重復(fù)操作206-或多次。舉例來說，部件可包含頂表面及延伸遠(yuǎn)離所述頂表面的開 口。可執(zhí)行操作206多次以：（1)將涂覆材料引入到開口中；（2)沿著開口的深度分配涂覆材 料;及(3)環(huán)繞開口的周界分配涂覆材料。這些操作中的每一者可使用不同組處理?xiàng)l件，借 此形成在不同時(shí)間作用于涂覆材料上的離心力與慣性力的不同組合。可使用在100RPM到 1000RPM下或(更特定來說)在200RPM到500RPM下以旋轉(zhuǎn)軸的傾斜角的階梯函數(shù)改變或連續(xù) 改變的循環(huán)旋轉(zhuǎn)來將涂覆材料分配于圓柱形部件的表面上。
[0060] 可使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行操作203。關(guān)于部件、涂覆設(shè)備及/或涂覆溶液的信息可由 此計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接收并用于開發(fā)用于操作涂覆設(shè)備的一組指令。在一些實(shí)施例中，可在執(zhí)行 操作203期間由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用部件的CAD。
[0061] 方法204可在操作204期間以將涂覆材料的初始層沉積于復(fù)雜表面的至少一部分 上繼續(xù)。最初可使用浸漬、噴涂、旋涂或其它相似技術(shù)沉積涂覆材料。在一些實(shí)施例中，在操 作204結(jié)束時(shí)，部件的外部表面的大部分可接納涂覆材料，而外部表面中的一些部分可保持 不被涂覆材料覆蓋。復(fù)雜表面的這些未涂覆部分可在操作206期間接納涂層。如此，接著可 在操作206期間將在操作204期間沉積的涂覆材料分配到新區(qū)域中。此外，在操作204期間沉 積的涂覆材料層可并非充分均勻的。舉例來說，復(fù)雜表面的一些部分可具有較厚層，而其它 部分可具有較薄層。在操作206期間，可將來自這些較厚層部分的涂覆材料移動到較薄層部 分中。
[0062] 圖3A是根據(jù)一些實(shí)施例的最初涂覆部件300的示意性說明，所述最初涂覆部件具 有安置于其外部表面中的一些部分上的初始涂層312。編號302指的是其上無任何涂覆材料 的部件，例如，在浸漬到涂覆材料中之前的部件。如此，最初涂覆部件300可視為部件302與 安置于部件300的外部表面上的初始涂層312的組合。在初始涂層312中，大部分內(nèi)部表面可 保持不含涂覆材料。部件302具有正交于頂表面304延伸的兩個(gè)開口 302a及302b以及正交于 底表面308延伸的一個(gè)開口 306。此外，部件302可包含互連開口 302a、302b及306的內(nèi)部腔 310,如圖3A中所展示。此部件302可在概念上表示用于在處理期間支撐晶片的靜電卡盤，或 用于遞送工藝氣體的噴頭(氣體分配板），無論是無源的還是電極。
[0063] 在將部件302浸漬到涂覆材料中之后，頂表面304、底表面308及其它外部表面被初 始涂層312覆蓋。然而，開口 302a、302b及306以及內(nèi)部腔310的內(nèi)部表面在整個(gè)過程的此階 段處保持不含涂覆材料。即使一些材料進(jìn)入到開口302a、302b及306及/或內(nèi)部腔310中，此 材料的分配可為不平均的，如(舉例來說)圖3C中所展示及下文進(jìn)一步描述。
[0064] 在此階段處涂覆材料的不平均分配可歸因于各種因素，例如涂覆材料特性、表面 特性及處理?xiàng)l件。舉例來說，如果將部件302浸漬到涂覆材料中，那么表面張力及重力通常 為作用于涂覆材料上的兩個(gè)主要力且可能不足以提供涂覆材料的均勻分配。在一些實(shí)施例 中，可在操作204期間使部件302旋轉(zhuǎn)及/振動，但離心力及/或慣性力可能仍為不充分的。舉 例來說，當(dāng)部件仍浸沒到涂覆材料中時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度及振動頻率可受限制。
[0065]返回到圖2,方法300可在操作206期間以再分配提供于部件的復(fù)雜表面上的初始 層中的涂覆材料繼續(xù)。涂覆材料的此再分配形成經(jīng)修改層。經(jīng)修改層可覆蓋部件的先前未 被初始層覆蓋的額外表面。如此，經(jīng)修改層的平均厚度可小于初始層的平均厚度。此外，經(jīng) 修改層的厚度可明顯比初始層的厚度更均勻。
[0066]圖3B是根據(jù)一些實(shí)施例的在執(zhí)行一或多個(gè)操作206之后的完全處理部件320的示 意性說明。部件320現(xiàn)在具有經(jīng)修改層322,所述經(jīng)修改層均勻地覆蓋外部表面304及308以 及內(nèi)部表面（即，開口 302a、302b及306以及內(nèi)部腔310的表面）。通過將圖3A與圖3B進(jìn)行比 較，初始層312中的涂覆材料被再布置(例如，通過將材料的一些部分移動到內(nèi)部表面上)且 薄化外部表面304及308上的初始層312,借此形成經(jīng)修改層322。
[0067]在操作206期間再分配涂覆材料涉及使部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動以形成作用于涂覆材 料上且致使涂覆材料在復(fù)雜表面上再分配的一組經(jīng)組合力。如上文所述，部件的旋轉(zhuǎn)形成 作用于涂覆材料上的離心力。這些離心力是正交于一或多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸導(dǎo)向。物體的振動形成 也作用于涂覆材料上的慣性力。這些力是平行于一或多個(gè)振動軸導(dǎo)向。除離心力及振動力 外，重力也連續(xù)作用于涂覆材料上。最后，當(dāng)使物體在非真空環(huán)境中旋轉(zhuǎn)及振動時(shí)，可形成 氣動拖曳力，借此進(jìn)一步致使再分配涂覆材料?？偟膩碚f，在操作206期間可將一組復(fù)雜力 同時(shí)施加到涂覆材料以用涂覆材料形成部件的更保形且均勻覆蓋?？商貏e控制振動及旋轉(zhuǎn) 參數(shù)以實(shí)現(xiàn)所要結(jié)果?，F(xiàn)在將描述此類控制的各種實(shí)例。
[0068]用于環(huán)繞所述軸中的任一者旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)速度可介于約lrpm與5000rpm之間。在一 些實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)速度下限可為約2印111、3印111、4印111、5印111、6印111、7印111、8印111、9印111、10印111、 25rpm、50rpm、75rpm、lOOrpm、125rpm、150rpm、200rpm、250rpm、500rpm、750rpm、1，000rpm、 1500rpm或 2,000rpm，而旋轉(zhuǎn)速度上限可為4500rpm、4000rpm、3500rpm、3000rpm、2500rpm、 2000rpm、1500rpm、1000rpm、500rpm、250rpm或lOOrpnu旋轉(zhuǎn)速度范圍可為這些上限與下限 的任何組合。一些說明性范圍是介于約3rpm到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約3rpm到 500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約4rpm到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約4rpm到500rpm之間 的旋轉(zhuǎn)速度、介于約5rpm到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約5rpm到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速 度、介于約10rpm到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約10rpm到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于 約25rpm到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約25rpm到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約50rpm 到lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約50rpm到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約lOOrprn到 lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約lOOrprn到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度、介于約150rpm到 lOOOrpm之間的旋轉(zhuǎn)速度或介于約150rpm到500rpm之間的旋轉(zhuǎn)速度。
[0069]取決于應(yīng)用，在操作206期間的轉(zhuǎn)數(shù)可介于約1轉(zhuǎn)到5000轉(zhuǎn)或更高之間的范圍內(nèi)。 轉(zhuǎn)數(shù)下限可為2轉(zhuǎn)、3轉(zhuǎn)、4轉(zhuǎn)、5轉(zhuǎn)、6轉(zhuǎn)、7轉(zhuǎn)、8轉(zhuǎn)、9轉(zhuǎn)、10轉(zhuǎn)、25轉(zhuǎn)、50轉(zhuǎn)、75轉(zhuǎn)、100轉(zhuǎn)、125轉(zhuǎn)、 150轉(zhuǎn)、200轉(zhuǎn)、250轉(zhuǎn)、500轉(zhuǎn)、750轉(zhuǎn)、1，000轉(zhuǎn)、1500轉(zhuǎn)或2，000轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)數(shù)上限可為4500轉(zhuǎn)、 4000轉(zhuǎn)、3500轉(zhuǎn)、3000轉(zhuǎn)、2500轉(zhuǎn)、2000轉(zhuǎn)、1500轉(zhuǎn)、1000轉(zhuǎn)、500轉(zhuǎn)、250轉(zhuǎn)或 100轉(zhuǎn)。在一些實(shí) 施例中，部件不進(jìn)行完整旋轉(zhuǎn)而是環(huán)繞軸來回轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動角可介于約5°與355°之間或(更特 定來說)介于約10°與350°之間，例如介于90°與270°之間。轉(zhuǎn)動頻率可介于約1Hz與100Hz之 間或(更特定來說)介于約5Hz與50Hz之間。
[0070] 振動頻率可介于約1Hz與100Hz之間或（更特定來說)介于約5Hz與50Hz之間。振動 振幅可大于孔的深度，且在涂覆半導(dǎo)體處理設(shè)備的情況下，振幅可介于約1毫米與50毫米之 間。
[0071] 在一些實(shí)施例中，在操作206期間在再分配涂覆材料時(shí)使部件環(huán)繞或圍繞第一軸 旋轉(zhuǎn)。此外，可使部件沿著同一第一軸振動。如上文所述，部件的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生正交于且遠(yuǎn)離第 一軸導(dǎo)向的離心力，而振動產(chǎn)生沿著第一軸導(dǎo)向的慣性力。如此，當(dāng)離心力及慣性力均作用 于涂覆材料上時(shí)，在兩個(gè)不同方向上驅(qū)動涂覆材料，這可有益于將涂層分配于平面表面及 非平面表面上。舉例來說，這些力中的一者可將涂覆材料帶入開口的入口，而另一力可將涂 覆材料引導(dǎo)到開口中?，F(xiàn)在將參考圖4A到4C更詳細(xì)地描述使用此旋轉(zhuǎn)與振動組合將涂覆材 料分配于部件的不同表面上。
[0072]圖4A是根據(jù)一些實(shí)施例的部件400的示意性說明，所述部件具有正交于部件400的 頂表面402延伸的開口 404。展示X、Y、Z方向以提供參考。這些軸相對于部件固定，但可相對 于裝置移動，如下文參考圖4Β到4C進(jìn)一步描述。在圖4Α中所展示的實(shí)例中，部件400環(huán)繞或 圍繞Ζ軸旋轉(zhuǎn)且沿著Ζ軸振動。所述旋轉(zhuǎn)將材料分配到遠(yuǎn)離Ζ軸處。特定來說，在所說明的實(shí) 例中，所述旋轉(zhuǎn)形成離心力，所述離心力可引導(dǎo)頂表面402上的涂覆材料遠(yuǎn)離Ζ軸，且(舉例 來說）引導(dǎo)到開口 404。同時(shí)，所述振動沿著Ζ軸將所述材料分配到遠(yuǎn)離其當(dāng)前位置處。如此， 如果一些涂覆材料聚集在開口 404的入口附近，那么振動可幫助此材料進(jìn)入到開口 404中。 如所述，慣性力及離心力可與重力組合。在圖4Α中所展示的實(shí)例中，重力可沿著Ζ軸導(dǎo)向，借 此進(jìn)一步幫助涂覆材料進(jìn)入到開口中。
[0073]在一些實(shí)施例中，當(dāng)再分配涂覆材料時(shí)使部件環(huán)繞或圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)。然而，使部 件沿著可正交于第一軸或至少不平行于第一軸的第二軸振動。當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸與振動軸不平行 時(shí)，部件的旋轉(zhuǎn)改變振動軸相對于部件的定向，下文參考圖4Β及4C進(jìn)一步描述此情況。此特 征可用于控制涂覆材料在復(fù)雜表面上的分配。
[0074]特定來說，圖4Β是類似于圖4Α中所展示的部件400的部件410的示意性說明。部件 410也具有正交于頂表面412延伸的開口 414。然而，部件410環(huán)繞X軸旋轉(zhuǎn)。如上文所述，Χ、Υ 及Ζ軸相對于部件固定，但其可相對于用于使部件旋轉(zhuǎn)及振動的設(shè)備改變。在圖4Α中所展示 的實(shí)例中，振動軸平行于Ζ軸。然而，當(dāng)將部件410相對于X軸轉(zhuǎn)動90° (作為旋轉(zhuǎn)的一部分） 時(shí)，振動軸現(xiàn)在平行于Υ軸，如圖4C中所展示?？偟膩碚f，當(dāng)使部件410環(huán)繞或圍繞X軸旋轉(zhuǎn) 時(shí)，其振動軸也環(huán)繞或圍繞X軸（即，在Υ-Ζ平面內(nèi)）旋轉(zhuǎn)。在一些實(shí)施例中，除提供離心力外 或替代提供離心力，還可使用旋轉(zhuǎn)/傾斜來控制由振動形成的慣性力的定向。
[0075]在一些實(shí)施例中，振動可沿著彼此不平行的兩個(gè)或兩個(gè)以上軸執(zhí)行。舉例來說，這 些軸中的一者可正交于另一軸。此多軸振動在使部件環(huán)繞或圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)執(zhí)行， 所述旋轉(zhuǎn)軸可平行及/或正交于多個(gè)振動軸中的一或多者。同樣地，旋轉(zhuǎn)可沿著兩個(gè)或兩個(gè) 以上不同軸執(zhí)行。多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸可彼此平行或不平行。舉例來說，這些軸中的一者可正交于另 一軸。此多軸旋轉(zhuǎn)在使部件環(huán)繞或圍繞振動軸振動的同時(shí)執(zhí)行，所述振動軸可平行及/或正 交于多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸中的一或多者。此外，可使部件同時(shí)沿著多個(gè)非平行振動軸振動并環(huán)繞或 圍繞多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。此多軸旋轉(zhuǎn)可使用各種萬向架型裝置實(shí)現(xiàn)。
[0076] 返回到圖2,可重復(fù)操作206-或多次，如決策框208所圖解說明。每一新操作206可 使用不同處理參數(shù)執(zhí)行。舉例來說，旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)軸定向、振動頻率、振動振幅、振動軸定 向及其它相似工藝參數(shù)可從一個(gè)操作206到另一操作206改變。事實(shí)上，一系列操作206可特 別配置以確保涂覆材料在整個(gè)表面上方的均勻分配。舉例來說，當(dāng)部件具有一或多個(gè)開口 (類似于圖3A中的部件300)時(shí)，初始操作206可經(jīng)設(shè)計(jì)以將涂覆材料引入到開口中而一或多 個(gè)后續(xù)操作206可經(jīng)設(shè)計(jì)以分配這些開口內(nèi)的經(jīng)引入涂覆材料?？墒褂迷诓僮?03期間導(dǎo)出 的配方來在多個(gè)再分配操作206期間改變工藝參數(shù)。
[0077]此外，可重復(fù)操作206及208-或多次，如決策框210所圖解說明。舉例來說，在涂覆 材料的初始再分配之后，可在操作206期間將額外涂覆材料添加到部件的外部表面上，后續(xù) 接著另一再分配操作208。這些重復(fù)的數(shù)目可取決于部件的內(nèi)部表面與內(nèi)部表面的比率。所 述比率越大，可使用越多重復(fù)來以充足量的材料覆蓋全部表面。
[0078] 在一些實(shí)施例中，涂覆材料的粘性在操作206期間（即，在再分配涂覆材料時(shí)）增 加。此粘性增加可歸因于溶劑的損失、部分固化及/或其它現(xiàn)象。此外，涂覆材料的粘性可在 完成操作206之后在離心力及/或慣性力不再作用于涂覆材料上時(shí)立即增加。此增加可能是 由于涂覆材料的觸變性質(zhì)。
[0079] 在一些實(shí)施例中，可在執(zhí)行某一初始分配之后將額外涂覆材料添加到部件，如決 策框210所展示。換句話說，操作204可在完成至少一個(gè)操作206之后執(zhí)行一或多次。舉例來 說，可將部件浸漬到涂覆材料中且以使得大部分材料進(jìn)入到開口中的方式使部件經(jīng)受再分 配。在同一或其它實(shí)例中，材料中的一些部分可在再分配期間從部件損失(例如，因滴落）。 可第二次將部件浸漬到涂覆材料中以提供額外涂覆材料。在一些實(shí)施例中，工藝參數(shù)可在 不同操作204之間變化。舉例來說，可在初始操作204期間使用粘性較小的涂覆材料且可在 后續(xù)操作期間使用粘性較大的涂覆材料。
[0080] 方法200還可涉及在操作212期間使復(fù)雜表面上的涂覆材料固化。固化可涉及加 熱、輻射及/或空氣流強(qiáng)制的蒸發(fā)。在一些實(shí)施例中，在使部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及/或振動的同時(shí)執(zhí) 行固化以確保在固化期間維持涂覆材料在表面上的分配。在一些實(shí)施例中，可在其中可引 入反應(yīng)性氣體的爐或室中執(zhí)行操作212。在一些實(shí)施例中，單元可包含至少一個(gè)照射子單 元，例如UV照射子單元、可見照射子單元及IR照射子單元。輻射的波長、強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間中 的至少一者可在操作212期間改變。還可使用基于激光的固化。
[0081 ]裝置實(shí)例
[0082]圖5A是根據(jù)某一實(shí)施例的處理裝置500的示意性說明，所述處理裝置經(jīng)配置以使 部件502環(huán)繞一個(gè)軸504a旋轉(zhuǎn)且使部件502沿著另兩個(gè)軸504b及504c振動。在所說明的實(shí)例 中，旋轉(zhuǎn)軸504a平行于振動軸中的一者（即，軸504c)。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將理 解其它實(shí)例也在范圍內(nèi)。部件502經(jīng)展示為圓形物體(例如，晶片、晶片卡盤、用于處理晶片 的噴頭）。一般來說，部件502可具有任何形狀或外觀。部件502牢固地固持于支撐件506中。 支撐件506可在沉積涂覆材料的初始層之后嚙合?；蛘?，支撐件506可在沉積初始層之前嚙 合。支撐件506經(jīng)配置以相對于主體508環(huán)繞或圍繞軸504a旋轉(zhuǎn)。主體504可包含用以執(zhí)行此 操作的電機(jī)。主體504定位于經(jīng)配置以使主體沿著軸504b及504c振動的振動臺510上。在某 一實(shí)施例中，處理裝置還包含用于控制用于使部件旋轉(zhuǎn)的一或多個(gè)電機(jī)及一或多個(gè)振動器 件(例如，振動臺）的操作的控制器。
[0083]圖5B是根據(jù)一些實(shí)施例的另一處理裝置520的示意性說明。裝置520包含用以使部 件522環(huán)繞軸524b旋轉(zhuǎn)的齒輪526及528。以虛線圈展示此旋轉(zhuǎn)的軌跡。裝置520還可在使部 件522環(huán)繞軸524b旋轉(zhuǎn)的同時(shí)使部件522環(huán)繞軸524a旋轉(zhuǎn)。舉例來說，部件522可以一方式定 位于耦合到齒輪528的另一齒輪(未展示)上使得齒輪528環(huán)繞軸524b的旋轉(zhuǎn)致使部件522環(huán) 繞軸524b旋轉(zhuǎn)。整個(gè)裝置520可定位于類似于圖5A中所圖解說明的振動臺的振動臺上。 [0084]圖5C及5D是根據(jù)一些實(shí)施例的另一處理裝置530的示意性俯視圖及側(cè)視圖。部件 532支撐于平臺534上，所述平臺經(jīng)配置以使部件532環(huán)繞或圍繞軸536旋轉(zhuǎn)。平臺534自身經(jīng) 配置以相對于基座540環(huán)繞或圍繞軸538旋轉(zhuǎn)?；?40可定位于類似于圖5A中所圖解說明 的振動臺的振動臺上。
[0085]實(shí)驗(yàn)結(jié)果
[0086] 已進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)以確定組合振動與旋轉(zhuǎn)對將涂覆材料分配于復(fù)雜表面上的影 響。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，已針對涂覆材料分配測試了具有氣體供應(yīng)開口的噴頭。圖6A是噴頭的橫 截面的照片，其圖解說明涂覆材料分配。更特定來說，圖6A是噴頭的一小部分的照片，其圖 解說明從噴頭的面向襯底表面延伸的一個(gè)開口。所述開口的直徑為約0.5毫米且深約2毫 米。所述開口連接所述面向襯底表面與噴頭的內(nèi)部腔。噴頭由鋁制成且具有陽極化表面。在 陽極化表面上方使用等離子體沉積在陽極化層上方在面向襯底表面上且在某種程度上在 開口內(nèi)形成氧化釔層。然而，等離子體沉積為視線技術(shù)且不提供復(fù)雜表面的良好覆蓋。此 外，氧化釔層通常非常多孔且不均勻，且容易集聚碎肩及逸氣(outgassing)。此外，陽極化 鋁層含有可在噴頭的操作期間逸出的許多污染物。
[0087] 從面向襯底表面上的固化材料的厚度、通向開口的兩個(gè)漸縮入口、開口的側(cè)壁及 內(nèi)部腔的部分分析涂覆材料分配。涂層包含氧化鋁與氧化硅的組合（即，AlOx-SiOy納米復(fù) 合材料）。涂覆操作涉及借助使用l〇〇mm/min浸入與取出線性速度的水平面向下浸入的浸 涂。在浸涂之后，使部件同時(shí)以16Hz振動且以900R0M旋轉(zhuǎn)達(dá)約60秒。接著將部件在爐中干燥 達(dá)約20分鐘。
[0088] 確定涂覆材料在經(jīng)受檢查的所有區(qū)域中形成均勻且保形層，所述區(qū)域在圖6A中以 編號600a到600e識別且展示為圖6B到6H中的放大圖。下表中呈現(xiàn)不同點(diǎn)的厚度值。
[0089] 表
[0090]

[0091]~特定來說，區(qū)域600a對應(yīng)于通向鄰近于頂表面的開口的入口。應(yīng)注意，此為可能最^ 初接納涂覆材料（即，在再分配涂覆材料之前）的區(qū)域。區(qū)域600a的放大圖展示于圖6B中。較 小區(qū)域602在圖6B中被識別且呈現(xiàn)為圖6C中的放大圖。編號604對應(yīng)于噴頭的鋁基座。編號 608對應(yīng)于安置于鋁基座上方的氧化釔層。在圖6A到6C中所展示的所有層當(dāng)中，氧化釔層具 有最淡顏色。盡管氧化釔層在圖6C中所圖解說明的部分中看似為保形的，但可看出此層在 開口的側(cè)壁上快速地退落，如(舉例來說）圖6A及6B中所展示。陽極化層以編號606識別且具 有比鋁基座(編號604)或氧化釔層(編號608)暗的顏色。陽極化層安置于鋁基座(編號604) 與氧化釔層(編號608)之間。然而，如可從圖6C看出，陽極化層不提供鋁基座的一致覆蓋。最 后，編號610識別涂覆材料。涂覆材料在氧化釔層上方形成保形層，如可在圖6C中清楚地看 出。
[0092]圖6A中的區(qū)域600b對應(yīng)于開口的側(cè)壁。圖6D中展示區(qū)域600b的放大圖。此圖清楚 地展示氧化釔層(編號608)的厚度在開口更深處快速地退落。此外，氧化釔層具有非常粗糙 表面。盡管存在氧化釔層的此不平均厚度及表面粗糙度，但涂層(編號610)繼續(xù)提供保形覆 蓋。保形覆蓋可更好地在圖6E中所呈現(xiàn)的區(qū)域620的放大圖中看出。
[0093] 圖6A中的區(qū)域600c到600e對應(yīng)于從內(nèi)部腔側(cè)通向開口的入口。這些區(qū)域是隱藏的 且對于視線沉積技術(shù)通常無法接達(dá)。圖6F中展示區(qū)域600c的放大圖，圖6G中展示區(qū)域600d 的放大圖，及最后，圖6H中展示區(qū)域600e的放大圖。如所預(yù)期，在這些區(qū)域中存在非常少(如 果有的話)氧化釔。然而，甚至在這些隱藏區(qū)域中，涂覆材料仍繼續(xù)提供對鋁陽極化的保形 保護(hù)。對于具有鋁基座、陽極化涂層及等離子體沉積氧化釔層的靜電卡盤實(shí)現(xiàn)類似測試結(jié) 果。
[0094]在另一實(shí)驗(yàn)中，將涂覆材料施加到裸錯(cuò)表面上或（更特定來說)施加到經(jīng)珠噴擊 (bead-blasted)鋁表面上。在此實(shí)驗(yàn)中測試具有不同設(shè)計(jì)開口（即，兩階梯式開口）的噴頭。 確定涂覆材料再次在所檢查的整個(gè)復(fù)雜表面上方形成均勻且保形層。涂層包含AlOx-SiOy 納米復(fù)合材料。首先使用垂直浸涂以l〇〇mm/min浸入與取出線性速度施加涂層。后續(xù)步驟包 含以10Hz振動及面向上以300RPM第一次旋轉(zhuǎn)，后續(xù)接著面向下以500RPM第二次旋轉(zhuǎn)。在對 流爐中執(zhí)行固化達(dá)30分鐘。
[0095]圖7A中以編號700b到70(^識別的所述表面的幾個(gè)區(qū)域在圖7B到7E中展示為放大 圖且參考那些圖進(jìn)行更詳細(xì)描述。特定來說，區(qū)域700b到700d對應(yīng)于通向鄰近于頂表面的 開口的入口。圖7B中展示區(qū)域700b的放大圖，圖7c中展示區(qū)域700c的放大圖，且圖7D中展示 區(qū)域700d的放大圖。盡管存在表面粗糙度，但在這些區(qū)域中的每一者中仍形成涂覆材料的 保形層。此外，區(qū)域700e對應(yīng)于開口的側(cè)壁且其放大圖展示于圖7E中。即使區(qū)域700e不在視 線內(nèi)且在窄開口內(nèi)相對較深，但其也接納涂覆材料的保形層。
[0096] 結(jié)論
[0097] 雖然出于理解清楚的目的而以一些細(xì)節(jié)描述前述概念，但將顯而易見，可在所附 權(quán)利要求書的范圍內(nèi)實(shí)踐特定改變及修改。應(yīng)注意，存在實(shí)施所述工藝、系統(tǒng)及裝置的許多 替代方式。因此，本發(fā)明實(shí)施例應(yīng)視為說明性的而非限定性的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于沉積涂覆材料的方法，所述方法包括： 將涂覆材料的初始層沉積于部件的表面的至少一部分上； 使用第一組工藝條件再分配所述初始層中的所述涂覆材料以形成經(jīng)修改層，所述第一 組工藝條件包括使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動;及 使用第二組工藝條件再分配所述經(jīng)修改層中的所述涂覆材料，所述第二組工藝條件包 括使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動， 其中與使用所述第二組工藝條件再分配所述涂覆材料相比，使用所述第一組工藝條件 再分配所述涂覆材料形成作用于所述涂覆材料上的離心力與慣性力的不同組合。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在使用所述第一組工藝條件再分配所述涂覆材料 時(shí)使所述部件沿著第一軸且沿著第二軸同時(shí)振動，且其中所述第一軸不平行于所述第二 軸。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述第一軸正交于所述第二軸。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使用第一頻率使所述部件沿著所述第一軸振動，其 中使用第二頻率使所述部件沿著所述第二軸振動，且其中所述第一頻率不同于所述第二頻 率。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中使用第一頻率使所述部件沿著所述第一軸振動，其 中使用第二頻率使所述部件沿著所述第二軸振動，其中所述第一頻率與所述第二頻率相 同，且其中沿著所述第一軸的振動的振動循環(huán)相對于沿著所述第二軸的振動的振動循環(huán)偏 移。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在沉積所述初始層之前，將活化溶液安置 于所述部件的所述表面上。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中將所述活化溶液安置于所述表面上包括:在將所述 部件的所述表面浸入到所述活化溶液中的同時(shí)使所述部件振動及旋轉(zhuǎn)。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括確定所述第一組工藝條件及所述第二組 工藝條件，其中在所述第一組工藝條件中所述部件相對于旋轉(zhuǎn)軸的定向不同于在所述第二 組工藝條件中所述部件相對于旋轉(zhuǎn)軸的定向。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中基于所述部件的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD而執(zhí)行確定所 述第一組工藝條件及所述第二組工藝條件。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在沉積所述初始層之后且在再分配所述初始層中 的所述涂覆材料之前，所述表面的至少某一部分保持未被所述涂覆材料覆蓋。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂覆材料為觸變性的。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述表面的覆蓋有所述涂覆材料的所述部分在再 分配所述初始層中的所述涂覆材料期間增加。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述經(jīng)修改層的厚度比所述初始層的厚度更均 勻。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組工藝條件引起在再分配所述初始層中 的所述涂覆材料期間可對所述涂覆材料操作的一或多種重力或氣動力。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一組工藝條件中的振動頻率不同于所述第 二組工藝條件中的振動頻率。16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在再分配所述初始層中的所述涂覆材料 之后且在再分配所述經(jīng)修改層中的所述涂覆材料之前，將額外涂覆材料沉積到所述部件的 所述表面的至少所述部分。17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述額外涂覆材料比所述涂覆材料更具粘性。18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中進(jìn)一步包括使所述表面上的所述涂覆材料固化。19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在使所述部件同時(shí)旋轉(zhuǎn)及振動的同時(shí)執(zhí)行固化。20. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在使所述涂覆材料固化期間波長或強(qiáng)度中的至 少一者被改變。
【文檔編號】B05D1/18GK105873686SQ201480071815
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2014年10月16日
【發(fā)明人】E·賴亞博瓦, V·里亞博夫
【申請人】阿德文尼拉企業(yè)有限公司