KR100234850B1 - 레이저재료 가공시 수반되는 레이저융삭을 경유한 초전도부품의 제작방법 및 장치 - Google Patents

레이저재료 가공시 수반되는 레이저융삭을 경유한 초전도부품의 제작방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 초전도소자의 제작방법은, (a) 기판이 복합산화 초전도화합물의 목적물재료로 구성된 목적물의 표면에 대향하여 위치결정되도록 해당기판을 챔버내에 있는 목적물의 부근에 배치하는 스텝과 ; (b) 상기 목적물재료가 상기 목적물의 표면에 대향하는 위치를 유지하는 기판의 표면상에 퇴적되도록 제 1 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 목적물의 표면에 조사하여 상기 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝과 ; (c) 상기 챔버로부터 상기 기판을 제거함이 없이, 제 1 광로와 일치하지 않는 제 2 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 기판의 표면에 조사함으로써 상기 기판상의 상기 목적물재료층의 표면을 가공하여 초전도소자를 형성하는 스텝으로 이루어지고, 상기 스텝(c)는 상기 제 2 광로를 변경함으로써 상기 기판상의 상기 레이저빔의 입사위치를 제어하는 동작을 부가하여 포함하고 있다.

Description

레이저재료 가공시 수반되는 레이저 융삭을 통한 초전도부품의 제작방법 및 장치
제1도는 본 발명에 의한, 온축(on－axis) 퇴적용 레이저 융삭실을 도시한 가공장치의 개략측단면도.
제2도는 제1도의 가공장치의 레이저 광학거울 스캐닝 시스템을 도시한 개략평면도.
제3a도는 제1도의 가공장치의 거울스캐너(100)의 레이저빔을 스캔하는 거울의 세로이동을 도신한 개략측단면도.
제3b도는 상기 거울스캐너(100)의 거울의 가로이동을 도시한 개략평면단면도.
제4도는 실시예에 의해 제조한 초전도 마이크로스트립라인 디바이스의 사시도.
제5도는 본 발명에 의한, 오프축(off－axis) 퇴적용 레이저 융삭실을 도시한 가공장치의 개략측단면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
(1) : 레이저빔원
(4), (21), (31), (32), (51), (52), (112), (114), (116), (118), (120), (122) : 거울
(5), (6) : 렌즈 (7) : 목적물
(8) : 기판 (10) : 챔버
(11) : 제 1 입구창 (12) : 제 2 입구창
(13) : 목적물홀더 (14) : 기판홀더
(22), (23) : 초전도 접지도전체 (24) : 초전도 라인도전체
(100) : 거울스캐너
본 발명은 초전도부품의 제작방벙 및 장치에 관한 것으로, 특히, 복합 초전도산화물로 이루어진 초전도소자를 포함한 초전도부품에 적합하다.
레이저 융삭(laser ablation)은 각종 기판상에 우수한 품질의 박막을 얻기 위한 가장 적합한 퇴적방법의 하나이다. 레이저 융삭법은, 초전도 산화합물막에 이용되는 경우에, 퇴적막의 우수한 화학양론적 안정성 등의 이점이 있다. 또, 레이저 융삭법은 퇴적막의 품질에 영향을 미칠 수 있는 어떠한 전자기장도 필요로 하지 않는다는 또 다른 이점도 있다. 그러므로, 레이저 융삭법은 장래의 디바이스를 보장하는 퇴적방법으로 가장 널리 이용될 것으로 기대된다.
레이저 융삭법을 통한 초전도막의 퇴적에 관하여 수많은 연구가 행해져 왔다. 예를 들면, 일본국특공평 4－53818 호 공보에는 CuXOY기를 함유한 복합산화물 초전도막에 대한 가공법이 개시되어 있다. 또, 레이저 융삭에 관한 다른 연구도 예를 들면, 송씨 외(Appl. Phys. Lett. 63(24), pp3370－3372, 1993년, 12월), 폴다인씨 외((Appl. Phys. Lett. 59(11), pp1374－1376, 1991년, 9월), 리젠씨 외(거시적인 양자현상에 대한 제 2 차 국제회의 스몰레니스성, 체코슬로바키아, 1992년 8월 31일－9월 4일), 크렙스씨 외(J. (Appl. Phys. Lett. 69(4), pp.2405－2409, 1991년, 2월) 및 J.A.그리어씨와 H.J.반후크씨(SPIE회보 제 1377 권, 1990년 11월)에 의해 행해지고 있다.
초전도케이블, 초전도전극 및 초전도 마이크로파 디바이스등의 초전도디바이스 및 소자의 제작방법은, 전형적으로, 레이저 융삭을 통하여 기판상에 초전도재료를 퇴적하는 스텝과, 에칭 등의 가공법에 의해 디바이스 또는 소자를 형성하도록 상기 퇴적된 초전도재료를 가공하는 스텝등의 2개의 처리공정을 포함한다. 전형적인 가공스텝은 건식에칭과 습식에칭이다.
그러나, 대부분의 에칭공정은 Y－Ba－Cu－O(YBCO)등의 복합산화 초전도화합물과의 반응시에 매우 활성적인 포토레지스트 또는 부식제의 존재하에서 행해진다. 그러므로, 초전도디바이스의 가공에 대해서는, 에칭공정을 피하는 것이 바람직하다. 또 대부분의 초전도산화물은 공기중에서 H2O와 즉시 반응할 수 있으므로, 퇴적된 초전도막을 가공하는 동안 공기중에 노출해서는 안된다.
따라서, 어느 에칭공정도 포함하지 않는 초전도디바이스 및 소자의 제작방법을 제공하는 것이 바람직하다.
또, 이 상세한 설명으로부터 당업자에게 전체 스텝이 초전도의 표면을 공기중에 노출시키지 않는 초전도디바이스 및 소자의 제작방법을 제공하는 것도 바람직하다.
본 발명은 이들의 요구를 만족시킨다.
본 발명에 의한 초전도소자의 제작방법은, (a) 기판이 복합산화 초전도화합물의 목적물재료로 구성된 목적물의 표면에 대향하여 위치결정되도록 해당 기판을 챔버내에서 목적물부근에 배치하는 스텝과 ; (b) 상기 목적물재료가 상기 목적물표면에 대향하는 위치를 유지하는 기판의 표면상에 퇴적되도록 상기 목적물표면에 레이저빔을 조사하여 상기 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝과 ; (c) 상기 챔버에서 상기 기판을 제거하지 않고, 상기 기판의 표면에 레이저빔을 조사함으로써 상기 기판상의 상기 목적물재료층의 표면을 가공해서 초전도소자를 형성한 스텝으로 이루어진다.
상기 스텝(b)의 레이저빔은 제 1 광로를 따라 진행하고, 목적물표면을 가공하는 스텝(c)의 레이저빔은 제 1 광로와는 일치하지 않는 제 2 광로를 따라 진행한다.
상기 스텝(c)는 기판의 위치를, 기판이 제 2 광로를 통하여 기판상에 입사하는 레이저빔과 수직이 되는 위치로 변경시키는 동작을 부가하여 포함해도 된다. 또 레이저빔을 조사하는 상기 스텝(b)는 소모비율(consumption rate)이 목적물의 전체표면에 걸쳐 동등해지도록 목적물표면상의 입사레이저빔을 스캔함과 동시에 목적물을 회전시키는 동작을 부가하여 구비해도 된다.
본 발명에 의한 제작방법에 있어서, 복합산화 초전도화합물로 이루어진 초전도층은 레이저 융삭법에 의해 기판표면상에 퇴적된다. 레이저 융삭법에서 소정의 초전도소자의 개략적인 모양을 형성하기 위해서는 마스크를 사용할 수 있다. 퇴적층 또는 퇴적된 개략적인 모양위에 레이저빔을 조사함으로써, 상기 퇴적층 및 퇴적된 개략적인 모양을 가공해서, 초전도소자를 소정의 모양으로 형성한다. 레이저빔이 조사된 목적물의 표면상에는 불꽃형상의 "플룸(plume)"(플라즈마)이 형성되고, 기판표면상에 초전도산화물이 퇴적되도록 플룸의 정상을 기판표면에 접촉신킨다. 플룸의 정상은 사이즈가 작으므로 개략적인 모양을 형성하기 위해서 마스크를 이용할 수 있다. 또, 기판 또는 목적물을 스캔하여 개략적인 모양을 형성해도 된다.
한편, 레이저 융삭에 이용된 레이저빔은 상당히 높은 에너지를 갖는다. 이와 같이, 레이저빔은 트리밍(trimming) 등의 재료가공에도 이용할 수 있다. 그러므로 레이저 융삭 및 재료가공의 양자를 위해 하나의 레이저빔원을 활용한다. 이와 같은 본 초전도소자의 제작방법에서는, 초전도산화물과 반응하는 포토레지스트를 이용한 에칭공정 또는 기타 공정을 생략할 수 있다.
초전도소자를 형성하기 위해 초전도층부분에 어떠한 물리적 트리밍도 필요하지 않은 경우, 해당 부분이 "비초전도"의 전기적 특성(즉, 도전체, 반도체 또는 절연체 등)을 얻도록 해당부분이 "비초전도"의 전기적 특성(즉, 도전체, 반도체 또는 절연체 등)을 얻도록 해당부분을 고에너지 레이저빔으로 조사해도 된다. 이 방법은 가공성 및 제작의 정밀성 등의 점에서 유리하다.
본 발명에 의한 초전도소자의 제작장치는, (i) 복합산화 초전도화합물로 이루어진 목적물을 지지하는 목적물홀더와, 기판을 가열하는 히터를 구비하고 또한 기판을 지지하는 기판홀더가 수납되어 있는 챔버와 ; (ii) 레이저빔원과 ; (iii) 상기 챔버내에서 형성되어 있는 제 1, 제 2 입구창과 ; (iv) 상기 레이저빔원으로 부터 상기 제 1 입구창을 통해 상기 목적물까지 이르고, 상기 기판상에 복합산화 초전도화합물층을 형성하기 위한 레이저 융삭가공에 이용되는 제 1 광로와; (v) 상기 레이저빔원으로부터 상기 제 2 입구창을 통해 상기 기판까지 이르고, 소정의 초전도소자를 형성하기 위한 상기 복합산화 초전도화합물층의 레이저재료 가공에 이용되는 제 2 광로로 이루어진다.
상기 제 1 광로가 평행한 경로로 변경되도록 동기하여 이동할 수 있는 복수의 거울로 구성된 제 1 거울 스캐닝 시스템이 상기 제 1 광로에 설치되어 있고, 상기 제 2 광로가 평행한 경로로 변경되도록 동기하여 이동할 수 있는 복수의 거울로 구성된 제 2 거울 스캐닝 시스템이 상기 제 2 광로에 설치되어 있다.
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 단지 예시의 목적으로만 부여되는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명, 특허청구범위 및 첨부도면을 참조함으로써 본 발명의 상기 특정 및 기타의 특징, 형태, 이점 등을 한층더 이해할 수 있을 것이다.
[가공장치]
제 1 도, 2도, 3a 도 및 3b 도를 참조하면서 본 발명에 적합한 기판가공장치의 바람직한 실시예를 설명한다.
제 1 도에 의하면, 가공장치는 레이저빔원(1)과 챔버(10)로 이루어져 있다. 챔버(10)내의 압력 및 분위기는 가변적이다. 상기 챔버(10)는 목적물(7)을 지지하는 목적물홀더(13)와, 기판(8)을 지지하는 기판홀더(14)를 내장하고 있다. 레이저빔원(1)은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저이고 감쇠기를 포함한다. 레이저빔원은 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저이거나 또는 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저이어도 된다.
챔버(10)내의 목적물홀더(13)는, 목적물재료가 퇴저될 기판(8)의 표면과 대향하는 위치에 목적물(7)의 노출면이 배치되어 있다. 상기 구조는 레이저 융삭을 통한 퇴적용 온축 기하구조(on－axis geometry for deposition)라 칭한다.
또, 레이저 융삭장치는 레이저빔원으로부터 목적물(7)까지의 광로시스템 또는 레이저빔원으로부터 기판(8)까지의 광로시스템을 가진다. 챔버(10)는 제 1 입구창(11)과 제 2 입구창(12)을 가지고, 상기 두 창은 광로시스템의 일부를 형성한다. 제 1 도의 광로시스템은 2개의 광로, 즉, ① 레이저 융삭을 목적으로 하는, 레이저빔원(1)으로부터 제 1 입구창을 통해 목적물(7)까지 이르는 제 1 광로와; ② 기판의 레이저재료 가공을 목적으로 하는, 레이저빔원(1)으로부터 기판(8)까지 이르는 제 2 광로로 구성되어 있다.
2개의 광로를 포함하는 광학시스템에 대하여 제 1 도, 2 도, 3a 도 및 3b 도를 참조하여 설명한다.
제 3a 도는 제 1 도의 가공장치의 레이저빔을 스캔하는 거울의 세로이동을 도시한 거울스캐너(100)의 개략측단면도이고, 제 3b 도는 거울스캐너(100)의 거울의 좌우(가로)이동을 도시한 평면단면도이다. 거울스캐너(100)는 제 1 광로의 일부를 형성한다. 제 2 도는 특히 제 2 광로의 레이저 광학거울 스캐닝 시스템을 도시한 가공장치의 개략평면도이다.
[레이저 융삭 퇴적용의 제 1 광로]
제 1 도에서, 가공장치의 제 1 광로는 레이저빔원(1), 거울스캐너(100), 렌즈(5) 및 제 1 입구창(11)으로 이루어진다. 거울(21)은 레이저빔이 거울스캐너(100)로 직접 입사될 수 있도록 제 1 광로로부터 충분히 떨어진 위치(도시되어 있지 않음)로 이동할 수 있다.
이하에, 거울스캐너(100)를 상세히 설명한다. 제 3a 도 및 제 3b 도에 의하면, 거울스캐너(100)는 6개의 거울(112), (114), (116), (118), (120), (122)을 포함하고 있다. 제 3a 도에서와 같이, 빔원(1)으로부터의 레이저빔은 거울(112)에 부딪쳐서 위쪽방향으로 반사되어 거울(114)에 도달한다. 그 후, 거울(114)은 축방향과 평행한 광로로 레이저빔을 거울(116)로 반사한다. 다시 제 3b 도에 의하면, 레이저빔은 거울(116)~(118)에 의해 가로로 반사된다.
제 3b 도의 실선 및 점선으로 도시한 바와 같이, 거울(118), (120), (122)은 광로가 평행한 광로로 가로방향으로 변경될 수 있도록 가로방향으로 동기하여 이동할 수 있다. 또, 레이저빔은 제 3a 도의 점선 및 실선으로 도시한 바와 같이, 거울(122)의 통상의 수직(세로)이동에 의해 통상적으로 세로로 변경될 수 있다. 그 결과, 거울스캐너(100)로부터의 출력레이저빔은 목적물(7)의 전체표면을 2차원적으로 스캔할 수 잇다. 또, 거울스캐너는 거울(118). (120), (122)로 하여금 상기 거울의 통상(세로)이동 및 가로이동을 허용되는 보조전동기를 내장한 거울제어계도 구비한다.
목적물홀더(13)는 노출된 목적물표면에 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있고, 레이저빔은 목적물(7)의 표면의 중앙지점과 다른 지점으로 입사하도록 배치되어 있다.
따라서, 목적물(7)이 회전함에 따라, 목적물의 표면으로 입사하는 레이저빔이 전체 목적물표면에서 균일하도록 제어될 수 있으므로, 이 거울스캐너(100)에 의해 목적물재료는 목적물의 표면전체에 대해 균일하게 소비된다.
[레이저재료 가공용 제 2 광로]
다음은, 제 1 도 및 제 2 도를 참조하면서 이하에 제 2 광로를 설명한다. 제 2 도는 제 2 광로의 평면도이다.
제 2 광로는 레이저빔원(1), 6개의 거울(21), (31), (32), (51), (52), (4), 렌즈(6) 및 제 2 입구창(12)으로 구성되어 있다. 거울은 모두 레이저빔의 변경시에 필요한 이동을 가능하게 하는 보조전동기 (도시되어 있지 않음)를 가지고, 이하에 설명한 이동은 외부제어기(도시되어 있지 않음)에 의해 적절하게 제어된다.
빔원(1)으로부터의 레이저빔은 거울(21)에 의해 위쪽방향으로 반사되어 거울(31)에 부딪친다. 레이저빔은 차례로 거울(31)에 의해 가로방향으로 반사되고, 거울(32)에 의해 세로방향으로 반사되고, 거울(51)에 의해 가로방향으로 반사되지만 거울(31)이후 방향과는 반대방향으로 반사되어 가동거울(52)로 입사한다.
거울(52), (4)은 가로방향으로 동기하여 이동할 수 있다. 또, 거울(4)은 제 2 도에서와 같이 세로방향으로도 이동할 수도 있다. 그러므로, 상기 거울들의 이동에 의해 기판의 초전도표면 전체를 스캔하는 것이 가능하다.
기판홀더(14)는, 스윙수단(도시되어 있지 않음)으로 구성되어 있어 레이저 융삭에 의해 초전도재료로 퇴적된 기판표면이 제 2 광로를 통해 레이저빔과 대략 수직이 되도록 제 1 도의 구부러진 화살표방향으로의 이동이 가능하다. 그러므로, 기판위치는 온축 레이저 융삭에 적합한 위치로부터 레이저가공에 적합한 다른 위치로 변경될 수 있다. 또, 레이저가공은 기판홀더의 스윙이동에 의해 충분한 효율 및 정확도롤 챔버(10)내에서 행해질 수 있다. 이와 같이, 어떤 기판반송의 공정도, 레이저 융삭 퇴적스텝후에 초전도재료가 퇴적된 표면을 더욱 가공하는 공정에는 필요가 없다.
또, 기판홀더(14)는 레이저 융삭 공정시에 기판을 이동 및/또는 회전시키는 X－Y대 및/또는 회전대(도시되어 있지 않음)로 구성되어도 된다. 기판(8)은 온축퇴적에 적합한 위치에 배치되어 기판(8)표면과 평행한 방향으로 이동하므로 기판의 전체표면은 목적물로부터의 "플룸"의 정상과 접촉할 수 있다. 즉, 목적물로부터의 플룸의 정상은, 거울스캐너(100)가 목적물(7)표면의 넓은 면적을 충분히 스캔할 수 없거나 또는 가공장치가 거울스캐너(100)를 내장하기 않은 때 X－Y대 및/또는 회전대의 이동에 의해 기판의 표면전체를 스캔할 수 있다. 그러므로, 초전도재료층은 기판의 표면전체에 걸쳐 균일한 층두께로 형성할 수 있다.
또, 기판홀더(14)는 기판(8)을 소정의 온도로 가열하는 가열수단을 가진다.
또, 목적물홀더(13)는 목적물홀더 자체와 목적물(7)을 회전시키는 회전수단을 부가하여 가진다.
[실시예]
이하의 방법에 의해 초전도 마이크로스트립라인 디바이스를 제작하였다.
본 발명에 의한 초전도 마이크로스트립라인 디바이스의 제작에는 기판가공장치를 이용하였다. 제 4 도는 본 실시예에서 제작한 초전도 마이크로스트립라인 디바이스를 나타낸다. 제 4 도에 의하면, 초전도 마이크로스트립라인 디바이스는 기판(8), 상기 기판(8)상에 형성된 초전도 라인도전체(24), 상기 초전도라인도전체(24)의 양 외측에 평행하게 각각 배치된 초전도 접지도전체(22), (23)로 이루어진다.
초전도 라인도전체(24)는 폭이 100㎛, 길이가 12mm이고 초전도 접지도전체(22). (23)는 폭이 5.9mm, 길이가 12mm이다. 초전도 라인도전체(24)와 초전도 접지도전체(22). (23)의 재료로서는 Y1Ba2Cu3O7－X도전체(22), (23)의 재료로서는 Y1Ba2Cu3O7-X산화초전도재료를 이용하였다. 기판(8)으로서는 MgO단결정기판을 이용하고, 또한 목적물(7)로서는 직경이 2㎝인 Y1Ba2Cu3O7-x소결체를 이용하였다.
가공전에, 목적물홀더(13)에는 Y1Ba2Cu3O7-X목적물(7)을 배치하고, 기판홀더목적물(7)을 배치하고, 기판홀더(14)에는 MgO기판(8)을 배치하였다. 챔버(10)는 배기하여 1×10－6Torr로 하였다. 상기 챔버(10)에 O2기체를 도입하여 해당 챔버내의 압력을 400mTorr로 했다. 기판(8)과 목적물(7)사이의 거리는 7cm이고, 기판홀더(14)의 가열수단에 의해 기판(8)을 700℃의 온도까지 가열하였다. 본 실시에의 레이저빔원은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저였다. 레이저빔에너지는 3.5J/cm2가 되도록 제어하였고, 목적물(7)표면상의 레이저빔 조사면적은 2×4mm2, 펄스주파수는 5Hz이었다. 약 15r.p.m의 회전속도로 목적물(7)을 회전하였다.
제 1 광로를 방해하는 어떠한 위치로부터도 거울(21)을 제거하면 레이저빔은 제 1 광로를 통하여 목적물(7)위로 입사한다. 그후, 목적물(7)위로 도입된 레이저빔에 의해 레이저 융삭가공을 행하였다. 또, 거울스캐너(100)를 동작시켜 목적물(7)위로 입사하는 레이저빔 2차원이동을 부여하였다.
레이저빔은, 제 1 도에 도시한 바와 같이, 레이저빔원(1)으로부터 거울스캐너(100), 렌즈(5) 및 제 1 입구창(11)을 통해 목적물(7)을 통과하고, 목적물재료는 기화되어 플룸을 형성한다. 목적물(7)에 대해 온축 위치로 배치된 기판(8)의 노출면상에 기화된 목적물재료를 퇴적하여, 두께가 500nm인 초전도층을 형성하였다. 레이저 융삭가공을 완료한 다음 레이저빔원(1)으로부터의 전력공급을 정지하였다.
다음에, 챔버(10)내로 산소기체를 도입하여 대기압으로 하고, 기판이 200℃미만의 온도로 자연냉각될 때까지 가공장치를 동작하지 않는 상태로 두었다. 제 1 도에 도시된 위치에 거울(21)을 배치하여, 레이저재료 가공을 위한 제 2 광로로 레이저빔을 반사시켰다. 그 후, 기판(8)의 표면이 제 2 입구창(12)을 통하는 레이저빔과 대략 수직인 위치로 기판홀더(14)를 스윙시켰다. 챔버(10)를 다시 1×106Torr로 배기하고 레이저빔원(1)으로 전력을 공급하였다. 레이저빔은 6개의 거울(21), (31), (32), (51), (52), (4), 렌즈(6) 및 제 2 입구창(12)으로 이루어진 제 2 광로를 따라 진행하였다.
레이저재료의 가공시에, 제 2 광로중의 레이저 광학거울 스캐닝 시스템을 동작시켜 기판(8)의 표면을 스캔하였다. 상기 레이저 광학거울 스캐닝 시스템은 거울(52), (4)을 구비하며, 이들을 제 2 도를 참조하면서 설명한 바와 같이 동기적으로 이동하여 기판의 표면전체를 스캔하였다. 상기 스캐닝을 외부제어기(도시되어 있지 않음)에 의해 제어하여 레이저재료 가공에 의해 제 4 도의 패턴을 제작하였다.
제 2 광로는 20 : 1의 광학결상비를 가졌고 2mm×1mm의 슬릿(도시되어 있지 않음)은 레이저빔원(1)의 개구부를 감소시키도록 이용되었다. 레이저재료 가공의 레이저에너지는 1.5J/cm2이고 기판(8)의 표면상의 조사면적은 100㎛×50㎛, 펄스주파수는 10Hz이었다. 거울(52), (4)은 상기한 바와 같이 동기하여 이동하였다. 기판표면상의 1점당 레이저펄스조사는 20회로 설정하였고, 거울(52), (4)의 이동에 의한 스캐닝을 95㎛피치로 행하여, 초전도 라인도전체(24), 초전도 접지도전체(22), (23)가 제 4 도에 도시한 바와 같이 형성되어 마이크로스트립라인 디바이스를 형성하였다.
본 실시예에 의해 제작된 마이크로스트립라인 디바이스의 신호손실은 네트워크분석기(HP8510B, 휴렛패커드사 제품)을 이용하여 77.3K의 온도에서 측정하여 종래의 마이크로스트립라인 디바이스와 비교하였다. 저온상태하에서 측정하기 위해 저온유지장치에는 액체질소를 이용하였다.
본 발명에 의한 마이크로스트립라인 디바이스를 통한 신호손실은 10GHz이하의 주파수에서 0,1dB인 반면, 종래의 포토리소그래피법에 의한 마이크로스트립라인 디바이스의 신호손실은 동일 주파수에서 0.3dB이었다.
그러므로, 본 발명에 위한 초전도 마이크로스트립라인 디바이스는 종래의 초전도 마이크로스트립라인 디바이스보다도 신호손실이 적다는 것을 알게 되었다.
본 발명에 의한 다른 실시예로서, ArF엑시머레이저빔원(1)을 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저빔원(1) 및 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저빔원(1)으로 대체하여 상기와 마찬가지로 수행한 바, 이들 다른 실시예에서 형서된 마이크로스트립라인 디바이스에서도 마찬가지 결과가 얻어졌다.
그러므로, 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저빔원과 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저빔원(1)은 모두 본 발명에 의한 제작방법에도 유용하다.
본 발명에 의한 제작방법 및 장치는 온축 레이저 퇴적 기하구조에 한정되는 것은 아니며 제 5 도에 도시한 바와 같이 오프축 기하구조에도 적용가능하다. 제 5 도에 의하면, 챔버(10)는 오프축 퇴적에 적합한 기판홀더(14a)를 내장하고 있다. 기판홀더(14a)는 기판(8)의 양표면이 목적물(7)의 표면과 대략 수직이 되도록 기판(8)을 지지한다. 따라서, 복합 초전도산화물의 레이저융삭에 오프축 기하구조를 이용하면 기판(8)의 양표면상에 목적물재료를 퇴적할 수 있다.
기판홀더(14a)는 퇴적된 초전도재료층의 균일성을 얻기 위해서 각종 이동을 할 수 있다. 먼저, 기판홀더(14a)는 회전대를 구비하여 기판(8)의 표면과 평행방향으로 해당 기판(8)을 회전시킨다. 상기 회전에 의해 초전도층 전체에 걸쳐 균일한 두께를 달성할 수 있다.
기판홀더(14a)는 스윙수단(도시되어 있지 않음)을 구비하고 있어, 기판(8)의 ㅛ면이 제 2 입구창(12)을 통과하는 레이저빔과 수직인 위치로 기판(8)을 스윙시킬 수 있다. 이러한 기판(8)의 위치에 의해 기판(8)의 상기 퇴적표면을 정밀하고 효과적으로 제작할 수 있다.
또, 기판홀더(14a)는 기판(8)주위를 회전하는 수단을 구비하여, 기판(8)의 양 표면이 제 2 입구창(12)을 포함한 제 2 광로에 의한 레이저재료가공에 의해 가공되도록 해도 된다. 또한, 히터도 기판홀더(14a)에 설치되어 있다.
본 발명은 소정의 바람직한 실시예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 당업자에게 있어 기타 많은 변형이 가능함은 명백하가. 예를 들면, 목적물재료는 TlBa2CaCu2OX, Tl2Ba2Ca2Cu3Ox, 또는 Bi2Sr2CaCu2OX등의 기타 복합 초전도산화물로부터 선택해도 된다. 또, 기판(8)은 (100)평면의 LaAlO3, R평면의 사파이어(Al2O3) 또는 SrTiO3이어도 된다. 그러므로, 첨부된 특허청구범위의 정신 및 범위는 여기에 포함된 바람직한 실시예의 설명에 한정되어서는 안된다.

Claims (17)

  1. 복합산화 초전도화합물의 초전도막을 포함하는 초전도소자의 제작방법에 있어서, (a) 기판이 복합산화 초전도화합물의 목적물재료로 구성된 목적물의 표면에 대향하여 위치결정되도록 해당 기판을 챔버내에 있는 목적물의 부근에 배치하는 스텝과 ; (b) 상기 목적물재료가 상기 목적물의 표면에 대향하는 위치를 유지하는 기판의 표면상에 퇴적되도록 제 1 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 목적물의 표면에 조사하여 상기 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝과 ; (c) 상기 챔버로부터 상기 기판을 제거함이 없이, 제 1 광로와 일치하지 않는 제 2 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 기판의 표면에 조사함으로써 상기 기판 상의 상기 목적물재료층의 표면을 가공해서 초전도소자를 형성하는 스텝으로 이루어지고, 상기 스텝(c)는 상기 제 2 광로를 변경함으로써 상기 기판상의 상기 레이저빔의 입사위치를 제어하는 동작을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  2. 제1항에 있어서, 스텝(c)는 상기 기판의 위치를, 상기 제 2 광로를 통하여 상기 기판상으로 입사하는 상기 레이저빔과 수직이 되는 위치로, 변경하는 동작을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 스텝(b)는 상기 목적물의 표면상으로 입사한 레이저빔을 스캔하는 동작과 상기 목적물을 회전시키는 동작을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기판은, 상기 목적물로부터의 플룸(plume)의 정상이 상기 기판의 표면전체와 접촉할 수 있도록, 2차원적으로 이동 및 회전이 가능하거나 또는 이동이나 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 목적물재료는 Y1Ba2Cu3O7－X, TlBa2CaCu2OX, Tl2Ba2Ca Cu3OX및 Bi2Sr2CaCu2OX로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스텝(b)와 상기 스텝(c)의 상기 레이저빔은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저, 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저 및 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  7. 복합산화 초전도화합물의 초전도막을 포함하는 초전도소자의 제작방법에 있어서, (a) 기판이 복합산화 초전도화합물의 목적물재료로 구성된 목적물의 표면에 수직이 되게 위치결정되도록 해당 기판을 챔버내에 있는 목적물의 부근에 배치하는 스텝과 ; (b) 상기 목적물재료가 해당 목적물의 표면과 수직인 위치를 유지하는 기판의 표면상에 퇴적되도록 제 1 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 목적물의 표면에 조사하여 상기 목적물재료를 기화 또는 승화시키는 스텝과 ; (c) 상기 챔버로부터 상기 기판을 제거함이 없이, 제 1 광로와 일치하지 않는 제 2 광로를 따라 진행하는 레이저빔을 상기 기판의 표면에 조사함으로써 상기 기판 상의 상기 목적물재료층의 표면을 가공해서 초전도소자를 형성하는 스텝으로 이루어지고, 상기 스텝(c)는 상기 제 2 광로를 변경함으로써 상기 기판상의 상기 레이저빔의 입사위치를 제어하는 동작을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스텝(b)는 상기 목적물의 표면상으로 입사한 레이저빔을 스캔하는 동작과 상기 목적물을 회전시키는 동작을 부가하여 포함한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 기판은, 상기 목적물로부터의 플룸이 상기 기판의 전체표면과 접촉할 수 있도록, 상기 기판의 표면과 평행한 방향으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  10. 제7항에 있어서, 상기 목적물재료는 Y1Ba2Cu3O7－X, TlBa2CaCu2OX,Tl2Ba2Ca Cu3OX및 Bi2Sr2CaCu2OX로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 스텝(b)와 상기 스텝(c)의 상기 레이저빔은 파장이 193nm인 ArF엑시머레이저, 파장이 248nm인 KrF엑시머레이저 및 파장이 308nm인 XeCl엑시머레이저로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  12. 복합산화 초전도화합물의 초전도막을 포함하는 초전도소자의 제작장치에 있어서, (i) 복합산화 초전도화합물로 이루어지 목적물을 유지하는 목적물홀더와, 기판을 가열하는 히터를 구비하고 또한 기판을 유지하는 기판홀더가 수납되어 있는 챔버와 ; (ii) 레이저빔원과 ; (iii) 상기 챔버내에 형성되어 있는 제 1, 제 2 입구창과 ; (iv) 상기 레이저빔원으로부터 상기 제 1 입구창을 통해 상기 목적물까지 이르고, 상기 기판상에 복합산화 초전도화합물층을 형성하기 위한 레이저 융삭처리에 이용되는 제 1 광로와 ; (v) 상기 레이저빔원으로부터 상기 제 2 입구창을 통해 상기 기판까지 이르고, 소정의 초전도소자를 형성하기 위한 상기 복합산화 초전도화합물층의 레이저재료 가공에 이용되는 제 2 광로로 이루어진 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제 1 광로에는 복수의 거울로 구성된 제 1 거울 스캐닝 시스템의 구비되어 있고, 상기 복수의 거울은 상기 제 1 광로가 평행한 경로로 변경되도록 동기하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 제 2 광로는 복수의 거울로 구성된 제 2 거울 스캐닝 시스템을 구비하고, 상기 복수의 거울은, 상기 제 2 광로가 평행한 경로로 변경되도록, 동기하여 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  15. 제12항에 있어서, 상기 기판홀더는 상기 기판의 표면과 평행한 방향으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  16. 제12항에 있어서, 상기 기판홀더는 상기 기판의 표면과 평행한 방향으로 2차원적으로 이동 및 회전이 가능하거나 또는 이동이나 회전이 가능한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 목적물홀더는 상기 목적물의 표면에 수직인 축을 중심으로 회전가능한 것을 특징으로 하는 초전도소자의 제작장치.
KR1019950026697A 1994-08-26 1995-08-26 레이저재료 가공시 수반되는 레이저융삭을 경유한 초전도부품의 제작방법 및 장치 KR100234850B1 (ko)

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