用于低成本高速率沉积工具的方法和装置 相关申请
本申请与本申请人的临时申请No.60/924930(申请日为2007年6月5日，标题为“Low Cost High Rate Deposition Tooling”共同待审并要求该临时申请的优先权，该文献整个被本文参引。
背景技术
本发明主题的实施例通常涉及在基片上沉积薄膜，其中，需要复杂的旋转工具来获得均匀的涂层。钨-卤素白炽灯和钻头是这些基片的两个实例。用于该基片的现有技术涂层系统通常利用磁控管溅射系统。图1和2是现有技术的磁控管溅射系统的透视图。参考图1，普通的磁控管溅射系统利用安装在真空腔室1中的柱形可旋转鼓筒2，该真空腔室1有位于它的壁中的溅射目标3。本领域已知的等离子体或微波产生器4也可以位于真空腔室1的壁中。基片6可去除地安装在鼓筒2的面板或基片保持器5上。参考图2，基片6(例如灯)可以通过普通的基片保持器8而安装在可旋转鼓筒2上。普通的基片保持器8通常包括多个齿轮和轴承9，从而使得一个或多个灯6能够绕各自的轴线旋转。因此，当灯经过目标3时，来自溅射目标3的材料可以环绕灯6分配。获得充分均匀的涂层通常需要多次旋转经过该目标3。
图1和2中所示的现有技术系统和相应工具在多个方面有缺陷。例如，各灯泡需要轴承和齿轮，且单个涂覆运转可能包含几千个灯泡，从而使得初始结构成本较高。该工具的维护昂贵，更换磨损的齿轮和轴承需要部件和人工。轴承还使得工作温度受到限制，这限制了材料的选择和薄膜质量。
现有技术系统和工具的另一限制是目前传动装置结构使得两个相邻基片沿相反方向旋转。这在腔室中形成两组不同的涂覆条件，一组条件是向顺时针方向旋转的基片施加，另一组条件是向逆时针方向旋转的基片施加。现有技术的该缺陷迫使在两组涂覆条件之间进行折衷，从而不能优化两组基片的涂覆。现有技术的工具也缺乏灵活性，其中，各组工具设计成特别对于单种类型或尺寸的基片的最大负载尺寸。不同尺寸的基片需要构造全新的一组工具，从而增加了总体成本。
现有技术工具的还一缺点是基片保持器或支架的物理厚度。基片例如灯泡的形状通常很复杂，很难均匀涂覆，且受到工具的物理阴影的不利影响。因此，本领域需要一种用于在一组基片上高效沉积一层材料的装置和方法。
因此，本发明主题的一个实施例提供了一种在一组基片上沉积一层材料的新颖方法，其中，该组基片以第一角运动而经过一个或多个沉积材料源，同时进行第二角运动。然后，各基片可以进行由第一和第二角运动产生的向心力引起的第三角运动。
本发明主题的另一实施例提供了一种在一组基片上沉积一层材料的方法，其中，该组基片以第一角运动而经过一个或多个沉积材料源，同时进行第二角运动，其中，第一和第二角运动产生的向心力使得各基片绕它的相应轴线进行旋转。
本发明的还一实施例提供了一种在一组基片上沉积材料的方法，它包括使得该组基片以第一旋转运动经过一个或多个沉积材料源。该组基片可以同时进行第二旋转运动，其中，第一和第二运动的组合使得各基片进行第三旋转运动。
本发明的另一实施例提供了一种在一组基片上沉积一层材料的方法，它包括使得该组基片以第一运动经过一个或多个沉积材料源，其中，第一运动包括使得载体绕它的纵向轴线旋转。同时，各基片可以在没有齿轮和轴承的情况下绕它的纵向轴线旋转。
本发明的一个实施例提供了一种在一组基片上沉积一层材料的方法，它包括使得基片以第一运动经过一个或多个沉积材料源，其中，第一运动包括使得载体绕它的纵向轴线旋转。同时，各基片可以绕它的纵向轴线旋转，且相邻基片沿相同方向绕它们各自的纵向轴线旋转。
本发明的还一实施例提供了一种用于使一组基片经过一个或多个沉积材料源的方法，它包括提供一个或多个托板，各托板包括一个或多个轴向对齐的盘，各盘有多个基片保持器，这些基片保持器绕盘的周边定位。还可以提供托板载体，托板可以定位在托板载体的周边周围。各基片可以定位在绕它的中心轴线旋转的基片保持器和载体上。该方法还包括驱动托板，以便使得各盘绕它的中心轴线旋转，其中，由于驱动载体和托板而施加在基片上的力使得各基片绕它的中心轴线旋转。
本发明的一个实施例提供了一种用于在薄膜沉积处理中使得一组基片运动的装置。该装置可以包括：载体，该载体有大致圆形截面，并可绕它的中心轴线旋转；以及载体驱动机构，用于使得载体绕它的中心轴线旋转。装置可以包括多个托板，各托板包括可旋转中心轴以及一个或多个沿该中心轴轴向对齐的盘，各盘包括多个心轴承载井，各心轴承载井定位在盘的周边周围，且各井具有大致圆柱形壁。托板驱动机构可以用于使得各托板的中心轴旋转，从而使得各盘绕它的中心轴线旋转，且多个心轴可以提供为各自有大致圆柱形壁，各心轴用于由心轴承载井来承载，这样，心轴的大致圆柱形壁邻近心轴承载井的大致圆柱形壁，各心轴用于与心轴的大致圆柱形壁的轴线轴向对齐地承载至少一个基片。
本发明实施例的还一装置包括：载体，该载体有大致圆形截面，并可绕它的中心轴线旋转；以及载体驱动机构，用于使得载体绕它的中心轴线旋转。还可以设有多个托板，各托板包括可旋转中心轴以及一个或多个沿该中心轴轴向对齐的盘，各盘包括多个基片承载杆，这些基片承载杆位于盘的周边周围，各杆用于承载一个或多个基片。装置还可以包括托板驱动机构，用于使得各托板的中心轴旋转，从而使得各盘绕它的中心轴线旋转。
本发明主题的另外实施例提供了一种用于在薄膜沉积系统中承载基片的装置，该装置包括：主载体，该主载体可绕中心轴线旋转；以及一个或多个行星盘，这些行星盘由主载体承载，并与主载体的中心轴线间隔开，各行星盘可绕它的中心轴线旋转。多个基片保持器可以定位在行星盘的周边周围，各基片保持器用于承载一个或多个基片，这样，由于主载体和盘的旋转而引起的向心力使得由盘承载的各基片绕基片的轴线旋转。
本发明主题的另一实施例提供了一种优化在一组基片上的一层材料的薄膜分布和氧化的方法。该方法包括使得该组基片以第一角运动经过一个或多个沉积材料源，同时该组基片进行第二角运动。第一和第二角运动为基本相等量，并有相反方向。
本领域技术人员通过研究权利要求、附图和下面对实施例的详细说明，将很容易了解本发明的这些实施例以及多个其它目的和优点。
【附图说明】
图1和2是现有技术的磁控管溅射系统的透视图。
图3是本发明一个实施例的装置的透视图。
图4是本发明一个实施例的托板的一部分的透视图。
图5和6是本发明另外实施例的托板的透视图。
图7-10是本发明实施例的视图。
图11是本发明实施例的旋转速率的曲线图。
图12是本发明实施例的角加速度的曲线图。
图13是本发明实施例的旋转速率的曲线图。
图14是本发明另一实施例的透视图。
【具体实施方式】
这里将参考附图介绍用于低成本高速率沉积工具的方法和装置的多个实施例，附图中，相同元件给出相同标号，以便于理解本发明主题。
图3是本发明一个实施例的装置的透视图。参考图3，示例装置可以利用基本柱形的可旋转鼓筒或载体2，该鼓筒或载体2安装在具有溅射目标3的真空腔室1中，该溅射目标3位于真空腔室1的壁中。本领域中已知的等离子体或微波产生器4也可以位于真空腔室1的壁中。载体2可以有大致圆形截面，并用于绕中心轴线旋转。驱动机构(未示出)可以用于使得载体2绕它的中心轴线旋转。多个托板50可以安装在真空腔室1中的载体2上。各托板50可以包括可旋转中心轴52以及沿该中心轴52轴向对齐的一个或多个盘11。在一个实施例中，盘11可以基本实心。
图4是本发明一个实施例的托板的一部分的透视图。参考图4，托板50可以包括盘11，该盘11有从它的中心轴线或轮毂辐射出的多个臂，与轮上的辐条类似。在辐条的端部可以是周边环，因此，各环、行星盘或环形盘11可以包括定位在盘11的周边周围的多个心轴承载井53。各井53也可以有基本柱形壁。在一个实施例中，井53还可以包括底部，和/或可以包括在它的周边边缘处的唇缘。托板驱动机构(未示出)可以用于使得各托板50的中心轴52旋转，从而使得各盘11或行星绕它的中心轴线旋转。托板50的转速可以与载体2的转速分开控制。各自有基本柱形壁的多个心轴13用于由心轴承载井53来承载，这样，心轴13的大致柱形壁邻近心轴承载井53的大致柱形壁。在一个实施例中，心轴13的大致柱形壁可以滚花。各心轴13可以承载一个或多个基片12，例如灯泡，其与心轴13的大致柱形壁的轴线轴向对齐。要涂覆的基片12可以以任意方法安装在心轴13上。例如，当灯泡作为基片时，引线12A可以插入钻入心轴13内的孔13A中。
当盘11绕它们的相应轴线旋转，且载体12绕它的相应轴线旋转时，在井53中的心轴13受到两个向心力。当选择合适状态时，这两个独立力的总和迫使各心轴13与相关井53的壁接触。在心轴13的壁上产生的力使得心轴13绕井53滚转。托板50(因此盘11)可以沿与载体2相同或相反的方向旋转。而且，在托板50或多个托板中的各心轴13可以沿一个方向旋转，或者可以交替沿顺时针和逆时针方向旋转。
图5和6是本发明实施例的托板的透视图。参考图5，可选的基片保持器结构可以用于涂覆端部开口的基片14，例如弧光管等。在该实施例中，各心轴承载井可以由位于盘11或行星盘的周边周围的杆15来代替。在用于涂覆管或其它端部开口基片14的实施例中，管14的内径大于保持杆15的直径；因此，作用在管14上的向心力使它绕杆15滚转。与包括心轴和井的实施例中相同，结果是当基片经过目标时该基片旋转，同时没有轴承或齿轮。参考图6，可选的杆结构16可以用于涂覆在单个杆上的多个管、灯泡外壳或类似结构17，从而能够将大量的这种外壳安装在示例装置上，从而使得生产率提高。
用盘代替标准的工具支架使得鼓筒结构增加了第三维，从而提供了比鼓筒的柱形表面更大的面积来安装基片。在普通工具和本发明实施例工具(使用相同的鼓筒转速和目标溅射功率)的涂覆速率之间的比较表明，新工具由于材料沉积在较大面积上而降低了平均沉积速率。鼓筒直径的有效增大导致各基片连续经过目标前面的时间间隔更长，且更容易获得薄膜的所需氧化。这能够增大溅射目标的功率，从而提高在目标前面的瞬时沉积速率以及鼓筒上的基片的平均沉积速率。目标功率可以一直增加，直到平均沉积速率与通过现有工具获得的涂覆速率相当，从而由于增加负载尺寸而提高了机器的生产量。
通过数学分析和图7-10中的图示，可以更加理解本发明的实施例。这里使用的坐标系统是相对于示例鼓筒的中心轴线18。下面的定义用于图7-10以及下面的数学分析：
r1表示从鼓筒19的中心18至行星盘21或盘的中心30的矢量23。
r2表示从行星盘21的中心30至心轴井27的中心31的矢量24。
r3表示从心轴井27的中心31至井壁上的点的矢量29。
r4表示当从心轴33的中心32测量时心轴33的半径34。
θ1表示鼓筒在时间t旋转经过的角度25。
θ2表示在r1和r2之间的角度26。应当知道，这并不是行星盘在时间t中经过的总角度，而是行星盘相对于θ1运动的附加角度。
θ3表示在r2和r3之间的角度28。该角度大致是r1、r2、r3、ω1、ω2和t的函数。与θ2相同，这并不是任意点经过的总角度，而是该点相对于r2运动的附加角度。
ω1表示鼓筒转速＝dθ1/dt(弧度/秒)。
f1表示鼓筒旋转方向20＝ω1/2π(转/秒)。
ω2表示行星盘转速＝dθ2/dt(弧度/秒)。
f2表示行星盘旋转方向22＝ω2/2π(转/秒)。
ω3表示壁上的、法向加速度最大的点的转速＝dθ3/dt(弧度/秒)。
ω4表示心轴绕它自身轴线旋转的速率＝dθ4/dt(弧度/秒)。
αN表示井壁上的点的加速度的法向分量。
I4表示心轴的惯性矩。
τ4d表示由井壁施加在心轴上的驱动力矩。
τ4f表示由心轴和井底板之间的摩擦引起的力矩。
μfs表示在心轴和井底板之间的滑动摩擦系数。
μ4d表示在心轴和井壁之间的静摩擦系数。
图10示意表示了图5和6中的本发明可选实施例，其中，各心轴承载井可以由定位在行星盘21的周边周围的杆39来代替。在本例中，r3表示从杆39的中心36至杆的表面的矢量。空心基片例如端部开口的管35可以布置在杆39上面。下面的相同等式(它预测心轴绕井壁旋转的运动)描述了绕杆旋转的管的运动。不过，应当知道，在该特殊情况下，r3这时是从杆的中心37至它表面上的点的矢量，r4是管的半径40，且该r4这时大于r3。在该实施例中，不是考虑在井壁上的任意点的运动，而是该等式将描述在杆的表面上的任意点的运动。检查下面的等式很容易表明，杆的半径越小，管的转速越快。
考虑到在示例井壁上的点(其由位置矢量r表示)，可以假设心轴将在加速度的法向分量最大的点处与壁接触，且心轴将一直保持该接触。该点的总速度和加速度(包括法向和切向分量)是时间、ω1、ω2、r1和r2的函数。为了获得这些函数，位置矢量r可以写为：
r＝r1+r2+r3 (1)
然后，等式(1)可以表示为如下：
r‾=r1[i^cosθ1+j^sinθ1]+r2[i^cos(θ1+θ2)+j^sin(θ1+θ2)]+r3[i^cos(θ1+θ2+θ3)+j^sin(θ1+θ2+θ3)]---(2)]]> 然后，位置矢量r可以用转速和θ3来重写：
r‾=r1i^cosω1t+j^cosω1t+r2i^cos(ω1+ω2)t+j^sin(ω1+ω2)t+r3i^cos(ω1t+ω2t+θ3)+jsin(ω1t+ω2t+θ3)---(3)]]> 然后，等式(3)相对时间差分两次，以便提供以下关系：
r‾··=ω12r1[i^(-cosω1t)+j^(-sinω1t)]+(ω1+ω2)2r2[i^(-cos(ω1+ω2)t)+j^(-sin(ω1+ω2)t)]+]]> (4)
(ω1+ω2)2r3[i^(-cos(ω1+ω2)t+θ3)+j^(-sin(ω1+ω2)t+θ3)]]]> 我们可以通过下面的关系来确定在井壁或杆表面上的点的加速度的法向分量：
r‾···r3‾r3=aN---(5)]]>或
aN=-ω12r1cos(ω2t+θ3)-(ω1+ω2)2(r2cosω2t+r3)---(6)]]> 为了确定该加速度最大的点，等式可以相对θ3进行差分，且结果设置成等于零，条件为加速度的法向分量最大或最小：
∂aN∂θ3=ω12r1sin(ω2t+θ3)+(ω1+ω2)2r2sinθ3=0---(7)]]> 解θ3的等式(7)得到在时间t时法向加速度最大的角度：
θ3=arctan(-sinω2tα+cosω2t)---(8)]]> 其中
α=(1+ω2ω1)2r2r1.]]> 应当知道，等式(8)也提供了与最大加速度的点不同的、加速度最小的角度，例如180度。
等式(8)的壁-心轴接触点的角旋转速度可以相对时间进行差分，以便提供以下关系：
θ·3=-ω21+acosω2tsin2ω2t+(α+cosω2t)2=ω3---(9)]]> 为了确定心轴将在没有滑动的情况下沿井的边缘滚转时的条件，可能必须考虑施加在心轴上的力矩以及它的相应惯性矩。在心轴上的驱动力矩由加速度矢量的切向分量产生。当计算在接触点处的切向加速度时，可以看见，当心轴不滑动时，这也是心轴壁在接触点处的切向加速度。假定心轴的惯性矩与实心柱体的惯性矩相同，驱动力矩可以由以下关系表示：
τ4d=(r3-r4)m42ω12αr2(r1r2-1)sinω2t[1+α+2α·cosω2t]1/2---(10)]]> 由于在心轴和心轴井的底板之间的摩擦而施加在心轴上的第二力矩也可以存在，并可以由以下关系表示：
τ4f=-23μfsm4gr4---(11)]]> 由于在心轴和底板之间的摩擦而引起的力矩通常沿与驱动力矩相反的方向作用。当驱动力矩并不大到足以克服由于摩擦而产生的力矩时，心轴将并不运动。用于本发明实施例的一个示例操作方法是用于使心轴在没有滑动的情况下保持与心轴井的壁接触。当驱动力矩变大，以致于使得驱动力矩大于由于在井壁和心轴之间的摩擦而引起的力矩时，心轴将开始滑动。当心轴并不滑动时的条件由以下关系表示：
-μm4[ω12r1(1+αcosω2t(sin2ω2t+(α+cosω2t)2)1/2)+(ω1+ω2)2(r2(α+cosω2t)(sin2ω2t+(α+cosω2t)2)1/2)+r3]]]> >I4r42(ω1+ω2)2(r1-r2)sinω2tsin2ω2t+(α+cosω2t)2---(12)]]> 本领域技术人员很容易知道，这样导出接触点是忽略心轴的摩擦和惯性的理想情况。在某些实施例中，在心轴和壁之间的接触点可以稍微滞后在理论接触点的后面。该滞后的量可以由井壁的加速度的切向分量来确定。心轴可能沿增加切向加速度的方向偏离理论接触点，直到该加速度大到足以克服心轴的摩擦和惯性的影响。应当知道，驱动力相对于惯性阻力和摩擦力越大，接触点越接近理想情况。实验数据可以很容易地考虑这些参数而获得。
上述等式的详细研究表明，有多个示例沉积系统或装置可以操作的不同状态，各状态由各种因素的组合来确定。下面将介绍多个这些因素以及它们影响系统性能的方式。应当知道，所述的因素列表和操作状态都不是全部的或排他的，这些实例并不限制附加权利要求的范围。
例如，当操作示例工具时，驱动力矩可以由于壁的加速度的切向分量(见等式10)而施加在心轴上。还可以有在壁和心轴之间的摩擦力。只要驱动力矩小于静摩擦可以提供的最大力矩，心轴就通常将绕它自身的轴线旋转。一旦驱动力矩超过该力，心轴可能开始滑动(见等式12)。当超过该最大允许力矩时，接触点将离开最大法向加速度点。不过，仍然有施加的力矩，大小由滑动摩擦系数来确定。一旦驱动力矩减小至一定程度，心轴将停止滑动，并朝着由最大法向加速度确定的点往回运动。
在心轴的底部和井的底板之间可以存在第二摩擦力。该摩擦源可以沿驱动力矩的相反方向施加力矩。当驱动力矩不大于该第二摩擦力矩时，心轴将并不运动。为了使工具高效工作，在心轴的底部和井的底板之间的(静和动)摩擦系数应当尽可能低。这些操作条件可以总结如下：来自底板摩擦的力矩(A)＜τ4d(B)＜来自壁摩擦的、引起滑动的力矩(C)。具体的，这些操作条件可以由以下关系表示：
A=-23μfsm4gr4---(13)]]> B=I4r4r1r2(r1-r2)αω12sinω2tsin2ω2t+(α+cosω2t)2---(14)]]> C=μwsr4[m4r1ω12(sin2ω2t+(α+cosω2t)2)1/2+αr3r2]---(15)]]> 其中，用于实心柱体的I4表示为I4＝m4(r4)2/2。
当还没有开始旋转时，或者当ω4改变符号时，静摩擦系数控制旋转的开始。当τ4d大到足以使心轴“挣脱”时，可能产生瞬变。总而言之，优选的工作模式是当τ4d/τ4f＞＞1时。
为了使得井壁和心轴之间的摩擦力最大，可以有多种选择。磨损或滚花心轴表面以便增大摩擦系数是本发明实施例的一种选择。选择具有高摩擦系数的材料用于心轴侧部和井壁是本发明实施例的另一选择。不过应当知道，在这些示例中感兴趣的摩擦系数是静摩擦系数，而不是动摩擦系数，因为心轴沿壁滚转。当心轴沿壁滑动(而不是滚转)时，动摩擦系数变得相关。类似的，在心轴和井底板之间的摩擦可以通过合适选择材料而减至最小。通常，工具由材料例如铝和不锈钢来构成，但是也可以有多个其它材料，例如铜、塑料等，这些实例并不限制附加权利要求的范围。
在上述说明中，心轴假定为实心柱体。很容易知道，在本发明实施例中可以使用不同形状和重量的心轴，并可以因此调节惯性矩和力矩的等式。因此，在本发明实施例中，可以利用任意心轴重量、形状和材料来获得合适的摩擦系数或其它值，这里提供的实例并不限制附加权利要求的范围。
对于多个系统变量，存在考虑由以下关系表示的另一值的情况：
α=(1+ω2ω1)2r2r1---(16)]]> 当α＝0时的操作区域导致心轴以恒定ω3平滑旋转。由于等于零，必须大致满足以下两个条件中的一个：ω2＝-ω1或r2＝0。在这种情况下，α独立于r1或r2。对于α＜＜1，心轴将在非常接近恒定的速率下旋转。因此，当α＜1时，dθ3/dt大致有相同符号，心轴以变化速率沿一个方向旋转。当α＞1时，dθ3/dt将在正和负之间变化，接触点的运动改变方向，交替顺时针和逆时针旋转，而没有净旋转。当α非常大时，心轴的旋转接近零。
因此，设置r2＝0导致可以使用不同的工具结构。在这样的工具实施例中，心轴井将定心在行星盘的中间，而不是在边缘。这样的工具将不能保持一个以上的心轴，这也允许心轴井有高达几英寸的直径，从而能够涂覆较大或异常形状的基片。
当α接近或等于1时，将产生另一感兴趣的情况。例如，当α值接近1时，数学分析表明心轴将进行较大和快速的加速和减速。实验表明发生这种情况时，驱动力矩很大，这样，它克服在心轴和井壁之间的摩擦力，且心轴滑动，从而导致不规则的粗糙运动(roughmotion)。为了使得心轴平滑旋转，应当选择合适的机器或装置参数，以便保证α并不处于该范围。
图11是本发明实施例的转速的曲线图。参考图11，对于0.4的α和60rpm的行星转速，以曲线表示了在一秒时间内的行星盘42的转速、在井壁41上的任意点的转速以及基片43的转速。y轴表示转速(单位为弧度/秒)，而x轴表示时间(单位为秒)。平线表示行星盘的恒定转速，而更大的曲线41表示f3。如所希望的，在壁上的点开始时转速小于行星盘的转速，并逐渐加速直到峰值为高于行星盘转速的值，然后往回降低。两个曲线中更小的43表示f4，该f4等于f3乘以由机器结构确定的几何系数。
图12是本发明实施例的角加速度的曲线图。参考图12，图中提供了图11中所示的曲线的导数。α又等于0.4，行星盘转速为60rpm。y轴表示角加速度(单位为弧度/秒2)，而x轴表示时间。更大的曲线48表示在壁上的点的角加速度怎样在一段时间中增加和然后减小。更小的曲线49表示旋转基片的角加速度。
图13是本发明实施例的转速的曲线图。参考图13，图中以曲线表示了当行星盘转速为一圈每秒且α值为1.7和0.7时的转速f3。y轴表示转速(单位为弧度/秒)，而x轴表示时间。下降至低于x轴的第一曲线52表示α值为1.7的旋转，且当检查区域高于和低于轴时，部件没有净旋转。根据实验证明，心轴在井中前后摆动，但是没有沿井壁的净前进。第二曲线53表示α值为0.7的旋转。
普通的工具使得基片以大约1000rpm旋转，以便保证各基片在它经过目标前面或经过氧化区域时转至少一整圈。下面的表1提供了α值变化时的测量θ4值。参考表1中的值，本发明实施例的示例工具可以提供更慢的转速，且选择系统参数以便保证基片的正确定相将很重要。相关参数可以合适选择，以便保证在基片每次经过目标前面时不会以相同方式朝着该目标而导致不均匀涂覆。表1还提供了对于几个α值以及各种鼓筒和行星盘转速，在井中的心轴、布置在固定杆上的较大端部开口管和布置在固定杆上的较小端部开口管的观测转速。表2-4提供了表1中的数据的更详细检查，从而再分析各旋转基片，并使理论转速与实际观测转速比较。
表1：对于变化的α的测量θ4值(为了清楚，频率为rpm，而不是rps)。对于下表的值：心轴井直径-17.3mm；盘心轴直径-15.8mm；较大杆的直径-11.97mm；较小杆的直径-6.5mm；玻璃管内径-14.9mm。
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #心轴旋转 (每分钟) #较大杆旋转 (每分钟) #较小杆旋转 (每分钟)
55 -58.9 0.00 4.2 8.7(平滑) 30.2(平滑)
55 -26.3 0.004 1.8 3.6(平滑) 12.9(平滑)
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #心轴旋转 (每分钟) #较大杆旋转 (每分钟) #较小杆旋转 (每分钟)
30 11.7 0.29 0.5 不运动 3.4
55 35 0.4 2.3 4.7(平滑) 17.5(平滑)
50 46.7 0.57 2.8 5.6(平滑) 21(平滑)
55 55.4 0.61 3.6 7.3(平滑) 24.9(平滑)
35 40.8 0.71 1.0 摇摆，不旋转 4.1(不平滑)
45 58 0.8 1.8 1.2(不平滑) 7.5(不平滑)
50 69.9 0.87 1.5 0.1(急动) 4.2(不平滑)
60 93.2 0.99 1.5 0(摇摆) 4.7(不平滑)
40 70 1.14 0.5 摇摆，不旋转 3.8(不平滑)
表2：对于不同α值，心轴的实验转速与心轴的理论转速的比较。
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #心轴的理论 旋转(rpm) #心轴的旋转 实验(rpm) 理论与实 验的比率
55 -58.9 0.00 5.3 4.2 1.3
55 -26.3 0.004 2.4 1.8 1.4
30 11.7 0.29 1.1 0.5 2.2
55 35 0.4 3.2 2.3 1.3
50 46.7 0.57 4.2 2.8 1.5
55 55.4 0.61 5.0 3.6 1.4
35 40.8 0.71 3.7 1.0 3.8
45 58 0.8 5.2 1.8 2.8
50 69.9 0.87 6.3 1.5 4.2
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #心轴的理论 旋转(rpm) #心轴的旋转 实验(rpm) 理论与实 验的比率
60 93.2 0.99 8.4 1.5 5.6
40 70 1.14 0 0.5 0
表3：对于不同α值，较大杆的实验转速与较大杆的理论转速的比较。
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #较大杆的理论 旋转(rpm) #较大杆的实 验(rpm) 理论与实 验的比率
55 -58.9 0.00 11.8 8.7(平滑) 1.4
55 -26.3 0.004 5.6 3.6(平滑) 1.6
30 11.7 0.29 N/A 不运动 N/A
55 35 0.4 7.0 4.7(平滑) 1.5
50 46.7 0.57 9.3 5.6(平滑) 1.6
55 55.4 0.61 11.1 7.3(平滑) 1.5
35 40.8 0.71 N/A 摇摆，不旋转 N/A
45 58 0.8 11.6 1.2(不平滑) 10
50 69.9 0.87 14.0 0.1(急动) 144
60 93.2 0.99 0 0(摇摆) 0
40 70 1.14 0 摇摆，不旋转 0
表4：对于不同α值，较小杆的实验转速与较小杆的理论转速的比较。
鼓筒速度 (f1(rpm)) 行星盘速度 (f2(rpm)) α #较小杆的理论 旋转(rpm) #较小杆的 实验(rpm) 理论与实 验的比率
55 -58.9 0.00 33.0 30.2(平滑) 1.1
55 -26.3 0.004 14.7 12.9(平滑) 1.1
30 11.7 0.29 6.6 3.4 1.9
55 35 0.4 19.6 17.5(平滑) 1.1
50 46.7 0.57 26.1 21(平滑) 1.2
55 55.4 0.61 31.0 24.9(平滑) 1.2
35 40.8 0.71 22.9 4.1(不平滑) 5.4
45 58 0.8 32.5 7.5(不平滑) 4.2
50 69.9 0.87 39.1 4.2(不平滑) 9.1
60 93.2 0.99 52.2 4.7(不平滑) 11.1
40 70 1.14 0 3.8(不平滑) 0
参考上述表1-4，对于小于0.7的α值，在预测转速和观测转速之间的比率在百分之十内一致，在实验误差内。这表明在机器中存在几何因素，其可以通过实验来确定。通过确定该因素，可以精确预测部件的转速。由于行星盘的低转速而在α值为0.29时出现一个例外，它太慢，不足以提供用于使得工具以预期速度旋转的足够向心力。对于1或更大的α值，理论预测部件将并不旋转，实验证据反映了该理论。对于在0.7和1之间的α值，实验显示工具的运动不再平滑，实验转速不再依照预测转速。这与描述最佳工作区域是当α小于或大大小于1时的理论一致。实验还表明，根据本发明实施例，超过40层和大于4微米厚度的复杂涂层可以沉积在灯上，同时均匀性在百分之一至二内。各层可能需要几次经过目标。
本发明的多个实施例可以在心轴无滑动地保持与井壁接触的状态下工作。实施例的另一工作模式可以是这样的状态，即心轴不是一直与井壁接触，而是当沿一个方向旋转时以随机间隔不与壁接触。在任意接触点，心轴井的壁相对于心轴的运动大致沿一个方向，从而使心轴保持沿一个方向旋转，尽管转速是随机的。用于确定当心轴贴在壁上时的状态的相同数学等式可以用于确定这种情况所施加的参数(在这种情况下，α并不是有意义的参数，因为心轴并不与壁连续接触)。
实施例的还一工作模式可以是当心轴随机和以变化方向从心轴井的壁上跳开时的状态，首先沿一个方向旋转，然后另一方向。转速也可以是随机的。还有，在前述情况中所述的数学等式可以用于确定何时使用该情况。应当知道，尽管数学分析能够预测心轴离开壁的时间，但是并不能预测一旦发生该情况后心轴的运动。
本发明的还一实施例可以利用盘涂覆机器中的示例工具。图14是本发明另一实施例的透视图。参考图14，示例工具可以用于盘涂覆机器200中。在这样的实施例中，一个或多个行星盘220可以定位在盘210的上表面202的周边周围。盘210可以驱动成以转速ω1绕它的中心轴线旋转，而各行星盘220驱动成以转速ω2绕它的中心轴线旋转。各行星盘220可以驱动成以相同或不同的转速旋转。心轴230定位在各行星盘220的周边周围，并如上面的鼓筒结构所述来旋转。行星盘的一个或多个内部环240可以定位在盘210的上表面202上。在行星盘的内部环中的各行星盘可以独立驱动，以便以另一转速ω3绕它的中心轴线旋转。当然，ω3可以与ω2相同或不同。与行星盘的周边环相似，各行星盘240可以驱动成以相同或不同的转速旋转。基片(未示出)可以近似定位在各心轴中。
因此，本发明实施例的一个方面利用存在于旋转系统中的向心力来使得基片旋转，而不使用齿轮或轴承，因此减小了现有技术中遇到的问题。
本发明实施例的一个方面提供了一种新颖工具，它比普通机架和工具明显更薄，并不装有齿轮或轴承，因此大大减小了阴影，并提高了涂覆均匀性。在需要非常精确涂层的本发明实施例中，可以根据预定设计来提供遮蔽以特意遮蔽基片部分。
本发明实施例的还一方面是通过选择机器参数来选择工具的工作状态，用于使心轴平滑和连续运动或使管形基片旋转。在正确状态下，基片的旋转可以定相，这对于均匀的薄膜分布和氧化很重要。本发明实施例的还一方面是均匀涂覆的基片，其具有超过四微米厚度的多层涂层。这些涂层可以包括需要多次经过目标的层，并可以有百分之一至二的厚度变化。
尽管已经介绍了本发明的优选实施例，但是应当知道，所述实施例只是举例说明，根据等效范围，本发明的范围只由附加权利要求来确定，本领域技术人员自然知道多种变化和改变。