KR102459847B1 - 미립자의 선택된 제거를 통합하는 열 분무 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열 분무 시스템 및 방법에 관한 것으로, 이는 스폿으로서 기판 표면상으로 돌출하는 가스 컬럼의 형태를 갖는 기판 쪽으로 가열된 가스를 가속시키는 노즐을 구비한 뜨거운 가스 발생기를 포함한다. 가스 컬럼 쪽으로 향한, 노즐 출구에 가장 가까운 하나 이상의 공급 원료 인젝터가 공급 원료 소스에 연결된다. 뜨거운 가스 스트림은 열과 운동량을 공급 원료에 옮겨서, 공급 원료 입자들이 기판과 충돌하게 함으로써 코팅을 형성한다. 이러한 시스템은 또한 축 쪽으로 향하고 액체의 소스에 연결된, 노즐 출구에 가장 가까운 하나 이상의 액체 인젝터를 포함한다. 이러한 시스템은 액체가 주입되는 흐름과 속도를 제어하여, 가스 컬럼 내로의 액체의 침투 깊이를 제어하는 것을 허용한다. 이러한 방법은 준최적 공급 원료 미립자가 기판에 부착되는 것을 선택적으로 방지하고, 준최적 침전물의 원 위치에서의 제거를 제공한다.

Description

미립자의 선택된 제거를 통합하는 열 분무 방법{THERMAL SPRAY METHOD INTEGRATING SELECTED REMOVAL OF PARTICULATES}

본 발명은 덜 달라붙는 공급 원료 및 표면처리 그릿(grit) 미립자와 같은 부스러기(debris)를 기판 및 코팅으로부터 원 위치에서(in situ) 제거하고 준최적의 공급 원료 퇴적의 계속적인 비행 중 감소를 위한 방법을 열 분무 시스템 내로 통합하는 것에 관한 것이다.

도면들 중 도 1을 참조하면, 기존의 열 분무(thermal spraying)는 챔버(2)에서 발생된 뜨거운 가스(1)의 연속적인 흐름이 분출 노즐(3)을 강제로 통과하여, 축(5)을 가지는 분기하는 가스 컬럼(column)(4)을 형성하는 코팅법이다. 컬럼(4)은 노즐(3)과 동축이고, 노즐 출구로부터 가스 컬럼(4)이 표면 스폿(spot)(7) 내로 돌출되는 기판 표면(6)까지 연장한다. 가스 컬럼의 가장자리들 내로의 대기 동조(atmospheric air entrainment)로 인해, 온도가 축(5)으로부터의 거리에 따라 감소하는 가우시안 프로필(Gaussian profile)(9)(도 1)을 따른다. 가스 컬럼의 가장자리 내로의 동조는 비슷한 가우시안 프로필(9)을 따르는, 축(5)으로부터의 거리에 따라 가스의 속도가 감소하게 한다. 열 분무 가스 컬럼(축(5) 가까이의)에서의 피크(peak) 온도들은 10000℃를 초과하는 값들에 도달할 수 있고, 가스 속도는 초당 수백 미터에서부터 초음속까지의 범위를 가질 수 있다. 가스를 가열하기 위한 2가지 주된(main) 방법이 존재한다.

1) 연소 가스와 산소 또는 공기의 혼합물이 점화되고, 노즐을 통해 초음속(그리고 아음속)으로 분출되는 연소실.

2) 가스의 혼합물이 챔버를 통해 연속해서 공급되면서 캐소드(cathode)와 애노드(anode) 사이에서 전기 아크(arc)가 발생하는 아크 챔버를 포함하는 플라스마트론(plasmatron). 가스 혼합물은 전기 아크에 의해 가열되고, 고온의 높은 속도 플라즈마 스트림(stream)으로서 노즐을 통해 분출된다. 높은 엔탈피(HE: high enthalpy) 플라즈마 스트림을 분출할 수 있는 하나의 바람직한 플라스마트론이 델시아(Delcea)의 미국 특허 6114649호에 도시되어 있다.

공급 원료 재료는 하나 이상의 인젝터(injector)(10)를 거쳐 가스 컬럼 내로 주입된다. 그러한 공급 원료 재료는 열과 운동량(momentum)을 공급 원료 재료에 옮기는 가스 컬럼에서 부유되어 운반되어, 코팅(11)을 형성하기 위해 그것이 부착되는 기판 표면상에 높은 속도로 충돌하게 한다. 열 분무 코팅들은 주로 물리적인 힘들에 의해 기판에 부착된다. 이러한 사실 때문에, 표면 거칠기를 증가시키고, 코팅이 부착될 수 있는 고정 점들(anchoring points)을 제공하기 위해, 높은 속도의 연마용 미립자들을 이용한 블라스팅(blasting)에 의하여 코팅 프로세스 이전에 기판 표면이 보통 사전 처리된다. 게다가, 기판에 부딪히는 미립자들은 충돌하는 동안에 스플랫(splat)이라고 흔히 부르는 얇은 판(lamellar) 구조로 변형하기에 충분한 속도의 녹은 상태에 이르기 위해 최적의 온도와 속도 범위에 있어야 하고, 이는 밑에 있는 표면에 물리적으로 접착할 능력을 증가시킨다. 최적의 두께를 갖는 코팅을 형성하기 위해, 2층 이상의 스플랫이 보통 필요한데, 이 경우 여러 개의 겹쳐지는 패스(pass)들이 수행된다. 하나의 패스는 일반적으로 화살표 8에 의해 도시된 것과 같이 표면(6)에 대해 움직이는 가스 컬럼 축으로 이루어진다.

기존의 열 분무에서는, 공급 원료 재료들이 일반적으로 수 미크론(micron)과 수십 미크론 사이의 사이즈를 갖는 상이한 코팅 재료들의 분말이다. 이러한 분말은 통상 캐리어 가스 흐름(flow)을 사용하여 뜨거운 가스 컬럼 내로 주입된다. 뜨거운 가스 흐름은 열과 운동량을 분말에 옮겨서 분말이 녹게 하고 기판 표면에 충돌하게 함으로써 코팅을 형성한다. 기술적 및 경제적인 제약으로 인해, 열 분무 분말은 입자 사이즈들의 비교적 넓은 퍼짐(spread)을 가지고, 이는 문제가 되는데 그 이유는 충돌하는 동안 더 작은 입자들보다 더 큰 입자들이 스플랫을 형성하기 위해 더 많은 열 및 운동량을 요구하기 때문이다.

부유물 열 분무(STS: suspension thermal spraying)에서는, 공급 원료 재료가 액체인 매체에서 떠도는 미립자들로 이루어진다. 이러한 부유물의 흐름은 뜨거운 가스 컬럼 내로의 공급 원료 재료 주입에 사용되고, 따라서 그러한 액체 매체는 기존의 열 분무에서 사용된 캐리어 가스를 대체한다. 종래의 열 분무 분말에 비해, 이들 미립자는 일반적으로 서브미크론(submicron)에서 나노미터 범위에 이르기까지 상당히 더 작다. 고체 미립자의 범위 역시 서스펜션에 존재하지만, 이러한 범위는 일반적으로 기존의 열 분무 분말의 것보다는 더 작다. 뜨거운 가스 흐름 컬럼 내로의 주입시, 서스펜션의 액체 용매는 가스 컬럼의 열에 의해 증발된다. 그 뒤에, 미립자에 열 및 운동량이 계속해서 옮겨지고, 이는 미립자가 녹아서 기판 표면에 충돌함으로써 코팅을 형성한다.

기존의 분말과 서스펜션 공급 원료에서 발견된 입자 사이즈 퍼짐은 분무 프로세스에 관해서는 해롭다. 이상적으로는, 모든 공급 원료가 부유시켜 운반되어야 하고, 축(5)을 따라 가스 컬럼의 가장 뜨겁고 가장 빠른 핵심 구역에서 이동해야 한다. 하지만, 이러한 주입법은 캐리어 가스이거나 액체 매체 어느 것이든지 간에, 보통 모든 공급 원료 입자들에 거의 동일한 속도로 충돌한다. 따라서, 도면들 중 도 1에 도시된 것처럼 주입 및 가스 컬럼 조건에 최적화된 크기를 갖는 공급 원료 입자(12)들만이 가스 컬럼(4)의 가까운 축(5)에 머무르고, 이는 고품질의 코팅을 얻기 위해 필요한 온도와 속도를 가지고 기판에 입자들이 충돌하게 한다. 가장 크고 무거운 입자(13)가 가스 컬럼(4)을 통해 더 멀리 관통하고, 공급 원료 주입기(10) 반대 측의 가스 컬럼(4)의 더 차갑고 더 느린 구역에서 핵심 구역 외측에서 이동하는 경향이 있다. 더 차갑고, 더 느린 구역에서는 입자(13)가 기판에 충돌시 스플랫을 형성하기 위한 충분한 열과 운동량을 받지 않아서, 기판에 잘 부착되지 않고, 고품질 코팅의 중앙 영역을 둘러싸는 고리 모양의 구역에 준최적의 침전물(deposits)을 형성한다. 마찬가지로 가장 작고 가장 가벼운 공급 원료 입자(14)들이 고품질 코팅의 중앙 영역을 둘러싸는 고리 모양 구역에서 준최적의 침전물을 형성하는데, 이는 이들 입자가 가스 컬럼의 핵심 내로 관통할 수 없고, 대신 온도와 속도가 준최적인 가장자리들에서 이동하기 때문이다. 코팅이 보통 다수의 침전층을 만들기 위해 패스들을 겹치게 함으로써 만들어지기 때문에, 준최적의 침전물이 그러한 코팅에서 갇힐 수 있고, 코팅 부착과 보전성(integrity)을 떨어뜨린다. 그 결과, 준최적 침전물의 코팅시 형성 또는 갇힘(entrapment)을 감소시킴으로써 코팅 강도(strength)가 향상된다. 준최적 침전물의 형성은 최적으로 크기가 정해지는 공급 원료에서 입자들의 부스러기를 증가시킴으로써 감소될 수 있지만, 입자 사이즈 범위를 좁아지게 하는 것은 코팅 프로세스의 전반적인 비용을 상당히 증가시키는 경향이 있다. 대안적으로, 원치 않는 준최적 침전물의 갇힘은 코팅 패스들 사이의 표면에서 이들 침전물을 청소함으로써 감소할 수 있다.

열 분무 코팅을 적용하기 전에, 표면으로부터 원치 않는 물질을 청소하기 위해 흔히 사용된 기술들은 압력이 가해진 가스의 분출(jet)이 표면상으로 향하게 하는 것을 수반한다. 종종 압축된 분출만으로는 충분한 청소(cleaning)를 제공하지 않아서, 건조한 얼음이나 연마용 세라믹 그릿(grit)과 같은 고체 미립자들이 분출에 추가되어 좀 더 공격적인 청소를 제공한다. 연마용 그릿 블라스팅의 경우, 청소될 구역에 인접한 코팅된 영역들은 일반적으로, 코팅에 손상이 일어나는 것을 방지하기 위해 그릿으로부터 가려지거나 감싸질 필요가 있다. 게다가, 이러한 그릿 블라스팅 프로세스는 코팅에서 갇힐 수 있고 코팅 부착과 보전을 떨어뜨릴 수 있는 먼지 미립자들을 표면상에 남긴다. 이들 블라스팅 기술을 가지고, 열 분무 코팅 적용을 위해 필요한 것과는 분리된 장비가 사용되어, 만약 블라스팅 장비가 원치않는 물질을 청소하는 동안 열 분무 프로세스가 중단된다면, 장비 자본금, 유지보수 비용, 및 코팅 생성 시간에 관한 추가적인 지출이 생기게 한다.

독립된 장비에 관한 필요성 없이 표면에서 준최적 침전물을 제거하기 위해, 공급 원료 주입이 중지될 수 있고, 뜨거운 가스 컬럼이 사용될 수 있다는 주장이 있을 수 있다. 이러한 접근은 적절하지 않는데, 이는 가스로부터의 열이 준최적 침전물을 부분적으로 또는 완전히 녹일 수 있고, 이는 냉각 후 준최적 물질 부착의 증가를 야기할 수 있기 때문이다. 또한, 준최적 침전물의 부착이 뜨거운 가스 컬럼에 의해 증가될 수 있을지라도, 이러한 녹음 및 냉각 프로세스로부터 생기는 물리적인 접착과 표면 마무리는 녹은 입자들의 고속 충돌에 의해 만들어진 것에 비교될 수 없다.

De Vries 등에 의한 미국 특허 공보 2009/0324971A1은 원자층 증착 기술을 교시한다. 공급 원료와 동일한 화학적 성질을 갖는 코팅을 증착시키기 위해 플라즈마 내로는 어떠한 공급 원료도 주입되지 않는다. 대신, 반응 가스들의 혼합물이 반응 챔버 내로 공급되고, 플라즈마가 별도로 도입되어 반응 속도를 증대시킨다. 가스들로부터의 이온이 기판에 화학적으로 접착되어 원자층들을 형성한다. 그런 다음 표면 화학(surface chemistry)을 변경하기 위해 추가적인 방식으로 또는 대체적인 방식으로 표면에 접착하는 반응제(reactive agent)로서 수증기가 기판 표면을 따라 주기적으로 주입된다. 그러므로 De Vries는 표면에 바라지 않는 원자/분자의 기존 화학적 결합을 임의로 깨뜨리기 위해 더 많은 반응종들(reactive species)을 사용함으로써, 더 많은 반응종들이 바라지 않는 원자/분자을 대체하고 표면의 화학적 성질을 변경하게 하는 것을 교시한다. De Vries의 기술은 화학적 힘들 대신 물리적 힘들에 의해 접착이 일어나는 열 분무 프로세스에는 적용 가능하지 않다. 예를 들면, 심지어 몇몇 미지의 이유로 인해 De Vries에서 가르쳐진 것과 같이 열 분무 코팅을 하는 동안에 기판 표면을 따라 수증기를 주입하도록 유발되더라도, 준최적 공급 원료 입자들이 부착되는 것을 방지하기에 충분히 냉각되지 않거나 느슨하게 부착되는 준최적 침전물을 수증기가 제거할 수 있을 것 같지 않기 때문에 그렇게 하는 것이 확실하지 않다는 것이 발명자의 생각이다.

Ma 등에 의한 미국 특허 출원 공보 2008/0072790은 기판 쪽으로 기둥(plume)을 분출하기 위해 연소실과 노즐을 사용하는 열 분무 시스템을 교시한다. 유기/무기 금속 염(salt)들이나 물 또는 휘발성 용매에 있는 작은 크기를 갖는 고체 입자들의 부유물의 혼합물을 포함할 수 있는, 액체인 매체로 이루어지는 공급 원료 재료가 기둥 내로 주입된다. 물과 고체 입자들은 한 개의 공급 원료로서 미리 혼합되고, 동일한 저장기로부터 혼합물로서 그러한 기둥에 공급된다. Ma에 의해 물을 포함하는 부유물 액체가 고체 입자들만을 위한 캐리어(carrier)로서 이용되는데, 이는 캐리어로서 가스를 사용하는 미세한 입자들(크기가 10㎛ 미만인)을 공급하기가 어렵기 때문이다(단락번호 0007). Ma는 기둥에서 고체 미립자들로부터 분리된 물과 같은 액체의 기둥으로의 주입을 가르치지 않고, 그렇나 분리를 달성하기 위한 어떠한 설비(provisions)도 실시예의 설명에 개시되어 있지 않다. 또한, Ma는 형성되는 코팅의 구조 또는 증착 특징들을 수정하기 위한 액체 주입을 교시하지 않고 있다.

Kawaguchi 등에 의한 미국 특허 출원 공보 2004/0203251은 반도체 웨이퍼 제작이 대기 가스와 수증기에 노출될 때, 가스 반응물을 방출("가스 제거(outgas)")할 잔여물을 만들 수 있다는 것을 교시한다. 이들 반응물은 부품 또는 처리 장비에 오염 또는 부식 문제들을 야기할 수 있다(단락 번호 00026). 이러한 문제를 해결하기 위해, Kawaguchi 등은 잔여물을 담고 있는 물을 미리 가열하기 위해, 진공실 내에 갇혀 있는, 정적이고 낮은 온도의 글로우 방전 플라즈마를 발생시키는 장치를 사용하는 것을 설명한다(단락 번호 0031). 그런 다음, 잔여물의 화학적 성질에 따라, 웨이퍼가 산소 또는 수소를 함유하는 가스에 노출되고, 이러한 가스 중 어느 하나는 수증기일 수 있다(단락 번호 0029). 이러한 노출은 문제가 되는 반응 물질을 방출하고, 그러한 반응 물질을 부식하지 않는 휘발성 종들로 전환한 다음 그러한 가스들을 쏟아냄으로써(pumping out) 진공실로부터 제거시킨다(단락 번호 0030). Kawaguchi에 의해 교시된 잔여물 제거는 본질적으로 진공 상태에서 정적으로 수행되고, 원치 않는 물질을 가스로 전환하도록 설계된 반응성 열 처리이다. 이러한 프로세스는 화학 작용에 특정되고, 반도체 업계에 관계된 것이다. 그러한 제거 메커니즘은 기계적 전위(dislocation)에 의해, 즉 입자들과 부스러기의 충돌에 의해 가장 잘 제거되는 비교적 비반응적이고, 비화학적으로 접합된 부스러기를 가진 분위기에서 수행된 열 분무 프로세스에 적용 가능하지 않다.

Schlienger 등에 의한 미국 특허 4770109는 열적으로 인가된(applied) 코팅을 분무하기보다는 소각로 챔버의 바닥에 위치한 회전하는 원반(disc) 상에서 쓰레기를 가열하고 빽빽하게 채워 넣기 위해, 플라즈마 토치(torch)를 사용하는 것을 교시한다. 빽빽하게 채워 넣고 소각을 한 후, 처리된 쓰레기는 챔버로부터 비워지고, 프로세스는 다시 시작된다. 토치는 회전하는 원반상으로 향한 플라즈마 기둥이 있는 소각로의 상부 뚜껑을 통해 장착된다. 처리될 쓰레기는 액체 형태뿐만 아니라 고체 형태일 수 있다. 고체 및 액체 쓰레기는 플라즈마 기둥 내로 주입되지 않고, 둘 다 플라즈마 기둥으로부터 멀게 위치한 하나의 파이프를 통해 공급된다(도면들과 컬럼 3의 라인 6~7에서의 부품(22)). 비록 Schlienger가 플라즈마 토치에 의해 만들어진 플라즈마 내로 고체 물질과 액체 물질을 공급하는 것을 교시하고 있지만, 그러한 프로세스의 목적은 공급 원료를 파괴하는 것이고, 따라서 Schlienger는 바라는 공급 원료의 보유를 최대화하려고 하는 열적 분무 코팅 프로세스에서 분명히 사용 가능할 어떠한 설비도 제공하지 않는다. 또한, Schlienger는 기둥 내에서 공급 원료 입자들이 처리되는 방식에 영향을 미칠 목적으로 플라즈마 기둥 내로 직접 액체가 주입되는 어떠한 설비도 제공하지 않는다.

Rosenflanz 등에 의한 미국 특허 출원 공보 2007/0084244A1은 비정질 또는 유리 물질을 만들 목적으로 공급 원료 물질을 처리하기 위한 플라즈마 토치의 사용을 교시한다. 다양한 세라믹 입자들의 공급 원료는 플라즈마 기둥 내로 공급되도록 하기 위해 캐리어 가스 내에서 떠다닌다. 일단 주어진 길이의 플라즈마 기둥 내로 공급되면, 공급 원료 입자들은 가열되고 작은 방울들로 녹는다. Rosenflanz는 역시 플라즈마 기둥 내로 액체를 주입하기 위한 어떠한 설비도 제공하지 않는다. 대신, Rosenflanz는 구체 또는 비드(bead) 형태의 미립자들로 녹은 공급 원료를 냉각시키기 위해 액체 내로 기둥과 공급 원료 물질을 분무하는 것을 교시하고, 이러한 프로세스를 코팅을 만드는 프로세스와 분리시킨다(단락 번호 0104).

위 가르침 또는 종래 기술 중 그 어느 것도 열적 분무 코팅 프로세스 동안 표면 부스러기의 제어된 원 위치에서의 제거를 제공하지 않고, 또한 비행 중인 준최적 공급 원료 미립자들의 침전을 감소시킨다. 그러므로 준최적인 성질들로 미립자들의 코팅에 갇히는 것(entrapment)을 회피하는 이들 수단 모두를 통합하는 열적 분무 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

본 발명은 열적 분무 시스템으로 통합하는 것과, 준최적의 공급 원료 침전물의 지속적인 공중(in-flight) 감소와, 기판과 코팅으로부터 덜 부착되는 공급 원료와 표면 준비 그릿 미립자들과 같은 부스러기의 원 위치에서의 제거를 위한 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 양태에서, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위한 통합된 방법이 사용된다. 이러한 방법은 가열된 가스의 소스와 노즐을 제공하는 단계로서, 상기 노즐은 상기 노즐과 동축인 가스 스트림 컬럼으로 가열된 가스를 성형하기 위한 것이고, 상기 컬럼은 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하며, 상기 가스 스트림 컬럼 내로 공급 원료를 주입하기 위해 사용되고 상기 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하기 위해 사용된 하나 이상의 인젝터를 제공하는 것인, 상기 제공하는 단계;

공급 원료 프로필을 확립하고 상기 공급 원료 프로필의 일부분을 최적으로서 그리고 상기 공급 원료 프로필의 나머지를 준최적으로서 결정하는 단계;

컬럼의 축 둘레에 감싸진 제1 구역과 상기 제1 구역을 둘러싸고 상기 제1 구역과 동축인 제2 구역을 포함하여 상기 가스 스트림 컬럼 내에 2개의 체적 영역(volumetric region)을 결정하는 단계로서, 상기 제1 구역은 상기 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하고, 상기 제2 구역은 상기 기판 표면상의 환형 고리(annular ring) 내로 돌출하며, 상기 환형 고리는 상기 스폿과 동축이고 상기 스폿을 둘러싸는, 상기 결정하는 단계;

준최적 공급 원료가 스트림의 제2 구역 내에서 부유되어 운반되면서, 최적 공급 원료가 스트림의 제1 구역 내에서 부유되어 운반되도록, 가스 스트림 컬럼 내로의 공급 원료 침투 깊이를 제어하기 위해, 상기 가스 스트림 컬럼 내로 상기 공급 원료를 주입하고 주입 파라미터들을 조정하는 단계;

액체가 스트림의 제2 구역 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록, 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하기 위해, 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하고 주입 파라미터를 조정하는 단계로서, 상기 액체는 스트림의 제2 구역 내에서 부유되어 운반된 공급 원료의 준최적 부분의 온도를 감소시키고, 이러한 온도 감소는 기판 표면상에 준최적 공급 원료 부착을 감소 또는 방지하기에 충분한, 주입 및 조정 단계;

액체가 기판에 충돌하여 기판상에서 기판에 끼워 넣어진 부스러기를 제거하도록, 스트림의 제2 구역 내에서 액체가 실질적으로 부유되어 운반되게 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하기 위해, 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하고 주입 파라미터들을 조정하는 단계; 및

가스 스트림 컬럼의 제1 구역에 의해 표면상에 돌출된 스폿 내로부터 실질적으로 공급 원료를 침전시킴으로써 기판 표면상에 코팅을 형성하는 단계를 포함하고, 이러한 코팅은 실질적으로 최적의 온도와 속도 조건으로 침전된 공급 원료로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 양태에서는, 기판 표면에 코팅을 형성하기에 적합하게 된 열 분무 장치가 제공되고, 이러한 장치는 가열된 가스의 소스, 노즐, 복수의 인젝터, 제어 및 밸브를 포함하고,

상기 노즐은 상기 노즐과 동축인 가스 스트림 컬럼으로 가열된 가스를 성형하기 위한 것이고, 상기 컬럼은 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하도록 적합하게 된 것이며, 상기 복수의 인젝터는 가스 스트림 컬럼 내로 공급 원료를 주입하기 위해 위치되는 적어도 하나의 인젝터와, 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하기 위해 위치되는 적어도 하나의 인젝터를 포함하고, 이러한 인젝터들은 공급 원료 프로필을 확립하기 위해 구성되며, 공급 원료 프로필의 제1 부분은 최적이고 공급 원료 프로필의 나머지 부분은 준최적이며, 제1 부분과 나머지 부분은 컬럼의 축 둘레에서 감싸진 제1 구역과 상기 제1 구역과 동축이고 상기 제1 구역을 둘러싸는 제2 구역을 포함하는 가스 스트림 컬럼 내의 2개의 체적 영역을 형성하고, 상기 제1 구역은 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하며, 상기 제2 구역은 기판 표면상의 환형 고리 내로 돌출하고, 상기 환형 고리는 상기 스폿과 동축이며 상기 스폿을 둘러싸고,

최적의 공급 원료가 스트림의 제1 구역 내에서 부유되어 운반되고, 준최적의 공급 원료가 스트림의 제2 구역 내에서 부유되어 운반되도록, 상기 제어 및 밸브는 가스 스트림 컬럼 내로 공급 원료를 주입하고, 가스 스트림 컬럼 내로의 공급 원료 침투 깊이를 제어하기 위해 주입 파라미터를 조정하기 위한 인젝터들 중 적어도 하나에 연결된다. 상기 제어 및 밸브는 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하고, 액체가 스트림의 제2 구역 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하기 위해 주입 파라미터들을 조정하기 위한 인젝터들 중 적어도 하나에 연결되어 있고, 상기 액체는 스트림의 제2 구역 내에서 부유되어 운반되는 공급 원료의 준최적 부분의 온도를 감소시키고, 이러한 온도 감소는 기판 표면상에 준최적 공급 원료가 부착되는 것을 감소 또는 방지하기에 충분하다.

더 좁은 형태로, 이러한 장치의 제어 및 밸브는 가스 스트림 컬럼의 제1 구역에 의해 표면상에 돌출된 스폿 내로부터 실질적으로 공급 원료를 침전시킴으로써 기판 표면상에 코팅을 형성하도록 구성되고, 이러한 코팅은 실질적으로 최적 온도와 속도 조건으로 침전된 공급 원료로 이루어진다.

본 발명의 이들 및 다른 특징, 장점, 및 목적은 이어지는 명세서, 청구항, 및 첨부된 도면들을 참조하여 당업자가 더 잘 이해하고 인지하게 된다.

도 1과 도 1a는 노즐로부터 기판 표면까지 연장하는 뜨거운 가스 컬럼을 제공하는 기존의 열 분무 프로세스의 일반적인 프리젠테이션을 보여주는 측면도와 단면도로서, 가스 컬럼에 의해 기판 표면상에 돌출된(projected) 스폿 내의 기판 표면에 코팅이 증착되는 것을 보여주는 도면들.
도 2와 도 2a는 가스 컬럼 내에 2개의 체적(volumetric) 동심 구역이 형성되고, 더 뜨겁고 더 빠른 제1 구역(15)이 가스 컬럼의 축(5)을 둘러싸며, 더 차갑고 더 느린 제2 구역(16)이 구역(15) 주위를 감싸는 열 분무 방법의 바람직한 실시예에서의 하나의 단계를 보여주는 측면도와 단면도.
도 2b는 미립자 사이즈 대(versus) 카운트를 보여주는 그래프.
도 3과 도 3a는 공급 원료가 인젝터(19) 내로 주입되고, 최적의 공급 원료 입자가 구역(15) 내에서 부유되어 운반되며, 준최적의 입자들이 구역(16)의 상부 부분 내에서 부유되어 운반되는 열 분무 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에서의 하나의 단계와, 제2 구역(16)의 상부 부분 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록 액체를 주입하는데 사용되는 액체 인젝터(21)를 보여주는 측면도와 단면도.
도 4와 도 4a는 공급 원료가 인젝터(19)를 통해 주입되고, 최적의 입자들이 구역(15) 내에서 부유되어 운반되며, 준최적의 입자들이 구역(16)의 상부 부분과 하부 부분 내에서 부유되어 운반되는 열 분무 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에서의 또 다른 단계를 보여주는 측면도와 단면도로서, 각각 구역(16)의 상부 부분과 하부 부분 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록 하기 위해 액체를 주입하기 위해 사용되는 2개의 마주보는 액체 인젝터(21, 31)가 또한 도시되어 있는 도면들.
도 5와 도 5a는 공급 원료가 마주보는 인젝터(19, 25)를 통해 주입되는 열 분무 시스템 및 방법의 바람직한 실시예에서의 또 다른 단계를 보여주는 측면도와 단면도로서, 최적의 입자들은 구역(15) 내에 부유되어 운반되고, 준최적 입자들은 구역(16)의 상부 부분과 하부 부분 내에 부유되어 운반되며, 2개의 마주보는 인젝터(21, 31) 것이 도시되어 있고, 이들 인젝터는 구역(16)의 상부 부분과 하부 부분 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록 액체를 주입하기 위해 사용되는 것이 도시되어 있는 도면들.
도 6은 축(5) 주위에 복수의 공급 원료 인젝터(19, 25)와 복수의 액체 인젝터(21, 31)가 배치된 노즐(3)의 개략적인 정면도.
도 7과 도 7a는 본 발명에서 설명된 방법의 번갈아 가며 나타나는 단계들에 의해, 코팅이 침전되고 기판 표면이 청소되는 방법의 바람직한 일 실시예를 보여주는 측면도와 단면도.

준최적 공급 원료 침전물의 지속적인 비행중 감소와, 부착되는 공급 원료 및 표면처리 그릿 미립자와 같은 부스러기를 기판 및 코팅으로부터 원 위치에서 제거를 위한 열 분무 장치/시스템 및 방법이 제공된다. 장치(도 2 및 도 2a)는 뜨거운 가스 발생기(2)와 노즐(3)을 포함하고, 이러한 뜨거운 가스 발생기(2)와 노즐(3)은 기판 표면(6) 상의 스폿으로 돌출하는 고온 가스 컬럼(4)을 발생시키기 위해 사용된다. 본 발명의 예시적인 일 실시예에서, 뜨거운 가스 컬럼 성질, 코팅 성능 요구 조건, 및 공급 원료 특징이 결합하여, 최적의 공급 원료 사이즈 범위를 정의하고, 따라서 이러한 범위 외측에 있는 임의의 입자 사이즈들은 준최적 또는 바람직하지 않는 것으로서 분류된다. 위에서 언급된 바와 같이, 최적의 사이즈 내의 입자들만으로 구성되는 공급 원료 사이즈 분포는 비현실적이다. 실제로는, 가장 효과적인 시나리오는 도 2b에 개략적으로 도시된 것처럼, 최적의 사이즈 범위 내로 공급 원료 입자 사이즈 분포를 집중하는 것이다. 따라서, 가스 컬럼(4) 내에서는, 각 카테고리로부터의 공급 원료 입자의 위치들이 2개의 체적 영역, 즉 구역(15)과 구역(16)을 정의한다.

구역(15)은 축(5)을 둘러싸고, 중앙 스폿(17)에서 기판 표면(6) 상으로 돌출한다. 이 구역은 최적의 공급 원료 입자들의 위치를 그 특징으로 하는데, 이는 구역(15)에서 발생된 입자 온도와 속도 상태가 표면(6) 상의 최적의 코팅을 만든다는 것을 의미한다.

구역(16)은 구역(15)을 둘러싸고, 중앙 스폿(17)을 둘러싸는 고리 모양 구역(18)에서 기판 표면(6) 상으로 돌출한다. 구역(16)은 준최적 공급 원료 입자들의 위치를 그 특징으로 하고, 따라서 구역(16)에서 발생된 입자 온도와 속도 상태는 표면(6) 상의 최적의 코팅을 만들기에는 불충분하다. 그 결과, 구역(18)은 준최적 입자들의 침전에 의해 형성된다.

도 3과 도 3a는 가스 컬럼 내로 공급 원료(20)를 주입하기 위한 제1 인젝터(19)와 가스 컬럼 내로 액체(22)를 주입하기 위한 제2 인젝터(21)를 포함하는 일 실시예를 도시하는 것으로, 이 경우 제2 인젝터는 아래쪽에 그리고 제1 인젝터에 인접하게 위치하는 것으로 도시되어 있다. 이 실시예에서, 공급 원료 입자 사이즈 분포는 최적 사이즈 범위에 더 작은 입자들만으로 이루어져 비대칭적으로 되어 있다. 결과로서, 인젝터(19)의 사이즈와 공급 원료 주입의 속도(speed)는 구역(15) 내료의 최적의 공급 원료 입자(23)의 침투가 일어나게 하고, 준최적의 공급 원료 입자(25)가 구역(16)의 상부 부분으로 제한된다. 구역(15)에서 부유되어 운반된 최적의 공급 원료 입자(23)는, 뜨거운 가스 스트림으로부터 기판 표면(6)에 충돌하기에 충분한 열과 운동량이 옮겨져서 스폿(17)에 제한되는 최적의 품질을 갖는 코팅(24)을 형성한다. 구역(16)의 상부 부분에서 부유 운반된 준최적 공급 원료 입자(25)들은 액체(22)에 의해 냉각되고, 이는 주로 인젝터(21)의 사이즈와 액체 주입의 속도를 조정함으로써, 구역(16)의 상부 부분 내로 부유 운반된다. 도 3에 도시된 것처럼, 액체(22)에 의해 이루어진 냉각은 스플랫(splat) 형성이 방지되는 포인트까지 준최적 공급 원료 입자가 녹음의 정도(degree)를 감소시킬 수 있어서, 냉각된 준최적 공급 원료 입자(27)들이 표면(6)을 때리고 부착되지 않고 튕겨 나와 코팅을 형성하게 한다. 그러므로 액체(22)와 냉각된 준최적 공급 원료 입자(27)들은 표면(6)과 충돌하여 연마용 매체로서 작용할 수 있어서, 스폿(17)의 움직임과 코팅(24)의 형성 전에 표면 부스러기(26)로 나타난 그릿 입자들과 힘없이 부착되는 공급 원료를 제거한다. 또한, 액체(22)와, 표면(6) 상에서 연마용 매체로서 작용하는 냉각된 준최적 공급 원료 입자(27)가 그릿 입자(28)들과 같은 끼워 넣어진 표면 부스러기를 이동시키고 그것들을 표면으로부터 제거하여, 그것들이 코팅에 갇히는 것을 방지한다. 또한, 뜨거운 가스 스트림에 의한 가열과 부딪히는 액체에 의한 냉각은, 표면으로부터 이들 부스러기 입자들의 제거를 돕는 식으로, 표면(6)과, 힘없이 부착되는/끼워지는 부스러기 입자들(26, 28)의 팽창 및 수축을 각각 야기할 수 있다. 향상된 연마 프로세스가 요구된다면, 액체(22)는 실리콘 또는 알루미늄 산화물과 같은 미세한 연마용 미립자의 부유물(suspension)을 함유할 수 있다. 미세한 미립자는 그것들이 충돌시 표면(6)에 부착되는데 필요한 용융 정도 또는 속도를 달성하지 않고서 표면(6) 쪽으로 가속되는 구역(16)의 상부 부분에서 부유되어 운반된다. 그러므로 이들 미세한 미립자는 부스러기(26, 28)의 제거를 증대시키게 된다.

도 4 및 도 4a는 공급 원료 입자 사이즈 분포가 가우스 분포이고, 최적의 사이즈 범위 위와 아래에 있는 입자들을 담고 있는 실시예를 도시한다. 이 경우, 공급 원료 스트림(20)으로 주입된 최적의 입자(29) 보다 큰 것이 구역(15)을 통해 침투하게 되고, 구역(16)의 하부 부분에서 부유되어 운반된다. 이들 입자(29)가 구역(16)에서 충분한 열과 운동량을 받지 않기 때문에, 이들 입자(29)는 표면 부스러기(30)로 나타나는 준최적의 침전물을 형성하고, 그 다음 스폿(17)의 움직임과 코팅(24)의 형성이 이어진다. 도 3을 참조하여 위에서 논의된 바와 같이, 최적의 공급 원료 미립자(25)보다 작은 것은 구역(15) 내로 침투하기에 충분한 운동량을 가지고 있지 않다. 그 결과, 준최적의 공급 원료 입자(25)들은 그것들이 표면(6)과 충돌시 최적의 코팅(24)을 형성하기에 충분한 열과 운동량을 받지 않는 구역(16)에서 부유되어 운반됨으로써, 대신 준최적의 공급 원료 입자(25)가 표면 부스러기(26)에 추가된다. 표면 부스러기(26, 30)와 연관된 부정적인 상황은 도 4의 바람직한 실시예에 도시된 것처럼, 마주보는 액체 인젝터(21, 31)를 통합함으로써 해결된다. 인젝터(31)의 사이즈와 주입 속도는 액체(32)가 부유되어 운반되는 것이 구역(16)의 하부 부분 내에서 실질적으로 일어나도록 조정된다. 그런 다음 몇몇 입자(29)들은 액체(32)에 의해 냉각되어 기판에 부착되기에 불충분한 용융 정도로 기판과 충돌하고, 이들 냉각된 준최적 공급 원료 입자(33)들이 표면(6)을 때리며 부착되지 않고 튕겨 나와 코팅을 형성한다. 그러므로 액체(32)와 준최적 공급 원료 입자(33)는 표면(6)과 충돌하여 연마용 매체로서 작용할 수 있어, 구역(18)의 부분에서 힘없이 부착되는 표면 부스러기(30)를 제거한 다음 스폿(17)의 움직임과 코팅(24)의 형성이 이어지게 된다. 이러한 청소 메커니즘은 또한 그릿 임자(34)와 같은 끼워진 부스러기를 표면(6)으로부터 제거할 수 있다. 또한, 뜨거운 가스 스트림에 의한 가열과 부딪히는 액체에 의한 냉각이, 표면으로부터 이들 부스러기 입자들의 제거를 돕는 방식으로, 표면(6)과, 힘없이 부착된/끼워진 부스러기 입자(30, 34)의 확장과 수축을 각각 야기하는 것이 가능할 수 있다.

구역(16)의 상부 부분에 관해서는, 작용 메커니즘이 도 3을 참조하여 위에서 설명된 것과 동일하다. 액체(22)에 의한 구역(16)에서의 준최적의 공급 원료 입자(25)들의 냉각은 충돌시 표면(6)에 부착되는 것을 감소시킨다. 도 4에 도시된 것처럼, 몇몇 냉각된 준최적 공급 원료 입자(27)들은 표면(6)을 때리고 전혀 부착되지 않으면서 튕겨 나온다. 그러므로 액체(22)와 준최적 공급 원료 입자(27)들은 표면(6)과 충돌하여 연마용 매체로서 작용할 수 있어서 스폿(17)의 움직임과 코팅(24)의 형성 전에, 표면 부스러기(26)에 의해 나타내어지는 그릿 입자들과 힘없이 부착되는 공급 원료를 제거한다. 또한, 액체(22)와, 표면(6) 상에서 연마용 매체로서 작용하는 준최적 공급 원료 입자(27)들은 그릿 입자(28)와 같은 끼워진 표면 부스러기를 이동시킬 수 있어서 그것들을 표면으로부터 제거하고 그것들이 코팅 내에 갇히는 것을 방지한다. 게다가, 뜨거운 가스 스트림에 의한 가열과 부딪히는 액체에 의한 냉각이, 표면으로부터 이들 부스러기 입자들의 제거를 돕는 방식으로, 표면(6)과, 힘없이 부착된/끼워진 부스러기 입자(26, 28)의 확장과 수축을 각각 야기하는 것이 가능할 수 있다.

증가된 출력이 더 많은 부피의 주입될 공급 원료를 요구할 때에는, 다수의 공급 원료 인젝터가 가스 스트림의 축(5) 주위에 분포할 수 있다. 도면들 중 도 5는 추가적인 공급 원료 인젝터(35)가 공급 원료 인젝터(19)와 마주보게 위치하면서, 도 4에 도시된 시스템의 또 다른 바람직한 실시예를 제공한다. 준최적 미립자와 표면 부스러기의 주입과 제거의 메커니즘은 도 3과 도 4에 도시된 실시예들에 관해 설명된 메커니즘들이 반영된 것이다.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, 도면들 중 도 6이 복수의 공급 원료 인젝터(19, 35)와 복수의 액체 인젝터(21, 31)가 축(5) 주위에 배치되어 있는 노즐(3)의 개략 정면도를 보여준다.

본 발명을 통합하는 열 분무 시스템의 또 다른 바람직한 실시예가 도면들 중 도 7에 개략적으로 도시되어 있다. 가스 스트림 컬럼은 노즐(3)로부터 기판 표면(6)까지 연장하는 것으로 도시되어 있고, 정해진 코어 구역(15)을 갖는 컬럼이 축(5)을 둘러싸고 있다. 공급 원료 인젝터(19)는 흐름 제어 밸브(37)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 비슷하게, 액체 인젝터(21)가 흐름 제어 밸브(38)를 가지는 것으로 도시되어 있다. 각각의 인젝터 중 하나가 도 7에 도시되어 있지만, 제어 밸브(37, 38) 모두에 연결된 하나의 인젝터만이 통합되어 있을 수 있거나, 도 6을 참조하여 앞서 설명된 것처럼 축(5) 주위에 배치된 복수의 인젝터가 이용될 수 있다. 도 7에 도시된 실시예에 관해서는, 제1 단계에서 열 분무 시스템이 화살표(8)에 평행한 표면(6)에 대해 움직여서, 도 1, 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 위에서 설명된 방식으로, 코팅(11 또는 24)의 하나 이상의 층을 쌓는다. 제2 단계에서는, 공급 원료 흐름이 밸브(37)를 통해 정지되고, 액체 속도는 액체가 가스 스트림의 구역(15) 내에서 실질적으로 부유되어 운반되도록 밸브(38)를 통해 조정된다. 제3 단계에서는 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 위에서 설명된 방법에 따라, 표면(6)과 코팅(11 또는 24)으로부터 부스러기 입자들(26, 28)을 청소하기 위해 화살표(8) 및/또는 화살표(39)의 방향으로 열 분무 시스템이 표면(6)에 대해 움직인다. 제4 단계에서는, 제어 밸브(37)가 열리고, 도 1, 도 3, 도 4 또는 도 5를 참조하여 위에서 설명된 방식으로, 코팅(11 또는 24)의 하나 이상의 층을 쌓기 위해 공급 원료와 액체 흐름이 조정된다.

본 발명의 개념으로부터 벗어나지 않으면서, 전술한 구조에 대한 변형예와 수정예가 만들어질 수 있음이 이해되어야 하고, 또한 그러한 개념은 이어지는 청구항들이 그것들의 언어에 의해 명백히 다르게 진술되지 않는 한, 그러한 청구항들에 의해 보호되도록 의도된다는 점이 이해되어야 한다.

배타적인 특성 또는 특권이 주장되는 본 발명의 실시예들은 다음과 같이 정의된다.

Claims (14)

1. 기판 표면에 코팅을 형성하도록 사용되는 방법에 있어서,
   가열되는 가스(gas)의 소스와 노즐 그리고 하나 이상의 인젝터(injector)들을 제공하는 단계로서, 상기 노즐은 상기 노즐과 동축인 가스 스트림 컬럼(gas stream column)으로 가열되는 가스를 발생(generating)시키기 위한 것이고, 상기 컬럼은 상기 기판 표면상의 스폿(spot) 내로 돌출하며, 상기 하나 이상의 인젝터들은 공급 원료(feedstock)를 상기 가스 스트림 컬럼 내로 주입하고 상기 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하기 위해 사용되는, 상기 제공하는 단계;
   공급 원료 프로필을 확립하여 상기 공급 원료 프로필의 일부를 최적(optimal)이라고 결정하고 상기 공급 원료 프로필의 나머지(balance)를 준최적(suboptimal)이라고 결정하는 단계;
   상기 컬럼의 축 둘레에 감싸지는 하나의 제1 구역과 상기 제1 구역을 둘러싸고 상기 제1 구역과 동축인 제2 구역을 포함하여 2개의 체적 영역(volumetric region)들을 상기 가스 스트림 컬럼 내에 결정하는 단계로서, 상기 제1 구역은 상기 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하고, 상기 제2 구역은 상기 기판 표면상의 환형 고리(annular ring) 내로 돌출하며, 상기 환형 고리는 상기 스폿과 동축이고 상기 스폿을 둘러싸는, 상기 결정하는 단계;
   상기 가스 스트림 컬럼 내로 상기 공급 원료를 주입하고, 상기 준최적인 공급 원료가 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반(entrain)되면서, 상기 최적인 공급 원료가 상기 스트림의 상기 제1 구역 내에서 부유되어 운반되도록, 상기 가스 스트림 컬럼 내로의 공급 원료 침투 깊이를 제어하는 단계;
   상기 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하고, 상기 액체의 적어도 일부가 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되도록, 상기 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하는 단계로서, 상기 액체는 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되는 상기 공급 원료의 준최적인 부분의 온도를 감소시키고, 상기 온도 감소는 상기 준최적인 공급 원료의 상기 기판 표면으로의 부착(adherence)을 감소시키거나 방지하기에 충분한, 상기 주입 및 제어 단계;
   상기 가스 스트림 컬럼 내로 액체를 주입하고, 상기 액체의 적어도 일부가 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되어 상기 액체가 상기 기판에 충돌하여 상기 기판상의 부스러기(debris) 및 상기 기판에 끼워지는 부스러기를 제거하도록, 상기 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하는 단계; 및
   상기 가스 스트림 컬럼의 상기 제1 구역에 의해 상기 표면상에 돌출되는 상기 스폿 내로부터 유래하는 적어도 일부를 갖는 공급 원료를 침전시킴으로써 상기 기판 표면상에 코팅을 형성하는 단계를 포함하고,
   따라서 상기 코팅의 적어도 일부는 요구되는 온도와 속도 조건으로 침전되는 공급 원료로 이루어지고,
   상기 준최적인 공급 원료 중 적어도 일부는 상기 기판 표면을 때리고 연마용 매체로 작용하고 힘없이 들러붙은 공급 원료 및 표면 부스러기의 그릿 입자들 제거하여 상기 힘없이 들러붙은 공급 원료 및 표면 부스러기의 그릿 입자들이 상기 최적인 공급 원료에 의하여 형성된 상기 코팅에 갇히는 것을 방지하여 상기 기판 표면의 상기 스폿 전에 청소된 기판 표면을 제공하는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 기판 표면상에 상기 코팅을 형성한 후에, 상기 공급 원료 흐름을 정지시키는 단계,
   이어서 상기 가스 스트림 컬럼의 상기 제1 구역을 침투하는 액체의 압력과 속도를 조정하는 단계, 및 부스러기를 제거할 목적으로 상기 코팅 및 상기 코팅에 인접하는 표면들 모두 또는 그 중 하나 위에서 상기 컬럼을 이동시키는 단계를 더 포함하는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   가열되는 가스의 상기 소스는 연소실인, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 가열되는 가스의 상기 소스는 플라스마트론(plasmatron)인, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
5. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 공급 원료는 분말의 형태를 가지는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
6. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 공급 원료는 코팅 재료의 부유 미세 입자(suspended fine particle)들을 담고 있는 액체를 포함하는 슬러리인, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
7. 제3 항에 있어서,
   상기 공급 원료는 분말의 형태를 가지는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
8. 제3 항에 있어서,
   상기 공급 원료는 코팅 재료의 부유 미세 입자들을 담고 있는 액체를 포함하는 슬러리의 형태를 가지는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
9. 제4 항에 있어서,
   상기 공급 원료는 분말의 형태를 가지는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
10. 제4 항에 있어서,
    상기 공급 원료는 코팅 재료의 부유 미세 입자들을 담고 있는 액체를 포함하는 슬러리의 형태를 가지는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
11. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액체는 물인, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
12. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 액체는 부유 미세 연마용 미립자를 담고 있고, 상기 조건은 상기 연마용 미립자가 부착하지 않도록 조정되는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 방법.
13. 기판 표면에 코팅을 형성하도록 사용되는 열 분무 장치에 있어서,
    가열되는 가스의 소스;
    노즐로서, 상기 노즐과 동축인 가스 스트림 컬럼으로 가열되는 가스를 발생시키기 위한 것이고, 상기 컬럼은 상기 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하도록 된, 상기 노즐;
    복수의 인젝터들로서, 상기 복수의 인젝터들은 공급 원료를 상기 가스 스트림 컬럼 내로 주입하기 위해 위치되는 적어도 하나의 인젝터와, 액체를 상기 가스 스트림 컬럼 내로 주입하기 위해 위치되는 적어도 하나의 인젝터를 포함하고, 상기 인젝터들은 공급 원료 프로필을 확립하도록 구성되어 상기 공급 원료 프로필의 제1 부분은 최적이고 상기 공급 원료 프로필의 나머지 부분은 준최적이며, 상기 제1 부분과 상기 나머지 부분은 상기 컬럼의 축 주위로 감싸지는 제1 구역과 상기 제1 구역을 둘러싸고 상기 제1 구역과 동축인 제2 구역을 포함하는 상기 가스 스트림 컬럼 내의 2개의 체적 영역들을 형성하고, 상기 제1 구역은 상기 기판 표면상의 스폿 내로 돌출하며, 상기 제2 구역은 상기 기판 표면상의 환형 스폿 내로 돌출하고, 상기 환형 스폿은 상기 스폿과 동축이며 상기 스폿을 둘러싸는, 상기 복수의 인젝터들;
    제어 장치(control)들 및 밸브들로서, 상기 공급 원료를 상기 가스 스트림 컬럼 내로 주입하고, 상기 가스 스트림 컬럼 내로의 공급 원료 침투 깊이를 제어하기 위해, 상기 인젝터들 중 적어도 하나에 연결되는 상기 제어 장치들 및 상기 밸브들을 포함하고,
    상기 제어 장치들 및 상기 밸브들은 또한 액체를 상기 가스 스트림 컬럼 내로 주입하고, 상기 액체의 적어도 일부가 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되도록 상기 가스 스트림 컬럼 내로의 액체 침투 깊이를 제어하기 위해 상기 인젝터들 중 적어도 하나에 연결되어 있고, 상기 액체는 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되는 상기 공급 원료의 준최적인 부분의 온도를 감소시키고, 상기 온도 감소는 상기 준최적인 공급 원료가 상기 기판 표면상에 부착하는 것을 감소 또는 방지하기에 충분하며,
    이로 인해 상기 가스 스트림 컬럼의 상기 제1 구역에 의해 표면상에 돌출되는 상기 스폿 내로부터 유래하는 적어도 일부를 갖는 상기 공급 원료를 침전시킴으로써 상기 장치는 상기 기판 표면상에 코팅을 형성할 수 있고, 상기 코팅의 적어도 일부는 요구되는 온도와 속도 조건으로 침전되는 상기 공급 원료로 이루어지고,
    상기 준최적인 공급 원료 중 적어도 일부는 상기 기판 표면을 때리고 연마용 매체로 작용하고 힘없이 들러붙은 공급 원료 및 표면 부스러기의 그릿 입자들 제거하여 상기 힘없이 들러붙은 공급 원료 및 표면 부스러기의 그릿 입자들이 상기 최적인 공급 원료에 의하여 형성된 상기 코팅에 갇히는 것을 방지하여 상기 기판 표면의 상기 스폿 전에 청소된 기판 표면을 제공하는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 열 분무 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제어 장치들 및 상기 밸브들은 상기 준최적인 공급 원료가 상기 스트림의 상기 제2 구역 내에서 부유되어 운반되면서, 상기 최적인 공급 원료가 상기 스트림의 상기 제1 구역 내에서 부유되어 운반되도록 프로그래밍되는, 기판 표면에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 열 분무 장치.

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