專利名稱：細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于安裝在等離子設(shè)備中的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
利用真空相關(guān)噴涂工藝對大面積基片進(jìn)行處理的技術(shù)顯得極為重要。例如，在大型真空設(shè)備中聯(lián)機(jī)處理大面積窗格玻璃正變得越來越重要，因為它使建筑玻璃能裝修成具有譬如低輻射率或防污的涂層。在這些噴涂設(shè)備中，基片被輸送經(jīng)過垂直于輸送方向定位的細(xì)長噴涂源。該噴涂源優(yōu)選是旋轉(zhuǎn)噴涂靶極(target)，在其表面保持有被磁場約束的等離子體軌道(racetrack)。等離子體是通過惰性氣體、尤其是氬的電離作用產(chǎn)生的。由于負(fù)偏壓被施加于靶極，因此電離后的氬原子對靶極表面進(jìn)行撞擊，從而從靶極發(fā)射出靶原子。隨著發(fā)射出的原子撞擊基片的表面，涂層開始形成。當(dāng)比如氧氣或氮?dú)膺@類活性氣體(除惰性氣體之外、乃至替代惰性氣體)在處理期間被施加時，只要這些氣體與碰撞的靶原子發(fā)生反應(yīng)，復(fù)合層便將形成。
除了沉積涂層之外，等離子體還可以用于清潔表面。這樣應(yīng)用時，基片被保持為負(fù)偏壓，而氬離子的碰撞作用清除掉表面上的污染物。這種等離子清潔方式在難以涂敷聚合物(PTFE、PVDF等)的預(yù)處理領(lǐng)域以及在進(jìn)一步處理之前從鋼板清除掉有機(jī)污染物的領(lǐng)域正在不斷獲得進(jìn)展。
在上述兩種應(yīng)用中，處理氣體必須輸送到真空設(shè)備中。由于設(shè)備被設(shè)計得日益多種多樣，所以氣體的分配正在成為重要的問題。事實上，當(dāng)?shù)入x子氣體僅在靶極一側(cè)輸送時，另外一側(cè)將缺乏氣體。該問題更為突出之處在于對處理過程中反應(yīng)掉的氣體進(jìn)行活性氣體供應(yīng)。在靶極一側(cè)輸送氣體會導(dǎo)致復(fù)合膜在化學(xué)計量上沿著基片寬度有所變化，因為氣體在擴(kuò)散至另外一側(cè)的同時被消耗。
現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中的氣體分配系統(tǒng)由管制成。最早描述的裝置之一是一種管，該管具有固定間距沿著靶極延伸的小孔(參見US5,096,562)。US4,849,087描述了一種預(yù)混合氣體通過供氣支管進(jìn)行分配的系統(tǒng)，該供氣支管后面有多個管并在細(xì)長的平面靶極附近以噴嘴結(jié)束。經(jīng)過各個管的氣流受到外部閥的控制，該外部閥由來自沉積膜的反饋信號驅(qū)動。德國專利申請DE4412541描述了一種氣體入口裝置，其特征在于，沿著平面靶極設(shè)置的氣體入口與各個出口孔之間的流阻值相等。但并未描述必須實施上述氣體裝置的結(jié)構(gòu)特征。這種裝置的優(yōu)點已經(jīng)由Milde等人在“真空涂料器學(xué)會”第44屆年度技術(shù)會議論文集(ISSN0737-5921，第204頁)“用于大面積線性磁控管噴涂源的氣體入口系統(tǒng)”一文中計算出來。
現(xiàn)有技術(shù)的氣體分配系統(tǒng)存在的問題有以下四個方面·當(dāng)腔室中需要?dú)饬鞲淖儠r，在控制閥改變流到腔室出口孔之前要花費(fèi)一段時間，由此導(dǎo)致信號與響應(yīng)之間的時間延遲。
·對于每個處理氣體必須安裝不同的氣體分配系統(tǒng)，這樣導(dǎo)致設(shè)備的成本增加。
·當(dāng)沿著靶極寬度需要輸送有差別的氣體時，必須安裝一個以上的獨(dú)立氣體分配系統(tǒng)(例如三個左側(cè)、中間、右側(cè))，這樣導(dǎo)致氣體分配系統(tǒng)的成本增加。
·尤其是在等離子清潔設(shè)備的情況下，由于作為陽極來使用，氣體分配系統(tǒng)會變得非常熱。于是這種氣體分配系統(tǒng)必須獨(dú)立地進(jìn)行冷卻，以防止分配系統(tǒng)變形。此外，在噴涂設(shè)備中，當(dāng)氣體分配系統(tǒng)例如位于等離子體附近時，該氣體分配系統(tǒng)的冷卻才變得合乎要求。
由于不滿意于現(xiàn)有技術(shù)所用的氣體分配系統(tǒng)，本發(fā)明人另辟途徑研究實施一種細(xì)長的、快速反應(yīng)易于控制且可進(jìn)行冷卻的氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)便于沿著設(shè)備寬度輸送有差別的氣體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的等離子沉積或等離子清潔設(shè)備中細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)的問題。本發(fā)明的另一目的是提供一種細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中不同的處理氣體可以通過單個裝置進(jìn)行分配。本發(fā)明的又一目的是在設(shè)備全部寬度提供有差別的氣體供應(yīng)。本發(fā)明的再一目的是提供一種在氣體供應(yīng)量和改變有差別的氣體輸送方面的快速反應(yīng)氣體分配系統(tǒng)。本發(fā)明還有一目的是提供一種其中具有整體式冷卻系統(tǒng)的氣體分配系統(tǒng)。
本發(fā)明的第一方面涉及權(quán)利要求1的組合特征。這里，對一種用于安裝在等離子沉積或等離子清潔設(shè)備中的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)提出權(quán)利要求，該系統(tǒng)包括至少一個入口和至少一個系列的出口，所述系列出口中的每一個均與所述入口之一相對應(yīng)。一系列出口意味著至少有兩個出口，但優(yōu)選更多。最優(yōu)選為大約100個出口。所述出口是氣體流入設(shè)備真空室的孔?？梢灶A(yù)見，這些孔具有裝配在孔中的可更換排氣噴嘴。當(dāng)后面從系列中單個出口的氣體跟著返回路徑時，將總是到達(dá)屬于該系列每個出口的相同入口。沿著基本垂直于基片運(yùn)動的方向和基本平行于細(xì)長靶極的方向，該系列出口布置成細(xì)長的行列。一個系列出口可以跨越設(shè)備的整個寬度，例如用于輸送惰性氣體?；蛘卟煌盗械某隹诳梢圆贾贸蓡蝹€行列，例如在設(shè)備的左側(cè)、中間和右側(cè)輸送。這對于輸送活性氣體是優(yōu)選的設(shè)置，因為它便于在整個設(shè)備寬度輸送有差別的氣體，因此便于控制整個基片寬度的膜組分。當(dāng)然，可以將三個以上的系列出口排列成一行，其限度也必須由容納在氣體分配系統(tǒng)上的入口數(shù)量來確定。
本發(fā)明的特征在于構(gòu)造氣體分配系統(tǒng)的方式。該系統(tǒng)包括一系列的板條，其長度與設(shè)備寬度基本相等。該長度任何地方均可在0.30m到10m之間。板條的厚度取決于氣體分配系統(tǒng)所用的空間以及將要獲得的氣體總流量。實際上，該厚度通常將在1mm到70mm之間。板條的寬度由必須要克服的跨度以及必須要獲得的總氣體流型確定。通常，該寬度將在1cm到30cm之間。板條的數(shù)量取決于入口數(shù)量和/或必須輸送至真空室的處理氣體的數(shù)量。實施本發(fā)明需要至少兩個板條。
由于所述氣體分配系統(tǒng)基本上是細(xì)長的，因此，該系列出口孔以長度尺寸布置。氣體出口系列優(yōu)選布置在由板條長度和厚度尺寸形成的側(cè)上。另外一種可能性是，氣體出口系列成數(shù)排噴出氣體，這些出口布置在堆疊件的兩個最外部板條之一的外側(cè)(長×寬)。
板條由具有氣密性、強(qiáng)度-重量比、耐用性和抗熱性的正確組合的適當(dāng)材料制成。對于某些情況來說，良好的電導(dǎo)率可能是重要的，例如在氣體分配系統(tǒng)可能充當(dāng)陽極的等離子清潔操作中。在其他情況下，具有隔離的氣體分配系統(tǒng)，例如為防止形成電弧可能是有益的。同樣，如果等離子體在氣體分配系統(tǒng)附近形成，磁性也可能是重要的。根據(jù)其磁性，可使氣體分配系統(tǒng)為中性(磁導(dǎo)率與其接近)或為鐵磁性(因此該材料對可能連接到氣體分配系統(tǒng)的磁鐵的磁力線進(jìn)行引導(dǎo))。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，鋁和不銹鋼制的板條是實用的材料。高性能的聚合物，象FlametecTMKytecPVDF(聚偏二氟乙烯)或ECTFE(乙烯與三氟氯乙烯的共聚物)，沒有耗損相對結(jié)實、電絕緣且化學(xué)性質(zhì)不活潑的材料也是可以使用的。復(fù)合材料同樣可以設(shè)想采用。
每個所述板條具有第一側(cè)和第二側(cè)。側(cè)表示由長度和寬度尺寸形成的表面。這些側(cè)的至少一個上面具有凹槽。該凹槽被構(gòu)造成當(dāng)板條彼此上下堆疊時形成通道。每個所述通道將所述入口之一與相對應(yīng)的系列出口相連接。所述凹槽可以通過下列任何一種適當(dāng)?shù)墓ば騺碇瞥鲋圃彀疾圩顬閮?yōu)選的方式是用半圓形或U形的銑鏜頭進(jìn)行銑削。最方便的是使用數(shù)控操縱的銑床，這種銑床能銑出圖形非常復(fù)雜的凹槽，從而形成絕不可能通過傳統(tǒng)制管法完成的通道。
·與上述相類似的方法是采用選擇性蝕刻法，不過，該方法由于板條的尺寸而不太優(yōu)選。
·還可利用液壓機(jī)將合適的成形桿連續(xù)壓入板條來制成凹槽。所述桿必須要比板條的材料硬得多。所需圖形也可通過待壓印的圖形負(fù)片一次性獲得。當(dāng)然，該負(fù)片也必須硬于板條材料。
·凹槽還可通過板條材料在模具中鑄造而獲得，所述模具具有分配通道的負(fù)形狀。由于其成本和不靈活性，這是最不優(yōu)選的方法。
板條應(yīng)當(dāng)堆疊成其通道在較低壓差下充分氣密。這可以通過將板條用螺栓固定、或用夾緊系統(tǒng)將其壓在一起、或利用粘結(jié)，或使形成的堆疊件能充分氣密的其他任何方式來實現(xiàn)。
獲得氣密通道的另外一種方式(從屬權(quán)利要求2)是例如利用激光切割機(jī)、火焰噴燈或適于切割材料的其他任何切割裝置切割通道貫穿板條。而后將失去其粘附性并且必須在板條堆疊在一起之前定位在相鄰兩個板條之間(非常類似于片件之間具有間隙的拼圖玩具)。
通過在板條的適當(dāng)位置鉆孔，可以獲得更為復(fù)雜的通道，以使通道能從一個板條到另一個板條改變層面(從屬權(quán)利要求3)。
氣流控制裝置可以安裝在所述堆疊板條之中或其上(從屬權(quán)利要求4)。氣流控制裝置表示是本領(lǐng)域用于阻塞、部分阻塞氣流或使氣流分流的任何已知裝置。氣流控制裝置可以安裝在堆疊的板條上，例如安裝在最外部板條的長×寬外側(cè)。例如，通道可以通過制于該外部板條上的第一孔導(dǎo)向外部板條的外側(cè)。在該外部板條上，氣體控制裝置在通道延續(xù)其路徑經(jīng)過同一板條上的第二孔之前被安裝。氣體控制裝置也可以實施在堆疊板條的內(nèi)部，例如將節(jié)流板或分流器實施在板條中。
氣流控制裝置可以脫機(jī)調(diào)節(jié)，也就是無論設(shè)備何時停機(jī)，控制裝置均可起作用。然而更為優(yōu)選的是，當(dāng)噴涂設(shè)備運(yùn)行時，氣流控制裝置能夠遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。這可以通過以下幾種方法完成(從屬權(quán)利要求5)·用機(jī)械的方法，這時，力通過從真空外部驅(qū)動的固態(tài)中間體，象桿、杠桿、齒輪、纜繩或其它類似物傳遞給氣體控制裝置。
·用電動的方法，這時，力通過電磁或壓電式轉(zhuǎn)換器被施加給真空中的氣體控制裝置，所述轉(zhuǎn)換器由與外部連接的導(dǎo)線供電。
·用氣動的方法，這時，力通過氣態(tài)中間體被施加給氣體控制裝置。這種氣態(tài)中間體優(yōu)選是處理過程中所用的惰性氣體，因為該氣體例如可在使用之后排入腔室中。此外，如果發(fā)生微小泄漏，惰性氣體也不會過分改變處理過程。
上述方法的組合當(dāng)然也是可以設(shè)想采用的。
氣流控制裝置可以劃分成兩個主要系列閥和葉片(從屬權(quán)利要求6)。閥可以使流過通道的氣流能逐步或連續(xù)地從無流量調(diào)節(jié)到最大流量。這類閥必須安裝成與通道一致。葉片將氣流從一個單輸送通道轉(zhuǎn)向到兩個或更多的接受通道。因此，葉片總是要安裝在通道的分叉處。
按照本發(fā)明尤其易于實施的通道結(jié)構(gòu)是樹狀結(jié)構(gòu)(從屬權(quán)利要求7)。任何樹狀結(jié)構(gòu)都可易于完成，只要滿足樹狀結(jié)構(gòu)要求，即該結(jié)構(gòu)具有分成兩個或多個分枝的根部，每個分枝在其轉(zhuǎn)彎處又可分成另外的分枝，并且所有的分枝最終以葉瓣結(jié)束。于是，氣體分配系統(tǒng)的入口對應(yīng)于根部，通道對應(yīng)于分枝，而出口系列對應(yīng)于葉瓣。在所述通道中，調(diào)節(jié)閥可以調(diào)節(jié)氣體總流量；而在兩個分叉的分開處，葉片可以對流入任一連接分枝的氣流平衡進(jìn)行調(diào)節(jié)。
當(dāng)只使用一個在其長×寬的兩個側(cè)上都具有凹槽的中間板條和兩個側(cè)板條時，就可以實施氣體分配系統(tǒng)，以便于分配兩種氣體(從屬權(quán)利要求8)。
當(dāng)氣體從噴嘴噴進(jìn)真空室時，優(yōu)選使用擴(kuò)散器，使得氣體均勻地射入真空室。為此目的，可以方便地使用覆蓋出口的帶孔板。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為了在所有方向上擴(kuò)散氣體原子，用燒結(jié)或紡織或編織的金屬纖維制作的板條結(jié)構(gòu)也是實用的(從屬權(quán)利要求9)。構(gòu)成這種結(jié)構(gòu)的纖維由不銹鋼制成(優(yōu)選AISI 316L)，其厚度在1到80微米之間。帶孔板與燒結(jié)金屬纖維板條的組合也是可以的并包含在本發(fā)明的設(shè)想中。
氣體分配系統(tǒng)還可以與冷卻系統(tǒng)成整體完成(從屬權(quán)利要求10)。事實上，當(dāng)用制作氣體分配通道相同的方式來使用板條的至少一個側(cè)時，可以方便地加入冷卻通道。這類通道將具有流體入口和對應(yīng)的流體出口，流體入口用于導(dǎo)入冷卻流體，而出口用于排出加熱的流體。所述通道的形狀可以呈蛇形，在單個通道的一端具有入口并在另一端具有出口?；蛘呖梢园ㄝ^寬的輸送通道，以增補(bǔ)一組平行的子通道，這些子通道在其轉(zhuǎn)彎處以與單一出口相連的收集通道結(jié)束。或者可以呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。如果一個冷卻通道不夠，當(dāng)然可以在板條的不同側(cè)加入更多的冷卻通道。所述流體可以是氣體或是液體。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，還對一種等離子沉積或等離子清潔設(shè)備提出權(quán)利要求，該設(shè)備包括上述的氣體分配系統(tǒng)(獨(dú)立權(quán)利要求11)。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的氣體分配系統(tǒng)與反饋系統(tǒng)相結(jié)合使用(從屬權(quán)利要求12)。該反饋系統(tǒng)使用等離子體的具體參數(shù)(比如通過聯(lián)機(jī)質(zhì)譜測定獲得的氣體組分、或通過發(fā)射光譜測量獲得的某種物質(zhì)的離子濃度、或隨著等離子狀態(tài)而變化的靶電壓)作為輸入來遙控氣體分配系統(tǒng)的氣體控制裝置。另一種作法是，反饋信號可以沉積到基片上的涂層性能為基礎(chǔ)，例如象折射率、傳導(dǎo)率、透明度或其他任何可測量的參數(shù)。如果采用等離子體將物質(zhì)從基片上清除，氣體分配系統(tǒng)也可以按照剩余涂層的性能，比如剩余涂層的量進(jìn)行控制。


現(xiàn)參照附圖將更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中，圖1繪出現(xiàn)有技術(shù)實施例的“管套管”系統(tǒng)。
圖2是示意圖，其中，氣體分配系統(tǒng)通?？捎糜诖竺娣e涂布機(jī)上。
圖3示出本發(fā)明第一實施例的分解圖，其中，氣體分配系統(tǒng)允許分配兩種處理氣體。
圖4示出實施本發(fā)明的另一方式。
圖5繪出氣流可用葉片控制的系統(tǒng)。
圖6a、6b和6c是調(diào)節(jié)葉片更詳細(xì)的描繪。
圖7a和7b示出電磁控制的隔膜閥按照本發(fā)明是如何能實施的。
圖8a和8b示出最簡單又方便的閥的型式，該閥可以脫機(jī)調(diào)整。
圖9示出可用于冷卻氣體分配系統(tǒng)的附加板條。
圖10a示出當(dāng)靶極旁邊沒有可利用的空間時，實施細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)的另一種方式。
圖10b示出從頂部所視(長×寬表面)、10c示出從一側(cè)所視(長×厚表面)、10d從底部所視(長×寬表面)和10e從另一側(cè)所視(長×厚表面)細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)布置圖。
具體實施例方式
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的氣體分配系統(tǒng)氣體140通過第一管120進(jìn)入處理室110。該第一管通過沿著該管長度的孔122將氣體首先分配到同軸固定于第一管120、較大的第二管130中。在該第二管中，一系列的噴嘴132將氣體進(jìn)一步分配到腔室110中。兩個管之間的空腔起著膨脹緩沖容器的作用，并使氣體以中等壓力經(jīng)過處理室的寬度能均勻地膨脹。然而，所述空腔將氣體保留一段時間，使得氣體輸送量根據(jù)等離子參數(shù)變化的快速改變而被延遲。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選可用于大面積等離子設(shè)備200中的氣體分配系統(tǒng)。上述設(shè)備實質(zhì)上是大型的真空室210，其具有必需的輔助裝置，以保持真空(未示出)、并通常借助于該真空中的滾輪230來供給和輸送大型基片220。在真空室上部，安裝有模塊化且可易于更換的頂箱，比如240。這些頂箱240利用靶極與頂箱相連的兩對端塊(未示出)來裝載兩個管狀靶極250、250′。頂箱還容納所有必需的管線、電網(wǎng)絡(luò)和機(jī)械傳動裝置(未示出)，以便在靶極250、250′被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動時分別對其供給冷卻劑和電流。氣體分配系統(tǒng)260和270裝在靶極旁邊，而供氣裝置280和290將所需氣體從氣源(未示出)經(jīng)由頂箱240和氣體分配系統(tǒng)260、270輸送到真空室210中。
現(xiàn)借助于圖3將更詳細(xì)地描述本發(fā)明第一實施例的氣體分配系統(tǒng)。這里堆疊三個板條310、320和330構(gòu)成氣體分配系統(tǒng)300。這些板條由通常稱之為AIMgSi1的鋁合金(成分百分比，以重量計Si(0.7-1.3)，Mg(0.4-0.8)，F(xiàn)e(最大0.5)，Cu(最大0.1)，Mn(0.4-0.8)，Zn(最大0.2)，Ti(最大0.2)，其余成分是AI)制成，并具有7mm的厚度、100mm的寬度和900mm的長度。然而，其長度可容易地增加至3860mm，甚至更多，目前使用的最大靶極長度(152英寸)。在第一板條310中，已銑出二叉樹圖形。凹槽316呈U形并具有8mm的寬度。入口312與出口系列相連，該系列中的兩個出口用314、314′表示。上述U形凹槽的深度從8mm到0.5mm不等。該深度取決于通道的分叉層面在每個分叉處，分開支管的深度是供給支管深度的一半。這樣，氣流分離在每個分叉處基本相等，并且壓差在分叉層面之間保持相等。因此，當(dāng)入口凹槽312的深度為8mm時，出口314的深度將為0.5mm，而出口314′的深度則將為2mm。然而，為了確保氣體輸送在氣體分配系統(tǒng)的寬度上橫向均勻，還必須對各個出口之間的間距進(jìn)行調(diào)節(jié)。從上面所述很明顯，獲得上述橫向均勻性最優(yōu)選的方式是使用具有2n個出口的平衡二叉樹，其中‘n’是分叉層面的數(shù)目(優(yōu)選n大于4)。
在板條320中，已銑出兩個緩沖容積322和328。這兩個容積從入口321朝向板條中部沿著板條的橫向方向逐漸增大。凹槽，比如324被銑出，并分成具有出口327的兩個通道326，以便使氣體能膨脹進(jìn)入真空室中。
板條330形成有與板條320相連時刻入其中的通道。板條330沒有特殊的壓紋。板條320的底側(cè)同樣形成有刻入板條310的通道。這三個板條通過固定裝置，例如螺栓和螺母對340和350、340′和350′以及340″和350″彼此緊密地連接。板條310的通道用來輸送惰性氣體，而板條320的圖形結(jié)構(gòu)用來輸送活性氣體。板條320的這種雙層結(jié)構(gòu)便于在氣體分配系統(tǒng)的左右兩側(cè)之間輸送有差別的氣體。該氣體分配系統(tǒng)以橫向垂直尺寸進(jìn)行安裝，這樣使能節(jié)省空間安裝在管狀靶極附近。此外，當(dāng)沿著上述方向安裝時，堆疊的板條具有足夠的剛性，以避免氣體分配系統(tǒng)下垂。
圖4示出本發(fā)明的第二實施例，該實施例具有由不銹鋼(AISI 316)制成的3個板條410、420、440的堆疊件。板條410和440是空白的，且不具有任何壓紋或刻圖。板條420這時被切割成數(shù)塊。由于切割是按照固定寬度完成的，因此，不同分叉層面之間的氣體壓差將朝向出口遞減。在切割之后，板條420分解成若干塊，比如422、424、426；428以及430、432。這些板塊必須原位拼合在安裝板條410上，例如通過粘合。通過將板條440粘合在其他板條上面，形成通道結(jié)構(gòu)，并具有入口434和數(shù)個出口，象436。完成的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)包括U形帶孔板452，該帶孔板具有用于將氣體擴(kuò)散到設(shè)備中的狹縫450。帶孔板452可以利用例如螺釘(未示出)夾緊在裝配好的堆疊件上并與其固定。雖未示出，同樣良好的設(shè)想是用燒結(jié)金屬纖維結(jié)構(gòu)的板條來代替板452。或者金屬纖維結(jié)構(gòu)的板條可以利用帶孔板固定就位。
圖5的實施例介紹了通過板條上鉆的孔改變層面的設(shè)想以及氣體控制裝置的使用。該氣體分配系統(tǒng)包括三個板條510、520和540，它們彼此上下堆疊。氣體通過刻在板條520上的入口522進(jìn)入。鉆穿板條520的孔524將部分供給的氣體輸送到刻在相鄰板條510中的樹狀結(jié)構(gòu)512中。其他部分的氣體通過凹槽526輸送給裝在板條540上的氣體控制裝置550。所述氣體控制裝置將氣流分到凹槽528和532中。氣體控制裝置550將在圖6的注釋中進(jìn)一步予以說明。在凹槽528和532的末端，氣體通過連通孔530和534轉(zhuǎn)移至下一板條510。板條510具有三個刻圖516、512和514，每個刻圖供給一系列出口盡管由樹狀結(jié)構(gòu)512供給的中間系列出口在氣體分配系統(tǒng)中部提供穩(wěn)定的氣體供應(yīng)，但左部樹狀結(jié)構(gòu)516與右部樹狀結(jié)構(gòu)514之間的氣流平衡仍可通過氣體控制裝置550任意改變。上述連通孔的使用大大增加了氣體分配系統(tǒng)的設(shè)計靈活性，因為它使不同氣體通道的跨接變?yōu)榭赡堋?br> 現(xiàn)在借用圖6更詳細(xì)地描述圖5的氣體控制裝置550。在氣體控制裝置是葉片的情況下，至少需要兩個板條630和640來實施該氣體控制裝置。在第一板條630中，銑出彼此成120°角的三個凹槽氣體在610被供入并輸送到通道614和612中(在圖6b中從側(cè)示出，在圖6c中從頂部示出)。在第二板條640中，加工有階梯形的圓孔。在該孔中，包括圓形蓋606和120°扇形分流器件602的緊配合分流器600可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。分流器件602由滑動又可壓縮的材料制成，比如是可從“杜邦-道彈性材料”公司購買的PTFE或Hypalon。該分流器件對通道612和614的入口部分或全部堵塞，但由于是120°角設(shè)置，故用于氣體排放的總面積保持不變并等于輸送通道610的面積。因此，這種設(shè)置使輸入的氣流能分成兩個獨(dú)立的氣流，且不會改變排出氣體的總量。所述分流器利用定位環(huán)604固定就位，該定位環(huán)通過螺釘與板條640固緊、或可擰到板條640的孔中。密封圈605確保整個結(jié)構(gòu)的氣密性。于是，通過轉(zhuǎn)動分流器600，便可方便地調(diào)節(jié)輸出氣流的平衡。這種調(diào)節(jié)可以通過手動干預(yù)脫機(jī)完成，或是通過遙控電動步進(jìn)電機(jī)或遠(yuǎn)程驅(qū)動的機(jī)械齒輪和帶齒的板條裝置聯(lián)機(jī)完成。
圖8a和8b示出兩個簡單而又非常實用的聯(lián)機(jī)閥實施例。圖8a示出彼此相連的第一板條820和第二板條810。板條820具有其中以一定槽寬開槽的通道822。螺栓802被擰入板條810中并可使面朝下頂住孔812。當(dāng)螺栓被擰入螺孔中時，氣體通路被部分或完全堵塞。當(dāng)然，螺栓的直徑必須大于通道的寬度。圖8b還示出在兩個板條854與853之間形成的通道852，該通道可被轉(zhuǎn)動式螺栓856堵塞，所述螺栓與鉆穿板條853并部分進(jìn)入板條854的孔緊配合。螺栓856具有沿直徑被鉆通孔858。螺栓856利用與板條852固定的U形夾864而固定就位，所述板條852嵌入螺栓856的環(huán)形槽866中。密封圈862確保閥保持氣密性。通過用螺絲刀插入狹縫860轉(zhuǎn)動螺栓856來調(diào)節(jié)鏜孔858相對于通道852的方位，可以調(diào)節(jié)流過通道852的氣流。
圖7示出電動閥是如何在氣體分配系統(tǒng)的兩個板條710與720之間可以方便實施的。圖7a示出閥沿著圖7b中所示平面AA′的橫斷面，圖7b是閥在取下蓋730之后的頂視圖。在板條710、720的相對面上，銑有輸入通道722和輸出通道712。輸入通道722在貫穿板條720的孔723處結(jié)束。輸出通道712結(jié)束為半圓形。與該半圓形同心的環(huán)725與板條710固緊。在該環(huán)725的上部，固定有密封圈724。該密封圈由彈性且氣密性材料制成，比如是購自“杜邦-道彈性材料”公司的“Viton”。在其外輪緣具有環(huán)形皺紋的盤狀隔膜740(優(yōu)選由非常薄的不銹鋼制成)將密封圈724隔離在中立狀態(tài)。在隔膜740相對于密封圈724的區(qū)域，磁性電樞736與隔膜740相連接。該磁性電樞可以在空腔737中自由運(yùn)動，該空腔中還有少量氣體，優(yōu)選為惰性氣體，其被控制的壓力高于通過輸入通道722進(jìn)入的氣體工作壓力。通過經(jīng)導(dǎo)線734施加的電流，可以遠(yuǎn)程驅(qū)動作為蓋730一部分的電磁鐵732。蓋730利用密封圈738保持氣密性。隔膜740通過焊接或釬焊或適合此目的的其他任何方式與蓋730氣密連接。于是當(dāng)電流被施加到導(dǎo)線734時，電磁鐵732使磁性電樞736和與電樞相連的隔膜從其密封圈724座上升起。然后，氣體便可從輸入通道722流入輸出通道712。一旦消除電流，在空腔737中處于壓力下的氣體將使隔膜返回原位，從而堵塞氣體流動。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，通過使用螺旋彈簧(未示出)將隔膜740推到密封圈724上，也可以不再需要高壓、氣密性的空腔737在提供的附圖中并未示出該替換方案。蓋730還可以與720上部的另一板條形成整體。
最后兩個實施例中所描述的、在堆疊板條之上或其中形成整體的氣體控制裝置大大改善了整個系統(tǒng)的時間反應(yīng)能力。事實上，由于這時氣體的控制是在氣體使用之處附近進(jìn)行，所以因果之間的延遲大為縮小，從而產(chǎn)生更佳的過程控制。當(dāng)然，只有當(dāng)氣體控制裝置從真空室外部進(jìn)行遙控而且該控制根據(jù)等離子參數(shù)和/或通過等離子體沉積在基片上或從其上清除的涂層性能進(jìn)行時，上述優(yōu)點方可得到充分利用。
現(xiàn)提供本發(fā)明具有“附加”冷卻系統(tǒng)的另一實施例，該冷卻系統(tǒng)可以方便地安裝在到目前為止所述的氣體分配系統(tǒng)上。事實上，圖9另外示出其中已銑出單一通道914的板條910。該通道呈蛇狀形式，以便確保冷卻液與氣體分配系統(tǒng)930之間的大面積接觸。冷卻液通過入口912輸入并通過出口916排出，在此情況下作為示例，兩者都安裝在板條910的寬×長側(cè)上。此外，還夾有耐高溫墊圈920(乃至兩個墊圈更佳，彼此平行，達(dá)到雙保險)，從而避免液體滲漏到真空中。用一套螺釘922將冷卻板條900與氣體分配系統(tǒng)930牢牢固定，并與其構(gòu)成一個單獨(dú)整體。
圖10a示出另一有利的實施例。這有細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)1070安裝在兩個可旋轉(zhuǎn)靶極1050、1050′的上方。該細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)裝在頂箱1040上，所述頂箱可裝于大面積涂布機(jī)的模件1010上。設(shè)置用于惰性氣體1060和活性氣體1060′的不同進(jìn)氣裝置。圖10b、10c、10d和10e示出通道的總平面布置圖。所有的通道都在鋁合金(AIMgSi1)的單個矩形板條上銑出。在板條的一端，設(shè)有總計為5個的入口孔1080、1090、1100、1110和1120。沒有示出細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)任何一側(cè)的閉合板條。在板條長×厚的兩個側(cè)上設(shè)置出口孔。如圖10b所示，一個(長×寬)表面(為方便起見，稱之為“上”表面，盡管并不含有其具體方位)示出惰性氣體的分配樹狀結(jié)構(gòu)1082。該樹狀結(jié)構(gòu)1082是二叉樹，其在氣體分配系統(tǒng)的任一側(cè)具有兩個主要分叉?？傆嬘?2個出口孔，所有這些出口孔都與由惰性氣體輸送裝置1060′進(jìn)行供氣的單個氣體入口1080連通。在“下”表面上，銑有用于活性氣體的分配通道?；钚詺怏w通過輸送裝置1060′被輸送到四個不同的入口1090、1100、1110和1120，這四個入口與各自對應(yīng)的不同二叉樹1092、1102、1112和1122相連。每個樹狀結(jié)構(gòu)沿著細(xì)長氣體分配系統(tǒng)在各區(qū)域的任一側(cè)和在不同的區(qū)域內(nèi)發(fā)射氣體。流到各個單獨(dú)入口的氣體可以通過安裝在頂箱1040中的節(jié)氣閥進(jìn)行控制。通過將氣體導(dǎo)入板條另一側(cè)的環(huán)形孔，使通道的跨接變?yōu)榭赡?。例如，樹狀結(jié)構(gòu)1092由入口1090供給。氣體首先被導(dǎo)入經(jīng)過通道1098。板條另一側(cè)上的環(huán)形孔1096需要與惰性氣體供給樹狀結(jié)構(gòu)1082相交。于是，通道繼續(xù)通過最終結(jié)束于樹狀結(jié)構(gòu)1092的通道1094。
如本實施例進(jìn)一步詳細(xì)描述，呈圖6、7或8所述那樣形式的氣流控制裝置1093、1103、1113、1123可以容易地裝入所述細(xì)長氣體分配系統(tǒng)中。由于這些氣流控制裝置位于氣體出口樹狀結(jié)構(gòu)附近，因此便于對氣流所需變化作出快速反應(yīng)。在本實施例中，氣流控制裝置可以利用通過頂箱1040起作用的機(jī)械裝置1062、1062′、1062″、1062(1062″、1062由于被1062、1062′遮掩而不能看見)聯(lián)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這些裝置可以采取旋轉(zhuǎn)銷的形式，該銷在真空密封軸承中旋轉(zhuǎn)并與氣流控制裝置1093、1103、1113、1123相嚙合。
根據(jù)前面說明和附圖所示的論述，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以明白對所述實施例作出多種修改和替換。例如，所述實施例可以容易地設(shè)計成具有不同方位，比如便于向上噴涂而不是向下噴涂；從垂直定向靶極噴涂，而不是水平定向靶極噴涂。因此，可以理解，本發(fā)明并不限于公開的具體實施例，修改和替換實施例意味著包含在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝在等離子沉積或等離子清潔設(shè)備中的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其包括至少一個入口，以及至少一個系列的出口，所述系列出口中的每一個與所述入口之一相對應(yīng)；其特征在于，所述細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)包括堆疊的板條，所述板條具有第一側(cè)和第二側(cè)，所述側(cè)中的至少一個具有凹槽，使得當(dāng)板條彼此上下堆疊時，形成通道，所述通道將所述至少一個入口連接到所述對應(yīng)的系列出口上。
2.如權(quán)利要求1所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述凹槽被切割貫穿所述板條。
3.如權(quán)利要求1或2中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述板條中的至少一個具有孔，所述孔用于將所述板條一的側(cè)上的所述凹槽連接到板條的另一側(cè)上的凹槽上。
4.如權(quán)利要求1或3中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括氣流控制裝置，以對流經(jīng)所述通道中的至少一個的氣流進(jìn)行控制，所述氣流控制裝置被安裝在所述堆疊的板條之上或其中。
5.如權(quán)利要求4所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述氣體控制裝置通過遙控的電動驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械驅(qū)動系統(tǒng)或氣動驅(qū)動系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)。
6.如權(quán)利要求4或5中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述氣流控制裝置是閥或葉片。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述入口、所述系列出口和所述通道按照樹狀結(jié)構(gòu)構(gòu)造，所述入口對應(yīng)于所述樹狀結(jié)構(gòu)的根部，所述通道對應(yīng)于該樹狀結(jié)構(gòu)的分枝，而所述系列出口對應(yīng)于所述樹狀結(jié)構(gòu)的葉瓣。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個中間板條和兩個側(cè)板條，所述中間板條在所述第一側(cè)和所述第二側(cè)上具有凹槽，所述凹槽在所述第一側(cè)或第二側(cè)中的每一個上限定有通道，所述兩個側(cè)板條在所述第一側(cè)和所述第二側(cè)上形成所述通道。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，其中，所述出口覆蓋有擴(kuò)散氣體的帶孔金屬板或金屬纖維結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)，該系統(tǒng)還包括整體式冷卻系統(tǒng)，其中，所述側(cè)中的至少一個包括通道，所述通道由所述至少一個側(cè)上的凹槽形成，所述通道具有流體入口和流體出口，所述流體出口通過所述通道與所述流體入口相連。
11.一種等離子沉積或等離子清潔設(shè)備，該設(shè)備包括如權(quán)利要求1-10中任一項所述的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求11所述的等離子沉積或等離子清潔設(shè)備，其中，所述遙控氣流控制裝置通過來自所述等離子體或涂層性能的反饋信號進(jìn)行控制，所述涂層通過所述等離子體沉積或去除。
全文摘要
描述一種用于等離子沉積或等離子清潔設(shè)備中的細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)以堆疊細(xì)長板條的形式設(shè)備。所述板條中銑有凹槽，這些凹槽在板條彼此上下堆疊后便形成通道。這種設(shè)置是特別靈活的設(shè)計，可供精細(xì)分叉的氣體分配樹狀結(jié)構(gòu)之用。還可以在氣體分配系統(tǒng)內(nèi)部或其上裝有氣流控制裝置，比如閥或葉片。通過根據(jù)等離子體、沉積層或清潔的基片反饋參數(shù)的輸入對氣流控制裝置的驅(qū)動，實現(xiàn)氣體分配系統(tǒng)的快速反應(yīng)。此外，某些板條可用于結(jié)合冷卻回路，以便冷卻細(xì)長的氣體分配系統(tǒng)。
文檔編號H01J37/32GK101040061SQ200580034637
公開日2007年9月19日 申請日期2005年10月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月11日
發(fā)明者A·布隆迪爾, W·德博斯謝爾, P·戈德里斯, I·范德皮特 申請人:貝卡爾特先進(jìn)涂層公司