KR101410238B1 - 펄스 레이저 증착 방법 - Google Patents

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KR101410238B1 KR1020130025828A KR20130025828A KR101410238B1 KR 101410238 B1 KR101410238 B1 KR 101410238B1 KR 1020130025828 A KR1020130025828 A KR 1020130025828A KR 20130025828 A KR20130025828 A KR 20130025828A KR 101410238 B1 KR101410238 B1 KR 101410238B1
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Abstract

본 발명의 펄스 레이저 증착방법은 증착대상물과 복수의 증착타겟재료들을 진공 챔버 내부에 배치하는 단계와; 레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생시키는 단계와; 빔 분해기를 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 복수의 증착타겟재료들의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어 출력시키는 단계와; 상기 증착대상물의 표면으로부터 거리에 따른 증착층의 구간별, 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 함유량 비율을 결정하는 함량분포함수를 결정하는 단계와, 상기 함량분포함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 증착 두께를 결정하는 증착함수를 결정하는 단계와, 상기 증착함수를 이용하여, 상기 복수의 증착타겟재료들 각각이, 시간당 증착되는 두께를 결정하는 증착률을 결정하는 단계와, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력의 세기를 결정하는 레이저 출력 값을 결정하는 단계, 및 상기 복수의 증착타겟재료들에 대응 되도록 설치되는 복수개의 가변 감쇄기들을 제어하여, 상기 빔 분해기를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들을, 상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계에서 결정된 레이저의 출력의 세기로 상기 복수의 증착타겟재료들에 집광 조사하는 단계; 및, 상기 레이저 빔의 집광 조사에 의해 각각의 상기 복수의 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 펄스 레이저 증착방법에 의하면, 미리 설계된 증착층의 깊이 및 성분비율대로 증착하는데 필요한 레이저 빔의 출력을 정확하고 용이하게 결정함으로써, 미리 설계된 증착층의 두께와 성분 비율을 정확하게 갖는 경사기능성 필름을 용이하게 제작 할 수 있는 레이저 증착 방법을 제공한다.

Description

펄스 레이저 증착 방법 {Pulsed laser deposition method}
본 발명은 펄스 레이저 증착 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 레이저 출력의 세기를 제어하여, 미리 설계된 증착층의 두께 및 성분 비율에 맞추어 증착하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 펄스 레이저 증착 방법은 증착타겟재료에 집광 조사하는 레이저의 출력을 변화시켜, 증착층의 성분을 변화시키는 방법으로 이루어진다.
도 1을 참조하면, 종래의 국내등록특허 제10-1219225호의 펄스 레이저 증착 방법은 증착대상물과 증착타겟재료를 진공 챔버 내부에 배치하는 단계(S10)와, 레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생시키는 단계(S20)와, 빔 분해기를 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 증착타겟재료들의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어 출력시키는 단계(S30)와, 상기 증착타겟재료들에 대응 되도록 설치되는 복수개의 가변 감쇄기들을 제어하여, 상기 빔 분해기를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들의 시간에 따른 출력을 변화시켜 상기 증착타겟재료들에 집광 조사하는 단계(S40), 및 상기 레이저 빔의 집광 조사에 의해 각각의 상기 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착하는 단계(S50)를 포함한다.
그러나 상기 펄스 레이저 증착 방법에는, 미리 설계한 두께 및 성분 비율을 가지는 증착층을 쌓게 하는 레이저 출력을 결정하는 구체적인 방법이 제시되어 있지 않아, 증착층에 따른 정확한 레이저 출력을 결정하기가 용이하지 않았다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 미리 설계된 두께와 성분 비율을 갖는 증착층을 정확히 제작할 수 있는 펄스 레이저 증착 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스 레이저 증착방법은 증착대상물과 복수의 증착타겟재료들을 진공 챔버 내부에 배치하는 단계와; 레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생시키는 단계와; 빔 분해기를 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 복수의 증착타겟재료들의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어 출력시키는 단계와; 상기 증착대상물의 표면으로부터 거리에 따른 증착층의 구간별 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 함유량 비율을 결정하는 함량분포함수를 결정하는 단계와, 상기 함량분포함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 증착 두께를 결정하는 증착함수를 결정하는 단계와, 상기 증착함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료들 각각이 시간당 증착되는 두께를 결정하는 증착률 결정하는 단계와, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력의 세기를 결정하는 레이저 출력 값을 결정하는 단계, 및 상기 복수의 증착타겟재료들에 대응 되도록 설치되는 복수개의 가변 감쇄기들을 제어하여 상기 빔 분해기를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들을 상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계에서 결정된 레이저의 출력의 세기로 상기 복수의 증착타겟재료들에 집광 조사하는 단계; 및, 상기 레이저 빔의 집광 조사에 의해 각각의 상기 복수의 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착하는 단계를 포함한다.
상기 증착함수는
Figure 112013021115457-pat00001
에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112013021115457-pat00002
는 j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 증착함수이고,
Figure 112013021115457-pat00003
는 j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 함량분포함수이며,
Figure 112013021115457-pat00004
는 상기 증착대상물 표면으로부터의 거리이고,
Figure 112013021115457-pat00005
는 증착대상물 표면으로부터 증착층의 주어진 지점까지의 두께이다.
상기 증착률은
Figure 112013021115457-pat00006
또는
Figure 112013021115457-pat00007
와 같은 식에 의하여 결정될 수 있다.
Figure 112013021115457-pat00008
는 j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 증착률이고,
Figure 112013021115457-pat00009
는 증착층의 구간 중의 어느 한 구간의 증착 시간이며,
Figure 112013021115457-pat00010
는 상기 증착 시간(
Figure 112013021115457-pat00011
) 동안 증착되는 증착층의 두께이다.
상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계는, 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 레이저 출력 및 증착시간에 따른 증착 데이터를 획득하는 단계와, 상기 증착 데이터를 이용하여, 상기 증착률을 결정하는 단계에서 결정된 증착률과 대응하는 증착률을 갖는 레이저 출력 값을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 증착하는 단계는, 상기 증착대상물을 회전하는 단계가 포함될 수 있고, 상기 복수의 증착타겟재료들을 회전하는 단계를 포함 할 수 있다.
한편 상기 증착대상물은 스테인리스 스틸이며, 상기 복수의 증착타겟재료들은 스테인리스 스틸 및 그래파이트(Graphite)일 수 있다.
본 발명에 따른 펄스 레이저 증착방법에 의하면, 미리 설계된 증착층의 깊이 및 성분비율대로 증착하는데 필요한 레이저 빔의 출력을 정확하고 용이하게 결정함으로써, 미리 설계된 증착층의 두께와 성분 비율을 정확하게 갖는 경사기능성 필름을 용이하게 제작 할 수 있는 레이저 증착 방법을 제공한다.
도 1은 종래의 펄스 레이저 증착방법의 순서도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착 방법을 구현하기 위한 펄스 레이저 증착장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착방법의 순서도.
도 4는 증착하고자 하는 경사기능성 필름의 두께방향으로 스테인리스 스틸 및 DLC (Diamond-Like Carbon)의 함량변화를 개념적으로 보여주는 개념도.
도 5는 실험을 통해 얻어진 피코초 레이저 출력의 세기 및 증착시간에 따른 DLC (Diamond-Like Carbon)의 증착 두께 그래프.
도 6은 실험을 통해 얻어진 피코초 레이저 출력의 세기 및 증착시간에 따른 스테인리스 스틸의 증착 두께 그래프.
도 7은, 도 5 및 도 6의 그래프를 나타내는 수학식의 계수 값을 정리한 도표이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착방법을 설명하기에 앞서, 펄스 레이저 증착 장치에 대해 설명하기로 한다. 도 2는 펄스 레이저 증착 장치 일 실시예의 개략 구성도이다. 도 2를 참조하면, 상기 펄스 레이저 증착장치는, 레이저 발생부(100), 진공 챔버(200), 빔 분해기(300), 렌즈부(400), 가변감쇄기(500), 제어부(600)를 포함한다.
상기 레이저 발생부(100)는 증착대상물(600)에 증착될 증착타겟재료(20)를 어블레이션(ablation)시켜, 원자분사 형태의 원자증기가 발생되게 하는 레이저 빔을 발생시킨다.
상기 진공 챔버(200)는 상기 레이저 발생부(100)에서 발생되는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 증착타겟재료(20)에서 원자증기가 발생됨과 동시에 발생된 상기 원자증기가 상기 증착대상물(10)에 증착이 이루어지는 공간이다. 이러한, 상기 진공 챔버(200) 내부에 상기 증착대상물(10) 및 상기 증착타겟재료(20)가 배치된다. 이때, 일실시예에 따른 상기 진공챔버(200) 내부에는 상기 증착타겟재료(20)로서 서로 다른 재질 종류인 제1증착타겟재료(21) 및 제2증착타겟재료(22)를 배치한 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 서로 다른 셋 이상인 복수 종류의 상기 증착타겟재료(20)들을 배치할 수 있음은 물론이다.
그리고 상기 진공 챔버(200)에는 상기 증착대상물(10) 및 상기 증착타겟재료(20)들을 내부에 안정적으로 고정 안착시킬 수 있도록 고정대(210,220)를 구비할 수 있다.
상기 빔 분해기(300)는 상기 레이저 발생부(100)와 연결되어, 상기 레이저 발생부(100)에서 발생된 상기 레이저 빔을 입력받은 후, 상기 증착타겟재료(20)에 대응되는 복수 개의 상기 레이저 빔들로 나누어 출력시키게 된다.
상기 렌즈부(400)는 상기 빔 분해기(300)에 의해 나누어진 상기 레이저 빔들을 상기 복수 개의 증착타겟재료(20)들에 각각 집광 조사되게 한다. 이러한, 상기 렌즈부(400)는 상기 증착타겟재료(20)에 대응되게 복수 개가 설치된다. 여기서, 상기 렌즈부(400)는 상기 빔 분해기(300)를 통해 전달받는 상기 레이저 빔이 각각의 상기 증착타겟재료(20)에 집광 조사될 수 있게 집광렌즈를 사용한다.
상기 가변감쇄기(200)는 각각의 상기 빔 분해기(300)와 상기 렌즈부(400) 사이에 위치하여 상기 렌즈부(400)를 통해 상기 증착타겟재료(20)들에 조사되는 상기 레이저 빔의 출력을 조절하게 된다.
상기 제어부(600)는 상기 가변감쇄기(500)들에 연결 설치되어, 상기 가변감쇄기(500)들을 제어한다. 이러한, 상기 제어부(600)는 상기 가변감쇄기(500)에 의한 상기 레이저 빔의 시간에 따른 출력을 조절하게 된다.
이와 같이, 일실시예에 따른 상기 펄스 레이저 증착장치는, 상기 진공 챔버(200) 내부에 복수 종류의 증착타겟재료(20)들을 배치한 상태에서, 상기 레이저 발생부(100)로부터 발생된 상기 레이저 빔을 상기 빔 분해기(300)로 상기 증착타겟재료(20) 개수에 대응되게 나눈 후, 상기 렌즈부(400)를 통해 상기 증착타겟재료(20)들에 집광 조사하게 된다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착방법을 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착방법의 순서도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착방법은, 증착대상물과 복수의 증착타겟재료들을 상기 진공 챔버(200) 내부에 배치하는 단계(S100)와, 상기 레이저 발생기(100)를 통해 레이저 빔을 발생시키는 단계(S200)와, 상기 빔 분해기(300)를 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 복수의 증착타겟재료들(20)의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어 출력시키는 단계(S300)와, 상기 복수의 증착타겟재료들(20)에 대응되도록 설치되는 복수개의 상기 가변 감쇄기(500)들을 제어하여 상기 빔 분해기(300)를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들의 시간에 따른 출력을 변화시켜 상기 복수의 증착타겟재료들(20)에 집광 조사하는 단계(S400), 및 상기 레이저 빔의 집광 조사에 의해 각각의 상기 복수의 증착타겟재료(20)에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물(10)의 표면에 증착되는 단계를 포함한다.
이하, 이를 보다 상세하게 설명한다. 증착대상물과 복수의 증착타겟재료들을 상기 진공 챔버(200) 내부에 배치하는 단계(S100)는, 상기 진공 챔버(200) 내부에 상기 증착대상물(10) 및 상기 증착타겟재료(20)를 상기 진공 챔버(200) 내부에 안정적으로 고정 안착시킬 수 있도록 상기 고정대(210,220)를 고정 배치한다. 이때, 상기 진공 챔버(200) 내부에 배치된 상기 증착타겟재료(20)는 상기 증착대상물(10)에 경사를 가진 박막을 형성할 수 있도록 서로 다른 복수 종류로 배치한다. 즉, 앞서 설명한 도 2와 같이 일실시예에서는 상기 진공 챔버(200) 내부에 제1증착타겟재료(21)로 그래파이트(Graphite)를, 제2증착타겟재료(22)로 스테인리스 스틸을 배치하나, 각각의 재질은 이에 한정되지 않음은 물론이다.
이렇게, 상기 진공 챔버(200) 내부에 상기 증착대상물(10) 및 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들을 배치하면, 상기 복수의 증착타겟재료(20)들을 어블레이션시킬 레이저 빔을 상기 레이저 발생기(100)에서 발생시키게 한다.(S200)
이후, 상기 레이저 발생기(100)로부터 발생되는 레이저 빔이 상기 빔 분해기(300)를 거치면서, 상기 복수의 증착타겟재료(20)들의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어진 상태로 출력된다.(S300)
이렇게, 상기 빔 분해기(300)에 의해 나누어진 각각의 상기 레이저 빔은 상기 복수의 증착타겟재료(20)들에 대응되게 설치한 복수 개의 각 가변감쇄기(500)를 거치면서, 시간에 따른 출력이 변화된 상태로 상기 복수의 증착타겟재료(20)들에 상기 렌즈부(400)에 의해 집광 조사된다. 즉, 도 2와 같이 상기 제어부(600)에 의해 각 상기 가변감쇄기(500)를 제어한다.(S400)
상기 집광 조사하는 단계(S400)는, 상기 증착대상물(10)의 표면으로부터 거리에 따른 증착층의 구간별 상기 복수의 증착타겟재료들(20) 각각의 함유량 비율을 나타내는 함량분포함수를 결정하는 단계(S410)와, 상기 함량분포함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료(20)들 각각의 증착 두께를 결정하는 증착함수를 결정하는 단계(S420)와, 상기 증착함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료(20)들 각각이 시간당 증착되는 두께를 결정하는 증착률을 결정하는 단계(S430)와, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력의 세기를 결정하는 레이저 출력 값을 결정하는 단계(S440)를 포함 할 수 있다.
우선 상기 증착대상물(10)의 표면으로부터 거리에 따른 증착층의 구간별 상기 복수의 증착타겟재료(20)들 각각의 함유량 비율을 결정하는 함량분포함수를 결정한다.(S410) 상기 함량분포함수는
Figure 112013021115457-pat00012
로 표현될 수 있다. 상기 함량분포함수(
Figure 112013021115457-pat00013
)는 0 이상 1이하의 값 중 임의의 값을 갖는다. 즉,
Figure 112013021115457-pat00014
을 만족한다. 한편 아래첨자
Figure 112013021115457-pat00015
는 증착타겟재료의 종류에 대응되는 문자이고,
Figure 112013021115457-pat00016
는 상기 증착대상물(10) 표면으로부터 형성되는 층착층의 임의의 지점까지 거리를 나타낸다.
여기서, 상기 함량분포함수(
Figure 112013021115457-pat00017
)는 증착되는 상기 증착타겟재료들이 섞이는 증착층의 두께비율을 사용하여 정의할 수 있다. 한편 상기 함량분포함수는 상기 증착타겟재료들이 섞이는 원자 개수의 비율로 정의할 수 도 있다. 다만 상기 증착타겟재료들이 섞이는 원자 개수의 비율로 정한 상기 함량분포함수는 상기 섞이는 증착층의 두께비율을 사용하여 정의한 상기 함량분포함수로 변환하여 후술하는 단계들에 사용될 수 있다.
한편 상기 복수의 증착타겟재료(20)는 그래파이트 (Graphite) 및 스테인리스 스틸로 구성될 수 있다. 그래파이트를 증착타겟재료로 사용하여 증착할 경우 DLC (Diamond-Like Carbon)를 얻을 수 있다. 이 경우 증착되는 DLC의 함량 분포함수는 가
Figure 112013021115457-pat00018
되고, 스테인리스 스틸의 함량분포 함수는
Figure 112013021115457-pat00019
가 될 수 있다. 상기 함량분포함수는 그 함수의 특성상, 증착층의 어떤 지점에서도
Figure 112013021115457-pat00020
이 만족된다.
도 4는 증착하고자 하는 증착층의 내부에서 DLC와 스테인리스 스틸의 함량분포함수의 변화를 개념적으로 보여준다. 도 4에서, L은 증착층의 총 두께이고,
Figure 112013021115457-pat00021
는 증착이 진행되고 있을 때 주어진 시간에서의 증착된 증착층의 두께이며,
Figure 112013021115457-pat00022
는 증착이 시작되면서 시간
Figure 112013021115457-pat00023
까지 증착된 증착층의 두께를 나타낸다. 한편 상기
Figure 112013021115457-pat00024
는
Figure 112013021115457-pat00025
로 정의 할 수 있다.
상기 함량분포함수(
Figure 112013021115457-pat00026
)를 결정한 뒤에는, 상기 복수의 증착타겟재료들(20) 각각의 증착 두께를 결정하는 증착함수를 결정한다.(S420) 상기 증착함수는
Figure 112013021115457-pat00027
로 표현될 수 있다. 여기서
Figure 112013021115457-pat00028
는 증착타겟재료의 종류에 대응되는 문자이고, 상기 함량분포함수(
Figure 112013021115457-pat00029
)와는
Figure 112013021115457-pat00030
와 같은 관계가 성립 된다.
따라서, 증착층의 두께가
Figure 112013021115457-pat00031
일 때 그 안에 포함되어 있는, 상기 DLC의 상기 증착함수와 상기 함량분포함수는
Figure 112013021115457-pat00032
와 같은 관계과 성립되고, 상기 스테인리스 스틸의 상기 증착함수와 상기 함량분포함수는
Figure 112013021115457-pat00033
와 같은 관계를 만족한다.
한편, 미리 설계된 두께 및 성분 비율을 갖는 증착층과 동일한 증착층을 증착시키려면, 레이저 출력이 적절하게 조절되어야 한다. 상기 레이저 출력을 결정하기 위해서는 먼저 증착률이 결정되어야 하는바, 이하, 상기 증착률을 결정하는 단계(S430)를 상세하게 설명하기로 한다.
상기 증착함수(
Figure 112013021115457-pat00034
)를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료(20)들 각각이, 상기 증착 구간에서, 시간당 증착되는 증착 두께를 결정하는 증착률을 결정할 수 있다.(S430) 상기 증착 구간에서의 상기 증착률은
Figure 112013021115457-pat00035
로 정의할 수 있고,
Figure 112013021115457-pat00036
또는
Figure 112013021115457-pat00037
로 계산될 수 있다.
한편 상기
Figure 112013021115457-pat00038
일 때, 즉 상기 증착층 구간에서 증착대상물의 함량분포의 변화가 없을 때는 상기
Figure 112013021115457-pat00039
은 이용할 수 없으나 상기
Figure 112013021115457-pat00040
은 이용될 수 있다.
상기
Figure 112013021115457-pat00041
는 상기 총 N개의 증착 구간 중에서 임의의 증착 구간의 증착시간을 의미하고, 상기
Figure 112013021115457-pat00042
는 상기
Figure 112013021115457-pat00043
동안 증착되는 상기 증착층의 증착두께를 의미한다. 한편
Figure 112013021115457-pat00044
은 상기 총 N개의 증착 구간 중에서 임의의 증착 구간이 시작할 때까지 증착된 증착층의 두께를 의미한다.
한편 상기
Figure 112013021115457-pat00045
또는
Figure 112013021115457-pat00046
이외에도 약간의 변형된 형태의 식들을 사용할 수 있음은 물론이다.
다음으로, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력 값을 결정한다.(S440) 상기 레이저 출력값을 결정하기 위하여, 우선 상기 복수의 증착타겟재료들(20) 각각의 레이저 출력의 세기에 따른 증착데이터를 획득한다. 상기 증착데이터는 상기 복수의 증착타겟재료들(20) 각각을 실험하여 획득할 수 있다. 상기 증착 데이터는 그래프로 표현 될 수 있다. 도 5는 실험을 통해 얻어진 피코초 레이저 출력 및 증착시간에 따른 DLC (Diamond-Like Carbon)의 증착 두께를 그래프를 나타낸 도면이다. 도 6은 실험을 통해 얻어진 피코초 레이저 출력 및 증착시간에 따른 스테인리스 스틸의 증착 두께를 그래프로 나타낸 도면이다.
한편, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력을 결정하는 단계(S440)에서는, 상기 증착 데이터를 이용하여 상기 증착률 결정단계(S430)에서 결정된 증착률에 대응하는 레이저 출력 값을 산출해야 한다. 이는 상기 증착 데이터를 수학적으로 표현함으로써 용이하게 얻을 수 있다. 이를 위해
Figure 112013021115457-pat00047
와 같은 식이 이용될 수 있다. 여기서
Figure 112013021115457-pat00048
는 상기 실험에 쓰인 임의의 레이저 빔의 출력의 세기이고, t는 시간을 의미하며 ,
Figure 112013021115457-pat00050
,
Figure 112013021115457-pat00051
, 는 상기 실험에 의해 얻어진 상기 증착 데이터와 상기
Figure 112013021115457-pat00052
식이 대응하도록 하는 계수이다.
도 7은 상기 DLC와 상기 스테인리스 스틸의 각각의 레이저 출력의 세기에 따른 증착 데이터의 그래프와 대응되는 상기
Figure 112013021115457-pat00053
식의 계수를 정리한 도면이다. 예를 들면, 상기 스테인리스 스틸의 경우, 레이저 출력이 0.25 W 일 때,
Figure 112013021115457-pat00054
이고,
Figure 112013021115457-pat00055
이며,
Figure 112013021115457-pat00056
가 된다.
한편 상기
Figure 112013021115457-pat00057
를 시간(t)으로 미분을 하면 실험증착률을 얻을 수 있는데, 이를 통해 상기 증착률 결정단계(S430)에서 결정된 증착률과 같은 값을 갖은 상기 실험증착률을 확인함으로써 상기 증착률 결정단계(S430)에서 결정된 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력의 세기를 확인할 수 있게 된다. 증착 데이터를 얻기 위해 사용한 레이저 출력 값들이 네 다섯 개에 불과하기 때문에 실험에 사용되지 않은 레이저 출력 값에 대응하는 증착률은 보간 등의 방법을 적절히 사용하여 얻을 수 있다.
그리고, 상기 복수의 증착타겟재료들(20)에 대응 되도록 설치되는 복수개의 상기 가변 감쇄기들(500)을 제어하여, 상기 빔 분해기(300)를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들을 상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계(S440)에서 결정된 레이저의 출력의 세기로 상기 복수의 증착타겟재료들(20)에 집광 조사한다.(S400)
이렇게, 상기 가변감쇄기들(500)을 제어하게 되면, 이후 각각의 상기 증착타겟재료들(20)의 시간에 따라 어블레이션되는 양이 달라지면서 발생되는 원자증기의 양이 달리지게 되어, 미리 설계된 증착증의 깊이 및 성분비율에 따라서 증착층이 형성된다.(S500)
한편, 상기 증착하는 단계(S500)에서 상기 증착대상물(10)이 회전 될 수 있다. 상기 증착대상물(10)을 회전하는 단계를 포함함으로써, 상기 증착대상물(10)의 표면에 고르게 증착이 이루어 질 수 있다. 또한 상기 복수의 증착타겟재료들(20)을 회전할 수 있는데, 이를 통해 상기 복수의 증착타겟재료들(20)이 레이저에 의해 뚫리는 현상을 최소화 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100...레이저 발생부 200...진공 챔버
300...빔 분해기 400...렌즈부
500...가변감쇄기 600...제어부

Claims (6)

  1. 증착대상물과 복수의 증착타겟재료들을 진공 챔버 내부에 배치하는 단계와;
    레이저 발생기를 통해 레이저 빔을 발생시키는 단계와;
    빔 분해기를 이용하여 상기 레이저 빔을 상기 복수의 증착타겟재료들의 개수에 대응되는 복수 개로 나누어 출력시키는 단계와;
    상기 증착대상물의 표면으로부터 거리에 따른 증착층의 구간별 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 함유량 비율을 결정하는 함량분포함수를 결정하는 단계와, 상기 함량분포함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 증착 두께를 결정하는 증착함수를 결정하는 단계와, 상기 증착함수를 이용하여 상기 복수의 증착타겟재료들 각각이 시간당 증착되는 두께를 결정하는 증착률을 결정하는 단계와, 상기 증착률에 대응하는 레이저 빔의 출력의 세기를 결정하는 레이저 출력 값을 결정하는 단계, 및 상기 복수의 증착타겟재료들에 대응 되도록 설치되는 복수개의 가변 감쇄기들을 제어하여상기 빔 분해기를 통해 복수개로 나누어 출력되는 상기 레이저 빔들을 상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계에서 결정된 레이저의 출력의 세기로 상기 복수의 증착타겟재료들에 집광 조사하는 단계;및
    상기 레이저 빔의 집광 조사에 의해 각각의 상기 복수의 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착하는 단계를 포함하는 펄스 레이저 증착방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착함수는 [수학식 1]에 의하여 결정되며,
    [수학식 1]
    Figure 112013021115457-pat00058

    Figure 112013021115457-pat00059
    : j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 증착함수
    Figure 112013021115457-pat00060
    : j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 함량분포함수
    Figure 112013021115457-pat00061
    : 상기 증착대상물 표면으로부터의 거리
    Figure 112013021115457-pat00062
    : 증착되고 있는 증착층의 주어진 지점까지의 두께
    상기 증착률은 [수학식 2] 또는 이와 유사한 식에 의하여 결정되는 펄스 레이저 증착방법.
    [수학식 2]
    Figure 112013021115457-pat00063

    Figure 112013021115457-pat00064

    Figure 112013021115457-pat00065
    : j 재질로 이루어진 증착타겟재료의 증착률
    Figure 112013021115457-pat00066
    : 증착층의 증착 구간 중 어느 한 구간에서의 증착 시간
    Figure 112013021115457-pat00067
    : 증착 시간 동안 증착되는 코팅의 두께
    Figure 112013021115457-pat00068
    : 어느 한 구간이 시작될 때 코팅의 전체두께
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저 출력 값을 결정하는 단계는,
    상기 복수의 증착타겟재료들 각각의 레이저 출력의 세기에 따른 증착 데이터를 획득하는 단계와,
    상기 증착 데이터를 이용하여, 상기 증착률 결정단계에서 결정된 증착률과 대응하는 증착률을 갖는 레이저 출력 값을 산출하는 단계를 포함하는 펄스 레이저 증착방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계는,
    상기 증착대상물을 회전시키는 단계를 포함하는 펄스 레이저 증착방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 증착하는 단계는,
    상기 복수의 증착타겟재료들이 회전하는 단계를 포함하는 펄스 레이저 증착방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착대상물은 스테인리스 스틸이며,
    상기 복수의 증착타겟재료들은 스테인리스 스틸 및 DLC (diamond-Like Carbon)인 펄스 레이저 증착방법.
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