JPH03226565A - レーザ蒸着装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、超電導マグネット、超電導送電、医療用機
器、超電導エネルギー貯蔵、超電導素子用などとして応
用開発が進められている酸化物超電導体製造用などのレ
ーザ蒸着装置に関する。

「従来の技術」 従来、酸化物系の超電導体を製造する方法として、真空
蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、Ｍ　１３　
Ｅ法（分子線エピタキシー法）、ＣＶ　Ｉ）法（化学気
相成長法）、Ｉ’Ｖｌ）法（イオン気相成長法）などの
成膜性が知られている。また、これらの各種の成膜方法
において、均質で超電導特性の良好な酸化物超電導膜を
製造できる方法として、真空成膜プロセスを用い、熱あ
るいは高周波プラズマ、イオンビームなどのエネルギー
をターゲットに照射してターゲットから叩き出された粒
子を基板」二に堆積させる技術が主流となっている。

このような各種の成膜法において、緻密な膜の生成が可
能であって、成膜速度の速い技術としてレーザ蒸着法が
注目されている。このレーザ蒸着法は、目的とする酸化
物超電導体の組成と同一・あるいは近似した組成のター
ゲットを用い、このターゲットにレーザビームを照射し
てターゲブ：〜の表面部分をえぐり取り、発生させた粒
子を基材１・。

に堆積させることで酸化物超電導体を製造４°ろ方法で
あり、他の成膜法に比較して以下に説明４”る利点があ
ることで知られている。

■通常のスパッタリング法ではターゲット組成と生成膜
の組成がかなりずれる傾向があるが、レーザ蒸着法にお
いては、用いたターゲットの組成と生成膜の組成とのず
れが少ないので、目的の組成の酸化物超電導体の膜を得
やすい利点がある。

■通常のスパッタリング法においては、厚さ１μｌＩ程
度の酸化物超電導体の膜を製造するためにＩＯ時間程度
の処理時間を必要とするが、レーザ蒸着法においては厚
さ数μｍ程度の酸化物超電導膜をｉ時間程度で製造でき
る利点がある。

■蒸着法やスパッタリング法においては、蒸発源や電極
などを真空雰囲気中に配置する必要があるが、レーザ蒸
着法では、レーザ光を処理装置の外部から導くことがで
き、レーザ売先装置などを処理装置の外部に設けること
ができるので、処理装置の内部を質の良い真空条件に保
つことが容易であって、種々の気相雰囲気で成膜できる
（り点がある。

［発明が解決しようとする課題」 ＋”＋；ｉ述のレーザ蒸着法で基材上に酸化物超電導体
の模を形成する場合、ターゲット表面の１箇所にレーザ
を集光照射してその照射部分から粒子を叩き出すので、
叩き出された粒子はターゲットから放射状に広がりつつ
拡散して基材に接近し、屑材の表面に衝突して堆積する
。従って基材表面において、ターゲットから遠い部分と
近い部分で堆積４〜ろ粒子数に差異が生じ、基材上に形
成されろ模の質や厚さに不均一性を引き起こす問題があ
った。

そして、このように膜質と膜厚が不均一になると、超電
導特性の優れた膜を基材上の狭い範囲にしか形成できな
い問題がある。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、基
材表面の広い範囲にわたり膜質や膜！９の安定した酸化
物超電導体の膜を形成することができるレーザ蒸着装置
を提供することを目的と４°ろ。

「課題を解決するための手段」 本発明は前記課題を解決するために、酸化物超電導体ま
たは酸化物超電導体と近似組成のターゲートにレーザビ
ームを照射してターゲットの表面部分から粒子を発生さ
せ、この拉Ｔをターゲットの近傍に設置した基材上に堆
積させて酸化物超電導体を製造するレーザ魚骨装置にお
いて、前記レーザビームの光路に対するターゲットの傾
斜角度を調節自在な移動機構で前記ターゲットを支持し
てなり、前記移動４１１構が、蒸着処理室に連通して設
けられた収納体と、この収納体を挿通して基材近傍に延
出された支持ロッドと、支持ロッドの先端に設けられた
ターゲット支持部と、支持ロッドの途中部分の外周面と
収納体の内面とに固着されて収納体を気密に仕切る蛇腹
部材と、収納体の外壁に回転自在に設けられた調整ノブ
と、調整ノブに接続されたねじ軸に螺合されろとともに
前記支持【ｌラドに係合させて設けられ、ねじ軸の回転
によって移動して支持ロッドを傾斜させる調整駒を具備
してなるしのである。

「作用　」 調整ノブを回転させることで支持［Ｉラドを傾斜させて
ターゲットを傾斜させることができ、これによってター
ゲット表面から発生する粒子を基材の広い範囲に振り分
けつつ堆積さＵろことかでき、基材上には厚さと質の均
一化した酸化物超電導体の模か生成する。まｒ；、ター
ゲットから出された粒子が基材上の広い範囲に堆積する
ので、膜Ｐ）が均一で膜質の整った大面積の酸化物超電
導体の唖を生成できる。更に、レーザ蒸れ法であるので
、成膜時間が短くなるとともに、緻密な酸化物超電導体
の膜が得られる。

「実施例」 第１図ないし第６図は、本発明のレーザ蒸着装置の一実
施例を示す乙ので、この例の蒸着装置ｍＡは、第２図に
示すように、蒸着処理容器型と真空排気装置２とレーザ
ビームの発光装置３を備えている。

蒸着処理容器！の内部には、第４図に示すように、基台
５に支持されて塙仮（部材）６が設置されるとともに、
蒸着処理室ｌの天井部を貫通して設置された支持ａラド
７によって円板状のターゲット８が基板６の斜めｌ―方
に傾斜状態で支持されている。

０り記ターゲット８は以Ｆに説明°４′ろ第１移動機構
１０によって移動自在に支持されている。

第１移動機構ＩＯは、第２図に示すように蒸着処理室ｌ
の大１Ｆ壁をｒｔ通して設けられた筒部１ｔｌＩに取り
付けられている。即ち、筒部材１１の先端側に形成され
たフランジ板１２に、フランジ板１２を貫通して蒸着処
理容器型の内部に通じる筒体（収納体）１３が固定され
、この筒体Ｉ３を挿通した支持ロッド７が蒸着処理室１
の内部に延出されている。この支持ロッド７の途中部分
には支持ロッド７の外周面と筒体鳳３の内周面とに固着
された蛇腹部材１５が設けられている。この蛇腹部耐重
５は、支持ロッド７の途中部分の外周面に固着されたド
ーナツ板状の仕切部１ｔ１６と、仕切部材Ｉ６に接続さ
れたステンレスなどの金属からなる蛇１１ｇ１７と、蛇
腹Ｉ７に接続されて筒体１３の内周面に固着された仕切
板１８とから構成されている。即ち、蛇腹部材Ｉ５によ
って、筒体１３が気密に仕切られている。

更に、支持ロッド７の上端部側（筒体１３の］を端部側
）には、筒装置３に装着されて支持Ｃｌｌラドの上端部
を移動させる機構が設けられている。

叩ら、筒体１３の周壁を貫通して一対の調整ノブ２０．
２１が個々に回動自在に設けられ、調整ノブ２０．２１
に接続されたねじ軸２２に螺合された調整駒２３が支持
ロッド７に係合されている。

調整ノブ２０．２１は第３図に示すように互いに直角に
向くように設けられ、調整ノブ２０．２１は調整駒２３
．２３に形成された長孔２３ｍに支持ロッド７を挿通し
て支持ロッド７に係合されている。そして、Ｒ整ノブ２
０．２１の回転操作を行うことで、調整駒２３．２３を
ねじ軸２２．２２の各長さ方向に移動させて支持ロッド
７を押圧することでターゲット８を所要角度上下左右方
向に傾斜させることができるようになっている。

また、第３図に示すばね部材２８は、筒体！３の外周壁
に回転自在に設けられたねじ軸２９ａと支持ロッド７の
端部とに接続され、互いに直交゛４゛る長孔２３ａ、２
３ａのつくり出す空間と支持（７ツド７の径の差によっ
て生じるあそびをなくすためのばね部材である。

一方、ターゲット８に対向する蒸着処理容装置の側面側
に接続口２９が形成されていて、この接続口２９とレー
ザビームの発光装ｖ！Ｌ３とが第１図と第５図に示す接
続管３０により接続されている。

前記接続管３０は角部を２箇所有する曲り管からなり、
上方の角部内には移動装ｆｉｕ３１と集光レンズ３２が
設けられ、下方の角部には第２移動機横３３が設けられ
ている。

接続管３０の上方の角部内には、支持部材３５に支持さ
れた第１反射＃１３６が傾斜状態で固定されている。ま
た、第１反射ｍ３６の周囲には接続管３０の管壁に固定
された支持枠３７がねじ軸３８と調節ノブ３９により上
下に移動自在に設けられ、支持枠３７の下端部に集光レ
ンズ３２が取り付けられている。

接続管３０の下方の角部の第２移動機横３３は、接続管
３０の管壁を貫通して設けられた筒体４０を興備してい
る。この筒体４０の先端部側（接続管３０の内部側）に
は第２反射鏡４１を装着した支持部材４２が設けられ、
支持部材４２には筒体４０の後部側に延出する支持ロッ
ド４３が固定されている。前記支持部材４２は、筒体４
０内で傾斜自在に支持されてｔＣる。前記支持ロッド４
３の途中部分には支持ロッド４３の外周面と筒体４０の
内周面とに固着された蛇腹部材４４が設けられている。

この蛇腹部材４４は、支持ロッド４３の外周面に固着さ
れたドーナツ板状の仕切部材４５と、仕切部材４５に接
続された蛇腹４６と、蛇腹４６に接続されて筒体４０の
内周面に固着された仕切板４７から構成されている。即
ち、蛇腹部材４４によって、筒体４０が、接続管３０の
内部側に通じる先端部側と、反対側の後端部側とに気密
に仕切られている。

更に、支持ロッド４３の後端部側（筒体４０の後端部側
）には、筒体４０に装管されて支持ロッド４３の後端部
を移動させる機構が設けられている。即ち、筒体４０の
周壁を貫通して一対の調整ノブ５０．５１が個々に回転
自在に設けられ、調整ノブ５０．５１に接続されたねじ
軸５２に螺合された調整駒５３が支持ロッド４３に係合
されている。調整ノブ５０．５１は第６図に示すように
互いに直角に向くように設けられ、調整ノブ５０゜５１
は調整駒５３．５３に斤ニ成された長孔５３ａに支持ロ
ッド４３を挿通して支持ロッド４３に係合されている。

そして、調整ノブ５０．５１の回転操作を行うことで、
調整駒５３．５３をねじ軸５２．５２の各長さ方向に移
動させて支持ロッド４３を押圧することで反射ミラー４
１を所要角度回動させることができるようになっている
。

また、第５図と第６図に示すばね部材４８は、筒体４０
の外周壁に回転自在に取り付けられたねし軸４９と支持
ロッド４３の端部とに接続されていて、Ｊｊ、いに直交
する長孔５３ａ、５３ａのつ（り出ず空間と支持【１ツ
ド７の径の差によって生じるあそびをなくするためのら
のである。

一方、７４２１処理容器ｌ内のターゲット８は、形成し
ようとする酸化物超電導体の膜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合資さ
仕た複合酸化物の焼結体、または、酸化物超電導体のバ
ルクなどから形成されている。現在知られている臨界温
度の高い酸化物超電導体として具体的には、Ｙ　−［３
ａ−Ｃｕ−０系、１３ｉＳ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、Ｔ
Ｉ−Ｂ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系などがあるので、ターゲ
ット８としてこれらの系のらのなどを用いろことができ
る。なお、酸化物超電導体を構成する元素の中で蒸気圧
が高く、蒸着の際に飛散しやすい元素らあるので、この
ような元素を含むターゲット８を使用する場合は、蒸気
圧の高い元素を目的とする所定の割合よりも多く含むタ
ーゲットを用いれば良い。

蒸着処理容器ｌ内の基台５は加熱ヒータを内蔵したしの
で、基板６を所望の温度に加熱できるようになっている
。

また、レーザ発光装置３はターゲット８から構１ｉ１２
拉子を発生させろことができるものであれば、ＹＡＧレ
ーザ、ＣＯ，レーザ、エキシマレーザなどのいずれのら
のを使用しても良い。

次に前記構造のレーザ蒸着装置を用いて基板６の表面に
酸化物超電導体の膜を形成する場合について説明する。

基板６とターゲット８を蒸着処理容器！内に第４図に示
４°ようにセットしたならば、真空排気装置２を作動さ
せて蒸着処理容′ａ１の内部を真空排気する。ここで必
要に応じて蒸着処理容器【内に酸素ガスを導入して蒸着
処理容器！内を酸素雰囲気としても良い。

次に、壜台５の加熱ヒータを作動させて基板６を所望の
温度に加熱する。なおここで、蒸着処理室■の天井部に
、第４図に示すように形成されている接続ボート６０を
利用してこの接続ボート６０に加熱用のＣＯｔレーザな
どの発生装置を接続し、このレーザ発生装置から発生さ
せたレーザビームで基板６を加熱するようにしても良い
。

次にレーザビームの発光装置３から発生さＵ゛だレーザ
ビームを第７図に示すように、第１反射鏡３６と集光レ
ンズ３２と第２反射［４１を介して蒸着処理容器ｌ内に
導き、ターゲット８の表面に集光照射する。この際に、
調整ノブ３９を回転させて集光レンズ３２の上下位置調
節を行い、ターゲット８の表面にレーザビームの焦点を
合わＵろ、。

レーザビームが照射されたターゲット８は表面部分がえ
ぐり取られるか蒸発されて構成粒子が第７図に示すよう
に叩き出され、その粒子は基板６上に堆積する。粒子が
堆積される基板６は加熱されているので、堆積された膜
は堆積と同時に熱処理される。

基板６上に粒子の堆積を行っている間、調整ノブ２０．
２１を回転させて支持ロッド７を所要角度傾斜させるこ
とで、ターゲット８をレーザビームのき路に対して傾斜
させる。この操作によりターゲット８から発生した粒子
の流れが異なる方向に広がってＪ＆板６の−１−の別の
範囲に粒子が堆積する。また、調整ノブ２０．２１の回
転を調整してターゲット８を所定の角度で往復揺動さ□
°っつ粒子の堆積を行うことでＪ＆板６の表面全部に均
一に粒子の堆積を行うことができ、１７さと質の均一な
堆積層を形成できる。

前述のように堆積がなされた粒子の層は熱処理によって
酸化物超電導体の模となる。また、ターゲット８からレ
ーザビー！、により発生された粒子は十分に活性化され
た状態であるので、基板６上に緻密に堆積し、熱処理に
よ−１て緻密な酸化物超電導体の模となる。

ところで、レーザビームの照射を所定時間続行するとタ
ーゲット８の表面部分のＩ箇所のみが厚さ方向に消耗す
るので、叩き出される粒子の組成に変動を生じるおそれ
がある。

このような場合、所定時間、レーザビームの照射を行っ
たならば、調整ノブ５０．５１を回転させて第２反射鏡
４Ｉを数°程度傾斜させる。この操作により第２反射鏡
４■よレーザビームの光路に対して傾斜するので、レー
ザビームは第７図に示すようにターゲット８の表面の他
の部分に照射され、ターゲット８の他の部分から再び粒
子を叩き出してこの粒子を基板６上に堆積させることが
できる。また、この後、所定時間毎にターゲット８に対
するレーザビームの照射位置を変更して順次粒子の叩き
出しを行って基板６上に粒子の堆積を行うことが好まし
い。

このようにターゲット８に対するレーザビームの照射位
置を適宜変えることで、ターゲット８の表面の種々の部
分から粒子を発生させることができるので、ターゲット
８の表面部分の全体から常に均一な組成の粒子を発生さ
せることができる。

このように発生された粒子は、十分に活性化された状態
にあるので、基板６上に堆積して緻密な模を形成する。

また、堆積された膜は順次加熱されて熱処理されるので
、結晶構造の調整がなされ、緻密で結晶構造の整った優
れた酸化物超電導体の膜が得られる。

なお、基台５の左右に送出ローラと巻取ローラを設け、
送出ローラから送り出したテープ状の基材を基台５に送
り、巻取ローラで巻き取りっつレーザ蒸着を行うように
するならば、長尺の基材上に酸化物超電導体の膜を何す
る超電導導体を製造することができる。

前記長尺の超電導導体を製造する場合、ターゲット８を
揺動させて前述の場合と同様に発生粒子の方向を変更す
るか、または、第２反射ｍ２１を傾斜さＵ゛てレーザビ
ームのターゲット８に対する照射位置を適宜変更し、長
時間にわたって安定した組成の粒子を発生させつつ蒸着
することで、長尺の基材の全長にわたり厚さと質の均一
な酸化物超電導体の膜をａオる超電導導体を製造するこ
とができろ。

「製造例」 第１図ないし第６図に示す構成の蒸着装置を用厚さ０．
５ｓｍの基板を用いるとともに、ターゲットとしてＹ　
ｏ、ｓ［３ａ＋、、ｃ　ｕｓ、ｏｏ　７−ｓなる組成の
酸化物超電導体からなる円板状ターゲットを用いた。

また、蒸む処理室の内部をＩ　Ｏ−’Ｔｏｒｒに排気し
、基板を６４０℃に加熱しっつレーザ蒸着を行った。

ターゲット照射用のレーザビームには波長１９３１−の
八「Ｆレーザを用いた。また、成膜中に、ターゲットを
上下方向に±３°　　ＩＱｓ／回で揺動させつつ成膜処
理を行った。

以上の処理によって基板上に厚さ１．０μｍの酸化物超
電導体の膜を形成した酸化物超電導体を得ることができ
た。

得られた酸化物超電導体について、臨界温度を測定する
とと６に、液体窒素で冷却して臨界電流密度を測定した
。

臨界温度　　　　　８８に 臨界電流密度　２．０ＸＩＯ’　　＾／ｃｍ”（７７に
％Ｏ，ＳＴ）以上のように本発明方法を実施することで
優れた臨界温度と臨界電流密度を示す酸化物超電導体「
発明の効果」 以」−説明したように本発明は、レーザビームをターゲ
ットに照射してターゲットの表面の粒子の叩き出しを行
って基材上に酸化物超電導体の唖の堆積を行う際に、調
整ノブを回転させることでターゲットを揺動させること
ができる構成であるので、成膜中にターゲットから発生
させた粒子のｌｌｌ１：れを基材表面の広い範囲に衝突
さ仕ることができ広い範囲に粒子を堆積させることがで
きる。従って基材上の広い範囲に、厚さと質の均一な緻
密な酸化物超ｍ導体の模を形１戊できろ効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の一実施例を示４“らの
で、第１図は側面図、第２図は第１８動機構の断面図、
第３図は第２図の１３−Ｂ線断面図、第４図は蒸着処理
容器の断面図、第５図は第２１動機構の断面図、第６図
は第５図のＡ−Ａ線断ｉｒｊ図である。 １・・・蒸着処理容器、３・・・レーザ発光装置、６・
・・基板（基材）、７・・・支持ロッド、１０・・・第
１移動機構、＋３・・・筒体（収納体）、１５・・・蛇
腹部材、１７・・・蛇腹、２０．２１・・・！Ｉｌｌ整
ノブ、２３・・・調整駒、２３ａ・・・長孔。 ２・・・ねじ軸、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 酸化物超電導体または酸化物超電導体と近似の組成など
   のターゲットにレーザビームを照射してターゲットの表
   面部分から粒子を発生させ、この粒子をターゲットの近
   傍に設置した基材上に堆積させて酸化物超電導体などを
   製造するレーザ蒸着装置において、前記レーザビームの
   光路に対するターゲットの傾斜角度を調節自在な移動機
   構で前記ターゲットを支持してなり、 前記移動機構が、蒸着処理室に連通して設けられた収納
   体と、この収納体を挿通して基材近傍に延出された支持
   ロッドと、支持ロッドの先端に設けられたターゲット支
   持部と、支持ロッドの途中部分の外周面と収納体の内面
   とに固着されて収納体を気密に仕切る蛇腹部材と、収納
   体の外壁に回転自在に設けられた調整ノブと、調整ノブ
   に接続されたねじ軸に螺合されるとともに前記支持ロッ
   ドに係合させて設けられ、ねじ軸の回転によって移動し
   て支持ロッドを傾斜させる調整駒を具備してなることを
   特徴とするレーザ蒸着装置。