(57)【要約】  表面変更用の装置は、被加工物を保持する支持体、被加工物よりも小さい局所領域でプラズマを生成するプラズマ源、及び被加工物とプラズマ源の相対配置を操作する６軸ロボットを含む。６軸ロボットは、支持体とプラズマ源のうちの少なくとも１つに連結されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物を保持する支持体、
前記被加工物よりも小さい局所領域内でプラズマを生成するプラズマ源、及び、
前記支持体と前記プラズマ源のうちの少なくとも１つに連結され、前記被加工物と前記プラズマ源の相対配置の６軸制御を提供するロボット
を備える、表面変更用の装置。
【請求項２】
真空チャンバを備える装置であって、前記支持体、前記プラズマ源、及び前記ロボットが、前記真空チャンバ内に配置されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記局所領域を通過するレーザービームを生成するために配置されたレーザーを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記被加工物の露出面上にできた前記レーザービームのビームスポットは、前記被加工物に前記プラズマが衝突した部位よりも小さい、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記局所領域を通過する収束イオンビームを生成するために配置された収束イオンビームシステムを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記被加工物の露出面上にできた前記収束イオンビームのビームスポットは、前記被加工物に前記プラズマが衝突した部位よりも小さい、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記プラズマ源は、チューブと、前記チューブ内にガスを注入するガス源と、第１の高周波（ＲＦ）電源と、前記チューブを取り囲み前記第１のＲＦ電源に連結された第１の複数の導電性コイルとを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第２の高周波（ＲＦ）電源と、前記第２のＲＦ電源に連結された第２の複数の導電性コイルであって、内部に前記チューブからプラズマが放出される空間を取り囲むように配置されている第２の複数の導電性コイルとを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
被加工物よりも小さい局所領域内で前記被加工物に近接してプラズマを生成し、それによって、前記プラズマからのイオンを前記被加工物の露出面の一部にのみ衝突させること
を含む、表面変更の方法。
【請求項１０】
前記プラズマからのイオンは、前記露出面の前記一部上に堆積する、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記プラズマからのイオンは、前記露出面の前記一部をエッチングする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記プラズマを生成するのと同時に、前記露出面の一部をレーザービームに衝突させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
プラズマ源と前記被加工物との間の空間を取り囲んで配置されたコイルによって前記プラズマを拘束することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
被加工物を加工するように構成された３Ｄプリンタと、
表面変更用の装置とを含み、前記装置は、
被加工物を保持する支持体、
前記被加工物よりも小さい局所領域内でプラズマを生成するプラズマ源、
前記支持体と前記プラズマ源のうちの少なくとも１つに連結され、前記被加工物と前記プラズマ源との相対的配置を操作する６軸ロボット、及び
表面変更のため、前記被加工物を前記付加製造システムから前記装置の前記支持体へと動かす移送システム
を含む、製造システム。
【請求項１５】
３Ｄ印刷によって被加工物を加工することと、
前記被加工物よりも小さい局所領域内で被加工物に隣接してプラズマを生成することによって、加工された前記被加工物の露出面の選択された部分にイオンを加えること
とを含む、部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３Ｄ印刷としても知られる、付加製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体自由形状造形または３Ｄ印刷としても知られる付加製造（ＡＭ）は、３次元の物体が、連続する２次元層または断面によって（一般的に粉末、液体、懸濁液、または融解固形物である）原材料から作り上げられる製造プロセスを意味する。対照的に、従来の機械加工技法には減法プロセスが含まれ、木材または金属の塊といった成形材料から切り出された物体が作り出される。
【０００３】
付加製造には、様々な付加プロセスを用いることができる。この様々なプロセスは、完成物を製作するために層を堆積する方法に関して種々であり、各プロセスで使用する互換性がある材料に関して種々である。例えば、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザー焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）といったいくつかの方法では、層を作り出すために材料を融解または軟化させるが、一方で、例えば光造形法（ＳＬＡ）といった別の技法を用いて、液体材料を硬化させる方法もある。
【０００４】
焼結とは、例えば粉末などの小さな粒を融合させて物体を製作する処理である。焼結には、通常、粉末を加熱することが含まれる。焼結プロセス中に、粉末状材料が十分な温度まで加熱されたとき、粉末粒子中の原子が粒子間の境界を超えて拡散し、粒子同士を融合させ、固体片を形成する。融解とは対照的に、焼結に用いられる粉末は、液相に達する必要がない。焼結温度が材料の融点に到達する必要がないため、焼結は、しばしば、例えばタングステンやモリブデンといった融点の高い材料に対して用いられる。
【０００５】
付加製造では、焼結と融解の両方を用いることができる。どちらのプロセスが行われるかは、用いられる材料によって決定される。例えばアクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）といった非晶質固体は、実際には過冷却された粘稠液であり、実際には融解しない。なぜならば、融解とは固体状態から液体状態への相転移を伴うからである。したがって、ＡＢＳにはＳＬＳを用いることができ、例えばナイロンや金属といった、別々の融点／凝固点温度を有し、ＳＬＭプロセスの間に融解が起きる、結晶性材料及び半結晶性材料に対しては、ＳＬＭを用いることができる。
【０００６】
粉末状材料を焼結または融解するためのエネルギー源としてレーザービームを用いる従来のシステムは、典型的には、粉末状材料のある層内の選択された地点にレーザービームを向け、この層中にわたる複数の箇所に対してレーザービームを選択的にラスタースキャンする。第１の層内の選択された箇所が全て焼結または融解されると、完成した層の上に粉末状材料の新たな層が堆積し、所望の物体が作り出されるまで、１層ごとにこのプロセスが反復される。材料内で焼結または融解を起こさせるためのエネルギー源として、電子ビームもまた用いられ得る。この場合もまた、ある層の処理を完成させるために、電子ビームはこの層中にわたってラスタースキャンされる。
【発明の概要】
【０００７】
３Ｄ印刷プロセスによって生成された被加工物から部品を製造し、その被加工物にさらなる変更を加えて、３Ｄ印刷プロセスの一部として作り出された幾何学的特徴よりもより高解像度のさらなる幾何学的特徴を含むようにすることが望ましい。例えば、部品は低解像度の特徴と高解像度の特徴の両方を含むことができ、どちらのタイプの特徴も、３Ｄ印刷プロセスと後処理工程の組み合わせによって実現することができる。あるケースでは、部品は、３Ｄ印刷プロセスによって実現可能な単純な形状寸法と、後処理工程によって被加工物に組み込まれる複雑な形状寸法とを含むことができる。
【０００８】
３Ｄ印刷プロセス後の被加工物に対する変更は、部品の高解像度の特徴を被加工物に組み入れるため、被加工物の特定の部位にパワーを印加する点のパワー源、エリアのパワー源、またはこれらの組み合わせによる変更を含み得る。点のパワー源は、被加工物を変更するために被加工物の小さな部位を加熱することができ、エリアのパワー源は、被加工物の局所部位にパワーを加えるためのイオン化ガス即ちプラズマを印加することができる。あるケースでは、プラズマはさらに、被加工物の表面に化学的な変更を生じさせるために用いることができる。被加工物を変更するプロセスの一部として、感知システムによって、いつ点のパワー源及び／またはエリアのパワー源が特徴を実現し終わったかを感知することができる。
【０００９】
一態様においては、表面変更用の装置は、被加工物を保持する支持体、被加工物よりも小さい局所領域でプラズマを生成するプラズマ源、及び被加工物とプラズマ源の相対配置を操作する６軸ロボットを含む。６軸ロボットは、支持体とプラズマ源のうちの少なくとも１つに連結されている。
【００１０】
実施態様は、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。装置は、ロボットとプラズマ源に連結されたコントローラを含み得る。コントローラは、ロボットとプラズマ源の動作を連携させ、プラズマからのイオンを被加工物の露出面の一部のみに衝突させるように構成されることができる。
【００１１】
装置は、真空チャンバを含むことができ、支持体、プラズマ源、及びロボットを、この真空チャンバ内に配置することができる。さらにまたは代わりに、装置は、局所領域を通過するレーザービームを生成するために配置された、レーザーを含むことができる。被加工物の露出面上にできたレーザービームのビームスポットを、被加工物にプラズマが衝突した部位よりも小さくすることが可能である。
【００１２】
ある実施例では、装置は、局所領域を通過するイオンビームを生成するために配置された、収束イオンビームシステムを含むことができる。被加工物の露出面上にできた収束イオンビームのビームスポットは、被加工物にプラズマが衝突した部分よりも小さいことが可能である。
【００１３】
装置のプラズマ源は、チューブと、チューブ内にガスを注入するガス源と、第１の高周波（ＲＦ）電源と、チューブを取り囲み第１のＲＦ電源に連結された第１の複数の導電性コイルとを含み得る。あるケースでは、装置は、第２の高周波（ＲＦ）電源を含み得る。第２の複数の導電性コイルは、第２のＲＦ電源に連結されていることができる。第２の複数のコイルは、チューブからプラズマが放出される空間を取り囲むように、配置されていることができる。ある実施形態では、コントローラは、この空間が被加工物とチューブの間になるようにして、ロボットに被加工物を配置させるように構成されることができる。第１の複数のコイル及び第２の複数のコイルは、平行軸に沿って配向されていることができる。あるケースでは、装置は、支持体に連結された第３の高周波（ＲＦ）電源を含み得る。
【００１４】
本書に記載のこのシステム及び方法の別の態様は、表面変更の方法を含む。方法は、被加工物よりも小さい局所領域内で被加工物に近接してプラズマを生成し、それによって、プラズマからのイオンを被加工物の露出面の一部位にのみ衝突させることを含む。
【００１５】
あるケースでは、プラズマからのイオンは、露出面の一部位上にスパッタリングされることができる。プラズマからのイオンは、露出面の一部位をエッチングすることができる。
【００１６】
ある実施例では、方法は、露出面の一部位上に反応的にスパッタリングすることを含み得る。方法は、プラズマを生成するのと同時に、露出面の一部位をレーザービームに衝突させることを含み得る。レーザービームは、露出面から材料を除去する（ｒｅｍｏｖｅ）ことなしに、露出面を加熱するかまたは加熱するように構成されていることができる。レーザービームは、露出面から材料を切除する（ａｂｌａｔｅ）か、または切除するように構成されていることができる。
【００１７】
方法は、プラズマ源と被加工物との間の空間を取り囲んで配置されたコイルによって、プラズマを拘束することをさらに含み得る。方法は、プラズマを生成するのと同時に、収束イオンビームによって露出面の一部を切削することを含み得る。方法は、さらにまたは代わりに、６軸ロボットによって、ワークピースをプラズマ源に対して制御可能に配置することを含み得る。
【００１８】
本書に記載のこのシステム及び方法のさらなる態様は、製造システムを含む。製造システムは、被加工物を作製するように構成された３Ｄプリンタと、表面変更用の装置とを含む。この装置は、被加工物を保持する支持体、被加工物よりも小さい局所領域でプラズマを生成するプラズマ源、及び、支持体とプラズマ源のうちの少なくとも１つに連結され、被加工物とプラズマ源の相対配置を操作する６軸ロボットを含む。製造システムは、表面変更のために付加製造システムから装置内の支持体まで被加工物を移動させる、運搬システムをさらに含む。
【００１９】
本書に記載のこのシステム及び方法の別の態様は、部品製造の方法を含む。方法は、３Ｄ印刷によって部品を作製することと、被加工物よりも小さい局所領域内で被加工物に近接してプラズマを生成することによって、製造された部品の露出面の選択された部分にイオンを当てることとを含む。
【００２０】
実施態様は、以下の利点のうちの１つ以上を提供することができる。被加工物は、容易に変更されて複雑な表面特性及び形状寸法を持つことができる。後処理システムによって、複雑な表面特性が所定の範囲内の硬さまたは粗さを有することができるように変更することができる。例えば、ある部品は、３Ｄ印刷プロセスでは実現し得ないかもしれない所定の粗さ及び硬さを有する、局所部位を含むように設計されていてよい。この部品は、被加工物の局所部位において、３Ｄ印刷プロセスでは実現し得ないかもしれない、エッチングされた形状寸法といった詳細な形状寸法を有するように設計されていてよい。３Ｄ印刷は、被加工物の局所部位に、後処理システムが容易にきれいにし得る、さらなる変形を生じさせたり残留物を残したりしてよい。後処理システムは、被加工物の他の部位が変更されるのを防止しながら、局所部位を除去したり、きれいにしたり、または別様に変更したりすることができる。後処理システムは、被加工物の表面に沿った各点に向けられた点のパワー源、または被加工物の表面に沿った各エリアに向けられたエリアのパワー源を用いて、変更を、種々のサイズを持つ各部位に局所限定することができる。
【００２１】
添付の図面及び以下の説明で、１つ以上の実施形態の詳細が記載される。その他の態様、特徴、及び利点は、これらの説明及び図面から、並びに特許請求の範囲から、明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】部品製造システムのブロック図である。
【図２】図１の部品製造システムの後処理システムの、概略側面図である。
【図３】ロボットの概略図である。
【図４】図２の後処理システムの制御システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
様々な図面における類似の参照符号は、類似の要素を表している。
【００２４】
全体的な特徴（例えば低解像度の形状寸法及び特徴）と詳細な特徴（例えば高解像度の形状寸法及び特徴）のどちらもを含む部品を作製するための命令は、ＣＡＤシステムによって生成することができる。あるケースでは、３Ｄ印刷システムといった被加工物製作システムは、３Ｄ印刷プロセスを用いて全体的形状寸法を有する被加工物を製作するのに適切であってよい。したがって、被加工物製作システムは、部品の全体的形状寸法を表す命令を用いて被加工物を生成することができる。被加工物は、最初に作製された後、３Ｄ印刷システムの３Ｄプロセスの一部として組み入れられなかった詳細な形状寸法及び特徴を実現するため、さらなる作製後プロセスを受けることができる。作製後プロセスは、部品の詳細な特徴を含むために被加工物の大きいエリアと小さいエリアの両方を変更する、独立して制御された複数のプロセスを含み得る。後処理システムは、本書に記載のようにＣＡＤシステムからの命令を用いて、被加工物をさらに変更して部品の詳細な形状寸法及び特徴を組み入れることができる。
【００２５】
部品を製造するための製造システムは、部品となる被加工物を設計し、作製し、後処理するための、機構、モジュール、及び他のシステムを含むことができる。図１は、コントローラ１０２、３Ｄ印刷システム１０４、後処理システム１０６、及び基板移送機構１０８を含む、部品製造システム１００のブロック図を示す。コントローラ１０２は、部品の製造を促進するため、３Ｄ印刷システム１０４、後処理システム１０６、及び基板移送機構１０８と通信する。３Ｄ印刷システム１０４、後処理システム１０６、及び基板移送機構１０８のそれぞれは、コントローラ１０２からの命令を受信し、各システムの動作を実行する、コントローラを含むことができる。
【００２６】
コントローラ１０２は、部品を製造するために３Ｄ印刷システム１０４、後処理システム１０６、及び基板移送機構１０８のそれぞれが利用可能な命令を生成する、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）システムを含む。３Ｄ印刷システム１０４は、コントローラ１０２から受信した命令を使用して、被加工物を作製するための３Ｄ印刷プロセスを実施する。３Ｄ印刷システム１０４は、被加工物を製作するため、例えば、選択的レーザー溶融法（ＳＬＭ）や直接金属レーザー焼結法（ＤＭＬＳ）、選択的レーザー焼結法（ＳＬＳ）、熱溶解積層法（ＦＤＭ）、及び光造形法（ＳＬＡ）といった、適切な３Ｄ印刷プロセスを実行することができる。
【００２７】
３Ｄ印刷システムが被加工物を製作した後で、この被加工物は、コントローラのＣＡＤシステムによって生成された命令に指示されていた低解像度の特徴及び形状寸法を含んでいることができる。例えば、３Ｄ印刷システム１０４によって作製された被加工物は、例えば、１０マイクロメーターと５０マイクロメーターの間、５０マイクロメーターと１００マイクロメーターの間、または１００マイクロメーターと１ミリメーターの間の解像度を有する特徴を含んでいることができる。結果として、３Ｄ印刷システム１０４は、被加工物を製作するため、ＣＡＤシステムからの命令を使用して（例えば、パワーシステム、ロボットシステム、バルブ、及び他のシステムといった）３Ｄ印刷システム１０４の個々のシステムを制御するためのさらなる命令を生成することができる。コントローラ１０２は、例えばディスペンサー、駆動システム、レーザーシステム、パワー源、ガス供給システム、及び３Ｄ印刷システム１０４を動作させるための他の適切な構成要素を含む、３Ｄ印刷システム１０４の様々な構成要素を動作させることができる。
【００２８】
後処理システム１０６は、被加工物がＣＡＤシステムが生成した命令に記載された部品の高解像度の特徴を含み得るようにして、コントローラ１０２から受信した命令を使用して被加工物を分析及び加工する。高解像度の特徴は、マイクロスケールの粗さを含み得る。膜厚もまた、例えば０オングストロームと５００オングストロームの間の厚さで堆積し得る。例えば、後処理システム１０６は、被加工物の表面が、３Ｄ印刷システム１０４によって実施された３Ｄ印刷プロセスが被加工物に組み入れていないかもしれない完成部品の特徴を含むようにして、被加工物の表面を処理し得る。ある場合には、後処理システム１０６は、被加工物の表面の局所部位を反応性スパッタリング及び選択的加熱して、表面のテクスチャ、硬さ、及び他の材料表面特性を変更し得る。
【００２９】
後処理システム１０６は、パワーを、被加工物上の直径２〜３ミリメートルほどの小さい局所部位に（例えば点のパワー源を用いて）向けるか、または被加工物上の直径２〜３センチメートルほどの大きい局所部位に（例えばエリアのパワー源を用いて）向ける、パワー源を含み得る。点のパワー源は、例えば、部品を加熱するために被加工物の小さい部位上にレーザービームを発射する、レーザーであることができる。エリアのパワー源は、例えば、被加工物上方の局所領域内のプラズマ源からプラズマを放出する、プラズマ供給システムであることができる。後処理システム１０６は、エリアのパワー源及び点のパワー源を使用して、被加工物の露出面の局所部位を変更することができる。被加工物は、（例えば３Ｄ印刷システム１０４に関連して記載されたように）付加製造プロセスを用いて作製することができ、後処理システム１０６に関連付けられた減法的製造プロセスを用いて、より高い解像度を得ることができる。
【００３０】
後処理システム１０６は、ＣＡＤシステムが生成した命令によって、パワー源を制御して被加工物に様々な変更を加えることが可能である。例えば、後処理システム１０６のプラズマ供給システムは、被加工物の表面が制御可能な粗さまたは硬さを得るようにして被加工物の表面をエッチングするため、様々な流束でプラズマを放出することが可能である。別の例では、レーザーは、一部品を加熱する低出力モード、３Ｄ印刷プロセス中に生じ得た微小な材料の変形（例えばバリやツールマーク）を除去するための中出力モード、及び非加工物の局所部位を気化させるもしくはエッチングする高出力モードを含む、いくつかのモードで動作することができる。後処理システム１０６のコントローラは、ＣＡＤの命令が表す特徴に応じて、レーザーの周波数及び出力レベルを制御することができる。例えば、ＣＡＤの命令が部品内のエッチングされた特徴を表している場合、後処理システム１０６は、レーザーの出力レベルを増強することができ、それによってレーザーが被加工物の局所部位をエッチングすることが可能になる。
【００３１】
後処理システム１０６の感知システムは、被加工物の表面の特性を検知することができ、したがって後処理システム１０６によって実施される処理をモニタリングすることができる。例えば、感知システムは、例えば３Ｄ印刷処理によって生じたかもしれない被加工物内の変形を検知することができる。一実施形態では、後処理システム１０６によってバリが検知された場合、後処理システム１０６のコントローラは、レーザーの出力レベルか、及び／または周波数を低減させる命令をレーザーに送信することができ、それによってレーザーが、被加工物の残りの部分には損傷を与えることなく、バリをきれいにすることができる。
【００３２】
後処理システム１０６は、３Ｄ印刷システム１０４の３Ｄ印刷プロセス中、被加工物が形成されている材料（例えば金属、プラスチック、またはセラミックの種類）に応じてもまた、様々なモードで動作することができる。あるケースでは、被加工物は、金属、セラミック、またはプラスチックでできていることができる。金属粒子の例は、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム及び、これらの金属の様々な合金を含む。セラミック材料の例は、セリア、アルミナ、シリカ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、またはこれらの物質の組み合わせといった、金属酸化物を含む。プラスチックの例は、ＡＢＳ、ナイロン、ウルテム、ポリウレタン、アクリレート、エポキシ、ポリエーテルイミド、またはポリアミドを含み得る。
【００３３】
あるケースでは、感知システムは被加工物の材料を検知し、続いて後処理システム１０６が、検知された材料に応じて、例えばレーザー及び／またはプラズマ供給システムの出力量を調整するモードを選択する。他のケースでは、後処理システム１０６は、被加工物の材料の種類に関するユーザインプットを含み得る。
【００３４】
例示的な後処理システム２００（例えば図１の後処理システム１０６）は、図２に示すように、被加工物２０２を処理し、操作し、モニタするための、いくつかのシステムを含む。ある実施形態では、被加工物２０２は、３Ｄ印刷システム（例えば、図１の３Ｄ印刷システム１０４）を用いて加工され、基板移送機構（例えば、図１の基板移送機構１０８）を用いて３Ｄ印刷システムから後処理システム２００へと移動されている。後処理システム２００は、被加工物２０２を操作する被加工物ロボット２０６を囲っているハウジング２０４と、被加工物２０２の表面２１２上の小部位２１０の属性を感知する感知システム２０８と、表面２１２の局所部位２１８に変更を加えるためのプラズマ供給システム２１４及びプラズマ閉じ込めシステム２１６と、表面２１２上の小部位２２２に変更を加えるためのレーザー仕上げシステム２２０とを含む。後処理システム１０６は、ＣＡＤシステム（例えば、図１のコントローラ１０２）または他の外部システムから命令を受信し、後処理システム２００の各システムに対して命令を送達する、コントローラ２２４を含み得る。オプションで、感知システム２０８、プラズマシステム２１４／２１６、またはレーザー仕上げシステム２２０のうちの１つ以上を省くことができる。
【００３５】
ハウジング２０４は内部チャンバ２２６を規定し、内部チャンバ２２６内に被加工物２０２の後処理中の不具合を低減する内部環境を製作するため、内部チャンバを外部環境２２９から分離する。ハウジング２０４は、例えば１Ｔｏｒｒ未満または０．０００１Ｔｏｒｒと１Ｔｏｒｒの間といった真空環境が、チャンバ２２６内に維持されることを可能にする。真空環境内に維持される圧力は、プラズマ密度に影響し得る。したがって、内部チャンバ２２６は、内部に被加工物ロボット２０６、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、プラズマ閉じ込めシステム２１６、及びレーザー仕上げシステム２２０が内包され配置されている、真空チャンバであってよい。あるケースでは、チャンバ２２６は、例えば微粒子を除去するために濾過されたガスといった、ほぼ純粋のガスを含み得る。他のケースでは、チャンバは、大気に対して通気されていることができる。真空環境または濾過されたガスは、例えば感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０の使用中に生じる不具合の可能性を低減し得る。
【００３６】
被加工物２０２が（例えば図１の基板移送機構１０８によって）処理のために後処理システム２００内に置かれるとき、被加工物ロボット２０６は、被加工物２０２を受領し、保持し、操作するための、支持体として機能し得る。被加工物ロボット２０６は、コントローラ２２４からの命令を受けて、被加工物２０２を内部チャンバ２２６内で並進させるかまたは回転させることができる。被加工物ロボット２０６は６軸ロボットであり、被加工物２０２を任意の軸（例えば、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）に沿って動かすか、任意の軸を中心にして回転させることができる。被加工物ロボット２０６は、ｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に動くことができ、θ方向、Φ方向、及びψ方向に回転することができる。こうして、被加工物ロボット２０６は、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０のそれぞれに対して、被加工物２０２を移動または回転させることができる。
【００３７】
感知システム２０８は、被加工物２０２の表面２１２上の小部位２１０の属性を感知する。感知システム２０８は、被加工物の小部位２１０に向けてＸ線のビーム２３２を発射し、Ｘ線によって小部位２１０から脱出する電子を検知する、Ｘ線光分子分光計（ＸＰＳ）２２８を含む。小部位２１０は、ビーム２３２が被加工物２０２の表面２１２に接触する際のビーム２３２のビームスポットであり得る。小部位２１０は、例えば円または楕円によって画定されるエリアを有していることができるが、このエリアの最大の寸法は、例えば１０マイクロメーターと５００マイクロメーターの間、５００マイクロメーターと５ミリメーターの間、及び１０ミリメーターと５０ｍｍメーターの間である。ＸＰＳ２２８は、小部位２１０から脱出する電子の運動エネルギー及び量を検知することができ、この運動エネルギーと量に基づいて、材料特性を測定し得る。例えば、ＸＰＳ２２８は、小部位２１０の化学組成、及び／または、小部位２１０内の材料の不具合及び／または汚染物質を測定し得る。あるケースでは、ＸＰＳ２２８は、被加工物２０２の深さプロファイルの化学組成を測定するように構成されていることができる。あるケースでは、ＸＰＳ２２８は、被加工物２０２の表面２１２をスキャンし、被加工物２０２の表面２１２のラインプロファイルの要素及び化学組成を測定することができる。
【００３８】
感知システム２０８は、被加工物２０２の表面特徴を測定するためのＸＰＳ２２８を含むものとして記載されてきたが、ある実施形態では、感知システム２０８は、他のセンサ及び検知機器を含み得る。例えば、感知システム２０８は、干渉計、共焦点顕微鏡、または他の適切な表面検知システムを用いて、粗さ、表面仕上げ、または他の表面特徴を検知することができる。感知システム２０８は、被加工物２０２の小部位２１０の温度を測定するための光学温度センサも、また含み得る。あるケースでは、感知システム２０８は、被加工物２０２の表面２１２に沿った様々な地点で温度をモニタする、いくつかの温度センサを含み得る。
【００３９】
プラズマ供給システム２１４とプラズマ閉じ込めシステム２１６は、協働して、プラズマ２３４を用いて被加工物２０２の表面２１２の局所部位２１８を変更し、表面２１２上の局所部位２１８の外部の部位が変更されるのを防止することができる。処理条件に応じて、プラズマ供給システム２１４からのイオンが局所部位２１８に衝突し、表面特性を変更することができる。例えば、イオンは、表面２１２上に化学反応を生じさせるか、表面２１２内に注入されるか、または表面２１２からの材料のスパッタリングを生じさせるかすることができる。イオンはまた、表面２１２の材料粒子の焼結を生じさせることもできる。例えば、イオンは、表面上に置かれた粉末に対して向けられることもでき、それによって粉末が加熱され、焼結されて固体材料が形成される。
【００４０】
プラズマ供給システム２１４は、プラズマ源として機能することができ、したがって被加工物２０２よりも小さい局所領域上にプラズマ２３４を生成することができる。プラズマ供給システム２１４は、チューブまたは導管２４０によって画定される中空の内部２３８を通じてガスを供給する、ガス源２３６を含む。ガス源２３６によって供給されるガスの例は、窒素、アルゴン、ヘリウム、酸素、及び、フッ化チタン、ＴｉＣｌ４、Ｈ２−Ｈｅの混合物を含み得る。プラズマ供給システム２１４は、ガス源２３６から中空の内部２３８内にガスを放出するためにコントローラ２２４によって制御される、バルブを含み得る。プラズマ２３４がプラズマ供給システム２１４から放出されるとき、プラズマ２３４は局所領域内に放出され、被加工物２０２の表面２１２上の局所部位２１８に変更を生じさせることができる。
【００４１】
プラズマ供給システム２１４を通じて流れるガスは、ガスが導管２４０の中空の内部２３８内を通過するのにつれてイオン化され、その結果プラズマ２３４を形成する。プラズマ（例えばプラズマ２３４）は、正の粒子及び負の粒子からなる、電気的に中性の媒体である（即ち、プラズマ全体の電荷は、ほぼゼロである）。例えば、ガス源２３６から窒素ガスが供給されるとき、ガスはイオン化され、その結果Ｎ２＋またはＮ＋が生じる。概して、別様に荷電した２つの対向する電極は、ガス源２３６から供給されたガスにプラズマ２３４を形成させることができる。図２では、ガス源２３６から中空の内部２３８へとガスが供給されるとき、交流（ＡＣ）電源（図示せず）が、中空の内部２３８内に配置された電極２４４に対して電流を送ることができる。中空の内部２３８は、荷電した電極２４４と協働して中空の内部２３８内に電場を形成する、対電極をさらに収容する。対電極は、浮遊していることもでき、接地に接続されていることもできる。導管２４０は誘電性材料で形成され、その結果、中空の内部２３８内に電場を含んでいることができる。電極２４４と対電極によって中空の内部２３８内に生成された電場は、ガス源２３６から流れるガスをイオン化し、その結果プラズマ２３４が生成される。
【００４２】
電極２４４と対電極が導管２４０の中空の内部２３８内にプラズマ２３４を作り出すものとして記載されているが、ある実施形態では、プラズマ２３４は、導管２４０から出る中性のガス粒子として生成される。被加工物２０２は、例えば被加工物ロボット２０６に取り付けられているか、または被加工物ロボットの一部である、プラテン上に置かれることができる。例えば、プラテンは、ロボット２０６のエンドエフェクタの平坦な表面であることができる。プラテンを充電するために、ＡＣ電源がプラテンと共に動作可能であってよく、別のＡＣ電源が導管２４０（例えば、導管２４０の、電極として機能する端部２４７に向かう内表面）と共に動作可能であってよい。これらのＡＣ電源は、導管２４０とプラテンに対して、それぞれ異なる高周波駆動電圧を伝えることができる。この場合、導管２４０とプラテンは、協働してガス粒子をイオン化するための電場を生成する。こうしてプラテンは、被加工物２０２を支持し、ガスをイオン化する機能を果たす。
【００４３】
ある実施形態では、端部２４７は、ガスが導管２４０の端部２４７から出る際にガスの流れを加速させるように構成された、ノズルを含み得る。ノズルは、ガスのイオンの超音速流を誘発するように構成されていることができる。例えば、ノズルは、ラバールノズル、即ち先細末広ノズル、ＣＤノズル、Ｃｏｎ−ｄｉノズルであることができる。ある実施形態では、ラバールノズルは、中間が細くなっていて、注意深く釣り合いが取られた左右非対称の砂時計形状を有する、チューブであり得る。ノズルは、軸方向の速度を増加させるため、例えばノズルを通過するイオンの粒子ビームを加速させるのに使用することができる。こうして、粒子ビームの運動エネルギーによって、被加工物２０２の表面２１２の露出部位から材料が除去される。ノズルを通るプラズマ２３４の流量は、例えば０スタンダード立方センチ（ｓｃｃｍ）と２００ｓｃｃｍの間であり得る。
【００４４】
ある実施形態では、対電極は、電極２４４と対電極とが逆の電荷を有するように、対電極を荷電させる別個のＡＣ電源に接続されていることができる。プラズマ２３４内のイオンの流束を制御するため、電極２４４により高い高周波駆動電圧を印加することができる一方、対電極に印加されたより低い高周波駆動電圧によって、プラズマ内のイオンのエネルギーを制御することができる。イオンのエネルギーまたは流束を制御するため、コントローラ２２４は、電極２４４の高周波電圧と対電極の高周波電圧とを調整することができる。
【００４５】
導管２４０の中空の内部２３８を通るプラズマ粒子を加速させるため、誘導コイル２４６を荷電させることができる。それによって、プラズマ２３４を被加工物２０２の上方の局所領域内に分注することができる。誘導コイル２４６は、導管２４０の中空の内部２３８を取り囲んでいる。誘導コイル２４６が中空の内部２３８内に磁場を生成するように、ＡＣ電源２４５が誘導コイル２４６に高周波電流を流してよい。プラズマ２３４の粒子がイオン化されるので、磁場によって粒子が連結され、粒子は磁場の方向に向かって加速する。コントローラ２２４は、誘導コイルが生成する磁場を調整することによって、プラズマ２３４の粒子に与えられる加速の量を制御することができる。コントローラ２２４は、電源２４５に対して、誘導コイル２４６に高周波駆動電圧を伝え、電力の量または駆動電圧の周波数をさらに調整するように、命令を伝達することができる。この例では、磁場によって、プラズマ２３４のイオン化した粒子が導管２４０の端部２４７に向かって加速され、それによってプラズマ２３４は、導管２４０から出て局所領域内に入ることができる。
【００４６】
プラズマ２３４がプラズマ供給システム２１４から出るとき、プラズマ閉じ込めシステム２１６を使って、プラズマ２３４を局所領域の上に横たわる空間２４８内に封じ込めることができる。プラズマ閉じ込めシステム２１６は、誘導コイル２５０に高周波駆動電圧を伝えることができるＡＣ電源２５２に接続された誘導コイル２５０を含む。誘導コイル２５０は、プラズマ２３４が導管２４０の中空の内部２３８から放出される空間２４８を囲んで配置されている。誘導コイル２５０は、ＡＣ電源２５２によって荷電させられたとき、局所領域の上に横たわる空間２４８内にプラズマ２３４を封じ込める機能を果たす、磁場を生成することができる。結果として、プラズマ２３４は、局所部位２１８の外側にある日加工物２０２の表面２１２には影響を与えない。なぜならば、表面２１２のこれらの部位は、プラズマに曝されないからである。コントローラ２２４は、空間２４８のサイズを調整し、それによってプラズマ２３４に覆われる被加工物２０２の局所部位２１８の面積の大きさを調整するため、ＡＣ電源２５２によって誘導コイル２５０に供給される電力の量を制御することができる。コントローラ２２４は、誘導コイル２５０が生成した電磁場を微調整することで、誘導コイル２５０がプラズマ２３４のイオンを駆動するようにして、誘導コイル２５０を制御するように構成されることができる。コントローラは、誘導コイル２５０を駆動するため、ＡＣ電源２５２の高周波を調整することができる。代わりにまたはさらに、誘導コイル２５０は、被加工物２０２の堆積した単数または複数の材料を再スパッタして、定比合金の組成物を作り出すこともできる。
【００４７】
誘導コイル２５０は、局所領域の中心にまたは中心付近に配置された導管２４０と共に配置されていることができる。ある実施形態では、誘導コイル２５０は、導管２４０に対して機械的に固定されていることができる。ある実施形態では、誘導コイル２５０は、導管２４０の軸に沿って可動であるが、横方向（軸に対して垂直）には固定されている。
【００４８】
プラズマ２３４は、局所部位２１８の上方の局所領域に沿った被加工物２０２の付近の空間２４８内に閉じ込められているとき、局所部位２１８の表面２１２の露出部位に衝突する。こうして、プラズマ２３４のイオンは、局所部位２１８の表面２１２上に化学反応を生じさせることができる。この化学反応は、局所部位２１８の表面粗さを、例えば１マイクロメーターと２０マイクロメーターの間、０．５マイクロメーターと５０マイクロメーターの間、または他の適切な範囲内に調整することができる。表面硬化深さは、被加工物２０２の材料と、例えば窒化、陽極酸化、及び他のプロセスといった、用いるプラズマ処理プロセスの種類とに依存し得る。例えば、窒化することによって、局所部位２１８の表面硬化深さを例えば１５マイクロメーターと５００マイクロメーターの間に調整することができる。
【００４９】
プラズマ２３４を用いて局所的に変更することができる他の特性には、金属密度、並びに、例えば降伏強度、破壊靱性、及び弾性といった機械的特性が含まれる。プラズマ２３４は、局所部位２１８からさらに材料を除去することができ、それによって局所部位２１８が表面２１２の他の部位よりも小さい表面粗さを有するようにさせることができる。こうしてプラズマ２３４は、例えば被加工物２０２の局所部位２１２８といった、被加工物２０２の露出面の一部分のみに衝突する。
【００５０】
局所部位２１８に衝突するイオンの密度を調節することによって、局所部位２１８に与えられる表面粗さを調節することができる。例えば、電極と対電極のそれぞれに伝えられる高周波駆動電圧の大きさまたは周波数を調整することによって、プラズマ２３４の流束を調整することができ、したがって、局所部位２１８に衝突するイオンの密度を調整することができる。一実施例では、融合した供給材料の表面に衝突するイオンがより少なくなり、間隔を空けて存在している表面上の不規則性の間隔がさらに広がり、局所部位２１８の表面粗さが増大するように、プラズマ２３４の流束を小さくすることができる。本書に記載するように、コントローラ２２４は、誘導コイル２４６、電極２４４、及び対電極に関連付けられた電源に対して、プラズマ２３４内のイオンの流束を調整する命令を送信することができる。
【００５１】
ある実施形態では、プラズマ供給システム２１４によって実行される、プラズマ２３４を局所部位２１８上方の局所領域内に放出するプロセスは、例えば硬さ、粒径、結晶方位といった、局所部位２１８の他の特性をさらに調整することができる。プラズマはさらに、例えば硬さを変える窒化、部品を腐食環境から保護する安定化処理、及び陽極酸化といった処理を行うために、用いることができる。あるケースでは、プラズマ供給システム２１４は、電気研磨プロセスを実行して被加工物の表面を封止するか、または表面を反射可能にして真空システム及び超純度システム内へのガス放出を低減するために、プラズマ２３４を分注することができる。プラズマ供給システム２１４は、被加工物２０２の局所部位２１８をエッチングするためにも、プラズマ２３４のイオンを用いることができる。代わりにまたはさらに、プラズマ供給システム２１４は、プラズマまたはアーク溶射によって表面テクスチャリングを実施することができる。プラズマ２３４はまた、被加工物２０２の局所部位２１８の周囲の粉末状材料を加熱し、焼結させることもできる。ある実施形態では、コントローラ２２４は、本書に記載の複数の表面変更プロセスのそれぞれに対応したモードで動作するように、構成されることができる。各モードにおいて、コントローラ２２４は、特定の表面変更プロセスを実施するためにプラズマ２３４内のイオンの流束とエネルギーを調整する命令を、プラズマ供給システム２１４に対して発する。ある実施形態では、コントローラ２２４は、感知システム２０８によって検知された被加工物２０２の材料組成に応じて、プラズマ２３４の流束とエネルギーを調節することができる。
【００５２】
レーザー仕上げシステム２２０は、表面２１２の小部位２２２上にレーザービーム２５５を放射するレーザー２５４を用いて、小部位２２２内に含まれる被加工物２０２の表面２１２の特性を変更することができる。小部位２２２は、レーザービーム２５５が被加工物２０２の表面２１２に接触する際のレーザービーム２５５のビームスポットであり得る。小部位２２２は、局所部位２１８内に含まれるものとして示されている。こうして、レーザービーム２５５は、局所部位２１８を通過することができる。ある実施形態では、小部位２２２は、局所部位２１８の外側にあることができる。
【００５３】
一実施例では、コントローラ２２４は、レーザー２５４を低出力モード、中出力モード、及び高出力モードで動作させることができる。低出力モードでは、レーザービーム２５５は、小部位２２２を加熱して、小部位２２２付近の被加工物２０２の温度を上昇させることができる。中出力モードでは、レーザービーム２５５は、小部位２２２付近の残留物、バリ、または他の微小な材料の変形を除去するのに十分な程度に小部位２２２を加熱することによって、小部位２２２をきれいにすることができる。中出力モードによって、例えば被加工物２０２を形成するのに用いたプロセスから生じ得る変形を、被加工物が後処理システム２００に移送される前に、レーザービーム２５５で除去することが可能になる。高出力モードでは、レーザービーム２５５は、減法的製造プロセスを実施するために小部位２２２を切除することができる。レーザービーム２５５は、小部位２２２の付近の材料を蒸発させ、エッチングといった処理を実施することができる。ある実施形態では、コントローラ２２４は、レーザービーム２５５を硬化モードで動作させることができる。硬化モードでは、レーザービーム２５５は、小部位２２２内の材料の硬化プロセスを完了させるのに十分な熱またはエネルギーを加えることができる。ある実施形態では、コントローラ２２４は、感知システム２０８によって検知された被加工物２０２の材料組成に応じて、レーザービーム２５５に伝えられる出力を調節することができる。
【００５４】
このように、プラズマ供給システム２１４は、局所部位２１８によって画定されるエリアを変更するプラズマ２３４を放出するエリアのパワー源の機能を果たし、レーザー仕上げシステム２２０は、小部位２２２によって画定される地点を変更するレーザービーム２５５を発射する点のパワー源である。コイル２５０は、荷電しているとき、プラズマ２３４が閉じ込められる局所領域２１８の面積を画定する。局所部位２１８の面積は、例えば１平方センチメーターと１０００平方センチメーターの間であり得る。あるケースでは、局所部位２１８の面積が増大するのにつれて、この面積内のプラズマ２３４の密度は低下し得る。レーザービーム２５５が接触する被加工物２０２上の点として近似される小部位２２２は、例えば、０．０００１平方ミリメーターと２０平方ミリメーターの間の面積を有し得る。あるケースでは、小部位２２２は、楕円形または円形の形状を有し得る。ある実施形態では、局所部位２１８の面積の小部位２２２の面積に対する比は、例えば５：１と１０６：１の間であるか、またはそれ以上である。
【００５５】
ある実施形態では、レーザー２５４に代えてまたは加えて、仕上げシステム２２０は、収束イオンビーム（例えばビーム２５５）を生成して被加工物２０２の表面２１２を切削する収束イオンビームシステムを含み得る。被加工物２０２は、例えば、収束イオンビームによる切削またはエッチングを通じて実現され得る特徴を有し得る、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）であり得る。こうして、仕上げシステム２２０と、したがって収束イオンビームシステムは、局所部位２１８上方の局所領域を通過する、またより具体的にはあるケースでは小部位２２２を通過する、収束イオンビームを生成するために配置されることができる。こうした実施例では、収束イオンビームは、より小さい面積で変更を行うことができる。結果として、小部位２２２は、例えば数ナノメーターと１００ナノメーターの間であり得る。
【００５６】
被加工物２０２の種々の部位を感知して変更するため、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０は、システム２０８、２１４、及び２２０の位置をそれぞれ制御する、可動ロボット２５６、２５８、及び２６０を含み得る。コントローラ２２４は、ロボット２５６を制御して、感知システム２０８が、被加工物２０２の表面２１２に沿った種々の部位（例えば、小部位２１０）で被加工物２０２の表面特性を検知することを可能にしている。コントローラ２２４は、ロボット２５８を制御して、プラズマ供給システム２１４が、被加工物２０２の表面２１２に沿った種々の部位（例えば、局所部位２１８）にプラズマを供給することを可能にしている。コントローラ２２４はまた、ロボット２６０を制御して、ロボット２６０が、被加工物２０２の表面２１２に沿った種々の部位（例えば、小部位２２２）でレーザー仕上げを実施することを可能にしている。ある実施形態では、表面２１２に沿った局所部位２１８の位置を制御するため、プラズマ閉じ込めシステム２１６は、プラズマ供給システム２１４と共に移動することができる。他の実施形態では、ロボットがプラズマ閉じ込めシステム２１６を移動させるが、一方でプラズマ供給システム２１４は静止したままである。コントローラ２２４がロボットを操作する際に、ロボットは、被加工物２０２と導管２４０の間に空間２４８が来るようにして、被加工物２０２を配置することができる。
【００５７】
ロボット２５６、２５８、及び２６０は、６軸ロボットである。したがって、ロボット２５６、２５８、及び２６０は、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０を、それぞれ任意の軸（例えばｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸）に沿って動かすことができる。ロボット２５６、２５８、及び２６０はまた、任意の軸を中心にしてシステム２０８、２１４、及び２２０を回転することができる。結果として、ロボット２５６、２５８、及び２６０は、それぞれｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動することができ、それぞれθ方向、Φ方向、及びψ方向に回転することができる。ロボット２５６、２５８、及び２６０は、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０のそれぞれを、被加工物２０２に対して動かすことができる。
【００５８】
被加工物２０２と、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０との相対的な動きを実現するため、後処理システム２００は、ロボット２０６、２５６、２６８、及び２６０の様々な組み合わせを含むことができる。ある実施形態では、被加工物２０２が静止して保持され得る一方、ロボット２５６、２５８、及び２６０は、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及びレーザー仕上げシステム２２０のそれぞれを動かすことができる。こうした実施例では、被加工物２０２は、静止支持体またはプラテンによって所定の場所に保持されていることができる。他の実施形態では、被加工物ロボット２０６が被加工物２０２を動かす一方、システム２０８、２１４、及び２２０は静止して保持される。こうして、これらの実施形態では、１つ以上の６軸ロボット（例えば被加工物ロボット２０６または、ロボット２５６、２５８、及び２６０のうちの１つ以上）が、被加工物２０２と、感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及び／またはレーザー仕上げシステム２２０との相対位置を操作するため、被加工物を保持する支持体と感知システム２０８、プラズマ供給システム２１４、及び／またはレーザー仕上げシステム２２０のうちの少なくとも１つを操作することができる。
【００５９】
個々のロボット２５６、２５８、及び２６０がシステム２０８、２１４、２２０のそれぞれを制御するものとして記載されてきたが、一方である実施形態では、ＸＰＳ２２８及び／またはレーザー２５４が、導管２４０と同一線上にあるビーム２３２、２５５を生成することができる。結果として、レーザー仕上げシステム２２０及び感知システム２０８は、プラズマ供給システム２１４と共に動くことができる。この実施例では、コントローラ２２４は、システム２０８、２１４、２２０を動かすために単一のロボット（例えばロボット２５８）を操作することができる。小部位２１０及び小部位２２２は、互いに一致することができる。小部位２１０及び小部位２２２はさらに、局所部位２１８内に含まれていることもできる。コントローラ２２４は、システム２０８、２１４、及び２２０を独立して動作させることができる。コントローラ２２４は、後処理システム２００が感知、レーザー仕上げ、及び／またはスパッタリングを同時に実施し得るように、システム２０８、２１４、及び２２０を同時に稼働させ得る。
【００６０】
ロボット２０６、２５６、２５８、及び２６０はそれぞれ６軸ロボットであるとして記載されてきたが、このシステムは、ロボット２０６のみを含み、システム２０８、２１４、及び２２０は固定されている。代わりに、あるケースでは、ロボット２０６は６軸未満の制御を有し得るが、ロボット２５６、２５８、及び２６０はいくつかの単軸または複数軸のアクチュエータを含み得、それによって、ロボット２０６との組み合わせで、システム２０８、２１４、及び２２０に対する被加工物の相対位置の６軸制御を提供することができる。感知システム２０８が生成するビーム２３２、レーザー仕上げシステム２２０のビーム２５５、プラズマ供給システム２１４の誘導コイル２４６、及びプラズマ閉じ込めシステム２１６の誘導コイル２５０は、互いに対して、前記のプロセスを単純化するようにして配置されていてよい。ある実施形態では、誘導コイル２４６及び２５０は、コイル２４６の長手方向軸とコイル２５０の長手方向軸とが並行になるようにして配置されていることができる。あるケースでは、誘導コイル２４６と２５０とは、同軸である。誘導コイル２４６と２５０は、導管２４０と同軸であることができる。これらの実施形態の結果、プラズマ２３４が導管２４０を出た後に閉じ込められる空間２４８の中心に向かって、プラズマ２３４を加速することができる。あるケースでは、誘導コイル２４６と２５０は、ビーム２３２及び／またはビーム２５５とも同軸であることができる。こうしたケースでは、プラズマ２３４とビーム２３２、２５５は、被加工物２０２の同様かまたは一致した部位に対して向けられることができる。
【００６１】
図３に示すように、例示的なロボット３００（例えば図２の被加工物ロボット２０６）は、被加工物３０２を保持して操作する。本書に記載するように、コントローラ（例えばコントローラ１０２）は、例えばコントローラのＣＡＤシステムによって生成されたコマンドに基づいて、ロボット３００を制御することができる。
【００６２】
ロボット３００は、被加工物３０２を環境内の至るところで動かすため、いくつかの段階の自由度を有する運動システムを含む。例えば、ロボット３００は、接合部３１０で接続されたリンケージ３０４及び３０６を含む。リンケージ３０４は、ロボット３００のシャーシ３１２に固定された接合部３０８に、さらに接続されている。この運動システムは、接合部３１５でリンケージ３０６に接続されたブレード３１４をさらに含む。リンケージ３０４及び３０６、並びにブレード３１４は、被加工物３０２を空間内で動かすため、それぞれ互いに独立して回転することができる。それぞれ接合部３０８、３１０、及び３１５に位置している運動システムのドライバ３１６、３１８、及び３２０は、それぞれリンケージ３０４、３０６、及びブレード３１４の回転を制御することができる。例えば、ドライバ３１６、３１８、及び３２０は、リンケージ３０４及び３０６、並びにブレード３１４をθ方向、Φ方向、及びψ方向に回転させることができ、それによって被加工物３０２をｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動、並びに被加工物３０２をθ方向、Φ方向、及びψ方向に回転させることができる。
【００６３】
ブレード３１４は、被加工物３０２を支持及び保持することができる。ブレード３１４は、ロボット３００が被加工物３０２を空間内で動かす際にブレード３１４に向けて被加工物３０２を吸引する真空システムの一部として機能する、真空孔３２２を含み得る。
【００６４】
あるケースでは、被加工物３０２を高温に維持することによって、例えば後処理システム（例えば図１の後処理システム１０６、及び図２の後処理システム２００）を用いて被加工物３０２をより容易に処理することが可能になっている。ブレード３１４は、ロボット３００が被加工物３０２を保持する際に被加工物３０２を加熱するため、抵抗ヒータ３２４をさらに含み得る。例えば、高温によって、ロボット３００が被加工物３０２を受容する前に開始された被加工物３０２内の硬化プロセスが持続できる。
【００６５】
ロボット３００は、部品製造システム（例えば図１の部品製造システム１００）の様々なプロセス中に、被加工物３０２を保持するか、支持するか、または別様に操作するために機能し得る。ロボット３００は、３Ｄ印刷システムと後処理システム（例えば図２の後処理システム２００）の間といった、部品製造システムの様々なシステム間で被加工物３０２を移動する、基板移送機構であり得る。ロボット３００は、被加工物３０２の後処理中に被加工物３０２を操作する、被加工物ロボット（例えば、図２の被加工物ロボット２０６）であり得る。あるケースでは、ロボット３００は、基板移送機構と被加工物ロボットの両方の機能を果たすことができる。例えば、ロボット３００が被加工物３０２を３Ｄ印刷システムから後処理システムへと移送し終わった後、後処理システムが被加工物３０２を変更するための本書に記載された様々なプロセスを実行する際に、ロボット３００が継続して被加工物３０２を動かすことができる。
【００６６】
後処理システム（例えば、図１の後処理システム１０６、または図２の後処理システム２００）用の例示的な制御システム４００は、プラズマ供給システム４０４、レーザー仕上げシステム４０６、記憶保存要素４０８、感知・測定システム４１０、及び電力システム４１２を動作させるためのコントローラ４０２を含む。コントローラ４０２は、制御システム４００の複数のシステムを動作させる、単一のコントローラであり得る。ある実施形態では、プラズマ供給システム４０４、レーザー仕上げシステム４０６、感知・測定システム４１０、及び電力システム４１２のそれぞれは、コントローラ４０２から命令を受信する別個のコントローラを含み得る。電力システム４１２は、プラズマ供給システム４０４、レーザー仕上げシステム４０６、記憶保存要素４０８、及び感知・測定システム４１０のそれぞれと共に動作可能な電源を含み得る。制御システム４００は、被加工物（例えば図２の被加工物２０２）を変更するための命令を生成して実行する。
【００６７】
プラズマ供給システム４０４（例えば、図２のプラズマ供給システム２１４）は、コントローラ４０２から命令を受信して、被加工物の局所部位上で特定のモードのスパッタリングを実行することができる。コントローラ４０２は、プラズマ供給システム４０４に命令して、例えば被加工物の硬さ、テクスチャ、粗さ、化学組成、または他の材料特性を変更することができる。この命令は、電力システム４１２に、プラズマ供給システム４０４に関連付けられた電源を調節させてよい。あるケースでは、電源は、プラズマ供給システム４０４の誘導コイルに電気的に接続されていてよい。ある実施形態では、電源は、プラズマ供給システム４０４の導体または電極に電気的に接続されていてよい。コントローラ４０２はさらに、プラズマ供給システム４０４内に放出されるガスの量を変更するため、プラズマ供給システム４０４のバルブを制御することができる。あるケースでは、コントローラ４０２は、プラズマ供給システム４０４を制御する一部として、プラズマ閉じ込めシステムを制御し得る。例えば、コントローラ４０２は、プラズマ閉じ込めシステムの誘導コイルに供給される電気エネルギーを制御することができる。
【００６８】
レーザー仕上げシステム４０６（例えば、図２のレーザー仕上げシステム２２０）は、コントローラ４０２からの命令を受信して、様々なモードで動作し、プラズマ供給システム４０４によって変更される部位よりも小さい、被加工物の部位を変更することができる。レーザー仕上げシステム４０６は、本書に記載したとおり、低出力モード、中出力モード、高出力モード、及び硬化モードで動作することができる。こうして、電力システム４１２は、レーザー仕上げシステム４０６に関連付けられた電源を調節して、レーザー仕上げシステム４０６が動作するモードに応じた種々の電力と周波数で、レーザーがビームを生成できるようにすることができる。
【００６９】
感知・測定システム４１０（図２の感知システム２０８）は、コントローラ４０２から命令を受信して、被加工物の特性を検知することができる。例えば、本書に記載したとおり、感知・測定システム４１０は、被加工物の表面粗さ、化学組成、及び他の適切な特性を検知することができる。
【００７０】
コントローラ４０２は、ＣＡＤシステム（例えば図１のコントローラ１０２のＣＡＤシステム）からの命令を受信して、制御システム４００の各システムを制御することができる。例えば、コントローラ４０２は、被加工物が後処理システム内に移送されるときに、被加工物の形状寸法に対応する全体的形状寸法を表すデータをＣＡＤシステムから受信することができる。被加工物が含んでいない詳細な形状寸法を表すデータまでも、コントローラ４０２がＣＡＤシステムから受信するということはあり得るが、それは例えば、被加工物の３Ｄ印刷システムまたは作製システムの解像度では指定された特徴を実現することが不可能だったということである。詳細な形状寸法を表すデータに基づいて、コントローラ４０２は、プラズマ供給システム４０４とレーザー仕上げシステム４０６のそれぞれに対して、詳細な形状寸法を被加工物に組み入れるよう命令を発することができる。あるケースでは、コントローラ４０２はＣＡＤシステムからデータを受信して、そのデータを記憶保存要素４０８内に保存することができる。
【００７１】
記憶保存要素４０８は、プラズマ供給システム４０４、レーザー仕上げシステム４０６、感知・測定システム４１０、及び電源システム４１２のそれぞれの特定のモード用の様々なパラメータを含み得る。結果として、コントローラ４０２が特定の動作モード（例えば、レーザー仕上げシステム４０６の低出力、中出力、及び高出力）用の命令を送信するとき、これらの命令は、システム４０４、４０６、４１０、及び４１２がこれらのモードの目的（例えば加熱、切除）を実現するために用い得るパラメータ（例えば、レーザーの出力または周波数、ＡＣの電力または周波数）を含み得る。
【００７２】
コントローラ４０２は、プラズマ供給システム４０４及びレーザー仕上げシステム４０６に送信する命令を生成するためにコントローラ４０２と協働できる、感知・測定システム４１０と協働することができる。例えば、感知・測定システム４１０は、上記の詳細な寸法形状を表すデータの一部ではない、被加工物の表面の不具合を検知し得る。コントローラ４０２は、この表面の不具合を除去する命令を生成してよく、次いでこの命令をプラズマ供給システム４０４またはレーザー仕上げシステム４０６に送信して不具合を除去してよい。
【００７３】
他のケースでは、プラズマ供給システム４０４及びレーザー仕上げシステム４０６が動作する際に、プラズマ供給システム４０４及びレーザー仕上げシステム４０６が詳細な形状寸法を正確に実現することを確保するため、感知・測定システム４１０が被加工物の表面をモニタすることができる。例えば、感知・測定システム４１０は、実際の形状寸法、粗さ、テクスチャ、またはプラズマ供給システム４０４及びレーザー仕上げシステム４０６のそれぞれによって生み出された他の特性をモニタし得る。
【００７４】
本書に記載のシステム及び関連する機能的動作の全ては、本書で開示されている構造的手段及びその構造的均等物、またはそれらの組み合わせを含め、デジタル電子回路において、または、コンピュータのソフトウェア、ファームウェア、もしくはハードウェアにおいて実装され得る。本システム及び本方法は、１つ以上のコンピュータプログラム製品、即ち、例えばプログラマブルプロセッサ、コンピュータ、または複数のプロセッサもしくはコンピュータなどのデータ処理装置による実行のためや、かかるデータ処理装置の動作を制御するために、非一過性の機械可読記憶媒体または伝搬信号などの情報担体において有形に具現化された、１つ以上のコンピュータプログラムとして、実装され得る。コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーションまたはコードとしても知られる）は、コンパイルまたは翻訳された言語を含むプログラミング言語の任意の形態で書くことができ、また独立型プログラムとして、またはモジュール、構成要素、サブルーチン、もしくは計算環境で使用するのに適している他のユニットとして配備することを含め、任意の形で配備することができる。１つのコンピュータプログラムが対応しているのは、必ずしも１つのファイルとは限らない。プログラムは、他のプログラムまたはデータを保持するファイルの一部分、問題になっているプログラム専用の単一のファイル、または複数の協調的なファイル（例えば、１つまたは複数のモジュール、サブプログラム、またはコードの一部分を収納するファイル）に収納することができる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるか、または、１つのサイトにあるか、もしくは複数のサイトにわたって分散され且つ通信ネットワークで相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるようにして、配備されることができる。
【００７５】
本書に記載されているプロセス及び論理フローは、入力データに対して動作し且つ出力を生成することによって諸機能を果たすために１つ以上のコンピュータプログラムを実行する、１つ以上のプログラマブルプロセッサによって実施されることができる。処理および論理の流れはまた、例えばＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）またはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）である専用論理回路によって実施することができ、この専用論理回路として装置を実装することもできる。
【００７６】
いくつかの実施態様が記載されてきた。だが、様々な修正がなされ得ることは理解されよう。実施形態も、同様に下記の特許請求の範囲内にある。
【図１】
2018528872.tif 000003
【図２】
2018528872.tif 000004
【図３】
2018528872.tif 000005
【図４】
2018528872.tif 000006
【国際調査報告】
2018528872.tif 000007
2018528872.tif 000008