專利名稱：通過反應(yīng)沉積形成涂覆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在例如最后形成光裝置或電器裝置的基材表面上形成涂覆。其中，本發(fā)明涉及基材上高度均勻的顆粒涂覆，及可進(jìn)一步加工，在基材表面上形成玻璃及其他高度均勻涂覆的高度均勻顆粒涂覆的有效方法。
背景技術(shù)：
機(jī)械、電器及光學(xué)組件固著或整合于整體的裝置中對于材料加工的要求相當(dāng)?shù)母?。再者，整合于裝置中的獨(dú)立組件的尺寸會收縮。因此，相當(dāng)?shù)钠谂文苄纬赏坎荚诨纳系奶厥饨M合物。為了由此材料形成具高品質(zhì)光學(xué)涂覆的光學(xué)裝置，該涂覆需高度的均勻。形成這些涂覆的高度均勻材料受到矚目。
現(xiàn)今使用的光學(xué)通訊光波長為1.3至1.6微米。光學(xué)導(dǎo)波器的尺寸通常為波長的數(shù)倍。因此，光學(xué)構(gòu)造的尺寸可自數(shù)微米至約100微米。依所需的光學(xué)模式及其他因子而定。
包含以網(wǎng)絡(luò)為主的系統(tǒng)通訊及信息技術(shù)的爆炸使全球均致力于發(fā)展光纖通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以得到最大頻寬的優(yōu)點(diǎn)。光纖技術(shù)的容量可通過執(zhí)行密集波長多路傳輸技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)充。對于增加多管道的需求需執(zhí)行系統(tǒng)功能?？墒褂谜辖M件取代不連續(xù)的光組件，供給所需容量。
光學(xué)組件可如電子集成電路整合于平面晶片形基底上。通過將光學(xué)組件置于整合的晶片如硅晶圓上，許多光學(xué)組件可壓縮成極小組件。對于這些整合光學(xué)組件的大量制造，現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)如微影蝕刻及干蝕刻均可在制造工藝的適當(dāng)步驟中有利的應(yīng)用。
集成光學(xué)組件的制造需將高品質(zhì)光學(xué)材料沉積在基材表面上。再者，光學(xué)材料需視于特定的裝置。尤其，光學(xué)組件整合有遠(yuǎn)景的技術(shù)是集中在平面導(dǎo)波器的制造上。曾使用半導(dǎo)體方法，形成導(dǎo)波器，接著沉積光學(xué)材料。
光學(xué)薄膜涂覆的基本特征包含表面品質(zhì)、薄膜均勻度及光學(xué)品質(zhì)。光學(xué)品質(zhì)是指足夠小的吸收及散射損耗，以達(dá)到所需的傳輸水準(zhǔn)。光學(xué)品質(zhì)亦包含光學(xué)性質(zhì)的均勻度，如折射系數(shù)及雙折射性質(zhì)。另外，光學(xué)品質(zhì)包含干涉品質(zhì)，如芯層與包覆層間的干涉。現(xiàn)行的指標(biāo)是通過例如玻纖、平面導(dǎo)波玻璃、鈮酸鋰及InP建立。氧化硅(SiO2)適當(dāng)?shù)膽B(tài)包含玻璃，但對于其他材料單晶態(tài)具有最高品質(zhì)的光學(xué)傳輸。
針對光學(xué)材料的沉積曾使用及/或建議許多方法。這些方法包含例如火焰水解沉積、化學(xué)蒸氣沉積、物理蒸氣沉積、溶膠化學(xué)沉積、及離子植入。平面導(dǎo)波器的商業(yè)上使用較主要者為火焰水解沉積?；鹧嫠饧靶纬苫瘜W(xué)蒸氣沉積已成功的用于制造織維光學(xué)元件中所用的玻纖?；鹧嫠獬练e包含使用氫-氧火焰，使氣態(tài)前驅(qū)物反應(yīng)，形成涂覆在基材表面上的光學(xué)材料顆粒。涂覆的后續(xù)熱處理會形成一般為玻璃材料的均勻光學(xué)材料。
在制造下一代需嚴(yán)格的具有均勻度及純度的整合光學(xué)組件的主要競爭者并未建立一套明顯的途徑?；鹧嫠獬练e有效，但無法輕易的得到更均勻的涂覆?；瘜W(xué)蒸氣沉積包含將游離基、分子及/或原子沉積在基材表面上，而非顆粒?；瘜W(xué)蒸氣沉積可形成極均勻的物質(zhì)，但該工藝極緩慢。若嘗試增加其速率，則需對薄膜品質(zhì)妥協(xié)，其會降低化學(xué)蒸氣沉積法的任一優(yōu)點(diǎn)。
同時(shí)，已發(fā)展出通過激光熱解制造高度均勻次微米及納米顆粒的方法。高度均勻的顆粒為制造各種裝置所需，包含例如電池、拋光組合物、觸媒及光學(xué)顯示器的磷光體。激光熱解包含一強(qiáng)烈的光束，該光束可驅(qū)動反應(yīng)物流的化學(xué)反應(yīng)，形成高度均勻的顆粒，且在該流離開激光束后快速的終止反應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面是包括非圓形反應(yīng)物輸入、形成光路徑的光學(xué)元件、第一種基材、及與裝置相連的馬達(dá)的涂覆裝置。光路徑在反應(yīng)區(qū)處以來自反應(yīng)區(qū)的持續(xù)產(chǎn)物流路徑貫穿反應(yīng)物流路徑。基材貫穿產(chǎn)物流路徑。而且，馬達(dá)操作使第一面積材相對于產(chǎn)物流移動。
本發(fā)明另一方面是關(guān)于涂覆基材的方法，該方法包括使反應(yīng)物流反應(yīng)，將產(chǎn)物流引導(dǎo)到基材上，且相對于產(chǎn)物流移動基材，涂覆基材。反應(yīng)物流的反應(yīng)是通過在反應(yīng)物流處導(dǎo)入對焦的輻射束進(jìn)行，制造包括來自輻射樹脂的顆粒下流動的產(chǎn)物流。這些具體例中，反應(yīng)是以輻射束的能量驅(qū)動。涂覆法可加入形成玻璃涂覆的方法。玻璃涂覆是通過在足以使顆粒熔化成玻璃的溫度及時(shí)間下加熱顆粒涂覆形成。形成玻璃涂覆的方法可用于在基材表面上形成光學(xué)組件的方法中。形成光學(xué)組件的方法尚包含移除一部份玻璃涂覆，形成光學(xué)組件。
本發(fā)明的另一方面是關(guān)于涂覆基材的方法，包含產(chǎn)生反應(yīng)物流，使反應(yīng)物流反應(yīng)形成顆粒的產(chǎn)物流，且將顆粒流引導(dǎo)到基材上，其中產(chǎn)物流的流動并非以泵在基材上維持。部分具體例中，反應(yīng)物流具有與以主軸及次要軸特性化的長掌方向垂直的剖面，該主軸至少比次要軸大二倍。
另外，本發(fā)明是關(guān)于涂覆直徑超過5公分的基材的方法，該方法包括使反應(yīng)物流反應(yīng)，形成包括產(chǎn)物顆粒的產(chǎn)物流，且使顆粒流沉積。顆粒同時(shí)沉積在基材的全部表面上。部分具體例中，每小時(shí)至少約5克的顆粒沉積在基材表面上。
再者，本發(fā)明關(guān)于涂覆基材的方法，包括通過以光束驅(qū)動的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生多重產(chǎn)物流。接著，將多重產(chǎn)物流于基材上的下一位置處同時(shí)沉積在移動的基材上。
而且，本發(fā)明關(guān)于涂覆基材的方法，包括在高溫下使反應(yīng)物流反應(yīng)，形成顆粒的產(chǎn)物流，且將顆粒的產(chǎn)物流沉積在基材上。本發(fā)明尚關(guān)于制造涂覆基材的高速法，包括使反應(yīng)物流反應(yīng)形成顆粒的產(chǎn)物流，且將該顆粒的產(chǎn)物流沉積在基材上，其中，基材及顆粒流彼此相對高速移動(亦即每分鐘的速率超過約1基材)。
本發(fā)明另一方面是關(guān)于涂覆基材的方法，包括使流動的反應(yīng)物反應(yīng)，形成產(chǎn)物顆粒流，且將至少一部份產(chǎn)物顆粒沉積在基材上。顆粒的沉積是在至少約5克/小時(shí)的沉積速率下進(jìn)行。
本發(fā)明另一方面是關(guān)于涂覆基材的方法，包括使流動的反應(yīng)物流反應(yīng)，形成產(chǎn)物顆粒流，且將至少一部分產(chǎn)物顆粒流沉積在基材上。產(chǎn)物顆粒的沉積包括在至少約0.1公分/秒的速率下，使基材相對于產(chǎn)物顆粒流移動。
本發(fā)明的其他系統(tǒng)、方法、特性及優(yōu)點(diǎn)在本領(lǐng)域技術(shù)人員參考下列附圖及詳細(xì)敘述后將變得顯而易見。且本說明中包含的所有此種額外的系統(tǒng)、方法、特性及優(yōu)點(diǎn)均在本發(fā)明的范圍中，且均以隨附的權(quán)利要求保護(hù)。


圖1A為說明以1微米直徑的顆粒形成的顆粒涂覆的圖。
圖1B為說明通過使圖1A的顆粒涂覆加熱反應(yīng)形成的連續(xù)涂覆的圖。
圖1C為說明以20納米直徑的顆粒形成的顆粒涂覆的圖。
圖1D為說明通過使圖1C的顆粒涂覆加熱反應(yīng)形成的連續(xù)涂覆的圖。
圖2為在周圍氣體的條件下進(jìn)行涂覆沉積的光反應(yīng)沉積裝置簡圖。
圖3為已經(jīng)導(dǎo)管與分離的涂覆室相連的顆粒制造裝置形成的光反應(yīng)沉積裝置的簡圖。
圖4為光反應(yīng)沉積裝置簡圖，其中，顆粒涂覆是涂布在顆粒制造室中的基材上。
圖5為顆粒制造裝置具體粒的簡要剖面圖，其中，剖面是取自光輻射路徑的中段。上插圖為離開噴嘴的底部圖，且下插圖為注入噴嘴的上視圖。
圖6為將蒸氣反應(yīng)物輸送到圖5的顆粒制造裝置中的反應(yīng)物輸送裝置的簡要側(cè)面圖。
圖7為將氣溶膠反應(yīng)物輸送到圖5的顆粒制造裝置中的反應(yīng)物輸送裝置的簡要側(cè)面圖。插圖為外噴嘴的上視圖。
圖8為顆粒制造裝置另一具體例的透視圖。
圖9為圖8另一顆粒制造裝置注入噴嘴的剖面圖，該剖面是取自噴嘴中心的長度。插圖為噴嘴的上視圖。
圖10為圖8另一顆粒制造裝置的注入噴嘴剖面圖，剖面是取自噴嘴中心的寬度。
圖11為進(jìn)行高反應(yīng)性沉積的延長反應(yīng)室具體例的透視圖。
圖12為涂覆室的透視圖，其中該室的壁為透明，可觀看內(nèi)部組件。
圖13為反應(yīng)室及涂覆室具體例的剖面?zhèn)让鎴D，其中涂覆室的壓力與反應(yīng)室的差異極大。
圖14為在基材上引導(dǎo)的顆粒噴嘴透視圖，其中是移動顆粒噴嘴，以涂覆基材的不同部分。
圖15為在架設(shè)在旋轉(zhuǎn)段上的基材上引導(dǎo)的顆粒噴嘴的透視圖。
圖16為在輸送帶的基材上引導(dǎo)的顆粒噴嘴側(cè)視圖。
圖17為引導(dǎo)顆粒通過使顆粒流解焦的換能器的顆粒噴嘴透視圖。
圖18為結(jié)合顆粒制造室及涂覆室的透視圖。
圖19為將反應(yīng)物輸送到接近基材配置的反應(yīng)區(qū)中的反應(yīng)噴嘴透視圖。
圖20為取自圖19直線20-20段的裝置剖面圖。
圖21A為將反應(yīng)物沉積在接近基材表面的反應(yīng)區(qū)中的噴嘴不同具體例的側(cè)視圖。
圖21B為將反應(yīng)物沉積在接近基材表面的反應(yīng)區(qū)中的噴嘴另一不同具體例的側(cè)視圖。
圖22為在接近基材表面的反應(yīng)區(qū)中沉積反應(yīng)物的反應(yīng)物噴嘴不同具體例的透視圖，其中，反應(yīng)區(qū)是以來自線股的光線產(chǎn)生。
圖23為圖22的裝置的側(cè)視圖。
圖24為具有控制沉積厚度的光束的顆粒涂覆裝置簡要側(cè)視圖。
圖25為圖24的裝置的簡要上視圖。
圖26為使用輸送帶將具有顆粒涂覆的基材送到爐中的裝置簡要側(cè)視圖。
圖27為具有三條與三反應(yīng)室相連的顆粒導(dǎo)管的涂覆裝置簡要側(cè)視圖。
圖28為在同時(shí)將顆粒沉積在單一基材上的反應(yīng)室中產(chǎn)生的三顆粒流的簡要透視圖。
圖29為基材上的光學(xué)裝置的簡要側(cè)視圖。
圖30為在基材上結(jié)合的光學(xué)導(dǎo)波器的簡圖。
圖31為用于以氧化硅涂覆晶圓的具有移動盤，使室的內(nèi)部曝曬的加工室透視圖。
圖32為圖31的加工室的放大圖。
圖33為圖32的加工室的加工噴嘴及晶圓支撐物的放大圖。
圖34為圖31的加工室的另一具體例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是關(guān)于一種改良的涂覆方法，該方法是以輻射為基礎(chǔ)，以驅(qū)動及調(diào)節(jié)化學(xué)反應(yīng)，形成高度均勻的顆粒，且沉積在基材上形成涂覆。本發(fā)明的顆粒制造特性可截取以輻射為主的顆粒形成，尤其是使用激光熱解發(fā)展出的各組合物及工藝改善的優(yōu)點(diǎn)。如本文中所述的光反應(yīng)沉積為適合的激光熱解，將顆粒立即沉積在表面上。尤其，可使用氣態(tài)及/或氣溶膠態(tài)的廣泛反應(yīng)前驅(qū)物，且可有效的制造廣泛的高度均勻產(chǎn)物顆粒。顆粒涂覆沉積后，可將基材及涂覆加熱，將顆粒熔化成高度均勻的涂覆。所得涂覆可進(jìn)一步加工成組件，尤其是光學(xué)組件。加熱工藝可調(diào)整產(chǎn)生玻璃。
針對顆粒的制造，激光熱解裝置包含收集氣系統(tǒng)，收集后續(xù)使用的顆粒。光反應(yīng)沉積的本方法包含直接涂覆在基材上，而不需分開收集顆粒。再者，若反應(yīng)區(qū)靠近基材表面配置，則顆?？稍谂c表面接觸時(shí)加熱。因此，顆粒在于基材上形成涂覆前不需分離顆粒。
基材可為多孔或非多孔性。通常，基材為平的、堅(jiān)實(shí)且熔點(diǎn)高。基材可在沉積的過程中或之前加熱，以降低后續(xù)熔化工藝前的沉積過程中，顆粒的刺激沖擊產(chǎn)生的熱應(yīng)力，將顆粒固化成均勻?qū)?。另外，可在基材冷卻或維持在比顆粒流冷的溫度下，使熱顆粒接觸表面。本文中所述的直接涂覆法與收集在多孔過濾器上，接著使顆粒與過濾材料分離的方法不同。涂覆在基材上的顆?？蛇M(jìn)一步加工成具所需特性的均勻涂覆。
部分具體例中，反應(yīng)物流是引導(dǎo)經(jīng)過反應(yīng)區(qū)，產(chǎn)生導(dǎo)向暴露于氣體中的基材的流動。反應(yīng)區(qū)包含反應(yīng)物流與聚焦輻射束的交叉，產(chǎn)物流視同平坦的顆粒噴布。反應(yīng)區(qū)可封在室中形成噴霧噴嘴。反應(yīng)物流的壓力將產(chǎn)物流推向基材。若沉積在大氣壓下進(jìn)行，則反應(yīng)物流的壓力一般大于760噸。
另一具體例中，涂覆是在與大氣隔絕的涂覆室中進(jìn)行。涂覆室可分離但與反應(yīng)室相連，或涂覆室可以與反應(yīng)室整合，使得在與基材上形成涂覆的相同室中產(chǎn)生顆粒。針對具有分離涂覆室的具體例，涂覆室可經(jīng)導(dǎo)管與反應(yīng)室相連。泵可以與涂覆室相連，以維持經(jīng)過系統(tǒng)的整體流動的適當(dāng)?shù)膲毫?。相對的，流入室中的反?yīng)物及稀釋劑可維持該流動。為進(jìn)行涂覆，是使基材與產(chǎn)物顆粒流接觸放置。產(chǎn)物顆粒撞擊表面，同時(shí)以流動帶走留下的氣體及殘留的顆粒。
若在顆粒制造室中進(jìn)行涂覆，則輻射可以在接近開口的反應(yīng)區(qū)中，與來自輸送反應(yīng)物的噴嘴的反應(yīng)物交叉。預(yù)涂覆的基材表面正好放置在反應(yīng)區(qū)之上。反應(yīng)區(qū)與噴嘴間的反應(yīng)區(qū)與噴嘴間的距離可調(diào)整。最佳的距離可以以經(jīng)驗(yàn)估算。通常，這些具體例中，顆粒均在產(chǎn)生后短路徑沉積。
起初的涂覆工藝后，涂覆的表面上有一層顆粒。未在基材上形成顆粒涂覆，可在顆粒上涂布結(jié)合劑或其他添加劑，使顆粒涂覆穩(wěn)定。結(jié)合劑可使用各種有機(jī)聚合物。另外，結(jié)合劑或添加劑可在顆粒沉積工藝中添加。結(jié)合劑及添加劑可用于提升顆粒-基材的粘著，提升顆粒-顆粒的粘著，降低燒結(jié)溫度，形成蝕刻遮蔽，以協(xié)助后續(xù)的蝕刻，或?qū)ν扛哺杜c其他所需的特性。部分具體例中，添加劑是在熱處理步驟之前或過程中移除，使粉末固化成固態(tài)層。
其他不同的具體例中，具有顆粒涂覆的基材可加熱至熔化，且將顆粒融合成連續(xù)層。其他元素如鈦、硼、磷及鎵均可添加與降低材料的熔點(diǎn)，協(xié)助粉末固化成連續(xù)層。然而，使用納米顆?？擅黠@的降低熔點(diǎn)，而不需使用添加劑降低溶或或流動溫度。因此，納米顆粒的沉積具有優(yōu)于大顆粒沉積明顯潛在的優(yōu)點(diǎn)。
因?yàn)轭w粒的充填會導(dǎo)致相當(dāng)?shù)暮穸?，即使次納米顆粒亦然，因此涂覆的厚度因?yàn)楣袒襟E過程中的融合，一般均會收縮。例如，粉末可形成通常收縮至低于約100微米的厚至數(shù)毫米的層，接著固化成固態(tài)層。其密度會相當(dāng)程度的增加。無定型亦即玻璃涂覆或結(jié)晶涂覆均可在固化層冷卻后產(chǎn)生，一顆粒的組合物而定，以及精確的加熱及冷卻條件而定。一般室形成玻璃。因?yàn)榭尚纬傻亩嗑Р牧嫌捎谄渖⑸涠粫凶銐蚝玫墓鈱W(xué)性質(zhì)。
尤其，應(yīng)控制驟冷的速率，以產(chǎn)生具有所需性質(zhì)的固化材料。驟冷一般不要太快，因?yàn)榭焖袤E冷會造成玻璃應(yīng)力，導(dǎo)致玻璃龜裂。若驟冷太慢，則會形成使光線散射的結(jié)晶。SiO2可形成傳輸具有1.55微米波長光線的玻璃。縮然使顆粒熔化的足夠溫度相當(dāng)高，但一般是選擇加熱溫度，以避免基材熔化。
某些具體例中，是使用光反應(yīng)沉積產(chǎn)生引導(dǎo)到無孔基材上進(jìn)行涂覆的次微米或納米顆粒。光反應(yīng)沉積中，反應(yīng)物流是以強(qiáng)烈光束熱解，如激光束。雖然激光束為便利的能源，但光反應(yīng)沉積中亦可使用其他強(qiáng)烈、聚焦的光源。強(qiáng)烈光源驅(qū)動反應(yīng)，與由化學(xué)反應(yīng)本身產(chǎn)生的熱驅(qū)動的燃燒反應(yīng)不同。由光源的能量驅(qū)動的反應(yīng)即使反應(yīng)為放射亦然，因?yàn)楣饽茉谛〉姆磻?yīng)區(qū)中會使反應(yīng)完全。光反應(yīng)沉積可形成與在熱力平衡的條件下形成不同的材料相。至于離開光束的反應(yīng)物流，產(chǎn)物顆粒快速的終止反應(yīng)。
光反應(yīng)沉積在顆粒制造上成功應(yīng)用的基本特性為產(chǎn)生含有適當(dāng)化學(xué)前驅(qū)物及輻射吸收劑的反應(yīng)物流?；瘜W(xué)前驅(qū)物可為足夠的輻射吸收劑，使之不需要另外的輻射吸收劑。化學(xué)前驅(qū)物供給產(chǎn)物顆粒的原子構(gòu)成物?？筛淖兎磻?yīng)條件，產(chǎn)生具有所需化學(xué)劑量及構(gòu)造的產(chǎn)物顆粒。如下面進(jìn)一步的敘述，激光熱解已成功的用于制造各種產(chǎn)物顆粒。同樣的，使用光反應(yīng)沉積可產(chǎn)生相同的顆粒組合物。
某些具體例中，光反應(yīng)沉積裝置包含延伸的反應(yīng)物輸入口，使得顆粒留在形成反應(yīng)物產(chǎn)物流的流動片中產(chǎn)生。使用延伸的反應(yīng)物入口顆粒的管線可同時(shí)沉積。而且，可維持較高的顆粒制造速率而不需犧牲產(chǎn)物顆粒性質(zhì)或沉積均勻度的控制。因此，通過沉積顆粒管線，可更快速的進(jìn)行涂覆工藝。
光反應(yīng)沉積對于制造涂覆基材表面用的顆粒相當(dāng)有利。首先，光反應(yīng)沉積可用于制造大范圍的產(chǎn)物顆粒。因此，可以以各種方式調(diào)整涂覆的組合物。再者，光反應(yīng)沉積可以以高產(chǎn)生速率產(chǎn)生極小的顆粒。當(dāng)小顆粒涂覆在基材表面上時(shí)，會得到具有更均勻厚度的較平滑涂覆。
某些具體例中，無孔基材及產(chǎn)物顆粒流彼此相對移動，在表面上產(chǎn)生涂覆。可選擇相對移動的速率，得到所需的涂覆厚度。通常，該相對移動是通過將無孔基材放在臺架或輸送帶上達(dá)到。該臺架或輸送帶可裝上馬達(dá)且在選定的速率下移動。臺架或輸送帶的移動可使產(chǎn)物流掃過基材表面，在表面沉積顆粒的勻勻涂覆。
某些具體例中，是使產(chǎn)物顆粒流解焦，產(chǎn)生均勻的產(chǎn)物顆粒霧。顆粒噴嘴及基材間的距離夠遠(yuǎn)，使顆粒對基材不會有直接的沖量。顆?？蓢姴汲砷_放的體積，形成顆粒霧。外場如熱梯度及電場梯度均可用于將顆粒推向使顆粒凝結(jié)成涂覆的表面。外場亦可用于使顆粒束解焦形成顆粒霧。顆粒霧是在基材表面處使涂覆對基材表面的全部或所需的部分沉積。因此，可施加大均勻的涂覆而不需移動零件掃過基材。
部分具體例中，系統(tǒng)是建構(gòu)用于多基材的涂覆，而不需裝置的內(nèi)部組件與大氣接觸。例如，可將許多基材架設(shè)在臺架上。一基材涂覆完全后，臺架向前使涂覆的基材離開且裝置另一欲涂覆的基材。顆粒的產(chǎn)生可在后續(xù)基材裝置的過程中短暫的停止，或可持續(xù)顆粒的制造，但當(dāng)沉積的位置上沒有基材時(shí)，會有適量廢棄的產(chǎn)生顆粒。
相對的，基材可架設(shè)在輸送帶上。類似臺架的具體例，輸送帶相對于產(chǎn)物顆粒流移動基材，以均勻的顆粒層涂覆基材。一旦基材涂覆后，輸送帶將另一基材移入位置中，且將涂覆的基材移到另一站，于室中進(jìn)一步處理涂覆的基材。尤其，涂覆的基材可移到加熱工藝用的連續(xù)流動爐中。
至少有二機(jī)構(gòu)會導(dǎo)致表面粗糙。第一，因?yàn)椴Ａ廴谖镌诠袒瘻囟认聻檎痴{(diào)液體，因此對于熔化的玻璃可能需要長時(shí)間才可均勻的擴(kuò)散至其他區(qū)域。由于不均勻的擴(kuò)散的區(qū)域密度變化在熔融物驟冷成固體時(shí)，當(dāng)然造成表面粗糙。另外，不均勻的密度可能是由顆粒沉積工藝中工藝的不安定造成，導(dǎo)致基材表面不同的顆粒性質(zhì)。顆粒形成的改變會造成表面粗糙，因?yàn)楣袒に嚐o法消除沉積顆粒中反應(yīng)的不均勻度。因此，重要的不僅是制造小且均勻的顆粒，而且需控制工藝的安定性，以便在基材的表面上沉積這些均勻的顆粒。
以較小且更均勻的顆粒形成涂覆可在進(jìn)一步處理后產(chǎn)生更均勻的連續(xù)涂覆。此最后顯示于圖1中。參考圖1A，圖示的顯示具有1微米顆粒的單層涂覆。溶化接著冷卻后，在波長約1微米下，以約0.01微米的差異，沿著上表面形成具有皺紋的連續(xù)層，如圖1B中所示。
雖然涂覆一般是以顆粒粒徑數(shù)倍的厚度形成，但相對的結(jié)果均期望較厚的厚度。皺紋反應(yīng)顆粒的部分特性，如粒徑極均勻度，且亦可反應(yīng)與涂覆的平坦性有關(guān)的沉積工藝的均勻度。總而言之，以固體顆粒溶化形成的連續(xù)涂覆具有顆粒沉積步驟、加熱步驟及驟冷步驟。加熱步驟中形成的溶融物具有高粘度。基材存在一般限制加熱的溫度，使得無法形成快速流動形成平滑表面的高溫溶融物。
參考圖1C，是圖示的顯示以20納米顆粒形成的假設(shè)涂覆。當(dāng)融合或鍛燒形成均勻涂覆時(shí)，表面的變化低于1納米(0.001微米)至約20納米。該增加的平滑度及均勻度一般是經(jīng)由進(jìn)一步的加工步驟維持。
總言之，光反應(yīng)沉積提供一種制造各種適用于制造高品質(zhì)涂覆的涂覆材料的快速及有效的方法。當(dāng)然，為達(dá)到小、均勻顆粒的優(yōu)點(diǎn)，該沉積應(yīng)精控制，將顆粒均勻沉積在基材上。
如下列實(shí)例中所述，加熱后的氧化硅玻璃涂覆的根平均表面粗糙度(以原子強(qiáng)制顯微鏡測量)為約0.25至約0.5納米。因此，表面比通過火焰水解沉積制得者平滑，且?guī)缀跸喈?dāng)于化學(xué)蒸氣沉積制得的平滑度。通過光反應(yīng)沉積(LRD)涂布的這些平滑玻璃涂覆是通過使基材移動經(jīng)過產(chǎn)物流，在相對高沉積速率下沉積。因此，LRD經(jīng)證明為形成極高品質(zhì)玻璃涂覆的效率高且有效的方法。
對于在通過涂覆形成的基材表面上制造分立裝置或構(gòu)造，可使用各種形成圖案的方法。例如，集成電路制造的一般方法。如光微影蝕刻及干蝕刻，均可用于在沉積后形成圖案。
形成圖案之前或之后，涂覆可經(jīng)熱處理，使涂覆自不連續(xù)顆粒層轉(zhuǎn)換成連續(xù)層。部分具體例中，涂覆中的顆粒經(jīng)加熱使顆粒固化成玻璃。形成玻璃對于光學(xué)裝置的制造尤其需要。相對的，可在條件下通過加熱鍛燒顆粒形成結(jié)晶，自顆粒涂覆形成結(jié)晶涂覆。加熱及驟冷的次數(shù)可調(diào)整以改變固化涂覆的性質(zhì)。
除形成光學(xué)裝置外，通過光反應(yīng)沉積涂布的顆粒涂覆可用于各種其他的應(yīng)用中。例如，氧化鐵顆粒及碳化鐵顆粒可以與結(jié)合劑形成用于電磁遮蔽用的涂覆。這些涂覆敘述于Kambe等人的美國專利第5,938,979號，標(biāo)題為“電磁遮蔽”中，在此提出供參考。光催化涂覆是敘述于審定且共同轉(zhuǎn)讓的Kambe等人的美國專利第6,099,798號，標(biāo)題為“紫外線光保護(hù)及光催化材料”中，在此提出供參考。納米顆料涂覆的先前申請?jiān)谑褂妙w粒制造涂覆前需得到顆粒。本改良結(jié)合顆粒產(chǎn)生工藝及沉積工藝，可用于制造加于高品質(zhì)涂覆中的所需材料。
部分具體例中，顆粒是用于在基材表面上形成光學(xué)裝置。例如，可使用高氧化硅玻璃形成光學(xué)導(dǎo)波器、在硅表面上的光纖引導(dǎo)器及光學(xué)裝置引導(dǎo)器。光學(xué)導(dǎo)波器需具有與其四周的材料不同的折射系數(shù)。可沉積具有不同組合物及相對應(yīng)折射系數(shù)的層?？蓪?dǎo)入摻雜物改變折射系數(shù)。
為形成所需的特殊光學(xué)裝置，需將一層或多層的顆粒沉積在表面上。與表面接觸的層為下包覆層。芯層是置于下包覆層之上，且上包覆層置于芯層之上。其一具體例中，下包覆層及上包覆層是由SiO2形成，芯層是由摻雜的SiO2形成。層的復(fù)合材可為薄膜。
芯層可經(jīng)蝕刻形成所需的光學(xué)裝置。光微影蝕刻及其他適當(dāng)?shù)男纬蓤D案的方法均可用于對蝕刻工藝的芯層形成圖案。形成整體光學(xué)裝置的加工進(jìn)一步敘述于下。亦見于Kawachi等人的美國專利第4,735,667號，標(biāo)題為“制造混合光學(xué)集成電路的方法”，在此提出供參考。
A.顆粒的制造如上述，光反應(yīng)沉積包含使用輻射束產(chǎn)生顆粒。顆粒接著沉積在基材上。某些具體例中，當(dāng)顆粒與表面接觸時(shí)仍相當(dāng)?shù)臒幔驗(yàn)榉磻?yīng)區(qū)接近基材。光反應(yīng)沉積具有制造微米及納米顆粒的激光熱解特性。顆粒一般包含適用于后續(xù)加工成最終涂覆的結(jié)晶顆粒及/或無定型顆粒。
涂覆可在暴露于周圍氣體中的基材上進(jìn)行，或涂覆可在與周圍氣體隔離的涂覆室中進(jìn)行。若涂覆在暴露于周圍氣體的基材上進(jìn)行，則產(chǎn)生的反應(yīng)物流通常在高于大氣壓下產(chǎn)生。產(chǎn)生的顆?？芍苯右龑?dǎo)到基材上，或在高于大氣壓的壓力下經(jīng)由與反應(yīng)室分離的噴嘴引導(dǎo)。參考圖2，反應(yīng)物噴嘴50產(chǎn)生貫穿來自光源56的聚焦光束54的反應(yīng)物流52。產(chǎn)物顆粒58導(dǎo)入基材60處。基材60暴露在周圍氣壓中。可使用圖2中虛線顯示的選擇密封區(qū)62包封反應(yīng)物噴嘴50及在光束54及反應(yīng)物流52的交叉處的反應(yīng)物區(qū)。
另一具體例中，可使用光反應(yīng)沉積產(chǎn)生引導(dǎo)到涂覆裝置上的顆粒，在基材上形成涂覆。若使用分開的涂覆室，則來自反應(yīng)室的外流動會造成將顆粒引導(dǎo)至涂覆室中的導(dǎo)管。相反的，涂覆沉積可在反應(yīng)室中直接進(jìn)行。
若使用分離的涂覆室，則可使用一般的反應(yīng)室結(jié)構(gòu)。收集系統(tǒng)再以涂覆室取代。可使用適當(dāng)導(dǎo)管連接二室。參考圖3，涂覆裝置66包括反應(yīng)裝置68、涂覆室70、連接反應(yīng)裝置及涂覆裝置70的導(dǎo)管72，自涂覆室70引導(dǎo)的排出導(dǎo)管74，及與排出導(dǎo)管74相連的泵76。可使用閥78控制到泵76的流動。閥78可為例如手動針閥或自動節(jié)流閥。閥78可用于控制泵速率及相對應(yīng)的室壓力。泵76一般是直接或經(jīng)由洗滌器、循環(huán)器等抽氣至大氣壓。
若涂覆在反應(yīng)室中進(jìn)行，則反應(yīng)室的構(gòu)造一般是依據(jù)提供經(jīng)過室的適當(dāng)流動改良。尤其，該室可經(jīng)設(shè)計(jì)以符合基材可能的相對動作，及改變室中的流動方向，如下進(jìn)一步敘述。該裝置圖式顯示于圖4中。反應(yīng)/涂覆室86是與反應(yīng)供給系統(tǒng)88、輻射源90及排出口92相連。雖然來自反應(yīng)物本身的壓力可維持經(jīng)過系統(tǒng)的流動，但排出口92可以與泵94相連。
某些具體例中，來自反應(yīng)室的顆粒沖量可在基材處引導(dǎo)進(jìn)行涂覆工藝?；募邦w粒流彼此相互移動，供給基材表面的涂覆。另一基材可移入且離開流動，以處理多基材。另一具體例中，是施加強(qiáng)制力將顆粒分散成均勻的顆粒霧，使全部表面或基材表面的明顯部分均可同時(shí)涂覆。以顆粒霧為主的涂覆可在周圍氣體中、在反應(yīng)室中或在分離的涂覆室中進(jìn)行。
如下列詳述，曾設(shè)計(jì)制造商業(yè)用品質(zhì)的納米粉末用的激光熱解裝置。這些裝置可適于在分離的涂覆室中或在反應(yīng)室中形成涂覆。相對的或另外，本發(fā)明提供可依據(jù)許多因子實(shí)質(zhì)改變的顆粒制造及/或沉積速率(例如所用的起始材料、期望的反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)條件、沉積效率等，及其適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合)。因此，其一具體例中，顆粒制造的速率可在約每小時(shí)5克的反應(yīng)速率至約每小時(shí)10公斤的所需的反應(yīng)速率間改變。尤其，使用本文中所述的裝置，可在達(dá)到至少約10公斤/小時(shí)(kg/hr)的制造速率下完成涂覆，其他具體例至少約1公斤/小時(shí)(kg/hr)，其他具體例至少約25克/小時(shí)(g/hr)，且另外的具體例至少約5克/小時(shí)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解在這些詳盡制造速率間的制造速率均在本揭示中。列舉的顆粒制造速率(單位為每小時(shí)產(chǎn)生的克)包含不低于約5，10，50，100，250，500，1000，2500，5000或10000。
并非所有產(chǎn)生的顆粒均沉積在基材上。對于以基材經(jīng)產(chǎn)物顆粒層移動為主的具體例，通常沉積效率是依基材經(jīng)過具有顆粒的產(chǎn)物流的相對速度而定。在適度的基材移動相對速率下，可達(dá)到約15至約20％的涂覆效率，亦即約15至約20％的制造顆粒沉積在基材表面上。一般的最佳化可進(jìn)一步增加該沉積效率。在基材經(jīng)過產(chǎn)物顆粒流的緩慢相對移動下，可達(dá)到至少約40％的沉積效率。部分實(shí)例中，顆粒的制造速率是使得至少約5克/小時(shí)或相對或另外至少約25克/小時(shí)的反應(yīng)產(chǎn)物沉積在基材上。通常，對于可達(dá)到的顆粒制造速率及沉積效率，可得到的沉積速率至少約5克/小時(shí)，其他具體例至少約25克/小時(shí)，另一具體例至少約100克/小時(shí)至約5公斤/小時(shí)，且又另一具體例約250克/小時(shí)至約2.5公斤/小時(shí)。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本揭示含這些詳細(xì)速率間的沉積速率。列舉的顆粒沉積速率包含(單位為每小時(shí)沉積的克數(shù))不低于約5，10，25，50，100，250，500，1000，2500或5000。
相對或另外，本發(fā)明提供依涂覆基材所需的規(guī)格可實(shí)質(zhì)改變的基材與顆粒流動彼此相對的移動。因此，其一具體例中，速率可以依絕對規(guī)格測量，且可在約0.001英寸/秒至約12英寸/秒或更高間改變。再者，另一具體例中，速率可依相對于欲涂覆基材測量，且可在約1基材/分鐘至約1基材/秒間改變。
對于使用產(chǎn)物顆粒片的適當(dāng)具體例，基材移動的速率一般是在基材所需移動速率，同時(shí)得到所需涂覆均勻度的能力限制下，為選擇的沉積速率及所需涂覆厚度的函數(shù)。由于可在光反應(yīng)沉積下得到高的沉積速率，因此可輕易的達(dá)到極快的涂覆速率。這些LRD的涂覆速率比其他方法可達(dá)到的速率快很多。尤其，在約10公斤/小時(shí)的顆粒制造速率下，可將厚度約10微米的粉末于約1秒內(nèi)，沉積速率僅約2.5％(假設(shè)粉末密度為整體密度的約10％)涂覆在八英寸晶圓上。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以以簡單的幾何原理，以沉積速率、所需的厚度及基材上粉末的密度為準(zhǔn)，計(jì)算特殊的涂覆速率。
尤其，以促進(jìn)臂為準(zhǔn)設(shè)計(jì)的使基材移動經(jīng)過反應(yīng)室中的產(chǎn)物顆粒流裝置(如本文中所述)可使基材在約秒或更低的速率下直線向前移動涂覆全部八英寸晶圓。通常，依可達(dá)到快速速率的優(yōu)點(diǎn)的特別關(guān)注的具體例，基材是以至少約0.1公分/秒(cm/s)的速率涂覆，其他具體例是以至少約0.5公分/秒，其他具體例至少約1公分/秒，又依具體例約為2公分/秒至約30公分/秒，且其他具體例約5公分/秒至約30公分/秒的速率涂覆。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解涂覆速率在該詳細(xì)的速率間，且均在本發(fā)明的范圍中。
1.一般顆粒的制造對于激光熱解，反應(yīng)條件決定由光反應(yīng)沉積產(chǎn)生的顆粒品質(zhì)。光反應(yīng)沉積的反應(yīng)條件可相對精確的控制，以產(chǎn)生所需性質(zhì)的顆粒。產(chǎn)生特定類型顆粒的適當(dāng)反應(yīng)條件一般是依特殊的裝置設(shè)計(jì)而定。再者，可對反應(yīng)條件即所得顆粒間的相關(guān)性進(jìn)行某些通常性的觀察。
增加光強(qiáng)度或激光能量會增加反應(yīng)區(qū)中的反應(yīng)溫度，且使冷卻速率更快?？焖俚捏E冷速率對于制造高能量相當(dāng)有利，其無法以接近熱平衡的工藝制得。同樣的，增加室的壓力亦對于制造較高能量的構(gòu)造有利。而且，增加當(dāng)作反應(yīng)物流中的氧氣源的反應(yīng)物濃度對于制造增加氧量的顆粒有利。
反應(yīng)物流動速率及反應(yīng)物氣流的速度與顆粒尺寸成負(fù)相關(guān)，因此增加反應(yīng)物氣流速率或速度會產(chǎn)生較小的顆粒。光強(qiáng)度亦會影響粒徑，增加光強(qiáng)度對于較低熔點(diǎn)的物質(zhì)形成較大的顆粒有利，且對于較高熔點(diǎn)的物質(zhì)形成較大的顆粒有利。而且，顆粒的成長動態(tài)明顯的影響所得顆粒的粒徑。換言之，在相對相同的條件下，產(chǎn)物化合物的不同形式會自其他相形成不同粒徑的顆粒。同樣的，形成不同組合物的顆粒群的多相區(qū)中，各顆粒群一般具有其本身特殊的狹窄粒徑分布。
激光熱解變成以強(qiáng)光輻射驅(qū)動的反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，且在離開以光束界定的狹窄反應(yīng)區(qū)后需使產(chǎn)物急速驟冷。然而，該名稱在句子中有誤，強(qiáng)的、不一致但聚焦的光束可取代在中度熱條件下具高反應(yīng)性前驅(qū)物的特殊化學(xué)前驅(qū)物用的激光。因此，對于某些化學(xué)反應(yīng)，非激光光可驅(qū)動反應(yīng)。而且，反應(yīng)非為熱力熱解所稱的熱解。激光熱解反應(yīng)并非以反應(yīng)物的放射燃燒熱驅(qū)動。事實(shí)上，“激光熱解”反應(yīng)可在未看見反應(yīng)的火焰條件下進(jìn)行。同樣的，光反應(yīng)沉積的顆粒形成工藝是通過強(qiáng)聚焦的光源驅(qū)動，而非熱工藝。
光反應(yīng)沉積可以以氣相/蒸氣相反應(yīng)物進(jìn)行。許多金屬/準(zhǔn)金屬前驅(qū)物化合物均可以氣體送入反應(yīng)室中。準(zhǔn)金屬為呈現(xiàn)金屬及非金屬間的化學(xué)性質(zhì)的元素。準(zhǔn)金屬元素包含硅、硼、砷、銻、及碲。氣態(tài)輸送的適當(dāng)金屬/準(zhǔn)金屬前驅(qū)物化合物包含具有合理蒸氣壓的金屬化合物，亦即足以使所需量的前驅(qū)物氣體/蒸氣成為反應(yīng)物流所需的蒸氣壓。若需要，可對存放液體或固體前驅(qū)物化合物的槽加熱，以增加金屬前驅(qū)物的蒸氣壓。固態(tài)前驅(qū)物一般均經(jīng)加熱產(chǎn)生足夠的蒸氣壓。
載劑氣體可形成氣泡經(jīng)過液態(tài)前驅(qū)物，協(xié)助輸送所需量的蒸氣壓。同樣的，載劑氣體可通過固態(tài)前驅(qū)物，協(xié)助輸送到前驅(qū)物蒸氣。另一具體例中，載劑氣體是在送入反應(yīng)區(qū)中與前驅(qū)物蒸氣混合。輸送蒸氣用的適當(dāng)硅前驅(qū)物包含例如四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(Cl3HSi)、三氯甲基硅烷CH3SiCl3、及四乙氧基硅烷(Si(OC2H5)3，亦已知為乙基硅烷及四乙基硅烷。這些代表性前驅(qū)物化合物中的氯可以以其他鹵素取代，如溴、碘及氟。
硅材料適當(dāng)?shù)膿诫s物包含例如硼、鍺、磷、鈦、鋅及鋁。適當(dāng)?shù)呐痱榍锇缛然?BCl3)、二硼烷(B2H6)、及BH3。適當(dāng)?shù)牧浊膀?qū)物包含例如磷(PH3)、三氯化磷(PCl3)、氧基氯化磷(POCl3)及P(OCH3)3。適當(dāng)?shù)逆N前驅(qū)物包含例如GeCl4。適當(dāng)?shù)拟伹膀?qū)物包含例如四氯化鈦(TiCl4)、及異丙氧化鈦(Ti[OCH(CH3)2]4)。適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)鋅前驅(qū)物化合物包含例如二乙基鋅(Zn(C2H5)2)、及二甲基鋅(Zn(CH3)2)。具有氣體輸送適當(dāng)蒸氣壓的適當(dāng)固態(tài)鋅前驅(qū)物化合物包含例如氯化鋅(ZnCl2)。適當(dāng)?shù)囊簯B(tài)鋁前驅(qū)物包含例如丁氧化鋁(Al(OC4H9)3)。許多適用的固態(tài)、鋁前驅(qū)物化合物為市售，包含例如氯化鋁(AlCl3)、乙氧化鋁(Al(OC2H5)3)及異丙氧化鋁(Al[OCH(CH3)2]3)。
僅使用氣相反應(yīng)物會少許限制可方便使用的前驅(qū)物化合物種類。因此，可使用將含反應(yīng)物前驅(qū)物的氣溶膠導(dǎo)入反應(yīng)區(qū)中的技術(shù)。激光熱解反應(yīng)系統(tǒng)用的改良?xì)馊苣z輸送裝置是進(jìn)一步敘述于共同受讓且未審定1998.11.9申請的Gardner等人的美國專利申請編號第09/188,670號及現(xiàn)今的美國專利第6,193,936號，標(biāo)題為“反應(yīng)物輸送裝置”中，在此提出供參考。這些氣溶膠輸送裝置可適用于進(jìn)行光反應(yīng)沉積。
使用氣溶膠輸送裝置，可通過將化合物溶于溶劑中輸送固態(tài)前驅(qū)物化合物。相對的，粉末狀前驅(qū)物化合物可分散在氣溶膠輸送用的液體/分散劑中。液態(tài)前驅(qū)物化合物可以以純液體、多液體分散液或液態(tài)溶劑的氣溶膠輸送。可使用氣溶膠反應(yīng)物得到明顯的反應(yīng)物產(chǎn)出?？蛇x用溶劑/分散劑得到最終溶液/分散液的期望性質(zhì)。適當(dāng)?shù)娜軇?分散液包含水、甲醇、乙醇、異丙醇、其他有機(jī)溶劑及其混合物。溶劑應(yīng)具有所需水準(zhǔn)的純度，使得所得顆粒具有所需的純度。部分溶劑如異丙醇為來自CO2激光紅外線光的明顯吸收劑，因此若使用CO2激光當(dāng)作光源，則反應(yīng)物流中不需額外的激光吸收化合物。
若使用氣溶膠前驅(qū)物，則可通過反應(yīng)室中的光束使液態(tài)溶劑/分散液快速蒸發(fā)，使之可進(jìn)行氣相反應(yīng)。因此激光熱解反應(yīng)的基本特性不因氣溶膠的存在而改變。然而，氣溶膠的存在會影響反應(yīng)條件。下列實(shí)例中，是敘述使用氣溶膠前驅(qū)物，在反應(yīng)室中制備納米二氧化硅。因此，氣溶膠反應(yīng)物輸送的參數(shù)可進(jìn)一步敘述于下。
雖然光反應(yīng)沉積為制造平坦玻璃的另一路徑，但另外的以氣溶膠為主。首先，使用許多經(jīng)常含有C、H、O及/或N原子的溶解固態(tài)前驅(qū)物的溶劑。這些原子在大部分合成條件下經(jīng)常與受注目的物質(zhì)形成鍵結(jié)。水及其他副產(chǎn)物可或不可通過后續(xù)固化加熱工藝移除。而且，光學(xué)玻璃的形成需要高純度化學(xué)品。SiCl4經(jīng)常需要經(jīng)由許多蒸餾步驟純化，將水去除。
許多適用的固態(tài)、金屬前驅(qū)物化合物均可以自溶液以氣溶膠輸送。制造氣溶膠的適當(dāng)硅前驅(qū)物包含例如四氯化硅Si(Cl4)，其溶于乙醚中，及三氯硅烷(Cl3HSi)，其溶于四氯化碳中。適當(dāng)?shù)膿诫s物是以氣溶膠輸送。例如氯化鋅(ZnCl2)及硝酸鋅(Zn(NO3)2)均溶于水及部分有機(jī)溶劑中，如異丙基醇。同樣的，硼摻雜物可以使用硼酸銨((NH4)2B4O7)以氣溶膠輸送，其溶于水及各種有機(jī)溶劑中。
溶于溶液中的氣溶膠輸送前驅(qū)物化合物在部分具體例中的濃度大于約0.1莫耳(mol)。通常，溶液中前驅(qū)物的濃度愈大，則經(jīng)過反應(yīng)室產(chǎn)出的反應(yīng)物愈多。然而，當(dāng)濃度增加時(shí)，溶液會變得更粘稠，使得氣溶膠的顆粒尺寸大于期望的尺寸。因此，選擇溶液粘度可包含選擇適當(dāng)溶液濃度的因子的均衡。
部分具體例中，第二種反應(yīng)物當(dāng)作氧源，包含例如O2、CO、N2O、H2O、CO2、O3及其混合物。分子氧可以以空氣供給。第二種反應(yīng)物化合物在進(jìn)入反應(yīng)區(qū)前應(yīng)不會與金屬前驅(qū)物產(chǎn)生明顯的反應(yīng)，因?yàn)榇艘话銜纬纱蟮念w粒。
光反應(yīng)沉積可以以各種光學(xué)頻率，使用激光或其他強(qiáng)聚焦的輻射源(例如光線)進(jìn)行。部分具體例中，光源是在電磁光譜的紅外線部分中操作。CO2激光可用作光源。反應(yīng)物流中包含的紅外線吸收亦包含例如C2H4、異丙醇、NH3、SF6、SiH4及O3。O3可同時(shí)當(dāng)作紅外線吸收劑及氧源。輻射吸收劑如紅外線吸收劑、自輻射束吸收能量且將能量分布在其他反應(yīng)物中以驅(qū)動反應(yīng)。
一般具體例中，由光束吸收的能量會以極大的速率增加溫度，在控制的條件下會以比放熱反應(yīng)產(chǎn)生的熱多許多倍的速率產(chǎn)生熱。雖然工藝一般包含非平衡的條件，但可以以吸收區(qū)的能量為準(zhǔn)大概的敘述溫度。光反應(yīng)沉積反應(yīng)工藝與以能源起始反應(yīng)，但反應(yīng)是通過放熱反應(yīng)釋出的能量驅(qū)動的燃燒反應(yīng)器中的工藝有差異。燃燒反應(yīng)器中，并未充分的定義反應(yīng)區(qū)的范圍。反應(yīng)區(qū)大則反應(yīng)物的駐留時(shí)間長。較低的熱梯度一般存在于燃燒反應(yīng)器中。相反的，激光/光驅(qū)動反應(yīng)具有極高的加熱及驟冷速率。激光/光強(qiáng)度可經(jīng)控制使反應(yīng)條件同樣的可控。
可使用惰性遮蔽氣體以降低與反應(yīng)物室的組件接觸的反應(yīng)物及反應(yīng)物分子量。惰性氣體亦可以以載劑氣體及/或反應(yīng)調(diào)節(jié)劑導(dǎo)入反應(yīng)物流中。適用的惰性保護(hù)氣體包含例如Ar、He及N2。
適用的光反應(yīng)沉積裝置可包含與周圍環(huán)境分離的反應(yīng)室。相對的，反應(yīng)區(qū)可暴露在周圍氣體中。若反應(yīng)區(qū)暴露于周圍氣體中，則結(jié)構(gòu)相同但沒有周圍的壁。雖然持續(xù)的進(jìn)行使反應(yīng)室暴露在周圍氣體中的改良，但下列討論是針對含有反應(yīng)室的具體例。另外，若反應(yīng)室中的壓力高于周圍氣體，則反應(yīng)室可以在常壓下使產(chǎn)物顆粒引導(dǎo)到基材上。例如對于具有加長反應(yīng)物輸入口的具體例，顆粒片可在基材處引導(dǎo)。
與反應(yīng)物輸送裝置相連的反應(yīng)物入口產(chǎn)生經(jīng)過反應(yīng)室的反應(yīng)物流。光束路徑在反應(yīng)區(qū)貫穿反應(yīng)物流。通常，光源如激光是為不配置于反應(yīng)室，且光束經(jīng)過適當(dāng)?shù)囊暣斑M(jìn)入反應(yīng)室，部分具體例中，光源可謂在反應(yīng)室中。
2.分離的激光熱解裝置當(dāng)在與顆粒制造室分離的室中進(jìn)行涂覆時(shí)，激光熱解室可以以已知的設(shè)計(jì)為準(zhǔn)。反應(yīng)區(qū)后反應(yīng)物/產(chǎn)物流持續(xù)到達(dá)出口，反應(yīng)物/產(chǎn)物流于該處離開反應(yīng)室，且通到涂覆室中。可使用導(dǎo)管連接反應(yīng)室及涂覆室。
參考圖5，光反應(yīng)沉積系統(tǒng)用的顆粒制造的特殊具體例100包含反應(yīng)物輸送裝置102、反應(yīng)室104、保護(hù)氣體輸送裝置106、排污導(dǎo)管108及光源110。下述的第一種反應(yīng)輸送裝置可用于輸送專用的氣態(tài)反應(yīng)物。敘述另一用于輸送一種或多種氣溶膠反應(yīng)物的反應(yīng)物輸送裝置。
參考圖6，反應(yīng)物輸送裝置102的第一具體例112包含前驅(qū)物化合物源120。針對液態(tài)或固態(tài)反應(yīng)物，來自一或多種載劑氣體源122的載劑氣體可導(dǎo)入前驅(qū)物源120中，協(xié)助反應(yīng)物的輸送。前驅(qū)物源120可為液體容納的容器、固態(tài)前驅(qū)物輸送裝置或其他適用的容器。來自載劑氣體源122的載劑氣體可為紅外線吸收劑及/或載劑氣體。
來自前驅(qū)物源120的氣體通過在管130單一部份中合并氣體，與來自紅外線吸收劑源124、惰性氣體源126及/或第二種反應(yīng)物源128的氣體混合。氣體是在與反應(yīng)室一定的距離處合并。使得氣體在進(jìn)入反應(yīng)室104前可充分的混合。管130中的合并氣體經(jīng)過輸送管132進(jìn)入渠道134中，其是以流體與反應(yīng)物入口206相通。
第二種反應(yīng)物可自第二反應(yīng)物源138供給，其可為液態(tài)反應(yīng)物輸送裝置、固態(tài)反應(yīng)物輸送裝置、氣體圓筒或其他適當(dāng)?shù)娜萜?。如圖6中所示，第二反應(yīng)物源138藉油管130的方式將第二種反應(yīng)物輸送到導(dǎo)道132中。另外，第二種反應(yīng)物源可將第二種反應(yīng)物輸送到第二導(dǎo)管中，使二反應(yīng)物分開輸送到反應(yīng)室中，反應(yīng)物在反應(yīng)區(qū)之處或附近合并。可使用質(zhì)量流控制器146調(diào)節(jié)圖6的反應(yīng)物輸送系統(tǒng)的氣體流動。
如上述，反應(yīng)物流可包含一種或多種氣溶膠。氣溶膠可在反應(yīng)室104中或注入反應(yīng)室之前于反應(yīng)室104的外面形成。若氣溶膠在注入反應(yīng)室104之前產(chǎn)生，則氣溶膠可經(jīng)過反應(yīng)物入口導(dǎo)入，與氣態(tài)反應(yīng)物所用相比較，如圖6中的反應(yīng)物入口134。
參考圖7，可使用反應(yīng)物供給系統(tǒng)102的具體例210，將氣溶膠供給至導(dǎo)管132中。反應(yīng)物供給系統(tǒng)210包含外噴嘴212及內(nèi)噴嘴214。外噴嘴212具有上渠道216，形成導(dǎo)到外噴嘴212上方處的直角出口218的上渠道216，如圖7中的插入所示。直角噴嘴具有選擇性規(guī)格，在反應(yīng)室中產(chǎn)生所需的反應(yīng)物流。外噴嘴212包含底部的排放管220、板222。排放管220是用于移除來自外噴嘴212的冷凝氣溶膠。內(nèi)噴嘴214是以配件224與外噴嘴212固接。
噴嘴的上端可為雙孔口內(nèi)混合噴霧器226。液體經(jīng)管228飼入噴霧器中，且導(dǎo)入反應(yīng)適用的氣體經(jīng)管230飼入噴霧器中。氣體與液體的作用協(xié)助形成顆粒。
參考圖5，反應(yīng)室104包含主要室250。反應(yīng)物供給系統(tǒng)102在噴嘴252處與主要室250相連。反應(yīng)室104可加熱使表面溫度在裝置的壓力下，超過反應(yīng)物與惰性成分的混合物的霧點(diǎn)。
注入噴嘴252的終端具有使惰性遮蔽氣體通過的環(huán)狀開口254，及反應(yīng)物通過用的反應(yīng)物輸入口256(左邊較低的插圖)。在反應(yīng)室中形成反應(yīng)物流。反應(yīng)物輸入口256可為長條狀，如圖5中較低的插圖中所示。環(huán)狀開口254的直徑為例如約1.5英寸，且沿著輻射方向的寬度為約1/8英寸至約1/16英寸。遮蔽氣體經(jīng)過環(huán)狀開口254的流動協(xié)助避免反應(yīng)物氣體及產(chǎn)物顆粒散布經(jīng)過反應(yīng)室104。
管狀段260、262是位在注入噴嘴252的側(cè)邊。管狀段260、262分別包含ZnSe視窗264、266。視窗264、266直徑約1英寸。視窗264、266可為圓柱體透鏡，焦點(diǎn)長度等于室的中心至透鏡表面的距離，使光速聚焦在位于噴嘴開口的正下方處。視窗264、266可具有抗反射涂覆。適用的ZnSe透鏡是購自加州圣地牙哥的Laser Power Optics。管狀段260、262提供視窗264、266位移離開主室250，使視窗264、266似乎較不會遭到反應(yīng)物及產(chǎn)物的污染。視窗264、266是由主室250的邊緣位移約3公分。
視窗264、266是以橡膠O-環(huán)密封于管狀段260、262上，以避免周圍空氣流入反應(yīng)室104中。管狀入口268、270提供遮蔽氣體流入管狀段260、262中，以降低視窗264、266的污染。管狀輸入口268、270是與遮蔽氣體輸送裝置106相連。
參考圖5，遮蔽氣體輸送系統(tǒng)106包含與惰性氣體導(dǎo)管282相連的惰性氣體源280。惰性氣體導(dǎo)管流入環(huán)狀渠道284中，引導(dǎo)到環(huán)狀開口254。質(zhì)量流控制器286調(diào)節(jié)進(jìn)入惰性氣體導(dǎo)管282中的惰性氣體流動。若使用圖6的反應(yīng)物輸送系統(tǒng)112，則若需要惰性氣體源126亦可當(dāng)作導(dǎo)管282的惰性氣體源。參考圖5，可使用舵形氣體源280或分離的惰性氣體源，將惰性氣體供給至管268、270中。進(jìn)入管268、270中的可通過直流控制器288控制。
光源110硅晶排列以產(chǎn)生進(jìn)入視窗264且離開視窗266的光束300。視窗264、266界定經(jīng)過主室250的光路徑，在反應(yīng)區(qū)302處貫穿反應(yīng)物流。離開視窗266后，光束300沖擊動力驅(qū)動計(jì)304，其亦當(dāng)作光束的傳輸。適當(dāng)?shù)膭恿︱?qū)動劑是購自Coherent Inc.，Santa Clara，CA。光源110可為激光或強(qiáng)烈的傳統(tǒng)電源如電弧燈。部分具體例中，光源110為紅外線激光，尤其是CW CO2激光，如購自PRC Corp.，Landing，NJ的1800瓦最大電力輸出激光。
反應(yīng)物通過注入噴嘴252中的反應(yīng)物輸入口256，起始反應(yīng)物流。反應(yīng)物流通過反應(yīng)物區(qū)302，其中，反應(yīng)包含發(fā)生的金屬前驅(qū)物化合物。反應(yīng)物區(qū)302中氣體的加熱極快，大概為105℃/秒，依特定的條件而定。反應(yīng)物在離開反應(yīng)物區(qū)302后快速驟冷，且在反應(yīng)物產(chǎn)物流中形成顆粒306。工藝的不平衡性質(zhì)產(chǎn)生高均勻粒徑分布及構(gòu)造均勻度的納米顆粒。
反應(yīng)物流的路徑持續(xù)到排放噴嘴310。排放噴嘴310具有環(huán)狀開口312，如圖5之上插圖所示。環(huán)狀開口312飼入排放導(dǎo)管108。
室的壓力是以與主室相連的壓力表320監(jiān)控。制造所需氧化物用的室壓一般可在約80噸至約1000噸之間?？墒褂贸^760torr的壓力涂覆在大氣壓下的基材上。另外，來自反應(yīng)區(qū)的紅外線發(fā)射可以以寬頻的紅外線偵測器322偵測。
排放導(dǎo)管108在常壓下引導(dǎo)至涂覆室或到達(dá)基材上。適當(dāng)涂覆室的構(gòu)造進(jìn)一步敘述于下。
裝置可以以電腦350控制。通常，電腦控制光源且監(jiān)控反應(yīng)室中的壓力?？墒褂秒娔X控制反應(yīng)物及/或遮蔽氣體的流動。電腦350可整合控制反應(yīng)室、涂覆室及泵。
顆粒制造裝置的另一具體例示于圖8中。顆粒制造裝置400包含反應(yīng)室402。反應(yīng)室402的形狀為長方形平行六面體。反應(yīng)室402沿著光束以其最長的尺寸延伸。反應(yīng)室402的側(cè)面具有視窗404，使之可觀察反應(yīng)過程中的操作區(qū)。
反應(yīng)室402具有界定通過反應(yīng)室的光學(xué)路徑的管狀延伸408、410。管狀延伸408是與密封連接到圓柱體透鏡142。同樣的，管狀延伸410是以密封與管418相連，進(jìn)一步引導(dǎo)到光束消除/光計(jì)420。因此，可包封由激光416到光束消除420的全部光路徑。
輸入噴嘴426在其較低表面428處與反應(yīng)室402相連。輸入噴嘴426包含栓在較低表面428中以固動輸入噴嘴426的板430。參考圖9及10，輸入噴嘴426包含輸入噴嘴432及輸出噴嘴434。內(nèi)噴嘴432在噴嘴的上方處具有雙孔口內(nèi)混合噴霧器436。適當(dāng)?shù)臍怏w噴霧器是購自SprayingSystems，Wheaton，IL。雙孔口內(nèi)混合噴霧器436具有風(fēng)扇形狀，以產(chǎn)生薄的氣溶膠片及氣體前驅(qū)物。液體經(jīng)過管438飼入噴霧器中，且導(dǎo)入反應(yīng)室中的氣體是經(jīng)管440飼入噴霧器中。氣體與液體的交叉協(xié)助形成液滴。
外噴嘴434包含室段450、爐段452及輸送段454。室段450支撐內(nèi)噴嘴432的噴霧器。爐段452將氣溶膠及氣體前驅(qū)物引導(dǎo)到輸送段454中。輸送段450產(chǎn)生約3英寸×0.5英寸的長方形輸出口456，如圖9中所示。外噴嘴434包含排出458移除收集在外噴嘴中的任何液體。外噴嘴434是以外壁460覆蓋，形成環(huán)繞出口456的遮蔽氣體開口462。惰性氣體是經(jīng)過入口464導(dǎo)入。
參考圖8，排放噴嘴470在反應(yīng)室402的上表面處與裝置400相連。排放噴嘴470形成在常壓下引導(dǎo)到涂覆室或到基材的導(dǎo)管。
顆粒制造裝置的另依不同設(shè)計(jì)敘述于Bi等人的美國專利第5,958,348號標(biāo)題為“以化學(xué)反應(yīng)有效的制造顆粒”中，在此提出供參考。該不同設(shè)計(jì)可以以激光熱解協(xié)助制造商業(yè)品質(zhì)的顆粒。市售激光熱解裝置的另一具體例及其他適當(dāng)特性敘述于Mosso等人的未審定且讓渡的美國專利申請編號第09/362,631號，標(biāo)題“顆粒制造裝置”中，在此提出供參考。該未審定的申請中敘述的許多特性可用于光反應(yīng)沉積的顆粒制造裝置中。
高容量顆粒制造裝置的一具體例中，反應(yīng)室及反應(yīng)物輸入口是沿著光束明顯的延伸，以增加反應(yīng)物及產(chǎn)物的產(chǎn)量。上述輸送氣態(tài)反應(yīng)物及氣溶膠反應(yīng)物的具體例可適于瘦長的反應(yīng)室設(shè)計(jì)。將一或多個(gè)氣溶膠產(chǎn)生器產(chǎn)生的氣溶膠導(dǎo)入瘦長的反應(yīng)室中的另一具體例敘述于Gardner等人的共同讓渡且未審定美國專利申請編號09/188,670號，現(xiàn)今的美國專利第6,193,936號，標(biāo)題“反應(yīng)物輸送裝置”中，在此提出供參考。
通常，具有瘦長反應(yīng)室及反應(yīng)物輸入口的顆粒制造裝置是經(jīng)設(shè)計(jì)，以降低室壁的污染，增加制造容量且有效的利用資源。未達(dá)到這些目的，瘦長的反應(yīng)室提供增加的反應(yīng)物及產(chǎn)物的產(chǎn)出，而不需相對的增加無效的室體積。室的無用體積可變成對未反應(yīng)化合物及/或反應(yīng)產(chǎn)物的污染。再者，遮蔽氣體的適當(dāng)流動確保反應(yīng)物及產(chǎn)物流動的流經(jīng)過反應(yīng)室。反應(yīng)物的高產(chǎn)出使光能的應(yīng)用有效。
改良反應(yīng)室460的設(shè)計(jì)是顯示于圖11中。反應(yīng)物輸入462導(dǎo)到主室464中。反應(yīng)物輸入462一般遵照主室464的形狀。主室464包含沿著反應(yīng)物/產(chǎn)物流的輸出466，以移除粒狀產(chǎn)物、任一未反應(yīng)的氣體及惰性氣體。遮蔽氣體輸入470是位于反應(yīng)物輸入462的兩側(cè)。遮蔽氣體輸入是用于在反應(yīng)物流的側(cè)面形成惰性氣體，以抑制室壁與反應(yīng)物或產(chǎn)物接觸。瘦長反應(yīng)室464及反應(yīng)物輸入462的尺寸可針對高效率顆粒制造設(shè)計(jì)。當(dāng)使用1800瓦CO2激光時(shí)，制造陶瓷納米顆粒的反應(yīng)物輸入462的合理尺寸為5毫米至約1米。
管狀段480、482自助式464延伸。管狀段480、482支撐視窗484、486，以界定經(jīng)過反應(yīng)室460的光束路徑488。管狀段480、482可包含將惰性氣體輸入管狀段480、482中的惰性氣體輸入490、492。
輸出466使導(dǎo)管引導(dǎo)到涂覆室。并不需要改變界定反應(yīng)室至導(dǎo)管至涂覆室的傳輸規(guī)格。反應(yīng)區(qū)是位在反應(yīng)室中，且導(dǎo)管可以但并非必要包含噴嘴流方向的改變。
3.顆粒制造室外的顆粒涂覆沉積若涂覆工藝不在制造顆粒的反應(yīng)室中進(jìn)行，則產(chǎn)物顆粒會在常壓下經(jīng)過導(dǎo)管到達(dá)具有基材的分開涂覆室或涂覆區(qū)中。顆粒制造裝置的導(dǎo)管接到于涂覆室中開口的顆粒噴嘴上。涂覆室需要或不需要維持在減壓下。涂覆工藝可通過使基材及噴嘴相互移動進(jìn)行。相對的，可施加外力將顆粒分散成霧狀使之同時(shí)涂覆于全部基材上或其明顯的部分。
若室與周圍環(huán)境隔絕，則再取出涂覆的基材前可處理一或多片基材。相對的，涂覆的基材可通過空氣鎖，進(jìn)行另一工藝或回收涂覆的基材。若室的操作接近大氣壓，則涂覆的基材及新的未涂覆的基材可進(jìn)入或離開室。任一情況下，均可依自動方法進(jìn)行額外的加工如熱處理，而不需插入，或具有顆粒涂覆的基材可手動引導(dǎo)到進(jìn)一步加工的特定位置上。
參考圖12，顆粒制造裝置的導(dǎo)管500接到涂覆室502上。導(dǎo)管500在室502中的開口504處終止。部分具體例中，開口504是位在基材506的附近，使得顆粒流的衡量將顆粒直接導(dǎo)到表面上?；?06可架在臺架或其他臺面508上，使基材506相對于開口504放置。通常，涂覆室502是經(jīng)由通道510抽氣。若涂覆室維持在低于大氣壓的壓力下，則通道510一般或銜接泵512。在涂覆室502及泵512間可配置收集系統(tǒng)、過濾器或洗滌器514，以移除未涂覆在基材表面上的顆粒。可使用手動或自動閥516控制泵速率。
涂覆室可在與反應(yīng)室明顯不同的壓力下操作。達(dá)到該操作的一裝置示于圖13中。依裝置530，激光熱解室532與導(dǎo)管534連接。導(dǎo)管534銜接文氏管536。文氏管536包含與惰性氣體供給540相連的噴嘴538。噴嘴538與漸變尖的管542相接。來自噴嘴538的惰性氣體壓力在導(dǎo)管534及反應(yīng)室532中產(chǎn)生負(fù)壓，且將產(chǎn)物顆粒向下推向漸變尖管542。
漸變尖的管542與涂覆室544相接。如圖13中所示，基材546以移動的臺架通過漸變尖的管542。馬達(dá)550使臺架沿著軌道552移動。涂覆室544經(jīng)排出管554抽氣。
通常，若將集中的顆粒流輸送到涂覆室中，則基材及輸送噴嘴彼此相對移動，使顆粒流掃過基材的表面，在其表面或部分上形成涂覆。部分具體例中，顆粒噴嘴相對于固定的基材移動。參考圖14，基材570是架設(shè)在臺架572上。臺架572可固定或臺架572可移動將不同基材帶到顆粒流中。依部分具體例，臺架572包含熱控持性，使得基材570的溫度可增加或降低至期望的值。顆粒噴嘴574相對于基材570移動，將顆粒引導(dǎo)到基材上。如圖14所示，顆粒噴嘴574在中心58處相對導(dǎo)管576移動。使用馬達(dá)580以控制噴嘴574的移動。
另一具體例中，基材是相對噴嘴移動。參考圖15，顆粒噴嘴590將顆粒引導(dǎo)到臺架592。如圖15所示，臺架592上裝置四片基材594。室的臺架及尺寸相對應(yīng)改良的可移動臺架上可裝置更多或更少的基材。臺架592移動可使基材表面掃過顆粒流，且將特殊的基材594放置在噴嘴590的路徑中。如圖15所示，使用馬達(dá)使臺架592旋轉(zhuǎn)。臺架592可包含熱控特性，使臺架592上的基材溫度可分開或同時(shí)控制，如圖13中所示。
另一具體例中，是使用輸送帶使基材通過顆粒噴嘴，以及輸送新未涂覆的基材且移出涂覆的基材。參考圖16，顆粒噴嘴600是引導(dǎo)到輸送帶602上。輸送帶602包含裝馬達(dá)的滾筒604及皮帶606，但亦可使用不同的設(shè)計(jì)。輸送帶606使基材608掃過噴嘴600的開口。針對上述臺架，輸送帶602可包含熱控裝置，以調(diào)整基材的溫度至所需的值。新的未經(jīng)涂覆基材610可由通風(fēng)櫥612輸送。涂覆的基材614可以置物架616堆疊。
參考圖17，顆粒噴嘴630將顆粒送到由換能器632形成的電場中。例如，換能器632可為電源相連的板，以供給靜電場。相對的，使用電磁或永久磁場可產(chǎn)生磁場。電或磁場將顆粒分散成可相對均勻分散的霧狀。顆粒霧接著沉降于基材634的表面?；?34并不需相對噴嘴630移動，以涂覆表面。然而，基材634可架設(shè)在臺架上，使不同的基材移位。
4.合并激光熱解及涂覆室部分具體例中，涂覆是在與產(chǎn)生顆粒相同的室中進(jìn)行。在顆粒產(chǎn)生室中進(jìn)行涂覆適當(dāng)?shù)难b置圖示于圖18中。裝置650包含室652及由室652延伸的二管654、656。該具體例中，管654是與激光658相連，但可使用其他輻射源。管656在光束吸收660處終止。管654、656由室652延伸光學(xué)組件，如透鏡等，因此可降低或消除光學(xué)組件受顆粒的污染。部分具體例中，管654、656包含與惰性氣體源相連的惰性氣體輸入662、664，使惰性氣體可導(dǎo)入管654、656中，以降低污染物流入管654、656中。
反應(yīng)物導(dǎo)管670結(jié)合具有反應(yīng)物輸送系統(tǒng)的室652。適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)物輸送系統(tǒng)如上述。理論上室652可經(jīng)洗滌器抽氣至大氣壓。這些具體例中，經(jīng)過室的流動是以反應(yīng)物流維持。然而，部分具體例中，排放導(dǎo)管672與泵674相連。泵674具有直接或經(jīng)洗滌器抽氣至大氣中的排放管676。收集器、過濾器等678均可將流動導(dǎo)入泵中，以自流動中移除過大的顆粒。同樣的，可含閥以控制泵。部分具體例中，室中的壓力是在約80Torr至約700Torr之間。
室的內(nèi)部是圖示的示于圖19中。基材680相對于反應(yīng)物噴嘴682移動，如實(shí)箭頭所示。反應(yīng)物噴嘴682僅位在基材680之上。以適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)元件定義的光路徑684沿著路徑684引導(dǎo)光束。光學(xué)路徑684是位在噴嘴682及基材680間，以定義正好在基材680上方的反應(yīng)噴嘴。熱顆粒會撞擊冷卻的基材表面。剖面圖示于圖20中。當(dāng)基材掃過反應(yīng)區(qū)時(shí)，形成顆粒涂覆686。
通常，基材680可在輸送帶688上輸送。部分具體例中，輸送帶688的位置可經(jīng)調(diào)整，以改變基材686至反應(yīng)區(qū)的距離。改變基材到反應(yīng)區(qū)的距離相當(dāng)于改變顆粒撞擊基材的溫度。顆粒撞擊基材的溫度一般會改變所得涂覆的性質(zhì)及后需加工的要求，如后續(xù)的熱加工使涂覆固化?；呐c反應(yīng)區(qū)的距離可依經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，以產(chǎn)生所需的涂覆性質(zhì)。另外，支撐基材的臺架/輸送帶可包含熱控裝置，使基材的溫度可依需求調(diào)整成更高或更低的溫度。
噴嘴的另一具體例是示于圖21A中。噴嘴690包含壓力P1的中心的反應(yīng)物導(dǎo)管692。相鄰的遮蔽/冷卻氣體導(dǎo)管694是針對反應(yīng)區(qū)，相對于基材移動的下游配置。依另一具體例，基材是依與沉積條件的部分改良相反的方向移動。壓力Ps的惰性氣體是引導(dǎo)入遮蔽氣體/冷卻氣體導(dǎo)管中。壓力P2的泵導(dǎo)管696是沿著反應(yīng)物導(dǎo)管的其他面配置。室壓力為Pc。部分具體例中，壓力的大小順序如下Ps≥P1＞Pc＞P2。
反應(yīng)物留下反應(yīng)物導(dǎo)管，到達(dá)反應(yīng)物與光束交叉處或附近的反應(yīng)區(qū)。遮蔽/冷卻氣體協(xié)助防止反應(yīng)物顆粒流經(jīng)室的流動，且惰性氣體進(jìn)一步協(xié)助使基材表面上的產(chǎn)物顆粒冷卻，協(xié)助顆粒冷凝在基材上。使用泵導(dǎo)管移除未反應(yīng)的氣體、惰性氣體及任何殘留的顆粒，且使室壓力維持在所需的值。P1、P2及P5可獨(dú)立的設(shè)定。Pc是以其他壓力及室的設(shè)計(jì)決定。通常，可改變泵壓力，得到所需的室壓力值。
噴嘴的另一不同具體例是以圖21B中的剖面圖顯示。反應(yīng)物輸送噴嘴671經(jīng)過中心通道673輸送反應(yīng)物及經(jīng)過側(cè)面通道675輸送遮蔽氣體。反應(yīng)物輸送噴嘴671與包含反應(yīng)物源的輸送系統(tǒng)677相連。反應(yīng)物輸送噴嘴671經(jīng)過激光束路徑679輸送反應(yīng)物，使產(chǎn)物顆粒流到晶圓681上。晶圓681裝置在使晶圓681經(jīng)過產(chǎn)物流的可移動臺架683上。真空通道685、687是與適當(dāng)?shù)谋孟噙B，使室壓維持在所需的值。真空通道685、687是裝置在反應(yīng)物流與激光束路徑679交叉的反應(yīng)物區(qū)的側(cè)面上。惰性緩沖氣體經(jīng)過真空通道685、687間的間隙689、691及臺架引導(dǎo)。
為在反應(yīng)室中涂覆，因此需要使用為在室中的不一致光源，而非激光。參考圖22，反應(yīng)物噴嘴700將反應(yīng)物引導(dǎo)到基材702上?；?01如箭號所示般，使用臺架、輸送帶等相對于噴嘴移動。如圖22及23所示，光源704包含線性線股706、拋物面鏡708及長圓柱體透鏡710。可選擇線股706以發(fā)射高強(qiáng)度紅外光。拋物面鏡708協(xié)助收集由線股704發(fā)射的光，且引導(dǎo)射線使其與鏡的軸平行。圓柱體透鏡710依來自噴嘴700的反應(yīng)物流方向，使光聚焦在反應(yīng)區(qū)712中。相對的，光源704可以以相當(dāng)尺寸及定相的二極體激光陣列或其他發(fā)光二極體陣列取代。基材702如箭頭所示般相對于反應(yīng)區(qū)712移動。顆粒涂覆714結(jié)果。
5.顆粒制造及涂覆沉積的控制因?yàn)橹饕哪康氖钱a(chǎn)生具有改善均勻度的基材涂覆，因此達(dá)到本控制的明顯目標(biāo)包含監(jiān)控及調(diào)整工藝條件。由其可監(jiān)控二目標(biāo)。首先，可監(jiān)控反應(yīng)區(qū)中的條件，以確保制造時(shí)均勻的制造。另外，可監(jiān)控顆粒在基材上的沉積，以改善所得涂覆的均勻度及平坦度。
反應(yīng)區(qū)中產(chǎn)生的產(chǎn)物對壓力敏感。部分具體例中，是使用例如感壓器如壓力表320，如圖5中所示，或在特殊反應(yīng)構(gòu)造中使用可比較感壓器監(jiān)控反應(yīng)區(qū)中的壓力。驅(qū)物控制器如電腦350可使用回饋環(huán)，使壓力維持在可接受的范圍。壓力可通過改變與泵相連的閥，如圖3中所示的閥78的開口程度，調(diào)整泵速率或改變反應(yīng)區(qū)附近的反應(yīng)物及/或遮蔽氣體流，在電腦控制下調(diào)整。
另外，亦需要將反應(yīng)區(qū)中的熱性質(zhì)控制在期望的范圍中。例如，可將熱偵測器置于適當(dāng)?shù)奈恢?，以偵測反應(yīng)區(qū)中的能量水準(zhǔn)。為避免干擾反應(yīng)物/產(chǎn)物流，感應(yīng)器可置于遠(yuǎn)離反應(yīng)物流的壁之上或附近。然而，遮蔽氣體一般是用于限制流動，使得遠(yuǎn)離反應(yīng)物/產(chǎn)物流的感應(yīng)器溫度無法偵測反應(yīng)區(qū)處的溫度。然而，依其一具體例，偵測器包含寬頻紅外線偵測器，如圖5的偵測器，定相以自反應(yīng)區(qū)接收紅外線發(fā)射。適當(dāng)?shù)膫蓽y器包含例如紅外線光二極體。紅外線發(fā)射一般提供反應(yīng)區(qū)中溫度的精確估算，而不需與流動接觸。反應(yīng)區(qū)的溫度可通過以控制電腦控制的回饋環(huán)維持在期望的范圍中。例如，若溫度讀數(shù)相對于期望的范圍下降或上升，則可分別將激光電源調(diào)升或調(diào)降。
雖然維持顆粒制造的均勻度重要，但沉積的均勻度亦重要。若需要極平坦的涂覆，則維持一致的顆粒制造速率并不足，因?yàn)榍膀?qū)物輸送的相對小波動會導(dǎo)致不必要的涂覆變化。因此，需要偵測涂覆的沉積，以涂覆沉積直接校正基材的掃描。
參考圖24及25，沉積裝置720包含將基材724傳送經(jīng)過產(chǎn)物流726路徑的輸送帶722。低電力激光束728是在基材表面的正上方引導(dǎo)。激光束728是通過激光730產(chǎn)生，其可為例如氦/氖激光、二極體激光或任一種其他低電力激光。光束可具較成狹窄直徑，例如依毫米直徑。光束是經(jīng)配置，使得涂覆到達(dá)所需的厚度時(shí)，涂覆會阻斷光束的明顯部分。光束是以偵測器732如二極體偵測器終止，以測量到達(dá)偵測器的激光輸出。測量系統(tǒng)可為以斷路器鎖定，以改善訊號-對-雜訊，且降低來自沉積流的變化。
輸送帶722包含馬達(dá)734，如步進(jìn)式馬達(dá)或其他適用的馬達(dá)。輸送帶722及偵測器732是與控制工藝736相連。部分具體例中，輸送帶722維持在特定的位置，直到偵測器732的訊號顯示涂覆厚度達(dá)到所需值為止。偵測器的值可以通過比較偵測器的輸出與可極精確測量高度的目測系統(tǒng)的涂覆厚度調(diào)校。例如，多相構(gòu)造光測量系統(tǒng)中可使用光的投影圖案，使標(biāo)第物呈相，如Rudd等人的美國專利第6,049,384號中標(biāo)題為“使用多相構(gòu)造光的三次元呈相的方法及裝置”所述，在此提出供參考。
當(dāng)偵測器值達(dá)到所需涂覆厚度時(shí)，處理器736會對輸送帶722下指令，啟動馬達(dá)734使基材724前進(jìn)。基材724移動到另一位置，直到偵測器訊號再次顯示達(dá)到所需涂覆厚度為止。重復(fù)該工藝，直到覆蓋選擇的部分為止?；目稍诰徛倪B續(xù)速率下移動?？墒褂脗蓽y器732的測量，以調(diào)整所需的速率，使涂覆厚度維持在可接受的程度。
B.顆粒性質(zhì)各種化學(xué)顆粒(一般為固態(tài)顆粒)均可通過本文的方法制備。固態(tài)顆粒一般是以粉末沉積。特別受到注意的化學(xué)粉末包含例如碳顆粒、硅顆粒、金屬顆粒及金屬/準(zhǔn)金屬化合物，如金屬/準(zhǔn)金屬氧化物、金屬/準(zhǔn)金屬碳化物、金屬/準(zhǔn)金屬氮化物、金屬/準(zhǔn)金屬硫化物。通常，粉末包含粒徑為微米或更小范圍的細(xì)微或超細(xì)顆粒。
針對部分應(yīng)用，需要極均勻的顆粒。使用聚焦輻射的工藝特別適用于形成高均勻顆粒，尤其是納米顆粒。尤其，光反應(yīng)沉積可產(chǎn)生主要顆粒的平均粒徑低于約750納米，或約3納米至約100納米，較好約3納米至約75納米，最好約3納米至約50納米的期望顆粒。粒徑是以傳輸電子顯微鏡估算。非對稱顆粒的粒徑測量是以沿著顆粒主軸測量的平均長度為準(zhǔn)。
納米顆粒的凝聚物當(dāng)會影響涂覆品質(zhì)的因素。這些凝聚物的流動動態(tài)受其尺寸及凝聚程度影響。通常，未凝聚的顆粒更容易形成密實(shí)的涂覆。然而應(yīng)了解，過濾器上收集的顆粒的傳輸電子顯微鏡無法展現(xiàn)顆粒產(chǎn)生且離開反應(yīng)區(qū)后的顆粒凝聚具性質(zhì)的程度。許多光反應(yīng)沉積工藝中，顆粒是直接沉積而不會凝聚在驟冷的基材上。
主要的顆粒具有尺寸的高度均勻度。如上述的光反應(yīng)沉積一般會形成極狹窄范圍的粒徑。針對氣溶膠輸送光反應(yīng)沉積的反應(yīng)物，粒徑的分布對于反應(yīng)條件尤其敏感。而且，若適當(dāng)?shù)目刂品磻?yīng)條件，則以氣溶膠輸送系統(tǒng)可達(dá)到極狹窄分布的粒徑。然而，主要粒徑的廣分布若需要亦可通過控制流速、反應(yīng)物密度及光反應(yīng)沉積中的駐留時(shí)間，或使用其他流體流動反應(yīng)系統(tǒng)得到。
高度均勻的粉末中，如傳輸電子顯微鏡的檢測決定，主要顆粒的粒徑分布一般是使用至少約95％、另一具體例中至少約99％的主要顆粒直徑在大于平均粒徑的約40％，且低于平均粒徑的約60％之間。同樣的，更高度均勻的粉末中，主要顆粒的粒徑分布使得至少約95％，且另一具體例中至少約99％的主要顆粒粒徑在大于平均粒徑的約60％極低于平均粒徑的約140％之間。
再者，在具高度均勻顆粒的具體例中，最好沒有主要顆粒的平均粒徑大于平均粒徑的4倍，另一具體例為大于平均粒徑的3倍，且較好大于平均粒徑的約2倍。換言之，粒徑分布最好沒有明顯大尺寸的小數(shù)顆粒的尾部顯示。此為小反應(yīng)區(qū)的結(jié)果，相當(dāng)于顆粒的快速聚冷。有效的切除尺寸分布的尾端顯示在106中少于約1顆粒的直徑大于超過平均直徑的特殊切除值。沒有分布的尾端，且?guī)缀鯙榍蛎娴莫M窄粒徑分布對于得到高度均勻涂覆較佳。
小粒徑及顆粒均勻度賦予所得涂覆的整體均勻度。尤其，沒有明顯大于平均值的顆粒，亦即沒有粒徑分布的尾部會得到更均勻的涂覆。
另外，顆?？删哂袠O高純度的水準(zhǔn)。以上述方法制備的納米顆粒期望具有大于反應(yīng)物的純度，因?yàn)榉磻?yīng)及涂布時(shí)，結(jié)晶形成工藝會排除顆粒的污染。顆粒表面的部分雜質(zhì)可通過加熱顆粒移除。
許多類的納米顆?？赏ㄟ^激光熱解及另外通過以上述為主的光反應(yīng)沉積制備。
列舉知該納米顆粒一般特性為包括包含許多不同元素且以不同的相對比例存在的組合物，其中，數(shù)目及相對比例是以納米顆粒涂覆的函數(shù)變化時(shí)，通常不同元素的數(shù)目包含例如數(shù)目在約2至約15元素之間，且較好數(shù)目為1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14及15。通常相對比例的數(shù)目包含例如約1至約1,000,000間的值，且較佳的值為約1，10，100，1,000，10,000，100,000，1,000,000，及其適當(dāng)?shù)目偤稀?br> 另外，該納米顆粒的特性為具有下列之式AaBbCcDdEeFfGgHhIiJjKkLlMmNnOo其中A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I，J，K，L，M，N及O為獨(dú)立存在或沒有，且A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I，J，K，L，M，N及O的至少之一是獨(dú)立的選自包含元素周期表的元素，包括第1A族元素、第2A族元素、第3B族元素(包含鑭族元素及幅射性元素)、第4B族元素、第5B族元素、第6B族元素、第7B族元素、第8B族元素、第1B族元素、第2B族元素、第3A族元素、第4A族元素、第5A族元素、第6A族元素、第7A族元素；且各a，b，c，d，e，f，g，h，i，j，k，i，m，n及o是獨(dú)立的選自約1至約1,000,000間的值，且較佳的值為1，10，100，1,000，10,000，100,000，1,000,000及其總合。
例如，氧化硅納米顆粒的制造是敘述于Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/085,514，標(biāo)題為“氧化硅顆粒”中，在此提出供參考。該專利申請敘述無定型氧化硅的制造。氧化鈦納米顆粒及結(jié)晶氧化硅納米顆粒的制造敘述于未審定且共同受讓的Bi等人的美國專利申請編號第09/123,255號標(biāo)題為“金屬(硅)氧化物/碳組合物”，在此提出供參考。尤其，該申請敘述銳鈦礦及金紅石TiO2的制造。
具有摻雜物如稀土摻雜物及/或其他金屬摻雜物的無定型納米粉末及玻璃層是敘述于Home等人的未審定且共同受讓的美國臨時(shí)專利申請編號第60/313,588號，標(biāo)題為“摻雜的玻璃材料”，在此提出供參考。適當(dāng)?shù)膿诫s物包含稀土金屬，其可賦予所需的性質(zhì)改良如折射系數(shù)。粉末及玻璃層可以以復(fù)合組合物形成，包含許多無定型材料的選擇摻雜物?？墒褂梅勰┬纬晒鈱W(xué)材料等。玻璃層可通過使用光反應(yīng)沉積直接沉積均勻的顆粒涂覆，接著將粉末鍛燒成均勻的玻璃層形成。
無定型次微米及納米顆粒可以與包含稀土金屬的選擇摻雜物，使用激光熱解及其他流動反應(yīng)器系統(tǒng)制備。使用這些裝置可制備各種新穎材料。摻雜物可通過改變反應(yīng)物流的組合物在所需的化學(xué)計(jì)量下導(dǎo)入。摻雜物是導(dǎo)入適當(dāng)?shù)牟Ａ纬刹牧现?。通過適當(dāng)?shù)倪x擇反應(yīng)物流中的組合物及加工條件，可形成具有選擇的摻雜物的加入一種或多種金屬或準(zhǔn)金屬元素當(dāng)作形成玻璃主體的次微米顆粒。因?yàn)橹黧w無定型材料一般為氧化物，因此反應(yīng)物流中亦應(yīng)含氧源。反應(yīng)器中的條件應(yīng)足以氧化，產(chǎn)生氧化物材料。同樣的，可使用光反應(yīng)沉積形成具有包含例如稀土金屬的摻雜物及/或摻雜物組合物的復(fù)合摻合物的高度均勻玻璃涂覆。
部分金屬/準(zhǔn)金屬氧化物對于光學(xué)應(yīng)用及/或鍛燒成均勻玻璃層的能力尤其重要。摻雜用的適當(dāng)形成玻璃形成主體氧化物包含例如TiO2、SiO2、GeO2、Al2O3、P2O5、B2O3、TeO2及其結(jié)合物與混合物。雖然磷位在周期表中金屬元素的附近，但一般均視同準(zhǔn)金屬元素。然而，型態(tài)為P2O5的磷如同部分準(zhǔn)金屬氧化物，為良好的玻璃形成物，且摻雜態(tài)P2O5可具有所需的光學(xué)性質(zhì)。為方便起見，包含申請專利范圍的文中，磷亦視同準(zhǔn)金屬元素。
可導(dǎo)入摻雜物以改變無定型顆粒及/或所得玻璃層的性質(zhì)。例如，可導(dǎo)入摻雜物以改變玻璃的折射系數(shù)。針對光學(xué)的應(yīng)用，可改變折射系數(shù)，形成以選擇的頻率范圍的光操作的特殊光學(xué)裝置。亦可導(dǎo)入摻雜物以改變物質(zhì)的加工性質(zhì)。尤其，部分摻雜物改變流動溫度、亦即玻璃轉(zhuǎn)移溫度，使玻璃可在低溫下加工。摻雜物亦可在材料中作用。例如，部分的摻雜物可導(dǎo)入以提升其他摻雜物的溶解度。稀土金屬摻雜物對于所得摻雜物質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)改良為必要。稀土金屬摻雜的玻璃是用于制備光學(xué)放大器。
特別受到關(guān)注的顆粒包含與許多摻雜物形成光學(xué)玻璃的無定型組合物。部分具體例中，摻雜物為稀土金屬。因?yàn)橄⊥两饘倏筛牧疾牧系墓鈱W(xué)性質(zhì)，因此特別需要。若顆粒鍛燒成玻璃層則所得材料的折射系數(shù)受到稀土金屬摻雜物以及其他摻雜物的影響。另外，稀土金屬摻雜物會影響光學(xué)吸收性質(zhì)，在制造光學(xué)放大器及其他光學(xué)裝置時(shí)會改變材料的應(yīng)用。稀土金屬包含周期表IIIb族的過渡金屬。尤其，稀土金屬元素包含Sc、Y及鑭系。其他適用的摻雜物包含放射系元素。針對光學(xué)玻璃，用作摻雜物特別受到注目的稀土金屬元素包含例如Er，Yb，Nd，La，Y，Pr及Tm。適當(dāng)?shù)南⊥两饘贀诫s物包含例如Bi，Sb，Zr，Pb，Li，Na，K，Ba，W及Ca。
為形成均勻玻璃層，可鍛燒一層無定型顆粒。為鍛燒玻璃，可使粉末加溫至超過其流動溫度。在這些溫度下，粉末加密形成均勻的玻璃材料層。將摻雜物加于顆粒中會使摻雜物直接分布在密實(shí)的材料中，形成粉末沉積。
材料的加工在所需光學(xué)裝置的設(shè)計(jì)中仍需特殊的考量。例如，組合物及材料的性質(zhì)如密度，均經(jīng)調(diào)整以得到具有所需折射系數(shù)的材料。同樣的，材料的熱膨脹及流動溫度需與使材料形成單經(jīng)集成結(jié)構(gòu)的合理加工方法相符。固化的光學(xué)材料可具有良好的光學(xué)性質(zhì)，如光經(jīng)過材料傳輸而不會造成不必要量的損耗。另外，該材料需在合理?xiàng)l件下加工，形成整體光學(xué)電路或電子光學(xué)電路的整體裝置。同樣材料的限制對于形成現(xiàn)有集成電子裝置會有問題。
摻雜的玻璃是用于制造光學(xué)裝置。使用本文中所述的技術(shù)，摻雜的玻璃可調(diào)配成平面玻璃裝置。摻雜物可改變特別適用于特殊光學(xué)應(yīng)用的材料的光學(xué)性質(zhì)。稀土金屬摻雜的玻璃尤其適用于形成光學(xué)放大器。放大器材料受到與光學(xué)材料橫向耦合的泵光訊號激發(fā)。泵光激發(fā)稀土金屬摻雜的材料。在比泵訊號低的頻率下通過光學(xué)材料的光學(xué)輸入是以激發(fā)的發(fā)射放大。因此，使用泵光的能量使輸入的光訊號放大。
尤其，形成納米氧化錳顆粒。這些顆粒的制造是敘述于Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/188,770號，標(biāo)題為“金屬氧化物顆?！敝?，在此提出供參考。該申請敘述MnO、Mn2O3、Mn3O4及Mn508的制造。
而且，氧化釩納米顆粒的制造是敘述于Bi等人的美國專利第6,106,798號中標(biāo)題為“氧化釩納米顆?！?，在此提出供參考。同樣的，已制成銀釩氧化物納米顆粒，如Home等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號09/246,076號，現(xiàn)今的美國專利6,225,007及Reitz等人的09/311,506號，二者的標(biāo)題均為“金屬釩氧化物顆?！?，二者均在此提出供參考。
再者，鋰鎂氧化物納米顆粒已由激光熱解伴隨或未進(jìn)行后續(xù)的熱加工制造，如Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/188,768號標(biāo)題為“復(fù)合金屬氧化物顆?！奔癒uw等人的09/334,203號標(biāo)題為“制造三相顆粒的反應(yīng)方法”，及Home等人的美國專利第6,136,287號，標(biāo)題為“鋰鎂氧化物及遮蔽物”，該三專利均在此提出供參考。
氧化鋁納米顆粒的制造是敘述于Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/136,483號標(biāo)題為“氧化鋁顆粒”，在此提出供參考。尤其，該申請揭示γ-Al2O3的制造。通過激光熱解/光反應(yīng)沉積。伴隨摻雜結(jié)晶及無定型氧化鋁形成δ-Al2O3及θ-Al2O3是敘述于Chiruvolu等人的未定且共同受讓的美國專利申請編號第09/969,025號，標(biāo)題為“氧化鋁粉末”，在此提出供參考。無定型氧化鋁材料可以與其他玻璃形成劑并用，如SiO2及/或P2O3。例如，形成光學(xué)玻璃的氧化鋁的適當(dāng)金屬氧化物摻雜物包含氧化鈰(Cs2O)、氧化銣(Rb2O)、氧化鉈(Tl2O)、氧化鋰(Li2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、氧化鈹(BeO)、氧化鎂(MgO)、氧化鈣(CaO)、氧化鍶(SrO)、及氧化鋇(BaO)。玻璃摻雜物會影響例如折射系數(shù)、燒結(jié)溫度及/或玻璃的孔隙度。紅外線發(fā)射器的適用金屬氧化物摻雜物包含例如氧化鈷(Co3O4)。
另外，氧化錫納米顆粒已由激光熱解制造，如Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/042,227號，現(xiàn)今的美國專利第6,200,674號，標(biāo)題為“氧化錫顆?！?，在此提出供參考。氧化鋅納米顆粒的制造是敘述于Reitz等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/266,202號，標(biāo)題為“氧化鋅顆?！保诖颂岢龉﹨⒖?。尤其敘述氧化鋅納米顆粒的制造。
次微米及納米顆粒及相對應(yīng)的稀土金屬氧化物顆粒、稀土摻雜的金屬/準(zhǔn)金屬氧化物顆粒、稀土金屬/準(zhǔn)金屬硫化物及稀土摻雜的金屬/準(zhǔn)金屬硫化物均敘述于Kumar等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/843,195號，標(biāo)題為“高度發(fā)光的磷顆粒”，在此提出供參考。形成磷的適當(dāng)主材料包含例如ZnO，ZnS，Zn2SiO4，SrS，YBO3，Y2O3，AI2O3，Y3Al5O2及BaMgAl14O23。列舉的當(dāng)作摻雜物使磷顆?；罨姆窍⊥两饘侔珏i、銀及鋁。列舉的形成金屬氧化物磷的稀土金屬包含例如銪、鈰、鋱及鉺。通常，使用重金屬離子或稀土離子當(dāng)作磷的活化劑。對于磷的應(yīng)用，顆粒一般為結(jié)晶。
鐵、氧化鐵及碳化鐵的制造是敘述于Bi等人的標(biāo)題為“通過CO2激光熱解制造的非結(jié)晶α-Fe、Fe3C及Fe7C3”J.Mater.Res.Vol.8，No.71666-1674(July 1993)，在此提出供參考。銀金屬納米顆粒的制造是敘述于Reitz等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/311,506號，標(biāo)題為“金屬釩氧化物顆?！保诖颂岢龉﹨⒖?。以激光熱解制造的納米顆粒是敘述于Bi等人的標(biāo)題為“由激光熱解制造的納米碳黑”，J.Mater，Res.Vol.10，No.II，2875-2884(Nov.1995)，在此提出供參考。
以激光熱解制造硫化鐵(Fe1-xS)納米顆粒是敘述于Bi等人的材料研究協(xié)會討論的會議記錄(Material Research Society SymposiumProceedings)vol.286，p.161-166(1993)中，在此提出供參考。激光熱解制造硫化鐵的前驅(qū)物為五碳酰鐵(Fe(CO)5)及硫化氫(H2S)。
氧化鈰可使用上述的激光熱解制造。氣溶膠輸送適用的前驅(qū)物包含例如硝酸鈰(Ce(NO3)3)、氯化鈰(CeCl3)、及草酸鈰(Ce2(C2O4)3)。同樣的，氧化鋯可使用上述激光熱解裝置制備。氣溶膠輸送適用的鋯前驅(qū)物包含例如鋯酰氯(ZrOCl2)及鋯酰硝酸鹽(ZrO(O3)2)。
片狀電容器的介電材料涂覆沉積物是敘述于Bryan的未審定且共同受讓的美國臨時(shí)專利申請編號第60/312,234號，標(biāo)題為“形成片狀電容器的反應(yīng)性沉積”，在此提出供參考。特別適用的劑電材料包含視情況與其他金屬氧化物混合的鈦酸鋇(BaTiO3)主體。其他適合加于具有適當(dāng)摻雜物的陶瓷片狀電容器中的介電氧化物包含例如SiTiO3，CaTiO3，SrZrO3，CaZrO3，Nd2O3-2TiO3及La3O3-2TiO2。
硅酸鋁及鈦酸鋁的三元納米顆粒的制造可通過激光熱解，接著進(jìn)行與銀釩氧化物納米顆粒(敘述于Reitz等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/311,506號，標(biāo)題為“金屬釩氧化物顆?！?，在此提出供參考)相同的制造進(jìn)行。制造硅酸鋁適用的前驅(qū)物針對蒸氣輸送為氯化鋁(AlCl3)及四氯化硅(SiCl4)的混合物，針對氣溶膠輸送為四(N-丁氧基)硅烷與異丙氧化鋁(Al(OCH(CH3)2)3)的混合物。同樣的，制造鈦酸鋁適用的前驅(qū)物針對氣溶膠輸送為硝酸鋁(Al(NO3)3)及溶于硫酸中的二氧化鈦(TiO2)粉末的混合物，及異丙氧化鋁與以丙氧化鈦(Ti(OCH(CH3)2)4)的混合物。
伴隨具有錯(cuò)合陰離子的金屬/準(zhǔn)金屬化合物的次微米及納米顆粒的形成是敘述于Chaloner-Gill等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/845,985號，標(biāo)題為“磷酸鹽粉末組合物及與錯(cuò)合陰離子形成顆粒的方法”，在此提出供參考。適用的錯(cuò)合陰離子包含例如磷酸鹽、硅酸鹽、及硫酸鹽。組合物可包含多金屬/準(zhǔn)金屬元素。
激光熱解制備碳化硅及氮化硅是敘述于Reitz等人的未審定且共同受讓的美國專利申請編號第09/433,202號，標(biāo)題為“顆粒分散液”，在此提出供參考。
涂覆在與制造顆粒相同的室中進(jìn)行的具體例中，反應(yīng)區(qū)可接近基材表面。這些具體例中，可使顆粒在仍熱時(shí)撞擊基材表面。由于顆粒的溫度，因此與表面接觸時(shí)可能變形且可能融合。通過使基材加熱可提升變形及融合。該變形及融合可協(xié)助涂覆后續(xù)固化成均勻的表面。因?yàn)榧訜岬念w粒在其成形前并未明顯冷卻，因此無法以固體顆粒充分特性化。所用的“顆?！币辉~一般包含高溫下的熔融液滴或未完全驟冷的柔軟顆粒以及完全冷卻的固態(tài)顆粒。
C.顆粒沉積法及顆粒涂覆的加工顆粒沉積的基本工藝已于上面詳述?？筛淖兺扛蔡匦砸赃_(dá)到特殊目的。尤其，涂覆可在表面的不同位置處改變。另外，可在控制下沉積多層顆粒。
首先，顆粒涂覆可涂布在基材的全部表面上或僅基材的部分，例如使用遮蔽。上述程序適用于將涂覆涂布在所需的區(qū)，例如通過使基材相對于顆粒噴嘴掃過，使得僅所需部分的基材掃過噴嘴。
同樣的，涂覆可形成均勻的厚度，或基材的不同部分可以以不同厚度的顆粒涂覆。不同的涂覆厚度可通過改變基材相對于顆粒噴嘴的掃過速度，或使接受較厚顆粒涂覆的基材部分進(jìn)行多次掃過涂布。顆粒組合物同樣的可在基材的不同部分改變。此可通過例如在涂覆制成中改變反應(yīng)物流，或通過在基材的不同部位進(jìn)行多重部分涂覆的掃過進(jìn)行。
沉積工藝中的基材溫度可經(jīng)調(diào)整以達(dá)到特殊的目的。例如，基材可在沉積工藝中冷卻，因?yàn)橄鄬涞幕目稍谄浔砻嫔喜蹲筋w粒。然而，部分具體例中，基材在沉積工藝的過程中加熱至約500℃。顆粒的粘覆對加熱的基材較佳。另外，若先在加熱的基材上形成涂覆，則顆粒會撞擊且融合在加熱的基材上，使之協(xié)助涂覆形成融合的玻璃或其他材料的后續(xù)固化。
通常，若需要，顆粒涂覆厚度可在粒徑及裝置尺寸的實(shí)際限制中變薄或變厚。當(dāng)然，最小的厚度為單層的顆粒。由實(shí)務(wù)的觀點(diǎn)，并不亦將單層顆粒直接均勻的涂覆在基材上。因此，部分具體例中可均勻涂覆超過平均粒徑約五倍的厚度。另一方面，涂覆可在一定厚度下涂布，唯一限制為在增加厚度需更多的時(shí)間。部分具體例中，熱處理將材料固化成單一層之后的涂覆厚度一般至少約100納米。
顆粒涂覆是通過相對弱的力量合在一起。然而，對于部分的應(yīng)用，涂覆的表面可以依該形式使用。對于大部分的應(yīng)用，顆粒涂覆進(jìn)行額外的加工。部分具體例中，是將結(jié)合劑直接添加于顆粒涂覆中，使涂覆安定。結(jié)合劑可為例如有機(jī)聚合物材料如聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯、聚丙烯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯酸酯、乙烯-丙烯-二烯單體共聚物(EPDM)及其混合物及共聚物。結(jié)合劑可以以例如在溶劑中的聚合物溶液添加?？墒褂锰砑咏Y(jié)合劑后蒸發(fā)的揮發(fā)性溶劑。另外，聚合物結(jié)合劑可自聚合物冷卻固化后，以熔融噴霧在具有聚合物的涂覆上。無機(jī)結(jié)合劑如金屬及金屬化合物均可通過蒸氣沉積技術(shù)沉積在顆粒涂覆上。
部分具體例中，可將涂覆經(jīng)熱處理。熱處理可使顆粒熔化或融合且導(dǎo)致涂覆材料密實(shí)，亦即密實(shí)化。顆粒的融合一般是指固化。充分的加熱可導(dǎo)致涂覆中基本上為均勻的材料。通常，加熱是在使顆粒溶化成粘稠液體的條件下進(jìn)行。由于粘度高，因此材料在基材表面不會明顯的流動。在較高溫下加工以降低溶融物的粘度會造成基材不必要的熔化，使組合物在層間或基材選動區(qū)域的流動間移行。在期望的加熱條件下，會在所得涂覆的表面上發(fā)現(xiàn)部分留下的顆粒特性，即使材料的涂覆厚度基本上均勻。
適當(dāng)?shù)募庸囟燃皶r(shí)間一般是依顆粒的組合物而定。納米級的小顆粒通?？稍谳^低溫度及/或較短的時(shí)間下加工，因?yàn)榧{米顆粒的熔點(diǎn)相較于整體材料為低。另外，熱處理可移除不必要的雜質(zhì)及/或改變材料的化學(xué)計(jì)量及結(jié)晶構(gòu)造。例如可通過熱處理移除碳雜質(zhì)。
對于通過火焰熱解沉積形成的二氧化硅，發(fā)現(xiàn)在氮?dú)庵校?050℃下熱處理20小時(shí)或更久可降低玻璃材料中OH基形式的氫含量。見Tokimoto等人的美國專利第4,038,370(專利′370)號，標(biāo)題為“高純度玻璃質(zhì)氧化硅的制法”，在此提出供參考。如′370專利中所述，基材是在火焰的四周涂覆，使得熔融的顆粒直接沉積在基材上，形成連續(xù)材料而非顆粒涂覆。若火焰熱解形成后沉積顆粒，則顆?？稍?500℃的氧氣中加熱將顆粒燒結(jié)。例如見Keck等人的美國專利第3,934,061號標(biāo)題為“形成平面光學(xué)導(dǎo)波的方法”，在此提出供參考。曾建議燒結(jié)氧化硅顆粒包含在約500℃的低溫下的加熱步驟，接著逐漸加熱至1100℃的較高溫，使OH基更少。見Kilian等人的美國專利第5,622,750號，標(biāo)題為“制造平面導(dǎo)波的氣溶膠方法”，在此提出供參考。通常，通過光反應(yīng)沉積制造的較小顆?？稍谳^低溫下加熱，達(dá)到相同的結(jié)果。
針對氧化硅納米顆粒的加工，顆粒涂覆可加熱至1200℃的溫度。然而，發(fā)現(xiàn)通常納米級粉末的熔化溫度低于相對的整體材料及較大的顆粒。因此，對于納米顆粒一般可使用較低的熔化溫度，但亦可使用相比較的熔化溫度，通過改善納米顆粒的熔化得到較大的表面平滑度。
熱處理可在適當(dāng)?shù)暮嫦渲羞M(jìn)行。其可能需要針對氣體的壓力及/或組合物控制烘箱中的氣體。適用的烘箱包含例如氣體流經(jīng)管的感應(yīng)爐或管爐。熱處理可在自涂覆室移出涂覆的基材后進(jìn)行。另一具體例中，熱處理是與涂覆工藝結(jié)合，使得加工步驟可依自動方式在裝置中依序進(jìn)行。
例如，參考圖15，加熱元件可加在臺架592的基礎(chǔ)上，使得顆粒涂覆的基材可由底部加熱，同時(shí)以顆粒涂覆其他基材。熱處理可在涂覆室中使用天然氣進(jìn)行。另外，若泵的容量足以防止氣體明顯的流入涂覆室中，則亦可通過在基材處導(dǎo)入氣流，改變加熱基材的區(qū)域環(huán)境。
其他具體例中，具顆粒涂覆的基材移動到可均勻加熱的裝置其他部位。此可通過例如以輸送帶進(jìn)行，如圖16所示。參考圖26，涂覆裝置740包含將基材自抽氣室744輸送通過顆粒噴嘴746的輸送帶742。輸送帶742可包含滾筒750及皮帶752或其他可匹配的構(gòu)造。顆粒涂覆754是在顆粒噴嘴746處置于基材756上。
輸送帶742將顆粒涂覆的基材帶到烘箱758中。烘箱758可以與涂覆室760相同的氣體相通，或烘箱758可具有分開的環(huán)境控制。例如，涂覆的基材可通過空氣到達(dá)烘箱758。相對的，若烘箱758與泵相連，則可使所需的氣體流入烘箱中。部分具體例中，泵以足夠的速率將氣體直接導(dǎo)入烘箱中，以避免不期望的量流入涂覆室760及/或反應(yīng)室中。在烘箱中加熱后，可依與烘箱760設(shè)計(jì)相符的方式收集熱處理過的基材762。
針對許多應(yīng)用，需要涂布具有不同組合物的多重顆粒涂覆。這些多重顆粒涂覆可在欲涂布基材的x-y平面相互相鄰排列(例如與相對于產(chǎn)物流動的基材移動方向垂直)，或在欲涂覆基材的z平面交互堆疊，或以相鄰或堆疊層的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合。各涂覆均可涂布所需厚度。例如，部分具體例中，氧化硅及摻雜的氧化硅可沉積在不同層中。尤其，具不同組合物的層彼此可交互沉積，或另外一片接一片，如層A及層B形成AB。其他具體例中，可沉積超過二層且各層的組合物不同，如以三順序(例如將一層堆疊在另一層之上，或彼此相鄰或相鄰且堆疊)層ABC，沉積層A、層B及層C。同樣的，可形成具不同組合物的另一后續(xù)層，如ABABAB...或ABCABCABC....。
針對許多應(yīng)用，涂布具有不同組合物的多重顆粒涂覆的期望度(例如彼此相鄰或堆疊在另一層之上)可以以涂布基材的功能性需求建議。因此，例如在光學(xué)的應(yīng)用中，需要涂布具不同組合物的多重涂覆，以達(dá)到一或任一種下列功能性的二或多種的適當(dāng)結(jié)合光學(xué)波導(dǎo)/導(dǎo)管/纖維(例如Bragg柵格)、光學(xué)衰減器、光學(xué)分離/耦合器、光纖、光學(xué)開關(guān)、光學(xué)放大器、光學(xué)偏極化器、光學(xué)鏡/反射器、光學(xué)相減速器、及光學(xué)偵測器。各該光學(xué)功能的適當(dāng)顆粒涂覆材料可選自上述討論的這些顆粒。
具多重顆粒涂覆的材料可在各層沉積后或多層沉積后，或其二結(jié)合后熱處理。最適的加工順序一般依材料的熔點(diǎn)而定。然而，通常復(fù)合層的熱處理及固化可同時(shí)進(jìn)行。若加熱溫度選在合理的值，則熔化的材料仍足夠粘稠，使諸層在其邊緣不會融合不必要的量。層稍融合一般不會影響效能，尤其是若層比最小的要求稍厚。
光反應(yīng)沉積(LRD)尤其適合經(jīng)由熱處理同時(shí)固化的多顆粒層的涂布方法。由于以LRD方法可能的均勻度，因此可沉積多層而無須達(dá)到無法接受的表面平滑度。
另外，具有不同組合物的多重材料可通過激光熱解同時(shí)制造，且依順序方式同時(shí)沉積在基材上。例如，參考圖27，三激光反應(yīng)室770，772，774沿著三導(dǎo)管776，778，780將顆粒引導(dǎo)到基材782上。反應(yīng)室可經(jīng)建構(gòu)產(chǎn)生具有與其他反應(yīng)室不同組合物或相同組合物的顆粒。因此，基材可以以一、二或三與該具體例不同的組合物涂覆。若制造二不同材料，可在由相同材料形成的二層之間或與其相鄰。當(dāng)基材782沿著輸送帶784移動時(shí)，會依序沉積來自導(dǎo)管776，778，780的顆粒。顆?？赏瑫r(shí)沉積，使所有三類的顆粒在基材通過導(dǎo)管時(shí)一次沉積。
另外，多重顆粒流可在單一反應(yīng)室中同時(shí)沉積。參考圖28，反應(yīng)室790包含導(dǎo)向基材798的三反應(yīng)物流792、794、796。部分具體例中，各反應(yīng)流包含遮蔽氣體的覆蓋物，使三反應(yīng)以遮蔽氣體相互分離。三激光速800、802、804是分別在反應(yīng)物流792、794、796處引導(dǎo)，驅(qū)動三種分開的反應(yīng)。當(dāng)基材798在輸送帶806上移動時(shí)，基材798依序已由反應(yīng)物流792、794、796產(chǎn)生的顆粒涂覆。反應(yīng)可同時(shí)進(jìn)行，使基材通過一次即以三種反應(yīng)產(chǎn)物涂覆。反應(yīng)物流可具有與其他反應(yīng)物流相同或不同的組合物。
圖27及28中，二具體例是針對多顆粒層的同時(shí)沉積敘述。以上述的敘述為準(zhǔn)，可直接進(jìn)行這些具體例的許多改變。
在沉積另一顆粒層之前需蝕刻或另外處理一或多層熱處理的層，如下列對于形成平面波導(dǎo)的進(jìn)一步敘述。處理順序一般受欲形成的裝置及裝置的基材影響。
D.光學(xué)裝置形成雖然本文所述的涂覆可具有如上述的各種用途，但最感興趣者為在基材表面上形成光學(xué)裝置。沿著光學(xué)裝置控制光的前進(jìn)需改變相鄰材料間的折射系數(shù)。裝置可通過具有與相鄰材料不同折射系數(shù)的材料的邊界區(qū)分，因而界定裝置的邊界。光學(xué)裝置的基本特性為由傳送電磁輻射經(jīng)過裝置的結(jié)晶或無定型材料制成。受矚目的裝置包含例如光導(dǎo)波器及光學(xué)耦合器。
置于基材表面上的波導(dǎo)器是指平面波導(dǎo)器。平面波導(dǎo)器是用于制造光學(xué)通訊及其他光電用途用的集成光學(xué)電路。光沿著折射系數(shù)高于周圍的材料前進(jìn)。部分具體例中，平面波導(dǎo)器的厚度約等于光的波長，亦即沿著波導(dǎo)器傳輸?shù)碾姶泡椛洹２糠志唧w例中，波導(dǎo)器不會明顯的減弱經(jīng)過材料傳輸?shù)墓狻?br> 為通過顆粒涂覆技術(shù)制造平面光學(xué)波導(dǎo)器，一般是沉積三層。芯層在下覆蓋層之上形成光學(xué)組件，且上覆蓋層包住光學(xué)組件。下覆蓋層一般是涂布在基材與芯層之間，因?yàn)榛囊话悴痪哂羞m當(dāng)?shù)恼凵湎禂?shù)。換言之，芯層可直接在基材表面上形成，然而，一般均在芯層與基材間沉積一或多層。
其一具體例中，基材是由硅形成。二氧化硅的下覆蓋層是沉積在基材上。芯層接著沉積在覆蓋層之上。下覆蓋層一般是在加上另一層之前固化，但若熱處理在適度的條件下進(jìn)行，則可使二層同時(shí)固化。若形成芯層的顆粒是在下覆蓋層固化后加入，則芯層會在形成芯層的顆粒沉積之后固化。芯層的折射系數(shù)應(yīng)大于覆蓋層。制造具有高折射系數(shù)層的一般方法是用于摻雜的氧化硅。適用的摻雜物包含例如氧化鈦、氧化鉭、氧化錫、氧化鈮、氧化鋯、氧化鋁、氧化鑭、氧化鍺、氧化硼及其他與此處相同的摻雜物或其結(jié)合物。
當(dāng)蕊材料的折射系數(shù)增加時(shí)，因?yàn)檎凵湎禂?shù)使波長改變，使得所需層的厚度降低。因此，參數(shù)間的調(diào)校應(yīng)具此控制。應(yīng)避免使用過量的摻雜物，因?yàn)檫^量的摻雜物會造成物質(zhì)對光線傳輸?shù)膿p耗。摻雜物量的上限依摻雜物而定，但對所有物質(zhì)其量一般低于約40重量％的摻雜物。下覆蓋層及芯層并不需以相同方法沉積，但在部分具體例中，層是通過光反應(yīng)沉積依序沉積接著進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?br> 芯層可沉積在基材的選定部分形成特殊結(jié)構(gòu)。相對的，芯層固化后，材料可用于制備所需的裝置。成形可通過與蝕刻及/或與其他形成電子集成電路的技術(shù)合并的微影蝕刻形成圖案進(jìn)行。由蕊材料形成所需構(gòu)造后，一般涂布上覆蓋層。上覆蓋層的折射系數(shù)一般低于芯層。通過火焰熱解沉積形成平面波導(dǎo)器進(jìn)一步敘述于Keck等人的美國專利第3,934,061號，標(biāo)題為“形成平面光學(xué)波導(dǎo)器的方法”，在此提出供參考。
列舉的構(gòu)造示于圖29中。光學(xué)組件810置于基材812上。下覆蓋層814與基材812相鄰配置。蕊構(gòu)造816是位在覆蓋層814之上。上覆蓋層818位在芯層816之上。該構(gòu)造可通過形成圖案及蝕刻芯層形成具圖案的蕊構(gòu)造816。
為在基材上形成集成光學(xué)裝置，需形成各種耦合裝置與光學(xué)波導(dǎo)器相連。各種裝置均可形成。集成構(gòu)造的實(shí)例示于圖30中。平面波導(dǎo)器822的段是與分支824相連?；?28上配置許多導(dǎo)引器826。導(dǎo)引器826可用于將組件如與波導(dǎo)器相連的光纖電纜、固態(tài)激光、偵測器等排列及固定，以結(jié)合不同的元件。波導(dǎo)器822、分支824及導(dǎo)引器826均可通過將沉積的層蝕刻成期望的形狀形成。該耦合元件的形成進(jìn)一步敘述于Kawachi等人的美國專利第4,735,677號，標(biāo)題為“制造混合光學(xué)集成電路的方法”，在此提出供參考。
至于此處所用的“范圍中”或“之間”一詞包括在“范圍中”或“之間”之后所列的值定義的范圍，以及含在該范圍中的任一或所有次要范圍，其中各該次要范圍是定義為具有該范圍的第一終點(diǎn)的任一值，及該范圍中大于在范圍中的第一終點(diǎn)的第二終點(diǎn)任一值。
實(shí)例該實(shí)例敘述使用光反應(yīng)沉積，以氧化硅玻璃成功的涂覆硅基材。
使用光反應(yīng)沉積進(jìn)行顆粒涂覆，其中，晶圓涂覆已在反應(yīng)室中通過使基材掃過產(chǎn)物顆粒流進(jìn)行。該實(shí)施例是針對該具體例，但晶圓在反應(yīng)室中成功的涂覆亦以固定基材于先前實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行。
移經(jīng)反應(yīng)流的用于涂覆基材晶圓的裝置示于圖31-33中。參考圖31，工藝室850包含與CO2激光相連的光管852，且光管854與光速衰減器相連。輸入管856與輸送蒸氣反應(yīng)物及載劑氣體的前驅(qū)物輸送系統(tǒng)相連。輸入管856與工藝噴嘴858相連。顆粒輸送管860沿著工藝噴嘴858的流動方向與工藝室850相連。顆粒輸送管860接到顆粒過濾室862。顆粒過濾室862在泵864處與泵相連。
工藝室850的放大圖示于圖32中。晶圓載具866將晶圓支撐在工藝噴嘴858之上。晶圓載具866與臂868相連，其移動晶圓載具經(jīng)過由激光束貫穿來自工藝噴嘴858的前驅(qū)物流形成的反應(yīng)區(qū)離開的顆粒流。壁868包含以管保護(hù)的直線轉(zhuǎn)換器。使用激光進(jìn)入槽870將激光束引導(dǎo)到工藝噴嘴及晶圓之間。來自工藝噴嘴的未阻塞流直接到達(dá)排出噴嘴872中，接到顆粒傳輸管860。
晶圓載具866及工藝噴嘴858的放大圖示于圖33中。工藝噴嘴的終端具有前驅(qū)物輸送874的開口及環(huán)繞前驅(qū)物開口的遮蔽氣體開口876，以限制前驅(qū)物的噴布及產(chǎn)生顆粒。晶圓載具866包含具有遮蔽層880的與工藝噴嘴858相連的支撐物878。圓形晶圓882固定在架884上，使得晶圓882在架884中沿著軌道886滑動，將晶圓882移入來自反應(yīng)區(qū)的流中。背側(cè)保護(hù)886防止顆粒未經(jīng)控制的沉積在晶圓882的背面。軌道886與臂868相連。未使用本實(shí)例的另一具體例示于圖34中。圖34的具體例中，晶圓890以相對于來自工藝噴嘴858的流動成一角度，以晶圓載具892固定。線性轉(zhuǎn)換器894是在類似的角度下配置，使晶圓890經(jīng)過選定的角度流動。
SiO2通過光反應(yīng)沉積涂覆在硅晶圓上。反應(yīng)是在與圖30-33所示具有與圖5中所示系統(tǒng)相似的前驅(qū)動輸送系統(tǒng)的室類似的室中進(jìn)行。四氯化硅(Strem Chemical，Inc.，Newburyport，MA)前驅(qū)物蒸氣是在室溫下通過使N2載劑氣體起泡經(jīng)過容器中的SiCl4液體帶入反應(yīng)室中。最終氧化硅玻璃的摻雜物亦通過使N2載劑氣體起泡經(jīng)過前驅(qū)物導(dǎo)入。摻雜物前驅(qū)物為POCl3及GeCl4。氬氣是與反應(yīng)物流混合當(dāng)作稀釋/惰性氣體，以調(diào)節(jié)反應(yīng)。使用C2H4氣體當(dāng)作激光吸收液體。使用O2當(dāng)作氧源且與反應(yīng)物混合。反應(yīng)物氣體混合物含SiCl4、氬氣、氮、摻雜的前驅(qū)物(POCl3及/或GeCl4)及C2H4導(dǎo)入反應(yīng)物氣體噴嘴，注入工藝室中。
操作過程中，晶圓以0.5至1.0公分/秒的速率移經(jīng)產(chǎn)物流二次。大多數(shù)產(chǎn)生的粉末經(jīng)收集在泵系統(tǒng)的部分而沉積在晶圓上。制造氧化硅涂覆的代表性反應(yīng)條件敘述于表1中。
表1

Slm＝每分鐘標(biāo)準(zhǔn)升氬氣-Win＝流經(jīng)支撐在激光視窗的管中輸入位置處的氬氣流氬氣-Sld＝環(huán)繞反應(yīng)物流當(dāng)作遮蔽氣體的氬氣流涂覆操作完成后，晶圓上會有均勻分布在晶圓表面上的粉末狀白色涂覆。
涂覆的厚度以掃描電子顯微鏡(SEM)測量約5至6微米。涂覆的晶圓在1300℃的烘箱中加熱2小時(shí)。自烘箱移開后，晶圓的表面具有透明的玻璃。部分晶圓上可達(dá)到低至約0.25至約0.5納米表面粗糙度的平方根(RMS)。表面粗糙度是使用購自Veeco Instruments，Inc.的3000 AFM Instrument原子力顯微鏡上，以20×20微米掃描測量。
上述具體例僅用于說明而非限制用。雖然本發(fā)明以參考特殊具體例敘述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)了解可進(jìn)行改變，且均不離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種涂覆基材的方法，包括產(chǎn)生具有主軸及次要軸特性化的與前進(jìn)方向垂直的剖面的反應(yīng)物流，且主軸的因子至少比次要軸大二倍，使反應(yīng)物流反應(yīng)，形成顆粒的產(chǎn)物流；及將顆粒流引導(dǎo)到基材，其中產(chǎn)物流的流動是以除泵外維持在基材上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中基材上至少沉積約25克/小時(shí)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，反應(yīng)是以一光束驅(qū)動。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，主軸至少比次要軸大10因子。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中顆粒流的流動是通過產(chǎn)物流的衡量維持。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中顆粒流的流動是通過泵出室外維持，且其中，基材是位在室中。
7.一種涂覆直徑大于5cm的基材的方法，該方法包括使反應(yīng)物流反應(yīng)，形成包括產(chǎn)物顆粒的產(chǎn)物流，同時(shí)將顆粒流同時(shí)沉積在基材的全部表面上，且其中至少約5克/小時(shí)的顆粒沉積在基材上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中顆粒的產(chǎn)物流是以外場解焦。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，外場一般是通過熱梯度產(chǎn)生器或外場產(chǎn)生器產(chǎn)生。
10.一種涂覆基材的方法，包括通過光束驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生多種產(chǎn)物流；及將多重產(chǎn)物流依基材上的順序位置，同時(shí)沉積在移動的基材上。
11.一種涂覆基材的方法，包括使流動的反應(yīng)物流反應(yīng)，形成產(chǎn)物顆粒流；及使至少一部分產(chǎn)物顆粒以至少約5克/小時(shí)的沉積速率沉積在基材上。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，沉積速率至少約10克/小時(shí)。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，沉積速率為約25克/小時(shí)至約5公斤/小時(shí)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，反應(yīng)物流具有以主軸及次要軸特性化且主軸至少比次要軸大二倍的前進(jìn)方向垂直的剖面。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其中至少一部分產(chǎn)物顆粒的沉積包括使基材相對于產(chǎn)物顆粒流移動。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，反應(yīng)是以光束驅(qū)動。
17.一種涂覆基材的方法，包括使流動的反應(yīng)物流反應(yīng)，形成產(chǎn)物顆粒流；及將至少一部分產(chǎn)物顆粒沉積在基材上，其中產(chǎn)物顆粒的沉積包括使基材在速率至少約0.1公分/秒下相對于產(chǎn)物顆粒流移動。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中產(chǎn)物顆粒的沉積包括使基材在速率至少約0.5公分/秒下相對于產(chǎn)物顆粒流移動。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中產(chǎn)物顆粒的沉積包括使基材在速率至少約1公分/秒至約30公分/秒下相對于產(chǎn)物顆粒流移動。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中反應(yīng)物流的反應(yīng)是通過一輻射束驅(qū)動，且其中反應(yīng)物流是沿著輻射束的前進(jìn)方向成狹長形，在基材相對移動下產(chǎn)生顆粒線，使至少一部分產(chǎn)物顆粒線掃過基材。
21.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，輻射束是由光源產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用強(qiáng)烈光束進(jìn)行光反應(yīng)沉積，形成直接涂覆在基材表面上的顆粒。部分具體例中，涂覆裝置包括非圓形的反應(yīng)物輸入口、形成光路徑的光元件、第一種基材、及與裝置連接的馬達(dá)。反應(yīng)物輸入口界定反應(yīng)物流的路徑。光路徑貫穿反應(yīng)區(qū)處的反應(yīng)物流路徑與反應(yīng)區(qū)連續(xù)的產(chǎn)物流路徑。基材貫穿產(chǎn)物流路徑。而且，馬達(dá)操作使第一基材相對于產(chǎn)物流移動。本發(fā)明敘述使用光驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，有效的產(chǎn)生高度均勻涂覆的各種廣泛的方法。
文檔編號C23C16/52GK1831189SQ200610009478
公開日2006年9月13日 申請日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月17日
發(fā)明者畢向欣, 羅納德·J·莫索, 夏夫庫馬·奇魯沃魯, 蘇吉特·庫馬, 詹姆斯·T·加德納, 欣·M·林, 威廉·E·麥戈維恩 申請人:尼奧弗托尼克斯公司