KR0178784B1 - 산화물 초전도 박막의 제조방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3개 이상의 전자빔(E/B) 장치에 3개 이상의 헐스(Hearth)를 형성시켜서 각기 다른 초전도 재료(source)를 각 헐스에 동일한 양만큼 장입하여 순차적으로 기판에 초전도 재료를 동시 증착시키는 산화물 초천도 박막의 제조방법 및 그 장치에 관한 것으로서 챔버 내부의 압력이 10^-4Torr 이상의 고진공하에서 3개 이상의 헐스를 갖는 전자빔 장치를 3개 이상 배치하여, 산화물 초전도체의 구성 원소들을 각각의 전자빔 장치에 장착된 헐스에 동일한 양만큼 장입한후, 조합적이고 순차적으로 초전도 재료들을 동시 증착시키는 산화물 초전도 박막의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

Description

산화물 초전도 박막의 제조방법 및 그 장치

제1도는 종래 초전도 박막의 제조장치 개략도.

제2도는 본 발명에 의한 제조장치의 개략도.

제3도는 전자빔 초전도 재료의 배치를 나타낸 평면도.

제4도는 전자빔 장치의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버 3 : 히터

5, 5', 5 : 크리스탈 센서 6, 6', 6 : 전자빔 장치

7, 7', 7 : 헐스

본 발명은 3개 이상의 전자빔(E/B) 장치에 3개 이상의 헐스(Hearth)를 형성시켜서 각기 다른 초전도 재료(source)를 각 헐스에 동일한 양만큼 장입하여 순차적으로 기판에 초천도 재료를 동시 증착시키는 산화물 초천도 박막의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

구체적으로는 마이크로전자(Microelectronic) 분야에서 이용되는 고온초전도 박막에 있어서, 재현성이 뛰어나고 조작이 간편한 고온초전도 박막을 제조하기 위해서 산화물 초전도체를 구성하는 초전도 재료들을 3개 이상의 전자빔 장치에 설치된 3개 이상의 헐스에 일정순위에 의해 장입시켜, 일정한 위치에서 초전도 재료를 조합적으로 변환시키면서 증발시켜 기판에 동시 증착시킴으로서 박막의 대면적화, 정밀한 조성비 제어, 전자빔 초전도 재료의 위치에 따른 조성비 의존성 감소 및 박막의 균일성을 향상시킨 산화를 초전도 박막의 제조방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 산화물 초전도 박막을 제작하는 방법으로는 전자빔 증착법(E/B evaporation), 스퍼터링법 및 CVD법등의 여러가지 방법들이 연구되어지고 있으며, 새로운 물질을 연구한다는 관점에서는 변수조작이 용이한 전자빔 증착법이 주로 이용되고 있다.

상기 전자빔 증착법은 측착중에 기판을 상온으로 유지하고 챔버내부의 산소를 일정 입력하로 유지한 상태에서 레이저 빔을 조사하여 성장되는 박막의 결정성장 및 결정방향성 증대와 기판 주위의 산소를 활성화 함으로서 별도의 후처리 공정이 필요없는 그 상태 그대로의 성장(in-situ growth)에 의해 고온 초전도 박막을 제조하는 것으로서 타기술에 비해 앞서 있다고 볼 수 있다.

그러나, 종래의 전자빔 증착법은 챔버 하부 3곳에 삼각으로 3개의 전자빔 장치를 설치하고 각 전자빔 장치에는 각 1개씩의 헐스를 설치하였기 때문에 1개의 전자빔으로 한종류의 초전도 재료만을 증발시켜 기판에 증착되도록 되어 있었다. 따라서 기판에 증착되는 초전도 재료의 범위가 한정되었기 때문에 기판의 대면적화에 한계가 있었으며, 초전도 재료의 위치에 따라 증착되는 박막의 조성비가 변화되는 경향이 있으므로 박막의 조성비 제어 및 재현성이 저하 되었었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서 박막의 대면적화를 가능하게 하며, 박막의 균일성을 향상시키는데 목적이 있다.

또 다른 목적은 박막의 조성비 및 재현성의 영향을 최소화시켜 생산성을 향상시키는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 10^-4Torr 이상의 고진공하에서 3개 이상의 헐스를 갖는 전자빔 장치를 3개 이상 설치하여 산화물 초천도체의 구성원소들을 각각의 전자빔 장치에 설치된 각 헐스에 똑같은 순서로 같은 양만큼 장입한후 조합적이고 순차적으로 동시 증착시키는 것으로 첨부된 도면에 의거하여, 본 발명의 제조방법 및 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 제조장치를 나타낸 개략도이고, 제3도는 전자빔, 초전도 재료의 위치를 나타낸 평면도이며, 제4도는 전자빔 장치를 나타낸 평면도로서 도면의 부호중 1은 챔버, 2는 모터, 3은 히터, 4는 기판, 5, 5', 5는 크리스탈 센서, 6, 6', 6는 전자빔 장치, 7, 7', 7는 헐스이다.

챔버(1)내에 제3도와 같이 3개 이상의 헐스(7),(7'),(7)가 회전 또는 회동되도록 형성된 전자빔 장치(6),(6'),(6)를 3개 이상 설치하여 산화물 초전도체의 구성원소(초전도 재료)들 예를들어 Y, Ba, Cu를 각 헐스(7),(7'),(7)에 동일한 양만큼 장입을 한다. 이때, 3개 이상의 헐스(7),(7'),(7)가 형성된 각 전자빔 장치(6),(6'),(6)에는 상기와 동일하게 초전도 재료를 동일한 양만큼 장입을 한다.

상기와 같이 초전도 재료를 장입한 후 챔버(1)내를 10^-4Torr 이상의 고진공하로 하고, 기판(4)의 회전속도는 박막의 균일성을 향상시키기 위해 3~30rpm으로 하며 전자빔의 가속전압을 2~10KV로 하여 초전도 재료를 기판(4)에 증착시킨다. 이때, 각 전자빔 장치(6),(6'),(6)의 헐스(7),(7'),(7)에 장입된 초전도 재료의 증발은 서로 이종의 재료들이 동시에 증발되도록 한다.

즉, Y계 초전도체를 예를들어 설명하면 하기 표1의 순서와 같이 전자빔 장치(6)에서 초전도 재료 Y가 증발하면 다른 전자빔 장치(6')에서는 Ba가 증발되도록 하고, 또 다른 전자빔 장치에서는 Cu가 일정시간 동안 증발되도록 한후, 일정시간이 지나면 전자빔 장치(6),(6'),(6)에 설치된 헐스(7),(7'),(7)가 회동을 하여 초전도 재료 Y가 증발하던 전자빔 장치(6)에서는 초전도 재료 Ba가 증발되도록 하고, Ba가 증발되던 다른 전자빔 장치(6')에서는 Cu가 증발되도록 하며, Cu가 증발되던 또 다른 전자빔 장치(6)에서는 Y가 일정시간 동안 증발되도록 한다.

또, 일정시간이 경과하면 상기와 동일하게 헐스(7),(7'),(7)가 회동을 하여 초전도체 재료 Ba가 증발하던 전자빔 장치(6)에서는 Cu가 증발되도록 하고, Cu가 증발되던 다른 전자빔 장치(6')에서는 Y가 증발되도록 하며, Y가 증발되던 또 다른 전자빔 장치(6)에서는 Ba가 증발되도록 한다.

상기와 같이 초전도 재료를 변화시키면서 증발시키는 작동을 필요한 횟수만큼 설정을 하여 반복하여 초전도 재료를 증발시키면 기판(4)에 박막이 형성되는 것이다.

이때, 개별 조합들의 동시 증착시간을 60~600초로 설정하며 증착중 증발물질(초전도 재료)들의 개별 증발률은 크리스탈 센서(5),(5'),(5)를 통하여 측정하게 되며, 센서를 통하여 측정된 자료에 의해 초전도 재료의 속도를 조절할 수 있도록 컴퓨터로 제어한다.

상기와 같은 본 발명은 증발되는 초전도 재료의 위치를 변경시켜 줌으로서 박막의 대면적화를 가능하게 할 수 있으며, 박막의 균일성도 향상시킬 수 있다.

그리고, 전자빔 초전도 재료의 배치에 따라 발생하는 박막의 조성비 및 재현성에의 영향을 최소화시킬 수 있어 지금까지 고온 초전도 박막의 제조분야에서 Si기판사용과 별도의 후처리 공정이 필요없는 그상태 그대로의 성장(in-situ growth)기술이 앞서 있는 전자빔 증착법의 양산성을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 산화물 초전도체 재료를 전자빔으로 기판에 증착시켜 고온 초전도 박막을 제조하는 방법에 있어서, 챔버 내부의 압력이 10^-4Torr 이상의 고진공하에서 3개 이상의 헐스를 갖는 전자빔 장치를 3개 이상 배치하여, 산화물 초전도체의 구성 원소들을 각각의 전자빔 장치에 장착된 헐스에 동일한 양만큼 장입한후, 조합적이고 순차적으로 초전도 재료들을 동시 증착시키는 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 첫번째 전자빔에서 초전도 재료 Y를 증착시킬때 두번째 전자빔에서는 Ba를 증착시키고, 세번째 전자빔에서는 Cu를 일정시간 동안 동시에 증착시킨후 계속적으로 초전도 재료를 순차적으로 변화시키면서 증착시키는 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 조합된 초전도 재료를 1회 증착시키는 시간을 60~600초로 하는 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 전자빔의 가속전압을 2~10KV로 하는 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 증착중 기판의 회전속도를 3~30rpm으로 하는 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조방법.
6. 산화물 초전도체 재료를 전자빔으로 기판에 증착시켜 고온 초전도 박막을 제조하는 장치에 있어서, 챔버내에 3개 이상의 헐스가 회동되도록 설치된 전자빔 장치를 3개 이상 설치한 것을 특징으로 하는 산화물 초전도 박막의 제조장치.