均勻成形制品的三維陣列上的均勻化學(xué)氣相沉積涂層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種均勻涂布成形的和成尺寸的制品的方法。所述方法包括提供具有陣列內(nèi)表面的反應(yīng)器、將所述制品定位在所述反應(yīng)器中和涂布所述制品。
【專利說(shuō)明】
均勻成形制品的三維陣列上的均勻化學(xué)氣相沉積涂層
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明整體涉及涂布方法。具體地講，本發(fā)明是向均勻成形和均勻尺寸制品上涂敷涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在遠(yuǎn)程照射磷光體封裝中，來(lái)自一個(gè)或多個(gè)紫外或藍(lán)光栗LED的光線被半球形透鏡成像在含磷光體的層中，該含磷光體層與LED大致相鄰且共面。對(duì)于單個(gè)LED以及在許多LED內(nèi)，可通過(guò)在半球形表面的表面上使用精確且準(zhǔn)確的光學(xué)涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的色彩均勻度，該涂層反射大部分藍(lán)光并透射大部分紅光和綠光。
[0003]已證明兩種制備光學(xué)涂層的方法可提供遠(yuǎn)程照射磷光體封裝所需的必要涂布精度和準(zhǔn)確性:低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)和原子層沉積(ALD)。通常，在約I托的壓力下，LPCVD使用反應(yīng)性氣體在耐火材料表面上沉積無(wú)機(jī)氧化物涂層。LPCVD在單個(gè)光學(xué)元件上提供高沉積速度和優(yōu)異的涂層均勻度。LPCVD沉積由固體表面上的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)確定，所以氣體速率和歷程影響涂布速度。流動(dòng)歷程的作用對(duì)涂布精度具有顯著影響。ALD使用飽和物理吸附或化學(xué)吸附或兩者的組合，以在任何一個(gè)涂布步驟中限制涂層厚度?？墒褂肁LD產(chǎn)生非常準(zhǔn)確且精確的涂層，假設(shè)所有表面已充分暴露至反應(yīng)物以形成反應(yīng)物的飽和吸附層或經(jīng)反應(yīng)物改性的表面，并且吹掃時(shí)間足以除去過(guò)量的反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物。
[0004]這兩種涂布工藝均相對(duì)耗時(shí)，其中LPCVD花費(fèi)I小時(shí)或多個(gè)小時(shí)形成I微米厚的涂層，而ALD花費(fèi)10小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間形成相同的涂層厚度。因此，為了產(chǎn)生低成本涂層，必須同時(shí)涂布大量的光學(xué)元件。然而，向反應(yīng)器負(fù)載多個(gè)光學(xué)元件可產(chǎn)生不均勻的氣體流。對(duì)于LPCVD，這可導(dǎo)致一些光學(xué)元件具有太厚的涂層，而一些元件具有太薄的涂層。雖然ALD受不均勻氣體流的影響較小，但是由于接收最少量氣體流的光學(xué)元件表面限制涂布速度的事實(shí)，涂布時(shí)間可大幅延長(zhǎng)。
[0005]光學(xué)元件填充反應(yīng)器的方式也可對(duì)涂層成本和質(zhì)量具有顯著影響。例如，具有間距的規(guī)則陣列可產(chǎn)生高質(zhì)量涂層，但代價(jià)是裝填密度較低。較低的裝填密度降低系統(tǒng)的潛在通量，并且假設(shè)基底或光學(xué)元件占據(jù)體積，可增加反應(yīng)器內(nèi)的混合?；旌峡稍黾覣LD系統(tǒng)內(nèi)的反應(yīng)物和吹掃循環(huán)時(shí)間。較低的裝填密度還降低ALD和LPCVD系統(tǒng)的通量。
[0006]填充反應(yīng)器的另一種方法是創(chuàng)建隨機(jī)裝填的元件體積。這種方法用于涂布粉末。隨機(jī)裝填的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)器以低成本構(gòu)建并且可快速填充和倒空。缺點(diǎn)是相較于以規(guī)則陣列裝填的元件，隨機(jī)裝填具有較低的裝填密度。規(guī)則排列可包括面心立方(FCC)或六方密排(HCP)陣列。雖然較低的裝填密度可具有降低流動(dòng)阻力的優(yōu)點(diǎn)，但該益處是以增加的反應(yīng)物體積、相當(dāng)?shù)偷牧魉俸土鞯牟痪鶆蛐詾轱@著代價(jià)的。圖1A和IB示出了通過(guò)ALD反應(yīng)器10的流動(dòng)分布的模擬。圖1A示出了填充有球體12的HCP陣列的反應(yīng)器。圖1B示出了圖1A中的球體的頂部剖視圖。在整個(gè)本說(shuō)明書中，著色指示速率，其中較淺的著色(藍(lán)色)指示低速率，而較深的著色(紅色)指示高速率。因此，在圖1A和IB中，球體之間較淺的著色(藍(lán)色)指示低速率，球體簇周邊周圍的中等著色(綠色)指示中等速率，而反應(yīng)器的最外周邊的較深著色(紅色)指示高速率。流動(dòng)條件是出口壓力I托，20SCCm(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)氮?dú)?，并且反?yīng)器溫度為200°C。使用購(gòu)自法國(guó)韋利濟(jì)的達(dá)索系統(tǒng)公司(Dassault Systemes Corp ,Velizy,France)的Solidworks 2012流動(dòng)模擬器進(jìn)行該模擬。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種均勻涂布成形的和成尺寸的制品的方法。該方法包括提供具有陣列內(nèi)表面的反應(yīng)器、將該制品定位在反應(yīng)器中和涂布該制品。
[0008]在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是一種用于均勻涂布成形的和成尺寸的制品的反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括內(nèi)部陣列表面，其中該內(nèi)部陣列表面與相鄰制品的輪廓匹配。
[0009]在又一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明為一種具有多個(gè)接觸點(diǎn)的制品。相鄰接觸點(diǎn)彼此間距約25度至約35度。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1A示出了通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)ALD反應(yīng)器的模擬流動(dòng)分布的透視圖。
[0011 ]圖1B示出了通過(guò)圖1A的現(xiàn)有技術(shù)反應(yīng)器的模擬流動(dòng)分布的頂視圖。
[0012]圖2A示出了通過(guò)本發(fā)明的反應(yīng)器的第一實(shí)施方案的模擬流動(dòng)分布的透視圖。
[0013]圖2B示出了通過(guò)圖2A的反應(yīng)器的第一實(shí)施方案的模擬流動(dòng)分布的頂視圖。
[0014]圖3A示出了通過(guò)本發(fā)明的反應(yīng)器的第二實(shí)施方案的模擬流動(dòng)分布的透視圖。
[0015]圖3B示出了通過(guò)圖3A的反應(yīng)器的第二實(shí)施方案的模擬流動(dòng)分布的頂視圖。
[0016]圖4示出了示例性全過(guò)渡邊界反應(yīng)器中第一層光學(xué)元件的頂視圖。
[0017]圖5A示出了從裝填陣列除去單個(gè)光學(xué)元件的影響的剖視圖。
[0018]圖5B示出了從圖5B的裝填陣列除去單個(gè)光學(xué)元件的影響的放大的剖視圖。
[0019]圖6示出了從圖5A和圖5B的裝填陣列除去單個(gè)光學(xué)元件的影響的剖視圖。
[0020]圖7示出了反應(yīng)器內(nèi)隨機(jī)裝填體積的頂視圖。
[0021]圖8示出了使用第一種方法裝填本發(fā)明的反應(yīng)器的第一個(gè)步驟。
[0022]圖9示出了使用第一種方法裝填本發(fā)明的反應(yīng)器的第二個(gè)步驟。
[0023]圖10示出了使用第一種方法裝填本發(fā)明的反應(yīng)器的第三個(gè)步驟。
[0024]圖11示出了裝填本發(fā)明的反應(yīng)器的第二種方法。
[0025]圖12示出了全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬流動(dòng)分布的剖視圖。
[0026]圖13示出了全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬流動(dòng)分布的剖視圖。
[0027]圖14示出了在0.2秒時(shí)圖13的全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬完全形成的速率分布的剖視圖。
[0028]圖15示出了在0.2秒時(shí)圖13的全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)的剖視圖。
[0029]圖16示出了在I秒時(shí)圖13的全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)的剖視圖。
[0030]圖17示出了在2秒時(shí)圖13的全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的示例性模擬反應(yīng)物體積分?jǐn)?shù)的剖視圖。
[0031]這些圖不是按比例繪制，并且只是旨在為了進(jìn)行示意性的說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明的反應(yīng)器和方法允許均勻且有效地涂布多個(gè)制品，諸如光學(xué)元件。該反應(yīng)器還部分地通過(guò)允許兩種反應(yīng)物之間的均勻反應(yīng)來(lái)允許同時(shí)涂布多個(gè)光學(xué)元件。具有非常均勻且可再生的流動(dòng)條件的反應(yīng)器具有較高的經(jīng)涂布光學(xué)元件產(chǎn)率和速度以及降低的檢驗(yàn)要求等優(yōu)點(diǎn)。例如，對(duì)于原子層沉積(ALD)循環(huán)，非常均勻且可再生的流動(dòng)條件允許較短的吹掃時(shí)間，從而產(chǎn)生較短的總涂布時(shí)間和較低成本。應(yīng)當(dāng)指出的是，雖然附圖和說(shuō)明書將光學(xué)元件描述和提及為六方形玻璃球體，但是在不脫離本發(fā)明的預(yù)期范圍的前提下，光學(xué)元件可為任何形狀并且可由任何材料制成。例如，光學(xué)元件可為球體、透鏡或其他形狀。此夕卜，雖然說(shuō)明書將制品提及為光學(xué)元件，但是制品可為待均勻涂布的任何元件。
[0033]圖2A和圖2B分別示出了本發(fā)明的反應(yīng)器20的一個(gè)實(shí)施方案以及由該反應(yīng)器產(chǎn)生的流動(dòng)分布的示意性透視圖和頂視圖。反應(yīng)器20的側(cè)壁22和頂壁24被設(shè)計(jì)為鄰近反應(yīng)器20內(nèi)的最外側(cè)光學(xué)元件26。如通過(guò)圖2A和圖2B中的著色可以看出的那樣，當(dāng)反應(yīng)器20的壁22，24鄰近光學(xué)元件26時(shí)，反應(yīng)物被有效地引導(dǎo)通過(guò)光學(xué)元件26的陣列，從而產(chǎn)生更均勻的流。在構(gòu)建圖2A和圖2B中所示的反應(yīng)器20時(shí)，除去多余的體積，從而產(chǎn)生半無(wú)限的邊界條件。在半無(wú)限的邊界條件中，由于最外側(cè)光學(xué)元件26和反應(yīng)器壁22，24之間的間距增加，沿著反應(yīng)器的側(cè)面存在較高的流速。
[0034]雖然相對(duì)于圖1A和圖1B所示的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)，圖2A和圖2B中所示的反應(yīng)器設(shè)計(jì)表現(xiàn)出改善的流動(dòng)設(shè)計(jì)，但是在半無(wú)限的邊界條件下仍然存在一些流動(dòng)不均勻性。例如，在低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)系統(tǒng)中，反應(yīng)器壁22，24附近的光學(xué)元件26鄰近高速率氣流并且可形成相對(duì)厚的光學(xué)涂層?；蛘撸贏LD系統(tǒng)中，低速率氣流附近的光學(xué)元件對(duì)反應(yīng)物和吹掃氣體將具有較低暴露，從而增加沉積期望涂層所需的時(shí)間量。
[0035]可通過(guò)使用光學(xué)元件的較對(duì)稱陣列和通過(guò)將重復(fù)邊界條件從反應(yīng)器的側(cè)面延伸至反應(yīng)器的入口和/或出口來(lái)進(jìn)一步改善反應(yīng)器設(shè)計(jì)。圖3A和圖3B分別示出了反應(yīng)器30的第二實(shí)施方案和由反應(yīng)器30產(chǎn)生的流動(dòng)分布的示意性透視圖和頂視圖，其中重復(fù)邊界條件從反應(yīng)器30的側(cè)壁32延伸至反應(yīng)器30的入口 34和/或出口 36。圖3A和圖3B中所示的反應(yīng)器的流動(dòng)分布顯示在垂直于平均流動(dòng)方向的四個(gè)壁上產(chǎn)生無(wú)限邊界條件可大體上提高光學(xué)元件周圍的流速。球體之間的流處于高速且大體上均勾。
[0036]圖4示出了示例性全過(guò)渡邊界反應(yīng)器40中第一層光學(xué)元件26的透視頂視圖。全過(guò)渡邊界反應(yīng)器40具有側(cè)面42、底部44(未示出)和頂壁46(未示出)，它們被排列成對(duì)應(yīng)且符合最外側(cè)光學(xué)制品26的形狀，從而產(chǎn)生無(wú)限邊界條件。陣列表面是延伸光學(xué)元件26的結(jié)構(gòu)的表面。陣列表面提供從反應(yīng)器壁42，44，46到陣列光學(xué)元件26的過(guò)渡，其中鄰近光學(xué)元件26 (緊挨反應(yīng)器壁42，44，46)的反應(yīng)物流類似于被其他光學(xué)元件26包圍的光學(xué)元件26的流。這種無(wú)限邊界條件存在于全過(guò)渡邊界反應(yīng)器中。因此，該全過(guò)渡邊界反應(yīng)器40具有底部44和側(cè)壁42，具有部分球體的陣列表面結(jié)構(gòu)。例如，可通過(guò)機(jī)械加工反應(yīng)器的表面區(qū)域，然后用光學(xué)元件裝載反應(yīng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)限邊界條件。
[0037]在無(wú)限邊界條件中，給定光學(xué)元件的最小氣體流速類似于所有光學(xué)元件的平均氣體流速。這為ALD和LPCVD方法都提供了益處。在ALD的情況下，涂布速率部分地由反應(yīng)物吹掃循環(huán)時(shí)間決定，而反應(yīng)物吹掃循環(huán)時(shí)間由最低反應(yīng)物暴露和最慢吹掃時(shí)間決定，所以減少最小氣體流速和平均氣體流速之間的差值可減少總ALD涂布時(shí)間。這一較小差值還將改善LPCVD涂布差異。另外，給定光學(xué)元件的最大氣體流速類似于所有光學(xué)元件的平均氣體流速。這改善了 LPCVD涂布可變性，增加了任一方法中反應(yīng)物的利用率，并改善了 ALD中涂布循環(huán)之間的吹掃。該無(wú)線邊界條件還產(chǎn)生了近似活塞流條件，這使得ALD中反應(yīng)物之間均勻反應(yīng)。這使得反應(yīng)器以ALD和LPCVD的混合模式使用，其中在下一個(gè)反應(yīng)物流開(kāi)始之前，反應(yīng)物未被完全吹掃。無(wú)線邊界條件的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，光學(xué)元件之間涂層的均勻性使通過(guò)審計(jì)而不是100%檢驗(yàn)進(jìn)行質(zhì)量保證成為可能，特別是入口和出口行與其余光學(xué)元件分離的情況。
[0038]例如，對(duì)于小反應(yīng)器的保守ALD半循環(huán)可能是0.2秒反應(yīng)物流(A或B)，然后是20秒吹掃(P)。吹掃的目的是從光學(xué)元件的表面和從反應(yīng)物半循環(huán)之間的反應(yīng)器除去過(guò)量的反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物?？s短吹掃時(shí)間是降低成本的有效方式。對(duì)于給定的反應(yīng)器，隨著吹掃時(shí)間縮短，反應(yīng)物A和反應(yīng)物B將在吹掃ALD模式外開(kāi)始反應(yīng)，其中在每個(gè)半循環(huán)期間形成飽和的亞單層。換句話講，反應(yīng)物A和反應(yīng)物B將通過(guò)氣相中反應(yīng)物的組合開(kāi)始反應(yīng)，或與光學(xué)元件上的多個(gè)吸附層反應(yīng)。這些反應(yīng)可以是可接受的，或者如果它們?cè)诜磻?yīng)器中是均勻的，則甚至是期望的。
[0039]光學(xué)元件裝填在反應(yīng)器中的方式非常關(guān)鍵。圖5A和圖5B示出了從裝填陣列中除去單個(gè)光學(xué)元件50的影響。圖6示出了圖5A和圖5B的反應(yīng)器條件的剖視圖。如從圖中可以看出的那樣，即使是單一缺陷都可對(duì)流動(dòng)具有顯著影響。如圖所示，在缺失光學(xué)元件的位置處存在高速率區(qū)域，并且在向右側(cè)存在較低速率區(qū)域。這種速率差異可導(dǎo)致較長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間和/或非均勻沉積。一系列缺陷可進(jìn)一步加重該問(wèn)題。此外，隨著光學(xué)元件的尺寸減小以及大量光學(xué)元件存在于給定體積內(nèi)，缺陷甚至可變得更突出。
[0040]除缺陷之外，固定的反應(yīng)器直徑要求裝填的光學(xué)元件適合在邊界壁的尺寸內(nèi)，使得裝填的光學(xué)元件具有大體上適合在反應(yīng)器直徑內(nèi)的直徑。例如，如果光學(xué)元件的平均直徑(或其他合適的特征長(zhǎng)度)稍大于指定的參數(shù)，那么光學(xué)元件的整個(gè)陣列層不可能適合在該邊界內(nèi)。在這種情況下，可能有必要用適當(dāng)尺寸的光學(xué)元件替換一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件。另一種選擇將是加熱反應(yīng)器組件以使反應(yīng)器熱膨脹?？衫^續(xù)加熱至將進(jìn)行涂布的預(yù)期溫度。這假設(shè)反應(yīng)器材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)大于放置在其中的光學(xué)元件的熱膨脹系數(shù)。在這種情況下，還必須在相同的溫度下取出光學(xué)元件。使系統(tǒng)冷卻可對(duì)反應(yīng)器和制品陣列產(chǎn)生巨大的應(yīng)力。
[0041]本發(fā)明的反應(yīng)器允許涂層均勻地涂敷到均勻成形和均勻尺寸的光學(xué)元件。在一個(gè)實(shí)施方案中，在化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中將涂層涂敷至光學(xué)元件，在該化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中反應(yīng)器形成半無(wú)限邊界條件，用于管理呈三維陣列的所有光學(xué)元件的均勻反應(yīng)物流。這通過(guò)使反應(yīng)器的至少一個(gè)壁表面陣列并與光學(xué)元件的最外層接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而產(chǎn)生類似于光學(xué)元件之間的流的反應(yīng)物流。
[0042]圖7示出了反應(yīng)器60內(nèi)隨機(jī)裝填體積的例子。以無(wú)定形區(qū)域和晶體區(qū)域的組合裝填光學(xué)元件26(在這種情況下是球體)。如先前所提及的，隨機(jī)裝填反應(yīng)器可導(dǎo)致一批球體中涂層均勻性差和/或涂布時(shí)間長(zhǎng)。增加反應(yīng)器通量的一種方式是用雙峰分布尺寸的光學(xué)元件填充反應(yīng)器。例如，可將I Omm球體與4mm球體組合以提高裝填密度。
[0043]在裝填反應(yīng)器70的本發(fā)明的第一種方法中，使用逐層裝填和組裝填充反應(yīng)器。利用具有可堆疊的模組化設(shè)計(jì)的反應(yīng)器，如圖8所示，可通過(guò)首先堆疊基座和單個(gè)側(cè)壁邊界72來(lái)實(shí)現(xiàn)所期望的裝填。
[0044]可例如從以隨機(jī)裝填狀態(tài)存在的光學(xué)元件的容器以受控的速率將光學(xué)元件26分配至反應(yīng)器的第一層。可通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何方式分配光學(xué)元件26，例如，經(jīng)由漏斗、手動(dòng)或自動(dòng)分配方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，如圖9所示，在側(cè)壁72的周長(zhǎng)內(nèi)，從基座組件74的平面上方某一高度逐個(gè)將光學(xué)元件26填充反應(yīng)器。在一個(gè)實(shí)施方案中，隨著光學(xué)元件26被分配至反應(yīng)器70，可經(jīng)由機(jī)械方式或聲音將適當(dāng)量大小和頻率的振動(dòng)施加至反應(yīng)器70。這種振動(dòng)用于抵消可能已開(kāi)始堆疊不止一層高的任何光學(xué)元件26并使它們落入較低的重力狀態(tài)。這些振動(dòng)的實(shí)質(zhì)可為軸向的和/或徑向的。作為反應(yīng)器振動(dòng)的替代形式，還可對(duì)分配的光學(xué)元件進(jìn)行手動(dòng)操縱。
[0045]繼續(xù)分配和振動(dòng)，直至可適合在反應(yīng)器第一層內(nèi)的確切數(shù)目的光學(xué)元件已被分配，并且第一層光學(xué)元件不含有缺陷。第一層的無(wú)缺陷裝填完成之后，如圖10所示，可增加第二反應(yīng)器壁部分?？芍貜?fù)分配和堆疊過(guò)程直至達(dá)到期望的陣列尺寸。
[0046]在用于裝填反應(yīng)器80的第二種方法中，使用逐層裝填填充反應(yīng)器80。如圖11所示，使用基座84和所有側(cè)壁82邊界在適當(dāng)?shù)奈恢玫姆磻?yīng)器開(kāi)始，將適合晶體陣列的第一層的特定數(shù)目的光學(xué)元件26分配至反應(yīng)器80的頂部。在一個(gè)實(shí)施方案中，從隨機(jī)裝填的容器分配光學(xué)元件。該光學(xué)元件可從容器倒至反應(yīng)器，或經(jīng)由漏斗或其他裝置逐個(gè)分配。如在第一種方法中所述的那樣，可施加振動(dòng)輸入，以有助于適當(dāng)形成沒(méi)有缺陷的晶體層。一旦已經(jīng)構(gòu)筑第一層，在第一層的頂部分配第二輪光學(xué)元件。逐層重復(fù)該過(guò)程直至反應(yīng)器被填充至頂層。在一個(gè)實(shí)施方案中，在每層堆疊過(guò)程中，可使用可減少刮擦可能性的材料涂布每層。
[0047]在用于裝填反應(yīng)器的第三種方法中，使用連續(xù)填充來(lái)填充反應(yīng)器。以如圖11所示的相同反應(yīng)器設(shè)置開(kāi)始，可將光學(xué)元件以恒定速率分配至反應(yīng)器，直至整個(gè)反應(yīng)器被充滿。與每次僅分配一層光學(xué)元件的第一種方法和第二種方法不同，使用該第三種方法，分配速率可更高。再一次，隨著光學(xué)元件被分配，可同時(shí)提供振動(dòng)輸入以使光學(xué)元件落入正確的定向。在一個(gè)實(shí)施方案中，隨著反應(yīng)器接近容量，分配速率可減慢，以便使剩余的缺陷或空隙被填充，并使更多的光學(xué)元件被分配。
[0048]在用于裝填反應(yīng)器的第四種方法中，使用完全自動(dòng)放置來(lái)填充反應(yīng)器。具有xyz可編程移動(dòng)的機(jī)械臂分配設(shè)備結(jié)合光學(xué)元件饋送機(jī)構(gòu)可一次一個(gè)地將單獨(dú)光學(xué)元件放置到精確的位置。該自動(dòng)過(guò)程將以徑向或線性方式一次一層地分配光學(xué)元件。這可使用同樣逐層構(gòu)筑的反應(yīng)器布置來(lái)實(shí)現(xiàn)，或如果饋送/分配器頭具有另外的控制軸，則使用如圖11所示的裝配的反應(yīng)器布置來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0049]由于光學(xué)元件如何被裝填到反應(yīng)器中的幾何結(jié)構(gòu)，通過(guò)本發(fā)明的反應(yīng)器和方法涂布的光學(xué)元件產(chǎn)生可觀察的標(biāo)記。光學(xué)元件的光學(xué)接觸點(diǎn)被定義為其中涂層顯著不同于平均涂層結(jié)構(gòu)的點(diǎn)。光學(xué)元件的規(guī)則接觸點(diǎn)被定義為與最近相鄰的光學(xué)接觸點(diǎn)間距約25度至約35度的點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，每個(gè)光學(xué)接觸點(diǎn)與最近相鄰的光學(xué)接觸點(diǎn)間距約30度。因此相鄰接觸點(diǎn)彼此間距約25度至約35度，并且特別地彼此間距約30度。通過(guò)本發(fā)明的反應(yīng)器和方法涂布的光學(xué)元件在三維陣列中具有至少三個(gè)規(guī)則接觸點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，光學(xué)元件具有至少六個(gè)規(guī)則接觸點(diǎn)。在一些實(shí)施方案中，光學(xué)元件具有至少十二個(gè)規(guī)則接觸點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過(guò)本發(fā)明的方法在反應(yīng)器中涂布的至少80%的光學(xué)元件具有至少六個(gè)規(guī)則接觸點(diǎn)。
[0050]在一些應(yīng)用中，規(guī)則接觸點(diǎn)可為可見(jiàn)的，并且因此可能有利的是以最小化影響的方式將其定位在光學(xué)元件上。例如，規(guī)則接觸點(diǎn)可被布置成使得由規(guī)則接觸點(diǎn)透射的光線被定位在將存在最小影響的位置。因?yàn)楣鈱W(xué)元件不是隨機(jī)地布置在反應(yīng)器中，所以它們可被適當(dāng)?shù)囟ㄎ弧?br>[0051]具有二向色性涂層的光學(xué)元件在涂層上具有規(guī)則且重復(fù)可觀察的基準(zhǔn)點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，光學(xué)元件上的二向色性涂層覆蓋球體、半球體或截短的半球體面積的至少90%，使其具有相應(yīng)球體厚度的至少40%，其中在表面上和在一批中從球形表面到球形表面的帶邊緣變化小于5nm。
[0052]實(shí)施例
[0053]在以下僅用于說(shuō)明的實(shí)施例中更加具體地描述本發(fā)明，這是由于本發(fā)明范圍內(nèi)的許多修改和變形對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將顯而易見(jiàn)。除非另外指明，否則下述實(shí)施例中提及的所有份數(shù)、百分比和比率均按重量計(jì)。
[0054]圖12示出了全過(guò)渡邊界反應(yīng)器90的第一實(shí)施方案。使用SoI idworks流動(dòng)模擬2012版(獲自美國(guó)馬薩諸塞州沃爾瑟姆的達(dá)索系統(tǒng)Sol idworks公司(Dassault SystemesSolidworks Corp,Waltham，MA,USA))模擬原子層沉積(ALD)反應(yīng)器流。如可通過(guò)在典型ALD條件(I托壓力，200°C，20sCCm的N2載氣)下反應(yīng)器的流模擬可見(jiàn)的那樣，在反應(yīng)器的頂部92處的漫射器部分的體積將反應(yīng)物與吹掃氣體混合，減少期望的吹掃流條件?？稍黾臃磻?yīng)器的體積，以降低每個(gè)光學(xué)元件的涂布成本。
[0055]圖13示出了具有改善的流動(dòng)(即較低的體積和混合)和改善的可制造性的全過(guò)渡邊界反應(yīng)器的第二實(shí)施方案。在第二實(shí)施方案中，氣流從左側(cè)發(fā)生并到達(dá)反應(yīng)器的頂部102，然后流出底部104。反應(yīng)器100在中低真空至剛好高于大氣壓的情況下最有效地工作。例如，反應(yīng)器100可在約0.1托至約I個(gè)大氣壓下工作。在圖13所示的模擬中，用邊界條件模擬ALD反應(yīng)器流，該邊界條件為20sccm的21 %氧和79 %氮的混合物(空氣)持續(xù)0.20秒，隨后在相同的流速下用100%氮吹掃3秒。底部排氣邊界條件設(shè)定為I托壓力。反應(yīng)器、玻璃球體和進(jìn)氣均設(shè)定至200 °C。
[0056]圖14不出了開(kāi)始模擬后0.2秒時(shí)，圖13的反應(yīng)器100的完全形成的氣體速率分布。如從圖14可看出的那樣，在整個(gè)反應(yīng)器100的橫截面上，氣體速率高度均勻。圖13和圖14所示的第一行球體是反應(yīng)器100的永久部分，用作流量擴(kuò)散器和建立與反應(yīng)器100的其余部分的流動(dòng)分布類似的流動(dòng)分布。
[0057]圖15、圖16和圖17示出了“模擬反應(yīng)物”(模擬為空氣，相對(duì)于純氮?dú)獾谋尘傲?以均勻分布(即吹掃流)流過(guò)反應(yīng)器100。圖17示出了0.2秒時(shí)模擬反應(yīng)物(空氣)的比率。較深的(紅色)著色是1.0或100 %反應(yīng)物，較淺的(藍(lán)色)著色是O或O %反應(yīng)物，這表明反應(yīng)物剛好到達(dá)初始光學(xué)元件。圖18示出了 I秒時(shí)模擬反應(yīng)物的比率。較深的(紅色)著色是0.0544或5.44%反應(yīng)物濃度，較淺的(藍(lán)色)著色是O或0%，這表明反應(yīng)器的入口線已被完全吹掃。圖19示出了 2秒時(shí)模擬反應(yīng)物的比率。較深的著色是0.0544或5.44 %反應(yīng)物濃度，較淺的著色是O或0%，這表明反應(yīng)器的入口線已被完全吹掃，并且混合歧管的進(jìn)氣口的大部分也已被完全吹掃。如從圖中可見(jiàn)的那樣，雖然低壓和高溫引起大量擴(kuò)散，但是從反應(yīng)器的開(kāi)始(頂部)到結(jié)束(底部)，光學(xué)元件的暴露是均勻的。
[0058]雖然已參考優(yōu)選實(shí)施方案來(lái)描述本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下，可在形式上和細(xì)節(jié)上作出修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種均勻涂布成形的和成尺寸的制品的方法，包括: 提供具有陣列內(nèi)表面的反應(yīng)器； 將所述制品定位在所述反應(yīng)器內(nèi)；以及 涂布所述制品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供具有陣列內(nèi)表面的反應(yīng)器包括提供具有陣列底表面、陣列頂表面和陣列側(cè)壁的反應(yīng)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述反應(yīng)器的所述陣列內(nèi)表面對(duì)應(yīng)于所述制品的外周邊的形狀。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述將所述制品定位在所述反應(yīng)器內(nèi)包括逐層定位所述制品。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)將所述制品定位在所述反應(yīng)器中時(shí)，所述反應(yīng)器形成無(wú)限邊界。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中當(dāng)將所述制品定位在所述反應(yīng)器中時(shí)，所述反應(yīng)器形成半無(wú)限邊界。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中涂布所述制品包括通過(guò)原子層沉積和低壓化學(xué)氣相沉積中的一者進(jìn)行涂布。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在將所述制品定位在所述反應(yīng)器內(nèi)的同時(shí)向所述反應(yīng)器施加振動(dòng)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述制品定位在所述反應(yīng)器內(nèi)包括定位所述制品使得所述裝填制品的直徑大體上適合在所述反應(yīng)器的直徑內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中至少80%的所述經(jīng)涂布的制品具有至少六個(gè)規(guī)則的接觸點(diǎn)。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述經(jīng)涂布的制品具有彼此間距約25度至約35度的接觸點(diǎn)。12.—種用于均勻涂布成形的和成尺寸的制品的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器包括: 內(nèi)部陣列表面，其中所述內(nèi)部陣列表面與相鄰制品的輪廓匹配。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其中全部所述內(nèi)表面是陣列的。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反應(yīng)器，其中所述反應(yīng)器是全過(guò)渡邊界反應(yīng)器。15.—種具有多個(gè)接觸點(diǎn)的制品，其中相鄰接觸點(diǎn)彼此間距約25度至約35度。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中所述制品具有至少十二個(gè)接觸點(diǎn)。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制品，其中相鄰接觸點(diǎn)彼此間距約30度。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的制品，其中每個(gè)所述接觸點(diǎn)與最近的相鄰接觸點(diǎn)間距約30度。
【文檔編號(hào)】H01L21/205GK105849867SQ201480071376
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月16日
【發(fā)明人】A·J·烏德柯克, M·鮑沃斯, N·T·加布里埃爾, B·H·多吉, E·A·麥克道爾, R·R·凱施克, A·杰薩多斯
【申請(qǐng)人】3M創(chuàng)新有限公司