JP2000319096A

JP2000319096A - 薄膜の形成方法

Info

Publication number: JP2000319096A
Application number: JP12323199A
Authority: JP
Inventors: Mariko Kimura; 真理子木村; Yasuhiro Iijima; 康裕飯島; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方; Takashi Saito; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-21
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP3877903B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ターゲットが一方向だけ深く削られることを
防止して、ターゲットの寿命を延ばすことができ、高特
性の薄膜を長尺にわたり均一に形成できる薄膜の形成方
法の提供。【解決手段】レーザ光をターゲットに照射して、ター
ゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させて、基材
上に前記構成粒子を堆積させることにより薄膜を形成す
る薄膜の形成方法であって、レーザ光３０の照射位置を
ターゲット１５の表面上で移動させるレーザ光の走査を
複数回行うことによりレーザ光３０をターゲット１５に
照射してレーザ蒸着する際に、異なる方向のターゲット
１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発されるようにレー
ザ光３０の走査を行う毎にターゲット１５を所定角度ず
つ回転させる薄膜の形成方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光をターゲ
ットに照射してターゲットの構成粒子を叩き出し若しく
は蒸発させ、基材上に該構成粒子を堆積させることによ
り酸化物超電導体等の薄膜を形成する薄膜の形成方法に
係わり、特に、ターゲットの寿命を延ばすことができ、
高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成できる薄膜の形
成方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】酸化物超電導体を導電体として使用する
ためには、テープ状などの長尺の基材上に、結晶配向性
の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成する必要がある
が、一般には、金属テープ自体が多結晶体でその結晶構
造も酸化物超電導体と大きく異なるために、結晶配向性
の良好な酸化物超電導体の薄膜を形成させることはでき
なかった。そこで本発明者らは、ハステロイテープなど
の金属テープからなる基材１の上に結晶配向性に優れた
イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの多結晶
中間薄膜を形成し、この多結晶中間薄膜上に、酸化物超
電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素
（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹ ₁
Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x系の酸化物超電導体の薄膜を形成するこ
とで超電導特性の優れた酸化物超電導導体を製造する試
みが行なわれており、本発明者らは先に、特願平３ー１
２６８３６号、特願平３ー１２６８３７号、特願平３ー
２０５５５１号、特願平４ー１３４４３号、特願平４ー
２９３４６４号などにおいて特許出願を行なっている。

【０００３】これらの特許出願に記載された技術おいて
は、Ｙ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x系の酸化物超電導体の薄膜を形成
させるために、レーザ蒸着法による薄膜の形成方法が採
用されている。図１２は、従来のレーザ蒸着法により酸
化物超電導体の薄膜を形成するためのレーザ蒸着装置の
一例を示す。この例のレーザ蒸着装置１１は、処理容器
１２を有し、この処理容器１２の内部の蒸着処理室１３
に、薄膜積層体１４と、ターゲット１５とを設置できる
ようになっている。即ち、蒸着処理室１３の底部には基
台１６が設けられ、この基台１６の上面に基材上に多結
晶中間薄膜を形成してなる薄膜積層体１４を設置できる
ようになっているとともに、基台１６の斜め上方に支持
ホルダ１７によって支持された酸化物超電導体のターゲ
ット１５が設けられている。また、図中符号１８は薄膜
積層体１４の送出装置、１９は薄膜積層体１４の巻取装
置を示す。

【０００４】また、処理容器１２は、排気孔２０を介し
て真空排気装置２１に接続されて蒸着処理室１３を所定
の圧力に減圧できるようになっている。ターゲット１５
としては、成膜しようとする酸化物超電導体の組成と同
等か近似する組成のものであって、酸化物超電導体の焼
結体等が用いられている。また、ターゲット１５の形状
としては、図１３に示すような円形状のものや、あるい
は図１４に示すような方形状（図面では長方形状）のも
のが用いられていた。このターゲット１５は、後述する
レーザ光３０が所定の角度で照射されて、このレーザ光
３０によって叩き出されるターゲット１５の構成粒子が
薄膜積層体１４上に均一に堆積できるように所定の角度
で傾斜した状態で設けられている。基台１６は加熱ヒー
タを内蔵したもので、薄膜積層体１４を必要に応じて加
熱できるようになっている。一方、処理容器１２の側方
には、レーザ発光装置２２と第１反射鏡２３と集光レン
ズ２４と第２反射鏡２５とが設けられ、レーザ発光装置
２２が発生させたレーザ光３０を処理容器１２の側壁に
取り付けられた透明窓２６を介してターゲット１５に集
光照射できるようになっている。

【０００５】上述のような構成のレーザ蒸着装置１１を
用いて薄膜積層体１４上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物超
電導体の薄膜を成膜するには、薄膜積層体１４をこの多
結晶中間薄膜側を上にして基台１６上に設置し、酸化物
超電導体のターゲット１５としてＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xのタ
ーゲットを設置し、蒸着処理室１３を真空排気装置２１
で減圧する。ついで、送出装置１８から薄膜積層体１４
を送り出しつつ、エキシマレーザ等のレーザ光３０の照
射位置を酸化物超電導体のターゲット１５の表面上で移
動させることで走査しながら、ターゲットの構成粒子を
叩き出し若しくは蒸発させて、多結晶中間薄膜上に上記
構成粒子を堆積させる。多結晶中間薄膜は、その結晶粒
が予めｃ軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向するようにイオ
ンビームアシスト法により形成されているので、酸化物
超電導体の薄膜の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶中間
薄膜の結晶に整合するようにエピタキシャル成長して結
晶化する。これにより結晶配向性を制御したＹ₁Ｂａ₂Ｃ
ｕ₃Ｏ_Xの酸化物超電導体の薄膜が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のレー
ザ蒸着法による薄膜の形成方法においては、以下のよう
にターゲット１５表面に照射するレーザ光３０の照射位
置を移動させている。ターゲット１５が図１３に示した
ような円形状である場合には、レーザ光３０をターゲッ
ト１５の円周１５ａに沿って、徐々にターゲット１５ａ
の中心に向けて回転するように移動させる。このように
するとレーザ光３０の往路の軌跡は図１３の一点鎖線で
示されるような軌跡３１となる。そして、レーザ光３０
がターゲット１５の中心に到達したならば、上記往路と
同じ経路を逆方向に移動させると、レーザ光３０は徐々
にターゲット１５の外方に向けて回転するように移動す
る。さらに、上述のようにレーザ光３０をターゲット１
５の円周１５ａ側から中心、中心から円周１５側に向け
て回転するように移動させる動作を複数回繰り返す。従
って、ターゲット１５が円形状である場合には、レーザ
光３０は、ターゲット１５上の軌跡３１で示されるよう
な同一のスパイラル状の経路に沿って複数回往復移動し
ていることになる。

【０００７】ターゲット１５が図１４に示したような方
形状である場合には、レーザ光３０をターゲット１５の
コーナＡ近傍からスタートさせ、短辺１５ｂに沿って移
動（Ｘ移動）させ、次にターゲット１５の長辺１５ｃに
沿ってわずかに移動（Ｙ移動）させる動作を繰り返す移
動方法（Ｘ−Ｙ移動方法）によりコーナＡに隣接するコ
ーナＤ近傍まで到達させる。このようにするとレーザ光
３０の往路の軌跡は、図１４の一点鎖線で示されるよう
な軌跡３２となる。そして、レーザ光３０がコーナＤ近
傍まで到達したならば、上記往路と同じ経路を逆方向に
移動させる。さらに、上述のようにレーザ光３０をター
ゲット１５の一つのコーナＡ近傍からこれと隣接するコ
ーナＤ近傍までと、コーナＤ近傍からこれと隣接するコ
ーナＡまでＸＹ移動させる動作を複数回繰り返す。従っ
て、ターゲット１５が方形状である場合には、レーザ光
３０は、ターゲット１５上の軌跡３２で示されるような
同一のミアンダ状の経路に沿って複数回往復移動してい
ることになる。

【０００８】しかしながら従来の薄膜の形成方法におい
ては、上述のようにレーザ光３０をターゲット１５の表
面上の同一経路に沿って往復移動させることにより走査
するため、長時間成膜を行うと、ターゲット１５から叩
き出された構成粒子の飛行する方向が偏ってしまい構成
粒子を薄膜積層体１４上に均一に堆積させることができ
ず、得られる薄膜の厚みや膜質や結晶配向性にバラツキ
が生じてしまい、臨界電流密度等の超電導特性が低下し
てしまう。それは、ターゲット１５に対して斜め方向か
らレーザ光３０を照射しているため、レーザ光３０を繰
り返し照射すると、ターゲット１５表面が一方向だけ深
く削られてしまい、図１５に示すような底部に凹凸を有
する溝３３ができてしまう。このように一方向だけ深く
削られたターゲット１５にレーザ光３０を照射すると、
先に述べたようにターゲット１５が所定の角度で傾斜し
て配置されていても、レーザ光３０は溝３３内の凹凸部
分にあたって偏心してしまうため、偏心したレーザ光３
０により叩き出された構成粒子は薄膜積層体１４上に均
一に堆積しない。従って、従来のレーザ蒸着法による薄
膜の形成方法では、上述のようなレーザ光の偏心が起こ
ることにより、超電導特性が優れた酸化物超電導体の薄
膜を長尺にわたり均一に形成できないという問題があっ
た。また、レーザ光の偏心が起こると、未だ酸化物超電
導体の焼結体が残存していても、ターゲットは寿命とな
り、ターゲットを有効に利用できないという課題があっ
た。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、ターゲットが一方向だけ深く削ら
れることを防止して、ターゲットの寿命を延ばすことが
でき、高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成できる薄
膜の形成方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、以下の構成を採用した。請求項１記載の薄膜の形
成方法は、レーザ光をターゲットに照射して、ターゲッ
トの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させて、基材上に
前記構成粒子を堆積させることにより薄膜を形成する薄
膜の形成方法であって、レーザ光の照射位置を上記ター
ゲットの表面上で移動させるレーザ光の走査を行いなが
らレーザ光をターゲットに照射してレーザ蒸着する際
に、異なる方向のターゲットの構成粒子が叩き出される
か蒸発されるようにターゲットを回転させることを特徴
とする。

【００１１】また、請求項２記載の薄膜の形成方法は、
レーザ光をターゲットに照射して、ターゲットの構成粒
子を叩き出し若しくは蒸発させて、基材上に前記構成粒
子を堆積させることにより薄膜を形成する薄膜の形成方
法であって、レーザ光の照射位置を上記ターゲットの表
面上で移動させるレーザ光の走査を複数回行うことによ
りレーザ光をターゲットに照射してレーザ蒸着する際
に、異なる方向のターゲットの構成粒子が叩き出される
か蒸発されるようにレーザ光の走査を行う毎にターゲッ
トを所定角度ずつ回転させることを特徴とする。

【００１２】また、請求項３記載の薄膜の形成方法は、
請求項１又は２記載の薄膜の形成方法において、上記タ
ーゲットとして方形板状のものを用いることを特徴とす
る。また、請求項４記載の薄膜の形成方法は、請求項１
乃至３のいずれかに記載の薄膜の形成方法において、上
記ターゲットの回転角度が１８０゜であることを特徴と
する。また請求項５記載の薄膜の形成方法は、請求項
１乃至３のいずれかに記載の薄膜の形成方法において、
ターゲットの回転角度が９０゜であることを特徴とす
る。また、請求項６記載の薄膜の形成方法は、請求項１
乃至５のいずれかに記載の薄膜の形成方法において、上
記ターゲットとして、複数枚のターゲットが並べられて
なるものを用いることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態で
は、本発明を酸化物超電導体の薄膜の形成方法に適用し
た場合について説明する。図１は、本実施形態の酸化物
超電導体の薄膜の形成方法により得られた酸化物超電導
導体を示す斜視断面図である。この酸化物超電導導体４
は、薄膜積層体１４上に酸化物超電導体の薄膜３を形成
してなるものである。薄膜積層体１４は、ハステロイ等
の金属テープ状の基材１上にイオンビームアシストスパ
ッタリング法等によってＹＳＺの多結晶中間薄膜２を形
成してなるものである。

【００１４】基材１の構成材料としては、ステンレス
鋼、銅、または、ハステロイなどのニッケル合金などの
合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープ
を用いることができる。この基材１の厚みは、０．０１
〜０．５ｍｍ、好ましくは０．０２〜０．１５ｍｍとさ
れる。基材１の厚みが０．５ｍｍ以上では、後述する酸
化物超電導体の薄膜３の膜厚に比べて厚く、オーバーオ
ール（酸化物超電導導体全断面積）あたりの臨界電流密
度としては低下してしまう。一方、基材１の厚みが０．
０１ｍｍ未満では、著しく基材１の強度が低下し、酸化
物超電導導体４の補強効果を消失してしまう。

【００１５】多結晶中間薄膜２は、立方晶系の結晶構造
を有する結晶の集合した微細な結晶粒が多数相互に結晶
粒界を介して接合一体化されてなるものであり、各結晶
粒の結晶軸のｃ軸は基材１の上面（成膜面）に対してほ
ぼ直角に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸どうしおよ
びｂ軸どうしは、互いに同一方向に向けられて面内配向
されている。多結晶中間薄膜２の厚みは、０．１〜１．
０μｍとされる。多結晶中間薄膜２の厚みを１．０μｍ
を超えて厚くしてももはや効果の増大は期待できず、経
済的にも不利となる。一方、多結晶中間薄膜２の厚みが
０．１μｍ未満であると、薄すぎて酸化物超電導体の薄
膜３を十分支持できない恐れがある。この多結晶中間薄
膜２の構成材料としてはＹＳＺの他に、ＭｇＯ、ＳｒＴ
ｉＯ₃等を用いることができる。

【００１６】酸化物超電導体の薄膜３は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃
Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_xなる組成、
（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃ
ａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃
Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化
物超電導体からなるものである。この薄膜３の厚みは、
０．５〜５μｍ程度で、かつ均一な厚みとなっている。
また、薄膜３の膜質は均一となっており、薄膜３の結晶
のｃ軸とａ軸とｂ軸も多結晶中間薄膜２の結晶に整合す
るようにエピタキシャル成長して結晶化しており、結晶
配向性が優れたものとなっている。

【００１７】図２は、図１に示した酸化物超電導体の薄
膜３を形成するためのレーザ蒸着装置の一例を示す図で
ある。この例のレーザ蒸着装置４１が、図１２に示した
従来の酸化物超電導体の薄膜３の形成方法に用いられる
レーザ蒸着装置１１と異なるところは、酸化物超電導体
のターゲット１５を支持する支持ホルダとして図２に示
すような支持ホルダ３７が備えられた点である。

【００１８】支持ホルダ３７に取り付けられるターゲッ
ト１５としては、形成しようとする酸化物超電導体の薄
膜３と同等または近似した組成、あるいは、成膜中に逃
避しやすい成分を多く含有させた複合酸化物の焼結体あ
るいは酸化物超電導体などの板体からなっている。従っ
て、酸化物超電導体のターゲット１５は、Ｙ₁Ｂa₂Ｃｕ₃
Ｏ_x、Ｙ₂Ｂa₄Ｃｕ₈Ｏ_x、Ｙ₃Ｂa₃Ｃｕ₆Ｏ_xなる組成、
（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃａ₂Ｓｒ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、（Ｂｉ,Ｐｂ）₂Ｃ
ａ₂Ｓｒ₃Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成、あるいはＴｌ₂Ｂａ₂Ｃａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x、Ｔｌ₁Ｂａ₂Ｃａ₃
Ｃｕ₄Ｏ_xなる組成などに代表される臨界温度の高い酸化
物超電導体の薄膜３を形成するために使用するので、こ
れと同一の組成か近似した組成のものを用いることが好
ましい。また、ターゲット１５の形状としては、長方形
板状や正方形板状などの方形板状のものが用いられる。
レーザ発光装置２２としては、ターゲット１５から構成
粒子を叩き出すことができるレーザ光３０を発生するも
のであれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ₂レーザ、エキシマレ
ーザなどのいずれのものを用いても良い。

【００１９】レーザの照射出力の調整は、レーザ発光装
置２２に電力を供給する増幅装置（図示せず）の出力を
調整することにより行うことができる。また、レーザの
照射周波数は、１秒間当たりに間欠的に発振されるレー
ザのパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザ
発光装置２２に電力を一定の周波数をもって間欠的に供
給するか、レーザ光が通過する経路のどこかに、回転セ
クタ等の機械的シャッタを設け、この機械的シャッタを
一定の周波数をもって作動させることにより、調整する
ことができる。

【００２０】支持ホルダ３７は、ターゲット１５を支持
する支持部３８と、該支持部３８の底部に取り付けられ
たホルダ回転用シャフト３９と、該ホルダ回転用シャフ
ト３９の端部に設けられたシャフト駆動源（図示略）か
ら概略構成されてなるものである。この支持ホルダ３７
は、上記シャフト駆動源の作動により、シャフト３９が
回転して支持部３８が回転するようになっているので、
この支持部３８に支持されたターゲット１５も支持部３
８の回転と共に回転するようになっている。従って、こ
のような構成の支持ホルダ３７によれば、レーザ光３０
の照射位置をターゲット１の表面上で移動させるレーザ
光の走査を行いながらレーザ光をターゲットに照射して
レーザ蒸着する際に、上記シャフト駆動源によりホルダ
回転用シャフト３９の回転角度を調整することにより、
ターゲット１５の回転角度を調整し、異なる方向のター
ゲット１５の構成粒子が叩き出されるようにすることが
可能である。

【００２１】次に、図２に示したレーザ蒸着装置４１を
用いて薄膜積層体１４の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物
超電導体の薄膜３を形成する方法の第一の実施形態につ
いて説明する。ＹＳＺの多結晶中間薄膜２が形成された
薄膜積層体１４をこの多結晶中間薄膜２側を上にして基
台１６上に設置し、酸化物超電導体のターゲット１５と
してＹ ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xからなる長方形板状のターゲット
を支持ホルダ３７の支持部３８に取り付け、蒸着処理室
１３を真空排気装置２１で減圧する。ここで必要に応じ
て蒸着処理室１３に酸素ガスを導入して蒸着処理室１３
を酸素雰囲気としても良い。また、基台１６の加熱ヒー
タを作動させて薄膜積層体１４を所望の温度に加熱して
も良い。

【００２２】送出装置１８から薄膜積層体１４を送り出
しつつ、レーザ発光装置２２からレーザ光３０を発生さ
せ、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５の表面上
で移動させるレーザ光の走査を複数回行う際、各回の走
査が終了する毎に、上記シャフト駆動源によりホルダ回
転用シャフト３９を１８０゜ずつ回転させることにより
ターゲット１５を１８０゜ずつ回転させて、異なる方向
のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発され
るようにして、多結晶中間薄膜２の表面にターゲット１
５の構成粒子を堆積させる。

【００２３】ここでのレーザ光の走査について以下に詳
説する。第一回目のレーザ光の走査は、図３に示すよう
にレーザ光３０をターゲット１５のコーナＡ近傍からス
タートさせ、短辺１５ｂに沿って移動（Ｘ移動）させ、
次にターゲット１５の長辺１５ｃに沿ってわずかに移動
（Ｙ移動）させる動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動
方法）によりコーナＡに隣接するコーナＤ近傍まで到達
させると、第一回目のレーザ光の走査が終了する。この
ようにするとレーザ光３０の往路の軌跡は、図３の一点
鎖線で示されるような軌跡４２となる。第一回目のレー
ザ光の走査の終了後のターゲット１５の表面は、一方向
だけ削られた状態となっている。

【００２４】第一回目のレーザ光の走査が終了したなら
ば、シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を
１８０゜回転させることによりターゲット１５を１８０
゜回転させる。この後、図４に示すようにレーザ光３０
をターゲット１５のコーナＢ近傍からスタートさせ、短
辺１５ｂに沿って移動（Ｘ移動）させ、次にターゲット
１５の長辺１５ｃに沿ってわずかに移動（Ｙ移動）させ
る動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動方法）によりコ
ーナＢに隣接するコーナＣ近傍まで到達させると、第二
回目のレーザ光の走査が終了する。このようにするとレ
ーザ光３０の復路の軌跡は、図４の一点鎖線で示される
ような軌跡４３となる。第二回目のレーザ光の走査によ
り削られるターゲット１５の表面の方向は、上記第一回
目のレーザ光の走査により削られる方向と異なる方向で
ある。

【００２５】ターゲット１５にレーザ光を照射する際の
走査速度は２〜２０ｍｍ／秒の範囲であることが好まし
い。走査速度が２ｍｍ／秒以下であると、ターゲットが
受けるレーザ光の熱エネルギーが大きくなり、ターゲッ
トの局部的な温度上昇による割れが発生するので好まし
くない。走査速度が２０ｍｍ／秒以上であると、ターゲ
ットからの構成粒子の叩き出し若しくは蒸発を充分に行
えず、酸化物超電導体の薄膜の形成速度が低下してしま
うので効率的でない。

【００２６】また、上述の走査速度の範囲でターゲット
にレーザ光を照射する場合には、レーザ光の照射エネル
ギーが２００〜４００ｍＪの範囲であることが必要であ
る。レーザ光の照射エネルギーが２００ｍＪ以下である
と、走査速度を２ｍｍ／秒としても、ターゲットに与え
る熱エネルギーが小さすぎて、ターゲットの構成粒子を
十分に叩き出し若しくは蒸発させることができないの
で、酸化物超電導体の薄膜の形成速度が低下してしまい
効率的でない。レーザ光の出力が４００ｍＪ以上である
と、走査速度を２０ｍｍ／秒としても、ターゲットに与
えるエネルギーが大きすぎて、ターゲットに割れが生じ
てしまうので好ましくない。

【００２７】更に、レーザ光の照射周波数が１０〜２０
０Ｈｚの範囲であることが必要である。レーザ光の照射
周波数が１０Ｈｚ以下であると、照射出力を４００ｍＪ
とし、走査速度を２ｍｍ／秒としても、ターゲットに与
えるエネルギーが小さすぎて、ターゲットの構成粒子を
十分に叩き出すことができないので、酸化物超電導体の
薄膜の形成速度が低下してしまい効率的でない。レーザ
光の照射周波数が２００Ｈｚより大きいと、照射出力を
２００ｍＪとし、走査速度を２０ｍｍ／秒としても、タ
ーゲットに与えるエネルギーが大きすぎて、ターゲット
に割れが生じてしまうので好ましくない。

【００２８】上述のようにレーザ光３０の走査を行う毎
にターゲットを１８０゜ずつ回転させることにより、タ
ーゲット１５の表面が一方向だけ深く削られるのを防止
でき、レーザ光３０の偏心を防止でき、ターゲット１５
から叩き出された構成粒子の飛行する方向が偏ることが
なく、上記構成粒子を薄膜積層体１４上に均一に堆積さ
せることができる。

【００２９】多結晶中間薄膜２は、その結晶粒が予めｃ
軸配向し、ａ軸とｂ軸でも配向するようにイオンビーム
アシスト法により形成されているので、上記のようにタ
ーゲット１５から叩き出された構成粒子が飛行方向が偏
ることなく飛行して、多結晶中間薄膜２上に均一に堆積
すると、酸化物超電導体の薄膜３の結晶のｃ軸とａ軸と
ｂ軸も多結晶中間薄膜２の結晶に整合するようにエピタ
キシャル成長して結晶化する。これにより膜厚が均一
で、かつ結晶配向性の優れたＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物
超電導体の薄膜３が得られる。なお、成膜後に必要に応
じて酸化物超電導体の薄膜３の結晶構造を整えるための
熱処理を施しても良い。

【００３０】第一の実施形態の酸化物超電導体の薄膜の
形成方法は、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５
の表面上で移動させるレーザ光の走査を複数回行うこと
によりレーザ光３０をターゲット１５に照射してレーザ
蒸着する際に、異なる方向のターゲット１５の構成粒子
が叩き出されるか蒸発されるようにレーザ光３０の走査
を行う毎にターゲットを１８０゜ずつ回転させることに
より、長時間成膜しても、ターゲット１５の表面が一方
向だけ深く削られることがなく、レーザ光を同一経路を
往復させる従来の薄膜の形成方法に比べてターゲット１
５の表面が平滑で、レーザ光３０の偏心を防止でき、タ
ーゲット１５から叩き出された構成粒子の飛行する方向
が偏ることがなく、上記構成粒子を薄膜積層体１４上に
均一に堆積させることができる。このような第一の実施
形態の酸化物超電導体の薄膜の形成方法によれば、ター
ゲット１５の構成粒子を薄膜積層体１４上に均一に堆積
させることができるので、膜厚および膜質が均一で、結
晶配向性が優れた酸化物超電導体の薄膜３を長尺に亘っ
て均一に形成でき、従って、臨界電流密度等の超電導特
性にバラツキがない長尺の酸化物超電導導体４を提供で
きる。

【００３１】また、第一の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法によれば、長時間成膜しても、ターゲッ
ト１５の表面が一方向だけ深く削れられることがなく、
表面が平滑であるので、レーザ光の偏心を防止できるの
で、レーザ光を同一経路を往復させる従来の薄膜の形成
方法に比べてターゲット１５の寿命を約１０倍以上延ば
すことができ、ターゲットを有効に利用できる。

【００３２】次に、図２に示したレーザ蒸着装置４１を
用いて薄膜積層体１４の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物
超電導体の薄膜３を形成する方法の第二の実施形態につ
いて説明する。第二の実施形態の酸化物超電導体の薄膜
の形成方法が、第一の実施形態の酸化物超電導導体の薄
膜の形成方法と異なるところは、ターゲット１５として
正方形板状のものを用いることと、レーザ光の走査を複
数回行う際、各回の走査が終了する毎に、上記シャフト
駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を９０゜ずつ回
転させることによりターゲット１５を９０゜ずつ回転さ
せて、異なる方向のターゲット１５の構成粒子が叩き出
されるか蒸発されるようにして、多結晶中間薄膜２の表
面にターゲット１５の構成粒子を堆積させる点である。

【００３３】ここでのレーザ光の走査について以下に詳
説する。第一回目のレーザ光の走査は、図５に示すよう
にレーザ光３０をターゲット１５のコーナＡ近傍からス
タートさせ、辺１５ｄに沿って移動（Ｘ移動）させ、次
にターゲット１５の辺１５ｅに沿ってわずかに移動（Ｙ
移動）させる動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動方
法）によりコーナＡに隣接するコーナＤ近傍まで到達さ
せると、第一回目のレーザ光の走査が終了する。このよ
うにするとレーザ光３０の軌跡は、図５の一点鎖線で示
されるような軌跡５２となる。第一回目のレーザ光の走
査の終了後のターゲット１５の表面は、一方向だけ削ら
れた状態となっている。

【００３４】第一回目のレーザ光の走査が終了したなら
ば、シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を
時計回りに９０゜回転させることによりターゲット１５
を時計回りに９０゜回転させる。この後、図６に示すよ
うにレーザ光３０をターゲット１５のコーナＤ近傍から
スタートさせ、辺１５ｅに沿って移動（Ｘ移動）させ、
次にターゲット１５の辺１５ｄに沿ってわずかに移動
（Ｙ移動）させる動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動
方法）によりコーナＤに隣接するコーナＣ近傍まで到達
させると、第二回目のレーザ光の走査が終了する。この
ようにするとレーザ光３０の軌跡は、図６の一点鎖線で
示されるような軌跡５３となる。第二回目のレーザ光の
走査により削られるターゲット１５の表面の方向は、上
記第一回目のレーザ光の走査により削られる方向と異な
る方向である。

【００３５】第二回目のレーザ光の走査が終了したなら
ば、シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を
時計回りに９０゜回転させることによりターゲット１５
を時計回りに９０゜回転させる。この後、図７に示すよ
うにレーザ光３０をターゲット１５のコーナＣ近傍から
スタートさせ、辺１５ｄに沿って移動（Ｘ移動）させ、
次にターゲット１５の辺１５ｅに沿ってわずかに移動
（Ｙ移動）させる動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動
方法）によりコーナＣに隣接するコーナＢ近傍まで到達
させると、第三回目のレーザ光の走査が終了する。この
ようにするとレーザ光３０の軌跡は、図７の一点鎖線で
示されるような軌跡５４となる。第三回目のレーザ光の
走査により削られるターゲット１５の表面の方向は、上
記第一回目及び第二回目のレーザ光の走査により削られ
る方向と異なる方向である。

【００３６】第三回目のレーザ光の走査が終了したなら
ば、シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を
時計回りに９０゜回転させることによりターゲット１５
を時計回りに９０゜回転させる。この後、図８に示すよ
うにレーザ光３０をターゲット１５のコーナＢ近傍から
スタートさせ、辺１５ｅに沿って移動（Ｘ移動）させ、
次にターゲット１５の辺１５ｄに沿ってわずかに移動
（Ｙ移動）させる動作を繰り返す移動方法（Ｘ−Ｙ移動
方法）によりコーナＢに隣接するコーナＡ近傍まで到達
させると、第四回目のレーザ光の走査が終了する。この
ようにするとレーザ光３０の軌跡は、図８の一点鎖線で
示されるような軌跡５５となる。第四回目のレーザ光の
走査により削られるターゲット１５の表面の方向は、上
記第一回目乃至第三回目のレーザ光の走査により削られ
る方向と異なる方向である。

【００３７】第四回目のレーザ光の走査が終了したなら
ば、シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフト３９を
時計回りに９０゜回転させることによりターゲット１５
を時計回りに９０゜回転させると、ターゲット１５のコ
ーナＡは、図５に示したような基の位置に戻るので、第
一回目のレーザ光の走査と同様に走査すると、第五回目
のレーザ光の走査によるレーザ光の軌跡は、図５に示し
た軌跡５２と同様の軌跡となる。第五回目のレーザ光の
走査により削られるターゲット１５の表面の方向は、上
記第一回目のレーザ光の走査により削られる方向と同じ
方向である。

【００３８】第二の実施形態の酸化物超電導体の薄膜の
形成方法は、レーザ光３０の照射位置をターゲット１５
の表面上で移動させるレーザ光の走査を複数回行うこと
によりレーザ光３０をターゲット１５に照射してレーザ
蒸着する際に、異なる方向のターゲット１５の構成粒子
が叩き出されるか蒸発されるようにレーザ光３０の走査
を行う毎にターゲットを９０゜ずつ回転させることによ
り、ターゲット１５が一方向だけ深く削られることを防
止でき、レーザ光を同一経路を往復させる従来の薄膜の
形成方法に比べてターゲット１５の寿命を約１０倍以上
延ばすことができ、高特性の酸化物超電導体の薄膜３を
長尺にわたり均一に形成できる。

【００３９】次に、図２に示したレーザ蒸着装置４１を
用いて薄膜積層体１４の上にＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの酸化物
超電導体の薄膜３を形成する方法の第三の実施形態につ
いて説明する。第三の実施形態の酸化物超電導体の薄膜
の形成方法が、第二の実施形態の酸化物超電導導体の薄
膜の形成方法と異なるところは、ターゲットとして図９
に示すように正方形板状のターゲット１５を複数枚並べ
たターゲット６５を用い、このようなターゲット６５全
体を一つの支持ホルダ３７の支持部３８に固定し、レー
ザ光３０の走査を行う毎にターゲット６５を９０゜ずつ
回転させる点である。図９中、符号７５は、ターゲット
６５に第一回目のレーザ光の走査を行ったときのレーザ
光の軌跡である。第三の実施形態の酸化物超電導導体の
薄膜３の形成方法によれば、正方形板状のターゲット１
５を用いているので、円板状のターゲットを用いる場合
と異なり、複数枚並べて成膜することができる。正方形
板状のターゲット１５を複数枚並べたターゲット６５を
用い、異なる方向のターゲット６５の構成粒子が叩き出
されるか蒸発されるようにレーザ光３０の走査を行う毎
にターゲット６５を９０゜ずつ回転させることにより、
第二の実施形態の薄膜３と同様の作用効果を奏するう
え、より長時間の成膜を行うことができる。

【００４０】なお、上記の実施の形態では、本発明を酸
化物超電導体の薄膜の形成方法に適用した場合について
説明したが、必ずしもこれに限られず、ターゲットにレ
ーザ光を照射して、ターゲットの構成粒子を叩き出し若
しくは蒸発させて、基材上に上記構成粒子を堆積させて
薄膜を形成する方法であれば適用可能である。

【００４１】

【実施例】（実施例）図２に示すレーザ蒸着装置を用
い、ハステロイテープの表面に厚さ０．７μｍのＹＳＺ
多結晶中間薄膜を形成した薄膜積層体をこの多結晶中間
薄膜側を上にして基台上に設置し、ターゲットとしてＹ
₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_X系の長方形板状のターゲットを支持ホル
ダの支持部に取り付け、蒸着処理室を真空排気装置で減
圧した。送出装置から上記薄膜積層体を送り出しつつ、
レーザ発光装置からレーザ光を発生させ、レーザ光の照
射位置をターゲットの表面上でＸ−Ｙ移動させるレーザ
光の走査を２回行う際、各回の走査が終了する毎に、上
記シャフト駆動源によりホルダ回転用シャフトを１８０
゜ずつ回転させることにより上記ターゲットを１８０゜
ずつ回転させて、異なる方向のターゲットの構成粒子が
叩き出されるか蒸発されるようにして、上記多結晶中間
薄膜の表面にターゲットの構成粒子を堆積させて、厚さ
１μｍのＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの薄膜を形成し、酸化物超電
導導体を得た。なお、レーザ光をターゲットに照射する
際のレーザ光の走査速度を２ｍｍ／秒、レーザ光の照射
エネルギーを２００ｍＪ、照射周波数を１００Ｈｚとし
た。

【００４２】（比較例）レーザ光の照射位置をターゲッ
トの表面上で移動させるレーザ光の走査を２回行う際、
ターゲットを回転させることなく、同一の経路に沿って
レーザ光を往復移動させた以外は上記実施例と同様にし
て多結晶中間薄膜の表面にターゲットの構成粒子を堆積
させて、厚さ１μｍのＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_Xの薄膜を形成
し、酸化物超電導導体を得た。

【００４３】上記実施例と比較例で使用後のターゲット
の表面の組織の状態をマイクロスコープにより観察し
た。その結果を図１０〜図１１に示す。図１０は、実施
例で使用後のターゲット材料の表面の組織の状態を示す
マイクロスコープ写真である。図１１は、比較例で使用
後のターゲット材料の表面の組織の状態を示すマイクロ
スコープ写真である。図１０〜図１１から明らかなよう
に比較例で使用後のターゲットは、一方向だけ深く削れ
て表面が鱗状になっているが、実施例で使用後のターゲ
ットの表面は、一方向だけでなく、異なる方向も削られ
ており、比較例で使用後のターゲットと比べて平滑であ
ることがわかる。また、実施例と比較例において薄膜の
成膜時間と、各成膜時間で得られる酸化物超電導導体の
超電導特性との関係について調べた。ここでの超電導特
性は、得られた酸化物超電導導体を液体窒素で冷却しつ
つ、７７Ｋ、０Ｔの条件での臨界電流密度を測定した。
結果を表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１に示した結果から比較例の薄膜の形成
方法では、成膜時間が長くなると、得られる酸化物超電
導導体の臨界電流密度の低下の割合が大きくなってい
る。これに対して実施例の薄膜の形成方法では、成膜時
間が長くなっても得られる酸化物超電導導体の臨界電流
密度は殆ど低下しておらず、しかも、比較例で得られた
ものに比べて優れた臨界電流密度が得られていることが
わかる。

【００４６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の薄
膜の形成方法によれば、レーザ光の照射位置を上記ター
ゲットの表面上で移動させるレーザ光の走査を行いなが
らレーザ光をターゲットに照射してレーザ蒸着する際
に、異なる方向のターゲットの構成粒子が叩き出される
か蒸発されるようにターゲットを回転させることによ
り、ターゲットが一方向だけ深く削られることを防止し
て、ターゲットの寿命を延ばすことができ、高特性の薄
膜を長尺にわたり均一に形成できる。また、本発明の薄
膜の形成方法によれば、レーザ光の照射位置を上記ター
ゲットの表面上で移動させるレーザ光の走査を複数回行
うことによりレーザ光をターゲットに照射してレーザ蒸
着する際に、異なる方向のターゲットの構成粒子が叩き
出されるか蒸発されるようにレーザ光の走査を行う毎に
ターゲットを所定角度ずつ回転させることにより、ター
ゲットが一方向だけ深く削られることを防止して、ター
ゲットの寿命を延ばすことができ、高特性の薄膜を長尺
にわたり均一に形成できる。

【００４７】さらに、本発明の薄膜の形成方法におい
て、ターゲットとして方形板状のものを用いることによ
り、円板状のターゲットを用いる場合と異なり、複数枚
並べて成膜することができる。そして、正方形板状のタ
ーゲットを複数枚並べた構成したターゲットを用い、異
なる方向のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発
されるようにレーザ光の走査を行う毎にターゲットを回
転させることにより、ターゲットが一方向だけ深く削ら
れることを防止して、ターゲットの寿命を延ばすことが
でき、高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成できるう
え、より長時間の成膜を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の酸化物超電導体の薄膜の
形成方法により得られた酸化物超電導導体を示す斜視断
面図である。

【図２】本発明の薄膜の形成方法の実施に好適に用い
られるレーザ蒸着装置の概略構成を示す図である。

【図３】本発明の第一の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において用いられるターゲットと、該タ
ーゲットに第一回目のレーザ光の走査を行ったときのレ
ーザ光の軌跡を示す平面図である。

【図４】本発明の第一の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において、第一回目のレーザ光の走査後
に１８０゜回転させたターゲットと、該ターゲットに第
二回目のレーザ光の走査を行ったときのレーザ光の軌跡
を示す平面図である。

【図５】本発明の第二の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において用いられるターゲットと、該タ
ーゲットに第一回目のレーザ光の走査を行ったときのレ
ーザ光の軌跡を示す平面図である。

【図６】本発明の第二の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において、第一回目のレーザ光の走査後
に９０゜回転させたターゲットと、該ターゲットに第二
回目のレーザ光の走査を行ったときのレーザ光の軌跡を
示す平面図である。

【図７】本発明の第二の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において、第二回目のレーザ光の走査後
に９０゜回転させたターゲットと、該ターゲットに第三
回目のレーザ光の走査を行ったときのレーザ光の軌跡を
示す平面図である。

【図８】本発明の第二の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において、第三回目のレーザ光の走査後
に９０゜回転させたターゲットと、該ターゲットに第四
回目のレーザ光の走査を行ったときのレーザ光の軌跡を
示す平面図である。

【図９】本発明の第三の実施形態の酸化物超電導体の
薄膜の形成方法において用いられるターゲットと、該タ
ーゲットに第一回目のレーザ光の走査を行ったときのレ
ーザ光の軌跡を示す平面図である。

【図１０】実施例で使用後のターゲット材料の表面の
組織の状態を示すマイクロスコープ写真である。

【図１１】比較例で使用後のターゲット材料の表面の
組織の状態を示すマイクロスコープ写真である。

【図１２】従来の薄膜の形成方法により酸化物超電導
体の薄膜を形成するためのレーザ蒸着装置の概略構成を
示す図である。

【図１３】図１２に示したレーザ蒸着装置に備えられ
た円形のターゲットと、該ターゲットにレーザ光を照射
したときのレーザ光の軌跡を示す平面図である。

【図１４】図１２に示したレーザ蒸着装置に備えられ
た方形のターゲットと、該ターゲットにレーザ光を照射
したときのレーザ光の軌跡を示す平面図である。

【図１５】従来の薄膜の形成方法によりレーザ光をタ
ーゲットに繰り返し照射したときのターゲット表面が一
方向だけ深く削られた状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・基材、３・・・薄膜、１５・・・ターゲット、３０・・・レ
ーザ光、３７・・・支持ホルダ、３８・・・支持部、３９・・・
ホルダ回転用シャフト、６５・・・ターゲット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者定方伸行東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者斉藤隆東京都江東区木場１丁目５番１号株式会社フジクラ内Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BC53 DA03 DA11 4K029 AA02 AA25 BA50 BB02 BB08 BC04 CA01 DB05 DB20 DC01 DC05 DC12 DC16 DC26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光をターゲットに照射して、ター
ゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させて、基材
上に前記構成粒子を堆積させることにより薄膜を形成す
る薄膜の形成方法であって、レーザ光の照射位置を上記ターゲットの表面上で移動さ
せるレーザ光の走査を行いながらレーザ光をターゲット
に照射してレーザ蒸着する際に、異なる方向のターゲッ
トの構成粒子が叩き出されるか蒸発されるようにターゲ
ットを回転させることを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】レーザ光をターゲットに照射して、ター
ゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させて、基材
上に前記構成粒子を堆積させることにより薄膜を形成す
る薄膜の形成方法であって、レーザ光の照射位置を上記ターゲットの表面上で移動さ
せるレーザ光の走査を複数回行うことによりレーザ光を
ターゲットに照射してレーザ蒸着する際に、異なる方向
のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発されるよ
うにレーザ光の走査を行う毎にターゲットを所定角度ず
つ回転させることを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項３】前記ターゲットとして方形板状のものを
用いることを特徴とする請求項１又は２記載の薄膜の形
成方法。
【請求項４】前記ターゲットの回転角度が１８０゜で
あることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
の薄膜の形成方法。
【請求項５】前記ターゲットの回転角度が９０゜であ
ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
薄膜の形成方法。
【請求項６】前記ターゲットとして、複数枚のターゲ
ットが並べられてなるものを用いることを特徴とする請
求項１乃至５のいずれかに記載の薄膜の形成方法。