无接触地移动基材的方法和设备 |
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| 申请号 | CN201180042408.X | 申请日 | 2011-07-06 | 公开(公告)号 | CN103108986A | 公开(公告)日 | 2013-05-15 |
| 申请人 | 磊威技术有限公司; | 发明人 | E·H·A·格兰尼曼; V·库兹耐特索夫; | ||||
| 摘要 | 一种无 接触 地推动基材（140）的方法，其包括：-提供沿纵向延伸并至少被第一壁（120）和第二壁（134）限定的加工隧道（102）；-提供第一 气体 轴承 和第二 气体轴承 （124和134），所述第一气体轴承和第二气体 支撑 分别由基本沿着所述第一壁和第二壁横向流动的气体提供；-将加工隧道的第一纵向部分分成多个压 力 区段（116），其中一个压力区段中的气体轴承（124、134）的平均气压不同于相邻压力区段中的气体轴承的平均气压；-在第一壁（120）和第二壁（130）之间提供基材（140）；以及-使相邻压力区段（116）之间的平均气压差沿着加工隧道的纵向方向驱动基材。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种无接触地推动基材(140)的方法，其包括: -提供加工隧道(102)，其沿纵向方向延伸并至少被第一壁(120)和第二壁(130)限定，所述壁相互平行并分隔开，从而使得平行于壁的基本平坦的基材(140)容纳在它们之间； -提供第一气体轴承(124)和第二气体支撑(134)，所述第一气体轴承由基本沿着所述第一壁(120)横向流动的气体提供，所述第二气体轴承由基本沿着所述第二壁(130)横向流动的气体提供； -将加工隧道的第一纵向部分分成多个压力区段(116)，其中一个压力区段中的第一和第二气体轴承(124、134)的平均气压不同于相邻压力区段中的第一和第二气体轴承的平均气压； -在所述第一壁(120)和第二壁(130)之间提供基材(140)，该基材以漂浮状态容纳在所述第一气体轴承(124)和第二气体轴承之间(134);以及 -使相邻压力区段(116)之间的平均气压差沿着加工隧道的纵向方向驱动基材。 |
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| 说明书全文 | 无接触地移动基材的方法和设备技术领域[0002] 背景 [0003] 国际专利申请W02009/142，487 (Granneman等)揭示了一种以连续方式无接触地加工半导体晶片的原子层沉积(ALD)设备。该设备包含沿运输方向延伸并被至少两个隧道壁限定的向下倾斜的加工隧道。所述两个隧道壁都设置有多个气体注入通道，从而提供相对气体轴承，在其之间可以浮动地容纳基材。以运输方向来看，在至少一个壁上的气体注入通道分别与第一前体气体源、吹扫气体源、第二前体气体源和吹扫气体源依次相连接，从而形成一系列的ALD区段，所述ALD区段在使用时分别包含含有第一前体气体、吹扫气体、第二前体气体和吹扫气体的连续区。为了使容纳在气体轴承之间的基材沿运输方向移动，力口工隧道至少是部分 向下倾斜的，从而利用重力驱动基材通过连续ALD区段。当基材通过ALD区段时，膜沉积在基材上面。 [0004] 虽然相对于水平方向倾斜的加工隧道可以容易并可靠地确定基材的速度，但是采用该速度会涉及改变隧道的倾斜角。这可能需要精确的倾斜机制，这会使得设备的设计变复杂并增加其生产和维护成本。或者，可以手动调节加工隧道的倾斜度(例如通过更换沿加工隧道长度支撑起隧道的支撑物)，这会消耗大量的劳动力。 [0005] 因此，本发明的目的是提供一种无接触地使浮动支撑的基材移动通过加工隧道的替代方法，并提供实现所述方法的半导体加工替代设备。 发明内容[0006] 本发明的一个方面涉及无接触地移动基材的方法。该方法包括提供沿纵向延伸并至少被第一壁和第二壁限定的加工隧道，所述壁相互平行并分隔开，从而使得平行于壁的基本平坦的基材容纳在它们之间。该方法还可以包括提供第一气体轴承和第二气体轴承，所述第一气体轴承由基本沿着所述第一壁横向流动的气体提供，所述第二气体轴承由基本沿着所述第二壁横向流动的气体提供。该方法还可以包括将加工隧道的第一纵向部分分成多个压力区段，其中一个压力区段中的第一和第二气体轴承的平均气压不同于相邻压力区段中的第一和第二气体轴承的平均气压。此外，该方法可以包括在第一壁和第二壁之间提供基材，从而使所述基材浮动地容纳在第一和第二气体轴承之间，通过相邻压力区段之间的平均气压差实现沿加工隧道的纵向驱动基材。 [0007] 本发明的另一个方面涉及基材加工设备。该设备包含沿纵向延伸并至少被第一壁和第二壁限定的加工隧道，所述壁相互平行并分隔开，从而使得平行于壁的基本平坦的基材容纳在它们之间。该设备还可包含设置在第一和第二隧道壁上的多个气体注入通道，其中第一隧道壁上的气体注入通道配置成提供第一气体轴承，而第二隧道壁上的气体注入通道配置成提供第二气体轴承，所述气体轴承配置成浮动支撑所述基材并将其容纳在它们之间。根据第一纵向分割方式，可以将加工隧道分割成多个压力区段，与某一压力区段连接的气体注入通道配置成以某一平均气压注入气体，所述某一平均气压不同于与相邻压力区段连接的气体注入通道注入气体的平均气压。 [0008] 根据本发明的方法和设备采用第一和第二气体轴承，在它们之间可浮动地容纳基材。通常认为所述第一和第二气体轴承是分别覆盖了第一和第二壁的动态气垫。虽然它们是沿加工隧道的纵向延伸的，但是组成各个气体轴承的气体基本沿横向流动。也就是说，至少组成气体轴承的某一纵向部分的气体的平均速度在加工隧道的横向方向的分量大于加工隧道纵向方向的分量。气体基本沿横向方向流动的原因在下文详述。 [0009] 将加工隧道纵向分割成多个压力区段。相邻压力区段的气体轴承的平均气压不同。也就是说，一个压力区段中的混合的第一和第二气体轴承的平均静压不同于相邻压力区段中的混合的第一和第二气体轴承的平均静压。因此在相邻压力区段之间存在压差，进而沿着加工隧道的长度存在压差。容纳在气体轴承之间的基材经受该压差，因此沿压差的方向发生移动。 [0010] 从物理学观点来看，推动基材的作用力具有两个分量。基材的横向延伸边缘上的压力差，即其前边缘和后边缘上的压力差形成第一分量。作用在基材主表面上的粘滞力形成第二分量:加工隧道中的压差导致气体轴承的气体沿加工隧道的纵向流动，进而在基材上产生前进(即压差方向)的粘滞拖曳力。但是，一旦基材发生移动，它还会经受向后的粘滞拖曳力。当三个作用力分量平衡或者相互抵消时，基材维持恒定的速度。下面，进一步参考数学模型更详细地描述前述的作用力分量。 [0011] 通过改变相邻压力区段之间的压力差可以改变控制基材速度的压差。在本发明的设备中，通过控制各气体注入通道将气体注入到加工隧道中的压力，可以对压力区段的气体轴承所采用的压力进行容易和精确的控制。在设备的典型实施方式中，可以通过与气体注入通道和/或其连接的气源相连的常规可控气压调节器实现所述控制。 [0012] 虽然动态气体轴承的气体可能在加工隧道的纵向方向具有速度分量，需要强调的是气体基本是沿横向流动的，即至少从平均上来说，纵向速度分量小于横向速度分量。 [0013] 实际上，本领域已知通过气流推动浮动支撑的基材。例如，GB1，268，913揭示了一种气动半导体晶片运输系统。所述运输系统包含配置成接受制品例如半导体晶片的输送管，通过该输送管进行运输。所述输送管的下壁由多孔材料形成，通过所述多孔材料吹气从而形成气体膜，制品可以浮动地悬浮在该气体膜上。所述运输系统还包含在输送管的纵向方向上实现气体压差的装置。实际上，这些装置产生流动/吹动通过输送管的气流，该气流使得位于其中的浮动支撑的制品和它一起发生拖曳。虽然GB’ 913的输送系统其自身可以令人满意地工作，但是GB’ 913中用于推动制品前进的纵向气流明显与原子层沉积加工环境不相容，其中相互反应、横向延伸的气流组成了气体轴承(参见2009/142,487或者下文详述)。基本纵向的、推动基材的气流会搅乱横向反应物气流，使得它们混合并因此导致不合乎希望且无法控制的化学气相沉积。为了避免此类影响，优选地，根据本发明的方法优选必须保证压力区段中的第一和第二气体轴承的平均纵向速度分量不大于所述压力区段中的所述气体的平均横向速度分量的20%。 [0014] 本发明所用的横向气流的另一个优点在于它们可以形成对基材移动实现良好控制的刚性气体轴承。它们可能特别有助于当基材移动通过加工隧道时对其进行横向稳定化，从而避免了与横向隧道壁发生碰撞。横向气流帮助下的基材的横向稳定化在共同待审的Levitech B.V.的专利申请NL2003836中有更具体的描述，所以未在本文中进行详细描述。本文提到该效果的目的仅是为了澄清，基本横向流动的气体轴承的有利使用不仅限于原子层沉积领域，还可用于其他基材加工处理，如退火。 [0015] 在本发明的一个实施方式中，在至少三个相连的压力区段中的平均气压可以设定如下:从纵向方向来看，平均压力是单调增或者单调减的。该实施方式可以将基材单项运输通过加工隧道。可以随时间改变所述区段上的压差方向，从而有效地反转基材的运输方向，并提供基材的双向运输。 [0016] 在根据本发明方法的实施方式中，多个相连压力区段中的平均气压可以设定如下:当基材移动通过这些压力区段时，经受基本恒定的压差。基材上基本恒定的压差通常能保证基本恒定的基材速度，这在下文进行详述。术语“基本恒定的压差”可以理解成横穿过各个压力区段时，经受的瞬时压差与经受的平均压差的差异不大于35%，优选不大于20%。 [0017] 本发明揭示的“压力驱动”方法的显著特点是加工隧道中的纵向压差分布在连续排列的基材上。例如，假定纵向加工隧道区段具有AP1的压差。在加工隧道区段贴合地容纳单个基材的情况下，该基材经受的压差接近Λ P:。这是因为基材形成了加工隧道区段中仅有的主要流动障碍物。但是，在加工隧道区段容纳两个连续排列的基材的情况下，每个基材仅经受接近1/2 Λ 压差。从而总压差分布在不同基材上。由于维持恒定的基材速度通常会要求在基材上具有恒定的压差，因此在一系列连续的压力区段中维持恒定的基材速度会要求根据容纳于其中的基材数量(即基材密度)设定各个压力区段中的平均气压。 [0018] 在根据本发明方法的另一个实施方式中，多个连续压力区段中的平均气压设定如下:当基材移动通过这些压力区段时，基材经受的压力的差异在O-lOOPa，更优选在0-50Pa的范围内。 [0019] 诸如半导体晶片的基材通常具有较小质量和相对应的较小惯性。同时，其浮动支撑在两个气体轴承之间的事实有利地保证只需要克服很小的阻力就能使其开始移动并保持移动。因此，基材上仅需要小的压差，以给予其所需的速度。对于大多数应用，低于IOOPa(即I毫巴)的压差可能 就足以用于实践目的。 [0020] 在根据本发明方法的一个实施方式中，至少一个压力区段具有足以容纳至少两个连续排列的基材的纵向尺寸或者长度。在根据本发明方法的另一个实施方式中，所述至少一个压力区段的纵向尺寸或者长度小于或等于基材的纵向尺寸。 [0021] 可以根据需要将加工隧道细分成压力区段。每单位加工隧道长度上的压力区段越独立地可控，则可以对单个基材的移动进行的控制越精确。如果需要高度精确的控制，例如，使得某个基材在一部分的加工隧道内短暂地加速或减速，则选定至少一个压力区段的纵向尺寸或者长度小于或等于基材的纵向尺寸。但是，精细分割成包含许多压力区段的成本较高，因为每个单独的压力区段都需要控制装置。因此压力区段的长度优选可以容纳至少两个，例如2-10个连续排列的基材。可以在单个实施方式中结合两种选项。例如，加工隧道可以包含多个连续较长的压力区段，之后和/或之前是多个连续的较短压力区段。 [0022] 虽然根据本发明的方法可以用作使基材移动通过加工隧道的唯一机制，但是也可以与其他机制，特别是无接触基材推进机制结合使用。此类推动基材的补充方法可以包括:(a)通过气体注入通道引入的定向气流的推动，其中所述气体注入通道相对于运输方向呈一定角度设置，使得注入的气流具有运输方向的切向分量；(b)通过电力和/或磁力的推动；(C)通过重力的推动(其可以通过使整个或者部分加工隧道相对于水平方向倾斜来实现，即使其具有向下的坡度)。选项(C)在前述(已公开的)国际专利申请W02009/142，487中有详细讨论。在结合了根据本发明的“压力驱动”以及根据W0’ 487的“重力驱动”的优选实施方式中，至少部分倾斜的加工隧道可用于设定基材的基础平衡速度，同时气体轴承的压力可以沿着所述加工隧道的纵向方向发生变化，对该速度进行精细调节。该实施方式实现了，例如响应所采用的加工气体(的粘度)、加工温度或者基材厚度，对平衡速度进行简单和快速调节，并且不再需要进行可能的对整个加工隧道的倾斜度的调节。 [0023] 根据本发明的使基材移动通过加工隧道的“压力驱动”方法还可以与各种基材处理相结合。这些处理通常涉及使用气体轴承的气体，用于供给加工材料/化合物和/或用于传热。 [0024] 在一个实施方式中，基材的推进方法可以与原子层沉积(ALD)相结合。从而,该方法可以包括:将加工隧道的第二纵向部分分成多个ALD区段，其中每个ALD区段中的第一和第二气体轴承中的至少一个包含至少四个横向延伸的气体区，所述各气体区依次含有第一前体气体、吹扫气体、第二前体气体和吹扫气体，从而当基材沿着纵向方向移动通过加工隧道时，基材接触连续气体区中的气体，当基材经过所有至少四个单独的ALD区段的区域时，原子层沉积到基材上。 [0025] 在另一个实施方式中，所述方法可以包括当基材移动通过加工隧道的至少一个(纵向)部分时，对基材进行加热或者退火处理。为了对基材进行退火，可以将用于退火处理的加工隧道部分中的气体轴承的温度设定为合适的退火温度，例如350-1000°C的温度范围。本领域技术人员应理解，用于退火的隧道部分的长度以及其中的气体轴承的温度都要匹配目标基材速度，以传递所需的热衡算。所述方法还可以包括对用于第一和/或第二气体轴承的气体的化学组分进行选择。气体轴承的气体可以是，例如惰性的(特别是对于基材惰性的)，从而它们配置成仅传输热量。或者，可以选择至少一种气体轴承的化学组成包含合适的加工气体，例如(i )氧气，用于进行氧化处理；(ii )氨(NH3)，用于进行氮化处理；(iii) “合成气体”，例如氢气(H2)与氮气(N2)的混合物，用于纯化基材表面层；或者(iv)掺杂剂源，例如含磷(P)或者含硼(B)化合物(例如PH3或B2H6),用于掺杂半导体基材。 附图说明[0028] 图1是根据本发明的设备的示例性实施方式的部分纵向截面示意图； [0029] 图2是图1所示设备的横向截面示意图； [0030] 图3是图1-2所示加工隧道的部分截面平面示意图；以及 [0033] 以下参考附图1-3对实现了本发明方法的本发明设备的示例性实施方式进行说明。将该示例性实施方式设置成空间原子层沉积(ALD)设备。但是应理解，本发明的设备和方法的应用范围不限于原子层沉积领域。所述设备和方法可用于进行不同基材加工处理的目的，例如退火。 [0034] 所揭示的设备100可以包含加工隧道102，可以以线性方式将基材140，例如硅晶片，优选为一列基材的部分传送通过所述加工隧道102。也就是说，可以将基材140从加工隧道102的入口处插入其中，单向传送到出口。或者，加工隧道102可以具有闭塞端，而基材140可以经历从加工隧道的入口到达闭塞端再回到入口的双向运动。如果希望设备具有较小占地面积，则所述可选的双向系统是优选的。尽管加工隧道102自身可能是直线形的，但是该需求不是必需的。 [0035] 加工隧道102可以包含四个壁:上壁130、下壁120以及两个横向壁或者侧壁108。所述上壁130和下壁120可以是水平方向或者与水平方向具有相对角的，相互平行的且稍微隔开的(例如，0.5-lmm)，从而厚度为例如0.1-lmm、方向平行于上壁130和下壁120的基本平坦或平面的基材140可以容纳在其中而不与它们发生接触。可能为基本垂直且相互平行的所述横向壁108可以使得上壁130和下壁120在它们的横向侧相互连接。所述横向壁108可以以稍大于要加工的基材140的宽度(例如，其宽度加0.5-3mm)的距离隔开。因此，加工隧道102的壁108、120、130可以限定并界定细长的加工隧道空间104，所述细长的加工隧道空间在每单位隧道长度上具有较小的体积，且能够贴合地容纳一个或多个沿隧道纵向方向连续排列的基材140。 [0036] 上隧道壁130和下隧道壁120都可以设置有多个气体注入通道132和122。任一壁130和120中的气体注入通道132、122可根据需要设置，只要其中至少有一些气体注入通道沿隧道102的长度分散即可。例如，所述气体注入通道132、122可以设置在假想的矩形网格，例如25mm x25mm的网格的角上，从而所述气体注入通道规则地分布在各壁的整个内表面上，既在其纵向上，也在其横向上。 [0037] 气体注入通道122、132可以`与气体源相连，优选在相同隧道壁120、130中且处于其相同纵向位置的气体注入通道连接到相同气体或气体混合物的气体源。为了 ALD目的，从运输方向T观察，在下壁120和上壁130中的至少一个壁中的气体注入通道122、132可以与第一前体气体源、吹扫气体源、第二前体气体源以及吹扫气体源依次连接，从而形成功能ALD区段114，所述功能ALD区段在使用中包含相继的隧道宽度的气体区，所述气体区分别包含第一前体气体、吹扫气体、第二前体气体以及吹扫气体。应理解，一个这样的ALD区段114对应于单次ALD循环。因此，可以在运输方向T上设置多个连续的ALD区段114，以所需的厚度实现膜的沉积。加工隧道102中的不同ALD区段114可以，但不是必须包含前体的相同组合。例如可以应用不同组成的ALD段114，使得能够沉积混合膜。 [0038] 共享加工隧道的相同纵向位置但是位于相对的隧道壁120、130中的相对气体注入通道122、132是否与气体组成相同的气体源相连接，取决于设备100所需的配置。在希望双侧沉积的情况下，即对经过加工隧道102的基材140的上表面140b和下表面140a都进行ALD处理的情况下，所述相对气体注入通道122、132可以与相同气体源连接。或者，在所需仅为单侧沉积的情况下，即仅对要加工的基材140的上表面140b和下表面140a中的一个表面进行ALD处理的情况下,在朝向要被处理的基材表面的隧道壁120、130中的气体注入通道122、132可以与反应性气体源和惰性气体源交替连接，而其他隧道壁中的气体注入通道可以全部与惰性气体源相连。 [0039] 在图1-3的示例性实施方式中，上壁130中的气体注入通道132依次与三甲基铝(Al2(CH3)3, TMA)源、氮(N2)源、水(H2O)源以及氮源相连，从而形成一系列适用于进行氧化铝(Al2O3)原子层沉积循环的相同的ALD区段114。相反，下隧道壁120中的气体注入通道122全部与氮源连接。因此，示例性设备100设置成维持上沉积气体轴承134和下非沉积气体轴承124，同时配置成在通过的受到漂浮支承的基材140的顶表面140b上进行单侧沉积。 [0040] 在加工隧道102的每个横向壁108的整个长度或者部分长度上可以设置有多个排气通道110。所述排气通道110可以在加工隧道的纵向方向分开(优选为等距分隔)。同一横向壁108中的两个相邻或者连续排气通道110之间的距离可以与要加工的基材140的长度有关(在本文中，矩形基材140的“长度”通常应理解为基材沿加工隧道120的纵向方向延伸的尺寸)。基材140长度的横向壁部分可优选包含约5至20个，更优选为8至15个排气通道110。两个连续排气通道110之间的中心-中心距离在约10-30mm的范围内。 [0041] 所述排气通道110可以与设置在加工隧道102外侧的排气管道112相连并向该排气管道排气。在设备100设置成进行ALD的情况下，排放的气体可能含有一定量未反应的前体。因此，可能不希望使与互不相同的反应性气体区相连的排气通道110与相同的排气管道112相连(这可能会无意地导致化学气相沉积)。因此，可以为不同前体提供不同的排气管道112。 [0042] 以下对设备100的一般操作进行描述。在使用时，上壁130以及下壁120中的气体注入通道132、122将气体注入到加工隧道空间104中。每一个气体注入通道122、132可以注入与之相连的气体源所提供的气体。因为设备100能够在大气压和非大气压下运行，所以可以在任意合适的压力下进行气体注入。但是，为了避免使用真空泵，并防止任意污染气体从加工隧道环境流入隧道空间104中(尤其是在基材的入口和出口区域)，优选将所述加工空间保持在稍高于大气压的压力下。因此，可以在压力略高于大气压，例如过压约为数毫巴的情况下进行气 体注入。在排气管道112维持在较低压力如大气压的情况下，注入到隧道空间104中的气体会自然地侧向流动(所述侧向相对于加工隧道的纵向为横向)，并流向侧壁108中通向排气管道112的排气通道110。 [0043] 在上壁130与下壁120之间存在基材140的情况下，通过上壁130中的气体注入通道132注入到隧道空间104中的气体会在上壁与基材的顶表面140b之间侧向流动。流过基材140的顶表面140b的所述横向气体有效地提供了上气体轴承134。同样地，通过下壁120中的气体注入通道122注入到隧道空间104中的气体会在下壁与基材140的下表面140a之间侧向流动。流过基材140的底表面140a的所述横向气体有效地提供了下气体轴承124。所述下气体轴承124和上气体轴承134可以一起包围基材140并以漂浮状态支承基材140。 [0044](参见图3)当基材140移动通过加工隧道102时，其上表面140b以条状方式(strip-wise)接触存在于上气体轴承134的每一个连续排列的气体区中的气体。只要各区的排列以及各气体的选择是恰当的，横跨一个ALD区段114可以相当于使基材140经历一次原子层沉积循环。由于隧道102可以根据需要包含任意多个ALD区段114，当基材140穿过隧道时，可以在所述基材140上生长出任意厚度的膜。加工隧道102的线形特性还允许加工基材140的连续流，从而赋予原子层沉积设备100可观的生产能力。 [0045] 既然已经详细描述了设备100的构造和一般运行，下面着重于无接触移动基材140的方法设计。 [0046] 如上所述，可以通过在加工隧道102的纵向方向建立压差来移动基材140。为此，可以将加工隧道102分割成多个压力区段116。在图1-3的实施方式中，每个压力区段116沿加工隧道102的一个纵向部分延伸，该纵向部分包含ALD区段114的两个气体区，即前体(TMA或H2O)气体区和相邻吹扫气体(N2)区。但是应理解，将加工隧道102分割为压力区段116通常独立于ALD区段104的分割。也就是说压力区116中的分割与ALD区段114中的分割没有任何特定的关系。例如，单个压力区段可以与一个或多个ALD区段114重合，或者与其纵向是部分重合的。不同的压力区段116不必是相同的长度。 [0047] 在使用时，每个压力区段116的特征在于平均气压(气体轴承124、134上的气压的平均值)不同于相邻压力区段中的平均气压。可以通过控制经由气体注入通道122、132注入到加工隧道空间104的气体 (平均)压力，来控制压力区段116中的气体轴承124、134的平均气压。为此，气体注入通道122、132可以设置有气压调节器。 [0048] 可以对所述每个气压调节器进行手动控制。这样的实施方式是经济的，并且在建立设备100之后不需要再进行进一步调节的情况下是实际可行的。或者，可以通过中央控制器，例如CPU控制气压调节器。中央控制器可以进而与输入终端受控连接，使得操作员可以对单个或多个气体注入通道122、132选择所需的气体注入压力，从而方便地控制不同压力区段116中的平均压力和/或改变加工隧道102的压力区段分割。作为替代或者附加，中央控制器可以运行对不同压力区段的气体注入压力进行动态控制的程序。当例如加工隧道102具有闭塞端的情况下(在该情况下一旦基材到达闭塞端可能需要反转隧道中的压差)，动态控制是合乎需要的。在此类实施方式中，可以通过一个或多个无接触位置传感器，例如光传感器检测基材140的位置，所述无接触位置传感器将基材的位置传输到中央控制器。 [0049] 在图1-3的实施方式中，与特定压力区段116相连的气体注入通道122、132静态地配置成以特定平均气压注入气体，所述特定平均气压高于与相邻下游(从运输方向T观察)的压力区段116’相连的气体注入通道122、132所配置的进行气体注入的平均气体压力。因此，从加工隧道102的运输方向T来观察，气体轴承124、134的平均气压是单调下降的。这在每个基材140上提供压差，该压差沿运输方向T驱动所述基材140。 [0050] 为了掌握或者部分了解影响基材140速度的不同参数，下文建立了所述情况下的基础物理模型。本领域技术人员应理解，设备100的实际实施方式的模型应用可能需要进行一些修正，以对非理想条件或者对偏离所述情况进行补偿。 [0051] 现在参考图4，其显示加工隧道102的部分纵向截面示意图。在图中，出于清晰度的原因，省略了下隧道壁120和上隧道壁130中的任意气体注入通道122、132。基本平坦的基材140位于加工隧道102的第一下壁120和第二上壁130之间。所述基材140是正方形的(参见图3)，边长为L，厚度为ds。加工隧道的下壁120和上壁130是相互平行的，基材的下表面140a和上表面140b与下壁120和上壁130分别是基本平行的。假定所描述的情况是对称的，这表示基材140正好位于隧道壁120、130中间位置，并且与下表面140a接触的气体轴承124和与上表面140b接触的气体轴承134是一致的。加工隧道是水平延伸的，进而壁110、120以及基材130是水平延伸的。 [0052] 由于维持了(上文所讨论的)压力区段，在加工隧道102的运输方向T上存在负压差。在基材140的长度L上，气压差ΛPz等于下游气压P1减去上游气压Pc^g卩AP=P1-Pqq该压差沿纵向或者ζ方向驱动气体轴承的气体流动。虽然该纵向流相比于(垂直于图画平面的)横向流较小，它与基材140的移动是最相关的。在基材140的上方和下方的纵向流都产生遵循下式的速度分布(参照下气体轴承的空间坐标): [0054] 其中Vz表不z方向的气体速度；dg表不基材底表面140a和顶表面140b分别与第一和第二隧道壁120和130之间的间隙或距离；η表示气体轴承124、134的粘度；y表示离开第一下隧道壁120的距离(其自身位于y=0处)；以及Vs表示y方向的基材速度。实际上，考虑各个区的相对长度作为权重因子，粘度H约等于所用吹扫气体和前体气体的重均粘度。 [0055] 可以将基材140在加工隧道纵向方向上的净作用力(记作Fn)视为以下两个作用力的结果:作用在基材横向延伸的前边缘与后边缘上的压力作用力Fp，以及作用在基材的底表面140a和顶表面140b上的粘滞拖曳力Fv，因此 [0056] Fn=Fp+Fv.⑵ [0057] 使用等式(1)，由基材140的表面140a和140b分别与气体轴承124和134之间的相互作用形成的粘滞拖曳力Fv可以表示为: [0059] 其中2A表示基材的底表面140a和顶表面140b的总表面面积(A=L2);dvz/dy表示气体轴承124或134中的速度梯度，该速度梯度可以通过将等式(I)对I求微分得到。 [0060] 压力作用力Fp简单地等于基材横向延伸的前边缘与后边缘上的压差乘以这些边缘的(单个)表面积，表示如下: [0061] Fp=-dsL Δ Pz.(4) [0062] 合并等式(2)、(3)和(4)，并将净作用力Fn设为O，得到基材平衡速度的如下表达式: [0064] 等式(5)表示的平衡速度是当上述参数沿加工隧道的长度不发生变化时基材140所具有的速度。 [0065] 如下建立平衡速度vs，eq本身。一旦基材140插入到加工隧道102中，其会部分受阻(参考图2)并形成流动阻力。作为结果，基材会受到作用在其横向延伸的前边缘和后边缘上的形成作用力Fp的压差APz (参见等式(4))，沿运输方向T推动基材。根据等式(2)，基材主表面140a、140b与气体轴承124、134之间的粘滞作用力进而在基材140上引起依赖于速度的粘滞拖曳力Fv。压力作用力Fp与拖曳力Fv的总和Fn为正时，基材会在运输方向T加速，反之亦然。沿运输方向T推动基材140的净作用力Fn导致基材上的拖曳增加，直至拖曳作用力Fv抵消压力作用力Fp，这时基材的速度维持恒定。类似地，在基材上拖曳的净作用力Fn会导致基材减速，直至粘滞作用力Fv抵消压力作用力Fp，基材表现为恒定速度 vS, eq。 [0066] 通过数值来举例，假定基材上的压差ΔPz等于-lOOPa，基材的边长为0.156m，厚度DS为200 μ m，加工隧道的高度H为500 μ m，从而在基材的每一侧上存在150 μ m的间隙dg。气体轴承可以选择氮气(N2)并在20°C的温度下操作，使得粘度η 为l.88*10_5Pa*s。将这些值代入等式(5)得到基材的平衡速度VS,Eq为0.90m/s。 [0067] 本发明的方法和设备的一个高度有用的特性是可以不依赖所需的(平衡)基材速度Vs控制所采用的第一和第二气体轴承124、134的硬度。原因如下:由基本上横向流动的气体构成的气体轴承124、134的硬度独立于相邻压力区段116和116’之间的纵向压降，但是与Qx/DG3成正比，其中Qx表示在基材表面140a、140b与各自相邻的隧道壁120、130之间侧向流动的气体的横向气流速率，dg是各基材表面140a和140b与各相邻隧道壁120、130之间的间隙。 [0068] 因此，通过同时并相应地改变气体注入通道122、132以及各区段116的排气管道112的局部压力，可以改变，例如增加或降低某一压力区段116中的第一气体轴承124和第二气体轴承134的平均气压，而不会影响横向气流速率Qx或者基材表面140a、140b与隧道壁120、130之间的间隙dg。虽然压力区段116中所述平均压力的变化会对所述压力区段116和相邻压力区段116’之间的纵向压降产生影响，从而对经过所述相邻压力区段116、116’的基材的(平衡)速度Vs产生影响(参见等式(5))，但是这不会对压力区段116或116’的气体轴承124、134中的横向压降ΔPx产生影响，因此不会对其中的气流速率Qx或者气体轴承的硬度产生影响。 [0069] 或者，当然也可以反过来通过调节横向压降ΔPx改变相邻压力区段116、116’的第一和第二气体轴承124、134中的气流速率Qx，从而改变气体轴承的硬度。如果对相邻压力区段116、116’的横向压降ΔPX进行一致地调节，则不会对相邻压力区段之间的纵向压降产生影响，从而不会对经过所述压力区段的基材140的(平衡)速度Vs产生影响。 [0070] 尽管如上所述描述本发明的示意性实施方式，其中一部分参考了附图，但应理解本发明并不限于这些实施方式。本领域技术人员通过实施要求保护的本发明，研究附图、说明书以及所附权利要求书，可以理解和实现所述实施方式的各种变化形式。说明书中提及的“一个实施方式”或“一种实施方式”表示结合实施方式描述的具体特征、结构或性质包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各种地方出现的短语“在一个实施方式中”或“在实施方式中”不一定全部都涉及同一个实施方式。此外，应注意可以以任意合适的方式结合一个或多个实施方式的具体特征、结构或者特性，以形成新的、未明确描述的实施方式。 [0071] 元件列表 [0072] [0073] [0074] 数学符号 [0075] |
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