KR20170099176A - 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법 - Google Patents

경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 증착대상물과, 증착대상물에 증착될 복수 종류의 증착타겟재료들이 배치되는 진공 챔버, 각각의 증착타겟재료에 조사할 레이저 빔을 발생시키는 복수의 레이저조사부, 증착타겟재료와 레이저조사부 사이에 배치되며, 증착타겟재료에 조사되는 각 레이저 빔의 조사 시간을 조절하는 레이저조사조절부를 포함하며, 각각의 레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔은 시간에 따른 출력세기를 일정하게 유지하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 제공한다.
이와 같은, 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치는, 진공 챔버 내부에 복수 종류의 증착타겟재료들을 배치한 상태에서, 레이저조사부로부터 발생된 레이저 빔은 레이저조사조절부를 통해 조사시간이 조절된다. 이때, 증착타겟재료의 어블레이션이 동시에 발생되게 하는 상기 레이저 빔은 일정한 출력세기를 가지는 상태에서 조사시간만을 조절하기 때문에, 증착대상물에 대한 경사기능성 박막증착층의 형성작업을 용이하게 할 수 있게 한다.

Description

경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법{Pulsed laser deposition system for functionally graded antireflection coatings and deposition method using the same}
본 발명은 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법에 관한 것으로서, 증착타겟재료에 레이저를 조사하여, 발생되는 원자증기를 증착대상물 상에 일정한 두께의 박막으로 형성되게 하는 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법에 관한 것이다.
일반적으로, 단결정 및 비정질 기판 상에 박막을 성장시키는 박막 증착법 중에서, 일정한 타겟재료에 펄스 레이저를 조사함으로써 발생된 타겟재료의 원자증기를 이용하여 기판 상에 일정한 두께의 박막을 형성하는 펄스 레이저 증착법(Pulsed laser deposition)은 최근에 보편적으로 널리 사용되는 물리적인 방식에 의한 박막 제조기술의 하나이다.
상기한 펄스 레이저 증착법에 사용되는 펄스 레이저 증착장치는 에너지원으로 100∼400nm 파장영역의 레이저를 발생시키는 레이저 발생장치와, 타겟재료를 구동시키는 타겟 구동장치와, 기판의 부착, 고정 및 가열을 위한 전열장치로 구성되며, 이중에서 타겟 구동장치와 전열장치는 진공 용기(Vacuum chamber)의 내부에 설치된다. 펄스 레이저 증착법에 따라, 타겟 재료를 기판 상에 증착시키기 위해서는, 보통 자외선 영역의 파장을 지닌 고에너지의 레이저빔이 에너지원으로 사용되는데, 이러한 레이저빔은 레이저 발생장치에서 발생된 후, 집광렌즈 및 수정창(Quartz window)을 통하여 진공 용기 내부에 위치한 타겟재료 표면에 조사된다. 이때, 타겟재료 표면에 집속된 높은 출력밀도를 가진 레이저빔은 타겟재료를 어블레이션시켜 플룸(Plume)을 발생시키며, 이 플룸이 기판에 증착되어 박막 또는 코팅으로 성장하게 된다.
하지만, 종래의 펄스 레이저 증착장치로 복수의 타겟재료를 사용한 다층 박막 또는 경사기능성 박막을 제작할 경우, 각각의 타겟재료에 대해 순차적으로 레이저를 조사하여 증착함으로 인해 증착 공정이 복잡하고 증착시간이 긴 단점이 있다.
이러한, 문제점을 해결하고자 본 출원인은, 대한민국등록특허공보 제10-1410238호(2014.06.16)에서 복수의 증착타겟재료에 각각 집광 조사하는 레이저의 출력을 시간에 따라 독립적으로 변화시켜, 증착되는 코팅의 조성을 두께방향으로 변화시키는 기술이 제시된 바 있다.
그러나, 선출원된 증착방법은, 각각의 증착타겟재료의 증착 데이터를 각각 몇가지 다른 레이저의 출력에 대하여 도출해야하기 때문에 증착 작업을 위한 준비작업에 많은 시간이 소요되는 단점이 있다. 또한, 이렇게 얻어진 증착 데이터를 바탕으로 레이저의 출력 곡선을 계산한 후 레이저의 출력세기를 변화시키면서 증착되는 코팅의 조성을 변화시키기 때문에, 각각의 증착타겟재료로의 레이저 출력세기를 변화시키는 제어작업이 상대적으로 쉽지 않은 문제점이 있다.
본 발명은, 복수의 증착타겟재료를 사용한 경사기능성 박막/코팅의 형성을 위한 작업이 용이한 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치 및 이를 이용한 무반사 코팅 증착방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 증착대상물과, 상기 증착대상물에 증착될 복수 종류의 증착타겟재료들이 배치되는 진공 챔버, 각각의 상기 증착타겟재료에 조사할 레이저 빔을 발생시키는 복수의 레이저조사부, 상기 증착타겟재료와 상기 레이저조사부 사이에 배치되며 상기 증착타겟재료에 조사되는 각 레이저 빔의 조사 시간을 조절하는 레이저조사조절부를 포함하며, 각각의 상기 레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔은 시간에 따른 출력세기를 일정하게 유지하는 펄스 레이저 증착장치를 제공한다.
그리고, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 증착대상물과, 복수 종류의 증착타겟재료들을 진공 챔버 내부에 배치하는 단계, 복수의 레이저발생기를 통해 각각의 증착타겟재료들로 조사될 레이저 빔을 발생시키는 단계, 각각의 상기 레이저발생기와 상기 증착타겟재료 사이에 배치되는 레이저조사조절부를 제어하며, 각각의 상기 레이저발생기에서 상기 증착타겟재료로 출력되는 상기 레이저 빔의 조사시간을 변화시키는 단계, 상기 레이저 빔의 조사에 의해 각각의 상기 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착되는 단계를 포함하는 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법을 제공한다.
본 발명에 따른 펄스 레이저 증착장치는, 진공 챔버 내부에 복수 종류의 증착타겟재료들을 배치하고, 레이저조사부에서 발생된 복수의 레이저 빔을 레이저조사조절부에서 각각 독립적으로 조절함으로써 각각의 레이저 빔이 각각의 증착타겟재료에 조사되는 실제 시간을 독립적으로 조절한다. 이때, 복수의 증착타겟재료에서 어블레이션이 발생되게 하는 레이저 빔은 각각 출력세기가 고정된 상태에서 조사시간만이 조절되는 바, 각각의 증착타겟재료의 단일 레이저 출력에 대한 증착 데이터만을 사용하여 경사기능성 박막을 용이하고 정확하게 제작할 수 있게 한다.
또한, 본 발명에 따른 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법은, 진공 챔버 내부에 굴절율이 다른 복수 종류의 증착타겟재료들을 배치한 상태에서, 레이저조사부로부터 발생된 레이저 빔이 레이저조사조절부를 통해 각각의 증착타겟재료에 조사되는 시간을 각각 조절한다. 이때, 증착타겟재료들에서 발생되는 원자증기가 진공 중에서 섞여서 증착대상물에 증착시, 섞이는 비율을 시간에 따라 정해진 패턴을 따라 변화시키면서 증착층의 깊이에 따라 증착타겟재료들의 성분 비율이 변화하면서 굴절율도 이에 따라 변화되는데, 증착층의 두께방향 굴절율 변화를 적절히 조절하여 광대역 무반사 코팅을 제작할 수 있게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착장치의 개략 구성도이다.
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 제1증착타겟재료 및 제2증착타겟재료의 단일 레이저 출력에서의 증착곡선을 보여주는 그래프이다.
도 4는 도 1에 도시된 제1증착타겟재료와 제2증착타겟재료의 성분변화가 선형적으로 변하는 무반사코팅의 예를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 제1증착타겟재료와 제2증착타겟재료의 성분변화가 Southwell 곡선을 따라 변하는 무반사코팅의 예를 보여주는 그래프이다.
도 6은 도4에 도시된 무반사 코팅을 증착하기 위한 도 1에 도시된 제1증착타겟재료 및 제2증착타겟재료의 레이저 빔 조사시간의 변화를 도시한 그래프이다.
도 7은 도5에 도시된 무반사 코팅을 증착하기 위한 도 1에 도시된 제1증착타겟재료 및 제2증착타겟재료의 레이저 빔 조사시간의 변화를 도시한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법을 보여주는 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법에 의해 증착된 증착대상물과 일반적인 증착대상물의 비교사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이저 증착장치의 개략 구성도이다. 도 1을 참조하면, 상기 펄스 레이저 증착장치는, 진공 챔버(100), 레이저조사부(200), 레이저조사조절부(300)를 구비하고 있다.
상기 진공 챔버(100)는 이후 설명될 레이저조사부(200)에서 발생된 후 조사되는 레이저 빔에 의해 원자증기가 발생되는 복수 종류의 증착타겟재료(20)와, 원자증기의 증착이 이루어지는 대상인 증착대상물(10)이 내측에 배치되는 통 형상의 밀폐 공간부이다. 즉, 상기 진공 챔버(100) 내부에서 증착대상물(10)의 표면으로 상기 증착타겟재료(20)에서 발생되는 원자증기의 증착이 이루어지게 된다. 여기서, 일 실시예인 도 1을 참조하면, 상기 진공챔버(100) 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 수도 있음은 물론이다. 이때, 일 실시예에 따른 상기 증착대상물(10)은 판 형상의 실리콘, 보다 상세하게는 일반적으로 사용되는 실리콘 웨이퍼를 사용하나 이에 한정하지 않고 실리콘 태양전지를 사용할 수도 있음은 물론이며, 상기 제1증착타겟재료(21)는 실리콘을 사용하고, 상기 제2증착타겟재료(22)는 유리를 사용한다.
그리고, 상기 진공 챔버(100)에는 상기 증착대상물(10) 및 상기 증착타겟재료(20)들을 내부에 안정적으로 고정상태로 안착 배치되게 하는 고정수단(도면미도시)을 구비할 수도 있다. 이때, 상기 증착타겟재료(20)들을 고정시키는 상기 고정수단은 상기 증착타겟재료(20)에 대응되는 갯수를 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 진공 챔버(100)에는 상기 증착타겟재료(20)를 회전시키도록 상기 고정수단을 회전 구동시키는 회전구동부(도면미도시) 및 상기 증착타겟재료(20)의 열처리를 위한 전열부(도면미도시)를 구비할 수도 있음은 물론이다.
상기 레이저조사부(200)는 증착대상물(10)에 증착될 증착타겟재료(20)를 어블레이션시켜, 원자분사 형태의 원자증기가 발생될 수 있도록 레이저 빔을 발생시켜 조사하게 된다. 여기서, 상기 레이저조사부(200)에서 발생되는 레이저 빔은 펄스폭이 대략 10ps 내외로 펄스 반복율이 높은 피코초 레이저(Pico-second laser) 빔이나, 이에 한정하지 않고 나노초 레이저(Nano-second laser) 빔, 또는 펨토초 레이저(Femto-second laser) 빔을 발생되게 할 수도 있음은 물론이다.
이러한, 상기 레이저조사부(200)는 각각의 상기 증착타겟재료(20)에 각각의 레이저 빔을 조사시킬 수 있도록 설치한다. 즉, 도 1을 참조하면, 상기 레이저조사부(200)는 상기 제1증착타겟재료(21)에 레이저 빔을 발생 조사시키는 제1레이저조사부(210)와, 상기 제2증착타겟재료(210)에 레이저 빔을 발생 조사시키는 제2레이저조사부(220)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 하나의 레이저조사부 및 빔분해기로 이루어진 구성으로 구비할 수도 있다. 즉, 상기 빔분해기는 상기 복수 종류의 상기 증착타겟재료(20) 각각으로 상기 레이저 빔을 조사할 수 있도록, 하나의 레이저조사부에서 발생 조사되는 레이저 빔을 나누게 된다. 이같이, 상기 빔분해기는 하나의 레이저조사부와 연결되어, 하나의 레이저조사부에서 발생된 상기 레이저 빔을 입력받은 후, 상기 증착타겟재료(20)에 대응되는 복수 개의 레이저 빔들로 나누어 각각의 상기 증착타겟재료(20)로 분해 조사되게 한다.
이때, 상기 제1레이저조사부(210)에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기는 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기와는 다르게 조사될 수 있는데, 일 실시예에서는 상기 제1레이저조사부(210)에서 발생된 레이저 빔의 출력세기가 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생된 레이저 빔의 출력세기보다 크게 한다. 그리고, 상기 레이저조사부(200)의 제1레이저조사부(210) 및 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생된 후 상기 제1증착타겟재료(210) 및 상기 제2증착타겟재료(220)로 조사되는 레이저 빔은 시간에 따라 출력세기의 변화없이 정해진 출력세기를 일정하게 유지하게 된다.
또한, 상기 레이저조사부(200)에는 발생된 레이저 빔을 각각의 증착타겟재료(20)들에 집광 조사되게 하는 렌즈부(도면미도시)를 구비할 수도 있다. 이러한, 상기 렌즈부는 상기 레이저조사부(200)와 상기 증착타겟재료(20) 사이에 각각 배치되도록 복수 개를 설치한다. 여기서, 상기 렌즈부는 상기 레이저조사부(200)에서 전달받는 상기 레이저 빔이 각각의 상기 증착타겟재료(20)에 집광 조사될 수 있게 집광렌즈를 사용한다.
상기 레이저조사조절부(300)는 상기 레이저조사부(200)에서 발생된 후 상기 증착타겟재료(20)에 조사되는 각 레이저 빔의 조사 시간을 조절하게 된다. 이같이, 상기 레이저조사조절부(300)는 온/오프(On/Off) 동작을 통하여 상기 레이저조사부(200)에서 발생된 상기 레이저 빔의 상기 증착타겟재료(20)로의 조사 여부를 결정, 즉 상기 레이저 빔이 상기 증착타겟재료(20)로 조사되게 하거나, 상기 레이저 빔이 상기 증착타겟재료(20)로 조사되는 것을 차단하면서, 상기 증착타겟재료(20)에 대한 상기 레이저 빔의 조사 시간을 조절한다.
이러한, 상기 레이저조사조절부(300)는 상기 증착타겟재료(20)와 상기 레이저조사부(200) 사이에 각각 배치되도록 설치한다. 여기서, 상기 레이조사조절부(300)는 상기 제1증착타겟재료(21)와 상기 제1레이저조사부(210) 사이에 배치되는 제1레이저조사조절부(310)와, 상기 제2증착타겟재료(22)와 상기 제2레이저조사부(220) 사이에 배치되는 제2레이저조사조절부(310)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 상기 레이저조사조절부(300)는 상기 증착타겟재료(20)의 갯수에 따라 상기 증착타겟재료(20)에 대응되는 갯수를 가지도록 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 일 실시예의 상기 펄스 레이저 증착장치는, 상기 레이저조사조절부(300)에 연결 설치되어, 상기 레이저조사조절부(300)를 제어하는 조사시간제어부(400)를 설치할 수 있다. 이러한, 상기 조사시간제어부(400)는 상기 레이저조사조절부(300)를 제어하면서, 상기 레이저조사부(200)에서 상기 증착타겟재료(210)로의 상기 레이저 빔이 조사될 때, 상기 증착타겟재료(210)로의 레이저 빔 조사시간을 조절할 수 있게 한다. 즉, 상기 조사시간제어부(400)는 상기 레이저조사조절부(300)의 온/오프 동작 시간을 제어하면서 상기 레이저조사부(200)를 통한 레이저 빔의 조사시간을 조절하게 된다.
상기 조사시간제어부(400)에 의해 상기 제1레이저조사조절부(310)는 상기 제1증착타겟재료(21)로 조사되는 레이저 빔의 조사시간이 점차 감소하도록 조절한다. 그리고, 상기 조사시간제어부(400)에 의해 상기 제2레이저조사조절부(320)는 상기 제2증착타겟재료(22)로 조사되는 레이저 빔의 조사시간이 점차 증가하도록 조절한다. 이때, 상기 제1증착타겟재료(21)와 상기 제2증착타겟재료(22)의 어블레이션 특성은 도 2 또는 도 3과 같이 정해진 한 레이저출력세기에 대해서 미리 얻은 후, 이 곡선들을 참고로 하여 상기 조사시간제어부(400)를 정밀하게 조절한다.
이같이, 상기 조사시간제어부(400)에 의한 상기 레이저 빔의 각 상기 증착타겟재료(20)에 대한 조사시간이 달라지면서, 상기 증착대상물(10)에 증착되는 상기 증착타겟재료(20)의 증착층이 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들의 성분 비율이 변화하게 된다. 즉, 도 4 또는 도 5와 같이 상기 증착대상물(10)의 표면으로부터 상기 제1레이저조사조절부(310)에 의해 어블레이션되는 상기 제1증착타겟재료(21)의 성분비율이 높은 상태에서 점차 상기 제2레이저조사조절부(320)에 의해 어블레이션되는 상기 제2증착타겟재료(22)의 성분비율이 높아지는 상태로 증착이 이루어지게 된다.
여기서, 상기 조사시간제어부(400)는 상기 레이저조사조절부(300)들의 상기 증착타겟재료(20)들에 대한 레이저 빔의 조사시간을 달리하면서, 상기 증착대상물(10)에 표면에 증착되는 상기 증착타겟재료(20)이 증착층 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들의 성분 비율을 변화되게 한다. 이때, 상기 증착타겟재료(20)들의 굴절율이 다르면 상기 증착대상물(10)에 증착되는 증착층의 조성을 적절히 변화시키면서 무반사 쿠팅을 구변할 수 있다. 여기서, 도 4는 증착층의 조성변화가 선형적으로 변하는 무반사 코팅을 보여주며, 도 5는 증착층의 조성변화가 Southwell곡선을 따라 변하는 무반사 코팅을 보여준다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 상기 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치는, 상기 진공 챔버(100) 내부에 복수 종류의 증착타겟재료(20)들을 배치한 상태에서, 상기 레이저 조사부(100)로부터 발생된 상기 레이저 빔은 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 조사시간이 조절된다. 이때, 상기 증착타겟재료(20)의 어블레이션이 동시에 발생되게 하는 상기 레이저조사부(200)는 도 2와 도 3에서 제시된 것처럼 일정한 출력세기를 가지는 레이저 조사 하에서 얻어진 단일 증착곡선을 사용하여, 도 6과 도 7에서 제시된 것처럼 조사시간만을 변화시키며, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같은 경사기능성 무반사 코팅을 제작할 수 있는 바, 상기 증착대상물(10)에 경사기능서 코팅 제작을 용이하게 수행할 수 있게 한다.
이하, 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착하는 과정을 상세히 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 경사기능성 무반사 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법을 나타낸 순서도이다. 도 8을 참조하면, 상기 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법은, 진공 챔버 내부에 증착대상물 및 증착타겟재료들을 배치하는 단계, 레이저 빔을 발생시키는 단계, 상기 증착타겟재료들에 상기 레이저 빔의 조사시간을 변화시키면서 조사하는 단계, 상기 증착대상물에 상기 증착타겟재료들이 증착되는 단계를 포함한다.
먼저, 상기 진공 챔버(100) 내부에 상기 증착대상물(10) 및 상기 증착타겟재료(20)를 고정 배치한다. 이때, 상기 진공 챔버(100) 내부에 배치된 상기 증착타겟재료(20)는 상기 증착대상물(10)에 경사기능성 박막을 형성할 수 있도록 서로 다른 복수 종류로 배치한다. 즉, 앞서 설명한 도 1과 같이 일 실시예로서, 상기 진공 챔버(100) 내부에 제1증착타겟재료(21)로 실리콘, 제2증착타겟재료(22)로 유리를 배치한다. 그리고, 상기 증착대상물(10)로는 판 형상의 실리콘을 배치할 수 있다. 여기서, 상기 증착대상물(10)은 실리콘 웨이퍼일 경우 반도체 제조에 적용할 수 있으며, 실리콘 태양전지일 경우 태양광 발전소자 제조에 적용할 수 있다.
이렇게, 상기 진공 챔버(100) 내부에 상기 증착대상물(10) 및 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들을 배치하면, 상기 증착타겟재료(20)들을 어블레이션시킬 레이저 빔을 상기 레이저조사부(200)에서 발생 조사되게 한다. 이때, 상기 레이저 조사부(200)에서는 펄스 반복율이 높은 피코초 레이저 빔이 발생하나, 이에 한정하지 않음은 물론이다. 여기서, 상기 레이저조사부(200)의 제1레이저조사부(210)에서 발생된 레이저 빔은 상기 제1증착타겟재료(21)에 조사되고, 상기 레이저조사부(200)의 제2레이저조사부(210)에서 발생된 레이저 빔은 상기 제2증착타겟재료(22)에 조사되는데, 각각의 상기 제1레이저조사부(210) 및 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생 조사되는 레이저 빔은 시간에 따른 출력세기를 일정하게 유지하게 된다. 그리고, 상기 레이저조사부(200)는 조사하는 대상, 즉 상기 제1증착타겟재료(21) 및 상기 제2증착타겟재료(22)에 따라 출력세기에 차이를 가지게 되는데, 일 실시예에서는 상기 제1레이저조사부(210)에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기가 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기보다 크게 유지된 것으로 제시하였으나, 이에 한정하지 않고 상기 제1레이저조사부(210) 및 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생되는 각 레이저 빔의 출력세기는, 상기 제1증착타겟재료(21)와 상기 제2증착타겟재료(22)의 어블레이션 특성을 고려하여 결정될 수 있다.
이후, 상기 레이저조사부(200)로부터 발생되는 레이저 빔은 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 각각의 상기 증착타겟재료(20)들에 조사가 이루어진다.
이렇게, 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 상기 증착타겟재료(20)에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사시간이 조절된다. 즉, 도 6 또는 도 7과 같이 상기 조사시간제어부(400)에 의해 각 상기 레이저조사조절부(300)를 제어하면서, 상기 레이저조사부(200)의 제1레이저조사부(210)에서 발생된 상기 레이저 빔이 상기 제1증착타겟재료(21)로 조사되는 시간은 점차 감소되게 하고, 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생된 레이저 빔이 상기 제2증착타겟재료(22)로 조사되는 시간은 점차 증가되게 한다. 이렇게, 상기 레이저조사조절부(300)들을 제어하게 되면, 이후 각각의 상기 증착타겟재료(20)들에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 시간 변화로 인한 어블레이션량이 달라지면서 발생되는 원자증기의 양이 달리지게 된다.
이렇게, 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 상기 레이저조사부(200)에서 발생된 상기 레이저 빔이 각각의 상기 증착타겟재료(20)들에 조사되는 시간을 조절하면서 조사되면 상기 증착타겟재료(20)들에서 각각 원자증기가 발생하고, 발생된 상기 원자증기들이 상기 증착대상물(10)의 표면에 증착이 이루어지게 된다. 이때, 상기 증착대상물(10)의 표면에 증착되는 증착층은 앞서 설명한 바와 같이, 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 각각의 상기 증착타겟재료(20)들에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사시간이 조절되면서, 각각의 상기 증착타겟재료(20)들에서 발생되는 상기 원자증기들의 시간에 따른 발생량을 달리하게 된다. 따라서, 도 4 또는 도 5와 같이 상기 증착대상물(10)의 증착층은 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들의 성분 비율이 변화되게 증착 형성된다.
여기서, 상기 제1증착타겟재료(21)는 실리콘이고, 상기 제2증착타겟재료(22)는 유리를 사용하여, 상기 증착대상물(10)의 증착층은 깊이에 따라 성분 비율이 변화되게 하는데, 이때, 상기 실리콘과 상기 유리는 서로 다른 굴절률을 가지게 되는데, 상기 실리콘과 상기 유리를 섞게 되면 각각의 부피분율(Volume fraction)에 비례하는 방식으로 하기의 수학식 1 및 수학식 2를 통해 혼합물의 굴절률이 결정된다.
Figure pat00001
Figure pat00002
이때, n1은 실리콘의 굴절률이고, n2는 유리의 굴절률이며, a1은 실리콘의 부피분률이고, a2는 유리의 부피분률이다.
따라서, 도 4 또는 도 5과 같이 실리콘과 유리의 부피분률을 증착층의 깊이에 따라 변화되게 하면 도 9의 (b), (c)와 같은 무반사 특성을 가지게 된다. 이때, 상기 도 9의 (b)는 도 6의 조사시간 조건에 따른 증착대상물의 증착상태 반사율을 나타낸 사진이고, 도 9의 (c)는 도 7의 조사시간 조건에 따른 증착상태 반사율을 타낸 사진이다. 여기서, 도 9의 (a)는 일반적인 실리콘 웨이퍼로 반사된 글씨가 보임을 알 수 있다.
여기서, 앞서 상기 제1레이저조사부(210)에서 발생된 상기 레이저 빔이 상기 제1증착타겟재료(21)로 조사되는 시간은 점차 감소되게 하고, 상기 제2레이저조사부(220)에서 발생된 레이저 빔이 상기 제2증착타겟재료(22)로 조사되는 시간은 점차 증가되게 하는 상태에서, 상기 제1레이저조사부(210)에 의한 상기 제1증착타겟재료(21)의 레이저 빔 조사가 완전히 정지된 이후, 즉 도 6 또는 도 7의 'c'부분에서는 상기 제2레이저조사부(220)에 의한 상기 제2증착타겟재료(22)의 레이저 빔 조사에 의한 원자증기만 발생하게 된다. 따라서, 앞서 상기 제1증착타겟재료(21)와 상기 제2증착타겟재료(22)의 혼합 증착층 상부에 상기 제2증착타겟재료(22)인 유리만 추가로 증착되면서 커버 기능을 수행되게 할 수도 있다. 이렇게, 커버 기능을 수행하는 유리를 경사층 위에 추가적으로 증착하게 되면 추가적인 커버 유리를 사용하지 않아도 무반사 코팅층을 보호할 수 있어서 전체적인 구조가 단순해지는 장점이 있다.
이와 같이, 일 실시예에 따른 상기 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법은, 상기 진공 챔버(100) 내부에 복수 종류의 증착타겟재료(20)들을 배치한 상태에서, 상기 레이저조사부(200)로부터 발생된 상기 레이저 빔은 상기 레이저조사조절부(300)를 통해 각각의 상기 증착타겟재료(20)에 조사되는 시간을 각각 조절하게 된다. 따라서, 상기 증착타겟재료(20)들에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물(10)에 증착되면서 발생되는 증착층은, 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료(20)들의 성분 비율이 변화하는 다층으로 형성된 상태에서 2.2 ~ 5.5%의 반사율이 낮은 코팅이 이루어지게 한다.
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.
10: 증착대상물 20: 증착타겟재료
21: 제1증착타겟재료 22: 제2증착타겟재료
100: 진공챔버 200: 레이저조사부
210: 제1레이저조사부 220: 제2레이저조사부
300: 레이저조사조절부 310: 제1레이저조사조절부
320: 제2레이저조사조절부 400: 조사시간제어부

Claims (12)

  1. 증착대상물과, 상기 증착대상물에 증착될 복수 종류의 증착타겟재료들이 배치되는 진공 챔버와;
    각각의 상기 증착타겟재료에 조사할 레이저 빔을 발생시키는 복수의 레이저조사부; 및
    상기 증착타겟재료와 상기 레이저조사부 사이에 배치되며, 상기 증착타겟재료에 조사되는 각 레이저 빔의 조사 시간을 조절하는 레이저조사조절부를 포함하며,
    각각의 상기 레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔은 시간에 따른 출력세기를 일정하게 유지하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이저조사조절부와 연결되어, 상기 증착타겟재료에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사 시간을 제어하는 조사시간제어부를 더 포함하고,
    상기 조사시간제어부는, 상기 증착대상물에 증착되는 상기 증착타겟재료의 증착층이, 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료들의 성분 비율이 변화하도록 상기 레이저조사조절부를 제어하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수 종류의 증착타겟재료는 제1증착타겟재료 및 제2증착타겟재료를 포함하고,
    상기 복수의 레이저조사부는, 제1레이저조사부 및 제2레이저조사부를 포함하며,
    상기 복수 개의 레이저조사조절부는, 상기 제1증착타겟재료와 상기 제1레이저조사부 사이에 배치되는 제1레이저조사조절부, 및 상기 제2증착타겟재료와 상기 제2레이저조사부 사이에 배치되는 제2레이저조사조절부를 포함하고,
    상기 조사시간제어부는,
    상기 제1레이저조사조절부를 통한 상기 제1증착타겟재료로의 레이저 빔의 조사시간이 점차 감소하도록 제어하고, 상기 제2레이저조사조절부를 통한 상기 제2층착타겟재료로의 레이저 빔의 조사시간이 점차 증가하도록 제어하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기는, 상기 제2레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기와 서로 다른 출력값을 가지는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기는, 상기 제2레이저조사부에서 발생되는 레이저 빔의 출력세기보다 큰 출력값을 가지는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 증착대상물 및 상기 제1증착타겟재료는 실리콘이고, 상기 제2증착타겟재료는 유리 인 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저조사조절부는, 레이저 셔터(Laser shutter) 인 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저조사조절부는, 감쇠기(Attenuator) 인 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치.
  9. 증착대상물과, 복수 종류의 증착타겟재료들을 진공 챔버 내부에 배치하는 단계와;
    복수의 레이저발생기를 통해 각각의 증착타겟재료들로 조사될 레이저 빔을 발생시키는 단계와;
    각각의 상기 레이저발생기와 상기 증착타겟재료 사이에 배치되는 레이저조사조절부를 제어하며, 각각의 상기 레이저발생기에서 상기 증착타겟재료로 출력되는 상기 레이저 빔의 조사시간을 변화시키는 단계; 및
    상기 레이저 빔의 조사에 의해 각각의 상기 증착타겟재료에서 발생되는 원자증기가 상기 증착대상물의 표면에 증착되는 단계를 포함하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 각각의 증착타겟재료들로 조사될 레이저 빔을 발생시키는 단계에서,
    상기 레이저발생기에서 발생되는 레이저 빔은, 시간에 따른 출력세기를 일정하게 유지하며, 조사하는 대상의 상기 증착타겟재료에 따라 출력세기를 다르게 하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 레이저 빔의 조사시간을 변화시키는 단계에서,
    상기 증착대상물의 표면에 증착되는 층이, 깊이에 따라 상기 복수 종류의 증착타겟재료들의 성분 비율이 변화하도록 상기 레이저조사조절부를 통한 상기 증착타겟재료로의 레이저 빔 조사여부를 제어하는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 증착대상물은 실리콘이며, 상기 증착타겟재료는 실리콘 및 유리로 복수개를 사용하며,
    상기 증착타겟재료 중 실리콘에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사시간이 상기 레이저조사조절부에 의해 점차 감소하도록 제어되고, 상기 유리에 조사되는 상기 레이저 빔의 조사시간이 상기 레이저조사조절부에 의해 점차 증가하도록 제어되는 경사기능성 코팅용 펄스 레이저 증착장치를 이용한 무반사 코팅 증착방법.



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