KR100276963B1

KR100276963B1 - 축외레이저융삭법에 의한 기판표면으로의 초전도층의 퇴적방법 및 장치

Info

Publication number: KR100276963B1
Application number: KR1019950030322A
Authority: KR
Inventors: 타쯔오키 나가이시
Original assignee: 오카야마 노리오; 스미토모덴키고교 가부시키가이샤
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1995-09-16
Publication date: 2001-02-01
Also published as: CA2158490A1; DE69516784D1; EP0702416B1; US6037313A; DE69516784T2; EP0702416A1

Abstract

본 발명에 의한 공정실에서의 복합산화화합물초전도막의 형성방법은:

(a) 기판이 복합산화화합물의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당기판을 체임버내에서 목적물부근에 배치하는 스텝; 및 (b) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여 상기 목적물위에 상기 목적물표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 목적물은 당 목적물의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하며, 상기 기판은 당 기판의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하고(축외기하구조), 레이저빔이 상기 목적물의 표면을 주사한다.

축외기하구조레이저융삭에 대한 체임버압력Pc는 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막에 대해서 0.08Torr≤Pc≤1.5Torr이어야만 한다.

Description

축외레이저융삭법에 의한 기판표면으로의 초전도층의 퇴적방법 및 장치

제1(a)도는 본 발명에 의한 축외퇴적용레이저융삭실을 도시한 가공장치의 개략측단면도.

제1(b)도는 상기 가공장치의 레이저빔주사계의 사시개략도.

제1(c)도는 제1(a)도의 가공장치의 진동 또는 스윙할 수 있는 거울로 이루어진 거울스캐너(100)에 의한 레이저빔의 진동을 도시한 개략측단면도.

제1(d)도는 6개의 거울로 이루어진 거울스캐너(100)에 있어서 거울의 동시이동을 도시한 다른 바람직한 형태의 개략평면단면도.

제2(a)도는 축외기하구조의 일실시예의 정면도.

제2(b)도는 축외기하구조의 일실시예의 측면도.

제3(a)도는 종래법에 의한 제5실시예의 실험(ⅰ)에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 두께분포도.

제3(b)도는 종래법에 의한 제5실시예의 실험(ⅱ)에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 두께분포도.

제3(c)도는 본 발명에 의한 제5실시예의 실험(ⅲ)에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 두께분포도.

제4도는 제6실시예에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 두께분포도.

제5도는 제6실시예에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 임계온도분포도.

제6(a)도는 축외기하구조의 일실시예의 정면도.

제6(b)도는 축외기하구조의 일실시예의 측면도.

제7도는 제8실시예에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 두께분포도.

제8도는 제8실시예에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 임계온도분포도.

제9도는 제1실시예의 실험 1-1∼1-7에서 얻은, 다른 체임버압력에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 표면을 도시한 7개의 SEM사진.

제10도는 제2실시예의 실험 2-1∼2-5에서 얻은, 다른 체임버압력에서 형성된 SrTiO₃막의 표면을 도시한 5개의 SEM사진.

제11도는 제3실시예의 실험 3-1∼3-6에서 얻은, 다른 체임버압력에서 형성된 CeO₂막의 표면을 도시한 6개의 SEM사진.

제12도는 제4실시예에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 표면을 도시한 1개의 SEM사진.

제13도는 제4실시예에서 형성된 SrTiO₃막의 표면을 도시한 1개의 SEM사진.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1：레이저빔원 2：거울

3：렌즈 5：목적물

6：기판 11：제1입구창

21：제어계 34,134：서보모터

40：체임버 41：입구창

42：가스배출구 43：가스유입구

45：목적물홀더 46：기판홀더

47,48：회전자 100：거울스캐너

112,114,116,118,120,122：거울 132：지지대

본 발명은 넓은 기판표면상에 초전도층을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 복합초전도산화물을 포함하는 초전도층의 퇴적에 적합하다.

레이저융삭은 기판상에서 우수한 품질의 박막을 얻기위한 가장 적합한 퇴적방법의 하나이다. 레이저융삭법은, 초전도산화화합물막에 이용하는 경우에, 퇴적막의 우수한 화학양론적 안정성등의 이점이 있다. 또, 레이저융삭법은 퇴적막에 함유된 전하입자에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 전자기장도 필요로 하지 않는다고 하는 이점도 있다. 그러므로, 레이저융삭법은 장래의 디바이스를 가장 약속하는 퇴적방법으로 이용될 것으로 기대된다.

Y₁Ba₂Cu₃O_7-x등의 복합산화초전도화합물은 다원소복합산화물재료이다. 약간의 화학양론적 일탈은 형성된 막의 초전도 특성에서의 심각한 열화를 초래하므로, 화학양론적 안정성은 복합산화초전도화합물의 막형성에 매우 중요하다. 상술한 바와 같이, 레이저융삭은 우수한 화학양론적 안정성을 지닌 복합산화초전도화합물박막의 퇴적에 적합하다. 이와같이, 우수한 초전도 특성을 지닌 우수한 복합산화초전도막을 얻기 위한 연구가 행해져 왔다. 예를들면, 일본국 특공평 4-53818호 공보에는, 1×10^-4-1Torr의 전체압력 및 5×10^-5-1Torr의 O₂분압의 조건하에서, 원통형상 Y-Ba-Cu-O소결체목적물상에 CO₂레이저빔을 조사함으로써, 구리시트상에 Y-Ba-Cu-O복합산화초전도막을 형성하는 가공법이 개시되어 있다.

린젠 외(거시적인 양자현상에 대한 제2차국제회의, 스몰레니스성, 체코슬로바키아, 1992년 8월 31일-9월 4일)는, 10Pa(약 75mTorr)-150Pa(약 1.13Torr)로 변화하는 각종 산소(O₂)분압의 조건하에서 KrF엑시머레이저를 이용한 레이저융삭을 경유하여 Y-Ba-Cu-O초전도막을 형성하는 실험을 제안하고 있다. 또, 린젠(외)는 형성된 Y-Ba-Cu-O막의 표면조건에 대한 산소분압의 영향 및 초전도 특성에 관한 연구도 개시하고 있다. 크렙스 외(J. Appl. Phys. 69(4), pp. 2405-2409, 1991년 2월)는 0.008mbar(약 6mTorr)-2mbar(1.5Torr)의 범위의 산소분압의 조건하에서 레이저융삭을 경유하여 Y-Ba-Cu-O초전도막을 형성하는 실험을 제안하고 있다. 린젠(외) 및 크렙스(외)는 모두 생성된 Y-Ba-Cu-O막의 표면조건 및 초전도특성이 산소분압을 1Torr 초과할 때 열화된다고 지적한다. 다른 참고문헌(참조번호 OQD-92-53, “일본전기주식회사, 광자 및 양자디바이스연구연합화보”, pp. 69-77, 1992년 10월 28일)에는 엑시머레이저를 이용한 레이저융삭을 경유하여 고품질의 Y-Ba-Cu-O초전도막을 형성하는 방법이 제안되어 있다.

레이저융삭에 관한 다른 연구도 예를 들면, 송 외(Appl. Phys. Lett. 63(24), pp.3370-3372, 1993년 12월), 폴타인 외(Appl.Phys.Letts. 59(11), pp. 1374-1376, 1991년 9월) 및 J.A. 그리어와 H.J. 반후크(SPIE회보제 137권, 1990년 11월)에 의해 행해져 왔다, 특히, 그리어(외)는 넓은 면적위에 다수의 산화화합물의 박막을 생성시키는 방법을 제안하고 있다.

상기 참고문헌에 상술된 바와 같이, 레이저융삭에 의한 퇴적공정은 전형적으로 고도로 배기될 수 있는 공정실에서 행해지며 상기 공정실내로는 어떠한 가스도 도입될 수 없다. 레이저융삭을 경유한 동작에 있어서는 기판과 목적물을 공정실내에 배치하고 레이저빔을 외부레이저빔원으로부터 공정실로 도입하여 목적물기판과 충돌시킨다. 가열된 목적물재료는 승화하여 기판표면에 퇴적된다.

통상, 종래의 레이저융삭을 경유한 퇴적기판은 퇴적면상에 바람직하지 못한 입자를 포함한다. 이와 같이, 종래의 레이저융삭에 의해 기판의 퇴적면에서 충분한 평활도를 얻는 것은 어렵다. 막표면의 평활도는 퇴적막의 성능 및 특성의 균일성에 기여하므로 종래의 레이저융삭법을 경유하여 균일한 특성을 충분히 지닌 초전도막을 형성하는 것은 곤란하다.

근년, 퇴적막상의 바람직하지 못한 입자를 감소시키기 위해 축외레이저퇴적법이 제안되어 왔다. 예를들면, 홀자프펠 외는 YBa₂Cu₃O_7-x박막의 축외레이저퇴적을 개시한다(Appl. Phys. Lett., 제61권 제26호, pp. 3178-3180, 1995년 12월 28일).

홀자프펠(외)는 약 0.4mbar(약 0.3Torr)의 체임버압력하에서 축외레이저융삭퇴적을 행하였다. 하지만, 그와 같은 체임버압력하에서 퇴적된 막의 품질은 일반적으로 초전도소자에 적합하지 않았다.

레이저융삭의 다른 문제점은 유용한 퇴적면적이 현저하게 작아서 넓은 기판으로의 초전도재료막의 형성이 곤란하는 것이다.

그러므로, 우수한 막의 품질을 보이는 레이저융삭법을 제공하는 것이 바람직하다.

또, 균일한 막품질로 넓은 기판으로의 막형성에 이용되는 레이저융삭법을 제공하는 것도 바람직하다.

본 발명은 이들 요구를 만족시킨다.

본 발명에 의한 공정실에서의 복합산화화합물의 초전도막의 형성방법은:

(a) 기판이 복합산화화합물의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 목적물부근에 배치하는 스텝; 및 (b) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여 상기 목적물위에 당 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 목적물은 당 목적물의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하며, 상기 기판은 당 기판의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하고, 레이저빔이 상기 목적물의 표면을 주사하는 것을 특징으로 한다.

레이저빔주사는 레이저빔의 경로가 변동하도록 진동 또는 스윙할 수 있는 거울로 이루어진 거울스캐너에 의해 성취되며, 상기 목적물과 충돌하는 레이저빔은 단부부근의 한 지점과 반대쪽 단부부근의 다른 지점사이를 직선으로 횡단한다. 레이저빔은 목적물의 대표거리의 1/2을 초과하는 목적물의 표면에서 경로를 따라 횡단해도 좋다.

본 발명에 의한 공정실에서의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x의 초전도막의 형성방법은:

(a) 체임버내에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물을 배치하는 스텝; (b) 기판이 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x의 목적물재료로 이루어짐 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물 부근에 배치하는 스텝; 및 (c) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여, 상기 목적물위에 상기 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물 표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 체임버내의 압력Pc는;

0.8Torr≤Pc≤1.5Torr

인 것을 특징으로 한다.

상기 체임버압력Pc는 SrTiO₃막을 퇴적시키기 위해서는 0.15Torr∼0.3Torr이어야 하고, CeO₂막을 퇴적시키기 위해서는 0.03Torr∼0.07Torr이어야 한다.

또한, 본 발명의 적용범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 정신과 범위내에서의 다양한 변화와 변형은 이러한 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이므로, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정예는 단지예시의 목적으로만 부여됨을 알 필요가 있다.

본 발명은 예시의 목적으로만 부여될 뿐 본 발명을 제한하는 것으로 간주되지 않는 이하의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이다.

이하의 설명, 특허청구범위 및 첨부도면을 참조함으로써 본 발명의 상기 및 기타특징, 형태, 이점 등을 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

[가공장치]

제1(a)도, 제1(b)도, 제1(c)도 및 제1(d)도를 참조하여 본 발명에 적합한 기판가공장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

제1(a)도에 의하면, 가공장치는 레이저빔원(1)과 진공체임버(40)로 이루어져 있다. 체임버(40)는 공정가스가 도입되는 가스유입구(43)와, 소비가스가 배출되는 가스배출구(42)를 구비한다. 체임버(40)내의 압력과 분위기는 가변적이다. 체임버(40)는 목적물(5)을 지지하는 목적물홀더(45)와, 기판(6)을 지지하는 기판홀더(46)를 내장하고 있다. 레이저빔원(1)은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이고 감쇠기를 포함한다.

목적물홀더(45)는 목적물과 목적물홀더(45)가 제1(a)도와 같이 회전가능하도록 회전자(47)에 의해 지지되어 있다. 기판(6)도 회전자(48)에 의해 회전가능하다.

체임버(40)내의 목적물홀더(45)는, 목적물(5)의 노출면이 기판(6)표면과 수직인 위치에 배치되어 있는 데, 이 배치를 “축외기하구조”라 칭한다.

또, 레이저융삭장치는 레이저빔원(1)으로부터 목적물(5)까지의 광로계를 구비한다. 체임버(40)는 광로계의 일부를 형성하는 입구창(41)을 지닌다. 제1(a)도의 광로계는 레이저빔원(1) 거울스캐너(100), 렌즈(3) 및 입구창(41)으로 이루어져 있다.

[레이저융삭장치용 광로]

제1(b)도는 거울스캐너(100)에 의한 레이저빔주사와 렌즈(3)의 그에 상당하는 이동을 도시한 것이고, 제1(c)도는 제1(a)도에 도시한 가공장치의 거울(2)과 제어계(21)로 이루어진 거울스캐너(100)의 바람직한 실시예의 개략도로서, 목적물(5)상에 레이저빔의 직선주사를 행하기 위한 거울(2)의 진동 또는 스윙이동을 도시한 도면이다.

거울(2)은 제1(c)도의 실선(10) 및 점선이 도시하는 바와 같이 레이저빔의 경로가 변동되도록 진동 또는 스윙할 수 있고, 동도에 도시한 바와 같이, 목적물(5)과 충돌한 레이저빔은 목적물(5)의 단부부근지점과 반대쪽 단부부근지점사이를 직선으로 횡단한다. 제어계(21)는 거울(2)의 진동 또는 스윙이동을 제어한다. 또 제어계(21)는 후술과 같이, 렌즈(3)의 이동도 제어한다.

기판상으로의 균일한 퇴적과 목적물의 균일한 소비를 달성하기 위해서는, 레이저빔의 목적물의 “대표길이”의 1/2을 초과하는 목적물표면에서의 경로를 따라 횡단하는 것이 바람직하다. 대표길이는 목적물의 크기를 특징지우는 길이(m)이다. 예를 들면, 대표길이는 목적물이 원반형상인 경우에 목적물의 직경이 된다. 또는 사각판목적물의 대표길이는 사각형의 대각선이 될 것이다. 목적물을 횡단하는 매우 균일한 소비를 위해서는 레이저빔이 목적물의 대표길이의 80%를 초과하여 횡단하는 것이 보다 바람직하다.

제1(b)도 및 제1(c)도에 도시한 바와 같이, 거울스캐너(100)와 목적물(5)사이에 배치되어 서보모터(34)에 접속된 바(32)에 의해 지지되는, 레이저빔을 포커싱하는 렌즈(3)는 거울스캐너(100)(즉, 거울(2)의 진동)에 의해 레이저빔주사에 상당하는 이동을 할 수 있다.

상기 렌즈(3)는 서보모터(34)에 의해 이동되고 제어계(21)에 의해 제어되어 레이저빔의 주사에 상당하는 이동을 달성한다.

거울스캐너(100)에 의한 광로의 변경에 상당하는 렌즈(3)의 이동은 이하의 같이 결정된다. 렌즈(3)자체는 서보모터에 의해 “목적물(5)에 대한 감소비”b/a(-)가 일정하도록 2차원적으로 이동한다. 여기서, 광로길이 “a”(mm)는 레이저빔원(1)과 렌즈(3)간의 길이, 광로길이 “b”(mm)는 렌즈(3)와 목적물(5)간의 길이이다. 하지만, 레이저빔원(1)과 렌즈(3)간의 광로 “a”가 충분히 큰 경우는, 렌즈(3)의 직선이동이 감소비 b/a를 충분히 부여하여 실제로 일정하게 될 수 있다. 레이저빔원(1)과 렌즈(3)와의 상기 배치는, 2차원 이동을 제공하는 복잡한 서보모터계를 회피하고 보다 간단한 서보모터계를 렌즈(3)의 이동에 적용할 수 있다는 이점을 부여한다.

렌즈(3)의 초점거리 ”f”는 “f”와 “a”, “b”의 관계가;

1/f=1/a+1/b …………………………………………………………………(1)

이 되도록 선택된다.

따라서, 거울스캐너(100)와 렌즈(3)는 목적물(5)이 회전함에 따라 막의 퇴적을 균일하게 한다. 이것은 또한, 제1(b)도에 도시한 바와 같이, 레이저빔이 목적물표면을 횡단하여 균일하게 입사하도록 제어될 수 있으므로, 거울스캐너(100)와 렌즈(3)에 의해 목적물재료소비가 전체 목적물표면에 걸쳐 균일하도록 한다.

목적물표면상의 충돌레이저빔의 주사속도 또는 횡단속도는 목적물표면상의 충돌위치에 의해 변화하므로 넓은 면적위의 균일한 퇴적 및 목적물의 균일한 소비가 얻어진다. 주사속도는 목적물중앙주위가 비교적 높고, 목적물단부근방이 비교적 낮게 제어되는 것이 바람직하다. 주사는 목적물상의 소정위치에서 교대로 일시정지하므로 균일한 목적물 소비뿐아니라 넓은 면적위의 균일한 퇴적도 얻어진다.

거울스캐너(100)는 다른 구성을 지닌 스캐너의 다른 형태이어도 된다. 예를 들면, 거울스캐너는 동시에 이동하는 복수의 거울로 이루어져도 된다.

제1(d)도는 복수의 거울로 이루어진 거울스캐너(100)의 다른 바람직한 실시예의 개략평면 단면도로서, 수평 또는 가로방향으로의 거울의 동시 이동을 도시한 도면이다. 거울스캐너(100)의 다른 형태를 이하에 상세히 설명한다. 제1(d)도에 의하면, 거울스캐너(100)의 다른 형태는 6개의 거울(112),(114),(116),(118),(120) 및 (122)을 포함한다. 제1(d)도에 도시한 바와 같이, 빔원(1)으로부터의 레이저빔은 거울(112)과 충돌하여 위쪽방향으로 반사되어 거울(114)에 도달한다. 그 다음에, 거울(114)은 축방향과 평행한 경로로 레이저빔을 거울(116)로 반사한다. 다시 제1(d)도에 의하면, 레이저빔은 거울(116)에 의해 거울(118)로 가로로 반사된다.

거울(118),(120),(122)은 제1(d)도의 실선 및 점선이 도시한 바와 같이, 광로가 평행한 경로로 가로변경될 수 있도록 가로방향으로 동시 이동할 수 있다. 또, 레이저빔은 제1(d)도의 점선 및 실선이 도시한 바와 같이, 거울(122)의 수직이동에 의해 수직변경될 수도 있다. 그러므로, 거울스캐너(100)의 다른 형태로부터의 출력레이저빔은 제1(b)도에 도시한 바와 같이, 목적물(5)의 전체표면을 직선으로 주사할 수도 있다. 레이저빔을 변경시키는 거울(118),(120) 및 (122)의 동시이동은 이하와 같이, 거울에 부착된 이동수단에 의해 성취된다. 제1(d)도에 도시한 바와 같이, 거울(118)은 지지대(132)에 의해 지지되고, 지지대(132)는 제어계를 포함하는 서보모터(134)에 접속되어 있다. 이와 같이, 서보모터(134)는 거울(118)을 가로이동시켜 레이저빔을 변경한다. 동일한 기구가 각 거울(120)과 (122)에 설치된다(도시되어 있지 않음). 그러므로, 이들 이동수단은 거울(118),(120),(122)을 동시 이동시킨다.

또, 거울스캐너(100)의 다른 형태는 상기 거울의 수평 또는 가로이동을 허용하는 거울(118),(120) 및 (122)에 대한 서보모터(도시되어 있지 않음)를 포함하는 거울제어계로도 이루어진다.

제1(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물(5)은 레이저빔의 조사에 의해 가열되므로, 목적물재료는 기화 및 활성화되어 목적물(5)위에서 불꽃형상의 “플럼”(플라즈마)을 형성한다.

기판(6)은 통상 목적물(5)과 수직으로 배치되고(축외퇴적기하구조), 제1(a)도에 도시한 바와같이 회전도 하므로 기판의 전체표면이 목적물로부터의 플럼의 정점과 접촉할 수 있다. 즉, 플럼의 정점은 기판(6)의 회전에 의해 기판의 전체표면에 걸쳐 접촉할 수가 있다. 그러므로, 초전도재료층은 기판의 전체면에 걸쳐 균일한 층두께 및 균일한 막품질로 형성될 수 있다.

상기 축외기하구조는 이하의 다른 표현으로 정의될 수 있다. 플럼은 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 통상 목적물표면과 수직인 축을 지니며 형성된다. 축외기하구조는 퇴적되는 기판표면이 통상 플럼의 정점과 평행한 것이다. 축외기하구조를 결정하는 “통상평행”이라는 용어는, 기판(6)의 표면과 플럼축의 각도가 -20°(도)∼20°(도)(0°+/-20°)인 것을 의미한다. 플럼축과 기판표면간의 각도는 바람직하게는 -10°∼10°(0°+/-10°)이고, 보다 바람직하게는 -5°∼5°(0°+/-5°)이다.

본 발명은 축외기하구조레이저융삭용의 최적의 체임버압력을 부여한다. 최적의 체임버압력은 각각 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막, CeO₂막 및 SrTiO₃막에 대해서 알아냈다.

본 발명의 결정된 최적체임버압력은 복합산화초전도화합물의 화학양론적막의 우수한 품질을 나타낸다. 이 최적의 체임버압력하에서 형성된 막은 표면에 미립자가 거의 없는 미세표면을 지닌다.

또, 기판홀더(46)는 기판(6)을 소정의 온도로 가열하는 가열수단(도시되어 있지 않음)을 구비한다.

[실시예]

본 발명에 의한, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막, CeO₂막 및 SrTiO₃막을 각각 퇴적하는 최적의 체임버압력을 제공하는 위해 제1∼제4실시예를 행하였다. 제5∼제9실시예는 본 발명에 의한 축외레이저융삭법이 면적이 큰 막을 퇴적시키기에 적합하다는 것을 보이기 위한 것이었다.

[제1실시예]

본 발명에 의해 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x의 SrTiO₃기판으로의 퇴적에 제1(a)도에 도시한 기판가공장치를 이용하였다. 본 실시예에서는 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 최적 품질을 얻기 위한 최적의 체임버압력을 나타내었다. 직경이 15mm인 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x소결원반체는 목적물(5)로서 이용하였다. SrTiO₃기판은 20mm사각판이었다.

최적의 체임버압력을 찾기 위해 7개의 다른 체임버압력에 대해 7개의 실험을 행하였다.

본 발명의 제1실시예의 각 실험은, 0.1Torr(실험1-1), 0.4Torr(실험1-2), 0.8Torr(실험1-3), 1.0Torr(실험1-4), 1.2Torr(실험1-5), 1.5Torr(실험1-6) 및 2.0Torr(실험1-7)의 체임버압력하에서 행하였다. 모든 실험은 표 1에 도시한 레이저융삭조건하에서 행하였다. 체임버압력만이 본 발명의 모든 실험중에서 달랐다.

[표 1]

공정조건:제1실시예

*1 체임버압력은 또한, 제9도의 해당하는 실험에 대해 해당하는 SEM사진을 지적한다.

제1실시예의 모든 실험에 있어서 이하와 같이 체임버압력외의 공정조건을 설정하였다:

가공전에, 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물홀더(45)상에는 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)을 배치하고, 기판홀더(46)상에는 SrTiO₃기판(6)을 배치하였다. 체임버(40)는 1×10^-6Torr압력까지 배기하였다. 그 다음에 배기된 체임버(40)내로 O₂가스를 도입시켜 각 실험에 해당하는 소정의 체임버압력을 부여하였다. 본 실시예의 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이었다. 목적물(5)도 약 20r.p.m의 회전률에서 회전자(47)에 의해 회전하였다. 기판(6)도 약 70r.p.m에서 회전자(48)에 의해 회전하였다.

제1(a)도에 도시한 바와 같이, 레이저빔은 레이저빔원(1)으로부터 거울스캐너(100), 렌즈(3) 및 제1입구창(11)을 통해 목적물(5)까지 횡단하고, 목적물재료는 기화하여 플럼을 형성하였다. 거울스캐너(100)는 레이저빔을 변경시켜 목적물(5)을 주사하였다. 렌즈(3)는 목적물(5)상의 레이저빔의 포커싱이 일정하게 유지되도록 거울스캐너(100)에 의한 레이저빔의 변경에 상당하여 이동하였다. 렌즈(3)의 그에 상당하는 이동을 외부제어계(도시되어 있지 않음)에 의해 제어하였다. 이와 같이, 목적물은 목적물표면에 걸쳐 균일하게 소비되었다.

목적물(5)에 대해 축외기하구조로 배치된 기판(6)의 노출면상으로 기화된 목적물재료를 퇴적하였다. 퇴적시간의 5분동안 가공한 후, 레이저빔원(1)으로의 전력공급을 정지하고 실험을 완료하였다.

주사전자현미경(SEM)을 통하여 퇴적된 화학양론적 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 표면을 관찰하였다. 각 실험에서 얻은 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막 표면의 SEM사진은 7개의 SEM사진으로 구성된 제9도에 도시되어 있다. 체임버압력이 지적하는 바와 같이, 제9도에 포함되는 각 사진은 각 실험에 해당된다. 예를 들면, 사진아래의 “0.1Torr”가 나타낸 사진은 실험 1-1에서 얻은 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막의 표면의 SEM사진이다.

제9도의 7개의 모든 사진에 도시한 바와 같이, 0.8Torr-1.5Torr범위의 체임버압력에 해당하는 실험 1-3, 1-4, 1-5 및 1-6에서는, 우수한 평활도의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x퇴적막을 얻었다. 특히, 실험 1-5(체임버압력：1.2Torr)에서 얻은 평활한 표면에는 부산물 및 입자가 전혀 관찰되지 않았다.

[제2실시예]

본 발명에 의한 레이저융삭에 의해 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x상에 SrTiO₃막을 퇴적하는 경우에 최적의 체임버압력을 얻기 위해 제2실시예를 행하였다. 제1실시예의 실험에서는 SrTiO₃기판상에 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막 위에 SrTiO₃막을 퇴적함으로써 시험을 행하였다.

제2실시예의 공정조건은 표 2에 도시되어 있다. 표 2에 도시한 바와 같이, 5개의 다른 체임버압력, 0.1, 0.15, 0.2, 0.3 및 0.4Torr에 의해 5개의 실험을 행하였다.

[표 2]

공정조건:제2실시예

*2 체임버압력은 또한, 제10도의 해당하는 실험에 대해 해당하는 SEM사진을 지적한다.

제2실시예의 모든 실험에 있어서 이하와 같이 체임버압력외의 공정조건을 설정하였다:

제2실시예에 이용된 목적물(5)은 직경이 15mm인 SrTiO₃소결원반체이었다. 제1실시예에서 처럼, 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물홀더(45)상에는 SrTiO₃목적물(5)을 배치하고, 기판홀더(46)상에는 그위에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막을 지닌 SrTiO₃기판(6)을 배치하였다. 제2실시예에서 이용한 기판(6)은 제1실시예에서 얻은 기판이었다. 체임버(40)는 1×10^-6Torr의 압력까지 배기하였다. 그 후, 배기된 체임버(40)내로 O₂가스를 도입하여 각 실험에 해당하는 소정의 체임버압력을 부여하였다. 본 실시예의 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이었다. 목적물(5)과 기판(6)은 제1실시예에서처럼 회전하였다.

제1실시예에서와 같이 SrTiO₃퇴적막의 표면을 SEM을 통해 관찰하였다. 각 실험의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막 위에 형성된 SrTiO₃막의 표면의 SEM사진은 5개의 SEM사진으로 구성된 제10도에 도시되어 있다. 제10도에 포함된 각 5개의 사진은 제10도에서와 같이, 체임버압력이 지적하는 각 실험에 해당한다.

제10도의 5개의 모든 사진에 도시한 바와 같이, 0.15Torr-0.3Torr 범위의 체임버압력에 해당하는 각 실험 2-2, 2-3 및 2-4에서는 우수한 평활도의 SrTiO₃퇴적막이 얻어졌을 뿐아니라 어떠한 부산물 및 어떠한 입자도 관찰되지 않았다.

[제3실시예]

본 발명에 의한 레이저융삭에 의해 Al₂O₃기판상에 CeO₂막을 퇴적하기 위한 최적의 체임버압력을 알아내기 위해 제3실시예를 행하였다.

제3실시예에서는 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물(5)로서 직경이 15mm인 CeO₂소결원반체를 사용하였고, 기판(6)으로는 Al₂O₃로 이루어진 20mm 사각판을 사용하였다.

제2실시예의 공정조건은 표 3에 도시되어 있다. 제3실시예에서는 표 3에 표시한 바와 같이, 6개의 다른 체임버압력, 즉, 0.01, 0.03, 0.05, 0.07, 0.1 및 0.4Torr에서 6개의 실험을 실시하였다.

체임버(40)를 10^-6Torr의 압력까지 배기한 다음 실험에 해당하는 압력으로 가스유입구(43)를 통해 체임버(40)로 O₂가스를 도입하였다. 본 실시예의 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이었다. 목적물(5) 및 기판(6)은 제1실시예와 같이 회전하였다.

제1실시예에서와 같이 SEM을 경유하여 CeO₂퇴적막의 표면을 관찰하였다. 각 실험의 CeO₂퇴적막 표면의 SEM사진은 6개의 SEM사진으로 이루어진 제11도에 도시되어 있다. 제11도에 포함된 각 6개의 사진은 제11도에서와 같이, 체임버압력이 지적하는 각 실험에 해당한다.

제11도의 6개의 모든 사진에서 도시한 바와 같이, 0.03Torr∼0.07Torr 범위의 체임버압력에 해당하는 실험 3-2, 3-3 및 3-4에서는 평활하고 미세한 표면의 CeO₂퇴적막이 얻어졌을 뿐아니라 어떠한 부산물 및 어떠한 입자도 관찰되지 않았다.

[표 3]

공정조건:제3실시예

*3 체임버압력은 또한, 제11도의 해당하는 실험에 대해 해당하는 SEM사진을 지적한다.

제3실시예의 모든 실험에 있어서 이하와 같이 체임버압력외의 공정조건을 설정하였다:

[제4실시예]

제4실시예에서는 Al₂O₃기판위에 CeO₂막, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막 및 SrTiO₃막을 차례로 형성하였다. 실험 1-3에서와 같이, 본 실시예에서는 제1(a)도, 제1(b)도, 제1(c) 및 제1(d)도에 도시한 가공장치를 이용하였다.

3개의 퇴적스텝: Al₂O₃기판상에 CeO₂막을 퇴적하는 제1스텝(a), CeO₂막상에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막을 퇴적하는 제2스텝(b), 및 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막상에 SrTiO₃막을 퇴적하는 제3스텝(c)에 의해 제4실시예를 행하였다.

[(a) Al₂O₃기판상으로의 CeO₂막 퇴적]

제1(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물홀더(45)에는 직경이 15mm인 CeO₂소결원반체(5)를 배치하고, 기판홀더(46)에는 Al₂O₃20mm 사각판(6)을 배치하였다. 그러므로 동도에 도시한 바와 같이, 기판(6)은 목적물(5)에 대해서 축외기하구조를 형성하도록 배치되어 퇴적된 기판표면이 일반적으로 CeO₂목적물(5)상에 형성된 플럼축과 평행하였다.

체임버(40)는 10^-6Torr의 압력까지 배기한 다음 가스유입구(43)를 통해 체임버(40)로 O₂가스를 도입하여 0.05Torr의 체임버압력을 부여하였다. 본 실시예의 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이었다. 목적물(5)과 기판(6)은 제1-3실시예에서와 같이 회전하였다. Al₂O₃기판상의 CeO₂막에 대한 퇴적조건은 표 4에 도시되어 있다. 본 실시예에서는 CeO₂막의 퇴적스텝시 평활하고 미세한 표면의 CeO₂를 얻었다.

[표 4]

공정조건:제4실시예의 Al₂O₃기판상으로의 CeO₂막의 퇴적

[표 5]

공정조건:제4실시예의 CeO₂막상으로의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 퇴적

[(b) CeO₂막상으로의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막 퇴적]

그 다음에, 본 실시예의 퇴적스텝(a)에서 형성했었던 CeO₂막상에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막을 퇴적하였다.

다중목적물홀더(도시되어 있지않음)를 이용하여 CeO₂소결원반체 대신에 직경이 15mm인 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x소결원반체를 배치하였다. 본 실시예의 제2퇴적스텝(b)에서는 목적물(5)로서 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x원반체를 사용하였다. 표면에 CeO₂막을 지닌 Al₂O₃기판(6)은 기판홀더(46)상에 여전히 남았다. 그러므로, 기판(6)을 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)과 축외기하구조가 되도록 유지하였다. 그 다음에, 가스유입구(43)를 통해 체임버(40)내로 O₂가스를 도입하여 1.0Torr의 체임버압력을 부여하였다. 제1(a)도에 도시한 바와 같이, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)상에 레이저빔을 도입하여 목적물(5)위에 플럼을 형성하였다.

퇴적공정을 5분간 계속한 후, 화학양론적 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막을 형성하였다. 생성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막을 SEM에 의해 관찰하였고 SEM사진은 제12도에 도시되어 있다. 제12도의 SEM사진에서 도시한 바와 같이, 제4실시예의 제2퇴적스텝(b)에서는 평활하고 미세한 표면을 얻었다. 가스압력이 0.8Torr-1.5Torr로 변화하는 경우에 거의 동일한 평활한 표면을 얻었다. Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막과 CeO₂막과의 계면이 뚜렷하게 형성되어 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막과 CeO₂막간의 상호산포는 관찰되지 않았다.

[(c) Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막상으로의 SrTiO₃막퇴적]

그 다음에, 본 실시예의 제2퇴적스텝(b)에서 형성된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막 상에 SrTiO₃막을 퇴적하였다.

다중목적물홀더를 이용하여 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)을 20mm SrTiO₃원반체인 SrTiO₃목적물(5)로 대체하였다. 또, 표면에 CeO₂막을 지닌 Al₂O₃기판(6)도 여전히 SrTiO₃목적물(5)에 대해서 축외기하구조를 유지하면서 기판홀더(46)상에 남았다.

다시, 가스유입구(43)를 통해 체임버(40)내로 O₂가스를 도입하여 0.2Torr의 체임버압력을 부여하였다. 제1(a)도에 도시한 바와같이, SrTiO₃목적물(5)상에 레이저빔을 도입하여 목적물(5) 위에 플럼을 형성하였다.

SrTiO₃막에 대한 퇴적조건을 표 6에 표시하였다.

[표 6]

공정조건:제4실시예의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막상으로의 SrTiO₃막퇴적

5분동안의 퇴적공정후, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막에 SrTiO₃막을 형성하였다. 생성된 SrTiO₃막을 SEM에 의해 관찰하였고, SrTiO₃막 표면의 SEM사진은 제13도에 도시되어 있다. 제13도의 SEM사진에서 도시한 바와 같이, 제4실시예의 제3퇴적스텝(c)에서는 평활하고 미세한 표면을 얻었다. 가스압력이 0.15Torr-0.3Torr로 변화하는 경우에 거의 동일한 평활한 표면을 얻었다. 또, SrTiO₃막과 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막과의 계면이 뚜렷하게 형성되어, SrTiO₃막과 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막간의 상호산포가 관찰되지 않은 것도 SEM에 의해서 관찰하였다.

[제5실시예]

본 발명이 넓은 면적상에 넓은 면적의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막을 퇴적하기에 적합함을 보이기 위해 본 발명에 의한 제5실시예를 행하였다. 본 발명에 의해 Si기판의 전체면에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x비정질막을 형성하였다. 또, 본 발명과 종래법을 비교하기 위해, 종래의 레이저융삭퇴적도 실행하였다. 종래법에서는, 목적물은 회전하지만 레이저빔이 목적물상을 주사하지는 않았다.

본 실시예에서는 제1(a)도, 제1(b)도, 제1(c)도, 제1(d)도에 도시한 레이저융삭장치를 이용하였다. 기판(6)으로서는 직경이 76mm이고, 두께가 0.4mm인 크기의 단결정Si웨이퍼를 이용하였고, 목적물(5)로서는 직경이 76mm이고, 두께가 5mm인 크기의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x원반체를 이용하였다.

가공에 앞서, 제1(a)도에 도시한 바와 같이 목적물홀더(45)상에는 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)을 배치하고, 기판홀더(46)상에는 Si기판(6)을 배치하였다. 목적물(5)과 기판(6)의 구성도 제2(a)도의 정면도와 제2(b)도의 측면도에 도시되어 있다.

체임버(40)는 10^-6Torr의 압력까지 배기하였다. 그 다음, 배기된 체임버(40)내로 O₂가스를 도입하여 1.0Torr의 체임버압력을 부여하였다. 또 1.2Torr의 다른 체임버압력을 이용하여 동일한 결과를 부여하였다. 본 실시예의 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이었다. 공정조건은 표 7에 도시되어 있다.

[표 7]

공정조건:제5실시예

실험(i): 종래의 레이저융삭

레이저빔은 주사하지 않는다.

목적물만이 회전하고 기판은 정지한다.^*a

실험(ii): 종래의 레이저융삭

레이저빔은 주사하지 않는다.

목적물과 기판이 모두 회전한다.

실험(iii): 본 발명

레이저빔은 목적물표면상을 주사한다.

목적물과 기판이 모두 회전한다.

실험(i),(ii) 및 (iii)에 대한 공정조건;

본 발명에 의하면, 제1(a)도에 도시한 바와 같이, 레이저빔은 레이저빔원(1)으로부터 거울스캐너(100), 렌즈(3) 및 제1입구창(11)을 통해 목적물(5)까지 횡단하였고 목적물재료는 기화하여 플럼을 형성하였다. 거울스캐너(100)는 목적물(5)을 주사하도록 레이저빔을 변동시켰다. 렌즈(3)는 제1(b)도에 도시한 바와 같이, 목적물(5)상의 레이저빔의 포커싱이 일정하게 유지되도록 거울스캐너(100)에 의한 레이저빔의 변경에 상당하여 이동하였다. 렌즈(3)의 상기 상당하는 이동은 외부제어계(도시되어 있지 않음)에 의해 제어되었다. 이와같이 해서 목적물은 목적물표면에 걸쳐 균일하게 소비되었다.

제1(b)도에 도시한 바와 같이, 이하의 방법으로 목적물(5)상의 주사를 행하였다; 레이저빔은 1.9mm/sec의 주사속도(레이저빔주사의 직선속도)에서, 목적물(5)의 단부부근으로부터 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x운반막(5)의 직경을따라 다른 단부부근으로 목적물(5)의 표면을 직선으로 주사한다. 목적물직경을 따른 직선주사거리는 72mm이었다. 주사동안에, 레이저빔은 각 주사단부에서 4초간 정지하고 또 가장 가까운 단부로부터의 거리가 각각 20mm 및 30mm인 2개 지점에서 4초간 정지한다.

3개의 실험, 즉, 본 발명에 의한 실험(ⅲ) 및 비교할 목적의 종래법에 의한 각 실험(ⅰ) 및 실험(ⅱ)을 상기와 같이 실시하였다. 목적물(5)에 대해서 축외기하구조로 배치된 기판(6)의 노출면상에 기화된 목적물재료를 퇴적하였다. 5분간의 퇴적시간동안 가공을 행한 후, 레이저빔원(1)으로 공정하는 전력을 정지하고 실험을 완료하였다.

Y₁Ba₂Cu₃O_7-x퇴적막의 두께분포를 측정하였고, 그 결과는 3(a)도, 제3(b)도, 제3(c)도 도시되어 있다. 제3(a)도는 실험(ⅰ)에서 얻은 막의 두께분포를 도시한 것이고, 제3(b)도는 실험(ⅱ), 제3(c)도는 실험(ⅲ)에 대한 것을 도시한 것이다. 제3(a)도에 도시한 바와 같이, 목적물만이 회전하고 레이저주사는 행하지 않는 종래법에서는 100mm∼140mm의 두드러진 두께 분포를 부여한다. 제3(b)도는, 목적물과 기판은 모두 회전하지만 주사는 행하지 않는 종래의 실험(ⅱ)이 200mm∼500mm의 넓은 두께분포를 부여함을 나타내고 있다.

제3(c)도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 실험(ⅲ)은 막두께의 우수한 균일성 및 우수한 표면평활도를 부여한다. 퇴적막의 두께분포는 173mm∼187mm이었다. 그러므로, 레이저빔의 주사와 기판의 회전은 우수한 막두께의 균일성을 얻기에 효과적이다.

[제6실시예]

본 발명의 제6실시예에서는, 넓은 면적의 LaAlO₃기판상에 넓은 면적의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막을 퇴적하였다.

본 실시예에서는 제1(a)도, 제1(b)도, 제1(c) 또는 제1(d)도에 도시한 레이저융삭장치를 이용하였다. 기판(6)으로서는 직경이 76mm이고 두께가 0.5mm인 크기의 단결정 LaAlO₃원반체를 이용하였고, 목적물(5)로서는 직경이 76mm이고 두께가 5mm인 크기의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x원반체를 이용하였다.

제5실시예의 실험(ⅲ)과 동일하게 퇴적공정을 행하였다. 본 실시예의 공정조건은 표 8에 도시되어 있다.

제1(b)도에 도시한 바와 같이, 1.9mm/sec의 주사속도에서 제5실시예에서와 동일하게 목적물(5)상에 주사를 행하였다. 목적물직경을 따른 직선주사에 대한 거리는 72mm이었다. 주사동안에, 레이저빔은 각 주사단부에서 4초간 정지하고, 또, 가장 가까운 단부로부터의 거리가 각각 20mm 및 30mm인 2개 지점에서 0.4초간 정지한다.

[표 8]

퇴적막의 두께분포를 측정하였다. 측정한 두께분포는 제4도에 도시되어 있다. 또, 퇴적된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 임계온도를 측정하였고, 상기 막의 임계온도분포는 제5도에 도시되어 있다. 제4도에 도시한 바와 같이, 막두께에서는 우수한 균일성을 얻었다. 퇴적막의 두께분포는 212mm-229mm이었는데, 다시 말하면, 약 220mm의 평균막두께에 대해 약 +/-4%의 두께분포를 얻었다. 제5도는 88K-91K의 보다 좁은 임계온도분포에서 지적한 바와 같이, 막의 품질면에서 우수한 균일성을 얻었음을 도시한 것이다.

[제7실시예]

기판과 목적물의 약간 다른 배치에 의해, 제6실시예와 동일한 방식으로 본 발명의 제7실시예를 행하였다. 목적물-기판배치를 제외하고는 제7실시예의 가공조건이 표 8에 표시한 바와 같이, 제6실시예와 동일하였다.

기판(6)으로서는 직경이 75mm이고 두께가 0.5mm인 크기의 단결정 LaAlO₃운반체를 이용하였고, 목적물(5)로서는 직경이 38mm이고 두께가 5mm인 크기의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x운반체를 이용하였다.

제7실시예의 목적물-기판배치는 제6(a)도의 정면도 및 제6(b)도의 측면도에 도시되어 있다. 제6(a)도와 제6(b)도에 도시한 바와 같이, 퇴적될 기판(6)의 표면은 통상 목적물(5)의 표면과 수직이다. 기판은 목적물(5)의 수직선(교대로 길고 짧은 점선)이 퇴적될 기판(6)의 표면과 평행하게 중첩되도록 배치되어 있다. 또, 목적물(5)의 직경은 기판(6)의 직경의 1/2보다 크도록 선택되어 목적물(5)의 단부부근의 당목적물(5)의 수직선이 기판(6)의 중앙을 통과하도록 배치된다. 목적물-기판배치의 바람직한 실시예가 제6(a)도에 도시되어 있는데, 여기서, 목적물(5)의 단부로부터 0.5mm 떨어진 목적물(5)의 수직선은 기판(6)의 중앙을 통과한다.

제1(b)도에 도시한 바와 같이, 1.9mm/sec의 주사속도에서 제5실시예와 동일하게 목적물(5)상의 주사를 행하였다. 목적물직경을 따른 직선주사의 거리는 36mm이었다. 주사동안에, 레이저빔은 기판단부에 해당하는 각 주사단부에서 4초간 정지하고 또, 가장 가까운 단부로부터의 거리가 각각 6mm 및 16mm인 기판중앙에 해당하는 2개 지점에서 0.4초간 정지한다.

퇴적막의 두께분포와 퇴적된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 임계온도를 측정하였더니, 제6실시예와 동일한 결과를 얻었다. 약 220mm의 평균막두께로부터 약 +/-4%의 두께분포범위를 얻었다. Y₁Ba₂Cu₃O_7-x퇴적막의 임계온도는 전체막표면에 있어서 88K-91K의 범위였다.

[제8실시예]

다른 레이저빔주사방식에 의해, 제6실시예와 동일한 방식으로 본 발명의 제8실시예를 행하였다. 제7실시예의 가공조건은 표 8에 표시되어 있는 제6실시예에서와 동일하였다.

본 실시예에서는, 제1(b)도에 도시한 바와같이, 이하의 방식으로 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물(5)상의 주사를 행하였다; 레이저빔은 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x원반체(5)의 직경을 따라 목적물(5)의 한 단부부근으로부터 다른 단부부근으로 목적물(5)의 표면을 직선으로 주사한다. 본 실시예에서는 주사속도(레이저빔주사의 직선속도)가 변화하였다; 주사속도는 목적물(5)의 중앙에서 최대 25mm/sec이었고 주사경로를 따라 감소하였다. 주사속도는 목적물의 회전중심으로부터의 거리의 제곱에 반비례하였다. 목적물직경을 따른 직선주사에 대한 거리는 74mm이었다. 주사동안에, 레이저빔은 각 주사단부에서 0.1초간 정지한다.

퇴적막의 두께분포를 측정하였고, 얻은 두께분포는 제7도에 도시되어 있다. 퇴적된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 임계온도도 측정하였고, 그 결과는 제8도에 도시되어 있다. 약 220mm의 평균막두께로부터 약 +/-3%범위의 두께분표를 얻었다. Y₁Ba₂Cu₃O_7-x퇴적막의 임계온도의 범위는 막전체표면에 있어서 88K-91K이었다.

[제9실시예]

다른 레이저빔주사방식에 의해 제7실시예와 동일한 방식으로 본 발명의 제9실시예를 행하였다, 제7실시예의 가공조건은 표 8에 표시한 제6실시예와 동일하였다. 제9실시예의 목적물-기판배치는 제6(a)도의 정면도와 제6(b)도의 측면도에, 제7실시예와 동일한 배치로 도시되어 있다.

본 실시예에서는, 주사속도가 변화하는데, 즉, 기판중앙에 해당하는 목적물(5)의 주사단부에서는 최대 25mm/sec이었고, 주사경로를 따라서는 감소하였다. 주사속도는 목적물의 회전중심으로부터의 거리의 제곱에 반비례하였다. 목적물직경을 따른 직선주사의 거리는 37mm이었다. 주사동안에, 레이저빔은 기판의 회전중심에 해당하는 각 주사단부에서 0.1초간 정지한다.

퇴적막의 두께분포를 측정하였고, 얻은 두께분포는 제7도에 도시되어 있다. 퇴적된 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 임계온도로 측정하였고, 그 결과는 제8도에 도시되어 있다. 약 220mm의 평균막두께로부터 약 +/-3%범위의 두께분포를 얻었다. Y₁Ba₂Cu₃O_7-x퇴적막의 임계온도의 범위는 막전체표면에서 88K-91K이었다.

본 발명은 소정의 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자에게 있어 많은 변형이 가능함은 명백하다. 예를 들면, 목적물재료는 TlBa₂CaCu₃O_x, Tl₂Ba₂Ca₂Cu₂O_x, Bi₂Sr₂CaCu₃O_x또는 Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x등의 기타 복합초전도산화물로부터 선택해도 된다. 또, 기판(6)은 (100)평면의 LaAlO₃, R평면의 사파이어(Al₂O₃) 또는 SrTiO₃이어도 된다. 게다가, 레이저빔은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저 또는 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저이어도 된다.

따라서, 이와같은 변형은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자에게 명백한 바와 같은 이러한 모든 변형을 다음의 특허청구의 범위내에 포함시키고자 한다.

Claims

(a) 기판이 복합산화화합물의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당기판을 체임버내에서 목적물부근에 배치하는 스텝; 및 (b) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여 상기 목적물위에 상기 목적물표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 목적물은 당 목적물의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하며, 상기 기판은 당 기판의 표면과 수직인 축을 중심으로 회전하고, 레이저빔이 상기 목적물의 표면을 주사하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저빔은 레이저빔의 경로가 진동하도록 변동 또는 스윙할 수 있는 거울로 이루어진 거울스캐너에 의해 주사하고, 상기 목적물과 충돌하는 레이저빔은 단부부근의 한지점과 반대쪽 단부부근의 다른 지점사이를 직선으로 횡단하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저빔은 복수의 거울로 이루어진 거울스캐너에 의해 주사하고, 상기 거울은 상기 레이저빔이 상기 목적물의 표면을 횡단하도록 레이저빔의 광로를 변경하기 위해 동시 이동하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 레이저빔을 조사하는 상기 스텝(b)의 상기 레이저빔은 상기 목적물의 대표길이의 1/2을 초과한 상기 목적물의 표면에서 경로를 따라 횡단하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 레이저빔을 조사하는 상기 스텝(b)의 레이저빔은 상기 목적물표면의 충돌위치에 의해 변화하는 횡단속도로 주사하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 횡단속도는 상기 목적물의 중앙에서 최대이고, 그외의 위치에서는 보다 느린 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제5항에 있어서, 상기 레이저빔은 일시 정지하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 목적물의 직경은 상기 기판의 직경의 1/2을 초과하고, 상기 목적물의 단부부근의 상기 목적물의 수직선이 상기 기판의 중앙을 통과하도록 배치된 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 목적물재료는 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x, CeO₂, SrTiO₃, TlBa₂CaCu₂O_x, Tl₂Ba₂Ca₂Cu₃O_x, Bi₂Sr₂CaCu₃O_x또는 Bi₂Sr₂Ca₂Cu₃O_x로 이루어진 군에서 선택한 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 레이저빔은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저, 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저 및 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저로 이루어진 군에서 선택한 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 플럼축과 상기 기판의 표면은 -20도∼20도의 각도를 형성하는 것을 특징으로 하는 복합산화화합물초전도막의 형성방법.
(a) 체임버내에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물을 배치하는 스텝; (b) 기판이 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 상기 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물 부근에 배치하는 스텝; 및 (c) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여, 상기 목적물위에 상기 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 체임버내의 압력Pc는;

0.8Torr≤Pc≤1.5Torr

인 것을 특징으로 하는 공정실에서의 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막의 형성방법.
(a) 체임버내에 SrTiO₃목적물을 배치하는 스텝; (b) 기판이 SrTiO₃의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 SrTiO₃목적물 부근에 배치하는 스텝; 및 (c) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여, 상기 목적물위에 상기 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 체임버내의 압력Pc는;

0.15Torr≤Pc≤0.3Torr

인 것을 특징으로 하는 공정실에서의 SrTiO₃초전도막의 형성방법.
(a) 체임버내에 CeO₂목적물을 배치하는 스텝; (b) 기판이 CeO₂의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 CeO₂목적물 부근에 배치하는 스텝; 및 (c) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표진상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여, 상기 목적물위에 상기 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 목적물표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 체임버내의 압력Pc는;

0.03Torr≤Pc≤0.07Torr

인 것을 특징으로 하는 공정실에서의 CeO₂초전도막의 형성방법.
(a) 체임버내에 CeO₂목적물을 배치하는 스텝; (b) 기판이 CeO₂의 목적물재료로 이루어진 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치되도록 해당 기판을 체임버내에서 CeO₂목적물 부근에 배치하는 스텝; 및 (c) 상기 목적물재료가 상기 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물의 표면에 레이저빔을 조사하여, 상기 목적물위에 상기 목적물의 표면과 통상 수직인 축을 지닌 불꽃형상의 플럼을 형성하는 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝을 구비하고, 상기 기판표면은 상기 CeO₂목적물의 표면과 통상 수직인 위치를 유지하며 상기 플럼축과 통상 평행하고, 상기 체임버내의 압력Pc는 0.03Torr≤Pc≤0.07Torr이며; (d) 상기 CeO₂목적물을 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물로 대체하여, 상기 기판의 표면을 상기 목적물의 표면과 통상 수직이 되는 유지로 위치하고, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x의 상기 플럼축과 통상 평행하게하여 상기 CeO₂막상에 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막을 퇴적하기 위해 상기 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물표면에 레이저빔을 조사하는 스텝을 구비하고, 상기 체임버내의 압력 Pc는 0.8Torr≤Pc≤1.5Torr이며; (e) 상기 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x목적물을 SrTiO₃목적물로 대체하여, 상기 기판의 표면을 상기 목적물의 표면과 통상 수직이 되는 위치로 유지하고 SrTiO₃의 상기 플럼축과 통상 평행하게하여 상기 Y₁Ba₂Cu₃O_7-x막상에 SrTiO₃막을 퇴적하기 위해 상기 SrTiO₃목적물표면에 레이저빔을 조사하는 스텝을 구비하고, 상기 체임버내의 압력 Pc는 0.15Torr≤Pc≤0.3Torr인 것을 특징으로 하는 공정실에서의 CeO₂막, Y₁Ba₂Cu₃O_7-x초전도막 및 SrTiO₃막의 형성방법.
(ⅰ) 레이저빔을 체임버내로 도입하기 위한 입구창, 가스를 상기 체임버내로 공급하는 가스유입구 및 가스를 상기 체임버로부터 배출하는 가스배출구를 지닌 체임버; (ⅱ) 상기 입구창을 경유하여 상기 체임버내로 입사하는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔원; (ⅲ) 상기 레이저빔원과 상기 체임버사이에 위치하여 레이저빔의 경로를 변경하는 주사수단; (ⅳ) 상기 체임버내에서 상기 입구창을 경유한 상기 레이저빔원으로부터의 레이저빔에 의해 조사되는 목적물을 지지하기 위해 당 체임버내에 배치되어, 상기 목적물의 표면과 수직인 축을 중심으로 상기 목적물을 회전시키도록 그 자신이 회전하는 목적물회전자에 접속된 목적물지지대; 및 (ⅴ) 상기 체임버내에서 막이 퇴적된 상기 기판의 퇴적표면이 상기 목적물의 표면과 통상 수직으로 배치될 수 있도록 기판을 지지하기 위해 당 체임버내에 배치되어, 상기 기판의 표면에 수직인 축을 중심으로 상기 기판을 회전시키도록 그 자신이 회전하는 기판회전자에 접속된 기판지지대로 이루어진 것을 특징으로 하는 레이저융삭가공에 의한 기판상으로의 막형성장치.
제16항에 있어서, 상기 주사수단은 레이저빔의 경로가 변동하도록 진동 또는 스윙할 수 있는 거울로 이루어진 거울스캐너이고, 상기 목적물과 충돌하는 레이저빔은 단부부근의 한지점과 반대쪽 단부부근의 다른 지점사이를 직선으로 횡단하는 것을 특징으로 하는 레이저융삭가공에 의한 기판상으로의 막형성장치.
제16항에 있어서, 상기 주사수단은 레이저빔경로가 통상 평행한 경로로 변경되도록 동시 이동할 수 있는 복수의 거울로 이루어진 거울스캐너인 것을 특징으로 하는 레이저융삭가공에 의한 기판상으로의 막형성장치.
제16항에 있어서, 상기 주사수단과 상기 입구창사이에 배치된 레이저빔을 포커싱하기 위한 렌즈를 더 구비하고, 상기 렌즈는 레이저빔의 주사에 대해 동시 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 레이저융삭가공에 의한 기판상으로의 막형성장치.