Система для изготовления массива материалов с покрытиями (варианты)

Система для изготовления массива материалов с покрытиями (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение относится к системе для получения и отбора библиотек покрытий и, более конкретно, к системам для параллельного осаждения слоев материалов на подложку для получения библиотеки покрытий.

Покрытия широко используются в промышленности для повышения функциональности и увеличения ценности материала подложки. В целом существует два типа функциональных материалов для покрытий: неорганические и органические покрытия. Неорганические покрытия использовались как в полупроводниковой промышленности, например, в различных тонкопленочных интегральных микросхемах, так и в традиционной промышленности, например в виде покрытий, создающих термический барьер для паровых турбин и аэродинамических поверхностей авиадвигателей. Органические покрытия также широко используются во многих промышленных областях использования в защитных или декоративных целях, например в качестве автомобильного верхнего прозрачного покрытия, красок и т.д. Другие типы покрытий включают, например, защитные и антикоррозийные покрытия, клейкие и антиадгезионные покрытия, защищающие от внешних условий барьерные покрытия, электропроводящие или оптически прозрачные покрытия, твердые устойчивые к царапанию покрытия и т.д. Открытие усовершенствованных рецептур покрытий имеет огромное значение для производителя.

Однако разработка общих подходов для ускорения разработки способов получения различных систем нанесения покрытий может иметь еще большее значение, поскольку поиск и оптимизация улучшенных покрытий больше является искусством, чем наукой. Сила теоретического подхода при поиске и оптимизации улучшенных покрытий является ограниченной в значительной степени из-за сложности типичных систем для нанесения покрытий и многообразия требований по качеству, которым они должны соответствовать. Типично рецептуры промышленных покрытий должны соответствовать многочисленным функциональным требованиям, и для получения сбалансированной рецептуры необходимо множество совместимых функциональных групп или смесей. Кроме того, свойства системы нанесения покрытий зависят не только от рецептуры или состава, но также от условий процесса и способа нанесения покрытия. Например, степень неоднородности толщины и шероховатость поверхности, которая зависит от способа нанесения и обработки покрытия, являются важными для качества и воспроизводимости покрытия. Далее, различные условия обработки, включающие отверждение под воздействием ультрафиолетового света или пучка электронов; изменяющиеся температура или давление и последовательность нанесения каждого слоя многослойных покрытий являются чрезвычайно важными факторами при определении структуры или состава окончательного покрытия. Кроме того, структура или состав окончательного покрытия оказывает влияние на функциональность покрытия. Таким образом, из-за величины переменных параметров большинство из используемых промышленных систем покрытий, разработанных к настоящему времени, являлись результатом случайного успеха экспериментальных способов, проведенных методом проб и ошибок.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Поэтому существует необходимость в подходе, который ускоряет скорость создания и изучения функциональных покрытий для различных промышленных областей использования. Таким образом, целью настоящего изобретения является создание системы высокопроизводительного изготовления и анализа массива материалов с покрытиями.

Эта цель достигается тем, что система для изготовления массива материалов с покрытием содержит подложку, имеющую поверхность со множеством заранее определенных областей, множество материалов для покрытия подложки, механизм подачи, связанный со множеством материалов и приспособленный для одновременной подачи каждого материала на поверхность подложки, и регулирующее устройство, управляющее механизмом подачи для селективной подачи каждого материала так, что каждая заранее определенная область подложки имеет заранее определенное покрытие.

Механизм подачи может дополнительно включать множество источников, каждый из которых предназначен для подачи одного материала и имеет различное неподвижное расположение внутри системы.

Заранее определенное покрытие, связанное с, по меньшей мере, одной областью, может включать тонкопленочное покрытие, имеющее множество слоев.

Система может дополнительно включает маску, имеющую множество рисунков и расположенную рядом с поверхностью подложки, при этом каждый рисунок расположен поверх подложки и является уникальным для обеспечения подачи материалов к различным комбинациям множества заранее определенных областей подложки.

Каждый материал может быть выбран из группы, состоящей из металлов, сплавов, керамических материалов, оксидов, нитридов и сульфидов.

Каждый материал может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, олигомерных материалов, небольших молекул, термопластичных полимеров и термореактивных полимеров.

Механизм подачи может дополнительно включать устройство осаждения из паровой фазы.

Механизм подачи может дополнительно включать затвор, имеющий множество положений, соответствующих каждому материалу, и регулирующее устройство приспособлено контролировать положение затвора для селективного воздействия на поверхность подложки, по меньшей мере, одним материалом.

Механизм подачи может дополнительно включать множество распыляющих устройств, соответствующих множеству материалов, каждый из которых является испаряемым соответствующим одним распыляющим устройством.

Система может дополнительно включать маску, имеющую множество маскирующих рисунков, и подвижное закрепляющее устройство, связанное с регулирующим устройством, и имеющее держатель для закрепления маски, при этом регулирующее устройство приспособлено контролировать перемещение закрепляющего устройства к положению одного маскирующего рисунка над подложкой в сочетании с подачей, по меньшей мере, одного материала на подложку.

Система может дополнительно включать подвижное зажимное приспособление, связанное с регулирующим устройством и имеющее зажим для поддержания подложки, при этом регулирующее устройство способно контролировать скорость перемещения поддерживающего устройства для расположения, по меньшей мере, части подложки внутри зоны подачи для осуществления подачи, по меньшей мере, одного материала.

Закрепляющее устройство может перемещаться с по существу постоянной скоростью.

Указанная цель достигается и тем, что система для изготовления массива материалов с покрытиями включает зону подачи, неподвижно расположенную внутри системы, подложку, имеющую поверхность со множеством заранее определенных областей и расположенную внутри зоны подачи, множество материалов для нанесения покрытия на подложку, механизм подачи, связанный со множеством материалов и приспособленный для одновременной подачи каждого материала из различных неподвижных положений в зону подачи, и регулирующее устройство, контролирующее механизм подачи для селективной подачи, по меньшей мере, одного материала в зону подачи так, что каждая заранее определенная область подложки имеет заранее определенное покрытие, по меньшей мере, одним материалом.

Заранее определенное покрытие, связанное с, по меньшей мере, одной областью, может включать тонкопленочное покрытие, имеющее множество слоев.

Система может дополнительно включать маску, имеющую множество рисунков и расположенную рядом с областью подачи между множеством материалов и поверхностью подложки, и каждый рисунок расположен внутри зоны подачи и является уникальным для обеспечения подачи материалов к различным комбинациям множества заранее определенных областей подложки.

Каждый материал может быть выбран из группы, состоящей из металлов, сплавов, керамических материалов, оксидов, нитридов и сульфидов.

Механизм подачи может дополнительно включать устройство осаждения из паровой фазы.

Механизм подачи может дополнительно включать затвор, имеющий множество положений, соответствующих каждому материалу, при этом регулирующее устройство способно контролировать расположение затвора для селективного воздействия, по меньшей мере, одним материалом в зоне подачи.

Каждый материал может быть выбран из группы, состоящей из полимерных материалов, олигомерных материалов, небольших молекул, термопластичных полимеров и термореактивных полимеров.

Механизм подачи может дополнительно включать множество распыляющих устройств, соответствующих множеству материалов, каждый из которых является испаряемым одним соответствующим распыляющим устройством.

Система может дополнительно включать подвижное закрепляющее устройство, связанное с регулирующим устройством и имеющее держатель для закрепления маски, при этом регулирующее устройство способно контролировать перемещение закрепляющего устройства к положению одного рисунка над зоной подачи в сочетании с подачей, по меньшей мере, одного материала в зону подачи.

Система может дополнительно включать подвижное зажимное приспособление, связанное с регулирующим устройством и имеющее зажим для поддержания подложки, при этом регулирующее устройство способно контролировать скорость перемещения поддерживающего устройства для расположения, по меньшей мере, части подложки внутри зоны подачи, в сочетании с подачей, по меньшей мере, одного материала в зону подачи.

Закрепляющее устройство может перемещаться с, по существу, постоянной скоростью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет принципиальную схему системы для изготовления массива материалов с покрытиями.

Фиг.2 представляет принципиальную схему библиотеки покрытий, полученной из системы, показанной на фиг.1.

Фиг.3 представляет принципиальную схему огибающей поверхности испаренного материала, подаваемого из источника механизма подачи к поверхности подложки внутри зоны подачи.

Фиг.4 представляет кривую профиля толщины, распределенного вдоль размера зоны подачи, при перпендикулярной фокусированной компоновке механизма подачи.

Фиг.5 представляет кривую профиля толщины, распределенного вдоль размера зоны подачи, при фокусированной компоновке под углом механизма подачи.

Фиг.6 представляет кривую профиля толщины, распределенного вдоль размера зоны подачи, при перпендикулярной, внефокусной компоновке механизма подачи.

Фиг.7 представляет кривую профиля толщины, распределенного вдоль размера зоны подачи, при внефокусной компоновке под углом механизма подачи.

Фиг.8 представляет вид сбоку одного варианта осуществления комбинаторной системы нанесения покрытий, имеющей два противоположно расположенных источника подачи.

Фиг.9 представляет вид сверху библиотеки покрытий, полученной из системы, показанной на фиг.8.

Фиг.10 представляет вид в перспективе одного варианта осуществления тройной комбинаторной системы нанесения покрытий.

Фиг.11 представляет вид сверху библиотеки покрытий, полученной из системы, показанной на фиг.10.

Фиг.12 представляет принципиальную схему другого варианта осуществления комбинаторной системы нанесения покрытий.

Фиг.13 представляет вид сверху маски, имеющей множество рисунков и используемой в системе, показанной на фиг.12.

Фиг.14 представляет вид сверху библиотеки покрытий, полученной с использованием маски, показанной на фиг.13, в системе, показанной на фиг.12.

Фиг.15 представляет вид сбоку, показывающий поперечный разрез одного варианта осуществления на практике комбинаторной системы нанесения покрытий осаждением из паровой фазы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг.1 и 2 показана система 10 для изготовления массива материалов с покрытиями, которые образуют библиотеку покрытий, включает механизм 12 подачи, доставляющий один или комбинацию из множества материалов 14 к поверхности 16 подложки 18 для получения покрытия 20. Поверхность 16 подложки имеет множество заранее определенных областей 22, которые располагаются внутри зоны подачи 24, которая предпочтительно находится в неподвижном положении внутри системы 10. Механизм 12 подачи и/или множество материалов 14 расположены так, чтобы одновременно подавать или подавать параллельно каждый из множества материалов в зону 24 подачи. Регулирующее устройство 26 регулирует выбор, количество и последовательность подачи каждого из множества материалов 14 так, что состав покрытия 20 может изменяться в каждой из областей 22 на поверхности подложки 16 для получения библиотеки 28 покрытий. По существу, каждую из множества заранее определенных областей 22 покрывают одним из множества заранее определенных покрытий 30. Множество заранее определенных покрытий 30 включает однослойное покрытие одним из множества материалов 14, однослойное покрытие комбинацией из множества материалов, многослойное покрытие, каждый слой которого представляет собой один из множества материалов, и многослойное покрытие, каждый слой которого представляет собой комбинацию из множества материалов. Кроме того, система 10 может включать маску 32, связанную с регулирующим устройством 26, для обеспечения поставки материалов 14 к различным комбинациям из множества заранее определенных областей 22 для получения множества заранее определенных покрытий 30. Система 10 также может включать отверждающий источник 34 для отверждения множества материалов 14, когда они подаются к подложке 18, либо как только они были осаждены на подложку. Система 10 может включать тестирующее устройство 36 для проведения аналитических тестов на покрытой подложке или библиотеке 28 покрытий, для определения свойств каждого заранее определенного покрытия 30. Маска 32 может быть зафиксирована закрепляющим устройством 35, которое выборочно может подвижно располагать маску внутри системы 10. Аналогичным образом подложка 18 может быть закреплена зажимным приспособлением 37, которое выборочно может подвижно располагать подложку внутри системы 10. Таким образом, настоящее изобретение предлагает систему и способ изготовления и тестирования библиотеки покрытий, имеющей массив покрытий, который получен из множества одновременно фокусируемых материалов или фокусируемых параллельно на подложку.

Механизм 12 подачи сконструирован таким образом, чтобы каждый материал 14 мог подаваться одновременно или подаваться параллельно к зоне 24 подачи под различными углами. По существу, механизм 12 подачи расположен или сфокусирован так, что, по меньшей мере, часть подаваемого материала достигает зоны 24 подачи, как более детально обсуждается ниже. Механизм 12 подачи может являться одиночным устройством или может являться множеством индивидуальных устройств, каждое из которых соответствует одному материалу 14. Расположение каждого или нескольких механизмов 12 подачи предпочтительно является неподвижным внутри системы 10 относительно зоны 24 подачи и относительно других механизмов подачи. Предпочтительно, механизм 12 подачи проецирует каждый из множества материалов 14 к зоне 24 подачи в парообразной или распыленной форме. Подходящие варианты механизма 12 подачи включают распылительные насадки или распылители любого типа, такие как ультразвуковые, воздушные, термические, безвоздушные распылители, например, использующие гидравлическую силу распылители, микроволновые или радиочастотные механизмы подачи, головки для струйной печати, устройство осаждения из паровой фазы, включающее напыление, термическое/электронное/лазерное испарение, химическое осаждение из паровой фазы, эпитаксию молекулярного пучка, плазменное распыление и осаждение ионного пучка.

Множество материалов 14 включает неорганические материалы и органические материалы в различных состояниях, например, в виде твердотельных, жидких, газообразных и испаренных/распыленных материалов. Соответствующие примеры неорганических покрытий выключают металлы, сплавы, керамические материалы, оксиды, нитриды и сульфиды. Соответствующие примеры органических покрытий включают полимерные, олигомерные и небольшие молекулы, где небольшие молекулы являются индивидуальными мономерами, которые реагируют с образованием покрытия. Полимерные материалы включают, но не ограничиваются этим, поликарбонаты, акрилаты, кремнийорганические соединения, сложные эфиры целлюлозы, полиэфиры, алкиды, полиуретаны, винильные полимеры и аналогичное. Предпочтительно, множество органических материалов включает органические полимерные материалы, такие как "архитектурные" материалы, полученные из органических материалов, имеющих защитные или декоративные функциональности, в частности, включающие термопластичные и термореактивные полимеры. Предпочтительно множество неорганических материалов включает оксиды. Далее, множество материалов 14 предпочтительно можно испарить или распылить по отдельности или в комбинации и направить к подложке или осадить на подложку, где испаренный/распыленный материал соединяется и образует непрерывное покрытие, если к подложке подается достаточное количество материала. Кроме того, материал или комбинация материалов может образовывать покрытие, имеющее множество слоев, где покрытие может быть многофункциональным покрытием, имеющим суммарную функцию, обусловленную заранее определенной функциональной ролью каждого слоя. Материалы можно объединять так, что в покрытие объединяются множество органических материалов или множество неорганических материалов или комбинация органических и неорганических материалов. Кроме того, предоставляя данные разнообразные комбинации материалов, можно определить взаимодействие и совместимость различных комбинаций материалов.

Покрытие 20 представляет собой материал или комбинацию материалов, осажденных на подложке 18. Данные материалы могут оставаться в виде отдельных гомогенных материалов или они могут реагировать, взаимодействовать, диффундировать, смешиваться или объединяться иным образом с получением нового гомогенного материала, смеси, композита или композиции. Как указывалось выше, покрытие 20 может включать один слой или множество слоев. Как правило, покрытие 20 имеет поперечный размер, т.е. длину, измеренную вдоль поверхности подложки, намного больший, чем толщина, т.е. размер покрытия, перпендикулярный к поверхности подложки. Предпочтительно каждый слой является тонкопленочным слоем. Покрытие 20 может различаться по составу, выборочно непрерывным образом от одной заранее определенной области 22 к другой, таким образом образуя массив покрытий, который определяет множество заранее определенных покрытий 30 библиотеки 28 покрытий. Каждый массив покрытий отличается друг от друга в зависимости от своего расположения. Кроме того, каждый массив покрытий можно обработать при одних и тех же условиях и проанализировать, чтобы определить их характеристики относительно функциональных или полезных свойств, и затем сравнить друг с другом, чтобы определить относительную полезность.

Каждая из множества заранее определенных областей 22 является неподвижной зоной на подложке 18 для получения одного или комбинации из множества материалов 14 с целью образования однослойного или многослойного покрытия. Каждая из заранее определенных областей 22 может иметь любую форму, достаточную для получения и анализа осажденного на ней покрытия, например прямоугольную, вытянутую в линию, аркообразную, круглую, эллиптическую, их комбинации и т.д. Каждая заранее определенная область 22 типично имеет площадь в диапазоне примерно от 0,01 мм² до 100 см², предпочтительно в диапазоне примерно от 1 мм² до 1 см² и более предпочтительно в диапазоне примерно от 10 мм² до 50 мм². Могут использоваться другие площади, и площадь каждой из заранее определенных областей 22 может определяться способностью устройств осаждения и аналитических приборов, а также предпочтительной плотностью библиотеки покрытий.

Подложка 18 представляет собой жесткий или полужесткий материал, подходящий для нанесения, по меньшей мере, одного из множества материалов 14 и функционирования в качестве подложки. Подложка 18 имеет, по меньшей мере, одну по существу плоскую поверхность 16, которая включает множество заранее определенных областей 22. Однако данная по существу плоская поверхность может иметь рельефные части, чтобы физически разделять каждую из множества заранее определенных областей 22. Подложка 18 может иметь любой размер и форму, но предпочтительно имеет форму диска, форму пластины или вытянутую форму, например, форму ленты или рулона. По существу плоская поверхность 16 подложки 18, соответствующая зоне 24 подачи, обычно имеет площадь в диапазоне примерно от 1 мм² до 1 м², предпочтительно в диапазоне примерно от 50 мм² до 750 см² и более предпочтительно в диапазоне примерно от 1 см² до 500 см².

Подложка 18 может быть закреплена внутри системы 10 и расположена в зоне подачи 24 зажимным приспособлением 37. Зажимное приспособление 37 может подвижно устанавливать подложку 18 в заданное положение. Например, для подложки 18 в форме вытянутой ленты зажимное приспособление 37 может включать устройство для разматывания ленты и устройство приема ленты, оба из которых вращаются и поддерживают ленту, возможно в комбинации с валиками, в зоне подачи 24. В другом примере зажимное приспособление 37 может представлять собой пластину, на которой помещена и закреплена подложка, где пластина соединена с двигателем или другим устройством типа приводного механизма, которые контролируют положение пластины относительно зоны 24 подачи. По существу, регулирующее устройство 26 может регулировать движение зажимного приспособления 37, чтобы контролировать заранее определенные области 22, на которые подаются материалы 14. Например, регулирующее устройство 26 может двигать зажимное приспособление 37 так, что одна заранее определенная из множества заранее определенных областей 22 находится вне зоны 24 подачи и поэтому не получает один или несколько материалов 14.

Зона 24 подачи представляет собой зону в неподвижном положении внутри системы 10. Зона 24 подачи может иметь любую форму или размер и типично, но необязательно она по существу соответствует по форме и размеру множеству заранее определенных областей 22 на поверхности 16 подложки 18. Однако множество заранее определенных областей могут быть значительно больше или значительно меньше, чем зона 24 подачи. Неподвижное расположение зоны 24 подачи предоставляет известное, постоянное место для системы 10, чтобы подавать множество материалов 14 к поверхности 16 подложки 18.

Регулирующее устройство 26 является вычислительной системой, имеющей входные устройства, выходные устройства, память и процессор для получения, отправки, хранения и обработки сигналов и данных, чтобы функционировать, отслеживать, записывать и иным образом функционально контролировать работу системы 10. Управляющее устройство 26 включает вычислительную систему, имеющую интерфейсную плату для объединения всех компонентов системы и регулятор движения для контроля движений маски 32 и подложки 18. Регулирующее устройство 26 может включать клавиатуру для введения данных и команд, монитор для показа информации и принтер для распечатывания информации. Регулирующее устройство 26 может включать программный продукт, технические средства, аппаратно-программное обеспечение и другие аналогичные компоненты и схемы для работы системы 10. Регулирующее устройство 26 может представлять собой одиночное устройство или может являться множеством приборов, работающих во взаимодействии. Предпочтительно регулирующее устройство 26 связано со всеми другими компонентами системы 10, включая механизм 12 подачи, множество материалов 14, подложку 18, маску 32, отверждающий источник 34, тестирующее устройство 36, закрепляющее устройство 35 и зажимное приспособление 37 для координирования работы системы. Например, регулирующее устройство контролирует подачу материалов к подложке, записывая точную комбинацию материалов, которая составляет покрытие каждой заранее определенной области. Контролируя подачу, регулирующее устройство может контролировать объем одного или нескольких материалов, комбинацию материалов, проекционную мощность, скорость нанесения покрытия, проекционный угол, пространство между механизмом подачи и подложкой, "маскирование" и т.д. Далее, регулирующее устройство 26 контролирует, синхронизирует, объединяет и записывает подачу и отверждение подаваемых материалов, тестирование библиотеки покрытий и анализ результатов тестов.

Маска 32 является материалом, имеющим один или несколько рисунков из открытых зон и блокированных зон, где открытые зоны дают возможность подавать множество материалов 14 к подложке 18, а блокированные зоны блокируют подачу. Рисунок может быть любой формы. Маску 32 используют, чтобы определить пространственные вариации материалов в библиотеке 28 покрытий. Например, в двойной маскирующей системе маска включает множество рисунков, которые расположены последовательно, чтобы дать возможность подачи к меняющимся полузонам на подложке 18, как будет более детально описано ниже. Маска 32 может располагаться в любом месте между множеством материалов 14 и подложкой 18, включая расположение непосредственно сверху и в контакте с подложкой, в направлении линии подачи материалов. Увеличивая пространство между маской 32 и подложкой 18, возникает эффект, называемый "затенением", который может быть нежелательным в некоторых случаях. При затенении подаваемый к подложке образ из материала пропорционален рисунку маски, но больше, поскольку пространство между маской и подложкой позволяет подаваемому образу расшириться, пока он достигнет подложки. Маска 32 может быть получена из жесткого или полужесткого материала, или маску можно получить химически на поверхности подложки. Предпочтительно материал маски гарантирует, что маска является настолько плоской, насколько это возможно, и устойчива к изгибу и/или сгибанию. Подходящие примеры материалов маски включают кремний, диоксид кремния и стекло для жестких или относительно несгибаемых материалов, пластмассы, металлы и сплавы для полужестких или относительно сгибаемых материалов в форме листов, пленок или фольги и литографический полиакрилат и другие химические материалы, которые образуют негативные и позитивные химические маски.

Маска 32 может быть закреплена в системе 10 и располагаться относительно зоны 24 подачи закрепляющим устройством 35. Закрепляющее устройство 35 может подвижно устанавливать маску 32. Например, для маски 32 в форме вытянутого полужесткого материала, имеющего множество рисунков, закрепляющее устройство 35 может включать устройство для разматывания ленты и устройство приема ленты, оба из которых вращаются и поддерживают ленту, возможно в комбинации с валиками, относительно зоны 24 подачи. В другом примере для маски 32 в форме жесткого материала закрепляющее устройство 35 может представлять собой платформу или другую несущую структуру, соединенную с двигателем или другим устройством типа приводного механизма, которые контролируют положение платформы и маски относительно зоны 24 подачи. Это дает возможность использовать один рисунок или ряд рисунков для маскирования различных заранее определенных областей 22 на подложке 18 движением маски 32. По существу регулирующее устройство 26 может регулировать движение закрепляющего устройства 35, чтобы контролировать заранее определенные области 22, на которые подаются материалы 14.

Отверждающий источник 34 представляет собой устройство, связанное с каждым из множества материалов 14, для инициирования реакции или испарения растворителя с участием одного или комбинации материалов. Например, реакция может представлять собой полимеризацию, реакцию сшивания, реакцию небольших молекул, неорганическую фазовую реакцию и другие аналогичные реакции, подходящие для подаваемого(ых) материала(ов). Подходящие примеры отверждающего источника 34 включают нагревающее устройство, связанное с подложкой 18, излучающее устройство, связанное с подаваемыми материалами или осаждаемыми материалами, микроволновое устройство, плазменное устройство и их комбинации.

Тестирующее устройство 36 представляет собой систему для анализа эксплуатационных характеристик каждого из множества заранее определенных покрытий 30 на подложке 18. Тестирующее устройство 36 подвергает всю библиотеку покрытий действию одних и тех же условий, чтобы определить относительную эффективность каждого из заранее определенных открытий 30. Тестирующее устройство 36 связано с регулирующим устройством 26, чтобы компилировать и анализировать данные тестов. Подходящие примеры тестирующего устройства 36 включают профиломер толщины, анализатор поверхности, измеритель поглощения ультрафиолета, прибор для определения твердости царапанием, измеритель проницаемости и другие аналогичные приборы, которые тестируют архитектурные, защитные, декоративные и другие функциональные особенности покрытия.

Как показано на фиг.3, источник 38 подачи материалов от механизма 12 подачи подает один из множества материалов 14 в испаренном или распыленном состоянии внутрь огибающей поверхности 40, которая предпочтительно охватывает зону 24 подачи для получения покрывающего слоя покрытия по всей зоне подачи. Источник 12 является точкой выхода материала из механизма подачи. Например, источник 12 может представлять собой сопло на распылителе. Однако в некоторых случаях может оказаться желательным не иметь кроющий слой покрытия по всей зоне 24 подачи. Например, огибающая поверхность 40 может охватывать только часть зоны 24 подачи, когда часть заранее определенных областей 22 подложки 18 не должна быть покрыта, и маска 32 не используется для предотвращения подачи материала к данным областям. Огибающая поверхность 40 может быть любой подходящей формы, включая коническую с различными поперечными сечениями, такими как круг, эллипс и прямоугольник, полуконическую с различными поперечными сечениями и форму тонкой линии. Форма огибающей поверхности 40 может быть обусловлена формой зоны подачи 24, формой поверхности 16 подложки 18, механизмом 12 подачи, желаемым составом каждого из множества заранее определенных покрытий 30, формой и количеством заранее определенных областей 22, количеством источников 38, количеством подаваемых к подложке 18 материалов 14 и аналогичными факторами. Форму огибающей поверхности 40 можно контролировать формой сопла на механизме 12 подачи воздушным кожухом, связанным с механизмом подачи, или другими определяющими форму конструкциями или устройствами, связанными с механизмом подачи.

Как показано на фиг.3, 4, в перпендикулярной фокусированной компоновке 41 источник 38 имеет точку фокуса 42 для подачи материала 14, совпадающую с центральной точкой 44 зоны 24 подачи. Источник 38 расположен так, чтобы направлять материал 14 вдоль угла подачи, имеющего осевую линию 46, по существу перпендикулярную поверхности зоны 24 подачи в центральной точке 44. Как показано на фиг.4, профиль 48 толщины в поперечном сечении по одному из размеров 50 (например, поперечному размеру, показанному на фиг.3) зоны 24 подачи покрытия, подаваемого при компоновке, показанной на фиг.3, причем угол α подачи по существу перпендикулярен плоскости 49 зоны подачи, обычно имеет двухмерное по существу нормальное распределение или распределение Гаусса. Поэтому профиль 48 толщины имеет верхнюю точку 52, совпадающую с осевой линией 46 выше центральной точки 44 с двумя равными, зеркально отраженными хвостами 54 с каждой стороны от осевой линии. Кроме того, источник 38 располагают на расстоянии 60 по вертикали относительно плоскости 49 зоны 24 подачи (фиг.3). Расстояние 60 по вертикали оказывает влияние на общую ширину 51 профиля 48 толщины и тем самым на толщину покрытия в любой данной точке вдоль распределения профиля толщины. Таким образом, в данном случае профиль 48 толщины центрирован внутри размера 50 зоны 24 подачи, причем толщина является максимальной в верхней точке 52 и постепенно уменьшается во всех направлениях от осевой линии 46.

Как показано на фиг.5, в фокусированной компоновке под углом 55 источник 38 имеет точку фокуса 42 для подачи материала 14, совпадающую с центральной точкой 44 зоны 24 подачи, однако источник расположен таким образом, что осевая линия 46 материала находится под углом подачи α, равным примерно между 0 градусами и 90 градусами относительно плоскости 49 зоны подачи. Далее, из-за наклонной, но фокусированной подачи источник 38 размещают на расстоянии 53 по горизонтали от центральной точки 44. Расстояние 53 по горизонтали является расстоянием в плоскости источника 38 параллельным плоскости 49 зоны подачи и смещенным от положения перпендикулярной фокусированной компоновки. Расстояние 53 по горизонтали, расстояние 60 по вертикали и угол α подачи являются математически взаимосвязанными и могут варьироваться для размещения профиля 48 толщины внутри зоны подачи 24. В данном варианте осуществления на практике профиль 48 толщины имеет искаженное распределение Гаусса с наклонным хвостом 56 ближе к источнику 38 и вытянутым конечным участком 58, тянущимся от источника. Внутри вытянутого хвоста 58 типично имеется область, где профиль 48 толщины по существу линейно изменяется по длине вдоль размера 50. Таким образом, в данном случае профиль 48 толщины является искаженным внутри размера 50 зоны 24 подачи, причем толщина является наибольшей по направлению к концевой части размера, имеющего наклонный хвост 56, и уменьшается по толщине от верхней точки 52 по направлению к краю размера, соответствующего растянутому хвосту 58.

Как показано на фиг.6, в перпендикулярной компоновке вне фокуса 57 источник 38 имеет точку фокуса 42 для подачи материала 14, расположенную на расстоянии 59 смещения от центральной точки 44 в плоскости зоны 24 подачи вдоль размера 50. В данном случае осевая линия 46 находится под углом α подачи, по существу расположена перпендикулярно к плоскости 49 зоны 24 подачи, расстояние 59 смещения по существу является равным расстоянию по горизонтали источника 38 от положения компоновки с перпендикулярным фокусированием (фиг.4). Кроме того, отмечается, что точка фокуса для механизма подачи может располагаться внутри зоны подачи или вне зоны подачи. Таким образом, в данном случае профиль 48 толщины смещен внутри размера 50 зоны 24 подачи, причем толщина наибольшая в смещенном положении верхней точки 52 и постепенно уменьшается во всех направлениях от осевой линии 46.

Как показано на фиг.7, в компоновке под углом вне фокуса 61 источник 38 имеет точку фокуса 42 для подачи материала 14, расположенную на расстоянии 59 смещения вдоль размера 50 от центральной точки 44, осевая линия 46 находится под углом α подачи, составляющим примерно от 0 градусов до 90 градусов относительно плоскости 49 зоны 24 подачи. В данном случае из-за угла α подачи и вне фокусной точки фокуса 42 горизонтальное расстояние 53 источника 38 от перпендикулярно фокусированной точки подачи больше, чем расстояние 59 смещения точки фокуса до центральной точки 44. Таким образом, в данном случае профиль 48 толщины еще более искажен внутри размера 50 зоны подачи 24, чем при компоновке, показанной на фиг.5.

В каждой из компоновок на фиг.4-7 пологость профиля 48 толщины внутри зоны 24 подачи будет изменяться в зависимости от расстояния 60 по вертикали между источником 38, причем пологость будет увеличиваться с увеличением расстояния. Далее, пологость профиля 48 толщины будет изменяться внутри зоны 24 подачи в зависимости от угла α подачи, расстояния 53 по горизонтали и расстояния 59 смещения, причем меньший угол, большее расстояние по горизонтали и расстояние смещения будут увеличивать пологость. Например, как показано на фиг.4, профиль 48 толщины может быть по существу плоским по размеру 50 зоны 24 подачи при надлежащей комбинации с углом подачи, расстоянием по горизонтали и расстоянием смещения. Однако при более близком расстоянии профиль 48 толщины по размеру 50 зоны 24 подачи будет постепенно меняться от наибольшей толщины в верхней точке 52 до наименьшей толщины на краях размера зоны подачи. Предпочтительно желательной является библиотека покрытий, имеющая по сущес