KR101565099B1 - 타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반적으로 재료 처리의 활용에 적용되는 방사 조사선 전송 기술에 관한 것이다. 본 발명은 스캐너 또는 개량 스캐너를 포함하는 방사 조사선 전송 경로 또는 개량된 방사 조사선 전송 경로를 포함하는 방사원 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 기화 및/또는 융발에 적합한 타겟 재료에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 개량된 스캐너에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방사원 장치를 구비하는 진공 기화/융발 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코팅 및/또는 타겟 물질 제조에 사용되는 타겟 재료 유닛에 관한 것이다.
기화, 융발, 코팅, 부조, 방사 조사선 경로, 스캐너, 타겟

Description

타겟의 광자 융발을 위한 방법 및 장치{METHOD AND ARRANGEMENT FOR PHOTON ABLATION OF A TARGET}
본 발명의 매우 일반적으로 재료 처리의 활용에 적용되는 방사 조사선 전송(radiation transference) 기술에 관한 것이다.
본 발명은, 더욱 구체적으로는 미세 플라즈마(fine plasma)를 생성하는 방법에 관한 방법 독립항의 전제부에 기재되어 있는 바에 따라, 미세 플라즈마를 생성하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 냉간 가공(cold-work) 방법에 관한 방법 독립항의 전제부에 기재되어 있는 바에 따른 냉간 가공 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코팅 방법에 관한 방법 독립항의 전제부에 기재된 바에 따른 코팅 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 진공 기화/융발(ablation) 장치에 관한 독립항의 전제부에 기재된 바에 따른 진공 기화/융발에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 표면 처리 방법에 관한 방법 독립항의 전제부에 기재된 바에 따른 표면 처리 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코팅 방법의 사용에 관한 용도 독립항에 기재된 바에 따른 코팅 방법의 특정 용도에 관한 것이다.
최근에 레이저 기술은 상당히 진보되어 왔고, 현재에는 예를 들면 실용 가능한 효율로 냉간 융발에 사용 가능한 섬유 기반 반도체 레이저 시스템을 제조하는 것이 가능하다.
그러나, 레이저 빔을 전달하기 위한 섬유 레이저 내의 광학 섬유는 고출력 펄스-압축형 레이저 빔을 가공 지점에 전송하기에는 적당하지 않다. 섬유는 단지 고출력 펄스의 전달에 대한 내구성이 없다. 광학 섬유가 레이저 빔 전달에 도입된 이유들 중 하나는, 반사경에 의해 자유 대기 공간을 통하여 한 위치에서 다른 위치인 가공 지점으로 레이저 빔을 전송하는 것은 본질적으로 극히 어렵고 산업적 규모로 정밀하게 달성하는 것이 거의 불가능하기 때문이다. 또한, 공기 내의 불순물과 다른 한편으로 공기의 구성 요소 내의 산란 및 흡수 메카니즘은 레이저 출력의 손실을 일으킬 수 있고, 그에 따라 예상하기 곤란할 정도로 타겟에서의 빔 출력에 영향을 미친다. 물론, 자유 대기 공간을 전파하는 레이저 빔은 안전성과 관련하여 상당히 위험하다.
완전히 섬유를 기반으로 하는 다이오드 펌프형 반도체 레이저와 경쟁하고 있는 것은, 레이저 빔이 우선 섬유로 전달된 후에 가공 지점으로 전달되는 램프 펌프형 레이저 발생원이다. 본 출원의 우선일 당시에 본 출원인에게 이용 가능한 정보에 의하면, 이러한 섬유 기반의 레이저 시스템은 현재로서는 레이저 융발 기반의 생산을 산업적 규모로 가능하게 하는 유일한 방안이다.
오늘날의 섬유 레이저의 섬유 및 그에 따른 제한된 빔 출력은 기화될 수 있는 재료와 관련하여 제한이 있다. 예를 들어 알루미늄은 적절한 펄스 출력의 사용에 의해 기화될 수 있으나, 구리, 텅스텐 등과 같이 기화하기가 더욱 어려운 재료는 상당히 높은 펄스 출력을 필요로 한다.
이는, 동일한 종래 기술에 의해, 관심의 대상이 되는 또 다른 화합물이 생성 되는 경우에도 마찬가지로 적용된다. 예를 들면, 레이저 융발 이후의 조건에서, 기상 내에서의 적절한 반응을 통하여 탄소로부터 바로 다이아몬드를 제조하거나 알루미늄과 산소로부터 직접 알루미나 제조하는 것이 그와 같은 예이다.
섬유 레이저 기술과 관련된 다른 문제점들도 존재한다. 예를 들면, 광학 섬유를 통하여 다량의 에너지가 전달될 수 없는데, 전달되는 고출력에 의하여 섬유가 변형되므로 섬유 용융 및/또는 파손이 일어나거나 레이저 빔 품질의 실질적인 저하가 일어난다. 섬유가 구조적으로 또는 정성적으로 지나치게 취약할 경우에, 10μJ의 펄스에서도 섬유가 손상될 수 있다. 섬유 기술에 있어서, 예를 들면 다이오드 펌프와 같은 다수의 출력 발생원을 서로 연결하는 광학 결합기(optical coupler)는 특히 손상되기 쉬운 경향이 있다.
펄스가 짧을수록 펄스 내의 에너지 양은 크기 때문에, 레이저 펄스가 짧아지게 됨에 따라 이러한 문제점은 더욱 악화된다. 이 문제점은 나노초(nanosecond) 펄스 레이저에서 이미 나타나고 있다.
새로운 냉간 융발을 채용할 경우에, 레이저 출력 증가에 중점을 두고 타겟 상의 레이저 빔의 스폿(spot) 크기를 감소시킴으로써, 코팅, 박막 생성 및 절단/홈 가공(grooving)/부조(carving)와 연관된 품질 관련 문제점과 생산 속도 관련 문제점들이 해결되어 왔다. 그러나, 출력 증가의 대부분은 소음으로 소비된다. 몇몇 레이저 제조업체에서는 레이저 출력 관련 문제점을 해결하였으나, 품질 및 생산 속도와 관련된 문제점들은 아직 남아 있다. 절단/홈 가공/부조뿐만 아니라 코팅/박막 등에 관한 전형적인 제품은 낮은 반복율(repetition rate), 좁은 주사 폭 및 긴 작 업 시간으로만 제조될 수 있을 뿐이어서, 예를 들어 대형 물체의 경우에 특히 그 경향이 현저하게 되어 산업적으로 실시하기가 용이하지 않다.
펄스 지속 시간(pulse duration)을 펨토(femto)-초 또는 아토(atto)-초까지 더욱 감소시키면, 문제를 거의 해결할 수 없다. 예를 들면, 펄스 지속 시간이 10ps ~ 15ps인 피코(pico)-초 레이저 시스템에 있어서, 전체 레이저 출력이 100W이고 반복율이 20MHz인 경우에, 펄스 에너지는 10㎛ ~ 15㎛의 스폿에 대하여 5μJ이어야 한다. 본 발명자들이 알고 있기로는 본 출원의 우선일 당시에, 그와 같은 펄스에 견디는 그러한 섬유는 입수가 가능하지 않았다.
그러나, 섬유 레이저의 적용의 중요 분야인 레이저 융발에 있어서, 극대의 최적 펄스 출력과 펄스 에너지를 달성하는 것은 상당히 중요하다. 펄스 길이가 15ps이고 펄스 출력이 5μJ이고 전체 출력이 1000W인 경우를 고려하면, 펄스의 에너지 수준은 대략 400,000W(400kW)이다. 본 출원의 우선일에 본 출원인에게 이용 가능한 정보에 의하면, 그 누구도 펄스 길이가 15ps이고 펄스 형태가 최적으로 유지된 200kW 펄스를 전달하는 섬유를 제조하는 데 성공하지 못하였다.
그러나, 이용 가능한 물질로부터 플라즈마 제조를 위하여 제약이 없는 설비가 요망된다면, 펄스의 출력 수준은 예를 들면 200kW 내지 80MV 사이의 범위에서 자유로이 선택될 수 있어야 한다.
그러나, 오늘날의 섬유 레이저와 연관된 문제점은 단지 섬유에만 국한되는 것이 아니라, 바람직한 전체 출력을 달성하기 위하여 개별적인 다이오드 펌프들을 광학 결합기에 의해 결합하는 것과도 관련이 있으며, 그 결합에 따라 빔은 하나의 단일 섬유를 통하여 가공 지점에 전달된다.
적용 가능한 광학 결합기도 가공 지점에 고출력 펄스를 전송하는 광학 섬유만큼이나 높은 출력에 견뎌야 한다. 또한, 펄스 형태는 레이저 광의 전달의 모든 단계 중에 최적으로 유지되어야 한다. 현재의 출력 값에도 견디는 광학 결합기는, 제조하는 데에 상당한 비용이 들고 비교적 신뢰성이 양호하지 않고 마모되기 쉬운 부재이므로, 주기적인 교체가 필요하다.
생산 속도는 반복율 또는 반복 주파수에 정비례한다. 한편, 공지의 반사경-필름 스캐너(갈바노-스캐너 또는 전후 이동식 스캐너)는 전후 이동을 특징으로 하는 방식으로 작동 사이클(duty cycle)을 수행하며, 전환점(turning point)과 관련된 가속과 감속 및 그와 관련된 순간 정지뿐만 아니라 부하 사이클의 양단에서의 반사경의 정지는 다소 문제가 있는데, 이러한 모든 문제는 반사경을 스캐너로서 활용하는 것을 제한할 뿐만 아니라 특히 주사 폭(scanning width)을 제한한다. 반복율을 증가시킴으로써 생산 속도를 증가시키려고 하면, 가속과 감속으로 인하여 주사 범위가 좁아지거나 방사 조사선 분포가 불균일하게 되고, 따라서 방사 조사선이 가속 및/또는 감속 반사경을 통해 타겟과 충돌할 때에 타겟에서의 플라즈마의 분포가 불균일해진다.
단순히 펄스 반복율을 증가시킴으로써 피막/박막 제조 속도를 증가시키려고 하면, 전술한 현재의 공지 스캐너는 kHz 범위의 낮은 펄스 반복율에서도 펄스를 타겟 영역의 중첩 스폿으로 향하게 하며, 이에 대한 제어가 이루어지지 않는다.
동일한 문제점이 나노-초 범위의 레이저에도 나타나며, 높은 에너지의 펄스 가 오래 지속되므로 이 문제점은 당연히 더욱 심해진다. 따라서, 하나의 단일 나노-초 범위 펄스일지라도 타겟 재료를 급격히 침식시킨다.
레이저 빔과 융발에 기초한 종래의 하드웨어 해결책은 예를 들면 특히 스캐너와 관련하여 출력과 품질에 관한 문제를 수반하며, 그에 따라 융발의 관점에서, 양호하고 균일한 품질의 제품의 대규모 대량 생산을 가능하게 하는 수준까지 반복 주파수가 증가할 수는 없다. 또한, 종래의 스캐너는 기화기 유닛(vaporizer unit)(진공 체임버)의 외측에 위치하므로, 레이저 빔은 출력을 어느 정도 항상 감소시키는 광학 창(optical window)을 통하여 진공 체임버 내로 향하여야 한다.
출원인에게 이용 가능한 정보에 따르면, 본 출원의 우선일 당시에 공지된 설비를 이용하였을 경우에, 융발 시의 유효 출력은 대략 10W이다. 따라서 반복 주파수는 예를 들면 레이저에 있어서 단지 4MHz의 쵸핑 주파수(chopping frequency)로 제한될 수 있다. 펄스 주파수를 더욱 증가시키려고 하면, 종래 기술에 따른 스캐너는, 레이저 빔의 펄스의 일부를 레이저 장치의 벽 구조체 상으로 그리고 플라즈마 형태의 융발 재료 내로 향하게 하고, 이에 대한 제어가 불가능하여, 생성될 표면 품질과 생산 속도에 영향을 미치고, 더욱이, 타겟과 충돌하는 방사 조사선 유속은 충분히 균일하지 않아 플라즈마의 구조에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 코팅될 표면과 충돌 시에 불균일한 품질의 표면이 생성된다.
그 후에 타겟이 기계 가공될 부재 및/또는 부품이고 표면이 성형되어야 하는 경우에, 기계 가공과 성형 시에, 절단 효율과 절단 품질 모두가 영향을 받는 경우가 흔히 발생한다. 또한, 절단 지점 주위의 표면뿐만 아니라 코팅될 표면에 비산물 이 떨어질 위험성이 높다. 또한, 종래 기술에서는, 반복 표면 처리에 의해 여러 층을 형성하는 데 시간이 걸리고, 최종 품질이 항상 충분히 균일한 것은 아니다. 예를 들면, 본 출원인이 알고 있기로는, 본 출원의 우선일 당시에, 프린터 상에 견고한 3차원 물체를 생성하는 데에 사용될 수 있는 어떠한 기술도 공지되어 있지 않았다.
본 출원의 우선일 당시에 본 출원인이 알고 있는 공지의 스캐너에서는, 주사 속도는 대략 3m/s로 유지되고, 이 경우에도 주사 속도는 실제로 일정한 것이 아니라 주사 중에 변화한다. 그 이유는 종래 기술에 따른 스캐너가 고정식 회전 반사경에 기초하기 때문이며, 이 반사경은 주사 거리를 이동하면 정지한 후에 반대 방향으로 이동하여 주사 공정을 반복한다. 전후로 이동하는 반사경이 또한 공지되어 있기는 하나, 이 반사경도 이동의 불균일성에 관한 동일한 문제점을 가진다. 평면형 반사경에 의해 실시된 융발 기술이 미국 특허공보 제US 6,372,103호와 제US 6,063,455호에 기재되어 있다. 주사 속도의 가속, 감소 및 정지로 인하여 주사 속도가 일정하지 않으므로, 가공 지점에서 기화에 의해 발생하는 플라즈마의 수율(yield)은 타겟의 여러 지점에 따라 달라지고 특히 주사 영역의 가장자리에서 달라지는데, 그 이유는 플라즈마의 수율과 품질은 주사 속도에 전적으로 의존하기 때문이다. 어떤 의미에서는, 일반적으로, 에너지 수준 및 단위 시간당 펄스의 수가 클수록, 종래 기술의 장치 사용 시에 단점이 증가하는 것으로 생각될 수 있다. 성공적인 융발에 있어서는, 타겟은 원자 입자로 기화된다. 그러나, 약간의 교란이 존재하면, 타겟 재료는 크기가 수 마이크로미터일 수 있는 파편으로 방출되거나 탈락 되며, 이는 융발에 의해 생성되는 표면의 품질에 당연히 영향을 미친다.
종래의 스캐너의 주사 속도는 낮기 때문에, 레이저 빔이 스캐너에 도달하기 전에 확대되지 않으면, 펄스 주파수의 증가는 반사경 구조체로 향하는 에너지 수준을 증가시키므로 종래의 스캐너 구조체는 용융/연소된다. 따라서, 스캐너와 융발 타겟 사이에 별도의 집광 렌즈(collecting lens) 장치가 추가로 필요하다.
종래의 스캐너의 작동 원리에 의하면 스캐너는 경량이어야 한다. 이는 스캐너가 레이저 빔의 에너지를 흡수하는 비교적 작은 질량을 가진다는 것을 의미하기도 한다. 이러한 점은 종래의 융발 응용 분야에서 용융/연소의 위험성을 더욱 증가시킨다.
종래 기술에 있어서, 타겟은 불균일하게 마모될 수 있을 뿐만 아니라, 파편은 플라즈마 품질을 쉽게 저하시킬 수도 있다. 따라서, 그러한 플라즈마로 코팅될 표면은 플라즈마의 악영향을 받게 될 뿐만 아니라, 플라즈마를 통해 비산하는 파편은 플라즈마 내의 불균일(anomaly)의 원인이 된다. 절단선(cut line)뿐만 아니라 표면은 파편을 포함할 수 있고, 코팅 등을 형성하기 위한 플라즈마는 균일하게 분포하지 않을 수 있으므로, 정밀도를 필요로 하는 분야에서는 문제가 될 수 있기는 하나, 그 분야에서 예를 들어 잉크, 도료 및 장식 안료와 같은 코팅에 의하여 결함이 검출 한계 미만으로 유지된다면, 심각한 문제가 되지 않을 수도 있다.
종래의 방법은 타겟을 1회 사용으로 마모시키므로, 동일 타겟을 다시 사용하여 동일 표면을 추가로 이용하는 것은 가능하지 않다. 이 문제는, 타겟 재료의 이동 및/또는 그에 따른 빔 스폿의 이동에 의해 타겟의 새로운 표면(virgin surface) 만을 사용함으로써 해결되었다.
기계 가공 또는 가공 관련 분야에서, 약간의 파편을 포함하는 잔류물 또는 쇄설물은, 예를 들어 유동 제어 천공(flow-control drilling)의 경우에서와 같이, 절단선을 불균일하고 부적절하게 할 수도 있다. 또한 방출된 파편에 의해 불규칙한 요철 외관을 가진 표면이 형성될 수 있으며, 이는 예를 들면 특정 반도체 제조에 있어서는 적절하지 않을 수도 있다.
또한, 전후 이동식 반사경-필름 스캐너는, 반사경이 부착되고 그리고/또는 반사경을 이동시키는 베어링뿐만 아니라 구조체 자체에도 부하를 가하는 관성력을 생성할 수도 있다. 그와 같은 반사경이 작동 가능 설정치의 거의 극단적인 범위에서 작동할 경우에, 그와 같은 관성은 점차 반사경의 부착을 느슨하게 할 수 있고, 장기적으로는 설정치의 변동(roaming)을 일으킬 수 있는데, 이러한 현상은 제품 품질의 불균일성의 반복으로부터 알 수 있게 된다. 이동의 방향과 그와 관련된 속도 변화뿐만 아니라 정지 때문에, 그와 같은 반사경-필름 스캐너는 융발 및 플라즈마 생성에 사용되기에는 매우 제한된 주사 폭을 가진다. 전체 사이클에 대하여 유효 부하 사이클이 비교적 짧지만, 작동이 상당히 느리다. 반사경-필름 스캐너를 사용하는 시스템의 생산성 향상의 관점에서 보면, 플라즈마 생성 속도는 필연적으로 느리고, 주사 폭은 좁고, 작업은 장기적인 측면에서 불안정하며, 플라즈마 내로 그리고 그에 따라 가공 및/또는 코팅을 통해 플라즈마와 관련된 제품 내로 바람직하지 않은 입자가 방출될 가능성이 상당히 높다.
종래 기술의 해결책 중에서 문제가 되는 것은 주사 폭이다. 이러한 해결책에 서는 반사경-필름 스캐너 내에서 선 주사(line scanning)를 이용하는데, 이론적으로 대략 70mm의 공칭 주사 선 폭을 달성할 수 있는 것으로 생각되지만, 실제로는 주사 폭은 대략 30mm로 유지되어 문제가 있으며, 그에 따라 주사 영역의 가장자리 구역은 품질이 불균일한 채로 남게 되고 그리고/또는 중앙 구역과는 품질이 달라진다. 이와 같이 작은 주사 폭은, 대형 또는 광폭의 물체의 표면 처리 분야에서 종래 레이저 장치를 산업적 규모로 이용하는 것을 용이하지 않게 하거나 실시하는 것을 기술적으로 불가능하게 하는 원인이 된다.
도 67은 레이저 빔의 초점이 맞지 않고 그에 따라 플라즈마의 품질이 비교적 낮은 종래 기술에 따른 상황을 나타내며, 종래 기술을 참조하기 위하여 이 도면에서만 사용된 도면부호와 자체적인 설명이 기재되어 있다. 방출된 플라즈마는 타겟의 파편(116)을 포함할 수도 있다. 동시에, 기화될 타겟 재료는 더 이상 사용이 불가할 정도로 손상될 수 있다. 이러한 상황은, 종래 기술에 있어서, 너무 두꺼운 타겟인 재료 프리폼(material preform)(114)을 사용하는 경우에 전형적이다. 초점을 최적으로 유지하기 위해서는, 재료 프리폼(114)은 레이저 빔(111)의 입사 방향으로, 재료 프리폼(114)이 소모되는 정도와 동일한 거리만큼 z-이동(117)에 의해 이동하여야 한다. 그러나, 재료 프리폼(114)이 초점에 놓이게 되더라도, 재료 프리폼(114)의 표면 조직과 조성이 이미 변화하고 그 변화의 정도가 타겟(114)으로부터 기화한 재료의 양에 비례한다는 문제점은 해결되지 않는다. 종래 기술에 따른 두꺼운 타겟의 표면 조직은 타겟의 마모에 따라 변화한다. 예를 들어, 타겟이 화합물 또는 합금인 경우에, 이러한 문제점이 흔히 나타난다.
종래 기술에 따른 장치에 있어서, 융발 중에 기화될 재료에 대한 레이저 빔의 초점 변화는 플라즈마의 품질에 즉시 영향을 미치는데, 그 이유는 재료의 표면 상의 펄스의 에너지 밀도가 (일반적으로) 감소하고 그에 따라 기화 또는 플라즈마 발생이 완료되지 않기 때문이다. 그로 인하여 플라즈마의 에너지가 낮아지고 파편/입자의 양이 불필요하게 증가할 뿐만 아니라 표면 형상(morphology)이 변화하며, 피막의 부착 및/또는 피막 두께가 변동될 수 있다.
초점을 조절하여 문제를 경감하려는 시도가 이루어져 왔다. 종래 기술에 따른 장치에 있어서 레이저의 반복 주파수가 예를 들어 200kHz 이하로 낮고 주사 속도가 3m/s 미만에 불과하면, 플라즈마 강도의 변화 속도는 작고, 그에 따라 장치는 초점 조절에 의하여 플라즈마 강도의 변화에 응답할 시간을 가진다. (a) 표면 품질과 그 균일성이 중요하지 않은 경우 또는 (b) 주사 속도가 낮은 경우에는, 소위 실시간 플라즈마 강도 측정 시스템이 사용될 수 있다.
따라서, 본 출원의 우선일 당시에 본 출원인에게 이용 가능한 정보에 따르면, 종래 기술을 사용하여 고품질 플라즈마를 생성하는 것이 가능하지 않다. 따라서, 종래 기술에 의해서는, 상당히 많은 종류의 피막들을 고품질 제품으로서 제조할 수 없다.
종래 기술에 따른 시스템은 시스템 내에 사용되어야 할 복잡한 조정 시스템을 포함한다. 현재 공지된 방법에서는, 재료 프리폼은 일반적으로 두꺼운 바(bar) 또는 시트의 형태이다. 줌 집속 렌즈(zoom focusing lens)가 사용되어야 하거나, 재료 프리폼이 소모됨에 따라 레이저 빔을 향하여 이동하여야 한다. 이를 실시하기 위한 시도가 가능하더라도, 충분히 신뢰적으로 실시하는 것이 극히 곤란하고 비용이 많이 들며, 더욱이 품질이 상당히 변화하고 그에 따라 정밀 제어가 거의 불가능하고, 두꺼운 프리폼의 제조에도 비용이 많이 든다.
미국 특허공보 제US 6,372,103 B1호에 개시되어 있는 바와 같이 현행 기술에서는, 무정형(random) 편광을 사용하지 않고, 주로 S 편광 또는 대안적으로 P 편광으로서, 또는 원편광(circularly polarized light)으로서의 레이저 펄스를 융발 타겟으로 향하게 할 수 있다.
본 발명의 목적은 종래 기술과 관련된 문제점을 해결하거나 적어도 경감할 수 있는 표면 처리 장치를 도입하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 본 출원의 우선일 당시에 공지된 종래 기술을 사용하여 달성할 수 있는 것보다 우수한 표면 품질로 더욱 효과적으로 반복하여 물체를 코팅하는 방법, 장치 및/또는 구성을 도입하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 융발 시에 사용되는 광자 방사 조사선(photon radiation)에 의하여, 타겟의 융발 영역에서 제어된 융발 깊이까지, 타겟 재료를 플라즈마 상(plasma phase)으로 변환시킴으로써 타겟으로부터 고품질 플라즈마를 생성하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 본 출원의 우선일 당시에 공지된 종래 기술을 사용하여 달성될 수 있는 것보다 우수한 표면 품질로 더욱 효과적으로 반복하여 물체를 코팅하는 표면 처리 장치의 기술에 의하여 실시 가능한 3차원 인쇄 유닛을 또한 도입하는 것이다. 본 발명의 목적은 다음과 같은 구체적인 목적과 관련이 있다.
본 발명의 제1 목적은, 타겟 재료가 플라즈마 내에 어떠한 입자 파편도 형성하지 않도록, 즉 플라즈마가 순수한 플라즈마이도록, 또는 파편이 존재하더라도 극소량이고 타겟으로부터의 융발에 의해 플라즈마가 발생하는 융발 깊이보다도 크기가 작아지도록, 실용적으로 어떠한 타겟으로부터도 이용 가능한 고품질의 미세 플라즈마를 제공하는 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제2 목적은, 냉간 가공 방법에 있어서, 냉간 가공될 타겟에 어떠한 입자 파편도 존재하지 않게 유지되도록, 또는 파편이 존재하더라도 극소량이고 타겟으로부터의 융발에 의해 플라즈마가 발생하는 융발 깊이보다도 크기가 작아지도록, 고품질 미세 플라즈마를 방출함으로써 타겟에서 융발 깊이까지 재료를 제거하는 미세 절단 경로(fine cut-path)를 생성하는 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제3 목적은, 타겟으로부터의 융발에 의해 플라즈마가 발생하는 융발 깊이보다 크기가 큰 입자 파편이 존재하지 않는 플라즈마로 기판 영역을 코팅, 즉 실질적으로 재료에서 유래하는 순수 플라즈마로 기판을 코팅하는 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제4 목적은, 입자 파편의 발생을 제한하고 그 크기를 융발 깊이보다 작게 제한함으로써 입자 파편에 대한 운동 에너지의 낭비를 억제하도록, 미세 플라즈마에 의해 기판에 대한 피막의 양호한 부착을 제공하는 것이다. 동시에, 입자 파편은 상당히 존재하지는 않으므로, 핵생성 및 응집(condensation)에 의하여 플라즈마 연무 기둥(plasma plume)의 균일성에 영향을 미칠 수 있는 냉각 표면을 형성하지 않는다. 또한, 제4 목적에 따르면, 2개의 연속적인 펄스들 사이를 피치로 하는 방사 조사선 펄스의 단펄스(short pulse)를 사용하여, 즉 피코-초 범위의 펄스 또는 지속 시간이 더 짧은 펄스를 사용하여, 열 영향부(heat affected zone)를 최소화함으로써, 융발 시의 방사 조사선 에너지는 효과적으로 플라즈마의 운동 에너지로 변환된다.
본 발명의 제5 목적은, 넓은 주사 폭과 더불어 미세 플라즈마 품질을 제공하고 산업적으로 대형 물체에 대해서도 넓은 코팅 폭을 제공하는 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제6 목적은, 전술한 본 발명의 목적들 중 적어도 하나에 따라서 사용되는 높은 반복율을 제공하여 산업적 규모로 적용하기 위한 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 제7 목적은, 제1 내지 제7 목적들 중 적어도 하나에 따라서 표면을 코팅하여 제품을 제조하기 위한 미세 플라즈마를 제공하고, 필요에 따라, 코팅 단계 중에 사용되는 타겟 재료를 절감하여 동일 품질의 피막/박막을 생성하는 과제를 해결하기 위한 적어도 신규한 방법 및/또는 관련 수단을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 제1, 제2, 제3, 제4 및/또는 제5 목적에 따른 방법과 수단을 이용하여, 각 목적에 따른 각 유형의 제품을 위한 냉간 가공 및/또는 코팅 표면을 제공하는 과제를 해결하는 것이다.
미세 플라즈마에 관한 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 미세 플라즈마를 형성하는 방법은 미세 플라즈마를 생성하는 방법에 관한 방법 독립항의 특징부에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다. 미세 플라즈마에 관한 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 냉간 가공 방법은 냉간 가공 방법에 관한 방법 독립항에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다. 미세 플라즈마에 관한 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법은 코팅 방법에 관한 방법 독립항에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다. 미세 플라즈마에 관한 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치는 진공 기화/융발 장치에 관한 독립항에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다. 미세 플라즈마에 관한 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법은 표면 처리 방법에 관한 방법 독립항에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다. 전술한 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 사용은 코팅 방법의 용도에 관한 용도 독립항에 기재되어 있는 바를 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 형태는 종속항에 기재되어 있다.
본 발명의 목적들에 부합되는 실시 형태에 따르면, 융발 깊이의 제어는, 융발 깊이까지 융발 문턱값(ablation threshold)을 초과하는 광자 방사 조사선의 영향을 받도록, 융발 영역 상의 광자 방사 조사선의 스폿 크기를 조정하여 소망 융발 깊이에 대응시킴으로써 달성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 그러한 미세 플라즈마 발생은 본 발명의 실시 형태에 따른 냉간 가공 방법에 있어서 타겟을 매끄럽고 파편이 존재하지 않게 유지하며, 이는 제조되는 제품이 바로 냉간 가공 표면 특성을 가진 타겟 부재일 경우에 특히 바람직하다. 그러한 미세 플라즈마의 발생은, 코팅을 위하여 사용될 경우에, 플라즈마 상으로부터 기판 상에 매끄럽고 청결한 표면을 생성한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 그와 같은 광자 방사 조사선은 발생원으로부터 광학 경로를 통해 융발 타겟으로 펄스 형태로 향하도록 사용되며, 광학 경로는 타겟 본체 상의 융발 영역 내의 스폿으로 상기 광자 방사 조사선을 주사하도록 배치된 터빈 스캐너를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 융발 깊이까지 융발되는 타겟 영역의 층 내에, 타겟 재료의 지배적인 열에너지 전달 메카니즘(thermal energy transference mechanism)의 이완 시간(relaxation time)과 본질적으로 동일하거나 작은 지속 시간을 가진 펄스 범위 내에서 융발을 발생시키려고 하는 스폿 크기에 비하여 융발 깊이가 작다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 융발 깊이 아래의 열 영향부가 크게 형성되는 것을 방지하는 다른 메카니즘 및/또는 영향이 융발 영역 내에 존재하면, 펄스 지속 시간은 대안적으로 상기 이완 시간보다도 길어질 수도 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 목적은 미세 플라즈마 개념을 위한 플라즈마 품질 분류를 정의하기 위하여 사용될 수 있다.
방사 조사선 펄스를 단펄스로 선택하고 중간 피치를 스폿 내의 국소 메카니즘에 의한 열에너지 전달의 이완 시간보다 길게 선택하는 본 발명의 실시 형태에 따르면, 표면 재료 조성 및/또는 조직 특유의 에너지 전달 메카니즘은 적어도 부분적으로 작용하지 않게 유지되어 열에너지를 기판 본체 내로 더 깊이 전달하고, 따라서 가공 깊이가 융발 깊이인 그와 같은 적용에서는 융발 깊이 아래의 열 영향부(HAZ)를 최소화한다. 따라서, 융발 시에 이용되는 방사 조사선의 열에너지는 기판 상의 융발 깊이까지의 층에 상당히 효과적으로 집중되고, 그 결과, 기판의 조직에 열 충격 및/또는 장력이 형성되는 것을 방지하고 그에 따라 중요한 파쇄(fragmentation) 현상을 불가능하게 한다.
열 장력(thermal tension)에 의한 기판 표면에서의 파쇄는, 공지의 기술에 있어서는, 다소 불규칙하게 또는 제어 불가능하게 표면을 조면화하거나 불균일하게 하지만, 본 발명의 목적에 따라 일단 제1 기판 스폿으로부터 이루어진 미세 플라즈마 생성은 파편에 기인하는 요철(bump) 및/또는 오목부(recess)가 존재하지 않는 상당히 매끈한 표면을 남기고, 따라서 미세 플라즈마 생성을 위하여 동일 스폿을 다시 사용하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 실시 형태와 관련하여, 스폿은 융발을 위해 사용되는 방사 조사선에 의해 조사되는 영역을 지칭하기 위하여 사용되었으나, 스폿의 형상을 구체적으로 소정의 원추 단면으로 제한하기 위한 것은 아니다. 따라서, 한 실시 형태에서 스폿은 둥근 형상, 원형, 타원형 또는 원추형일 수 있고, 다른 실시 형태에서는 선형 또는 사각형일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 스폿은 중첩되지 않는 서브-스폿들의 집합체(ensemble)로서 고려될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스폿은 융발 문턱값을 초과하는 그와 같은 서브-스폿 내에서 융발을 위해 사용되는 회절 패턴(diffraction pattern)을 포함한다.
대부분의 경우에, 사이키델릭(psychedelic) 형상, 아메바(ameba) 형상, 별 형상의 스폿 또는 서브-스폿은, 전혀 불가능한 것은 아니지만, 하나의 방사 빔에 의하여 또는 여러 형상의 다수의 방사 빔을 조합하지 않으면 얻기가 곤란하다. 그러나, 경우에 따라서는, 본 발명의 태양에 따라 실시되는 특정 실시 형태에서, 예를 들면 장식 등에 사용하는 것과 같은 소망의 스폿 형상을 가지는 샤플론(shaplone) 또는 형판(template)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 이를 위해서는, 샤플론 또는 형판은, 기판의 소망 깊이 및/또는 층 두께까지의 가공을 위한 시간보다 긴 시간동안, 기판의 융발에 사용되는 방사 조사선을 견뎌야 한다.
실시 형태에 따르면, 형판은, 방사 조사선 투과성 재료 도파로(wave guide)인 형판 기판 상에 타겟 재료가 층상화되도록 사용될 수 있으나, 코팅될 기판이 형판 기판 상에 놓이고 융발 방사 조사선이 형판 기판 내로 입사되는 경우에는, 본질적으로 기판과 접촉하여 융발이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서, 거시적 규모(macroscopic scale)에서, 형판 기판이 방사 조사선 출력의 투과에 견디는 경우에, 그와 같은 융발 리소그래피가 사용될 수 있다. 형판 기판의 전체 영역의 단일 플래시 기술(single flash technique) 대신에, 코팅될 기판 상으로 타겟을 융발하기 위하여, 형판 기판은 직렬 및/또는 병렬의 다수의 스폿 내에서 조사될 수 있다. 예를 들어, 그러한 기술로부터 홀로그램 제조가 유리할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 홀로그래피 레지스트(holographic resist)는 또 다른 유형의 홀로그램으로서 격자 홀로그램으로 사용되는 대향 형상을 가진 부분을 형성하는 형태로서 추가로 사용되도록 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 마이크로 구조 또는 나노 구조 제조에 바람직할 수 있다. 타겟 재료는 핀(pin) 상에 마이크로 또는 나노 구조의 크기로 층상화될 수 있고, 핀은 타겟을 구비하는 형판 기판으로서 사용된다. 핀이 방사 조사선을 받아 융발에 이르면, 타겟은 융발하고, 발생한 연무 기둥은 타겟과 충돌함으로써 코팅될 기판에 피막이 형성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 그와 같은 핀은 수십 년 전의 니들 매트릭스 인쇄기(needle matrix writer)에서의 니들과 같은 소정 방식으로 직렬 및/또는 병렬로 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 핀은 재사용되어 다음의 타겟 코팅을 위해 코팅될 수 있다. 핀의 코팅 또는 기판의 코팅을 변화시키기 위하여 다수의 핀 또는 핀들의 그룹이 사용되면, 표면의 마이크로 또는 나노 기계 가공이 이루어질 수 있다. 물론, 일부 핀 또는 그룹은 타겟 코팅 없이 유지되어, 마이크로 구조를 부조(carving)하기 위하여 사용될 수 있다. 접촉 상태에서의 강력한 부착력 때문에, 접촉보다는 거의 접촉한 상태가 바람직할 수 있다. 그러나, 미리 설정된 리소그래피 공정을 위하여, 핀과 기판 사이의 거리는 예를 들면 AFM-현미경에 의해 수동으로 또는 본 발명의 실시 형태에 따라 자동으로 조정 및/또는 감시될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 플라즈마는 품질에 따라 분류될 수 있다.
특정 피막 부착에 있어서 플라즈마 품질은 플라즈마 조성 및/또는 물성뿐만 아니라 플라즈마가 부착될 기판에 의존한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 설정된 플라즈마와 기판의 쌍의 최상의 이론적 부착력에 대하여 얻어진 부착력(a)에 따라, 플라즈마는 5개의 등급으로 분류된다. 예를 들어, 기판 상에 최대치의 100% 내지 80%의 부착력을 생성하는 플라즈마는 제1 등급으로 분류될 수 있고, 최대치의 80% ~ 60%를 생성하는 플라즈마는 제2 등급으로 분류될 수 있고, 이와 같이 하여, 코팅과 기판 사이의 최대 부착력의 20% ~ 0%에 해당하는 플라즈마는 제5 등급으로 분류된다. 이러한 분급은 예시적일 것일 뿐이며, 플라즈마의 부착성 분류를 위하여 다른 분급 선(division line)이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 플라즈마 그 자체는 입자로부터의 자유도(freedom) 성질에 따라 분류될 수 있다. 예를 들면, 다음과 같은 예시적인 방식으로 분류될 수 있다. 플라즈마는 입자 양(p)에 따라 5개의 등급으로 분류되어, 등급 1에서는 플라즈마 상 내에 플라즈마 구성물보다 큰 입자를 포함하지 않는 순수한 플라즈마가 존재하고, 등급 2에서는 크기 비가 107 ~ 105인 입자만이 존재하고, 등급 3에서는 크기 비가 105 ~ 103인 입자가 존재하고, 등급 4에서는 103 ~ 10인 입자가 존재하고, 등급 5에서는 크기 비가 10 ~ 10-1인 입자가 존재한다. 크기 비는 입자 특징으로서 입자 크기에 대한 빔 스폿의 특징으로서 스폿 크기의 비를 의미한다. 이러한 등급의 구분은 예시적인 것일 뿐이며, 다른 분급 선이 플라즈마의 분류에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 융발 후에 잔존하는 타겟 표면 그 자체는 평활도 비(smoothness ratio)(s)에 따라서 분류될 수 있다. 평활도 비는 표면 형상부(surface formation)의 특성으로서 높이/깊이에 대한 빔 스폿의 특성으로서의 스폿 크기의 비를 의미한다. 예를 들면, 다음과 같이 예시적인 방식으로 분류될 수 있다. 타겟 평활도는 높이/깊이(s)에 따라 5개의 등급으로 분류되며, 등급 1에서는 검출 한계 내에서 측정 가능한 높이가 존재하지 않으며, 등급 2에서는 크기 비가 107 ~ 105인 표면 형상부만이 존재하고, 등급 3에서는 크기 비가 105 ~ 103인 표면 형상부만이 존재하고, 등급 4에서는 크기 비가 103 ~ 10인 표면 형상부만이 존재하고, 등급 5에서는 크기 비가 10 ~ 10-1인 표면 형상부만이 존재한다. 이러한 분급은 예시적인 것일 뿐이며, 다른 카테고리의 분급선이 플라즈마의 부착성 분류를 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, (a, p, s)-분류는 적어도 소정 조건에서 여러 플라즈마를 비교하는 데에 이용될 수 있고, 2개 이상의 동일 조건들 사이에 허용 가능한 정확도로 이용될 수 있다. a, p 및 s와 같은 구성 항목(component)은, 플라즈마 발생에 각각 상당한 기여를 하므로, 실시 형태에 따른 코팅과 관련성을 가진 장치 및/또는 시스템을 분류하는 데에도 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, (a, p, s)-분류에 따른 가장 바람직한 플라즈마 생성은 전술한 실시예에서 미세 플라즈마 생성을 위하여 (1, 1-2, 1) 또는 (1, 1-2, 2)일 수 있지만, 언급된 설명으로만 한정되는 것은 아니다.
다른 실시 형태에 따르면, 미세 플라즈마는 코팅/가공 두께에 따라, 즉 코팅 평활도에 관련하여 처리되는 표면의 이용을 목적으로 표면의 예상 평활도에 따라 정의된다. 평활도는, 타겟 관련 분류에 기재된 바와 같이, 예를 들면 코팅 표면 평활도가 높이/깊이(s)에 따라 5개의 등급으로 분류되도록 정의될 수 있으며, 등급 1에서는 검출 한계 내에서 측정 가능한 높이가 존재하지 않고, 등급 2에서는 크기 비가 107 ~ 105인 표면 형상부를 주요 특징으로 하고, 등급 3에서는 주로 크기 비가 105 ~ 103인 표면 형상부를 주요 특징으로 하고, 등급 4에서는 주로 크기 비가 103 ~ 10인 표면 형상부를 주요 특징으로 하고, 등급 5에서는 주로 크기 비가 10 ~ 10-1인 표면 형상부를 주요 특징으로 한다. 따라서, 그와 같은 하나의 기준만이 사용되면, 예시된 분급에 있어서 코팅의 예상 평활도가 코팅 표면의 목표 평활도와 동일하거나 양호한 경우에, 플라즈마는 본 발명의 실시 형태에 따라 미세 플라즈마로 분류될 수 있다는 것을 의미하는데, 다시 말하자면, 경우에 따라서는 등급 5일지라도 미세 플라즈마로 분류된다. 따라서, 전술한 (a, p, s)-분류에 있어서는, 표면 평활도 분류 파라미터화에 의해 나타나지 않는다. 그러나, 특정 적용 분야에서의 표면 평활도에 대하여, 분류는 적용 분야마다 구체화될 수 있고, 따라서 특별한 용도를 위한 표면의 경우에 코팅 실시에 대해 더 많은 정보를 가진 분급을 제공한다.
전술한 플라즈마 분류 개념을 읽고 이해한 당업자라면, 각 등급 파라미터에 대하여, 선형 척도(linear scale)로 표시된 항목인 a, p 및/또는 s는 밑(base)이 2, e, 10 또는 다른 수인 로그 척도(logarithmic scale)로 표시될 수 있다는 점을 알 수 있다. 각 척도 파라미터의 척도는 크기 차수(order of magnitude)를 사용하지만, 다른 유형의 크기 차수가 사용될 수도 있다. 크기 차수는 단지 로그 또는 선형 척도로 한정되어 등급 분류가 이루어지는 것은 아니다. 역수의 파라미터도 사용될 수 있다. a, p 및 s는 다른 방식으로 분급될 수 있다. 전술한 실시예에서, 선형 척도가 사용되었다. 이 실시예는 5단 분류이지만, 표면 처리와 관련된 특정 적용 분야에서의 미세 플라즈마 개념의 더욱 개략적이거나 세밀한 분류를 위하여, 더 적은 등급 또는 더 많은 등급이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟과 방사원(radiation source)은 서로 대하여 상대 이동한다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 타겟 표면과 관련하여 이동하는 타겟 상에 융발 스폿을 형성하기 위하여 방사원의 빔을 주사하는 스캐너가 존재한다.
본 발명의 실시예에 따라 실시된 방사원 장치(radiation source arrangement)는, 고출력 방사 조사선으로서의 방사 빔을 안내하도록 구성된 방사 조사선 전송의 경로를 포함하며, 방사원으로부터 타겟까지의 상기 경로 내에는 터빈 스캐너가 구비된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는, 방사 조사선을 생성하도록 배치된 방사원과, 외부 광학 섬유 또는 외부 광학 고출력 커넥터를 통한 간섭 없이 상기 방사 조사선을 가공 타겟으로 안내하도록 구성된 광학 경로를 포함함으로써, 본 발명의 목적을 달성한다.
본 발명의 여러 실시 형태들은 적절하게 결합 가능하다.
본 발명을 읽고 이해한 당업자라면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 예시된 실시 형태를 변경하는 다양한 방법을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 본 발명의 실시 형태의 예로서 제시된 실시 형태로만 제한되는 것은 아니다.
실제로 방사 빔은 간섭 섬유 및/또는 고출력 광학 커넥터 없이도 가공 타겟으로 향한다는 놀라운 사실을 밝혀내었다. 본 문맥에서 "~ 없이(without)"라는 문언은, 예를 들면 광학 확대기(optical expander)가 반드시 필요한 실시 형태에서 광학 확대기가 제외되는 것을 의미하지는 않으며, 이 경우에 확대기는 방사원에 통합되지는 않으나 방사 빔의 기하학적 형상의 변경 및/또는 결합 빔(joint beam)을 위한 여러 방사원의 결합을 위하여 방사원 단부에 필요하다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선 전송을 위한 광학 경로는 스캐너를 포함하면, 이 스캐너는 본 발명의 실시 형태에 따라 적어도 터빈 스캐너를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선 전송을 위한 광학 경로는 광학 경로의 방사원 단부에 광학 확대기를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선 전송을 위한 광학 경로는 광학 경로의 가공 타겟 단부에 광학 축소기(optical contractor)를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원은 방사원에 통합된 광학 확대기를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 광학 경로는 방사원 단부 및/또는 광학 경로의 가공 타겟 단부에 집광 시스템을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 광학 경로는 다수의 방사원의 빔을 하나의 결합 방사 빔으로 결합하도록 구성된 결합 수단을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 결합 수단은 특정 위상 내의 펄스 내에서 방사 빔을 결합하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 제1 반복율을 가진 제1 방사원과 제2 반복율을 가진 제2 방사원을 포함하며, 상기 방사원들은 본 발명의 실시 형태에 따른 결합 부재(joining member)에 연결되어, 상기 제1 및 제2 방사원의 펄스는 본 발명의 한 실시 형태에 따라 비월 주사(interlacing) 방식으로 주사되거나, 또 다른 실시 형태에 따라 적어도 부분적으로 비(non)-비월 주사 방식으로 주사된다. 펄스의 비월 주사는 타겟의 수신 출력에 영향을 미칠 수 있고, 타겟 재료의 준비 및/또는 기화/융발의 최적화를 위하여 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 결합 부재는 적어도 2개 이상의 방사원을 함께 결합시키는 수단을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 활성화되었을 때에 방출되는 적어도 한 모드(mode)의 방사 조사선이 파장, 편광 및/또는 펄스 길이와 펄스 형상뿐만 아니라 펄스간 시간 길이를 갖도록, 각 방사원은 방사원의 여러 특성을 가진다. 각 방사원은 또 다른 특성으로서 펄스의 반복율을 또한 가진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 각 방사원을 결합시키기 위한 결합 부재는 모든 방사원들의 전술한 특성들이 동일하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 그와 같은 결합 부재는, 결합된 각 방사원에 대하여 반드시 동일할 필요가 없는 적어도 하나의 특성이 모든 방사원에 대하여 다르도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 특성이 다른 다수의 방사원을 포함하며, 다수의 방사원은 결합 부재에 의해 서로 연결됨으로써, 가공 타겟에서의 펄스 형상과 전체 에너지의 최적화 및/또는 충돌 스폿에서의 가공 타겟의 준비를 위하여, 가공 타겟에 도달하는 펄스의 형상 변경에 사용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 각 레이저원은 제1 특성을 가진 방사원과 또 다른 특성을 가진 또 다른 방사원으로서 작용하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 제1 특성은, 관련 조건 하에서 융발을 위해 최적화된 상기 제2 특성의 방사 조사선에 의한 융발 전에 및/또는 중에, 타겟의 가열에 의한 준비를 위하여 최적화된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원은 융발을 위하여 타겟 재료 및/또는 그 일부를 준비하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치의 방사원들은 실제 방사 빔이 가공 타겟에 형성되도록 다양화된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 각 방사원은 본 발명의 실시 형태에 따른 자체의 광학 경로를 가지며, 각 경로에 터빈 스캐너를 포함하는 것이 바람직하다.
결합 부재는 방사원을 결합하는 별도의 구성요소로서 확대기로서 작동하도록 구성될 수 있거나, 확대기는 방사원에 통합되어 다른 방사원이 결합 부재 내에 결합될 수 있도록 구성될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 결합 부재의 특정 부분이 방사원 내에 통합되고 일부의 다른 부분이 통합되지 않도록, 결합 부재는 방사원들 사이에서 부분적으로 분산화된다.
방사원 장치에 관한 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치의 방사원은 방사원 장비(radiation source device) 내에 배치된다. 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 경로 또는 그 일부는 장비에 포함된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장비는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치 및/또는 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 경로를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따라 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송 경로는, 방사원으로부터 예를 들면 레이저 빔 펄스와 같은 펄스화된 고출력 방사 조사선으로서 전송되는 방사 조사선의 타겟까지, 기하학적 방사 형상(radiation geometry)으로 상기 전자기 방사 조사선을 안내하도록 배치된 터빈 스캐너를 포함한다.
본 발명에 따른 방사원 장치는 적어도 하나 또는 다수의 다이오드 펌프형 방사원을 포함하고, 각 방사원은 본 발명에 따른 광학 경로를 구비한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는 다음 중 적어도 하나의 제1 특성 및/또는 제2 특성을 포함한다.
- (i) 방사원에 대한 파장 특성
- (ii) 작동 중(on-duty)의 펄스 길이
- (iii) 2개의 연속적인 펄스들 사이의 작동 휴지(off-duty) 시간의 길이
- (iv) 작동 중 발생의 반복율
- (v) 방사 조사선 강도
- (vi) 펄스당 에너지 및/또는 출력
- (vii) 방사 조사선의 편광, 및
- 특성 (i) 내지 (vii) 중 적어도 2개 이상의 조합
본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 제1 특성은 상기 제2 특성과 다르다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 특성은 방사원의 특성으로 고려된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는, 다음 중 적어도 하나의 범위 내의 파장을 가진 방사 조사선을 생성하도록 구성된 적어도 하나의 방사원을 구비한다.
- 전파 파장(radio wavelength)과 적외선 파장 사이의 파장
- 적외선 내의 파장
- 가시광 파장
- 자외선 파장
- X선 파장
본 발명의 실시 형태에 따르면, 광학 경로는 다수의 방사원을 위한 적어도 하나의 경로를 포함하도록 구성되며, 다수의 방사원은 적어도 하나의 타겟을 포함하는 다수의 타겟으로 적어도 하나의 방사 빔을 향하게 하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선은 레이저 방사 조사선이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저는 다이오드 펌프형이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저는 광 전구(light bulb) 펌프형이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저는 다른 레이저에 의해 펌핑된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저는 펄스형 방사 조사선에 의해 펌핑된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 레이저는 예를 들면 다른 용도를 형성하는 공지의 기술에 의해 펌핑된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료는 본 발명에 다른 방사원의 방사 조사선에 의해 기화 및/또는 융발되도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 포함하며, 상기 장치는 기판의 코팅에 사용되는 타겟으로부터 재료를 기화/융발하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛은, 필름 경로의 제1 단부에서 타겟 재료를 공급하도록 구성된 제1 릴(reel)과, 공급된 타겟 재료를 필름 경로의 반대쪽 단부에서 권취하도록 구성된 제2 릴을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛은 시트로서의 타겟 재료를 처리라는 수단을 포함한다. 본 발명의 그와 같은 실시 형태에 있어서, 타겟 재료 유닛은 적어도 한 유형의 타겟 재료를 포함하는 타겟 재료 적층체 및/또는 다수의 적층체로부터 타겟 재료의 시트를 선택하는 수단을 구비한다. 본 발명의 그와 같은 실시 형태에 있어서, 타겟 재료 유닛은, 사용된 타겟 재료의 시트를 타겟 재료 유닛의 공급기(feeder)로부터, 적어도 한 종류의 타겟 재료를 포함하도록 구성된 다수의 적층체 내의 사용 완료 시트의 적층체 내로 시트의 종류에 따라서 제거하는 수단을 구비한다.
전술한 목적들 중 적어도 하나에 따라서, 본 발명의 제1 태양은, 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태가 코팅과 같은 작업에 활용되도록, 그 실시 형태를 포함하는 본 발명의 실시 형태들의 조합을 규정하며, 타겟은 코팅될 기판 상으로 향할 수 있는 연무 기둥으로 기화/융발되고, 따라서 제품을 형성하는 것은 기판 또는 그로부터의 파생체(derivable)이다. 또한, 제품과 관련된 방법, 제품의 용도 및/또는 그러한 제품을 제조하기 위한 선구체(precursor)의 용도는 제1 태양에 포함되는 것으로 고려된다.
전술한 목적들 중 적어도 하나에 따라서, 본 발명의 제2 태양은, 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태가 부조와 같은 작업에 활용되도록, 그 실시 형태를 포함하는 본 발명의 실시 형태들의 조합을 규정하며, 타겟으로부터의 재료가 방향성 연무 기둥으로서 기화/융발되고, 타겟 또는 그로부터의 파생체가 제품을 형성한다. 또한, 제품과 관련된 방법, 제품의 용도 및/또는 그러한 제품을 제조하기 위한 선구체의 용도는 제2 태양에 포함되는 것으로 고려된다. 따라서, 특정 타겟 재료가 이용되지는 않으나 물체 표면이 부조(carving)와 같은 작용에 노출되는 그와 같은 실시 형태는 제2 태양의 범주에 속한다.
전술한 목적들 중 적어도 하나에 따라서, 본 발명의 제3 태양은, 본 발명의 적어도 하나의 실시 형태를 제1 태양 및/또는 제2 태양의 조합으로서 적절한 부분에 포함하는 본 발명의 실시 형태들의 조합을 규정한다.
이론적으로, 본 발명의 실시 형태의 이용은 타겟에서 방사 조사선 출력을 제한 없이 증가시키는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라, 본 발명의 적절한 태양과 부합하도록 가공 타겟에서 방사 조사선의 여러 특성을 조정하는 수단을 제공한다. 따라서, 이를 달성하기 위하여, 터빈 스캐너를 포함하는 광학 경로에 의해 가공 타겟까지 방사 조사선이 안내되도록 방사원으로서 하나 또는 다수의 다이오드 펌프형 방사원이 이용되며, 본질적으로 외측 광학 경로에서의 섬유에 의한 손실이 발생하지 않는다.
본 발명의 제1 태양, 제2 태양 또는 제3 태양에 따른 본 발명의 실시 형태는, 코팅으로 구조화된 표면을 생성하여 촉매 표면을 형성하기 위하여 사용될 수 있고, 그리고/또는 생물학 또는 의학 분야에 사용될 수 있다.
본 발명을 읽고 이해한 당업자라며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 예시된 실시 형태들을 변경하는 많은 방법들을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 범위는 예시된 실시 형태로만 제한되는 것은 아니며, 이 실시 형태들은 비제한적으로 본 발명의 실시 형태의 예들을 나타낸다.
도 62는 공지 기술의 문제점들을 나타낸다.
도 63은 공지 기술의 문제점들을 나타낸다.
도 64는 공지 기술의 문제점들을 나타낸다.
도 65는 공지 기술의 문제점을 나타낸다.
도 66은 공지 기술의 문제점을 나타낸다.
도 67은 공지 기술에 따라 발생할 수 있는 상황을 나타낸다.
도 62 내지 도 67은 공지 기술을 나타내므로, 본 발명의 실시 형태의 예를 제시하는 이하의 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 대하여 이하에서 설명한다. 도면들은 설명의 일부를 구성하도록 본 출원에 첨부되었다. 기재되어 있는 용어는 특별히 달리 표현되어 있지 않다면 일반적인 의미로 사용되었다.
도 1은, 타겟에 방사 출력을 형성하도록 배치된 모듈형 발진기 출력 증폭기(MOPA) 유형의 방사 시스템 내에, 다이오드 펌프형 섬유 방사원을 포함하는 본 발명에 따른 방사 장치를 나타낸다.
도 2는, 다이오드 펌프와 같은 방사 조사선 펄스의 출력 증폭기를 포함하는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사 장치의 일부로서, 진공 기화 시스템 내에 포함되고 방사 조사선 펄스를 위하여 최소한의 광학 섬유 및/또는 광학 고출력 커넥터만이 필요한 방사 장치의 일부를 나타낸다.
도 3은 광학 경로를 포함하는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치의 일부를 나타내며, 광학 경로는 방사 빔을 안내하는 터빈 스캐너를 또한 포함한다.
도 4는 다이오드 펌프형 방사 빔이 교정 광학 기구를 통하여 기화성 재료로 향하도록 배치되어 있는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 나타낸다.
도 5는 진공 기화 장비의 방사원 장치 내의 방사 조사선 유닛에 관한 일례로서 실시된 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치의 일부를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화 장비를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 위상화-다각화-증폭화-직접 방향성-방사(phased-diversified-amplified-directly directable-radiation) 시스템(PDADD-방사 시스템)을 나타내며, 다이오드 펌프 내에 통합된 교정 광학 기구를 통과하여 다이오드 펌핑된 방사 빔은 터빈 스캐너에 의해 안내될 수 있다.
도 8은 기화 유닛으로서 방사원 유닛을 구비하는 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화 장비를 나타낸다.
도 9는 내측에 방사원 유닛을 구비하는 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화 장비를 나타낸다.
도 10은 적어도 하나 또는 다수의 조합형 방사 빔이 확대기 및/또는 터빈 스캐너를 경유하여 기화 타겟으로 향할 수 있는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원의 다이오드 펌프 세트를 나타내며, 각 다이오드 펌프는 자체의 확대기를 구비한다.
도 12는 본 발명의 실시 형태에 따른 비대칭 형상의 광 패턴 형성을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시 형태에 따른 대칭 형상의 광 패턴 형성을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료의 예를 나타낸다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 주사(scan)를 나타낸다.
도 16은 본 발명의 실시 형태에 따른 또 다른 주사를 나타낸다.
도 17은 박막 및/또는 리본과 같은 편평한 형태의 타겟 재료를 처리하는 기구를 나타낸다.
도 18은 도 17의 기구, 연무 기둥, 및 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 일부로서 방사원 장치를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 실시 형태에 따른 예를 나타낸다.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 따른 예를 나타낸다.
도 21은 도 20에 따른 실시 형태의 개략도를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 및/또는 재료 제조를 위한 타겟 재료의 이용을 나타낸다.
도 23은 주사 선(scan line) 부분 중의 타겟 재료로부터의 연무 기둥을 나타낸다.
도 24는 대리석 등과 같은 표면을 제조하는 석재 또는 석판 코팅 공정을 제어하도록 구성된 실시 형태의 제어 유닛 디스플레이의 예를 나타내는 도면이다.
도 25는, 제조 조건의 예와 관련하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟, 기판 및/또는 제품을 나타낸다.
도 26은 본 발명의 실시 형태에 따른 저윤곽 터빈 스캐너의 실시 형태이다.
도 27은 본 발명의 실시 형태에 따른 저윤곽 터빈 스캐너의 실시 형태이다.
도 28은 본 발명의 실시 형태에 따른 고윤곽 터빈 스캐너의 실시 형태이다.
도 29는 본 발명의 실시 형태에 따른 고윤곽 터빈 스캐너의 실시 형태이다.
도 30은 본 발명의 실시 형태에 따른 고윤곽 터빈 스캐너의 실시 형태이다.
도 31은 면 기울기를 가진 터빈 스캐너에 의한 주사 중의 방사 조사선 경로를 나타낸다.
도 32는 또 다른 면 기울기를 가진 터빈 스캐너에 의한 주사 중의 방사 조사선 경로를 나타낸다.
도 33은 터빈 스캐너의 회전 부재 및 타겟 상의 주사 선을 나타낸다.
도 34는 기판 상의 층상 구조체의 예를 나타낸다.
도 35 내지 도 52는 피막의 용도의 예를 나타내며, 각 도면은 본 발명의 실시 형태에 따라 코팅되거나 제조되는 기판을 나타낸다.
도 53은 본 발명의 실시 형태의 예를 나타낸다.
도 54는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터를 나타낸다.
도 55는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 복사기를 나타낸다.
도 56은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 시스템을 나타낸다.
도 57은 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 나타낸다.
도 58은 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛을 나타낸다.
도 59는 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 공급을 나타낸다.
도 60은 본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법을 나타낸다.
도 61은 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너와 함께 또는 선택적으로 사용되는 스캐너의 실시 형태를 나타낸다.
도 68은 본 발명에 따른 융발 경로의 예를 나타낸다.
도 69는 융발 깊이를 위한 본 발명의 실시 형태에 따른 단펄스를 나타낸다.
도 70은 중첩 영역을 가진 중첩 펄스를 나타낸다.
도 71은 본 발명의 실시 형태에 따라 코팅되는 제품을 나타낸다.
도면들 내의 부재 또는 상세 부분은 일정한 비율로 도시될 필요는 없으므로 예시적인 특징만을 나타낸다. 여러 도면들 내에서 동일 도면 부호는, 부분적인 사용을 위해 달리 표기되지 않는다면, 동일 부재를 나타내기 위하여 사용될 수 있다. 동일 부재는 한 도면과 또 다른 도면에서 서로 정확히 동일할 필요가 있는 것은 아니며, 가능한 차이점에 대해서는 당업자라면 도시되고 그리고/또는 명세서에 기재된 실시 형태에 관한 문맥으로부터 이해할 수 있다. "포함한다"라는 용어는 당해 분야에서의 일반적인 표현으로서 사용되었다. "한 실시 형태"와 "또 다른 실시 형태"라는 용어는 적어도 하나의 실시 형태를 지칭하기 위한 단순한 이유로 사용되었으나, 기재된 특징을 단독으로 구비하거나 적절한 다른 실시 형태와 결합된 실시 형태들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 목적 및 관련된 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태는 본 발명의 태양에 따라 사용되는 미세 플라즈마를 생성하는 융발 기술에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태는 방사원 장치와 관련이 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선은 특히 레이저 방사 조사선이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치에 있어서, 방사원에서 유래하는 적어도 하나의 방사 빔은 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 경로를 통해 타겟으로 향할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는 방사원으로서 레이저 발생원을 포함한다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 방사원은 다이오드 펌프형 방사원을 포함한다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 방사원은 램프 펌프형 방사원이다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면 방사원은 펄스형 방사원이다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면 방사원은, 방사원의 연속적인 개폐 시간에 의해 펄스 길이가 결정되는 펄스형 방사원이고, 따라서 그 방사원의 개폐의 순간들 사이에 연속적으로 조작 가능한 방사원의 발생원을 포함하는 본 발명의 극단적인 그러한 실시 형태를 한 실시 형태로서 방사원 장치의 범주 내에 포함한다.
이하에서, 광학 레이저 방사 조사선은 단순화를 위한 이유로 위상 동기의 방사 조사선 및/또는 그 발생원을 나타내는 일례로서 사용되었을 뿐이며, 방사원 장치에 대해 적용 가능한 전자기 스펙트럼으로부터의 다른 파장을 제한하거나 제외하기 위한 특별한 의도가 있는 것은 아니다.
이하에서 기화라 함은, 방사 조사선에 노출되고 기화되도록 배치된 타겟 재료로부터, 기화에 사용된 에너지가 상당한 양의 플라즈마를 생성하지 않는 경우에, 액상 및/또는 고상으로부터 기상으로의 상 변화를 의미한다. 타겟 재료의 상 변화가 상당량의 플라즈마 상을 생성하려고 할 때에, 타겟 재료의 상 변화는 융발인 것으로 고려되지만, 이온화된 물질을 포함하는 증기 상과 순수 플라즈마 사이의 명확한 구분은 적어도 일부 경우에는 유용하지 않을 수도 있는 것으로 본 출원의 발명자들은 생각한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟은 기화/융발 가능한 재료를 포함하거나 그러한 재료로 이루어진다. 매우 용이하게 기화 가능한 그러한 재료는, 예를 들면 알루미늄의 기화 온도와 같은 저온에서 기화 가능한 금속 및/또는 유기 화합물을 포함한다. 본 발명의 실시 형태는 다른 물질, 원소 및/또는 그 화합물의 단독적 또는 복합적인 기화/융발을 용이하게 하며, 각 실시 형태에 따라서, 하나의 물질 개별적으로 또는 그룹으로, 또는 여러 물질을 동시에 및/또는 연속적으로 기화/융발하는 것을 용이하게 한다. 그러나, 해당 화합물의 구조 및/또는 구성 성분들 사이의 결합력에 따라서는, 화합물이 기화/융발 중에 화합물의 구성 성분으로 분해될 수 있도록 물론 제공될 수 있다. 기화 온도가 높은 물질의 예는 그 밖의 다수의 금속, 그 화합물 및 카본과 같은 물질이고, 카본은 산업적으로 제어 가능한 조건에서 기상으로부터 분리되면 다이아몬드를 형성할 수 있다.
따라서, 타겟 재료의 기화/융발에 있어서 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치의 이용은, 여러 물질을 자유로이 구성하고 그에 따라 새로운 화합물이라도 제조하는 것을 용이하게 한다. 물질은 그와 같이 정제 또는 제조될 수 있거나, 여러 유형의 표면을 1회 및/또는 수회 코팅하기 위한 코팅 분야에 사용될 수 있다.
본 발명에 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 타겟 재료의 기화가 진공 내에서 이루어지도록 구성된다. 진공은 약간의 물질이 기상 형태로 존재하는 거시적인 용적(macroscopic volume)으로 이해되어야 한다. 그러나 진공은, 표준 대기 조건에 비하여 거의 압력을 받지 않는 항성 공간(stellar space) 내의 빈 공간과 같이, 분자들 사이의 빈 공간과 관련된 상태의 조건들로부터 여러 유형의 진공인 것으로 고려될 수 있다는 점을 당업자라면 이해할 수 있다. 따라서 분위기는 감압 상태의 소정의 구성물을 가진 진공을 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 일부 실시 형태들은, 특히 분위기가 제품 구성물을 포함하는 실시 형태 및/또는 기상 이외의 형태의 구성물의 촉진을 위해 상 평형(phase balance)을 목표로 하는 실시 형태에 있어서, 과압의 분위기 내에서 실시될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 포함하며, 진공 상태에서 타킷 재료를 기화시키도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 하나의 장비로서 구현된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 경로, 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치 및/또는 이들의 처리 설비는, 그와 같은 장비 내에 진공 체임버를 구비한 동일 폐쇄체(closure) 내에 포함된다. 장비는 펌프, 전력원 및/또는 데이터 획득 장치 등과 같은 유지 장치들을 포함할 수도 있으나, 상기 유지 장치들 또는 이들의 유무에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 조합형 실시 형태에 따르면, 경로는 적어도 부분적으로 장비의 외측에 존재한다. 특히, 장비 내측에 개별적으로 배치되어 기하학적 방사 형상(radiation geometry) 및/또는 전파 방향을 변경하는 물체들은 장비의 각 실시 형태를 구현한다. 또한, 장비 내에 배치된 물체의 각 조합도 장비의 각 실시 형태를 구현한다.
장비의 내부의 외측에 본질적으로 또는 완전히 장비의 틀(chase)에 견고히 장착된 부재들은 동일 커버 내의 범위에 포함된다.
진공 기화/융발 장치에 관한 다른 실시 형태는 실시예에 대해 기재된 문단 내에서 비제한적인 실시예를 통하여 또한 설명되어 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로(이하에서 적절한 문맥에 따라 "경로"라고도 함)는 상기 전자 방사 조사선을 방사원으로부터 방사 조사선의 타겟까지 기하학적 방사 형상으로 안내하도록 배치된 터빈 스캐너를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사 조사선은 펄스화된 고출력 레이저 광 펄스로서 전달된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는, 방사원으로부터 발생한 방사 조사선의 기하학적 방사 형상을 변경하기 위한 빔 확대기를 포함할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따른 경로는, 경로에서의 기하학적 빔 형상을 교정하도록 배치된 교정 광학 수단(correction optical means)을 포함할 수 있다. 한 실시 형태에서 확대기와 교정 광학 수단은 동일하지만, 또 다른 실시 형태에서 서로 별개일 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 기하학적 형상은 예를 들어 기화될 타겟 상에 특정 초점 형상을 달성하기 위하여 변경될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료, 방사원 특성 및/또는 타겟 부재로부터의 바람직한 연무 기둥 형성에 관한 기타 파라미터에 의해 선택 가능한 특정 깊이까지 타겟 재료의 표면 형상부(surface formation)와 관련하여, 경로는 타겟 재료 상에 또는 내측에 또는 그 사이에 설정된 초점을 형성시킬 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 교정된 기하학적 형상은 빔이 터빈 스캐너 부재와 충돌하도록 구성된 기하학적 형상일 수 있다.
실시 형태에 따르면, 방사 조사선이 터빈 스캐너와 충돌하기 위한 기하학적 형상인 제1 기하학적 형상 및/또는 방사 조사선이 타겟과 충돌하기 위한 기하학적 형상인 제2 기하학적 형상이 존재하며, 두 기하학적 형상들은 서로 동일할 필요는 없으나, 타겟으로부터 방출되는 연무 기둥의 최적화를 위하여 교정 광학 기구(correction optics)가 반드시 필요한 경우에는, 각 기하학적 형상은 교정 광학 기구에 의해 조정될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 경로는 방사원으로부터 타겟까지 경로 내에서 방사 빔이 방출 연무 기둥과는 다른 방향으로 향하도록 구성되며, 연무 기둥은 상기 방사 빔에 의해 상기 타겟으로부터 형성되도록 구성된다.
방사원 장치의 다이오드 펌프에 연결 가능한 확대기 부재는, 한 실시 형태에서 일체형 부재일 수 있으나, 다른 실시 형태에서는 출력 섬유를 통해 연결될 수 있다.
경로는 터빈 스캐너를 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 터빈 스캐너는 방사원 장치의 방사 조사선을 소정의 최대 강도(maximum level)에서 견딜 수 있는 일반적인 터빈 스캐너일 수 있다. 그러한 스캐너는 동작 중에 실질적인 손상 없이 높은 펄스 방사 출력에 견딜 수 있고, 이론적으로는, 적어도 매우 높은 강도에서 전혀 제한이 없는 것은 아니지만, 레이저 출력을 증가시키는 것을 용이하게 한다. 현재 실용되고 있는 방사원 장치는, 본 발명의 실시 형태에 따라 하나의 경로 내에 다수의 터빈 스캐너를 포함할 수 있거나, 또 다른 실시 형태에 따라 다수의 경로 내에 다수의 터빈 스캐너를 포함할 수 있다. 본 출원의 우선일 당시에, 종래의 터빈 스캐너는 상용화되어 있고, 속도는 전형적으로 대략 5km/s일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 종래의 터빈 스캐너 부재는 기판으로 구성되어 타겟으로부터의 코팅 연무 기둥을 공급받을 수 있으며, 터빈 스캐너는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치와 그에 따라 작동 중인 또 다른 스캐너를 구비하는 경로를 포함하는 진공 기화/융발 장치 내에서 코팅될 수 있다. 코팅 재료가 카본으로 선정되면, 종래의 터빈 스캐너를 적어도 부분적으로 다이아몬드로 코팅함으로써 본 발명에 따른 터빈 스캐너가 제조될 수 있고, 따라서 다이아몬드 코팅을 도핑하는 데에 사용되는 적절한 도펀트(dopant)의 선정에 의해 작업 온도와 열 전도성이 상당히 향상될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 그러한 터빈 스캐너는 종래의 터빈 스캐너보다도 상당히 높은 수준의 방사 조사선에 견딜 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 개선된 경로는 바람직하게는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너를 포함한다. 따 라서, 개선된 방사원 장치는 본 발명의 실시 형태에 따른 개선 경로를 포함한다. 따라서, 적용 가능한 경우에, 본 발명의 실시 형태로부터 개선된 실시 형태가 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시 형태 및 본 발명의 개선된 실시 형태에 따르면, 방사원 장치로부터의 방사 조사선은 타겟으로 향할 수 있다. 적용 가능하거나 필요한 경우에, 그러한 실시 형태에 있어서, 타겟에서의 기하학적 방사 형상을 형성하기 위하여 확대기 또는 교정 광학 기구가 사용될 수 있다. 실시 형태에 따르면, 방사원 장치의 각 방사원 또는 방사원의 집합체는 자체적인 경로를 구비할 수 있다. 경로들은, 한 실시 형태에서 별개의 타겟들에 이르지만, 또 다른 실시 형태에서는 동일 타겟에 이른다. 전술한 타겟들은 동일할 수 있지만, 반드시 동시에 사용되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 2개의 경로는 시간의 관점에서 순차적으로 동일 타겟에 이를 수 있을 뿐만 아니라, 펄스 지속 시간의 관점에서 동시에 또는 적어도 부분적으로 동시에 병용되어 동일 타겟의 표면 영역에 이를 수도 있다.
방사원 장치는 각 실시 형태에 존재하는 방사원 유형에 따라서 다양한 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 예를 들어 한 실시 형태에서, 장치는 마이크로-초 및/또는 나노-초 레이저와 같은 열간 가공 레이저(hot-work laser)를 포함할 수 있다. 본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태에 따르면, 장치는 피코-초, 펨토-초 및/또는 아토-초 레이저와 같은 냉간 가공 레이저를 포함한다. 실시 형태에 따르면, 장치는 스위치 온(on)과 연속적인 스위치 오프(off) 사이에 펄스를 전송하는 레이저를 포함하며, 이러한 레이저는 상기 스위치 온과 오프 사이에 연속 작동하는 레이저의 범주에 속한다. 방사원 장치 부품 내에 고출력 커넥터의 사용은 방사선 출력의 증가와 더욱이 타겟으로의 출력 전달을 제한하게 되는데, 본 발명의 실시 형태의 장점에 의하면, 방사원 장치에 그와 같은 고출력 커넥터를 사용하는 것을 완전히 회피할 수 없는 경우에도 가급적 회피할 수 있다. 본 출원의 우선일 당시에 광학 분야에서의 섬유의 이론적 허용치는 대략 펄스당 5μJ이다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 경로 또는 개선 경로의 사용에 의하여, 상당한 진전이 이루어질 수 있다. 예를 들어 냉간 가공 레이저로서 실시된 방사원 장치는 펄스당 출력을 증가시킬 수 있고 일정한 펄스 에너지에서 더욱 짧은 펄스를 가진다. 따라서, 섬유에 대한 제한이 제거되므로, 방사원에 대한 제한이 더 이상 심하지 않게 된다. 이에 따라 펄스 출력과 타겟 상의 작업 온도가 더욱 증가하고, 따라서 어떠한 재료로부터도 플라즈마를 용이하게 생성할 수 있는 가능성을 높인다. 펄스 길이 및/또는 피치가 조정 가능하면, 타겟 재료는 더욱 깊은 층으로부터 융발될 수 있다. 이는 반사를 방지하고, 따라서 타겟 내의 출력을 기화/융발에 기여하게 하여 수율을 향상시킨다.
예를 들면, 고출력 레이저 펄스가 하나의 타겟에 생성되고 주사되고 사용될 수 있다. 다이오드 펌프, 레이저 광을 사용하는 광학 분야에서의 광학 확대기, 스캐너 및 교정 광학 기구는 동일 프레임 내에 동일 위치에 장착될 수 있다. 따라서, 타겟에 레이저 광이 생성된다. 그러나, 방사 조사선 파장은 단지 가시 레이저 광으로만 국한되는 것이라, 전자기 스펙트럼의 다른 파장들도 레이저 방사를 위하여 사용될 수 있다.
고가의 섬유가 생략되므로 비용이 절감되고, 교체되어야 할 그러한 부재가 존재하지 않으므로 교체 주기도 고려할 필요가 없게 된다. 예를 들면, 가시광 방사 조사선을 위한 광학 고출력 커넥터는 특히 고가이다. 섬유 레이저의 규모 결정은 적용 가능한 섬유 길이의 제한에 의해 영향을 받는다. 실시 형태 또는 개선된 실시 형태에 따른 방사원 장치는 더욱 자유로이 규모가 결정될 수 있다.
도 14는, 타겟 재료의 일부로서, 기재 구조체(base-structure) 상에 형상부(formation)를 구비한 타겟 재료 표면 구조를 나타낸다. 본 발명자들은, 조건을 최적화함에 있어서, 타겟 재료 표면 형상부가 융발 연무 기둥 형성에 영향을 미친다는 점에 주목하였다. 형상부의 기하학적 형상이 달라지면, 타겟 재료 내의 에너지 분포에 영향을 미칠 수 있고, 융발 방사 조사선이 조사되는 형상부 자체뿐만 아니라 형상부 내측의 열 조건에도 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 기재는 A, B, C, D, E, F, G, J, K, L, M, N, O, P와 같이 얇거나, H, I와 같이 두꺼울 수도 있다. 형상부는 기재와 다른 재료일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 동일 기재일지라도 기재 상에는, 기화/융발 중에 여러 재료들의 코팅을 혼합 및/또는 단계적 실행을 위해 활용되도록 구성된 여러 재료의 표면 형상부가 존재할 수 있다. 도 14에는 기재의 일면에만 표면 형성부가 도시되어 있으나, 당업자라면 도 14로부터, 기재의 타면인 또 다른 표면에도, 본 발명의 한 실시 형태에 따라 유사한 표면 형성부가 존재할 수 있거나, 또 다른 실시 형태에 따라 상이한 표면 형성부가 존재할 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.
예를 들어, 도 14에서 품목(item) A에는, 실시 형태에서의 특성 형상부 파라미터로서 입방체 면을 구비하는 입방체 형상의 사각 주기 구조의 표면 형상부가 형성되어 있다. A에서의 또 다른 특성 형상부 파라미터는 형상부들 사이의 피치이고, 형상부들은 이러한 피치로 얇은 기재에 소정 깊이까지 형성되어 있다. 도 14에서 품목 B로 표시된 실시 형태에서는 얇은 기재 상에, 피치가 직사각 볼록부의 횡단 방향 파라미터에 비하여 매우 작지만 연장 방향으로 형상부의 길이는 횡단 방향 파리미터보다 크도록, 직사각 형상부가 형성되어 있다. 깊이는 A로 표시된 실시예와 동일하게 보이지만, 단지 예시적인 특성만을 가진 특정 예를 나타낸 그와 같은 치수의 실시예로만 한정되는 것은 아니다. 피치는 한 방향 및/또는 그 방향에 대한 횡단 방향으로의 특성 파라미터보다도 더욱 클 수 있다.
품목 C에서의 표면 형상부는 피치로서 거리를 가진 구멍이다. 타겟 재료의 본 실시 형태에서 구멍은 둥근 형상이지만, 다른 실시 형태에서 구멍은 사각형, 타원형 또는 여러 원추형일 수도 있다.
품목 D의 실시 형태에 있어서, 표면 형상부는 절두 피라미드와 같은 형상이지만, 품목 G에서 피라미드는 예리한 각추를 구비하며, D의 실시 형태에서는 다양한 각추형의 바닥부의 일례로서 피라미드의 바닥부가 사각형이지만, 품목 G에서의 바닥부는 삼각형이다. E의 실시 형태는 B의 실시 형태와 유사하지만, E에서는 볼록부(ridge)가 삼각형이고 B에서는 사각형이다. 실시 형태 E의 피치는 0인 것처럼 도시되어 있으나, 이는 단지 명확한 도면 작성의 기술적 이유 때문이다. 실시 형태 E의 변형 형태에서, 피치는 연장된 볼록부의 크기 또는 그 단면의 크기일 수도 있 다. 조합형의 한 실시 형태에서, 기재에 대한 연결부(joint)에서 거시적인 타겟 부재의 배향에 대한 제한 없이, 피치는 표면 형상부의 바닥부에서 연속적인 유사 형상부 부분들의 거리로서 정의된다. 또 다른 조합형 실시 형태에서, 피치는 표면 형상부 높이의 중앙에서 상부로부터 기재의 연결부까지로 정의된다. 또 다른 조합형 실시 형태에서, 피치는 기재에 평행한 평면 내의 소정 위치에서의 높이에서 정의된다. F의 실시 형태는 기재 평면에 수직인 축을 가진 원통형 표면 형상부에 관한 것이다. 그러나, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 볼록부는 서로 평행한 축을 가지며 표면 형상부와 기재의 연결부에 의해 정의된 기재 표면을 구비하는 긴 반원통형일 수 있다.
H의 실시 형태는 두꺼운 기재를 구비한 실시 형태의 예를 나타내며, 기재 두께는 기재로부터의 표면 형상부의 높이보다도 크다. H에서 표면 형상부는 A의 경우와 유사하고, I의 표면 형상부는 B와 유사하지만, 도시된 예들의 예시적인 특성만을 나타낼 뿐이다. 당업자라면 도 14 및 관련 실시 형태로부터, 모든 형상부가 융발에 유리한 것은 아니더라도, 두꺼운 판에도 어떠한 표면 형상부라도 형성될 수 있다는 점을 알 수 있을 것이다.
J 내지 P의 예시적 실시 형태는 A 내지 I의 실시예에 형성된 표면 형상부 기본 형상의 변경을 나타낸다. 변경은 배향 변경 또는 형상부의 일부의 기울어짐이거나, 직선으로 연속 인접한 2개의 형상부들 사이의 거리가 규칙적으로 또는 점증하는 방식으로 변화할 수 있는 전체적인 형상부의 변경일 수 있다. 변경은 한 방향 및/또는 횡단 방향으로 형상부 형상 곡률 변경일 수 있다. 변경은 재료 및/또는 재 료 구조 변경일 수 있다. 한 실시 형태에서, 예를 들어 특정 입방체가 좌편광(left-handed polarizing) 물질로 이루어질 수 있고, 소정 방향으로 각각에 대하여 다음의 입방체가 우편광 물질로 이루어질 수 있다. 편광도 또는 편광 방식 또한 변경될 수 있다.
J의 실시 형태에서는, A의 입방체가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. K의 실시 형태에서는, B의 사각 볼록부가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. L의 실시 형태에서는, C의 구멍이 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. M의 실시 형태에서는, D의 절두 피라미드가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. N의 실시 형태에서는, G의 삼각 피라미드가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. O의 실시 형태에서는, F의 원통부가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다. P의 실시 형태에서는, E의 삼각 볼록부가 전술한 적어도 하나의 변경부를 가지거나 전술한 변경부들이 적절히 조합된다.
A 내지 I에서 형상부의 방향 및 J 내지 P에서의 형상부의 방향은, 본 발명의 실시 형태에 따른 기화/융발을 위한 장치/장비 내에 사용되는 여러 가능한 방향으로의 타겟 재료 공급을 또한 나타낸다.
타겟 재료는 도 14에 필름 형태의 리본(1400)으로 도시되어 있으며, 한 실시 형태에서는 한 면에 타겟 재료를 구비하고 다른 실시 형태에서는 양면에 타겟 재료 를 구비한다는 점이 도시되어 있다. 제2 면의 타겟 재료는 파선으로 도시되어 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 필름 면으로부터 사용된다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 타겟 재료 리본의 단부로부터 사용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 와이어 형태로 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 와이어는 다수의 와이어를 포함하는 하위-구조(sub-structure)를 가진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 하위 구조 내의 하위 와이어는 연무 기둥 및/또는 코팅의 조성에 부합되게 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 타겟 재료 유닛 내에 삽입되도록 구성되며, 타겟 재료 유닛은 타겟 재료로부터 발생 가능한 파편 및/또는 입자를 포획하는 정전기 수단을 구비한다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따라 방사 조사선 경로에 사용되는 스캐너의 작동을 나타낸다. 스캐너는 종래의 터빈 스캐너이거나 본 발명의 실시 형태에 따른 개량형 터빈 스캐너(1502)이다. 도면에서 회전 방향은 곡선 화살표로 도시되어 있다. 방사원(1600)[도 15에는 도시되어 있지 않으나 빔(1510)에 의해 설명됨]은 PDAD 시스템의 다이오드 펌프 또는 기타 냉간 융발 가능 레이저에 따라서 구현되는 레이저원으로 구성될 수 있으며, 여기서 냉간 융발 가능 레이저라 함은, 전체 출력이 바람직하게는 100W 이상으로 출력이 충분하고, 펄스간 피치와 더불어 펄스 길이가 피코-초, 펨토-초 또는 아토-초이고, 펄스 반복율이 20MHz보다 크고 바람직하게는 50MHz보다 큰 레이저이다. 파장은 가시광 영역 내에 존재할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 방사원은 하나만이 도시되었으나, 동일 경로 내에서 병렬 또 는 직렬로 작동 가능한 2개의 이상의 방사원이 존재할 수 있으며, 방사원들은 동종의 방사원의 실시 형태로 한정되는 것은 아니며 방사원들이 모두 다른 실시 형태로 한정되는 것도 아니다.
도 15에서, 방사 빔은 터빈 스캐너(1502)의 경면(mirror surface)에 의해 반사 빔(1503)으로서 광학 렌즈(1501)로 반사되고 타겟(1400)으로 향하며, 타겟은 매끈한 표면 구조, 임의의 조면 구조, 또는 도 14 또는 명세서의 관련 부분에 설명된 표면 구조를 가질 수 있다. 타겟에서의 융발 지점은, 기호 H와 더불어, 타겟의 표면 상의 주사(scan)를 또한 나타내기 위한 관련 수자로 도시되어 있다. 따라서, H1은 빔의 생성 및/또는 광학 기구(1501)에 의해 소정의 편광도까지 편광될 수 있는 빔(1503P)의 순간을 규정한다. 주사 중에 소정의 선택적인 융발을 위하여, 적어도 이론적으로는, 한편으로는 빔의 편광이 이용될 수 있고, 다른 한편으로는 특정 형상과 동일한 편광을 가지도록 구성된 타겟 상의 표면 형상부의 특정 패턴 및 형상과 편광이 서로 다른 나머지 패턴이 이용될 수 있다. 융발이 용이한 재료와 융발이 매우 어려운 재료를 선택함으로써, 본 발명의 실시 형태를 위한 선택성이 증가할 수 있다. 도 15는 기판(1400) 상의 주사 경로로부터의 일련의 임의의 지점을 형성하는 주사 지점(H1, H2, H3, H4 및 H5)들을 나타낸다. 한 실시 형태에 따르면, 주사 경로는 스캐너 경면 부분 가장자리로부터 다음 가장자리까지 연속적일 수 있으나, 다른 실시 형태에 따르면, 일정한 기하학적 형상 내에서 방사원의 정확한 반복율 및/또는 터빈 스캐너(1502)의 회전 속도에 따라서 주사 속도는 불연속적일 수 있다. 지점들 사이의 시간(T1, T2, T4, T4 및 T5)이 또한 도시되어 있다.
도면부호 1503Tr은 기판을 투과한 빔 부분을 나타내며, 이 빔 부분은 개별적인 각 펄스 강도의 평가 및 그에 따른 품질 감시를 위하여 사용될 수 있다. 도 15에서, 방사원에 형성된 빔(1510)은, 빔을 테이퍼진 형태로 확대하는 확대기(1508)를 경유한 후에, 커튼 형태의 넓고 얇은 방사 조사선 웨지(radiation wedge)를 형성하는 시준기 유닛(1507)을 경유하여 터빈 스캐너(1502)에 의해 굴절되고, 교정 광학 기구(1501)를 통과하고 선택적으로 또는 추가로 편광 조작을 거침으로써, 빔(1503)은 H1에서 융발 타겟(1400)과 충돌한다.
도 16은 도 15와 유사한 유형의 사이클을 나타낸다. 반사경(1502)은 터렌트(Turrent) 반사경, 경면을 구비한 기타 회전형 반사경, 또는 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너의 경면 부재일 수 있다. 도면에는 빔이 방사 장치(1602)와 충돌하는 것과 그로 인한 불안정성을 방지하는 위한 유용한 주사 범위(α2)를 나타내기 위하여 각도(α1, α2)가 도시되어 있다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 방사원 장치의 제1 표면 개질 빔(surface modifying beam)이 타겟으로부터 융발되는 연무 기둥인 재료 빔(material beam)을 통과하지 않도록 광학 경로를 선정하는 것이 또한 바람직하다. 도 16에 명시된 치수는 단지 예시적인 것이며, 터빈 스캐너의 회전자(rotor)의 크기를 단지 도시된 바와 같이 한정하는 것은 아니다.
실시 형태의 일례에서, 1차 빔은 직경이 20㎛이다. 빔은 파장이 1064nm이다. 광학 경로는 빔이 20㎛의 충돌 스폿(H1, H2, H3, H4, H5)에서 초점 직경을 가지도록 구성되어 있다. 빔은, 반사경의 연소 방지를 위하여, 스캐너(1502)의 표면에서 한 방향으로 폭이 30mm이고 횡단 방향으로 0.02mm인 타원형 단면을 가지도록 방사 조사선 경로를 진행한다. 주사 폭은 경로의 시작부터 끝까지 250mm이다. 실시예에서, 집광 빔에는 타겟(1400)의 전체 주사 폭에 걸쳐서 선형 교정기(linear correction)(1501)가 제공된다. 광학 기구로부터 타겟까지의 거리는 실시예에서 150mm이다.
도 17은, 박막/리본 형태의 타겟 재료뿐만 아니라 편평한 벨트 또는 고상 로드 형태의 타겟 재료와, 타겟 재료를 공급하기 위하여 타겟 재료 유닛 내에 사용되는 관련 기구를 나타낸다. 도면에서, 타겟 필름은 재료 릴에 보관될 수 있고, 재료 릴은 견인 모터에 의해 견인되는 타겟 필름의 마찰력에 의하여 또는 기어에 의하여 또는 사용된 재료의 회수를 위한 웨이스트 롤(waste roll)과 동기화되는 자체적인 시스템에 의하여 선택적으로 작동됨으로써, 필름은 파단되지 않도록 적절한 부분에서만 장력을 받는다. 편평한 고상 벨트 형태의 재료 시트는 본 발명의 실시 형태에 따라서 적층체(stack) 내에 보관되고 사용된 후에 다른 적층체 내에 보관된다. 기구는 파단 롤(breaking roll)과 타겟 재료 공급을 조절하는 가압 롤을 포함할 수 있다. 도면은, 방사 조사선으로서의 레이저 빔이 타겟에 도달하게 되는 융발 영역에서 타겟 재료 가열을 위한 선택적인 가열 요소용 공동(cavity) 내에 장착된 가열기를 또한 나타낸다. 도 17은 여러 방향에서 관찰한 유닛과 도 17에 기재된 선 B-B와 선 A-A를 따라 관찰한 유닛을 나타낸다.
도 18은, 도 17의 타겟 재료 유닛 기구에 의한 코팅 공정에 공급되는 타겟 재료에 의해 피막 부착을 위하여, 연무 기둥(1802) 형성을 위하여 사용되는 방사원 장치(1801)를 나타낸다. 장치(1800)는 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치에 포함될 수 있다. 타겟 재료는 선택적으로 와이어 또는 와이어 다발에 의해 공급될 수 있으며, 융발은 와이어의 단부에서 발생한다. 와이어로 타겟을 공급하는 그러한 실시 형태에서, 시스템은 발생 가능한 파편을 회수하는 정전기 회수기(electrostatic collector)를 포함함으로써 제품 품질 및 고품질 제품을 위한 성능 안전성을 향상시키는 것이 바람직하다.
도 19는 도 18의 장치를 적어도 하나 포함하는 본 발명에 따른 기화/융발 장치를 나타낸다. 실시 형태에 따르면, 그러한 장치는 진공 내에서 작동하도록 구성될 수 있으나, 다른 실시 형태에 따르면, 예들 들면 도 25의 조건에서 보호 가스 분위기 내에서 작동한다. 대문자 A로 표시된 실시 형태는 기판의 단면 코팅 및 양면 코팅 부착을 위한 장치에 대한 실시 형태를 평면도로 나타낸다. 대문자 B의 실시 형태는 본 발명의 실시 형태에 따른 적절한 장치에 의한 양면 코팅을 나타낸다. 대문자 C의 장치는 대향하는 기판의 면에 연속적으로 코팅이 이루어질 수 있는 양면 코팅 장치를 나타낸다. A 유형의 실시 형태에서 유닛(1801) 내의 점(dot)은, 점이 없는 유닛과 차이가 있다는 것을 나타낸다. 이 차이는 C에서의 위치 및/또는 선택적으로 여러 실시 형태에서 구현되는 방사원 장치 및/또는 타겟 재료와 관련될 수 있다. 유닛(1801 및 5900)의 개수는 다수의 유닛 또는 도 18에 도시된 단지 하나의 유닛이 존재할 수 있음을 나타내지만, 상기 유닛의 개수가 도시된 구성으로만 한정되는 것은 아니다. 당업자라면 본 발명의 실시 형태로부터, 유닛(5900, 1801)의 상대적 특성뿐만 아니라 중력 구배에 대하여 여러 위치에 상기 유닛을 배치하는 위치 특성은 본 발명의 실시 형태의 범위에 속한다는 점을 알 수 있을 것이다.
도 20은 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 장치를 나타낸다. 장치는 코팅을 위하여 기판이 배치 및/또는 준비되는 입측 체임버(2001)를 포함한다. 코팅될 기판은, 측정을 위하여 코팅될 기판 본체 및/또는 그 재료를 인식하는 수단을 포함할 수 있는 포트 밸브(port valve)(2004)를 통해 체임버로 도입된다. 코팅은 코팅용 메인 체임버(main chamber)(2002) 내에서 이루어진다. 융발이 코팅을 위하여 사용되는 그러한 실시 형태에 있어서, 도면 내에서 플라즈마 발생기는 타겟 재료 유닛을 또한 나타낸다. 타겟 재료의 물질에 대한 연무 기둥(1802)이 도시되어 있으며, 이 연무 기둥은 기판의 한 면을 코팅하는 데에 사용된다. 추가로 기판의 다른 한 면도 코팅될 수 있다. 한 실시 형태에서, 동일 메인 체임버 내에 다수의 유닛이 존재하고 각 유닛은 기판 상에 층상 코팅 구조를 위하여 유닛마다의 코팅을 준비하도록 배치되지만, 다른 실시 형태에서는, 다수의 별개의 메인 체임버가 존재하고 각 메인 체임버에는 하나의 타겟 물질이 사용되어, 층상의 물질들 사이에 분리성/순도가 더욱 우수하게 된다. 출측 체임버는, 기판의 배출 및 사용 준비를 위하여, 코팅된 기판을 검사하도록 배치 및/또는 설치된다.
도 21은 도 20에 도시된 장치를 개략도로서 나타낸다. 도면의 실시 형태는 도면 내에 Ar 및 O2 컨테이너로 표시된 분위기 수단(2101)을 포함한다. 장치는 유지 유닛(2102)과 펌프 제어기(2103)를 포함하며, 펌프 제어기는 각 제어기의 선에 의해 표시되어 있는 바와 같이 유지 유닛의 일부일 수 있는 펌프를 제어하도록 구성된다. 유지 유닛은 도면 내에 표시된 체임버 내의 분위기 및/또는 진공을 제어하는 데에 필요한 밸브를 또한 포함할 수 있다. 도면은 압력 측정(2107)과 밸브 단자에 의한 밸브 제어(2105)를 또한 나타낸다. 장치의 모터(M)는, 전자기계식 PLC 유닛(2106)뿐만 아니라, 기판의 위치 검출 및/또는 적정 체임버 내에서의 코팅 단계의 탐지에 사용되는 다양한 변환기에 의해 제어될 수 있다. 전체 시스템은, 정보를 수집하고 미리 설정된 방식으로 시스템 진행을 제어하는 마이크로프로세서 및 메모리에 의해 제어될 수 있다. 또한, 펄스 제어 및/또는 계수(count)뿐만 아니라 빔 품질의 평가는 상기 마이크로프로세서 또는 다수의 마이크로프로세서에 의해 이루어질 수 있다.
도 22는 타겟 재료(2227)로부터의 융발 연무 기둥(2228)에 의한 피막 및/또는 재료편(material piece)(2229)의 형성을 나타낸다. 레이저 빔(2230)은 부재(2229)의 표면을 가열 및/또는 조절하여 연무 기둥으로부터의 재료 부착을 향상시켜 영역(2232)에 더욱 양호하게 부착되도록 하기 위하여 사용되며, 이 때에 기판(2231)을 도시된 방향(2233)으로 당김으로써, 공정이 안정적으로 진행되어 매끄러운 재료편(2229)이 형성된다.
도 23은, 타겟 재료 표면에 초점(2376)이 형성되어 융발 빔이 10mm의 선(2377)을 지나갈 때에, 타겟 재료로부터 방출되는 연무 기둥(1802)을 나타낸다. 연무 기둥은 도면에 도시된 바와 같이 80mm의 크기(2378)를 가진다. 연무 기둥으로부터의 재료를 제2 표면 개질 빔으로서 이용하는 본 발명의 한 태양에 따라, 연무 기둥은 피막 부착을 위한 것일 수 있으며, 제2 표면 개질 빔은 재료 연무 기둥으로서 타겟 재료에 미치는 제1 표면 개질 빔의 작용에 기인한다.
도 24는, 예를 들면 대리석 등의 표면을 제조하는 석재 또는 석판 코팅 공정을 제어하도록 구성된 장비에 관한 실시 형태의 제어 유닛 표시 장치의 디스플레이의 도면을 나타낸다. 도시된 예에서, 대리석 판재는 대략 1000mbar 압력에서 200℃로 가열되어, 코팅에 악영향을 미치는 정도로 존재할 수도 있는 가스 및/또는 수분이 표면으로부터 제거된다. 부착 층을 형성하기 위하여 PLD가 사용된다. 따라서, 광학 특성을 심하게 변화시키지 않으면서, 필요한 부착 에너지 및/또는 화학 결합이 확보된다. 표면의 소망 목적에 따라서, 산소를 함유하거나 함유하지 않는 Y/Zr에 의해 100nm ~ 1000nm 두께로 표면을 코팅하기 위하여 PLD가 사용된다. 또한, 산소를 함유하거나 함유하지 않는 100nm ~ 1000nm 두께의 Al/Ti 또는 Y/Al일 수도 있다. 한 실시 형태에서, Y/Zr의 예에 있어서 물질의 비가 3~10/97~90이 되도록, 동일 금속 타겟으로부터 동시 부착(co-deposition)이 이루어질 수 있다. 특히 석판이 다공질이면, 가스 및/또는 액체에 견디도록 표면을 밀봉하기 전에, 추가 안료 및/또는 착색제를 첨가하여 적절한 정도로 충진할 수 있다. 이는 예를 들면 가스, 액체 및/또는 혼합 형태의 대기 오염에 대해 보호되어야 할 대리석에 유리하다. 본 방법에서, 결함 및/또는 팽창이 산화에 의해 또한 제어되어 투명성/불투명성 및/또는 조직 치밀성(structure tightness)이 달성된다. 표면을 청정하게 유지하기 위하여, 비-점착성 코팅(non-stick coating)이 사용될 수 있다. RTA는 램프로 이루어질 수 있다. 500℃에서 그리고/또는 소정 온도와 압력에서 비등수에 의해서 열적 산화가 이용될 수 있다. 따라서, PLD에 의한 TiO2 또는 PLD에 의한 폴리머 하이브리드가 생성될 수 있다. 예를 들면, 녹색 색조 및/또는 색상의 대리석 외관이 형성될 수 있다.
도 25는 본 발명 및 그 태양에 따른 레이저 증착 응용을 예시적으로 나타낸다. 도면은 타겟 재료로서 사용되는 다양한 타겟(2513)을 나타낸다. 적절한 타겟 재료의 예들의 조합은 합금, 폴리머, 실리콘 및 금속뿐만 아니라 탄화물, 질화물, 산화물, 비금속 화합물, 탄질화물 및 탄소/다이아몬드를 포함하며, 이들은 개별적으로 또는 조합되어 사용되지만, 타겟 재료의 범위가 예시된 것으로만 제한되는 것은 아니다.
도 25는 석재, 금속, 세라믹, 글라스, 플라스틱 및 복합재와 같은 여러 기판(2516)의 예를 나타내지만, 기판 재료의 범위가 예시된 것으로만 제한되는 것은 아니다.
도 25는, 반도체, 부품 제조, 통신, 장식(decor), 우주 기술(space technology), 터빈, 의료, 항공기, 무기, 방산 및/또는 군사, 건설, 내장, 라이닝, 에너지, 소비재, 모터, 엔진, 차량, 광학, 핵 및/또는 광학 섬유의 분야와 관련된 공구, 제품 및/또는 부품을 제조하기 위하여, 타겟 재료로 코팅된 기판 재료의 이용(2517)을 또한 나타낸다. 도 25의 예에서 제조 조건(2514)은, 예를 들면 10-1 ~ 10-11의 진공, 및/또는 예를 들면 He, N, N2, O, O2, Ar, Ar/H2 또는 이들의 조합과 같은 가스를 포함하는 분위기로 이루어지는 것으로 나타나 있다. 경우에 따라서는, 다른 화학 물질의 존재가 바람직할 수도 있으며, 예를 들면 한 실시 형태에서 물이 존재할 수도 있다. 그러나, 분야는 단지 예시적인 것이며, 따라서 분야의 범위가 기재된 것으로만 제한되는 것은 아니다.
도 26 내지 도 30은 본 발명에 따른 터빈 스캐너의 여러 실시 형태를 나타낸다. 회전 축은 도 26 내지 도 30에서의 다각형 중앙에 원으로 표시되어 있다. 단면이 원에 근사한 다각형들이 도시되어 있으나, 당업자라면 도면으로부터, 면의 수는 도시된 바로만 제한되는 것은 아니라는 점을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 당업자라면 도면으로부터, 대략 원형의 단면이 도시되어 있으나, 별 형태의 구조를 가진 형상도 본 발명의 실시 형태로서 터빈 스캐너의 범위에 포함된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 도 26 내지 도 30에 있어서, 터빈 스캐너 부재(2660a)는 삼각형이고, 2660b는 사각형이고, 2660c는 오각형이다. 터빈 스캐너 부재(2661a)는 육각형이고, 2661b는 7개의 콘(cone)과 면을 구비하고, 2661c는 8개의 콘과 면을 구비한다. 터빈 스캐너 부재(2762a)는 9개의 콘과 면을 구비하고, 2662b는 10개의 콘과 면을 구비하고, 2662c는 11개의 콘과 면을 구비하고, 2662d는 12개의 콘과 면을 구비한다.
전술한 도 26에서는 회전 축과 면 사이의 기울기가 0°이다. 도 27에서는 터빈 스캐너 부재의 경사면이 존재하고, 스캐너 부재가 피라미드 또는 절두 피라미드 구조를 가지는 것으로 도시되어 있다. 그러한 예는 도 27에서의 삼각 스캐너 부재(2763a), 사각 스캐너 부재(2763b) 및 오각 스캐너 부재(2763c)이다.
도 28에서, 스캐너 부재(2864a, 2864b, 2864c, 2865a, 2865b, 2865c 및 2865d)는 면과 콘의 개수가 스캐너 부재들에 대하여 식별되도록 도시되어 있고, 각각은 기울기를 가진 스캐너 회전 부재를 나타내지만, 이러한 방식으로만 제한되는 것은 아니다.
도 29와 도 30에서, 터빈 스캐너 부재(2996a, 2996b, 2966c, 2967a, 2967b, 2967c)와 터빈 스캐너 부재(3068a, 3068b, 3068c, 3068d)는 면과 면들 사이의 콘의 개수가 스캐너 부재들에 대하여 식별되도록 도시되어 있고, 각각은 기울기를 가진 스캐너 회전 부재를 나타내지만, 이러한 방식으로만 제한되는 것은 아니다.
도 31은 주사 중의 광학 경로와 주사 선(scan line)을 나타내며, 축(3103)을 중심으로 스캐너 면의 회전 중에, 입사 방사 빔(3101)은 스캐너(3100)로부터의 반사 후에 주사 빔(3102)으로서 타겟으로 향한다. 입사 빔(3101) 및 반사 빔(3102)은 본 실시 형태의 예에서 축(3103)에 수직인 동일 평면에 위치하며, 이 명면의 기울기는 0°이다. 그러나, 입사 및 반사 빔에 의해 정의되는 반사 평면은 축(3103)에 대한 수직 각도로 반드시 제한될 필요가 있는 것은 아니다.
도 32는 주사 중의 광학 경로와 주사 선을 나타내며, 축(3103)을 중심으로 면의 회전 중에, 입사 방사 빔(3101)은 스캐너(3100)로부터 반사된 후에 주사 빔(3102)으로서 타겟으로 향한다. 입사 빔(3101) 및 반사 빔(3102)은 본 실시 형태의 예에서 축(3103)에 수직인 동일 평면에 위치한다. 예시된 한 실시 형태에서 기울기는 45° 미만이고, 다른 실시 형태에서는 기울기는 정확히 45°이거나 그보다 크다. 도면은 스캐너의 면에 의해 실시 형태를 설명을 하고 있으나, 스캐너 그 자체가 도시된 특정 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. 또한, 각 면의 가변적인 기울기도 터빈 스캐너에 관한 실시 형태의 범위에 속한다. 본 발명의 다른 실시 형태는, 다수의 경면을 구비하되 경면마다 기울기가 다른 터빈 스캐너를 포함한다. 한 실시 형태에서, 각 면은 교체 가능한 경면일 수 있고, 다른 실시 형태에서는 일체형 경면(solid mirror face)일 수 있다. 한 실시 형태에서, 터빈 스캐너는 입사 조사선을 굴절시키도록 구성된 별 형태의 구조를 형성하는 면을 포함할 수 있다. 본 발명의 한 실시 형태에서, 경면은 평활한 주사 선 및/또는 타겟 상의 초점을 생성하도록 구성된 면이다. 타겟 상에서의 유효 깊이 방향으로 주사 선의 위치에 따라 초점이 변화하는 것이 바람직한 특정 실시 형태에서는, 기판 상의 코팅 특성 및/또는 연무 기둥이 일정하지 않아야 하고, 곡면 스캐너가 사용될 수 있다. 한 실시 형태에서, 곡률은 모든 면에 대하여 동일하다. 다른 실시 형태에서, 만곡 정도가 서로 다른 경면들이 존재한다. 한 실시 형태에서, 경면은 오목하게 만곡되고, 다른 실시 형태에서는 볼록하게 만곡된다. 한 실시 형태에서, 경면들은 한 방향으로만 만곡되며, 예를 들면 회전 축에 수직인 면으로서의 구획부에 의해 정해지는 방향으로 만곡된다. 다른 실시 형태에서, 경면은 축에 대하여 또 다른 방향으로 만곡된다. 또 다른 실시 형태에서, 경면은 서로 방향이 다른 2개의 곡률을 가진다.
프리즘형 패들 휠(paddle-wheel) 유형 및/또는 별 형태의 터빈 스캐너의 특정 실시 형태에서, 반사경의 제1 가장자리로부터 마지막 가장자리로의 반사경 동작의 주사 중에 빔이 적어도 2개의 별개의 주사 선으로 향할 수 있도록, 각 반사경은 하위 구조(sub-structure)를 가질 수 있다. 이는, 이웃하는 면에 대해 소정 각도를 가지는 다수의 면을 포함하는 실시 형태에 의하여 구현될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는, 방사 조사선 경로 내에서 방사 빔의 방향을 변경시키도록 구성된 제1 반사경과, 동일한 목적을 위한 것이기는 하 나 상기 제1 반사경이 방사 조사선 경로 내에서 입사 방사 조사선의 방향을 변경하려고 하는 동안에 냉각되도록 구성된 제2 반사경을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는, 이후에 제1 반사경이라고 지칭되는 적어도 하나의 반사경을 구비하는 조합형 반사경으로서, 동일하거나 본질적으로 유사한 반사경들을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는, 이후에 제2 반사경이라고 지칭되는 적어도 하나의 반사경을 구비하는 조합형 반사경으로서, 동일하거나 본질적으로 유사한 반사경들을 포함한다. 제1 및 제2 반사경은 본 발명의 한 실시 형태에서 반드시 동일할 필요가 있는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는, 축을 중심으로, 바람직하게는 다각형 형상을 가지거나 패들 휠 구조를 포함하는 터빈 스캐너의 대칭 축에 의하여 회전 가능하게 구성된다. 본 발명의 실시 형태에서 예상되는 작동 중의 회전 속도가 매우 빠르기 때문에, 한 실시 형태에서, 비대칭 축은 비대칭 축 주위의 비틀림 및/또는 요동(wobbling)을 견딜 수가 없다. 그러나, 베어링 내의 재료 또는 터빈 스캐너 그 자체가 충분히 강성 및/또는 점성/탄성 재료로 제조되면, 주사 시간, 타겟에서의 주사 길이, 연속적인 주사들의 피치, 방사 빔의 기하학적 형상, 타겟에서의 출력 및/또는 빔의 초점을 변경하기 위하여 비대칭 회전이 사용될 수도 있다. 따라서, 기판의 코팅을 포함하는 실시 형태에서, 연무 기둥의 형태 및/또는 구조가 활용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면 터빈 스캐너는 다각형으로 구성되고, 면이 상기 제1 및 제2 반사경인 다각형을 형성하도록 구성된 조합형 반사경을 포함한다. 한 실시 형태에서, 상기 제1 반사경은 다각형의 중심 축에 대하여 상기 제2 반사경 와 다른 기울기를 가진다. 매우 빠른 회전 작동 속도 때문에, 본 발명의 실시 형태에 따른 스캐너는 유체 베어링(fluid bearing)에 의해 회전하도록 구성된다. 유체는 액체일 수 있으나, 동작에 저항하는 견인력(drag force)이 매우 클 수 있고, 따라서 베어링의 표면은 적어도 가스에 의해 덮이는 것이 바람직하다. 적절한 가스들 중 하나는 터빈 스캐너 내에 사용되는 공기 베어링용 공기이지만, 한 실시 형태에서는, 스캐너의 작동 중의 마찰 관련 힘을 최소화하기 위하여 다른 가스 및/또는 액체가 다양한 형태로 사용될 수도 있다. 한 실시 형태에서, 거의 영점 온도에서의 실시 형태의 변형예에서 헬륨이 사용된다.
작동 휴지 중에 유체에 의해 반사경을 냉각하는 것이 바람직하다. 냉각 유체를 경면에 공급함으로써 냉각이 이루어질 수 있으나, 유체로부터 표면에 잔류물(slag)이 부착되는 것을 방지하기 위하여 경면의 반대쪽 면에서 냉각이 이루어지는 것이 바람직하다. 이는, 장기적인 측면에서 경면과 냉각제의 반응이 최소화되어야 할 경우에 바람직하다. 본 발명의 실시 형태에서, 터빈 스캐너는 냉각을 위해 사용되는 유체용 펌프로서 작동하는 내측 구조체를 구비한다. 그러한 실시 형태에서, 터빈 스캐너 부재는 열 전도성 재료로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 재료는 금속이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 재료는 다이아몬드 구조체이다. 공기 또는 자계 기반의 베어링 대신에 기계식 베어링이 사용될 경우에, 유체는 경면에서의 유체와 다를 수 있다. 따라서, 그와 같은 실시 형태에서, 예를 들어 유체의 공급이 축 내의 중공 공간을 통하여 이루어질 경우에, 유체는 냉각에 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 냉각은 적절한 미세 입자 크기의 연무 질로서 경면에 분무되는 액화 가스로 이루어지고, 이 입자는 증발되어 휴지 중의 경면의 냉각을 유지하는 열 유속을 생성한다. 한 실시 형태에서, 이산화탄소가 사용되어 경면으로부터 가스 상으로의 승화 중에 경면을 냉각한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 제1 반사경 및/또는 제2 반사경 중 적어도 하나는 다이아몬드로 이루어진다. 당업자라면 실시 형태로부터, 제1 및 제2 반사경은 터빈 스캐너 내에 여러 유형의 반사경을 사용하는 예에 불과하고, 따라서 다각형 형상의 2개 이상의 조합형 반사경을 구비하는 스캐너는 터빈 스캐너에 관한 본 발명의 실시 형태의 범위에 속한다는 점을 매우 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 패들 휠(paddle wheel)을 형성하도록 구성되며, 패들은 상기 패들 휠의 중심 축을 중심으로 원형 경로를 따라서 회전 가능하게 배치된 터빈 스캐너의 반사경이다. 실시 형태의 변형예에서, 상기 패들 휠의 각 반사경은 상기 원형의 접선과 예각을 이루도록 배치된다. 터빈 스캐너가 다각형 또는 패들 휠로서 구성되는지와 무관하게, 반사경은 제1 반사경이 상기 패들 휠의 축에 대해 경사 각을 가지도록 배치될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 제1 경사 각을 가진 반사경과 제2 경사 각을 가진 반사경의 조합체를 포함하지만, 그와 같은 특정 경사 각을 가진 여러 하위 조합체들의 조합체의 개수를 한정하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 경사 각은 경로에서의 빔에 대하여 여분의 자유도를 가진 작동 사이클 중에 조정된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 반사경 그 자체 및/또는 반사경의 부품은 다른 반사경 또는 부품으로 교체 가능하므로, 통상적인 보수를 위 하여 스캐너 그 자체 모두를 교체할 필요는 없게 된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 경면 그 자체는 타겟 재료를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 반사경은 일반적인 의미의 반사경일 필요는 없으며, 다각형의 내측 부분으로부터 터빈 스캐너의 외측 표면까지 가스 및/또는 액체와 같은 유체가 확산 형태로 투과하는 것을 가능하게 하는 다공성 재료에 의해 교체 가능할 수 있다. 그러한 실시 형태의 장점에 의하면, 공공을 가진 표면 자체가 방사 빔에 견디고 예를 들어 연무 기둥 방향이 전계에 의해 기판으로 조정된다면, 융발될 특정 유형의 타겟 재료에 대하여 타겟 공급의 구조를 단순화한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 다이아몬드 표면을 구비한 반사경을 포함한다. 다이아몬드 구조체는 본 발명의 실시 형태에서의 표면에만 존재할 뿐만 아니라, 반사경 전체가 다이아몬드로 이루어질 수도 있다. 본 발명의 실시 형태의 변형예에 따르면, 터빈 스캐너 전체가 다이아몬드로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 다이아몬드 본체는 본 발명의 여러 태양에 따라 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 굴절되는 빔과 동일한 규모로 치수가 결정된다. 본 발명의 그와 같은 실시 형태에서, 휴지 중의 반사경의 열 전달과 충분한 냉각은 실제로 폭이 더 작은 스캐너 크기를 가능하게 하고, 재료가 굴절 방사 조사선 경로에서의 방사 빔과 그에 따른 열에 견딘다면, 스캐너의 크기는 mm 수준 또는 그보다 더욱 감소할 수 있다. 소형 터빈 스캐너의 사용의 장점은 경량이라는 점이며, 회전 속도는, 재료가 회전 그 자체와 관련된 힘에 의해 파손되지 않고 전체적으로 견딜 수 있는 고속으로 증가될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너 회전자는 경량 구조를 위하여 에어로젤(aero-gel)로 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 회전자의 그러한 에어로젤 부재는 적어도 경면 상에 코팅된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 다이아몬드 플라즈마가 에어로젤 구조체 내에 부착되어, 에어로젤 재료에 걸쳐서 한 표면으로부터 다른 표면으로의 열 유속을 생성하여 회전자의 냉각을 용이하게 한다.
도 33은 프리즘형 저윤곽(low-faced) 터빈 스캐너(3321)를 나타내며, 특히 터빈 스캐너(3321)의 회전자 부분을 나타낸다. 부재(3321)는 종래의 터빈 스캐너 부재일 수 있으며, 본 발명의 개량 실시 형태에 따른 부재일 수도 있다. 도면에서의 예에서, 부재(3321)는 면(3322, 3323, 3324, 3325, 3326, 3327, 3328)들을 구비한다. 화살표(3320)는 축(3103)을 중심으로 하는 부재(3321)의 회전을 나타낸다. 면들은 반사경이고, 각각은 작동 중에 자체의 회전에 의해 입사 방사 빔을 방사 조사선 경로를 통하여 굴절시키고 반사경의 작동 휴지 중에 냉각되도록 구성된다. 면들의 경사 각이 여러 실시 형태에 대하여 도시되어 있다. 도 33은 제1 반사경인 반사경 1에서부터 최종 반사경인 반사경 8까지의 시간 척도로 터빈 스캐너의 1회전을 나타낸다. 타겟 상에 주사 선(3329)이 표시되어 있고, 타겟은 본 발명에 따른 타겟 재료일 수도 있고, 냉간 융발에 충분한 구조를 가진 기타 타겟 재료일 수도 있다. 빔의 복귀가 선(3330)으로 표시되어 있다. 반사경들은 명시된 참조 번호에 의해 나타나 있다. 일례로 40㎛ 주사 선이 도시되어 있으나, 본 발명의 실시 형태가 도시된 빔 크기로 제한되는 것은 아니다. 한 실시 형태에서, 타겟 재료 상의 주사 선의 위치는 연속적인 2회의 주사에 대하여 동일할 수 있지만, 다른 실시 형태에서는, 예를 들어 융발에 기초한 냉간 가공에서 재료가 파편을 쉽게 형성한다면, 2회의 연속적인 주사에 대한 주사 선은 서로 다를 수 있다. 면들의 개수는 8개로 한정되는 것은 아니며, 도면에서의 개수는 예시적인 것일 뿐이다. 면들은 10개 또는 수백 개일 수도 있으나, 주사 선 길이에 영향을 미치게 된다.
본 발명의 한 실시 형태에서, 타겟 표면에서의 여러 주사 선의 개수는 터빈 스캐너의 한 면에서 다음 면까지의 기울기의 변화에 의해 이루어질 수 있거나, 다른 실시 형태에서는, 적어도 하나 또는 다수의 반사경의 면 기울기를 변경함으로써 이루어질 수도 있다.
터빈 스캐너의 장점에 의하면, 빔이 타겟에서 한 위치에 정지하지 않고 따라서 주사 중에 이동이 고속이고 균일하며, 그 결과 타겟으로부터 균일한 연무 기둥이 생성된다.
본 출원 명세서를 검토한 당업자라면, 터빈 스캐너의 크기를 자유로이 변경할 수 있을 것이다. 실시 형태는 미시적 규모에서 거시적 규모로의 변화를 포함하며, 한 실시 형태에서는, 거시적 규모에서 직경이 대략 12cm이고 높이가 5cm이다. 저윤곽 터빈 스캐너와 고윤곽(high face) 터빈 스캐너는, 축 방향에 수직 방향으로의 반사경의 폭에 대하여 축 방향으로의 반사경의 높이의 측정에 의해 구별될 수 있다. 높이가 폭보다 큰 경우에는 저윤곽이고, 높이가 폭보다 작은 경우에는 저윤곽이며, 높이와 폭이 거의 동일하거나 정확하게 동일한 경우에, 그와 같은 중간형 실시 형태는 그 비에 따라서 저윤곽 또는 고윤곽 실시 형태에 포함된다.
반복율이 4MHz보다 크고 바람직하게는 20MHz보다 크고 그리고/또는 펄스 에 너지가 1.5μJ보다 큰 피코-초 레이저 시스템을 사용하는 그와 같은 시스템에 대해서는, 방사 조사선 경로 내에 터빈 스캐너를 사용하는 것이 바람직하다.
타겟에서의 방사 조사선 출력을 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 각 펄스는 평가될 수 있고, 펄스/방사 조사선 특성의 사전 설정치로부터의 차이에 대한 정보는, 방사 빔 초점, 타겟 재료의 융발, 기판 코팅 및/또는 연무 기둥 형성을 제어하기 위한 피드백 루프 내에서 사용될 수 있다.
도 34는 기판 상의 층상 구조를 나타낸다. 기판(3473)은 소정의 기판일 수 있으나, 도 34에서는 재료의 예로서 플라스틱이 사용된다. 층들은, 기판(3473)의 일면에서의 층 구조에 대하여, 문자 A, B, C, D, E로 표기되어 있다. 기판의 타면에 유사한 층상 구조체(3475)가 존재하지만, 개별 층들의 개수와 코팅 면의 수는 도시된 구성으로만 제한되는 것은 아니며, 기판은 일면에만 코팅되거나, 공동을 포함할 수도 있는 여러 면에 또는 기판으로서 작용 가능한 내측 면에 코팅될 수 있다. 도면부호 3457은 차량의 방풍 스크린을 나타내지만, 보트, 잠수함, 모터사이클, 항공기의 창 및/또는 방풍 스크린 또는 차량이나 건물의 창일 수도 있다. 기판은 플라스틱, 글라스 또는 복합재일 수 있다. 기판(3475)은 일면에 제1 피막에 의해 코팅될 수 있지만, 선택적으로 또는 추가로 타면에 제2 피막에 의해 코팅될 수 있다. 기판은 제3 피막에 의해 코팅될 수 있으나, 일면에서의 피막 층의 수가 제한되는 것은 아니다. 피막 중 하나는 태양 전지 코팅, 즉 태양 전지를 형성하도록 구성된 적절한 층의 피막일 수 있으며, 본 발명의 한 실시 형태에 따라 가시광 범위에 대해 투명할 수 있다. 용어 "글라스"는 유리, 플라스틱, 복합재 및/또는 이들의 조합으로 이루어진 다양한 창 및/또는 스크린의 윈도 글라스를 지칭한다. 일부 층은 층상의 방풍 스크린에 대한 일례로서 도시되어 있다. 층들은 적층 글라스 구조일 수 있다. 또한, 민수용 물체 및 군용 관련 차량 본체를 비롯하여, 전술한 물체의 본체는 코팅될 수 있다. 군용 분야에서는, 은폐 관련 피막이 적정 부분에 형성될 수 있다. 또한, 선글라스, 안경(3417) 및/또는 차폐물 및 여러 유형의 방호물(visor)이 코팅될 수 있다.
도 35 내지 도 52는 본 발명의 태양에 따라 이루어진 여러 유형의 코팅의 예를 나타낸다. 코팅 및/또는 부조(carving)는 본 발명의 실시 형태에 따른 방법 및/또는 장치에 따라 실시될 수 있다. 처리된 표면은 물체의 내측 및/또는 외측 표면일 수 있다.
도 35는 본 발명의 실시 형태에 따라 코팅된 튜브형 구조체(3534, 3539)를 나타낸다. 튜브는 사용되는 튜브(3534) 및 목적에 따라서 적어도 하나의 단부가 개방(3539)되거나 밀폐될 수 있다. 튜브는 내측의 적정 상태에 따라서 도면에 도시된 바와 같이 내측 및/또는 외측이 코팅될 수 있다.
튜브는 예를 들면, 급수 파이프, 하수구, 가스 파이프, 오일 파이프 및/또는 이들의 커넥터와 같은 재료 이송 라인의 부재일 수 있다. 마모 및/또는 부식에 노출된 튜브의 일부가 코팅될 수 있다. 예를 들면, 열 교환 표면에 있어서, 마모 및/또는 부식 저항성 재료는 코팅된 부재에 대하여 작동 수명을 연장시킬 수 있다. 적절한 재료는 본 발명의 실시 형태에 따라 표면에 코팅된 탄질화물 및/또는 다이아몬드를 포함할 수 있다.
도 36은 여러 유형의 용기의 코팅을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태를 이용하여 모든 잔(3640), 접시(3644), 쟁반(3644)이 코팅될 수 있다. 도시된 예들은 특정 형태, 형상 및/또는 투명도와 관련이 있지만, 코팅의 예는 가정용, 화학 산업, 공업 관련 용도, 의료 기구용으로 사용되는 용기 및/또는 단지뿐만 아니라, 여러 산업에서의 다양한 유형의 반응기에 대해서도 실시 가능하다. 코팅되지 않은 용기 그 자체의 재료는 특별히 한정되는 것은 아니며, 금속, 세라믹, 플라스틱뿐만 아니라 글라스, 또는 이들의 적절한 조성물이 용기 형태의 기판으로서 사용될 수 있다.
도 37은 컴퓨터의 하드 디스크 부재(3741)를 코팅하기 위해 사용되는 피막을 나타내며, 판독 가능한 형태의 정보, 화상 및/또는 음악을 보관하기 위하여 사용될 수 있는 광학 및/또는 자기 저장 디스크, DVD, 및/또는 CD 디스크(3742), 또는 기타 매체에 코팅이 실시된다. 하드 디스크의 판독 헤드는 본 발명의 실시 형태에 따라서 제조되고 그리고/또는 적절한 부분에 코팅될 수 있다.
동일 도면에서, 부재(3743)는 적어도 마모에 노출된 기계 부품에 코팅이 실시된 전자-기계 구성품을 나타낸다. 따라서, 전기 접촉부에는, 특정 용도를 위한 필요 부분에 도핑된 코팅 재료와 함께 기판 재료의 선정에 의해 얻어지는 적절한 전기 저항성과 더불어, 마모 저항성을 향상시키는 표면이 제공될 수 있다. 기판 상에 박막 와이어가 제공될 수 있고, 보호성 물체용의 케이스로서 사용되는 기판 상에 적절한 자성 재료가 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시 형태에 따른 피막을 구비하는 상기 물체에 RF 보호성이 제공될 수 있다. 구성품은 통상의 전자 부품 크기일 수 있지만, 미시적 규모의 이른바 마이크로-기계 부품, 나노-스케일 장비 또는 기계적 용도 및/또는 전기 부품의 중간 크기의 물체일 수도 있다.
도 38은 창 및/또는 거울에 사용되는 기판을 코팅하는 본 발명의 실시 형태의 이용을 나타낸다. 도면에서, 거울(3845)은 글라스 층(3848)을 포함하며, 글라스 층 뒤에는 은, 알루미늄, 또는 반사 층을 형성하는 적절한 다른 물질이 존재할 수 있다. 한 실시 형태에서, 층은 자체-세정 층이고, 다른 실시 형태에서는 편광 층 및/또는 IR 반사 층이다. 글라스 층(3848)의 다른 한 면의 층(3849)은 광 촉매 반응에 적절한 층 구조체(3849) 및/또는 태양 전지를 포함하는 층으로 구성될 수 있다. 그러한 층은 가시광의 파장 범위에서 투명할 수 있으나, 다른 방사 조사선을 전기로 변환하도록 구성될 수도 있다. 본체(3846)는 도 25에 따른 금속 또는 기타 재료로 이루어진 기판일 수 있다. 본체는 제1 피막(3851)에 의해 일면이 코팅될 수 있을 뿐만 아니라, 제2 피막(3852)에 의해 타면이 코팅될 수도 있다. 본체는 렌즈 재료(3853)에 적절한 피막(3854, 3855, 3856)으로 코팅되는 볼록 렌즈, 오목 렌즈 또는 조합형 렌즈, 안경 렌즈와 같은 렌즈(3847)일 수 있다.
도 39는 공구 및/또는 그 일부를 코팅하는 본 발명의 실시 형태의 용도를 나타낸다. 도면에서 굴삭날(bore)(3961)뿐만 아니라 절삭날(edge) 또는 블레이드(3962)는 예에 불과하다. 이들은 굴삭 수단 또는 천공 수단뿐만 아니라 선반의 또는 모든 유형의 회전 기계의 부품을 상징적으로 대표한다. 칼(3962)은, 주방용 블레이드부터 정육점 및/또는 제과점 용도의 산업용 블레이드에 이르기까지, 수동으로 사용되거나 기계의 일부로서 사용되는 다양한 유형의 여러 절단 수단으로서 피막의 용도를 상징적으로 대표한다. 또한, 가위(3925)의 블레이드도 코팅될 수 있 다. 가위 블레이드는 가정용 가위를 예시하는 도 39에 한정되는 것이 아니며, 원예용 가위뿐만 아니라 가위 형태의 절단 수단도 피막의 사용의 범위에 포함된다. 톱(3927)은 파형 블레이드 및/또는 톱니의 예를 나타내며, 본 발명의 범위를 도시되어 있는 선형 톱날의 형태로 한정하기 위한 것은 아니다. 톱날(3927)은 전체 또는 그 일부가 코팅될 수 있다. 또한 회전 톱도 코팅될 수 있다. 톱은 수작업으로, 전동기에 의해, 및/또는 산업용 기계의 일부로서 작동될 수 있다. 또한, 모든 공구의 손잡이도 코팅될 수 있다. 물품(3963)은 코팅되는 줄(file)을 나타낸다. 도면에서 각 스파이크 및/또는 볼록부(3964)는 줄로부터의 확대도로서 도시되어 있고, 줄 표면(3965)의 볼록부에서의 피막도 도시되어 있다. 물품(3971)은 그 자체가 공구는 아니지만 굴삭 공구와 관련이 있으며, 따라서 여러 유형의 나선형 구조체를 구비한 부착 수단도 본 발명의 범위에 포함된다. 도면에 도시되어 있는 물품(3971) 나사 구조를 가지며, 다양한 유형의 못, 볼트 및 리벳도 본 발명의 실시 형태의 사용에 의해 코팅 가능한 물품에 포함한다.
절단을 위한 블레이드뿐만 아니라 수저 및/또는 포크와 모든 식사 용구는 마모 저항성을 위하여 코팅될 수 있으며, 절단 성능 및/또는 소정의 미적 외형을 부여하는 외관이 개선될 수 있다.
한 실시 형태에 따르면, 도면에 직접 도시되어 있지는 않으나, 코팅되는 물품은 망치 또는 도끼와 같은 타격 수단, 쐐기, 사슬 톱 또는 회전 원형 절단기, 또는 회전 줄, 브러시 또는 코팅 섬유로 이루어진 피륙일 수 있다. 줄이 도시되어 있으나, 사포 또는 다양한 연마 수단(means of emery)뿐만 아니라, 연삭 수단, 연삭 휠 및/또는 선형 이동식 연삭기는 본 발명의 코팅의 실시 형태의 범위에 포함된다.
도면에서의 부착 수단은 일반적으로 철물점에서 판매되는 제품이지만, 본 발명의 실시 형태에 따라 코팅될 수 있다. 코팅은 환경에서의 부식 저항성을 증가시키거나 감소시키기 위하여 사용된다. 건축 및 토목 환경에서는 일반적으로 부식 그 자체는 바람직하지 않은 현상이고, 따라서 부착 수단을 보호하는 적절한 표면 재료로 방식되어야 하지만, 골절된 뼈를 접골하는 경우에는, 주변과 결합한다는 의미에서 융화되어야 할 재료로 이루어진 부착 수단의 예로서 날을 구비하지 않는 부착 수단이 골격 내에 결합되는 것이 바람직한 경우가 있다. 주변 재료보다 약한 구조체를 약화시킬 수도 있는 부착 수단의 주요 부분에서는, 마찰이 작고, 골격에 가해지는 적은 손상이 적고, 파손이 적고, 부식이 일어나지 않아야 하며, 필요에 따라서는 제거가 용이해야 한다. 부착 수단은 부착 그 자체가 용이하도록 윤활 공급형 물질로 코팅될 수도 있다.
수술용 의료 기구도 예를 들면 본 발명에 따라 코팅되어 더욱 양호하게 조작될 수 있으며, 본 발명의 실시 형태에 따라 칼이 예를 들어 다이아몬드로 코팅되면 절단 패턴이 더욱 양호해진다. 다이아몬드 피막의 매끈한 표면은 의료 기구의 위생성도 향상시킨다. 따라서, 핀센, 가위, 메스, 지지체, 및 인공 관절과 같은 인공 기관은, 예를 들어 실시 형태에 따라 다이아몬드 피막으로 코팅되어, 사용 시에 내성이 있을 뿐만 아니라 수술 시에 위생성을 향상시킨다. 뼈를 접골하기 위한 나사는 다이아몬드로 코팅될 경우에, 환자의 세포 조직의 자극이 최소화될 수 있다. 뼈에 나사를 장착할 때에 마찰이 또한 작고, 따라서 뼈에 가해지는 잠재적인 손상이 완전히 방지되지는 않더라도 적어도 어느 정도는 방지될 수 있다.
코팅에 적절한 기타 부착 수단은 다양한 지지체 및/또는 철제 앵글이다. 또한, 부착 수단은, 군용 관련 부착 수단을 비롯하여, 우주선, 항공기 및/또는 선박과 잠수함에 사용되는 매우 특수한 유형의 구조체일 수도 있다.
도 40은 총기의 여러 종류의 코팅된 부품을 나타낸다. 권총의 총신(barrel)만이 외측 피막(4072)을 구비하는 것으로 도시되어 있으나, 권총의 다른 부분 또는 적절한 부품 내의 모든 부분이 코팅될 수 있다. 총기의 총신 또는 여러 총신들이 선택적으로 또는 추가로 내측에 코팅될 수 있다. 총신의 매끄러운 정도는 마찰과 그에 따른 총신의 열 발생을 감소시키고, 따라서 발열이 최소화될 수 있다.
또한 탄약이 매끄러운 피막을 구비하면, 총신과 탄약 사이의 정합성이 향상될 수 있으므로, 그와 같은 총신을 구비한 총기에 의해 타점 정확도가 향상될 수 있다. 이는 사용 중의 총신의 마모에 대한 저항성을 향상시키는 데에 또한 유용하고, 따라서 사용 수명이 증가한다.
마찰의 감소는, 냉각의 필요성을 감소시켜 휴대용 총기를 다루기 용이하도록 경량화하므로, 군용 및/또는 기타 기관총에 유용할 뿐만 아니라, 장전 시스템 성능에 있어서 자동 병기에 대해서도 유용하다. 군수용 및 민수용 권총 및 소총용의 소형 총기는 총기 및/또는 기타 부품의 코팅의 범위에 포함되며, 여러 유형의 대포도 포함된다. 연발 권총 또는 그 부품뿐만 아니라 일발 또는 이발 산탄총의 부품도 본 발명의 범위에 포함된다. 또한, 바주카포, 그 부품 및 로켓 발사기뿐만 아니라 적절한 부분에 코팅이 실시되는 그 부품들도 본 발명의 범위에 포함된다. 탄약, 포 탄, 수류탄 및/또는 탄환뿐 만 아니라 그 부품들도 부식 방지를 위해 코팅될 수 있으며, 피막은 총신을 보호하고 그리고/또는 바람직하지 않은 마찰을 감소시키는 윤활 작용을 한다.
도 41은 모터 부재를 코팅하는 본 발명의 실시 형태의 용도를 나타낸다. 모터는 실제로 모든 종류의 내연 관련 기관일 수 있다. 도면은 실린더(4166)의 내측, 외측 및/또는 기타 연소 공간의 표면(4168)일 수 있는 실린더 표면을 나타낸다. 또한, 실린더 내에서 동작하는 피스톤도 코팅될 수 있다. 오토(Otto)-모터, 증기 기관 뿐만 아니라 회전식 모터(wankel-motor) 부재도 코팅될 수 있다. 또한 제트 또는 로켓 모터 또는 그 부품도 코팅될 수 있다. 터보 또는 터빈도, 작동 환경 내에서 마모에 대한 저항성 향상을 위하여, 적절한 부분에 코팅이 실시될 수 있다. 예를 들면, 다이아몬드 코팅은 매끈한 정도를 증가시키고 따라서 마찰을 감소시키며, 예를 들어 마찰 표면에 탄질화물을 또한 이용함으로써 마모 수명이 연장될 수 있다.
터빈 부재(4168)가 도 41에 도시되어 있다. 다른 모터 부품은 적절한 부분에 코팅이 실시되는 밸브로 도시되어 있다. 또한, 캠, 캠 축, 크랭크 축, 체인, 기어 휠, 나선형 및/또는 원추형 기어 부재도 마모 및/또는 부식 방지를 위해 코팅될 수 있다. 도면은 본 발명의 실시 형태의 사용에 의해 코팅되는 볼 베어링 구조체(4173)를 나타내며, 부재 전체가 코팅되지 않더라도 적어도 일부가 코팅된다. 그러나, 베어링 표면의 형상 및/또는 그 곡률과는 무관하게 다른 유형의 베어링도 본 발명에 포함되며, 따라서 본 발명의 베어링은 나노-크기의 실시 형태부터 핵 발전 소 발전기의 베어링과 같은 대형 베어링을 코팅하는 실시 형태에 이르는 베어링을 포함한다. 따라서, 구형, 원통형 및/또는 원추형 베어링을 포함하는 모든 유형의 베어링은 코팅 가능한 베어링에 포함된다. 실시 형태에 따라서, 다이아몬드 피막은 열을 전도하도록 구성됨으로써, 베어링은 코팅되지 않은 통상의 베어링에 비하여 가열되지 않는다. 다이아몬드로부터 전체 베어링 부분을 제조하는 것도 가능하다. 거시적 베어링 표면일지라도 실시 형태에 따라 용이하게 매끈하게 제조될 수 있으며, ±30nm의 나노-크기의 정밀도, 바람직하게는 ±10nm, 더욱 바람직하게는 ±3nm의 정밀도를 충족할 수 있거나, 한 실시 형태에서는, 더욱 작은 범위의 정밀도를 충족할 수 있다.
그러한 코팅은, 베어링 표면에 불필요 및/또는 유해하고 70nm보다 큰 마이크로 크기의 입자 파편을 또한 방지한다. 한 실시 형태에서, 베어링의 표면에는 입자가 전혀 형성되지 않는다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 어떠한 베어링 부재일지라도 본 발명에 따른 3D 인쇄에 의해 제조될 수 있다.
도 42는 본 발명의 실시 형태에 따라 이루어지는 급수 파이프 관련 피막을 나타낸다. 바닥 시브(bottom sieve)(4275)는 하수구 관련 배관뿐만 아니라 폐수 처리 관련 부분에 관한 기타 부품을 나타낸다. 데스크(4277)는 어떠한 금속 데스크 또는 기타 데스크라도 코팅될 수 있음을 설명하기 위한 것이다. 주방 데스크의 싱크대, 가정용, 의료용 및/또는 산업용 싱크대는 도면부호 4277 및/또는 4276의 부분에 의해 도시된 바와 같이 코팅될 수 있다. 시브(4275)는 그와 같은 싱크대(4276) 또는 수채의 일부일 수 있다. 수도 꼭지(4275)는, 수도 꼭지 또는 기타 유형의 주방/욕실 관련 급수 밸브뿐만 아니라, 산업, 의료 및/또는 식품관련 분야에서의 모든 유형의 수도 꼭지의 코팅을 예시하기 위한 것이다. 따라서, 수도 꼭지 및/또는 싱크대는 적정 부분에 기판(4280)으로서 금속, 플라스틱 또는 세라믹으로 이루어질 수 있으며, 기판은 레이저 융발에 의해 생성되는 구리, 금, 크롬 또는 합금으로 코팅되거나 융발 레이저에 의해 최종 처리될 수 있다. 기판 상의 특정 층의 부착을 향상시키기 위하여 촉매뿐만 아니라 전기화학 에칭이 사용될 수 있는데, 그러한 처리가 없으면 기판과 특정 층이 서로 부착하지 않는 경우에 사용될 수 있다. 도면에서, 피막은 층(4281, 4282, 4238)에 의해 수도 꼭지의 외측에 도시되어 있다. 그러나, 층의 수가 제한되는 것은 아니며, 수도 꼭지의 면이 제한되는 것도 아니다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 기판으로서 수도 꼭지의 내측 벽(4279)도 코팅될 수 있다. 도시된 예에서, 층(4281)은 접착 층일 수 있고, 층(4282)은 금 층일 수 있고, 예를 들어 수도 꼭지가 특정 외관을 위해 코팅되도록, 층(4283)은 마모 저항성의 투명성 및/또는 채색 다이아몬드 층일 수 있다. 그러나, 마모 및/또는 부식에 대해 필요한 저항도 및/또는 외관에 따라서 층들은 더 많거나 적을 수도 있다. 또한, 수도 꼭지 및/또는 하수구 관련 배관, 커넥터 및/또는 밸브의 코팅을 위하여, 자체 세정 피막(self-cleaning coating)이 사용될 수도 있다. 정전기 방지 피막이 사용될 수 있고, 따라서 예를 들어 정유 관련 배관은 사용 중의 전기 스파크의 위험성이 방지되도록 제조될 수 있다.
도 43은 글라스 및/또는 플라스틱으로 이루어진 창(4383)의 코팅을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태의 사용은 자체 세정되는 피막(4384)을 형성하는 것에 관 한 것일 수 있다. 창은 예를 들면 내측이 적외선 방지 피막(4386)으로 코팅되고, 색조를 가하거나 채색하기 위한 피막(4387)을 외측에 구비할 수 있다. 가장 외측의 피막 층에는 충분한 정도의 가시성이 달성되도록 광 촉매 층(4388)이 제공될 수 있다.
기판은 통상의 글라스일 수 있지만, 적층 구조를 이루는 글라스 또는 기타 기판 재료일 수도 있다. 조종사 또는 운전자에게 미치는 밝은 빛의 유해 효과가 감소하도록, 층들 중 하나는 편광 층(4337)일 수 있으나, 글라스 또는 창이 청결하게 유지되도록, 그 층은 광 촉매 층(4336)일 수도 있다. 다이아몬드 층(4339)을 구비하는 기판(4338) 상에 층상화된 창 구조체를 제조하는 것도 가능하다. 플라스틱 층(4340)을 구비하는 구조체를 이용하는 것도 가능하다.
도 44는 석재 및/또는 세라믹 표면(4489)을 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 표면은 녹색으로 채색(4490) 가능한 야외의 판, 대리석 또는 합성 세라믹의 내측 또는 외측 표면일 수 있고, 마모 저항성 향상을 위하여 다이아몬드 피막(4491)을 추가로 구비할 수도 있다.
도 45는 금속 요소(4592)를 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 표면은 착색제(colorizing agent)에 의해 층(4595)으로 채색될 수 있고, 그 후에 마모 저항성 및/또는 부식 저항성 향상을 위하여, 표면은 탄질화물 및/또는 다이아몬드의 층(4594)에 의해 코팅될 수 있다. 요소는 주택, 벙커, 기타 건물, 탱크, 차량, 선박, 보트, 또는 기타 이동 수단을 건조하기 위하여 라이닝 요소(lining element)로서 사용되는 내장용 및/또는 외장용의 건조 요소일 수 있다. 군수 용도에서는, 물체가 레이더에 의해 탐지되는 것을 방지하기 위하여, 은폐 피막이 코팅될 수 있다.
도 46은 텔레비전(4696) 또는 유사한 유형의 기타 디스플레이 또는 그 일부를 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 그러나, 코팅될 표면은 내측 표면 및/또는 외측 표면일 수 있다. 도시된 예는 EAD 32"인 것으로 예시되어 있으나, 유닛이 도시된 예로만 한정되는 것은 결코 아니다. 텔레비전의 전면은 OLED, LCD 또는 플라즈마 TV를 구비하는 유형인 것으로 도시되어 있다. 스크린 기판(4697)의 피막(4697, 4699, 4600, 4601) 재료는 통상의 재료로부터 선택 가능하지만, 스크린 청결 유지 및 긁힘 방지를 위하여 다이아몬드 피막 및/또는 광 촉매 피막을 포함할 수도 있다. 다른 전자 장치의 표면도 코팅될 수 있다. 전자 장치는 예를 들면 아이포드(ipod), 비디오 기록 장치, DVD 재생기, 레코드 재생기, CD 재생기, 및/또는 전파 수신기뿐만 아니라, 냉장고, 석재, 필터를 구비한 공기 청정기 등이다.
도 47은 난간(4702) 및/또는 문 손잡이(4703)를 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타내며, 산업용, 영업용 및/또는 가정용의 다른 유형의 풀러(puller) 또는 손잡이뿐만 아니라 다양한 유형의 힌지를 코팅할 수도 있다.
도 48은 조명 요소 및/또는 그 부품을 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 조명 기구의 반사체(4804)는 예를 들면 식물 재배실(plant house) 내에서 소망의 파장 분포를 위하여 적절한 피막(4805)으로 착색될 수 있으며, 전구 또는 기타 광원은 커버(4806)의 내측 또는 외측에 코팅이 이루어질 수 있 다. 또한, (글라스, 플라스틱, 복합재 또는 적층재의) 커버 부재(4807)가 코팅되어 적절한 착색 피막을 포함하도록, 밀봉된 광 공급체가 제조될 수 있다. 조명 장치의 반사체뿐만 아니라 다른 표면에도, 코팅된 표면에 대하여 청결한 광학 표면이 제공되도록, 광 촉매 피막이 코팅될 수도 있다.
도 49는 항공기 장치의 날개 표면의 코팅을 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 표면은 내측 표면(4909) 및/또는 외측 표면(4908)일 수 있다. 특히, 날개의 내측 부분이 연료 탱크용으로 사용되는 경우에, 경량이고 경질의 정전기 방지 피막이 표면에 형성되는 것이 바람직하고, 이러한 물성은 본 발명의 실시 형태에 의해 실시되는 다이아몬드 피막에 의해 이루어질 수 있다. 충분히 두껍게 이루어진 피막은 날개 구조체를 지지할 수도 있고, 따라서 날개의 중량은 더욱 경량화될 수 있다. 공기의 마찰을 최소화하도록 구성된 매끄러운 표면은 연료 소모를 감소시키기도 한다. 따라서, 충분히 두꺼운 다이아몬드 피막이 사용될 수 있고, 충분한 강도/경도의 달성을 위하여 다른 피막들의 적층 구조가 사용될 수도 있다.
따라서, 날개 구조체(4910)는 일면에 피막(4912)을 구비하고 타면에 다이아몬드 피막일 수 있는 피막(4913)을 구비하도록 구성될 수 있다. 따라서 강성 구조체가 이루어질 수 있을 뿐만 아니라, 만곡부 또는 유사 영역(4911)에서 강한 하중을 견디는 구조체가 구성될 수 있다. 예를 들어 항공기 프레임 날개 상의 모터 장착 영역 및/또는 기타 본체 부분과 같은 그와 같은 영역은 피막에 의해 강화되어 더 큰 국소 응력을 견딜 수 있다.
도 50은, 피막(5015)에 의해 및/또는 도 25에 따라서, 카본 섬유 복합재 부 재(5014)의 코팅을 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 그러한 부재는 선형 샤프트 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 부재는 판과 같은 구조체일 수 있다. 또한, 피막은 부재 전체에 또는 부재의 일부 특정 부분에 코팅될 수 있으며, 특정 부분은 만곡부 또는 환경 내에서의 활성부이거나 마모 관련 물체에 노출된 부분일 수 있다. 교체 부품으로서의 골격 또는 유사 구조체에 관한 여러 실시 형태에서, 기계적 강도 향상 및/또는 환경 내에서의 구조체의 화학 저항성 향상을 위하여 그와 같은 부품은 코팅될 수 있다.
도 51은 스크린 부재의 코팅을 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 스크린은 가요성 종이와 같은 스크린일 수 있다. 도시된 예는 예시적이며, 본 발명의 범위를 OLED, LCE, 플라즈마 또는 기타 특수 스크린 유형으로만 한정하는 것은 아니다. 실시 형태에 의하여 가요성 기판 상에 판지가 제조될 수도 있다. 이는, 신뢰적이고 그리고/또는 나선형의 전자 장치용 판지를 제공하는 신규하고 실용적인 방법을 용이하게 한다. 기판(5121)은 일면이 판지 패턴의 형성을 위한 층(5122)으로 코팅될 수 있고, 그리고/또는 타면이 또 다른 판지 패턴 형성을 위한 또 다른 층(5123)으로 코팅될 수 있다. 층들은 부분적으로 또는 전체적으로 적절한 다이아몬드 층(5124)에 의해 보호될 수 있다. 예를 들면, 기판 상에 피막으로서 터치 스크린이 제공될 수 있다. 가요성 스크린의 일부에는 IR 및/또는 UV 파장에서 작동 가능한 태양 전지가 제공될 수도 있고, 따라서 가시광의 파장 영역의 부분을 사용자의 사용을 위하여 남겨둔 그와 같은 가용성 스크린을 이용함으로써 전자 책을 제조할 수 있다.
도 52는 항공기(5229) 및/또는 그 일부(5230, 5231)를 코팅하기 위한 본 발명의 실시 형태의 사용을 나타낸다. 코팅 가능한 대상은 도시된 창 또는 창의 장착 프레임 및/또는 가스켓에 한정되는 것은 아니다. 도 52는 항공기의 부품을 코팅하는 것을 또한 나타낸다. 도시된 부분은 휠(5234) 또는 휠용 외륜(rim)(5232) 또는 외륜 부재(5234)로서 착률 기어 부재의 일부이다. 열차 및 차량용 휠 및/또는 타이어도 코팅될 수 있다. 열차용 선로는 부식 방지를 위하여 코팅될 수 있다.
도 53은 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅을 나타낸다. 피막은 도 25로부터의 물질을 포함할 수 있을 뿐만 아니라 불활성 가스 화합물도 포함할 수 있다. 모재(matrix) 및/또는 담체(barer)(401)가 선정되고, 도펀트(402)가 선정되고, 모재 및/또는 도펀트가 융발(403)되고, 그에 따른 플라즈마에 의해 기판이 코팅된다. 흐름도는 매우 간단하지만, 적어도 하나의 기판을 구비한 다수의 기판을 코팅하기 위하여, 단계들은 직렬 및/또는 병렬로 수회 사용될 수 있다.
도 54는 본 발명에 따른 프린터(500)를 나타낸다. 프린터는, 3D 인쇄를 위하여, 타겟을 유지하여 유효 깊이를 가진 제1 표면 개질 빔에 타겟을 노출시키도록 배치된 타겟 홀더(501)와, 제1 표면 개질 빔을 생성하고 그리고/또는 타겟으로 빔이 전송되도록 빔이 따르게 되는 방사 조사선 경로로서의 전송 라인을 생성하는 수단(502)과, 유효 깊이를 가진 제2 표면 개질 빔을 생성하고 그리고/또는 기판의 적어도 한 표면을 제2 표면 개질 빔에 노출시키기 위한 전송 라인을 생성하는 수단(503)과, 기판 홀더(504)를 포함한다.
도 55는 형상 및/또는 치수 및/또는 기록 품질에 관한 3D 물체의 데이터를 파일(602)로 획득하기 위한 수단(601)과, 3D 물체의 사본을 소정의 정밀도로 인쇄하기 위하여 3D 프린터(예를 들면, 도면부호 500)를 제어하는 제어 지령부(control command)로 데이터를 전송하기 위한 수단(603)을 포함하는 복사기를 나타낸다. 도 56은 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 시스템을 나타낸다. 시스템은, 융발을 위한 방사 조사선을 생성하기 위한 방사원(701)과, 상기 방사 조사선을 타겟 부재로 향하게 하는 터빈 스캐너(703)를 포함하는 방사 조사선 경로(702)를 포함한다. 방사원은 본 발명의 실시 형태에 따라 타겟 또는 그 일부로부터 타겟 재료를 융발하도록 배치된 여러 레이저원으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법은,
- 타겟으로 작용하는 타겟 재료를 표면 개질 빔에 노출시키는 단계,
- 타겟 재료의 융발을 위하여 표면 개질 빔의 방사 조사선 경로를 방사원으로부터 타겟까지 안내하는 단계, 및
- 적어도 하나의 표면 특성과 관련하여 적어도 표면을 개질하기 위하여, 타겟 재료를 유효 깊이까지 기화/융발하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법에 있어서, 상기 특성은 상기 유효 깊이까지의 조성, 화학적 구조, 기계적 구조, 물리적 구조 중 적어도 하나이다. 본 발명의 실시 형태는, 제1 표면을 타겟으로 선정하고 그리고/또는 제2 표면을 기판으로 선정하여, 제1 표면 개질 빔에 의해 상기 제1 표면으로부터 타겟 재료를 개질하기 위한 방법 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방법에 있어서, 개질은 상기 제1 표면 개질 빔에 의한 유효 깊이에서의 표면으로부터의 재료 제거 를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방법에서, 방법은 제1 본체의 표면을 타겟으로 설정하고 그리고/또는 제2 본체의 표면을 기판으로 설정함으로써, 제2 본체의 상기 표면에 물질을 전달하도록 제2 표면 개질 빔을 사용하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 한 방법은, 상기 표면 상에, 상기 재료의 층 두께로 정의된 유효 깊이까지 재료의 추가를 포함하는 상기 표면의 개질을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방법에서, 방법은 제2 표면 개질 빔에 의해 제2 표면에 재료를 전달하는 단계를 포함함으로써, 상기 재료는 상기 제1 표면에 기인하고 제1 표면 개질 빔에 의해 제거된다.
본 발명에 따른 코팅 방법은 본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법을 포함한다. 표면 처리 방법은 코팅에 사용되는 적어도 하나 또는 여러 물질을 포함하는 다수의 물질에 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법은 본질적으로 동일한 타겟 부재로부터 적어도 2개의 물질을 융발하는 단계를 포함한다. 그러나, 타겟의 일부는 다를 수 있고, 다른 타겟이 사용될 수도 있다. 소망의 피막 조성의 화학량론적 관계로 코팅 공정에 공급되는 원소로부터 직접 코팅이 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 제1 및 제2 물질은 순차적으로 연속하여 융발되지만, 실시 형태의 변형예에 따르면, 각 물질의 융발 시간과 관련하여, 적어도 한 물질은 또 다른 융발 물질과 적어도 부분적으로 동시에 융발된다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 부조를 위하여 융발이 이루어지지만, 다른 실시 형태에 따르면, 피막을 코팅하기 위하여 융발이 이루어지는데, 다시 말하자면, 코팅될 기판 상에 피막 형성을 위하여 융발 타겟 재료가 사용된다.
융발 재료는 도펀트에 의해 도핑될 수 있는 피막 모재 물질 또는 다른 유형의 담체(carrier)를 포함한다. 기판 표면 및/또는 피막 층에 추가 특성을 얻기 위하여 도핑이 실시될 수 있다. 그와 같은 추가 특성은 소망의 탄성, 영율, 결정 구조, 기판 표면 및/또는 피막의 전위 및/또는 인장 강도일 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따라 기판 상에 코팅되는 피막은 비정질 형태, 결정질 형태 또는 단층 내의 단결정 형태의 흑연으로서의 카본, 다이아몬드를 포함할 수 있다. 그러한 층들은 하나씩 여러 층으로도 코팅될 수 있으며, 특히 그와 같은 실시 형태에서는, 피막은 3D 인쇄 및/또는 복사를 위하여 조각화 방식(sliced way)으로 사용된다.
담체 모재 및/또는 도펀트용 물질은 본질적으로 이용 가능한 원소로부터 선정될 수 있지만, 그러한 원소들로 한정되는 것은 아니다. 적절한 물질은 우라늄, 초-우라늄(trans-uranium), 토류 금속, 희토류, 알칼리류, 수소, 란탄족, 및/또는 희가스(noble gas)일 수 있다. 적절한 가타 도펀트는 붕소족(IIIb)으로부터의 도펀트, 탄소족(IVb)으로부터의 도펀트, 질소족(Vb)으로부터의 도펀트, 산소족(VIb)으로부터의 도펀트, 및/또는 할로겐족으로부터의 도펀트일 수 있다. 그러나, 당업자라면 본 실시 형태들로부터, 모든 가능한 치환 실시예와 변경 실시예가 피막에 대하여 바람직한 것은 아니라는 점을 알 수 있을 것이다. 실시 형태들의 범위에 적합한 범위 내에서 모든 목적을 위해서는, 예를 들면, 불안정하고 그리고/또는 유해한 이동성 화합물(mobile compound)을 형성하는 도펀트는 그와 같은 화합물만큼 바람직하지 않다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 다양한 유형의 물체를 코팅하기 위하여 사용될 수 있다. 코팅될 표면은 물체의 내측 및/또는 외측 표면일 수 있다. 물체는 나노-크기의 물체, 기기 및 그 일부일 수도 있고, 건물과 같은 거시적인 물체 또는 중간 크기의 물체일 수도 있다.
코팅에 적절한 물체에 관한 몇 가지 예에 의하여 코팅을 설명할 수 있기는 하나, 본 발명의 범위를 언급된 예로만 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅은, 항공기, 선박, 보트, 범선 및/또는 그 일부, 차량 또는 우주선의 본체 및/또는 라인닝 구조체에 대하여 사용될 수 있고, 항공기, 선박, 보트, 범선 및 그 일부, 차량 또는 우주선의 모터 및 그 일부의 표면을 코팅하기 위하여, 항공기, 선박, 보트, 범선 및 그 부품, 차량 또는 우주선의 라이닝 구조체 및/또는 그 일부의 표면을 코팅하기 위하여, 도구 및/또는 그 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 가정용 및/또는 산업용으로 사용되는 가구인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 용기, 접시, 홀더, 그릇, 탱크, 항아리, 단지, 통, 냄비, 사발, 컨테이너, 쟁반, 저장통, 각종 물통 및/또는 배럴인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 주방 및/또는 금속업, 식품업, 의료업, 화학 산업, 도료 및/또는 안료 산업, 반도체 산업에 사용되도록 의도된 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 주방 관련 물체, 반응기, 화학 반응용 반응기, 및/또는 재료 이송 라인인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 글라스, 플라스틱, 복합재 또는 적층 구조체의 투명 판, 글라스, 플라스틱, 복합재 또는 적층 구조체의 불투명 판, 태양 전지 및 그 일부 및 이들의 조합들 중 하나인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 사용될 수 있다.
주택용 건물 및/또는 기타 건물용 건물 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하 여, 천연 재료 및/또는 천연적인 비합성 재료로 구성된 주택용 건물 및/또는 기타 건물용 건물 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 완구 또는 그 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 손목 시계, 시계, 휴대 기기, PDA, 컴퓨터, 디스플레이, TV, 라디오, 또는 이들의 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 케이싱 및/또는 외곽부 또는 이들의 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 적어도 부분적으로 섬유 조성을 가진 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 실, 방적사, 줄, 필라멘트, 와이어, 끈, 고형 도체, 스트랜드 선, 로프인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 웹 구조 및/또는 방직 구조를 가진 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 섬유 필터, 산업 직물, 피륙용 직물, 종이 중 하나인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 전자기 방사 조사선용 도파로인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 적어도 부분적으로 다이아몬드로 이루어진 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 코팅 전후에 다른 조성을 가지는 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 스포츠를 실시하기 위한 수단을 포함하는 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 스포츠를 실시하기 위한 수단을 포함하는 수단의 표면을 코팅하기 위하여, 상기 수단이 스키, 슬람롬, 스노보드, 빙상 스케이트, 크레이들, 각종 썰매, 적어도 하나의 스틱을 사용하는 운동 경기를 위한 수단인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 상기 수단이 투척, 사격, 활주, 활공, 스크롤링 또는 볼링인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 자전거 또는 그 일부, 체인, 베어링 또는 이들의 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 보석, 장식품, 공예품 또는 이들의 모사품인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 미소 기계 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 반도체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 전기 절연체 및/또는 열 절연체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 전기 전도체 및/또는 열 전도체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 인간 및/또는 동물의 인공 장기인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 접합 표면인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 리벳, 볼트, 나사, 못, 걸쇠 또는 너트로서의 고정 수단인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 방사 조사선 경로의 적어도 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 터빈 스캐너 또는 그 반사경인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 시트 및/또는 웹의 제품 형태의 플라스틱 필름인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 광학 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 렌즈, 프리즘, 필터, 거울, 감쇠기, 편광기 또는 이들의 조합인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 안경 또는 콘택트 렌즈인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 증권, 주식 또는 기타 유가 서류 또는 지불 수단인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 물질을 보관하기 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 수소 저장 및/또는 수소 방출을 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 탄화수소 저장 및/또는 탄화수소 방출을 위한 용기인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 핵 연료 및/또는 그 원소를 저장하기 위한 용기인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 그리고/또는 UV 반응성 피막으로 코팅될 기판 본체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 피막을 사용할 수 있다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 코팅되지 않은 광학 요소의 광학 물성을 형성하도록 층들이 배치되며, 광학 요소는 상기 층들을 구비하는 피막들을 포함하도록 정밀하게 코팅될 수 있다.
도 57은 방사원 장치(5700)를 나타낸다. 도시된 실시예는 방사원(5701) 및/또는 또 다른 방사원(5707)을 포함한다. 방사원 그 자체의 수는 2개로 제한되는 것 은 아니다. 이 장치에는, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료일 수 있는 타겟(5706)이 또한 도시되어 있다. 도 57은, 타겟 재료의 융발을 위하여 사용되도록, 방사원(5701)으로부터 타겟(5706)까지 방사 조사선을 안내하는 방사 조사선 경로(5703)를 또한 나타낸다. 경로는 스캐너(5704)를 포함하며, 경로당 스캐너의 개수는 도시된 개수로만 제한되는 것은 아니다. 도면은 방사원(5701)과 타겟(5705) 각각으로의 경로를 조절하도록 구성된 어댑터(5702, 5705)를 나타낸다. 방사원으로부터 타겟까지의 경로를 변경하기 위하여 기하학적 빔 형상이 필요한 실시 형태에 있어서, 어댑터는 초점 형성을 위하여 필요한 확대기, 축소기 및/또는 교정 광학 부재를 포함할 수 있다.
도 57은 방사원(5701)과 더불어 및/또는 병렬로 사용되는 추가 방사원(5707)이 또한 존재하는 장치(5700)의 변형예를 나타낸다. 추가 방사원은, 한 실시 형태에 따르면 정확히 동일한 방사원일 수 있지만, 다른 실시 형태에 따르면 다른 방사원일 수 있다. 한 실시 형태에 따르면, 방사원은 가열기이다. 어댑터(5708)는 어댑터(5702)와 동일할 수 있지만, 반드시 그런 것은 아니다. 어댑터는 확대기로서 통합 어댑터일 수도 있다. 스캐너(5709)는 스캐너(5704)와 동일할 수 있지만, 그러한 구성으로만 제한되는 것은 아니다. 스캐너는 본 발명의 실시 형태에 따르면 터빈 스캐너인 것이 바람직하다. 도면 작성 방식에 따라, 방사원(5707)으로부터의 방사 조사선은 방사원(5701)으로부터의 방사 조사선과 같이 타겟(5706)에 도달하도록, 어댑터(5710)가 배치되어 있다. 스캐너를 경유한 빔의 기하학적 형상이 충분히 균일하고 그리고/또는 타겟 재료 또는 그 기재의 표면 상방, 하방 또는 표면 상에 초 점이 정확하면, 장치는 어댑터를 필요로 하지 않을 수도 있다. 방사원의 방사 조사선은 한 실시 형태에서 여러 타겟으로 향할 수 있지만, 도면에는 예로서 타겟(5706)만이 예로서 도시되어 있다.
도 58은 코팅과 관련된 본 발명의 태양에 따른 실시 형태에 관한 코팅을 위하여 타겟을 제공하도록 배치된 타겟 재료 유닛(5800)을 나타낸다. 타겟 재료 유닛은 실시예에서 동일 커버 내에서 방사원 장치(5700)뿐만 아니라 타겟(5804)을 덮기 위한 케이싱(5805)을 구비하지만, 그러한 구성으로만 제한되는 것은 아니다. 도면은 융발된 타겟 재료의 재료 연무 기둥으로서 빔(5803)을 나타낸다. 연무 기둥(5803)은 기판(5802)을 피막(5801)으로 코팅하기 위하여 사용되며, 도면에서는 피막이 기판에 이미 부착되어 있는 것으로 도시되어 있다. 그와 같은 타겟 재료 유닛은 본 발명의 실시 형태에서 적절한 부분에 사용될 수 있고, 예를 들면 피막 층을 인쇄하기 위하여 3D 프린터 및 복사기 내에 사용될 수 있다. 도 58에서 유닛(5800)은 타겟을 정확한 온도로 가열하는 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 가열 수단(5806)은 레이저 및/또는 RF 발생원으로 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료 유닛은 예를 들어 도 25에서의 실시예에 따라 융발/코팅을 조절하도록 구성된 펌프(5807)를 포함한다. 도면 내에서 분위기 수단(5808)은 타겟의 융발 및/또는 기판의 코팅의 최적화를 위하여 타겟 재료 유닛 내의 분위기의 조성을 조절하도록 구성된다. 타겟 재료 유닛은, 분진 및/또는 파편이 존재하는 경우에 이를 포획하는 수단(도시 생략)을 또한 포함할 수 있다. 그와 같은 수단은 잠재적인 타겟 재료 파편을 회수하고 그에 따라 피막의 품 질을 향상시키도록 구성된 정전기 침착 수단(electrostatic precipitator means)일 수 있다. 정전기장은, 플라즈마 연무 기둥(5803)의 교란이 최소화되도록 그러나 고상/액상 입자를 회수하기에 충분하도록, 구성물의 이동도에 따라 조정될 수 있다.
도 59는 타겟 재료 유닛 내의 타겟 재료의 리본 형태 공급 모듈(5900)을 나타낸다. 릴(5903)은 타겟으로서의 사용을 위하여 타겟 재료(5902)를 공급하도록 구성되며, 타겟 재료는 융발 영역에서 가열 수단(5905)에 의하여 선택적으로 또는 추가로 가열된다. 사용된 타겟 재료 리본(5906)은 발생 가능한 잔류물과 함께 릴(5904)에서 회수된다. 한 실시 형태에 따르면, 모듈은 단지 1회 사용 모듈이지만, 또 다른 실시 형태에서, 모듈은 순환성이고 기재로 작용하는 리본은 다음 사용을 위하여 다시 코팅될 수 있다.
도 60은 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법을 나타낸다. 방법은 타겟, 기판 및/또는 피막을 선택하고 그리고/또는 노출시키는 단계(6001)를 구비한다. 본 발명의 한 실시 형태에 따르면, 타겟은 피막의 구성물을 포함할 수 있으나, 피막의 일부는 기판의 분위기 및/또는 기판 표면 구성물 등에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 피막과 동일하다. 단계 6002에서, 방사 빔은 선정 타겟 재료로 향하고, 타겟 재료는 방사 빔에 노출된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 융발될 또 다른 타겟이 존재할 수 있다. 제2 융발 단계(6004)는 단계 6003과 병렬로 도시되어 있으나 반드시 병렬 단계일 필요는 없으며, 한 실시 형태에 따르면 직렬 단계일 수 있다. 본 발명의 다른 태양에 관한 코팅의 소정의 선택적 단계가 파선으로 도시되어 있다. 한 실시 형태에 따르면, 코팅 단 계(6005)는 코팅 단계로만 사용될 수 있으나, 또 다른 실시 형태에 따르면, 제2 코팅 단계(6006)는 여러 코팅 단계가 존재할 수 있음을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 각 융발 및/또는 코팅 후에, 방법은 모든 피막 층이 이미 형성되어 있는지를 검사하는 단계를 포함한다. 이는, 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 높은 수자의 단계에서 낮은 수자의 단계로 역행하는 방향으로 향한 화살표로 도시되어 있다. 단계 6003 및/또는 6004에 있어서 피막(6011), 기판(6010) 및/또는 타겟 재료(6007)의 선택의 자유도는 원소(6008, 6009)들의 주기적 시스템에 의해 도시되어 있다. 그러나, 타겟 재료는 융발되지만, 상기 재료 그 자체는 원소들로만 한정되는 것은 아니다. 원소들의 화합물도 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막으로 코팅되는 기판은 특허 분류(patent class)의 생활 필수품에서의 모든 고체일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는, 처리 가능한 표면을 고정하여 표면을 유효 깊이까지 표면 개질 빔에 노출시키기 위한 타겟 홀더와, 표면 개질 빔을 생성하고 그리고/또는 상기 표면 개질 빔을 타겟으로 안내하는 방사 조사선 전송 경로를 생성하는 수단과, 제2 표면 개질 빔을 생성하고 그리고/또는 상기 제2 표면 개질 빔을 타겟으로 안내하는 제2 방사 조사선 전송 경로를 생성하는 수단과, 상기 기판을 고정하여 상기 표면을 유효 깊이까지 제2 표면 개질 빔에 노출시키기 위한 기판 홀더를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 인쇄를 정형화(stylization)하는 융발 빔으로서 표면 개질 빔을 생성하는 수단을 포함한다. 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 3D 물체의 인쇄를 얇은 조각(slice)형의 일부분씩 제어하도록 구성된 제어기 수단을 포함하고, 각 일부분은 유효 깊이를 구비하며, 상기 제2 표면 개질 빔은 재료 연무 기둥이다. 실시 형태에 따르면, 3D 인쇄는 냉간 융발에 의한 부조를 또한 필요로 할 수도 있다. 기본적으로 3D 인쇄를 실시하기 위한 2가지 선택 사항이 존재한다. 실시를 위한 첫 번째 방법은 인쇄되는 물체에 대하여 충분히 큰 시작 부분을 선택하고 조각하거나 부조하여 인쇄하는 것이다. 또 다른 실시 방법은 인쇄를 형성하는 연무 기둥으로서 제2 표면 개질 빔을 생성하고 한 층씩 향하게 하는 코팅 관련 방법이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 복사기는 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터를 적어도 포함한다. 그러나, 모든 구성요소가 기재되어 있지는 않으나, 그와 같은 복사기는 파일로 기록하기 위한 3D 물체의 형상 및/또는 치수에 관한 데이터를 정의 및/또는 정형화하는 제1 수단과, 3D 프린터를 제어하기 위하여 상기 데이터를 제어 지령으로 변환하는 제2 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 제1 수단은 UV, 가시광 및/또는 IR용 광학 수단을 포함한다. 그와 같은 제1 수단은 X선 단층 촬영(tomography) 및/또는 음파 수단(acoustic means)을 포함하도록 구성될 수 있다. 형상과 치수는 간섭을 이용함으로써 검출될 수 있다. 특히, 인쇄 및/또는 복사될 나노-크기의 물체에 있어서, 파장은 상세부의 충분한 해상도를 위하여 적절히 선택되어야 한다. 따라서, 나노-크기의 물체의 상대 오차는, 인쇄 및/또는 복사될 거시적 물체 또는 중간 크기의 물체에 대한 오차보다 클 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료의 제조 방법은, 필름 및/또는 시트 형태의 기재를 선택하고 그리고/또는 융발 가능한 타겟 재료의 재료 연무 기둥에 노출시켜, 기재의 적어도 한 면의 일부를 상기 타겟 재료로 코팅하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방법은 타겟 재료에 형상 특성을 제공하기 위한 기계적 샤플론의 활용을 포함한다. 샤플론은 기계적 방식으로 구현될 수 있지만, 상당한 재료 손실이 일어날 수 있어서 제품 가격에 영향을 미친다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방법은 타겟 재료에 대하여 한 방향 및/또는 두 방향으로 적어도 피치를 가진 형상 특성을 부여하기 위하여 기재 표식을 제공하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 상기 표식은 전기 표식, 자기 표식 또는 열 표식을 포함하는 표식이다. 상기 표식은 불균질 핵생성 및/또는 후속 응집을 위하여 기재 상의 여러 위치에 핵(seed)으로서 제공되어, 미리 설정된 소정 형태의 타겟 재료의 형성을 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 형상 특성을 위하여 정확한 형상이 요망되는 경우에, 방법은 기재 상에 타겟 재료 형상부를 형성하는 정형화 단계를 포함한다. 제조에 있어서, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 융발 전 및/또는 중에 예열된다. 가열은 RF 및/또는 IR 주파수에서 작동하도록 구성된 가열기에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 융발 빔보다 작은 출력을 가진 레이저에 의해 가열이 일어나도록 구성된다. 한 실시 형태에서, 융발 중에 융발되도록 예정된 타겟 재료 전체에 대하여 가열이 이루어질 수 있고, 또 다른 실시 형태에서는, 융발될 타겟 재료의 일부에 융발 빔에 선행하여 예열 빔이 우선 조사된다. 실시 형태에 따르면, 예열 빔은 융발 빔과 적어도 부분적으로 중첩되도록 조절된다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 스폿의 예열과 융발 빔 사이에 융발될 재료에 따라서 조정된 이완 시간이 존재한다. 예를 들어 필름, 리본, 박막, 판, 벨트, 로드 또는 이들의 조합과 같은 여러 형태일 수 있는 타겟의 가열에 의해 장점이 얻어진다. 빔에 의해 형성되는 표면의 구조 및/또는 융발에 의한 코팅이 예열에 의해 더욱 양호하게 제어될 수 있다는 것이 하나의 장점일 수 있다. 피막 구조는 3D 및/또는 고품질에 있어서 더욱 바람직할 수 있다. 예열은 여러 타겟에 대하여 사용될 수 있고, 특히 타겟으로서 카본 및 관련 파생물(derivative) 및 산화물에 대하여 사용될 수 있다. 파생물이라 함은 여러 형태의 탄화물 및 탄질화물과 같은 카본의 화합물뿐만 아니라 소결 카본(sintered carbon), 열분해 카본(pyrolytic carbon)과 같은 다양한 형태의 흑연을 지칭한다. 그러나, 상기 예들은 타겟의 예열에 있어서 타겟 재료를 단지 예시된 것으로만 제한하기 위한 것은 아니다.
도 61의 실시 형태는, 터빈 스캐너 이외의 다른 여러 스캐너 유형을 사용하는 선택적 실시 형태를 나타내며, 터렌트 반사경(Turrent mirror)으로 구성된 실시 형태를 나타낸다. 도 61에서 대문자 A 내지 I는 도 61에서 스캐너 부재 형태의 동작과 위치에 관한 것이다. 도면부호 b는 방사 빔을 굴절시키기 위한 M으로 표시된 반사경의 기재, 축 및/또는 베어링을 나타낸다. 그러나, 실시 형태에 따라서는, 반사경은 반사경 상에 융발 피막을 포함할 수 있으나, 이러한 구성으로만 제한되는 것은 아니다. 도 61의 실시 형태는 주사 사이클 중의 스캐너의 한 위치를 좌측에 나타내며, 우측에는 스캐너의 또 다른 위치가 나타나 있다. 도 61의 좌측은 안정 위치일 수 있으나, 이로만 제한되는 것은 아니다. 스캐너 동작은 스캐너 부재의 치수에 비례하여 도시되어 있지는 않으며, 설명된 예에서 어떤 종류의 동작이 존재하는지를 표현하기 위하여 도시되어 있으나, 그 동작이 소정 각도의 굴절 또는 비틀림으로 제한되는 것은 아니다. 도 61의 A에서는, 비틀림에 기초한 스캐너가 스캐너 부재 형상의 변형을 수반하는 것으로 도시되어 있고, F에서는, 단일 동작에 대하여 실질적으로 변형되지 않은 채로 스캐너 형상이 유지되는 그러한 비틀림을 나타낸다. B, C 및 D의 실시 형태는, 일부에 반사경을 포함하는 외팔보(cantilever) 또는 빔의 선형 굽힘의 여러 형태를 나타내지만, 외팔보 또는 빔의 일단에 반사경을 포함하는 실시 형태로만 제한되는 것은 아니다. B에서, b는 빔의 일부분으로부터 만곡되지만, E의 실시 형태에서는, 빔의 전체 길이 치수가 만곡된다. G는 단지 하나의 반사경만이 도시되어 있는 패딩 휠(padding wheel)형 스캐너를 나타내지만, 반사경의 개수는 도시된 바로만 제한되는 것은 아니다. H에는 비틀림형 반사경이 도시되어 있다. 이는 전후 이동을 하는 요동형 반사경일 수 있고, 또 다른 변형 실시 형태에서는, 연속적인 일방향 회전 반사경일 수도 있다. I에는, 음파로 구동되는 콘(acoustically driven cone)이 주사 표면용으로 배치된 반사경 표면(M1)을 구비하는 것으로 도시되어 있다. 음파 구동은 확성기에 관한 오디오 기술에서와 같은 기술에 의해 이루어질 수 있으나, 신속한 동작이 가능하고 그리고/또는 인간의 가청 범위 상한을 초과하는 높은 주파수가 방사 빔의 굴절을 위해 사용될 수 있도록, 반사경을 위한 기재는 경량인 것이 바람직하다. 방사 조사선이 바로 후방에서 우측 으로 입사되는 경우에 도시된 위치에서, 반사경(M2)을 포함하는 부재가 빔을 굴절시키기 위하여 사용될 수 있다. 한 실시 형태에 따르면, M1과 M2 중 하나의 반사경은 움직이도록 배치되지만, 또 다른 실시 형태에 따르면, 주사되는 방사 빔의 더 넓은 변화를 포함하도록 2개의 반사경 모두가 움직이도록 배치된다. 도시된 실시 형태에 따르면, M1 및/또는 M2의 표면은 직선으로 도시되어 있으나 원추형이며, 그 표면이 도시된 실시 형태로만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 반사경(M1 및/또는 M2)이 형성된 표면은 주사 방사 조사선의 소정 폭을 가지도록 만곡되어 있다. 곡률은 타겟에 충돌하도록 최적화될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 표면 곡률은 지수 함수로 표현될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 표면에서 방사 빔의 새로운 경로(virgin path)를 증가시키기 위하여, A 내지 I 중 적어도 2개의 도시된 동작이 적절하게 조합될 수 있다.
도 61은 소정 치수의 동작 및/또는 비틀림을 나타낸다는 것은 당업자에게는 명백하지만, 실시 형태에 관하여 도시된 예로부터 당업자라면, 동작들 중 적어도 일부는 더 큰 치수로 그리고/또는 조합되어 일어날 수 있다는 점을 이해할 수 있으며, 따라서, 굽힘은 선형 빔에 대하여 도시되어 있으나, 빔은 다른 방향으로도 굽힘 변형될 수 있고 그리고/또는 부재의 축을 따라서 비틀림 변형될 수도 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 이러한 방향들은 도시된 측방으로만 제한될 필요가 있는 것은 아니다.
도 61은 반사경을 구비할 수 있는 스캐너 부재에 관한 예를 나타낸다. 그러나, 정지 부재(static part)는 도시되어 있지 않으며, 정지 부재에 대하여 여러 유 형의 다양한 동작을 하는 이동, 굽힘 및/또는 회전 부재가 움직이게 된다. 도 61에는 정지 부재에 대한 가동 부재의 부착이 도시되어 있지는 않으나, 당업자라면 실시 형태로부터, 예시된 부재 b의 동작이 용이해지도록 부재 b의 부분이 부착될 수 있는 실시 형태를 이해할 수 있을 것이다.
<실시예>
<실시예 1>
도 1은, 섬유 발진기(3)와 전치 증폭기(preamplifier)(2)와 더불어, 다이오드(4)와 세삼-그리드(sesam-grid)(5)에 의한 입사 레이저 광의 형성을 나타낸다. 새로운 레이저 시스템은 위상화-다각화-증폭화-직접-모드 레이저 시스템(PDADM 레이저 시스템)이다. 펄스 길이, 피치, 출력 및 기타 방사 조사선 특성을 결정하는 유닛은 PDADM 레이저 시스템의 전치 증폭기 유닛(1)이다.
이는 실제로는 전체 방사원 장치를 제어하도록 구성된 디지털 제어형 제어 센터이다. 방사원 장치는 완전 섬유-기반의 레이저 시스템이다.
제2 위상 레이저 펄스 게인/증폭(6)은 동일 중앙 유닛(1) 내에 존재하므로, 레이저 광이 증폭되어 향하게 되는 다수의 소망 가공 지점 및/또는 타겟의 개수에 따라, 병렬 배치된 다수의 증폭 유닛(7, 8)이 작동될 수 있다.
(광 펄스로서의) 저출력 레이저 펄스(9)는, 도시된 실시예에 따르면, 그 후에 분할기(divider)를 통하여 세 방향(10, 11, 12)으로 향하고, 예를 들면 도 8에 따라서 선택 가능한 별도의 가공 지점(13, 14, 15)들로 전송된다.
최적화된 고출력 레이저 펄스를 형성하는 수단인 다이오드 펌프(18)들은 방 사원 장치 내의 단일 방사원일 수 있거나, 전송되는 저출력 레이저-광 펄스를 수신하도록 구성된 동종 또는 이종의 다수의 방사원들이 존재할 수도 있다.
다이오드 펌프(18) 내에서, 저출력 저등급 레이저 광 펄스는 증폭되고 고출력 고등급 레이저 광 펄스로 변환되어, 펄스화된 레이저 광을 위한 광학 확대기(optical expander)(21)를 통해 터빈 스캐너로 향할 수 있다.
다이오드 펌프로부터, 레이저 펄스는 짧은 파워-섬유(29)를 통하여 광학 빔 확대기로 전송될 수 있거나, 광학 펄스 확대기는 바로 다이오드 펌프(18) 자체의 일부일 수 있다.
섬유 레이저 광 기반의 장치에 관한 방사원 장치의 실시 형태의 중요한 특징은, 큰 레이저 출력을 생성하는 다이오드 펌프(18)인 출력 증폭기가 도 8에 따라서 목표 가공 지점에 인접하게 배치된다는 점이고, 저출력 레이저 펄스는, 공동 제어 센터로부터, 펄스가 최종 출력 수준으로 증폭되는 위치까지 전송되어, 그 위치에서 사용된다.
본 발명에 개시된 그와 같은 실시 형태는 외견상 다이오드 펌프형 섬유 레이저와 유사하지만, 본 출원의 우선일 당시의 종래의 레이저 유닛과는 달리, 그와 같은 종래 레이저 유닛의 일부가 아닌 기화/융발 시스템의 일부로서 배치된 다이오드 펌프를 포함하는 출력 증폭기를 구비한다.
따라서, 고출력 레이저 펄스 전송 섬유뿐만 아니라 이를 위한 광학 커넥터는 더 이상 필요하지 않고, 적어도 그 필요성은 완전히 제거되지 않더라도 현저히 감소될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 융발 공정은, 새로운 레이저 시스템 내에 사용되도록 의도된 출력으로 작동되는 현재의 고출력 섬유의 사용 증가뿐만 아니라 출력 전달의 주요 문제점들을 덜 겪게 된다.
레이저 시스템으로 구성되는 새로운 방사원 장치의 작동에 대한 중요한 특징에 의하면, 레이저 시스템은, 기화 카세트(90, 91)의 일부로서 예를 들면 도 6에 따른 진공 기화/융발 장비(89)에서, 가공 지점에 높은 레이저 출력을 발생시키도록 배치된 다이오드 펌프형 섬유 기반 레이저인 모듈형 발진 출력 증폭기(MOPA)를 기반으로 한다. 따라서, 해당 레이저 시스템의 실시 형태는, 그와 같은 고출력 에너지 펄스의 전달을 위한 광학 섬유 및/또는 커넥터가 전혀 필요 없는 것이 아니라면, 최소한의 광학 섬유 및/또는 커넥터를 포함한다. PDAD-기반의 레이저 시스템은 목표 위치에서 사용될 곳에 고출력 레이저 펄스를 생성한다.
<실시예 2>
도 2는 레이저 관련 실시 형태로서 실시된 방사원 장치의 일부를 나타낸다. 실시 형태에서, 다이오드 펌프로서의 출력 증폭기는 기화/융발 시스템 내에 그 일부로서 배치됨으로써, 고출력 레이저 펄스 전달 섬유와 이를 위한 광학 커넥터는 필요하지 않고, 완전히 필요 없는 것이 아니라면 적어도 그 필요성은 현저하게 감소한다. 본 실시예에서, 다이오드 펌프는 진공 기화/융발 장비 내에 존재한다. 또한, 도 2에 따른 실시 형태에서, 광학 확대기는 고출력 섬유를 통하여 다이오드 펌프에 연결된다.
<실시예 3>
도 3은 레이저 관련 실시 형태로서 실시된 방사원 장치의 일부를 나타낸다. 실시 형태에서, 다이오드 펌프형 레이저 출력은 터빈 스캐너로 향할 수 있다. 극대로 펄스화된 레이저 출력이 생성되지만, 그 결과 주사(scanning)는 단일 반사경 영역으로부터 가능하지 않고 여러 반사경 영역에 의하여 실시된다.
따라서, 도 3은 극대로 펄스화된 레이저 출력이 생성되고 광학 섬유(47)에 의해 전송되거나 더욱 바람직하게는 직접 레이저 빔/펄스 확대기(48)로 바로 전송되고, 확대기로부터 확대된 레이저 빔(50, 51)은 중앙 축(57)을 중심으로 회전하는 터빈 스캐너(52)로 향한다.
따라서, 각 다이오드 펌프에 의해 생성된 후에 확대된 레이저 빔(51, 52)은 그 자체의 레이저 빔 반사 표면(53, 54, 55, 56)을 생성한다.
그와 같은 처리 방식의 이유는, 4개의 고출력 다이오드 펌프형 레이저 빔이 하나의 레이저 빔으로서 스캐너(52)에 바로 향하게 되면, 스캐너가 손상되기 때문이다. 도면부호 58은 일반적으로 전치-증폭 저출력 레이저 펄스를 다이오드 펌프(52)에 공급하는 것을 나타내고, 도면부호 42는 일반적으로 전기 회로 보드를 나타낸다.
<실시예 4>
본 실시예에서 극히 높은 출력의 레이저 펄스가 생성되지만, 단지 하나의 반사경 영역을 사용하는 주사가 불가능하므로, 주사는 여러 반사경 영역에 의해 이루어진다.
따라서 도 4는 도 3의 작동으로부터의 결과를 나타내며, 4개의 별개의 레이저 빔(64)이 광학 렌즈(67)에 의해 공통 지점(66)에 집광(65)된다.
도 4는 4개의 별도의 레이저 빔(60, 61, 62, 63)이 중앙 축(67)을 중심으로 회전하고 있는 단일 스캐너(59)로 향하는 방식과 4개의 별도의 레이저 빔이 단일 지점에 집광되는 방식을 또한 나타낸다.
<실시예 5>
실시예 5는 가공편(working piece)을 위한 제조 장비를 나타내는 도 5에 도시되어 있으며, 진공, 과압 용적, 또는 기상 내에 미리 설정된 소정 조성의 구성물이 존재하는 용적으로 이루어진 제어 용적(controlled volume) 내에서 코팅이 일어나도록 장비가 구성된다.
작동은 일부가 전술한 실시 형태와 유사하지만, 예를 들면 도 9의 실시예의 경우에는 기화 카세트 시스템 전체가 제어 용적 내에 존재하나, 도 5에 따른 작동에 있어서는 기화 카세트가 2개의 부재로 분리되어 그 중 하나의 부재는 제어 용적(64)의 외측에 위치한다는 점에 의하여 관련 실시예들과는 차이가 있다.
전치 증폭기, 전력 공급 및 제어 유닛(72)을 포함하는 중앙 유닛(71)은 전술한 실시예와 동일하고, 중앙 유닛(71)으로부터 기화 카세트 시스템으로 이르는 라인이 존재한다.
도 5에 따른 실시 형태에서, 다이오드 펌프, 광학 출력 증폭기(73, 74, 75, 76)뿐만 아니라 광학 레이저 빔 확대기와 스캐너(78)는 제어 용적의 외측에 위치한다.
확대된 레이저 빔은 반사경(79)을 경유하고 수축(80)하여, 타겟(78)의 소망 위치 상에/내로 집광된다.
이와 같은 도 5의 적용에 있어서, 도 9의 적용에 따른 실시예에 대해 설명된 바와 같이, 이는 실시예에서 기화 카세트 시스템 내에 통합된 다이오드 펌프인 광학 출력 증폭기에 의해서, 사용 중의 위치에 최종적인 큰 레이저 출력을 생성하기 위하여 PDAD 레이저 시스템을 활용하는 동일한 기술이다.
신규한 방법에 있어서, 이는 실제로는 본 발명의 적어도 2개의 관련된 조합인데, 하나는, PDAD 레이저 시스템 그 자체이고, 또 하나는, 예를 들어 다이아몬드, 사파이어, 탄화규소, 탄질화물 등을 포함하는 피막에 적용되는 바와 같이, 미리 설정되고 제어된 가스 분위기 또는 진공을 포함하는 제어 용적 내에서 재료 생성 및/또는 코팅의 조합에 있어서 PDAD 레이저 시스템의 사용이다.
또한, 특정 실시 형태의 신규한 특징은, 예를 들면 진공 용적으로 구성된 단일 생산 용적을 활용하기 위하여 하나 이상의 기화 카세트 시스템일지라도 처리될 수 있다는 점이다.
<실시예 6>
실시예 6은 도 6에 도시된 진공 기화/융발 장치 및/또는 관련 장치에 관한 것이다. 장치는 금속, 금속 산화물, 보론, 보론 화합물, 질화물, 세라믹 화합물 및/또는 유기물로 직접 코팅을 할 수 있다. 또한, 작업 공정 중에, 새로운 화합물이 제조될 수 있다. 한 원소를 다른 원소와 결합, 예를 들면 알루미늄을 산소와 결합하여, 가공편의 코팅을 위하여 알루미나(Al2O3)가 제조될 수 있다.
장치는 기화/융발에 의해 카본으로부터 직접 다이아몬드의 제조를 위하여 매 우 용이하게 적용될 수 있다. 또한, 천연 다이아몬드보다 경질인 화합물의 일례인 질화물-다이아몬드(nitride-diamond)와 같은 다이아몬드의 파생물이 제조될 수 있거나, 이전에 상용화되어 있지 아니하거나 기술적인 관점에서 제조하기가 매우 곤란한 완전히 새로운 화합물이 생성될 수 있다.
장치로서 신규한 실시 형태는 레이저 시스템의 다양한 특징에 기초하며, 레이저 빔 그 자체는 완전한 형태로 목표 영역에 전송된다.
장치로서 신규한 실시 형태는, 레이저 빔 자체가 목표 영역에 완전한 형태로 전송되도록 다양한 구조를 가진 완전 섬유 반도체 다이오드-펌프형 레이저 시스템에 기초하며, 이는 기화 카세트 시스템 내에 그 일부로서 위치하므로 가공편의 제조 장비의 제조를 용이하게 한다.
도 6에 도시된 가공편의 제조 장비는 그 크기가 매우 클 수 있고, 예를 들면 진공 체임버(89) 자체는 길이가 5m일 수 있고 20개의 기화 카세트(91, 92)를 포함할 수 있으며, 각각은 전형적으로 출력이 100W를 초과하는 레이저를 피코-초 레이저 실시 형태로서 포함한다. 그러나, 본 실시예에서의 수치는 예시적일 뿐이므로 이에 한정되는 것은 아니다.
제조 장비는 예를 들면 냉간-융발 기술의 문제에 적용 가능, 즉 30㎛ 스폿에 대하여 대략 5μJ ~ 30μJ의 극히 큰 펄스화 에너지를 사용하는 피코-초, 아토-초 및/또는 펨토-초 레이저 분야에 적용 가능하므로, 펄스당 200kW ~ 50MW와 같은 높은 수준의 출력을 생성한다.
레이저 융발에 있어서, 특히 연무 기둥을 위하여 융발될 타겟 재료와 레이저 빔이 만나는 각도 및/또는 연무 기둥 형성 시에 연무 기둥이 전파하는 방향의 각도로부터 상당히 중요한 점이 나타난다. 한 실시 형태에서, 전형적으로 융발 가능한 타겟은 둥근 형태일 수 있고 자체의 중심 축을 중심으로 또한 회전할 수 있으나, 연무 기둥, 타겟 재료 및/또는 코팅된 기판과 관련하여 융발의 최종 결과는, 타겟(112)의 수직 및/또는 직선 운동을 이용하는 이러한 적용의 실시 형태(도 8)에서와 같이, 평활하지 않고 고품질이 아닐 수 있다.
도 6을 따르는 상황이라면, 코팅될 제품이 활성 코팅 영역을 통과하여 제품의 각 면이 동시에 코팅되도록, 작동 중인 4개의 기화 카세트(91, 92)는 서로 대향 배치될 수 있으나, 이러한 구성으로만 제한되는 것은 아니다.
제품이 수평 위치에 있는 경우(이러한 구성으로만 한정되는 것은 아니다)에 기화 카세트의 쌍을 통해 공급되면, 바람직하게는 레이저 빔들 중 하나는 하방으로부터, 다른 하나는 상방으로부터 향할 수 있고, 각각은 90° 회전한 자체의 타겟으로 향함으로써, 레이저 빔은 타겟에 수직으로 충돌하므로, 가공편으로 향하는 플라즈마로서 타겟 물질의 연무 기둥을 생성한다.
완전히 자유로이 전파하는 레이저 빔에 의해 전술한 바와 같은 레이저 융발의 적용이 어떻게 이루어졌는지는 이해하기가 어렵다.
<실시예 7>
본 발명의 실시 형태와 실시예 7에 따른 PDAD-레이저 시스템이 본 실시예에 기재되어 있으며, 본 실시 형태에서는 터빈 스캐너로 향할 방사 조사선을 생성하도록 구성된 다이오드 펌프에 부착된 일체 통합형의 확장기 및/또는 교정 광학 기구 를 포함한다.
<실시예 8>
도 8은 가공 타겟 내로 고출력 레이저 펄스(115)를 생성하도록 배치된 다이오드 펌프(112)를 포함하는 PDAD-레이저 시스템을 나타내며, 이 시스템은 기화/융발 시스템 자체의 일부로서 진공 체임버(124)의 내측에 위치하며, 경로 또는 본 발명의 실시 형태에 따른 개선 경로를 포함하므로, 터빈 스캐너(111)와 집광 렌즈(116)와 기화 카세트(119)를 포함하는 필요한 광학 기구를 포함하며, 레이저 빔은 타겟 상으로/내로 향하고 그리고/또는 집광된다.
그러한 경우에, 고출력 레이저 빔이 생성되는 다이오드 펌프(112)에는 광학 섬유를 통하여 저출력 전치-증폭 광 펄스만이 공급된다. 생성된 고출력 레이저 광은 바로 다이오드 펌프 내에서 확대됨으로써, 터빈 스캐너(111) 및/또는 시준/집광 렌즈에 의해 타겟 상에/내에 주사될 수 있다. 터빈 스캐너(111)와 이를 회전시키는 모터, 다이오드 펌프(112) 및 필요한 전자 장치는, 다단 작동 본체(multi-operational body) 내에 배치된 공통 회로 보드(120) 상에 위치한다. 도 8에 따른 시스템은 예를 들면 도 6에 도시된 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치(89) 내의 도면부호 91과 92의 내측에 배치된다.
<실시예 9>
본 발명의 실시 형태의 방법에 따른 작동 원리가 도 9에 또한 도시되어 있고, 도 6에 따라 가공편을 제조하기 위한 전형적인 경우가 예시되어 있다. 본 실시예에서 하나 이상의 기화 카세트(135)가 존재한다는 점이 중요하며, 제조 장치(예 를 들면, 도 6) 내에서 기화 카세트의 특징은 도 8에 더욱 상세히 도시되어 있다. 가공 공정은, 기화 카세트의 정확한 개수뿐만 아니라 반복율[Hz], 펄스 길이 및/또는 피치[ns, ps, fs, as], 펄스 에너지[J], 펄스 출력[W] 등과는 무관하게, 기화 카세트(135, 136, 137, 138) 내에서 동일하다. 그러나, 본 발명의 실시 형태의 변형예에서, 공통적인 파라미터가 적용 가능하지 않은 경우에, 각 기화 카세트(136, 137, 138) 또는 일부 기화 카세트에 대하여 개별적인 물리량의 파라미터화를 필요로 하는 기화 공정 내에서 물질이 사용되는 상황이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 새로운 방법에 있어서, 펄스 출력 및/또는 펄스 에너지는 기화 카세트에서 구체적으로 조절될 수 있거나 제어될 수 있다. 이러한 구성의 장점은 조절이 반드시 PDAD-시스템에 반드시 영향을 미치는 것은 아니라는 점이다. 그 조절은, 다이오드 펌프, 출력-증폭기의 출력을 조절 또는 제어함으로써 이루어질 수 있고, 상기 방법에서 출력 증폭기의 출력이 특정치로 제한되는 것은 결코 아니며, 따라서 각 출력 증폭기는 각 다이오드 펌프에 대하여 개별적이고 독립적으로 조절될 수 있으나, 이러한 조절로만 제한되는 것은 아니다.
가공 공정과 관련하여 "동일하다"라는 것은, 그러한 가공 공정 그 자체가 항상 동일 기화 카세트에서 이루어지고, 전반적으로 채용되는 상세 공정에 대하여 필수적인 파라미터, 예를 들면 반복율[Hz] 및/또는 펄스 길이뿐만 아니라 피치가 일정하다는 것을 의미한다. 본 발명의 실시 형태에서, 전치-증폭기와 제어 유닛 모두는 타겟/기판이 구비된 각 가공 위치에서 모든 기화 카세트에 공통적이며, 반복율[Hz], 펄스 길이 및/또는 피치는 그와 같은 유닛에 대하여 적정 부분에서 일정하 지만, 또 다른 실시 형태에서, 유닛의 수는 반복율의 수, 펄스 길이의 수 및/또는 2개의 연속된 펄스들 사이의 피치에 의존한다. 따라서, 장비 또는 장치마다의 특성은 가급적 일정하게 유지되지만, 본 발명에 실시 형태에 따른 장치, 방법 및/또는 시스템을 연장하거나 상정하는 모듈형 적용 가능성이 제한되는 것은 아니다.
또한 도 9에 도시된 작동 원리에 따르면, 가공 지점인 기화 카세트(135)들은, 단지 예를 들자면, 5개의 기화 카세트(136)와 10개의 기화 카세트(137)가 각각 직렬 및/또는 병렬로 작동되도록 장착될 수 있으며, 기화 카세트의 각 가공 폭은 예를 들면 150mm이지만 이러한 수치로만 제한되는 것은 아니다. 추가로 또는 선택적으로, 동일한 시스템은 하나의 집단(wholeness)(138)에 속하는 동일한 기화 카세트(136, 137)를 포함할 수 있다. 기화 카세트는 이러한 실시예의 상세 내용으로만 제한되는 것은 아니며, 제시된 상세 내용은 당업자가 실시예의 범위를 벗어나지 않고 실시 형태를 실시하는 여러 방법을 알 수 있게 하는 실시예로서 이해되어야 한다.
특정 제품 제조의 목적을 위한 제조 장비를 제공하고 그 장비를 경제적으로 제조할 수 있도록 하고, 어떠한 합리적인 크기로도 변경 가능한 모듈성을 포함하기 위해서는, 기화 카세트, 전치-증폭기, 제어기와 같은 구성품 또는 부재를 충분히 동일하게 함으로써, 제조 장비에 포함된 시스템 내에 단지 유닛을 추가함으로써 시스템의 크기를 변경할 수 있도록 하는 그러한 관점에서 장비를 제조하여야 한다.
예를 들면, 고려된 최적 작업 특성을 위하여 합리적인 위치에 배치될 수 있는 PDAD-레이저 시스템의 중앙 유닛은 20m의 거리에도 배치될 수 있고 다른 실내에 도 배치될 수 있으며, 적어도 출력 증폭기를 위한 다이오드 펌프용 전력원이 유리한 위치에 배치되고, 라인(126)이 중앙 유닛으로부터 가공 용적(139)에서 타겟/기판을 구비한 각 가공 지점으로, 예를 들면 50개의 부분(129)으로 분할되어 각 가공 지점에 이르도록, 중앙 유닛이 구성될 수 있다. 각 방사원을 제어하는 전체 레이저 시스템용 제어 유닛은 적절한 제어 경로를 구비하는 방사원들만큼의 다수의 제어기들을 포함할 수 있지만, 또 다른 실시 형태에서는, 여러 방사원 및/또는 관련 광학 경로 구성요소를 제어하기 위한 자유도를 얻기 위하여, 적어도 일부 방사원들은 그룹으로 제어되고, 일부 방사원들은 서로 독립적으로 제어된다.
따라서, 예를 들어 소정 개수의 카세트를 위한 일정한 구성으로서의 22개의 단자를 구비한 전송 통로(feed-through)(127)에 의해 10개의 기화 카세트의 작동이 제어될 수 있으나, 제어는 통상적으로 신호를 각각의 제어 가능한 기화 카세트로 안내하는 단일 광케이블에 의해 이루어질 수 있다. 또한 마찬가지로, 블루투스, IR 또는 그와 같이 공지된 기타 데이터 전송 포맷이 제어 매체에 적용될 수 있다.
기화 카세트(135)는, 필요에 따라서, 데이터 전송 구성요소가 배치될 수 있는 전자 회로 보드(120)(도 8)를 포함한다.
광섬유(128)는 도 9에서 가공 공간 내측의 가공 지점(139)에서 여러 부분(131)으로, 예를 들면 20개의 개별적인 분기부(branch)로 분기되는 것이 가장 바람직하다. 또한 도 9에 있어서, 각 기화 카세트(135)는 기화 카세트에 그 작동을 위한 에너지를 공급하는 라인(134), 기화 카세트(138)의 제어를 위한 라인 및/또는 전치-증폭 레이저 펄스를 위한 라인(132)을 수용하는 것으로 도시되어 있다. 도시 된 라인(132, 134, 133)들은 개별적인 별도의 라인 또는 조합된 라인일 수 있거나, 하나의 라인 내에 통합될 수 있다.
또한, 각 기화 카세트(135)로부터 중앙 유닛에 이르는 라인이 배선되어, 상태에 관한 정보, 기화 공정으로부터의 결과, 단계, 기타 공정 파라미터 및/또는 카세트의 작동 특성에 관한 정보 등을 중앙 유닛에 제공한다.
따라서, 각 다이오드-펌프의 레이저 펄스는 강하므로 공지의 섬유를 통해 다이오드-펌프로부터 타겟으로 레이저 펄스를 전송하는 것이 불가능하지만, 각 다이오드-펌프는 저출력 레이저 빔에 의해 제어될 수 있다.
따라서, PDAD 원리에 따르면, 펄스 형태의 큰 방사 조사선 출력은 바로 사용 위치에서 생성되는데, 다시 말하자면, 도 9의 기화 카세트(135) 내에 통합된 수단에 의해서 생성된다.
따라서, 섬유 레이저의 일반적인 두 가지 문제점, 즉 섬유와 커넥터에 관한 문제점이 또한 해결되므로, 광학 레이저 펄스는 섬유와 광학 커넥터를 통과할 필요가 없고, PDAD 시스템에 관한 본 발명의 실시 형태에 따른 시스템에는 섬유와 광학 커넥터가 필요하지 않게 된다.
<실시예 10>
실시예 10은 여러 다이오드 펌프형 레이저 빔을 포함하는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치를 나타내며, 각 레이저 빔은 터빈 스캐너와 확대기를 통해 기화/융발 타겟으로 향한다(도 10).
<실시예 11>
실시예 11은 본 발명의 실시 형태에 따른 다이오드 펌프 세트를 나타내며, 각 다이오드 펌프에 대하여 그 자체의 광학 빔 확대기를 포함한다. 그와 같은 소형 모듈 구조체는 각각의 레이저 빔에 대하여 제조될 수 있다.
<실시예 12>
실시예 12(도 12)는 비대칭형 광 패턴 생성을 나타낸다.
<실시예 13>
실시예 13(도 13)은 대칭형 광 패턴 생성을 나타낸다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 다이오드 펌프는 진공 기화/융발 장비의 외측에 배치될 수 있고, 터빈 스캐너, 교정 광학 기구 및/또는 타겟 재료는 장비의 내측에 위치한다. 그러나, 당업자라면 본 발명의 실시 형태로부터, 청구범위에 따라 실시된 장치의 범위를 벗어나지 않고 하나의 장비로서 동일 커버 내에 장비를 구성하는 여러 방법이 존재한다는 점을 이해할 수 있다.
<실시예 14>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따른 본 발명의 실시 형태에 따른 진공/융발 장치의 구성에 의해 광학 표면이 냉간 가공되었다. 그러한 광학 표면은 실제로 본 발명의 실시 형태의 도움으로 제조되는 거의 모든 광학 표면일 수 있다. 본 실시예에서 광학 표면의 범주는 렌즈의 형상과는 무관하게 다양한 종류의 렌즈를 포함하며, 렌즈의 형상은 볼록형, 오목형, 또는 절반 볼록형, 절반 오목형 또는 양자의 조합형일 수 있다. 또한, 본 실시예에서의 광학 표면의 범주는 전자기 방사 조사선을 투과하는 판 형태의 적어도 부분적 투과성, 투명성 또는 불투명성의 창(window) 등을 포함한다. 본 실시예에서 광학 표면의 범주는 반사경 및/또는 스크린을 또한 포함한다. 본 실시예에서 광학 표면의 범주는 프리즘형 물체의 표면, 프레스넬-판(Fresnell-plate), 다양한 종류의 그리드, 텔레비전 튜브 표면 또는 디스플레이 스크린 등을 또한 포함한다.
<실시예 15>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에서 블레이드(blade)가 냉간 가공되었다. 본 실시예에서 블레이드의 범주는 적어도, 주방용 또는 정원용 칼, 또는 직물 공장, 제지 공장 또는 정육점 및/또는 제과점과 같은 소비재 제조소에서의 산업용 절단 장비의 일부, 또는 나무 또는 목재를 절단하기 위한 도구와 같은 어떠한 블레이드일지라도 포함한다. 블레이드의 범주는 톱니를 구비하거나 구비하지 않는 직선형 및/또는 곡선형의 날을 또한 포함한다. 회전 날도 블레이드의 범주에 포함된다. 면도날뿐만 아니라 검(sword) 및 도끼도 블레이드의 범주에 포함된다.
<실시예 16>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에 의해 변압기가 제조된다. 본 실시예에서 변압기의 범주는 적어도 본 발명의 특징을 활용하기에 적절한 어떠한 변압기라도 포함한다. 피막에 의해 예를 들어 전자기 방사 조사선을 전기로 변환하거나 그 역변환을 일으키는 변환기는 본 실시예의 범주에 포함된다. 태양 전지, 가열 요소 또는 펠티에-요소(Peltier-element)는, 투과성이든 아니든지 또는 투명하든지 불투명하든지, 실 시예 16의 범주에 포함된다. 방사 조사선, 열 및/또는 전기에 의해 굽힘 변형되는 막(membrane)은, 만곡/진동 부재를 포함하거나 포함하지 않는 마이크로-기계 요소이든지 거시적 요소이든지 무관하게, 변환기의 범주에 포함된다. 또한, 필름에 의한 자체-세정 특성을 위하여 본 발명의 제1, 제2 및 제3 태양에 따라 제조된 피막을 포함하는 표면은, 창이든지 반사경 형태이든지 무관하게 그리고 그 표면이 투과성이든지 아니든지 또는 불투명성이든지 투명성이든지 무관하게, 본 실시예의 범주에 해당한다.
<실시예 17>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성의 의한 냉간 가공에 의해 용기가 제조되었다. 용기의 범주는 본 실시예에서 적어도 찻잔에서부터 화학 공장의 반응기에 이르기까지 가정용 및/또는 산업용 용기를 포함한다. 또한, 유체를 이송하기 위한 이송 라인은 본 실시예에서의 용기의 범주에 속하는 것으로 고려된다. 피막은 용기의 외측 및/또는 내측 표면에 형성될 수 있다. 피막은 마모 저항성이 개선된 피막일 수 있고, 추가로 또는 선택적으로 용기의 방사 조사선 내성, 화학적 내성 및/또는 용기 세정 시의 세정 효율이 향상하도록 작용할 수 있다. 특정 외관을 위하여, 또는 순전히 기술적인 목적으로 예를 들어 일부분을 접합하기 위하여, 본 발명의 제2 태양에 의해 조면화(roughening)된 용기는 본 실시예의 범주에 속한다. 배, 잠수함, 비행 장비, 버스, 트럭, 화물차, 자동차 및 철도와 같은 모터 구동 차량 및/또는 이들의 부품뿐만 아니라 군용 차량과 탱크와 같은 군용 수송 수단은 본 발명의 범주 내에 포함 된다.
<실시예 18>
본 발명의 제1, 제2 및 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에 의한 냉간 가공에 의해 공구(tool)가 제조되었다. 본 실시예에서 공구의 범주는 적어도 해머, 나사 드라이버, 렌치 등의 고정 또는 조정 기능의 공구, 톱, 체인 톱(chain saw), 드릴, 경운기, 절단기, 전단기, 블레이드 등의 어떠한 공구라도 포함한다. 공구의 범주에는 로프, 체인, 못, 대못(spike) 및 나사뿐만 아니라 볼트 및/또는 너트, 스터드와 리벳, 및 의학용, 가정용 또는 산업용 용도의 모든 종류의 기계적 베어링과 힌지가 포함된다.
<실시예 19>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에 의한 냉간 가공에 의하여 의료 대체품이 제조되었다. 의료 대체품의 범주는 본 실시예에서 적어도 본 발명의 실시 형태에 따라 이루어진 표면을 포함하는 뼈의 어떠한 의료 대체품이라도 포함한다. 또한 피막을 구비하는 각 치아 및/또는 치아들은 본 실시예의 범주에 포함된다. 마모 저항성을 목적으로 하는 표면 피막을 구비하는 인공 관절과 힌지는 본 실시예의 범주에 속한다. 피막은 그와 같은 각 부품의 장착 환경에서 기계적 마모 저항성과 화학적 마모 저항성을 향상시킬 수 있다. 피막은 대체품에 대하여 뼈/시멘트 부착을 향상시킬 수 있다. 한편, 골화 과정 중에 뼈 형성을 위하여 기여하도록 계획된 그와 같은 대체품용으로 제조된 표면은 골화 과정의 최적화를 위하여 적절히 조면화 및/또는 코팅 될 수 있다. 대체품에는 대체품에 인접한 조직(tissue)이 용이하게 부착될 수 있도록 표면 피막이 제공될 수 있다. 의료 대체품의 범주에는 로프 또는 로프류, 체인, 못, 스파이크 및 나사뿐만 아니라, 볼트 및/또는 너트와, 스터드와 리벳 및 모든 유형의 기계적 베어링과 힌지가 포함된다. 피막을 구비하거나 구비하지 않도록 제조된 스텐트(stent) 또는 동맥 치료품(artery part)은 본 실시예의 범주에 또한 포함되고, 코팅된 동맥 대체품도 본 실시예의 범주에 포함된다. 본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따른 본 발명의 실시 형태는 표면 또는 표면의 특정 부분에 피막을 구비하는 조직 표면을 생성하기 위하여 사용될 수 있으며, 의료 대체품뿐만 아니라 전기-기계 관련 표면 및/또는 광학 표면 또는 코팅에 적합한 모든 표면에 사용될 수 있다.
<실시예 20>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에 의한 냉간 가공에 의하여 전자 장치의 전기-기계 부품이 제조되었다. 본 실시예에서 전기-기계 부품의 범주는, 적어도 본 발명의 제1 및/또는 제2 태양에 따라 적절한 리소그래피로 반도체 기판에 의해 이루어진 전기 부품 또는 회로를 포함한다. 그 범주에는, 리소그래피 패턴으로 직접 기판 상에, 및/또는 절연체로 이루어진 별도의 기판 본체 상에, 피막으로서 적절한 재료로 제조될 수 있는 저항기(resistor)들이 또한 포함된다. 그 범주에는, 예를 들어 주파수 응답, 작동 전압 및/또는 기계적 크기에 있어서의 특성인 누설 전류 거동의 개선을 목적으로, 판 및/또는 절연체 상에 피막을 구비하는 축전기들이 또한 포함된 다. 마모 저항성 피막 재료로 제조될 수 있는 전위차계(potentiometer) 등과 같은 조정식 전기-기계 부품은 특히 유리하다. 모터 베어링도 유리하다. 예를 들어 주파수 반응, 작동 전압 및/또는 기계적 치수에 있어서의 특성인 누설 전류 거동의 향상을 목적으로 절연 재료가 형성되는 경우에, 다양한 종류의 절연체도 본 실시예의 범주에 포함된다.
<실시예 21>
본 발명의 제1, 제2 또는 제3 태양에 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치의 구성에 의한 냉간 가공에 의해 자성 조성물(magnetic composition)이 제조되었다. 조성물의 범주는 본 실시예에서 적어도 박막 및/또는 후막 또는 다른 유형의 피막뿐만 아니라 본질적으로 3D 형상을 가진 단편(piece) 형태의 조성물을 포함한다. 본 실시예에 따르면, 종래의 자석에 사용되는 어떠한 재료라도 연무 기둥으로 융발될 수 있고, 다른 재료 및/또는 여러 재료들이 융발되어 각각이 적절한 타겟의 융발 중에 연무 기둥을 형성할 수 있다. 한 실시 형태에서 연무 기둥들은 분리될 수 있고, 다른 변형 형태에서 연무 기둥들은 적어도 부분적으로 혼합될 수 있다. 타겟 재료 선택과 재료의 융발 속도는 자성을 가진 최종 재료의 조성을 위하여 사용될 수 있다. 필름은 한 층 또는 여러 층을 포함하는 층상 구조일 수 있다. 각 층은 그 자체의 조성 및/또는 구조로 이루어질 수 있다. 층들은 평탄한 판 및/또는 곡면 형상 위에 형성될 수 있다. 곡면 형상은 비드(bead) 형상이거나 원통 형상일 수 있다. 코팅될 표면에서 연무 기둥으로부터의 필름 형성 중에 자계가 존재할 수 있다.
<실시예 22>
본 실시예는 목적에 따라서 본 발명의 실시 형태에 따른 레이저 장치를 구성한다. 언급된 파라미터 값은 예시적인 것이며, 따라서 언급된 값으로만 제한되는 것은 아니다. 실시된 터빈 스캐너는 단지 예시적인 것으로 제한적인 것은 아니다.
피코-초 레이저 시스템(A) + 터빈 스캐너(B) + 박편(lamel) 또는 필름으로서 타겟 공급(C)은 고품질 제품 및/또는 넓은 표면을 생성한다. 제품은 예를 들면 반도체 산업에서 기판으로 사용되는 단결정 다이아몬드 및/또는 실리콘일 수 있으며, 진공 또는 가스 분위기 내에서 제조된다.
다이오드 펌프형 섬유 레이저 시스템 A
피코-초 레이저		 10W 초과,
바람직하게는 20 ~ 1000W
펄스 에너지 2 ~ 15μJ
반복율 1MHz
바람직하게는 10 ~ 30MHz 또는 그 이상
+
원활한 작동,
선형 빔 이동,
높은 레이저 출력
진공 및/또는 분위기		 B
터빈 스캐너		 속도 0 ~ 4000m/s 또는 그 이상,
전형적으로 50 ~ 100ms 또는 그 이상
+
반복 100%
고품질
높은 레이저 출력		 C
필름 및/또는 박편 타겟 공급 		재료 두께 a) 초점 내측 미만 b) 동일 또는 c) 초과
+
레이저 구조,
동종 또는 이종 재료로 형성된 각 층		 D
자동 펄스 에너지/출력 제어 시스템		 제어 범위 0.5 ~ 15μJ
고속, 최대 1㎲
사전 프로그램 가능형,
마이크로 크기까지도 품질 제어
+
레이저 시스템에 통합 가능 E
통합 플라즈마 강도 측정		 전체 가공 폭 작업
펄스 정밀도
마이크로 크기까지도 품질 제어
+
파장이 짧을수록 수율 향상 F
레이저 방사 조사선 파장		 104nm,
293 ~ 420nm,
420 ~ 760nm
기타 파장
+
실시 형태에 따른 작업 적용성 G
진공, 가스 분위기, 자유 공간		 청정도, 반응성, 코팅 속도 및/또는 경제성에 따라 선택
피막은 도 25에 도시된 바와 같이 어떠한 유형의 표면에라도 형성될 수 있다. 예를 들면, 금속, 플라스틱 및/또는 종이 위에 형성될 수 있다. 한 실시 형태에서, 피막은 피막 층 두께가 5㎛이다. 반도체 재료는 순수하거나 화합물로서의 실리콘일 수 있고, 적용 가능한 형태로서 전자 장치, 마이크로 및/또는 나노 전자 장치에 사용하기에 적합하다. 항목 D, E, F 및 G는 산업적 규모로 재현성 있는 고품질 제품의 제조에 기여하고 품질 제어를 향상시킨다.
본 발명의 실시 형태에 따른 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는, 방사원으로부터 방사 조사선의 타겟까지 기하학적 방사 형상 내에서 상기 전자기 방사 조사선을 안내하도록 배치된 스캐너를 포함하도록 구성되며, 상기 방사 조사선은 펄스화된 고출력 레이저 빔 펄스로서 전달된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는 빔 확대기를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는, 경로에서 빔 형상을 교정하도록 배치된 교정 광학 수단을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따라 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는 상기 형상이 기하학적 초점 형상이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로의 구성에서는, 상기 형상은 빔이 터빈 스캐너 부재와 충돌하도록 구성된 기하학적 형상이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로의 구성에서는, 상기 형상은 빔이 타겟에 충돌하도록 구성된 기하학적 형상이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로는, 상기 기하학적 방사 형상이 방사원에서 방사 조사선을 위한 제1 기하학적 방사 형상과 타겟에서 방사 조사선을 위한 제2 기하학적 방사 형상을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로의 구성에서는, 상기 터빈 스캐너는, 방사원과 터빈 스캐너 사이의 부분으로부터의 빔이 상기 방사 조사선에 의해 타겟으로부터 형성되는 방출 연무 기둥과는 다른 방향으로 향하도록, 상기 경로 내의 기하학적 방사 형상 내에 배치된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송 경로는 상기 제1 기하학적 형상이 상기 제2 기하학적 형상과는 상이하도록 배치된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는 적어도 하나 또는 다수의 방사원을 상기 장치 내에 포함하고, 각 방사원은 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 경로 를 구비한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 적어도 부분적으로 동일한 광학 경로를 구비하는 적어도 2개의 방사원을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 광학 경로의 타겟측에 동일 타겟 영역을 가지는 적어도 2개의 방사원을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 제1 특성을 가진 제1 방사원과 제2 특성을 가진 제2 방사원을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 상기 제1 특성과 상기 제2 특성이 다음 중 적어도 하나를 포함하도록 구성된다.
(i) 방사원 특유의 파장
(ii) 작동 중(on-duty)의 펄스 길이
(iii) 2개의 연속적인 펄스들 사이의 작동 휴지(off-duty) 시간의 길이
(iv) 부하 발생의 반복율
(v) 방사 조사선 강도
(vi) 펄스당 에너지 및/또는 출력
(vii) 방사 조사선의 편광
(viii) 기하학적 방사 형상, 및
(i) 내지 (viii)의 특성들 중 적어도 하나 이상의 조합
본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 상기 제1 특성이 상기 제2 특성과는 적어도 부분적으로 다르도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방사원 장치는 다이오드 펌프형 레이저이거나 다이오드 펌프형 레이저와는 다른 적어도 하나의 레이저를 포함하는 다수의 레이저들 내에 적어도 하나의 레이저를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는, 파장이 다음 중 적어도 하나인 범위 내의 파장을 가진 방사 조사선을 생성하도록 배치된 적어도 하나의 상기 방사원을 포함한다.
- 전파 파장과 적외선 파장 사이의 파장 범위
- 적외선 내의 파장 범위
- 가시 광선의 파장 범위
- 자외선의 파장 범위
- X-선의 파장 범위
- 전술한 파장 범위들 중 어느 2개 사이의 중간 파장 범위
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방사원 장치는 마이크로-초 및/또는 나노-초 레이저로서 열간 가공에 적합한 펄스화 레이저를 방사원으로서 포함한다. 본 발명에 따른 실시 형태에 따르면, 본 발명에 따른 방사원 장치는 펨토-초 및/또는 아토-초 레이저로서 냉간 가공에 적합한 펄스화 레이저를 방사원으로서 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치는 펄스 길이가 레이저의 스위치 개폐 사이의 시간으로 정의되는 펄스화 레이저를 방사원으로 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 연속 작동 레이저를 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사 원 장치의 방사 조사선에 의해 기화 및/또는 융발 가능하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치의 방사 조사선에 의한 융발에 의하여 정련되는 분말의 제품 형태를 가지도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 본 발명의 실시 형태에 따른 방사원 장치의 방사 조사선에 의한 융발에 의해서 정련되는 액체 또는 용액의 제품 형태를 가지도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 필름 또는 시트 상에 위치하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 권취형 웹(web) 상에 위치하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 소정 특성의 방사원의 특정 방사 조사선에서 융발 문턱값(ablation threshold)을 감소시키는 표면 구조를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 소정 특성의 방사원의 특정 방사 조사선에서 융발 수율을 향상시키는 표면 구조를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 표면 구조가 기하학적 형상 특성, 구조 특성 및/또는 조성 특성인 타겟 특성을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 표면 구조가 제1 기하학적 형상 특성, 제1 구조 특성 및/또는 제1 조성 특성인 제1 타겟 특성을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 표면 구조가 제2 기하학적 형상 특성, 제2 구조 특성 및/또는 제2 조성 특성인 제2 타겟 특성을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 기하학적 형상 특성이 표면 특성, 기재 특성 및/또는 변경 특성(modification feature)을 구비하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 표면 특성 중 어느 것이든지 2개의 연속적인 동종의 외관 형상(figure-shape) 부분들 사이에 형상 치수와 피치를 가지는 외관 형상 특성이도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 외관-형상 특성이 입방 형상, 직사각 볼록(rectangular-ridge) 형상, 원추 볼록 형상, 직각 볼록 형상, 절두 피라미드(cut pyramid) 형상, 둥근 구멍 형상, 직사각 구멍 형상, 원통 형상, 프리즘 형상, 사면체 형상(tetra-shape), 및 이들 중 적어도 2개의 조합 형상 중에서 적어도 하나를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 형상 치수 및/또는 상기 피치가 본 발명에 따라서 타겟 재료의 기화/융발을 최적화하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 기재 특성이 박육 기재, 후육 기재, 불투명 기재, 투명 기재, 편광 기재, 비-투과성 기재, 반사 기재, 기화 기재, 및 상보적인 특성의 조합을 제외한 상기 기재 특성들의 조합들 중에서 적어도 하나이도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 상기 변경 특성이 3개의 인접 외관부에 의해 정의되는 평면의 법선에 대한 외관 형상의 외관부의 기울기, 외관 형상 내의 외관부의 가장자리 곡률, 소정 방향으로 단위 길이당 피치의 증가율 또는 감소율, 단위 길이당 형상 치수의 증가율 또는 감소율, 및 상보적 특성의 조합을 제외한 상기 변경 특성의 조합 중 적어도 하나이도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료는 구조적 특성으로서 결정 구조를 가진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 제1 세트의 밀러 지수를 가진 제1 구조 특성과 제2 세트의 밀러 지수를 가진 제2 구조 특성을 포함하는 적어도 2개의 결정의 결정 구조를 가지도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료는 제1 조성 특성으로서 타겟 재료 내에 배치되어 융발 연무 기둥 형성에 사용되는 원소를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료는, 제2 조성 특성으로서, 타겟 재료 내에 배치되어 융발 연무 기둥 형성 및 연무 기둥 주위의 조성 조정을 위해 사용되는 원소를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치는 타겟으로부터 재료를 기화/융발시키도록 구성된 방사원 장치를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 기판의 피막에 사용될 타겟 재료에 의하여 기판을 코팅하도록 배치되는 구성으로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 타겟 재료와 함께 작동하도록 배치된 타겟 재료 유닛을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 상기 타겟 재료가 본 발명에 따른 상기 타겟 재료가 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 동일 장치의 구성 부재와 함께 동일 커버 내에 위치하여 하나의 장비를 형성하도록 배치되는 구성으로 이루어진다.
본 발명의 실시 형태에 따른 진공 기화/융발 장치는, 기화/융발이 일어나도록 구성된 반응기 용적 내에서, 분위기를 조정하도록 배치된 분위기 수단을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 상기 분위기 수단이 진공 펌프를 포함하도록 구성되며, 진공 펌프는 상기 반응기 용적 내의 압력을 미리 설정된 수준으로 최소화하거나 조정하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 상기 분위기 수단이 선구체(pre-cursor) 유닛을 포함하도록 구성되고, 선구체 유닛은 미리 설정된 압력 및/또는 온도에서 기화/융발을 위하여 미리 설정된 반응기 분위기를 조정하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 진공 기화/융발 장치는 상기 분위기 수단이 가열 요소를 포함하도록 구성되며, 가열 수단은 적어도 하나의 선구체를 사전 설정 온도까지 가열하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 다른 타겟 재료 유닛은 본 발명의 실시 형태에 따라 필름 형태의 타겟 재료를 처리하도록 배치된 롤 장치(roll-arrangement)를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료 유닛은 필름 경로의 단부에서 타겟 재료를 권출하도록 배치된 제1 릴(reel)과, 권출된 타겟 재료를 필름 경로의 반대쪽 단부에서 권취하는 제2 릴을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛은, 하나 이상의 롤을 포함하는 롤의 그룹으로부터, 타겟 재료를 처리하도록 조정하는 적어도 하나의 롤을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료 유닛은 필름의 기화/융발 영역에서 타겟 재료를 가열하도록 배치된 가열 요소를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료 유닛은 비어 있는 동종의 릴 및/또는 타겟 재료가 구비된 동종의 릴로 교체 가능한 적어도 하나의 릴을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료 유닛은 필름 조립체가 롤을 통해 필름 경로로 진행하는 것을 보조하는 기구를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료 유닛은, 사용을 위한 타겟 재료를 공급하고 그리고/또는 상기 타겟 재료의 제 조를 위하여 타겟 재료를 수용하기 위하여, 동일 유닛이 활용 가능할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는, 입사 방사 빔의 방향을 변경시키도록 배치된 제1 반사경과, 상기 제1 반사경이 방사 조사선 경로 내에서 입사 방사 조사선의 방향을 변경시키려고 하는 동안에 냉각되도록 구성된 제2 반사경을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 제1 반사경이 동종 제1 반사경의 그룹 중 하나의 반사경이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 제2 반사경이 동종 제2 반사경의 그룹 중 하나의 반사경이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 다각형을 형성하도록 구성되며, 다각형의 면은 상기 제1 및 제2 반사경이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 다각형을 형성하도록 구성된 반사경의 그룹을 포함하며, 다각형의 면은 상기 제1 및 제2 반사경이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 제1 반사경이 다각형의 중앙 축에 대하여 제1 반사경과는 다른 경사 각도를 가지도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 중앙 축을 중심으로 회전 가능하게 배치되는 구성으로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너의 구성에 의하면, 터빈 스캐너는 패들 휠(paddle wheel)의 형태를 가지며, 패들 휠의 다수의 패들은 상기 패들 휠의 중앙 축을 중심으로 원형 경로를 따라 회전 가능하게 배치된 터빈 스캐너의 반사경이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 패들 휠 내의 상기 반사경 각각이 상기 원형 경로의 접선과 예각으로 배치되는 구성으로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 패들 휠 내의 상기 반사경 각각이 상기 패들 휠의 상기 축과 경사 각도로 배치되는 구성으로 이루어진다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 반사경 면이 다이아몬드 표면을 구비하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 상기 제2 반사경의 상기 냉각이 반사경의 반사 표면으로서의 반사경의 반대쪽에서 다른 유체에 의해 조정되도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너는 축에 제공된 회전자(rotor) 부재에 부착된 반사경을 구비한 경사형 터빈 패들을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 교체 가능한 반사경 부재를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 상기 반사경 위에 방사 조사선을 반사하도록 배치된 특수 부재를 포함하며, 이 부재는 교체 가능한 반사경 부재이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 가스 베어링을 포함하며, 가스는 공기에 작용하는 질소, 불활성 가스와 같은 적절한 가스를 베어링 물질로서 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 자계에 의해 고상 베어링 표면을 분리하는 베어링 장치를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터빈 스캐너는 상기 반사경 표면의 일부에 융발 가능한 재료를 포함한다.
본 발명에 따른 표면 처리 방법은,
- 표면 개질 빔(surface modifying beam)에 대해 타겟으로서 작용하는 타겟 재료를 노출시키는 단계
- 타겟 재료의 융발을 위하여, 표면 개질 빔을 위한 방사 조사선 경로를 방사원으로부터 타겟으로 향하게 하는 단계, 및
- 적어도 하나의 표면 특성과 관련하여 적어도 표면의 개질을 위하여, 타겟 재료를 유효 깊이까지 기화/융발시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 표면 처리 방법은 상기 유효 깊이까지의 조성, 화학 구조, 기계적 구조, 물리적 구조 중 적어도 하나가 표면 특성이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 표면 처리 방법은,
- 제1 표면 개질 빔에 의하여 상기 제1 기판으로부터 타겟 재료의 개질을 위하여, 제1 표면을 타겟으로 선택하고 제2 표면을 기판으로 선택하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법의 구성에 의하면, 상기 개질은 상기 제1 표면 개질 빔에 의해 유효 깊이에서 표면으로부터 재료를 제거하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 표면 처리 방법은 제1 본체의 표면을 타겟으로 그리고/또는 제2 본체의 표면을 기판으로 설정하여 제2 본체의 상기 표면 상에 재료를 이송하도록 제2 표면 개질 빔을 사용하는 단계를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법의 구성에 의하면, 상기 표면의 상기 개질은 상기 재료의 층 두께로 정의된 유효 깊이까지 상기 표면 상에 재료를 추가하는 것을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 표면 처리 방법의 구성에 의하면, 본 방법에서, 재료는 제2 표면 개질 빔에 의해 제2 표면으로 전달됨으로써, 상 기 재료는 상기 제1 표면에서 유래하고 제1 표면 개질 빔에 의해 제거된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면 표면 처리 단계를 포함하는 코팅 방법은, 코팅에 사용될 적어도 하나 또는 다수의 물질을 포함하는 다수의 물질에 적용되도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서 본질적으로 동일 타겟으로부터 적어도 2종의 물질이 공정 중에 융발된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서 제1 물질은 제2 물질과는 다른 타겟으로부터 융발된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서 제1 물질과 제2 물질은 우선 제1 물질 후에 제2 물질의 순서로 융발하여 피막을 형성한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서 기판 상에 피막 형성을 위하여 적어도 하나의 추가 물질이 융발된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서, 상기 물질들 중 하나는 코팅의 모재 물질(matrix substance)이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서, 상기 물질들 중 하나는 본 방법에서 사용되는 피막을 위한 도펀트(dopant)이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 본 방법에 있어서, 상기 물질들 중 하나는 본 발명에서 사용되는 피막 및/또는 표면의 추가 특성을 달성하기 위한 추가 도펀트이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법의 구성에 의하면, 상기 물질들 중 하나는 본 방법에서 사용되는 피막을 위한 카본을 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 카본이 본 방법에서 사용되는 흑연(graphite)을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 카본이 본 방법에서 사용되는 다이아몬드를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 다이아몬드가 본 방법에서 사용될 코팅을 위하여 나노 결정 구조를 가지도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 우라늄, 초-우라늄(trans-uranium), 토류 금속, 희토류, 알칼린, 수소, 란탄족 및/또는 불활성 가스를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 우라늄, 초-우라늄, 토류 금속, 희토류, 알칼린, 수소, 란탄족 및/또는 불활성 가스를 포함하는 도펀트를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 붕소족(IIIb)으로부터 도펀트를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 탄소족(IVb)으로부터 도펀트를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 질소족(Vb)으로부터 도펀트를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 코팅 방법은 상기 물질들 중 하나가 할로겐족으로부터 도펀트를 포함하여 본 방법에서 사용되도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 코팅 방법 및/또는 본 발명의 실시 형태에 따른 피막은 본 발명의 실시 형태에 따라 이루어진 용도에 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용되며, 그 표면은 상기 물체의 외측 및/또는 내측 표면이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 항공기, 선박, 보트, 범선 또는 그 일부, 차량 또는 우주선의 본체 및/또는 라이닝(lining) 구조체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 항공기, 선박, 보트, 범선 또는 그 일부, 차량 또는 우주선의 모터 및/또는 그 일부의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 항공기, 선박, 보트, 범선 또는 그 일부, 차량 또는 우주선의 라이닝 구조체 및/또는 그 일부의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 공구 및/또는 그 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 가정용, 상업용 및/또는 공업용 가구인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 용기, 접시, 홀더, 그릇, 탱크, 통, 단지, 캔, 항아리, 사발, 컨테이너, 쟁반, 저장 통, 홈통, 물통 및/또는 배럴(barrel)인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 주방, 사업, 미술 및/또는 금속 산업, 식품 산업, 의료 산업, 화학 산업, 도료 및/또는 안료 산업, 반도체 산업을 포함하는 산업에 이용되도록 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 주방 관련 기기, 반응기, 화학 반응용 반응로, 및/또는 물질의 이송 라인인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 글라스, 플라스틱, 복합재 또는 적층 구조체의 투명 판, 글라스, 플라스틱, 복합재 또는 적층 구조체의 불투명 판, 태양 전지 및/또는 적어도 특정 파장 범위 에서 작동하도록 구성된 부품, 및 이들의 조합 중 하나인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 주택, 상업, 산업, 저장용으로 건조된 건물 및/또는 기타 목적으로 건조된 건물의 건물 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 천연 물질 및/또는 자연에서 산출되는 비합성 물질로 이루어진 주택용 건물 및/또는 기타 건물의 건물 요소인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 완구 또는 그 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 손목 시계, 시계, 휴대품, PDA, 컴퓨터, 디스플레이, TV, 라디오 또는 이들의 일부인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 케이스 및/또는 외장부 또는 이들의 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 적어도 부분적으로 섬유 조성물을 가진 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 실, 방적사, 줄, 필라멘트, 와이어, 끈, 고체 전도체, 스트랜드 선 및/또는 로프인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 피륙 구조 및/또는 직물 구조를 가진 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 섬유 필터, 공업 직물, 천 또는 종이 원료 중 하나인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 전자기 방사용 도파로인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 적어도 부분적으로 다이아몬드로 이루어진 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 코팅 전보다는 코팅 후에 다른 조성을 가지는 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 운동을 실시하기 위한 수단을 포함하는 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 스포츠 및/또는 사냥을 하기 위한 수단을 포함하는 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용되며, 상기 수단은 스키, 슬람롬(slalom), 스노보드, 빙상 또는 육상 스케이트, 크레이들(cradle), 썰매, 적어도 하나의 스틱을 사용하는 경기를 위한 수단이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용되며, 상기 수단은 투척, 사격, 활주, 활공, 스크롤(scroll), 볼링(bowling)이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 자전거 또는 그 일부, 체인, 베어링 또는 또 다른 부품인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 보석, 장식품, 공예품 또는 이들의 모사품인 물체 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 미소-기계 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 반도체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 전기 및/또는 열에 대하여 절연체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 전기 또는 열에 대 하여 전도체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 인간 및/또는 동물의 이식 장기인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 이음부 표면(joint surface)인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 리벳, 스터드, 나사, 못, 걸쇠 또는 너트로서의 고정 수단인 물체의 표면을 코팅하기 위해 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 방사 조사선 경로의 적어도 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 특정 제품 형태의 타겟 재료 기재, 터빈 스캐너 또는 그 일부인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 시트 및/또는 웹 제품 형태의 플라스틱 필름인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 광학 요소인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 렌즈, 프리즘, 필터, 반사경, 감쇠기(attenuator), 편광기 또는 이들의 조합을 포함하는 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 안경 또는 콘택트 렌즈인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 증서, 증권 또는 기타 유가 서류 또는 지불 수단인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 물질을 보관하기 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실 시 형태에 따르면, 피막의 사용은 수소를 저장 및/또는 방출하기 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 탄화수소를 저장 및/또는 방출하기 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 핵 연료 및/또는 그 원소를 보관하기 위한 컨테이너인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 UV 반응성 피막으로 코팅된 기판 본체인 물체의 표면을 코팅하기 위하여 적용된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 피막 층을 코팅하도록 구성된 본 발명에 따른 실시 형태에 따른 장치를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는,
- 처리 가능한 표면을 유효 깊이까지 표면 개질 빔에 노출시키기 위하여 상기 표면을 고정하기 위한 타겟 홀더,
- 상기 표면 개질 빔을 타겟으로 향하게 하기 위하여 표면 개질 빔 및/또는 방사 조사선 전송 경로를 생성하는 수단,
- 제2 표면 개질 빔을 타겟으로 향하도록 하기 위하여 상기 제2 표면 개질 빔 및/또는 제2 방사 조사선 전송 경로를 생성하는 수단,
- 상기 표면을 유효 깊이까지 제2 표면 개질 빔에 노출시키기 위하여 기판을 고정하기 위한 기판 홀더를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 상기 표면 개질 빔이 인쇄의 정형화를 위한 융발 빔이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린 터는 3D 물체의 인쇄를 일부분씩 제어하도록 배치된 제어 수단을 포함하도록 구성되며, 각 일부분은 유효 깊이를 가지며, 상기 제2 표면 개질 빔은 재료 연무 기둥이다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 냉간 융발에 의해 부조하도록 배치된 수단을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 3D 복사기는, 파일로 기록하기 위하여 형상 및/또는 치수에 관한 3D 물체의 데이터를 정의 및/또는 정형화하는 제1 수단과, 3D 프린터를 제어하기 위하여 상기 데이터를 제어 지령으로 변환하는 제2 수단과, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 상기 제1 수단이 UV, 가시 광선 및/또는 IR용 광학 수단을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 상기 제1 수단이 X선 단층 촬영(tomography) 수단을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 3D 프린터는 상기 제1 수단이 음파 수단을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 상기 제1 수단이 간섭에 기초하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 미시적 규모의 물체를 복사 및/또는 인쇄하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 거시적 규모의 물체를 복사 및/또는 인쇄하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 3D 프린터는 미시적 규모와 거시적 규모 사이의 크기를 가진 물체를 복사 및/또는 인쇄하도록 구성된다.
본 발명에 따른 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경 로를 통하여 방사원의 방사 조사선 출력을 제어하는 장치는, 표면 개질 빔의 사전 설정 특성으로부터의 편차를 관찰하고 그리고/또는 상기 편차를 파일로 기록하도록 구성된 관찰 수단(observation means)과, 관찰된 편차를 최소화하고 그리고/또는 방사원을 사전 설정 특성으로 조정하는 피드백을 형성하도록 배치된 피드백 수단을 상기 경로 내에 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치는 상기 특성이 본 발명에 따른 특성이 되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치는 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 경로의 일부를 조정하기 위하여 피드백 신호가 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 장치는 상기 일부가 스캐너이도록 구성된다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 피막의 사용은 기판으로서 물체의 표면을 코팅하도록 적용되며, 이 물체는 특허 분류의 생활 필수품 및/또는 그 하위 분류(sub-class)에 속한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료의 제조 방법은, 필름 및/또는 시트형 기재를 융발 가능한 타겟 재료의 재료 연무 기둥에 노출시켜, 기재의 일부를 적어도 한 면에 상기 타겟 재료로 코팅하는 단계를 포함한다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 제조 방법은 타겟 재료에 형상 특성을 제공하기 위하여 기계적 샤플론(shaplone) 또는 형판(template)을 활용하는 것을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 제조 방법은 한 방향 및/또는 두 방향으로 적어도 피치를 가진 형상 특성을 구비한 타겟 재료를 위하여 기재 표식(base marking)을 제공하는 것을 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 제조 방법은 상기 표식이 전기 및/또는 자기 표식이도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 제조 방법은 상기 표식이 열 표식(thermal marking)이도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료의 제조 방법은, 상기 표식이 기재 상의 위치에 불균질 핵생성(nucleation) 및/또는 이후의 응집을 위한 핵(seed)으로서 제공되어, 미리 설정된 특정 형태로 타겟 재료의 형성을 위하여 사용되도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 타겟 재료의 제조 방법은 기재 상에 타겟 재료 형상부를 형성하는 정형화(stylization) 단계를 포함하도록 구성된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 본 발명의 실시 형태에 따른 타겟 재료의 제조 방법은 본 발명의 실시 형태에 따라 구성된 타겟 재료 유닛을 사용하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 광자(photon) 방사원은 미세 플라즈마 생성을 위한 방사 조사선을 제공하도록 배치된 출력 방사원을 포함하는 적어도 하나의 펌프형 방사원, 펌핑 방사 조사선을 위한 발생원, 방사원을 제어하는 입력 수단을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 입력 수단은, 빔이 스캐너의 표면의 불연속 지점에 충돌하려고 할 때에, 출력 방사원이 출력을 방출하는 것을 방지하기 위하여 조절 신호(keying signal)를 또한 공급하도록 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 방사원 장치는 적어도 하나의 방사원 또는 서로 동일할 필요가 있는 것은 아닌 다수의 방사원을 포함할 수 있다. 실시 형태에 따르면, 각 방사원은 본 발명의 실시 형태에 따른 광학 경로를 구비한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 광자 방사 조사선은 전자기 방사 조사선을 안내하기 위한 방사 조사선 전송의 광학 경로를 따라서 진행하며, 광학 경로는 미세 플라즈마 생성을 위한 방사 조사선을 제공하도록 구성되고 방사원으로부터 방사 조사선의 타겟까지 기하학적 방사 형상 내에서 전자기 방사 조사선을 안내하도록 배치된 스캐너를 경유하는 경로를 포함하며, 상기 방사 조사선은 펄스화된 고출력 레이저 빔 펄스로서 전달된다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스캐너는 냉간 가공 및/또는 피막의 특정 표면 처리를 위한 바람직한 실시 형태에서 터빈 스캐너일 수 있다. 그러나, 스캐너는 진동 스캐너, 터빈 스캐너 또는 진동 터빈 스캐너일 수 있으며, 진동 스캐너는 상기 특정 표면 처리의 경우에 터빈 스캐너만큼 바람직하지 않을 수도 있다.
타겟 재료가 펄스 방사 조사선에 노출되어 융발 연무 기둥을 형성하는 본 발명의 실시 형태에서, 타겟 스폿은 타겟 부재 표면 상에서 이동하도록 구성될 수 있다. 이 목적으로 스캐너가 사용될 수 있고, 터빈 스캐너로서 구성될 수 있다. 펄스는 너무 중복되지 않는 것이 중요하며, 그 이유는 연무 기둥의 중앙과 충돌할 가능성에 의해 펄스의 출력이 어느 정도 약화되고 청정 융발을 저해할 수도 있기 때문이다. 따라서, 연무 기둥이 일정하게 그리고/또는 안정적으로 유지되어야 한다면, 코팅 공정에서의 사용을 위해서는 스폿은 이동하여야 한다. 타겟 및/또는 방사 빔을 이동시키는 것이 가능하다. 스폿이 수 m/초 내지 1km/s까지의 충분한 속도로 이동하면, 예를 들어 아토-, 펨토- 또는 피코-초 레이저로 구성된 방사원은, 피막의 품질이 높고 수율이 높은 코팅 공정에 사용될 수 있다.
연속적인 펄스의 동시 발생은 펄스의 반복율, 스폿 크기 및 타겟 상에서의 펄스의 이동 속도에 의존한다. 예를 들어 반복율이 1MHz이고 스폿 크기가 직경 16㎛이고 이동 속도가 1m/s이면, 각 펄스의 8%만이 새로운 표면(virgin surface)과 충돌한다. 이동 속도가 4m/s까지 증가하면, 각 펄스에 대하여 새로이 충돌하는 표면은 대략 30%이고, 이동 속도 10m/s에서는 80%까지 증가한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 실시예에 따르면, 펄스의 반복율이 대략 30MHz이면, 스폿 이동은 100m/s의 크기일 수 있다. 이 크기는 터빈 스캐너에 의해 달성될 수 있다. 그러나, 진동 스캐너도 충분한 스폿 이동 속도를 제공할 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 실시예에 따르면, 그러한 진동 스캐너는, 30° 미만의 각도, 예를 들면 0° 내지 5° 또는 10°까지의 각도로 충분히 굴절시킬 수 있기 위해서는, kHz 범위의 주파수로 진동하여야 한다. 그러나, 전술한 값은 예시적인 것으로, 본 발명의 범위를 전술한 수치 또는 평가치로만 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 대안적 실시 형태에 따르면, 방사 조사선 경로는 터빈 스캐너 이외의 다른 유형의 스캐너를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 전송될 방사 조사선의 방사 조사선 경로 내에 적어도 하나의 터빈 스캐너가 위치할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스캐너는 진동식 스캐너일 수 있다. 그러한 스캐너는 관통형(feed through type)일 수 있으나, 손실 때문에, 허용되는 출력은 스캐너를 통과하기에는 상당히 작을 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 반사에 기초하여 레이저 빔을 굴절시킬 수 있는 반사경 또는 반사경을 포함하는 부재는 방사 조사선의 주사를 위한 스캐너로서 사용될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따라 사용되는 스캐너에 있어서, 방사 조사선 경로 내의 방사 빔을 굴절시키는 진동은, 빔의 굴절을 위하여 만곡된 스캐너 표면을 형성하고 그리고/또는 표면의 위치를 이동시키기 위하여 이용되는 압전 현상 및/또는 자왜(magnetostriction) 현상에 의해 달성될 수 있다. 진동은 음파 기술에서와 유사한 방식으로 정전기 진동 요소에 의하여 조정될 수도 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 강유전성 프리즘이 스캐너로 사용될 수 있다. 방사 조사선 경로 내의 터빈 스캐너 대신에 그리고/또는 그에 추가하여, 압전 스캐너, 자기 스캐너, 음파 스캐너, 또는 기타 전자기 및/또는 전자-기계식 스캐너가 사용될 수 있다. 또한, 방사 조사선 굴절은 본 발명의 실시 형태에 따르면 확성기와 같은 음파 기술에서 사용되는 바와 같은 격막(diaphragm)에 의해 달성될 수 있다. 예를 들면, 베릴륨 격막 또는 코팅된 필름이 경량 반사경 표면에 대하여 사용될 수 있다. 스캐너는, 충분한 진동과 필요한 방사 조사선 굴절을 달성하도록, 적정 부분이 미시적 및/또는 거시적 크기의 구성품(MEMS, PZT, 바이모프, 테라모프 및/또는 이들의 조합)으로 이루어 질 수 있으므로, 방사 조사선 경로의 치수뿐만 아니라 주사 폭으로서의 길이가 합리적인 수준으로 유지될 수 있고, 바람직하게는 한 실시 형태에서 cm 범위로 유지될 수 있지만, 전술한 실시예로만 제한되는 것은 아니다.
그러나, 진동 반사경 또는 다른 반사 표면은 표면의 소정 위치에서 표면의 다른 위치보다도 방사 조사선 스폿이 더 많은 시간을 소비하게 함으로써, 그 스폿에 더 많은 출력을 제공한다. 이는, 연무 기둥 형성이 연무 기둥의 외측으로 방출되는 방사 조사선의 양에 의존하는 특정 조건에서, 연무 기둥에 해로울 수도 있다. 마찬가지로, 2개의 연속적인 반사경 표면들 사이에 아크(arc)를 가지는 터빈 스캐 너도 타겟에 도달하는 방사 조사선의 출력 수준 내에 결함을 일으킬 수 있다. 그러한 지점은 이하에서 불연속 지점이라고 칭한다. 출력 손실과 그에 따른 연무 기둥의 열화를 방지하기 위하여, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 스캐너 표면 및/또는 그 양단에서 불연속 지점의 발생의 시기를 검출 및/또는 결정하기 위하여 기준 빔(reference beam)이 제공된다. 기준 빔은 출력 방사 조사선와 동일한 경로에서 출력의 저하 정도에 의존하는 신호를 생성하도록 구성된 연속적이고 안정적인 저출력 빔일 수 있지만, 이 신호는 열화된 연무 기둥이 발생할 수 있는 순간들 동안에 출력 방사원을 오프 상태로 유지하도록 구성된다. 이는 출력 방사원을 오프 상태로 유지하는 시점을 검출하는 교육 시간(teaching period)에 의해 달성된다. 불연속 지점과 관련된 출력 방사원의 방사 조사선 열화 또는 방사 조사선 출력 수준의 다른 변화를 불연속 지점에서의 기준 빔의 다른 유형의 변화와 대응시키기 위하여, 자동 상관기(autocorrelator) 또는 다른 유형의 상관기가 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서 출력 방사 조사선을 제어하는 신호는, 반사경의 불연속 지점이 바람직하지 않게 방사 빔 타겟 영역에 위치하는 동안에, 출력 방사원의 방사 허용을 나타내는 신호 부분들 사이의 피치가 비-방사 시간에 대하여 시간 공차를 유지하도록 조정 가능하게 형성된다. 상관 관계가 도출되면, 전자 장치 및 관련 소프트웨어는 출력 방사 빔의 개폐를 나타내는 신호 부분들을 가진 신호를 생성하도록 교육된다. 전자 장치 및/또는 소프트웨어는 피치가 자동으로 조정되도록 구성되지만, 스캐너로부터의 정보도 상관 관계를 도출하는 데에 이용될 수 있다. 신호는 출력 방사원을 펌핑하는 펌프를 조절하기 위하여 사용한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 터빈 스캐너 반사경 표면은 진동 표면에 의해 실시될 수 있으며, 따라서 지동 터빈 스캐너를 형성할 수 있다. 그와 같은 실시 형태에서, 레이저 펄스는 단일 반사경 스폿 발생의 경우에도 진동 표면 때문에 타겟 상의 다른 위치로 굴절될 수 있다. 이와 같이, 미처리 표면(virgin surface) 상에서의 스폿 이동 거리는 증가할 수 있고, 그에 따라 연무 기둥의 수율은 타겟의 미처리 영역에서 더욱 증가하므로, 기계적 부품의 주파수를 상당히 낮게 유지하는 데에 도움이 된다. 그와 같은 실시 형태에서, 터빈 스캐너는 반사경 표면의 진동이 스캐너 회전과 균형을 이루도록 동일 위상으로 작동할 수 있다. 표면 진동에 필요한 전기는 유도 작용에 기초하는 회전 스캐너에 배전될 수 있고, 따라서 스캐너 회전자 부재와 고정자 부재 사이에 배선이 필요하지 않다.
<공지 기술의 문제점의 예>
종래의 검류 스캐너(galvanometric scanner)는, 2m/s ~ 3m/s의 전형적인 최대 속도로, 실용적으로는 대략 1m/s의 속도(12)로, 레이저 빔을 주사하기 위하여 사용된다. 이는, 반복율이 2MHz인 경우에, 40 ~ 60 펄스(11)일지라도 중첩된다는 것을 의미한다(도 65).
<공지 기술의 문제점을 설명하기 위한 예>
공지 기술에 따른 플라즈마 발생을 나타내는 도 62와 도 63에 플라즈마 관련 품질 문제가 도시되어 있다. 레이저 펄스(γ)(1114)가 타겟 표면(1111)에 충돌한다. 펄스는 장펄스(long pulse)이므로, 깊이(h)와 빔 직경(d)은 같은 정도의 크기이고, 펄스(1114)의 열은 충돌 스폿 영역에서 표면을 가열할 뿐만 아니라 깊이(h) 보다 더 깊은 표면(1111) 아래도 가열한다. 구조체가 열 충격을 겪고 장력이 형성되며, 이로 인하여 파괴 중에 도면부호 F로 도시된 파편이 생성된다. 도시된 예에서 플라즈마는 품질이 상당히 낮을 수 있으므로, 도 63에 도시된 가스(1116)로부터 형성된 유사 구조의 핵 또는 응집체에 대한 도면부호 1115와 관련하여, 작은 점(1115)으로 나타낸 분자 또는 분자들의 응집체가 존재할 수 있다. 문자 "o"는 가스로부터 그리고/또는 응집을 통해 형성되어 성장할 수 있는 입자를 나타낸다. 방출된 파편은, 점으로부터 문자 "F"까지의 곡선 화살표와 문자 "o"로부터 문자 "F"까지의 곡선 화살표로 도시된 바와 같이, 응결 및/또는 응집에 의해 성장할 수도 있다. 곡선 화살표는 플라즈마(1113)로부터 가스(1116)로 그 후에 입자(1115)로의 상 변화 및 크기가 증가한 입자(1117)로의 상 변화를 나타낸다. 도 63에서 융발 연무 기둥이 파편(F)뿐만 아니라 증기와 가스로부터 생성된 입자를 포함할 수 있으므로, 저품질의 플라즈마 생성 때문에, 플라즈마는 플라즈마 영역으로서 연속적이지 않고 따라서 단일 펄스 연무 기둥 내에 품질의 변동이 일어날 수 있다. 깊이(h) 아래의 조성 및/또는 구조의 결함뿐만 아니라 그에 따른 깊이의 변동(도 67A) 때문에, 도 63에서의 타겟 표면(1111)은 추가 융발에는 더 이상 이용 가능하지 않으며, 이용 가능한 일부 재료가 존재하기는 하지만, 타겟은 폐기 처리되어야 한다.
도 64는 종래 기술의 광학 스캐너인 진동 반사경(갈보-스캐너)을 채용하여 ITO(인듐-주석-산화물) 박막 두께(30nm, 60nm 및 90nm)를 변화시켜 제조한 폴리카보네이트 시트(~100mm×30mm) 상의 ITO-피막에 관한 예를 나타낸다. 도면은 특히 극단 펄스 레이저 증착(ultra short pulsed laser deposition, USPLD) 및 일반적인 레이저 보조 코팅에 있어서 광학 스캐너로서 진동 반사경을 채용한 경우의 몇 가지 문제점을 명확히 나타낸다. 진동 반사경이 그 단부 위치에서 각운동(angular movement)의 방향을 변경함에 따라, 관성 모멘트에 의하여, 반사경의 각속도는 그 단부 위치 근방에서 일정하지 않다. 진동 운동에 의하여, 반사경은 연속적으로 제동되고 다시 가속되기 전에 정지하므로, 타겟 재료는 주사 영역의 가장자리에서 불규칙하게 처리된다. 그에 따라, 특히 주사 영역의 가장자리에 입자를 포함하는 저품질 플라즈마(도 63과 도 64)가 생성되고, 최종적으로 품질이 저하하고 불균일하게 보이는 피막이 형성된다. 채용된 스캐너의 특성에 의한 융발 재료의 불균일한 분포(도 65)를 설명하기 위하여 코팅 파라미터들이 선택되었지만, 파라미터를 적절히 선택하면, 필름 품질은 향상할 수 있고, 문제점은 명확해질 수도 있으나 배제되지 않을 수도 있다.
그러한 문제점은, 일반적인 나노-초 레이저와 현행 피코-초 레이저에 종래의 스캐너가 채용되는 경우에, 두 레이저 모두에 공통적이다.
도 66은, 공지 기술의 방법에 따라 타겟(17)으로부터 재료(16)의 융발이 실시되는 경우에, 열 장력(thermal tension)이 타겟의 특정 위치에 응력을 일으킬 수 있고, 파편(20)을 발생시켜 요철형 가장자리(18)를 형성할 때에 열 장력이 제거될 수 있음을 나타낸다.
<미세 플라즈마 개념에 관한 실시예>
도 68과 도 69는 본 발명의 실시 형태에 따른 단펄스(short pulse)의 장점을 나타낸다. 극단 펄스 레이저 증착이 사용되었으며, 펄스 길이의 범위는 ps 범위 이 하로 as 범위까지이고, 피치는 펄스 지속 시간보다 길고 타겟 재료(1311) 내의 조직의 이완 시간(relaxation time)보다도 길다. 따라서, 연무 기둥에는 입자가 존재하지 않고 플라즈마 품질은 우수(1, 1-2, 1-2)하며, 도 69에 도시된 깊이(h)는 설명으로 위한 목적으로 실제 비율과는 다르게 과장되어 있다. 스폿 크기는 광자 방사 조사선의 적절한 작용으로 스폿 영역 전체에 걸쳐서 극복되어야 하는 융발 문턱값에 해당하도록 제어된 방식으로 설정된다. 깊이 h 미만의 하측 구조에 손상을 일으키지 않는 범위에서 펄스 지속 시간이 선정되어 융발 중에 플라즈마가 그와 같이 양호하게 생성되면, 스폿 직경/깊이(h) 비는 크고 그에 따라 플라즈마 품질이 향상한다.
<중첩 펄스와 미세 플라즈마에 관한 실시예>
미세 플라즈마 품질의 범위 내에서의 본 발명의 실시 형태에 따르면, 도 70의 융발 경로 상의 스폿 영역은 타겟 표면에 인접한 스폿에 대하여 30%만이 중첩된다. 공차는 10% 이내의 정밀도로 일정하다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 융발 경로 상의 스폿 영역은 100% 중첩되어, 스폿은 융발 경로 내에서 타겟의 깊이 방향으로 연속되는데, 다시 말하자면 타겟을 한 위치에서 천공하거나 연마한다. 공차는 0.5% 내의 정밀도로 일정하다. 수치는 예시적인 것일 뿐이며 전술한 본 발명의 실시 형태를 한정하는 것은 아니다.
공지의 기술과는 달리, 터빈 스캐너에 있어서, 주사 속도는 예를 들면 1m/s ~ 300m/s의 범위에서 연속적으로 조정될 수 있다. 도 70에는, 미세 플라즈마 개념에서의 펄스들 사이에 대략 30% 중첩이 이루어지는 주사에 대하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 융발 경로의 일례가 도시되어 있으며, 도 70의 실시예에서 공차는 0%이다.
본 실시예에서, 레이저 펄스 에너지는 최적으로 유지되었고 사용된 특정 섬유에 대하여 충분히 낮았으므로(사용된 섬유에 대하여 최대 5μJ), 각 펄스는 미세 플라즈마를 위해 사용되었다. 부착은 최적의 작용을 위한 스폿 크기의 조정 후에 효과적으로 실시되었다. 최종적으로 반복율이 증가하면서 높은 부착 속도가 유지되었다.
<미세 플라즈마 실시 형태에 관한 실시예>
본 발명의 실시 형태에 따라서, 본 실시예에서는, 20ps 섬유 레이저로 1064nm에서 극단 펄스 레이저 증착(USPLD)에 의하여, 고품질 인듐-주석-산화물 필름이 글라스, 실리콘(Si) 및 폴리카보네이트(PC) 기판 상에서 성장하였다. 기판 온도는 70℃ ~ 120℃ 범위에서 변화되었다. 산화물 및 금속 타겟이 사용되었다. 산화물 타겟의 경우에, 2MHz의 반복율로 26㎛ 스폿 상에서 0.29J/㎠ ~ 0.32J/㎠의 비교적 낮은 단일 펄스 작용에 의해 1.5nm/s의 부착 속도가 달성되었다. 이는 타겟 상의 대략 3W ~ 4W의 전체 출력에 해당한다.
부착된 필름은 공초점 현미경(confocal microscope), FTIR 및 라만 분광기, SFM, 광학 투과성 측정, ESEM 및 전기 측정에 의해 특성이 평가되었다. 부착 파라미터의 조정에 의하여, 35nm ~ 90nm 두께 범위의 필름에 대하여 340nm 내지 780nm의 파장에서 90%를 초과하는 높은 광학 투과성이 달성되었다.
이 필름은 높은 부착성과 매우 균일한 구조와 더불어 낮은 표면 조도를 가졌 으며, 표면 조도는 3nm 이하로서 Si, 글라스 및 PC 기판의 조도와 대략 동일하였다. 샘플의 전기 저항은 2.4~40×10-3ohmcm 범위 내에서 변화하였다.
따라서, USPLD에 의해 부착된 ITO 필름의 물성은, 가스 압력과 조성, 기판 온도, 타겟 조직 및/또는 조성, 부착 형상 및/또는 레이저 주사 파라미터의 변경에 의해 조정될 수 있다. 높은 부착 속도, 높은 부착성 및 정밀한 부착 제어는 USPLD 방법의 중요한 장점이다.

Claims (40)

  1. 광자 방사 조사선에 의해, 융발 문턱값(ablation threshold)과 상기 광자 방사 조사선의 흡수도(absorbance)를 가진 타겟 재료를 포함하는 타겟 본체로부터 미세 플라즈마를 생성하는 방법에 있어서,
    - 융발 영역의 스폿으로부터 플라즈마의 발생을 위하여, 타겟 본체 상에 융발 영역을 선정하는 단계,
    - 상기 타겟 상의 스폿으로 상기 광자 방사 조사선을 안내하기 위하여, 상기 광자 방사 조사선에 대하여 기하학적 방사 형상(radiation geometry)을 선정하는 단계,
    - 상기 스폿 내의 타겟 재료의 흡수도에 의해 결정된 융발 깊이까지 스폿 내에서 상기 타겟 본체의 융발 문턱값을 초과하도록, 상기 스폿에 대한 상기 광자 방사 조사선의 출력을 조절하는 단계,
    - 방사원으로부터 터빈 스캐너를 경유하여 타겟 본체 상의 상기 스폿까지 방사 조사선 경로를 따라서 상기 광자 방사 조사선을 안내하되, 상기 터빈 스캐너에서 회전 축을 중심으로 회전하도록 배치된 다각형의 면을 반사 표면으로 구성하여 상기 광자 방사 조사선을 안내하는 단계, 및
    - 상기 스폿이 상기 융발 영역 상의 융발 경로를 따라 이동하도록 상기 광자 방사 조사선을 주사함으로써 상기 미세 플라즈마를 발생시키는 단계를
    포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광자 방사 조사선은 방사 조사선 펄스로 펄스화된 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    적어도 2개의 광자 방사 조사선 펄스가 적어도 부분적으로 중첩된 영역을 가진 스폿들에서 타겟 본체와 충돌하도록, 터빈 스캐너를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    타겟 조직 내에서 열에너지 전달 메카니즘을 위한 타겟 조직의 이완 시간(relaxation time)을 특정하는 타겟 재료의 특정치보다 작은 펄스 길이를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    타겟 조직 내에서 열에너지 전달 메카니즘을 위한 타겟 조직의 이완 시간(relaxation time)을 특정하는 타겟 재료의 특정치보다 작은 펄스 길이를 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    플라즈마를 안내하고 그리고/또는 상기 융발 깊이의 값보다 작은 특정 측정치의 크기를 가진 입자를 회수하기 위하여 전계 및/또는 자계를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    플라즈마를 안내하고 그리고/또는 상기 융발 깊이의 값보다 작은 특정 측정치의 크기를 가진 입자를 회수하기 위하여 전계 및/또는 자계를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    플라즈마를 안내하고 그리고/또는 상기 융발 깊이의 값보다 작은 특정 측정치의 크기를 가진 입자를 회수하기 위하여 전계 및/또는 자계를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  9. 제5항에 있어서,
    플라즈마를 안내하고 그리고/또는 상기 융발 깊이의 값보다 작은 특정 측정치의 크기를 가진 입자를 회수하기 위하여 전계 및/또는 자계를 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방사 조사선으로 주사하는 동안에, 상기 타겟 영역에 대하여 스폿 크기 치수와 융발 깊이의 비가 상수 값으로 조정되도록, 상기 스폿 크기 및/또는 방사 조사선 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    플라즈마의 운동 에너지를 최적화하기 위하여 상기 상수 값을 선정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 플라즈마 생성 방법.
  12. - 제1항에 따라 미세 플라즈마를 생성하는 단계 및
    - 상기 타겟으로부터 생성된 상기 미세 플라즈마를 코팅될 기판 본체 상의 표면으로 향하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    플라즈마로부터 미세 플라즈마 구성물의 상기 표면으로의 부착을 상기 플라즈마의 운동 에너지에 의하여 최적화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 표면으로의 부착을 향상시키기 위하여 미세 플라즈마의 에너지를 증가시키는 단계를 포함하며,
    상기 미세 플라즈마 구성물의 속도를 전계 및/또는 자계에 의해 가속함으로써, 상기 에너지의 증가가 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 타겟 본체 및 기판 주위의 코팅 용적 내로 공급되는 물질 중 적어도 하나로부터 유래하는 물질의 화학 반응에 의하여 표면 상의 피막을 구성하기 위한 추가 구성물을 선정하는 단계를 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    제2 스폿으로부터의 융발을 위하여 제2 타겟 재료 표면이 선정되고, 제1 스폿과 제2 스폿 사이에, 상기 제1 및 제2 스폿들과는 다른 융발 경로 상의 제3 스폿으로부터 미세 플라즈마가 발생하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 스폿은 다른 경로 상에 존재하고, 상기 제1 및 제2 스폿들과는 다른 타겟 상에 존재하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
  18. 방사원, 터빈 스캐너, 타겟 본체, 처리 설비 및 기판 본체를 포함하며,
    타겟 본체와 기판 본체는 진공 챔버 내에 배치되고, 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따라 미세 플라즈마를 생성하고, 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따라 기판 본체를 코팅하도록 구성된 것을 특징으로 하는 진공 융발 장치.
  19. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅 방법이 인쇄 및/또는 복사를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
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