JP2004263227A

JP2004263227A - 薄膜の形成方法及び形成装置

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Publication number: JP2004263227A
Application number: JP2003053298A
Authority: JP
Inventors: Kazutomi Kakimoto; 一臣柿本; Yasuhiro Iijima; 康裕飯島
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】プルームを無駄なく効果的に使用することで、プルームの収率を向上させることができ、しかも、積層構造の酸化物超電導体薄膜を得る場合においても、成膜工程を短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる薄膜の形成方法及び形成装置を提供する。
【解決手段】本発明の薄膜の形成方法は、レーザ光８ａ〜８ｃをターゲット７の表面に照射して、このターゲット７の構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させてプルーム５５を生じさせ、このプルーム５５内に薄膜積層体３４を複数回通過させて、この通過毎に薄膜積層体３４上にプルーム５５に含まれる構成粒子を堆積させ、この薄膜積層体３４上に積層構造の酸化物超電導体薄膜を成膜することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜の形成方法及び形成装置に関し、更に詳しくは、レーザ光をターゲットに照射して、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させ、この構成粒子を基材上に堆積させることにより、酸化物超電導体薄膜等の薄膜を形成する際に好適に用いられ、特に、帯状の基材を用いた長尺の線材の生産性の効率化及び特性改善を図ることが可能な薄膜の形成方法及び形成装置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、金属テープ上に直接、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難しい。そこで、ハステロイテープなどの金属テープからなる基材の上に、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、臨界温度が約９０Ｋで、液体窒素（７７Ｋ）での磁場特性がＢｉ系の酸化物超電導体より優れ、安定性にも優れたＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体の薄膜を成膜する試みが行なわれており、この酸化物超電導体の薄膜を成膜するには、レーザ蒸着法による薄膜の形成方法が採用されている。
【０００３】
ところで、従来のレーザ蒸着法による薄膜の形成方法では、レーザ光をターゲット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、レーザ光に偏心が生じることとなり、その結果、ターゲット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、構成粒子を多結晶中間薄膜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等の問題があった。そこで、本発明者等は、構成粒子を多結晶中間薄膜上に均一に堆積させることができるレーザ蒸着法による薄膜の形成方法として、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方法（例えば、特許文献１参照）、ターゲットをその中心軸を中心に回転させる回転運動と、ターゲットをその中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動を併用させる方法（例えば、特許文献２参照）等を提案している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３１９０９６号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１９０９７号公報
【０００５】
図５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（薄膜の形成装置）の一例を示す図であり、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薄膜の形成方法を適用した例である。
このレーザ蒸着装置１は、基材の上に多結晶中間薄膜が形成されたテープ状の薄膜積層体２を収容する処理容器３と、この処理容器３内かつ薄膜積層体２の斜め上方に配置されターゲット支持部４に同軸的に設けられたホルダ回転用シャフト（回転軸）５を中心として回転するターゲットホルダ６と、このターゲットホルダ６に保持されるターゲット７にエキシマレーザ等のレーザ光８を照射するレーザ光発光装置（レーザ光発光手段）９とにより構成されている。
【０００６】
この処理容器３には、排気孔１１を介して真空排気装置１２が接続され、この真空排気装置１２により処理容器３内を所定の圧力に減圧するようになっている。また、この処理容器３の側壁には、レーザ光８を取り込むための透明窓１３が設けられ、この処理容器３内の底部には薄膜積層体２を載置するための基台１４が設けられている。この基台１４の内部には薄膜積層体２を加熱するためのヒータ１４ａが内蔵され、上面に支持される薄膜積層体２を所定の温度に保持するようになっている。この基台１４の一方側には薄膜積層体２を送り出すための送出装置１５が設けられ、他方側には薄膜積層体２を巻き取るための巻取装置１６が設けられている。
【０００７】
レーザ光発光装置９は、エキシマレーザ等のレーザ光８を発光するレーザ発光部２１と、第１のミラー２２と、集光レンズ２３と、第２のミラー２４とにより構成され、レーザ発光部２１から発光したレーザ光８を透明窓１３を介してターゲット７に集光照射するようになっている。
ターゲット７は、薄膜積層体２上に配置されるもので、図６及び図７に示すように、その表面にレーザ光８が所定の角度で照射された場合に、このレーザ光８によって叩き出されるターゲット７の構成粒子により薄膜積層体２に向かう放射状のプルーム２５が形成され、このプルーム２５により、薄膜積層体２上に酸化物超電導体薄膜が形成されるようになっている。
このターゲット７の組成は、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、例えば、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体材料を焼成してなる酸化物超電導体焼結体が用いられる。
また、ターゲット７の形状としては、薄膜積層体２の形状により様々な形状のものがあり、例えば、円形状、矩形状等である。
【０００８】
このレーザ蒸着装置１を用いて薄膜積層体２上に、例えば、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体の薄膜を成膜するには、ターゲット７としてＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体焼結体を用い、ターゲット７が取り付けられたターゲットホルダ６を処理容器３内の所定位置に配置するとともに、薄膜積層体２をこの多結晶中間薄膜を上にして基台１４上に配置し、この処理容器３内を真空排気装置１２により所定の圧力に減圧し、その後、この薄膜積層体２を基台１４に内蔵されたヒータ１４ａにより加熱し所定の温度に保持する。次いで、ターゲットホルダ６をホルダ回転用シャフト５を中心として回転させつつ、ターゲット支持部４に取り付けられたターゲット７にエキシマレーザ等のレーザ光８をその表面上で移動させることで走査する。
【０００９】
ターゲット７では、その表面にレーザ光８が所定の角度で照射されると、このレーザ光８によって叩き出されるターゲット７の構成粒子は、薄膜積層体２に向かう放射状のプルーム２５となり、このプルーム２５により、薄膜積層体２の多結晶中間薄膜上にＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体薄膜が堆積される。
この多結晶中間薄膜は、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成膜されているので、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の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Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ系の酸化物超電導体薄膜が得られる。
このレーザ蒸着装置１を用いて薄膜の堆積を繰り返し行うことにより、所望の臨界電流Ｉｃ（Ａ）を有する積層構造の酸化物超電導体薄膜が得られる。この場合、膜厚の増加に伴い最上層の温度が低下するために、成膜毎にヒータ１４ａの温度を数℃ずつ上げることで最上層の温度を常に一定に保持するようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来のレーザ蒸着装置１においては、薄膜積層体２に向かう放射状のプルーム２５内に、テープ状の薄膜積層体２を走行させる構成であるから、プルーム２５の中心部が成膜に利用されるだけで、大部分が無駄になってしまうという問題点があった。
例えば、プルーム２５の収率は、薄膜積層体２の幅にもよるが、概ね５％程度と非常に低く、生産性が低下し、製造コストが高くなる要因になっていた。
また、積層構造の酸化物超電導体薄膜を得るには、レーザ蒸着装置１を用いて複数回、成膜を行わなければならず、成膜工程に長時間を有し非効率である上に、製造コストが高くなるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、プルームを無駄なく効果的に使用することで、プルームの収率を向上させることができ、しかも、積層構造の酸化物超電導体薄膜を得る場合においても、成膜工程を短縮することができ、製造コストの低減を図ることができる薄膜の形成方法及び形成装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は次の様な薄膜の形成方法及び形成装置を採用した。
すなわち、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の表面に照射して、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させ、この構成粒子を帯状の基材上に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、前記帯状の基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記帯状の基材上に前記構成粒子を堆積させ、前記帯状の基材上に複数層からなる薄膜を成膜することを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の薄膜の形成方法は、請求項１記載の薄膜の形成方法において、前記帯状の基材が前記堆積領域内を通過する毎に、この帯状の基材の温度を変化させることを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の薄膜の形成方法は、請求項１または２記載の薄膜の形成方法において、前記ターゲットは、酸化物超電導体材料であり、前記薄膜は酸化物超電導体薄膜であることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の薄膜の形成装置は、帯状の基材を収容する処理容器と、該処理容器内かつ前記帯状の基材の上方に配置されるターゲットホルダと、該ターゲットホルダに保持されるターゲットにレーザ光を照射するレーザ光発光手段とを備え、前記レーザ光を前記ターゲットの表面に照射し、該ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子を前記帯状の基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、前記処理容器内に、前記帯状の基材を巻回して搬送する搬送手段を設け、該搬送手段は、前記帯状の基材を巻回する巻回部材を複数個同軸的に配列してなる巻回部材群を少なくとも一対、対向配置してなり、これら一対の巻回部材群に巻回された前記帯状の基材は、これらの巻回部材群を周回することにより、前記構成粒子の堆積領域内にて複数列とされることを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の薄膜の形成装置は、請求項４記載の薄膜の形成装置において、前記処理容器内に、複数列の前記帯状の基材を加熱する加熱手段を設け、該加熱手段に、放散される熱量を複数列の前記帯状の基材の配列方向に沿って変化させる熱量変化手段を設けてなることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の薄膜の形成方法及び形成装置の一実施形態について図面に基づき説明する。本実施形態では、酸化物超電導体薄膜を例に取り説明することとするが、この酸化物超電導体薄膜は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１８】
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積層構造の酸化物超電導体薄膜を示す断面図であり、この積層構造の酸化物超電導体薄膜３１は、金属テープ状（帯状）の基材３２上にイオンビームアシストスパッタリング法等によりＹＳＺの多結晶中間薄膜３３が形成されてなる薄膜積層体３４上に形成されている。
【００１９】
この積層構造の酸化物超電導体薄膜３１は、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｙ_２Ｂａ_４Ｃｕ_８Ｏ_ｘ、Ｙ_３Ｂａ_３Ｃｕ_６Ｏ_ｘ等のＹＢＣＯ系酸化物超電導体、（Ｂｉ，Ｐｂ）_２Ｃａ_２Ｓｒ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、（Ｂｉ，Ｐｂ）_２Ｃａ_２Ｓｒ_３Ｃｕ_４Ｏ_ｘ等のＢｉＣａＳｒＣｕＯ系酸化物超電導体、Ｔｌ_２Ｂａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｔｌ_１Ｂａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｔｌ_１Ｂａ_２Ｃａ_３Ｃｕ_４Ｏ_ｘ等のＴｌ系酸化物超電導体等、臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体薄膜を複数層、例えば１〜１０層（図１では、６層）積層してなる積層構造の薄膜である。
この薄膜３１の各層の厚みは０．１〜０．５μｍ程度、この薄膜３１の全体の厚みは１〜３μｍ程度が好ましく、しかも各層の面内均一性が極めて優れたものとなっている。
この酸化物超電導体薄膜３１では、この薄膜３１の各層の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸は、多結晶中間薄膜３３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。
【００２０】
基材３２は、ステンレス鋼、銅、ハステロイ等のニッケル合金等、各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープが好適に用いられる。
この基材３２の厚みは、０．０１〜０．２ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．０５〜０．１ｍｍである。その理由は、基材３２の厚みが０．２ｍｍを越えると、酸化物超電導体薄膜３１の膜厚に比べて厚くなり、酸化物超電導体薄膜３１と薄膜積層体３４を含む全断面積あたりの臨界電流密度が低下してしまうからであり、一方、基材３２の厚みが０．０１ｍｍ未満では、基材３２の強度が著しく低下し、酸化物超電導体薄膜３１の補強効果が失われてしまうからである。
（作成者注：理由付けは０．０１〜０．２ｍｍについて行いました。）
【００２１】
多結晶中間薄膜３３は、イットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ_３）等からなるもので、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る。各結晶粒の結晶軸のｃ軸は基材３２の上面（成膜面）に対してほぼ垂直に向けられ、各結晶粒の結晶軸のａ軸同士およびｂ軸同士は、互いに同一方向に向けられて面内配向されている。
【００２２】
この多結晶中間薄膜３３の厚みは、０．５〜１μｍが好ましい。その理由は、多結晶中間薄膜３３の厚みが１μｍを超えると、効果の増大が期待できず、経済的にも不利となるからであり、一方、多結晶中間薄膜３３の厚みが０．５μｍ未満では、薄すぎて酸化物超電導体薄膜３１を十分支持できない虞があるからである。
【００２３】
図２は、上記の酸化物超電導体薄膜３１を成膜するためのレーザ蒸着装置（薄膜の形成装置）を示す断面図、図３は同レーザ蒸着装置の搬送装置を示す斜視図、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、同レーザ蒸着装置の基板ホルダの構造を示す図である。
このレーザ蒸着装置４１が、図５に示す従来のレーザ蒸着装置１と異なる点は、処理容器３内に、金属テープ状の基材３２の表面に多結晶中間薄膜３３が形成された薄膜積層体３４を巻回し複数列とした状態で搬送する搬送装置（搬送手段）４２を設け、この搬送装置４２内に巻回により複数列とされた薄膜積層体３４を支持する箱状の基板ホルダ（基台）４３を設け、この基板ホルダ４３内に複数列とした薄膜積層体３４を加熱するための螺旋状のヒータ（加熱手段）４４を設けた点である。
【００２４】
搬送装置４２は、薄膜積層体３４を巻回するリール（巻回部材）５１ａ〜５１ｇを複数個（図３では７個）同軸的に配列したリール群（巻回部材群）５１と、同様の構造のリール（巻回部材）５２ａ〜５２ｇを複数個（図３では７個）同軸的に配列したリール群（巻回部材群）５２とが、各側面が互いに対向するように配置され、リール群５１の外側には薄膜積層体３４を送り出すための送出装置１５が設けられ、リール群５２の外側には薄膜積層体３４を巻き取るための巻取装置１６が設けられ、これらリール群５１、５２、送出装置１５及び巻取装置１６を駆動装置（図示せず）により互いに同期して駆動させることにより、送出装置１５から所定の速度で送り出された薄膜積層体３４がリール群５１、５２を周回し、巻取装置１６に巻き取られるようになっている。
【００２５】
基板ホルダ４３の薄膜積層体３４側の壁部４３ａは、その厚み（ｔ）が、巻回により複数列とされた薄膜積層体３４の配列方向に沿って、しかもその高温（Ｈ）側から低温（Ｌ）側に向かって厚みが漸次増加するように構成され、この壁部４３ａにより、ヒータ４４より放散される熱を複数列とされた薄膜積層体３４の配列方向に沿って変化させる熱量変化手段としての機能を有する。
この薄膜積層体３４の壁部４３ａと反対側には、ターゲット７が配置され、このターゲット７には、レーザ発光部２１を構成するエキシマレーザ５３ａ（５３ｂ、５３ｃ）によりレーザ光８ａ（８ｂ、８ｃ）が照射されるようになっている。
【００２６】
このターゲット７は、臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体薄膜３１を形成するために用いられるもので、この酸化物超電導体薄膜３１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等である。
この酸化物超電導体としては、Ｙ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｙ_２Ｂａ_４Ｃｕ_８Ｏ_ｘ、Ｙ_３Ｂａ_３Ｃｕ_６Ｏ_ｘ等のＹＢＣＯ系酸化物超電導体、（Ｂｉ，Ｐｂ）_２Ｃａ_２Ｓｒ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、（Ｂｉ，Ｐｂ）_２Ｃａ_２Ｓｒ_３Ｃｕ_４Ｏ_ｘ等のＢｉＣａＳｒＣｕＯ系酸化物超電導体、Ｔｌ_２Ｂａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｔｌ_１Ｂａ_２Ｃａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘ、Ｔｌ_１Ｂａ_２Ｃａ_３Ｃｕ_４Ｏ_ｘ等のＴｌ系酸化物超電導体等が好ましい。このターゲット７の形状としては、円板状のものが用いられる。
【００２７】
このレーザ蒸着装置４１では、エキシマレーザ５３ａ（５３ｂ、５３ｃ）を動かさずに、ターゲットホルダ６をホルダ回転用シャフト５を中心として回転させつつ横移動（往復運動）させ、このエキシマレーザ５３ａ（５３ｂ、５３ｃ）により出射されるレーザ光８ａ（８ｂ、８ｃ）をターゲット７に照射してレーザ蒸着する。
この場合、薄膜積層体３４は、送出装置１５から所定の速度で送り出され、リール群５１、５２に、リール５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、…、５１ｇ、５２ｇの順に巻回されて複数列とされ、巻取装置１６に巻き取られるようになっているので、レーザ光８ａ（８ｂ、８ｃ）によりターゲット７から叩き出され若しくは蒸発される構成粒子はプルーム５５となって、複数列とされた薄膜積層体３４上の堆積領域を覆うこととなる。
【００２８】
このように、このレーザ蒸着装置４１を用いることで、プルーム５５全体を有効利用することが可能になり、従来の様に、中心部が利用されるだけで、大部分が無駄になってしまうという問題点が解消されることとなる。
したがって、薄膜積層体３４の蒸着領域では、プルーム５５が薄膜積層体３４の複数列全体を覆うことで、その収率が７０％以上と大幅に向上することになる。したがって、生産性が向上し、製造コストの低減が可能になる。
これにより、プルーム５５を無駄なく効果的に使用することで、プルーム５５の収率を向上させることができ、成膜工程における生産性を向上させることができ、その結果、製造コストの低減を図ることができる。
【００２９】
また、基板ホルダ４３の薄膜積層体３４側の壁部４３ａの厚み（ｔ）を、薄膜積層体３４の配列方向に沿って、しかもその高温（Ｈ）側から低温（Ｌ）側に向かって厚みが漸次増加するように構成したので、ヒータ４４より放散される熱を薄膜積層体３４の配列方向に沿って変化させることができ、したがって、成膜毎の温度変更をスムーズに行うことができる。
例えば、リールの間隔に対応して数℃ずつ温度が低下するように、高温（Ｈ）側から低温（Ｌ）側に向かって厚みを増加するようにすることで、各層の厚みが略一定となるような積層構造の酸化物超電導体薄膜３１を成膜することができる。
【００３０】
次に、このレーザ蒸着装置４１を用いて薄膜積層体３４の上にＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘの積層体からなる積層構造の酸化物超電導体薄膜３１を形成する方法について、図１〜図４に基づき説明する。
ハステロイからなる基材３２上にＹＳＺからなる多結晶中間薄膜３３が形成された薄膜積層体３４を、多結晶中間薄膜３３側がターゲット７側になるようにリール５１ａ、５２ａ、５１ｂ、５２ｂ、…、５１ｇ、５２ｇに巻回する。また、ターゲットホルダ６のターゲット支持部４に、酸化物超電導体のターゲット７としてＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる円板状のターゲットを固定具を用いて固定する。
【００３１】
次いで、処理容器３内を真空排気装置１２により所定の圧力に減圧する。ここで必要に応じて処理容器３内に酸素ガスを導入して処理容器３内を酸素雰囲気としても良い。
次いで、ターゲットホルダ６をホルダ回転用シャフト５を中心として回転させると共に、送出装置１５、リール群５１、５２及び巻取装置１６を同時に駆動し、薄膜積層体３４を送出装置１５から巻取装置１６に向けて所定の速度にて移動させる。同時に、基板ホルダ４３内のヒータ４４を作動させてリール群５１、５２上の薄膜積層体３４を加熱し、所望の温度に保持する。
【００３２】
次いで、レーザ光発光装置９によりレーザ光８をターゲット７に照射する。この場合、レーザ光８によりターゲット７から叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大したプルーム５５となり、薄膜積層体３４上の堆積領域を覆う。
ここでは、基板ホルダ４３の壁部４３ａが高温（Ｈ）側から低温（Ｌ）側に向かって厚みが漸次増加するように構成されているので、薄膜積層体３４がリール群５１、５２をリール５１ａ、５２ａ側からリール５１ｇ、５２ｇ側に向かって周回する間に、その上に酸化物超電導体からなる薄膜が順次成膜される。
これにより、薄膜積層体３４上には、各層の厚みが略一定となるような積層構造の酸化物超電導体薄膜３１が成膜される。
【００３３】
このレーザ光８の照射エネルギーは２００〜４００ｍＪの範囲であることが必要である。レーザ光８の照射エネルギーが２００ｍＪ未満であると、ターゲット７に与える熱エネルギーが小さすぎてターゲット７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ず、酸化物超電導体薄膜３１の成膜速度が低下してしまい効率的でないからであり、また、レーザ光８の出力が４００ｍＪを越えると、ターゲット７に与えるエネルギーが大きすぎてターゲット７に割れが生じる虞があるからである。
【００３４】
さらに、レーザ光８の照射周波数は１０〜２００Ｈｚの範囲であることが必要である。レーザ光８の照射周波数が１０Ｈｚ未満であると、照射出力を４００ｍＪとしても、ターゲット７に与えるエネルギーが小さすぎて、ターゲット７の構成粒子を十分に叩き出すことができず、酸化物超電導体薄膜３１の成膜速度が低下してしまい効率的でないからであり、また、レーザ光８の照射周波数が２００Ｈｚを越えると、照射出力を２００ｍＪとしても、ターゲット７に与えるエネルギーが大きすぎてターゲット７に割れが生じる虞があるからである。
【００３５】
このように、薄膜積層体３４がリール群５１、５２をリール５１ａ、５２ａ側からリール５１ｇ、５２ｇ側に向かって周回する間に、プルーム５５内を複数回通過することになる。プルーム５５内を通過する毎に、酸化物超電導体からなる薄膜が順次成膜されるので、その結果、薄膜積層体３４上に各層の厚みが略一定となるような積層構造の酸化物超電導体薄膜３１が成膜される。
【００３６】
このＹ_１Ｂａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる酸化物超電導体薄膜３１では、プルーム５５の収率が７０％であった。一方、従来の方法における酸化物超電導体薄膜のプルームの収率は５％程度であるから、従来の方法に比べて、大幅に改善されていることが明らかとなった。
また、この酸化物超電導体薄膜３１において、その臨界電流Ｉｃ（Ａ）がほぼ誤差の範囲内となるような総線材作製長を調べたところ、約１ｋｍ以上にも及んでいることが分かった。一方、上記と同様にして従来の単一ラインによる酸化物超電導体薄膜の総線材作製長を調べたところ高々１００ｍであった。
【００３７】
以上により、本実施形態の薄膜の形成方法により得られた酸化物超電導体薄膜３１の総線材作製長は、従来の形成方法により得られた薄膜と比べて１桁以上も長くなっており、また、臨界電流Ｉｃ（Ａ）も十分に安定したものであることが分かった。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態の薄膜の形成方法によれば、薄膜積層体３４をプルーム５５内を複数回通過させて、このプルーム５５内を通過する毎に酸化物超電導体からなる薄膜を順次成膜することにより、薄膜積層体３４上に積層構造の酸化物超電導体薄膜３１を成膜するので、プルーム５５全体を有効利用することができ、プルーム５５の収率を大幅に向上させることができる。その結果、成膜工程における生産性を向上させることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００３９】
また、薄膜積層体３４をプルーム５５内を複数回通過るので、総線材作製長を飛躍的に延伸させることができる。
また、プルーム５５の断面積の大きさを変更することにより酸化物超電導体薄膜３１の各層の成膜条件を変更した場合においても、積層構造全体の成膜レートは何等変わることがない。
【００４０】
本実施形態のレーザ蒸着装置４１によれば、処理容器３内に薄膜積層体３４を巻回し複数列とした状態で搬送する搬送装置４２を設け、基板ホルダ４３内に複数列とした薄膜積層体３４を加熱するための螺旋状のヒータ４４を設け、基板ホルダ４３の薄膜積層体３４側の壁部４３ａの厚み（ｔ）を、高温（Ｈ）側から低温（Ｌ）側に向かって漸次増加することとしたので、薄膜積層体３４上に、各層の厚みが略一定となるような積層構造の酸化物超電導体薄膜３１を効率良くしかも容易に成膜することができる。
【００４１】
また、基板ホルダ４３の薄膜積層体３４側の壁部４３ａの厚み（ｔ）を変化させるのみで、酸化物超電導体薄膜３１の各層の成膜温度を調節することができるので、成膜毎に温度変更を行う必要がない。したがって、簡単な構成で成膜工程を大幅に短縮することができ、製造コストを大幅に低減することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の薄膜の形成方法によれば、帯状の基材を構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記帯状の基材上に前記構成粒子を堆積させ、前記帯状の基材上に複数層からなる薄膜を成膜するので、プルーム全体を無駄なく効果的に利用することができ、プルームの収率を大幅に向上させることができる。その結果、成膜工程における生産性を向上させることができ、製造コストの低減を図ることができる。
【００４３】
本発明の薄膜の形成装置によれば、処理容器内に、帯状の基材を巻回して搬送する搬送手段を設け、該搬送手段を、前記帯状の基材を巻回する巻回部材を複数個同軸的に配列してなる巻回部材群を少なくとも一対、対向配置したものとし、前記帯状の基材を、これらの巻回部材群を周回することにより、構成粒子の堆積領域内にて複数列とする構成としたので、帯状の基材上に、各層の厚みが略一定となるような複数層からなる薄膜を効率良くしかも容易に成膜することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の酸化物超電導体薄膜を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態のレーザ蒸着装置を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態のレーザ蒸着装置の搬送装置を示す斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図５】従来のレーザ蒸着装置を示す断面図である。
【図６】従来のレーザ蒸着装置の要部を示す斜視図である。
【図７】従来のレーザ蒸着装置のプルームの形状を示す側面図である。
【符号の説明】
３…処理容器、５…ホルダ回転用シャフト（回転軸）、７…ターゲット、８…レーザ光、３１…酸化物超電導体薄膜、３２…基材、３３…多結晶中間薄膜、３４…薄膜積層体、４１…レーザ蒸着装置（薄膜の形成装置）、４２…搬送装置（搬送手段）、４３…基板ホルダ（基台）、４３ａ…壁部、４４…ヒータ（加熱手段）、５１、５２…リール群（巻回部材群）、５１ａ〜５１ｇ、５２ａ〜５２ｇ…リール（巻回部材）、５５…プルーム。

Claims

レーザ光をターゲットの表面に照射して、このターゲットの構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させ、この構成粒子を帯状の基材上に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、
前記帯状の基材を前記構成粒子の堆積領域内を複数回通過させて、この通過毎に前記帯状の基材上に前記構成粒子を堆積させ、前記帯状の基材上に複数層からなる薄膜を成膜することを特徴とする薄膜の形成方法。
前記帯状の基材が前記堆積領域内を通過する毎に、この帯状の基材の温度を変化させることを特徴とする請求項１記載の薄膜の形成方法。
前記ターゲットは、酸化物超電導体材料であり、前記薄膜は酸化物超電導体薄膜であることを特徴とする請求項１または２記載の薄膜の形成方法。
帯状の基材を収容する処理容器と、該処理容器内かつ前記帯状の基材の上方に配置されるターゲットホルダと、該ターゲットホルダに保持されるターゲットにレーザ光を照射するレーザ光発光手段とを備え、
前記レーザ光を前記ターゲットの表面に照射し、該ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される構成粒子を前記帯状の基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、
前記処理容器内に、前記帯状の基材を巻回して搬送する搬送手段を設け、
該搬送手段は、前記帯状の基材を巻回する巻回部材を複数個同軸的に配列してなる巻回部材群を少なくとも一対、対向配置してなり、
これら一対の巻回部材群に巻回された前記帯状の基材は、これらの巻回部材群を周回することにより、前記構成粒子の堆積領域内にて複数列とされることを特徴とする薄膜の形成装置。
前記処理容器内に、複数列の前記帯状の基材を加熱する加熱手段を設け、該加熱手段に、放散される熱量を複数列の前記帯状の基材の配列方向に沿って変化させる熱量変化手段を設けてなることを特徴とする請求項４記載の薄膜の形成装置。