KR100218690B1 - 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치 - Google Patents
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Abstract
본발명은 화학조성이 복잡한 각종 산화물 박막을 가장효율적으로 증착시키는 펄스 레이저 증착시 넓은 면적의 박막을 증착하기 위해 타깃 부착 방법을 변화시켜 대면적 박막을 증착할 수 있도록 한 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치에 관한 것으로, 특히 화학 조성이 복잡한 각종 산화물 박막을 가장 효율적으로 증착시키는 펄스 레이저 증착시 넓은 면적의 박막을 증착하기 위해 타깃 부착 방법을 변화시켜 대면적 박막을 증착할 수 있도록 한 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치에 관한 것이다.
정보 통신분야의 급속한 발전에 따라 이 분야에 관련된 각종 부품들의 성능도날로 높아지고 있다. 이러한 요구를 충족시키는 부품소재들로 최근 각광을 받고 있는 재료로는 산화물계 고온초전도 박막, 산화물계 강유전성 박막 등의 페로브스카이트계 산화물들을 들 수 있다. 이 재료들은 4가지 이상의 구성원자들로 이루어져 있어서 박막 제작시 화학양론적 조성을 얻기 어렵고, 박막 성장조건을 최적화하는 데 장시간이 소요된다는 단점이 있다. 1980년대 말 고온초전도 박막 연구의 성과로 펄스 레이저 증착법이 개발되어 앞에서 지적한 단점들을 극복할 수 있었다. 그러나, 이러한 증착 방법은 증착물질의 에너지 원으로 사용하는 레이저 빔의 크기가 2 mm x 5mm 정도로 매우 작아서 증착 면적이 직경 2.5 cm 이하로 제한되는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 레이저 빔이나 기판을 주기적으로 이동시켜서 직경 5 내지 15cm 의 기판에 균질한 산화물 박막을 증착시킬 수 있었다. 그런데, 이와 같은 종래의 방법들은 모두 레이저 빔을 이동시키기 위한 광학계를 별도로 설치하거나, 기판을 이동시키기 위한 보조 장치가 필요하기 때문에 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 레이저 빔이나 기판을 이동시키지 않으면서 대면적 박막을 증착할 수 있는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 대 면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치는 타깃 고정판 표면과 경사지도록 타깃 고정틀에 의해 부착되어 회전이 가능한 경사진 타깃과, 기판이 부착되며 기판의 회전축을 따라 회전이 가능한 기판 가열기와, 진공 챔버에 장착되어 경사진 타깃으로 레이저 빔을 입사시키도록 하는 엑시머 레이저로 구성된 것을 특징으로 한다.
제1도는 본발명에 따른펄스 레이저를 이용한 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치의 구조도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 타깃 고정판 2 : 타깃 고정틀
3 : 0도 회전된 타깃 4 : 180도 회전된 타깃
5 : 0도 회전된 타깃에서 방출된 플룸
6 : 180도 회전된 타깃에서 방출된 플룸
7 : 기판 8 : 기판 가열기
9 : 기판 회전축 10 : 플룸 회전축
11 : 엑시머 레이저 12 : 진공 챔버
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도면은 본 발명에 따른 펄스 레이저를 이용한 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치의 구조도 이다.
회전 가능한 경사진 타깃(3)과 직경 16cm의 기판(7)를 부착시킬 수 있으며, 상기 기판의 회전축을 따라 회전이 가능한 기판 가열기(8)와, 상기 경사진 타깃(3)으로 레이버 빔을 입사 시키는 엑시머 레이저(11)가 진공 챔버(12)에 장착된 간단한 장치이다. 진공 챔버(12)는 진공도가 1x10-6Torr정도이고, 산소 내지는 아르곤을 공급할 수 있는 가스 공급 시스템이 연결되어야 한다. 타깃(3)은 증착하고자 하는 산화물 박막의 조성과 동일한 조성의 다결정질 소결체로 직경 2.5cm의 원통형으로 제작하여 타깃 고정판(1) 표면과 45도 경사지도록 타깃 고정틀(2)을 사용하여 부착한다. 기판의 회전축(9)과 풀룸의 회전축(10) 간의 거리는 타깃(3)-기판(7)간 거리보다 약간 짧게 한다. 상술한 바와 같은 레이저 증착 장치를 사용할 경우, 레이저 빔에 의해 발생된 플룸(5)은 타깃이 회전됨에 따라 플룸 회전축(0)을 회전축으로 360도 회전하게 된다. 이때, 타깃(3)이 180도 회전한 경우 타깃의 위치는 도면부호 (4)와 같이 되고, 방출되는 플룸은 (6)과 같이 된다. 이와 동시에 기판을 기판 회전축(9)을 회전축으로 회전시키면 직경 16cm의 면적을 골고루 증착할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 YBa2Cu3O7-X산화물(이하, YBCO 박막) 고온 초전도 대면적 박막의 펄스 레이저 증착 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 타깃은 증착하고자 하는 YBCO 박막과 동일한 조성의 분말을 원통형으로 성형하고, 고온 고압하에서 소결하여 이론 밀도의 95%에 해당하는 소결 밀도를 갖는 소결체를 사용한다. 타깃의 밀도는 증착 박막 표면형상에 매우 큰 영향을 미친다. 준비된 타깃의 표면을 사포로 잘 연마한 후 타깃 고정틀(2)에 먼저 접착제로 부착시킨 후 이 틀을 고정판(1)에 다시 부착시킨다. 다음으로 잘 세착된 직경 16cm의 LaAlO3(이하, LAO이라 함)(100)기판을 기판가열기에 고정 시킨다.
타깃과 기판을 장착한 후 진공챔버(12)를 닫고, 1x10-16Torr까지 진공도를 유지하면서 증착온도인 750℃까지 온도를 상승 시킨다. 이 온도에 도달한 후, 먼저 챔버내에 산호를 100 mTorr의 압력으로 유지시키고, 기판 표면을 가리개로 가린 후 액시머 레이저로 타깃 표면에 부착된 이 물질이나 입자들을 제거한다. 이어서 타깃과 기판을 회전시키고, 기판가리개를 제거한 후 엑시머 레이저를 타깃에 입사시킨다. 이때 플룸(5)은 플롬 회전축(10)을 중심으로 360도 회전하게 되고, 플룸 끝의 괘적은 원형이 되며, 이것의 직경은 기판의 반경에 해당 된다. 여기서, 기판도 기판 회전축(8)을 중심으로 회전하므로 기판(7)의 전면에 플룸끝이 균일하게 분포될 수 있다.
상술한 바와 같이 본발명에 따른 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치를 사용하면, 화학조성이 복잡한 산화물계 박막들을 저렴하게 직경 16cm의 기판상에 균일하게 증착할 수 있다. 특히, 대면적 박막 기술이 매우 중요한 기술적 한계로 지적되고 있는 이동통신용 고온 초전도 고주파 필터 제작시 저렴한 방법으로 균질한 대면적 산화물 고온초전도 박막을 증착할 수 있는 탁월한 효과가 있다.
Claims (7)
- 산화물 박막용 레이저 증착 창치의 진공 챔버에 있어서, 타깃 고정판 표면과 경사지도록 타깃 고정틀에 의해 부착되어 회전이 가능한 경사진 타깃과, 기판이 부착되며 상기 기판의 회전축을 따라 회전이 가능한 기판 가열기와 진공 챔버에 장착되어 상기 경사진 타깃에 레이저 빔을 입사 시키도록 하는 엑시머 레이저로 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 진공 챔버는 진공도가 1x10-6Torr이고, 산소 또는 아르곤을 공급할 수 있는 가스 공급 시스템인 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 경사진 타깃은 증착하고자 하는 산화물 박막의 조성과 동일한 조성의 다결정질 소결체인 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 경사진 타깃은 직경 2.5cm의 원통형으로 타깃 고정판 표면과 45도 경사지도록 타깃 고정틀에 의해 부착된 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 경사진 타깃은 경사각을 임의의 각으로 조절하여 증착 면적과 증착 속도를 조절할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 직경이 16cm의 LaAlO3(100) 기판인 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 회전 가능한 기판 가열기를 사용하여 엑시머 레이저의 레이저 빔에 의해 발생된 플롬 끝의 원형 쾌적 직경을 반경으로하는 기판에 박막 증착이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 대면적 산화물 박막용 레이저 증착 장치.
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