发明内容
本发明提供一种非球面薄膜溅镀系统,其于非球面上形成均匀薄膜,以符合生产要求,并避免非球面透镜的反射光谱失真。
为达上述目的,本发明提供一种非球面薄膜溅镀系统,其系包括真空腔体、靶材与多轴式自动驱动装置。靶材位于真空腔体中,并电性连接溅镀电源。溅镀电源用以于真空腔体中形成电浆,并用电浆溅镀靶材,从而形成溅镀粒子。多轴式自动驱动装置上设有至少一个待溅镀物,多轴式自动驱动装置与待溅镀物位于真空腔体中,待溅镀物具有朝向靶材的非球面。非球面具有待溅镀点,待溅镀点的切线与直线段互相垂直,直线段连接于待溅镀点与靶材之间。多轴式自动驱动装置用以根据待溅镀点对应的非球面方程式,在固定直线段的长度的前提下移动待溅镀物,以利用溅镀粒子于非球面上形成均匀薄膜。非球面的中间区域为球面,非球面的高度变化对应一平面坐标系,平面坐标系由互相垂直的第一坐标轴与第二坐标轴形成,第一坐标轴平行待溅镀物未转动时中间区域的顶点的切线,非球面方程式表示如下:
其中n为正整数,A
2n为第n个非球面系数,R为中间区域的曲率半径,K为锥形常数(conic constant),y与Z为待溅镀物未转动时,非球面上的每一点分别对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值。
在本发明的一实施例中,多轴式自动驱动装置以垂直第二坐标轴的第一直线为轴,并以θ角旋转待溅镀物时,待溅镀点的对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值分别为y*与Z*,且Z*=Z(y*)rot(θ),
且多轴式自动驱动装置减少或增加Z*,以固定直线段的长度。
在本发明的一实施例中,多轴式自动驱动装置包括升降机构与旋转机构。升降机构用以沿第二直线垂直移动,第二直线垂直第一直线。旋转机构设于升降机构上,待溅镀物设于旋转机构上。升降机构用以通过旋转机构固定直线段的长度,旋转机构用以以第一直线为轴,旋转待溅镀物。
在本发明的一实施例中,多轴式自动驱动装置更包括基座与平移机构。基座上设有两个平移轨道,平移机构设于平移轨道上,升降机构设于平移机构上。平移机构在平移轨道上沿第三直线水平移动,第三直线垂直第二直线。平移机构用以通过升降机构与旋转机构将待溅镀点对准靶材。
在本发明的一实施例中,旋转机构包括第一子旋转机构与第二子旋转机构。第一子旋转机构设于升降机构上,第二子旋转机构设于第一子旋转机构上,待溅镀物设于第二子旋转机构上。第一子旋转机构用以以第一直线或第四直线为轴,通过第二子旋转机构旋转待溅镀物,第四直线平行第二直线。第二子旋转机构用以以第五直线为轴,旋转待溅镀物,第五直线垂直第一直线。
在本发明的一实施例中,非球面薄膜溅镀系统更包括控制处理装置,其电性连接多轴式自动驱动装置与溅镀电源。在控制处理装置接收待溅镀点的分别对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值y*与Z*及待溅镀物的旋转角度θ,并判断Z*=Z(y*)rot(θ),且
时,控制处理装置控制多轴式自动驱动装置以第一直线为轴,以θ角旋转待溅镀物,并减少或增加Z*,以固定直线段的长度,且控制处理装置控制溅镀电源形成电浆,并藉此溅镀靶材以于待溅镀点形成薄膜。
在本发明的一实施例中,非球面薄膜溅镀系统更包括膜厚计,其设于真空腔体中,并电性连接控制处理装置。控制处理装置用以控制膜厚计量测待溅镀点上的薄膜的实际厚度。在实际厚度小于均匀厚度时,膜厚计传送实际厚度与均匀厚度给控制处理装置,控制处理装置根据实际厚度与均匀厚度计算出补膜时间。在控制处理装置判断Z*=Z(y*)rot(θ),且
时,控制处理装置控制多轴式自动驱动装置以第一直线为轴,以θ角旋转待溅镀物,并减少或增加Z*,以固定直线段的长度,且控制处理装置以补膜时间控制溅镀电源形成电浆,并藉此溅镀靶材以于待溅镀点形成具有均匀厚度的薄膜。
在本发明的一实施例中,靶材固定或活动设于真空腔体中。
在本发明的一实施例中,待溅镀物未转动时,中间区域的顶点为待溅镀点。
在本发明的一实施例中,待溅镀物为非球面透镜、光学镜头、感测组件或电子装置。
本发明的有益效果:基于上述,非球面薄膜溅镀系统利用非球面方程式推导出切线轨迹关系,以于非球面上形成均匀厚度的薄膜,从而符合生产要求,并避免非球面透镜的反射光谱失真。
附图说明
图1为本发明的非球面薄膜溅镀系统的一实施例的结构示意图。
图2为本发明的多轴式自动驱动装置的一实施例的结构示意图。
图3为本发明的待溅镀物在未转动时于一平面坐标系上的示意图。
图4为本发明的待溅镀物在转动后于一平面坐标系上的示意图。
图5(a)至图5(c)为本发明的移动待溅镀物的一实施例的各步骤结构示意图。
图6为本发明的待溅镀点动作路径的实施例的示意图。
图7为本发明的非球面薄膜溅镀系统的运作方法的一实施例的流程图。
图8为本发明的均匀薄膜的厚度曲线图。
附图标记:1非球面薄膜溅镀系统;10真空腔体;11靶材;12多轴式自动驱动装置;120升降机构;121旋转机构;1210第一子旋转机构;1211第二子旋转机构;122基座;123平移机构;124平移轨道;13溅镀电源;14控制处理装置;15膜厚计;2待溅镀物;A移动基座;B距离传感器;S10、S12、S14、S16、S18、S20、S22步骤。
具体实施方式
本发明的实施例将藉由下文配合相关图示进一步加以解说。尽可能的,在图示与说明书中,相同标号系代表相同或相似构件。在图示中,基于简化与方便标示,形状与厚度可能经过夸大表示。可以理解的是,未特别显示在图示中或描述于说明书中的组件,为本领域技术人员所知的形态。本领域技术人员可依据本发明的内容而进行多种改变与修改。
当一个组件被称为『在…上』时,它可泛指该组件直接在其他组件上,也可以是有其他组件存在于两者之中。相反地,当一个组件被称为『直接在』另一组件,它是不能有其他组件存在于两者的中间。如本文所用,词汇『及/或』包括了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。
于下文中关于“一个实施例”或“一实施例”的描述是指关于至少一实施例内所相关连的一特定组件、结构或特征。因此,于下文中多处所出现的“一个实施例”或“一实施例”的多个描述并非针对同一实施例。再者,于一或多个实施例中的特定构件、结构与特征可依照一适当方式而结合。
以下述例子加以描述,这些例子仅系用以举例说明而已,因为对于熟习此技术者而言,在不脱离本揭示内容的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本揭示内容的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。在通篇说明书与申请专利范围中,除非内容清楚指定,否则「一」以及「该」的意义包括这一类叙述包括「一或至少一」该组件或成分。此外,如本揭露所用,除非从特定上下文明显可见将复数个排除在外,否则单数冠词亦包括复数个组件或成分的叙述。而且,应用在此描述中与下述的全部申请专利范围中时,除非内容清楚指定,否则「在其中」的意思可包括「在其中」与「在其上」。在通篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms),除有特别注明,通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的用词将于下或在此说明书的别处讨论,以提供从业人员(practitioner)在有关本揭露的描述上额外的引导。在通篇说明书的任何地方的例子,包括在此所讨论的任何用词的例子的使用,仅系用以举例说明,当然不限制本揭露或任何例示用词的范围与意义。同样地,本揭露并不限于此说明书中所提出的各种实施例。
可了解如在此所使用的用词「包括(comprising)」、「包括(including)」、「具有(having)」、「含有(containing)」、「包括(involving)」等等,为开放性的(open-ended),即意指包括但不限于。另外,本发明的任一实施例或申请专利范围不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外,摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻的用,并非用来限制发明作的申请专利范围。
此外,若使用「电(性)耦接」或「电(性)连接」一词在此系包括任何直接及间接的电气连接手段。举例而言,若文中描述一第一装置电性耦接于一第二装置,则代表该第一装置可直接连接于该第二装置,或透过其他装置或连接手段间接地连接至该第二装置。另外,若描述关于电讯号的传输、提供,熟习此技术者应该可了解电讯号的传递过程中可能伴随衰减或其他非理想性的变化,但电讯号传输或提供的来源与接收端若无特别叙明,实质上应视为同一讯号。举例而言,若由电子电路的端点A传输(或提供)电讯号S给电子电路的端点B,其中可能经过一晶体管开关的源汲极两端及/或可能的杂散电容而产生电压降,但此设计的目的若非刻意使用传输(或提供)时产生的衰减或其他非理想性的变化而达到某些特定的技术效果,电讯号S在电子电路的端点A与端点B应可视为实质上为同一讯号。
除非特别说明,一些条件句或字词,例如「可以(can)」、「可能(could)」、「也许(might)」,或「可(may)」,通常是试图表达本案实施例具有,但是也可以解释成可能不需要的特征、组件,或步骤。在其他实施例中,这些特征、组件,或步骤可能是不需要的。
以下将描述一种非球面薄膜溅镀系统,其利用非球面方程式推导出切线轨迹关系,以于非球面上形成均匀厚度的薄膜,从而符合生产要求,并避免非球面透镜的反射光谱失真。
图1为本发明的非球面薄膜溅镀系统的一实施例的结构示意图。图2为本发明的多轴式自动驱动装置的一实施例的结构示意图。图3为本发明的待溅镀物在未转动时于一平面坐标系上的示意图。请参阅图1、图2与图3,非球面薄膜溅镀系统1包括真空腔体10、靶材11、多轴式自动驱动装置12与溅镀电源13,其中靶材11可为,但不限于长形或圆形。靶材11位于真空腔体10中,并电性连接溅镀电源13。靶材11可固定或活动设于真空腔体10中。在此实施例中,靶材11以通过移动基座A活动式设于真空腔体10中为例。多轴式自动驱动装置12上设有至少一个待溅镀物2。在此实施例中,以多个待溅镀物2为例,待溅镀物2可为非球面透镜、光学镜头、感测组件或电子装置,但本发明并不以此为限。多轴式自动驱动装置12与待溅镀物2位于真空腔体10中,待溅镀物2具有朝向靶材11的非球面。非球面是由球面和平面以外的曲面组成的。非球面具有待溅镀点,待溅镀点的切线与直线段互相垂直,此直线段连接于待溅镀点与靶材11之间。举例来说,在待溅镀物2未转动时,中间区域的顶点即为待溅镀点。
溅镀电源13于真空腔体10中形成电浆,并用电浆溅镀靶材,从而形成溅镀粒子。多轴式自动驱动装置12根据待溅镀点对应的非球面方程式,在固定上述直线段的长度的前提下移动待溅镀物2,以利用溅镀粒子于非球面上形成均匀薄膜。如图3所示,图中实曲线表示待溅镀物2的非球面在高度上的变化。非球面的中间区域为球面,非球面的高度变化对应一平面坐标系,平面坐标系由互相垂直的第一坐标轴与第二坐标轴形成,第一坐标轴平行待溅镀物2未转动时中间区域的顶点的切线,非球面方程式如公式(1)所示:
其中n为正整数,A2n为第n个非球面系数,R为中间区域的曲率半径,K为锥形常数(conic constant),y与Z为待溅镀物2未转动时,非球面上的每一点分别对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值。举例来说,在待溅镀物2未转动时,中间区域的顶点对应于第一坐标轴的坐标值为0,且此顶点对应于第二坐标轴的坐标值为H1。实际上,无论待溅镀物2有没有转动,待溅镀点都会具有对应于第二坐标轴的最大坐标值。
在本发明的某些实施例中,多轴式自动驱动装置12可包括升降机构120与旋转机构121。旋转机构121设于升降机构120上,待溅镀物2设于旋转机构121上。升降机构120通过旋转机构121固定直线段的长度,旋转机构121以垂直第二坐标轴的第一直线为轴,旋转待溅镀物2,其中旋转角度可在90~-90度,但本发明不限于此旋转角度。升降机构120沿第二直线垂直移动,第二直线垂直第一直线。图4为本发明的待溅镀物在转动后于一平面坐标系上的示意图。如图2与图4所示,举例来说,在多轴式自动驱动装置12的旋转机构121以第一直线为轴,并以θ角旋转待溅镀物2时,待溅镀点的对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值分别为y*与Z*,且Z*=Z(y*)rot(θ),
且多轴式自动驱动装置2的升降机构120减少或增加Z*,以固定直线段的长度。θ可大于或等于-90度,且小于或等于90度,rot函数是指旋度。在图4中,实曲线代表待溅镀物2的非曲面于旋转θ角后在高度上的变化,其中待溅镀点的对应于第二坐标轴的坐标值为H2。虚曲线代表待溅镀物2的非曲面于旋转θ角并减少Z*,以固定直线段的长度后在高度上的变化,其中待溅镀点的对应于第二坐标轴的坐标值同样为H1。
实际上,在待溅镀物2未转动时,待溅镀点的切线的斜率为0。当待溅镀物2以θ角旋转后,此切点同样存在。基于切点的斜率为0,故应满足Z*=Z(y*)rot(θ),
同时,Z(y)rot(θ)与Z(y)一样,仅包括一个极值,且此函数的曲率是渐变的,因此切点是存在的。也就是说,非球面薄膜溅镀系统是利用非球面方程式推导出切线轨迹关系,可以于非球面上稳定形成均匀厚度的薄膜,从而符合生产要求,并避免非球面透镜的反射光谱失真。
图5(a)至图5(c)为本发明的移动待溅镀物的一实施例的各步骤结构示意图。图6为本发明的待溅镀点动作路径的实施例的示意图。请参阅图5(a)至图5(c)图与图6,以下介绍移动待溅镀物2的各步骤。首先如图5(a)所示,图5(a)表示待溅镀物2在未转动时的状态,其中待溅镀点对应于第二坐标轴的坐标值为H1,待溅镀点的切线垂直靶材11与待溅镀点之间的直线段。若欲将B1点作为新的待溅镀点,如图5(b)图所示,以A为原点,将待溅镀物2逆时针旋转θ角,使新的待溅镀点移动到B2点的位置,此时B2点的切线垂直靶材11与B2点之间的直线段,且B2点对应于第二坐标轴的坐标值为H2,故缩短了靶材11与待溅镀点之间的直线段的长度。为了恢复至靶材11与待溅镀点之间的直线段的原来长度,如图5(c)图所示,降低新的待溅镀点对应于第二坐标轴的坐标值至H1,使新的待溅镀点移动到B3点的位置。如图6所示,新的待溅镀点的位置依序从B1点经过B2点,最后到B3点。
如图1与图2所示,为了针对待溅镀点取得更多调整参数,根据需求,多轴式自动驱动装置12更可包括基座122与平移机构123。基座122上设有两个平移轨道124,平移机构123设于平移轨道124上,升降机构120设于平移机构123上。平移机构123在平移轨道124上沿第三直线水平移动,第三直线垂直第二直线,平移机构123通过升降机构120与旋转机构121将待溅镀点对准靶材11。若靶材11是活动式设于真空腔体10中,则靶材11将可通过移动基座A以垂直第三直线的方向水平移动,以达到瞄准待溅镀点的目的。除了水平移动外,移动基座A亦可带动靶材11沿第二直线在20公分内垂直移动,或以0~30度转动靶材11,但本发明并不限于靶材11的垂直移动距离与转动角度。此外,旋转机构121可包括第一子旋转机构1210与第二子旋转机构1211。第一子旋转机构1210设于升降机构120上,第二子旋转机构1211设于第一子旋转机构上1210,待溅镀物2设于第二子旋转机构1211上。第一子旋转机构1210以第一直线或第四直线为轴,通过第二子旋转机构1211旋转待溅镀物2,其中第四直线平行第二直线。第二子旋转机构1211以第五直线为轴,旋转待溅镀物2,其中第五直线垂直第一直线。
在本发明的某些实施例中,非球面薄膜溅镀系统1更可包括控制处理装置14与膜厚计15。控制处理装置14电性连接两个距离传感器B、多轴式自动驱动装置12与溅镀电源13。距离传感器B分别设于平移轨道124上,距离传感器B的位置对应平移机构123的位置。距离传感器B感测平移机构123的位置,并将此传送给控制处理装置14。当控制处理装置14判断靶材11瞄准待溅镀点时,控制处理装置14停止移动平移机构123。膜厚计15设于真空腔体10中,并电性连接控制处理装置14。在控制处理装置14接收待溅镀点的分别对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值y*与Z*及待溅镀物2的旋转角度θ,并判断Z*=Z(y*)rot(θ),且
时,控制处理装置14控制多轴式自动驱动装置12以第一直线为轴,以θ角旋转待溅镀物2,并减少或增加Z*,以固定直线段的长度,且控制处理装置14控制溅镀电源13形成电浆,并藉此溅镀靶材11以于待溅镀点形成薄膜。控制处理装置14控制膜厚计15量测待溅镀点上的薄膜的实际厚度。在此实际厚度小于均匀厚度时,膜厚计15传送实际厚度与均匀厚度给控制处理装置14,控制处理装置14根据实际厚度与均匀厚度计算出补膜时间。在控制处理装置14判断Z*=Z(y*)rot(θ),且/>
时,控制处理装置14再次控制多轴式自动驱动装置2以第一直线为轴,以θ角旋转待溅镀物2,并减少或增加Z*,以固定直线段的长度,且控制处理装置14以补膜时间控制溅镀电源形成电浆,并藉此溅镀靶材11以于待溅镀点形成具有均匀厚度的薄膜。
图7为本发明的非球面薄膜溅镀系统的运作方法的一实施例的流程图。请参阅图7与图1,以下介绍非球面薄膜溅镀系统1的运作过程。首先如步骤S10所示,控制处理装置14利用多轴式自动驱动装置12移动待溅镀物2,使靶材11与待溅镀物2之间的直线段垂直待溅镀点的切线,其中待溅镀物2的非曲面的顶点作为待溅镀点。接着,如步骤S12所示,控制处理装置14接收待溅镀点的分别对应于第一坐标轴与第二坐标轴的坐标值y*与Z*及待溅镀物2的旋转角度θ。如步骤S14所示,控制处理装置14判断是否满足Z*=Z(y*)rot(θ),且
若否,则回至步骤S12,若是,则进行步骤S16。在步骤S16中,控制处理装置14控制多轴式自动驱动装置12以第一直线为轴,以θ角旋转待溅镀物2,并减少或增加Z*,以固定直线段的长度,且控制处理装置14控制溅镀电源13形成电浆,并藉此溅镀靶材11以于待溅镀点形成薄膜。针对待溅镀物2上的每一点依序作为待溅镀点,并重复进行上述步骤S10至S16,直到待溅镀物2的每一点都有形成薄膜为止。当待溅镀物2的每一点都有形成薄膜后,如步骤S18所示,控制处理装置14控制膜厚计15量测每待溅镀点上的薄膜的实际厚度,以取得均匀厚度。如步骤S20所示,控制处理装置14判断待溅镀点上的薄膜的实际厚度是否小于均匀厚度,若是,则控制处理装置14寻找实际厚度小于均匀厚度的薄膜所对应的待溅镀点的坐标值y*与Z*,并据此回至步骤S14,若否,则如步骤S22,结束流程。然而,倘若可达到相同的结果,并不需要一定照图7所示的流程中的步骤顺序来进行,且图7所示的步骤不一定要连续进行,亦即其他步骤亦可插入其中。
图8为本发明的均匀薄膜的厚度曲线图。如图8所示,纵轴为厚度,横轴为相距待溅镀物的边缘的位置距离,由图可知,非球面薄膜溅镀系统所形成的均匀薄膜的厚度差异会小于3奈米。
根据上述实施例,非球面薄膜溅镀系统利用非球面方程式推导出切线轨迹关系,以于非球面上形成均匀厚度的薄膜,从而符合生产要求,并避免非球面透镜的反射光谱失真。
以上所述,仅为本发明一优选实施例而已,并非用来限定本发明实施的范围,故举凡依本发明的权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰,均应包括于本发明的权利要求范围内。