JPH02160609A - 酸化物超電導体形成用ターゲット - 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Ｊ この発明は、ジョセフソン素子、超電導記憶素子といっ
た超電導デバイスなどとして応用開発が進められている
酸化物超電導体形成用ターゲットに関する。

「従来の技術」 従来、酸化物系の超電導層を形成する方法として、真空
蒸着法、スパッタリング法、レーザ蒸着法、ＭＢＥ法（
分子線エピタキシー法）、ＣＶＤ法（化学気相成長法）
、ＩＶＤ法（イオン気相成長法）などの成膜法が知られ
ている。

そしてこれらの各種成膜法の中でも、目的とする酸化物
超電導層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、このターゲットから生じさせた粒子を基材上
に堆積させて成膜するスバックリング法あるいはレーザ
蒸着法が１．均質で特性の良好な酸化物超電導層を形成
できる方法として注目されている。

スパッタリング法は、蒸着源となるターゲットの近傍に
直交電磁界放電によりプラズマを発生させてターゲット
をスパッタし、スパッタされた粒子を基材上に堆積させ
る技術である。また、レーザ蒸着法は、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を蒸発させ
、この蒸発粒子を基材上に堆積させる技術である。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、前記酸化物系の超電導体は、Ｙ−ＢａＣｕ−
０系、Ｂ　ｉ−Ｓ　ｒ−Ｃａ−Ｃｕ−０系、あるいはＴ
ＩＢ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系などのいずれの系であって
も多成分系の材料であり、その組成比がわずかでも異な
るようであると、超電導特性は著しく低下することが知
られている。

そこで従来、スパッタ法やレーザ蒸着法においては、目
的の酸化物超電導層の組成に近似した組成、あるいは同
一組成の酸化物ターゲットを形成しておき、この酸化物
ターゲットを用いて成膜するようにしている。

ところが、前述のターゲットを用いてスパッタリングを
行った場合であっても、構成元素の融点の差異や蒸気圧
の差異あるいは元素の反応性の差異などに起因して得ら
れた酸化物超電導層が目的の組成から外れることがある
問題があった。

このため、酸化物系の超電導層を形成する場合に、各成
分の組成比を厳密にコントロールすることを目的として
、成分元素ごとに複数のターゲットを備えたスパッタリ
ング装置を形成し、複数のターゲットから独自にスパッ
タを行って各ターゲットからのスパッタ量を調節し、目
的の組成に合うような超電導層を形成する装置が用いら
れている。

ところがこのようにターゲットを多く用いたスパッタ装
置は、各ターゲット毎にプラズマを発生さける機構が必
要であって装置が複雑化するとともに高価になる問題が
あった。また、１つのスパッタリング装置を用いて多種
類の酸化物超電導層を形成する場合、目的の超電導層の
種類に応じて複数のターゲットを全数交換する必要、が
生じ、スパッタ条件の変更もターゲット毎に個々に行わ
なくてはならず、ターゲットの交換が煩雑でスパッタ条
件の変更も極めて手間がかかる問題があった。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、タ
ーゲットを１つだけ装着可能なスパッタリング装置ある
いはレーザ蒸着装置を用いた場合であっても多成分系の
酸化物超電導層を形成できるとともに、ターゲットの交
換が容易であってスパッタリング条件あるいは蒸着条件
の変更も容易にすることができるターゲットを提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段」 請求項１に記載した発明は前記課題を解決するため（こ
、゛酸化物超電導体を形成するためのスパッタリング用
ターゲットにおいて、ターゲットを被スパタ方向に交差
する方向に複数に分割してなり、ターゲットの各分割体
を、酸化物超電導体を構成する複数の元素のうち、１種
以上の元素からなる合金、あるいは、酸化物超電導体を
構成する複数の元素のうちの単体金属元素から構成して
なるものである。

請求項２１こ記載した発明は前記課題を解決するために
、周回りに回転される円筒状あるいは円柱状のターゲッ
トの周面にレーザを照射してターゲットの周面部分を蒸
発させ、蒸発粒子を基材上に堆積さけて酸化物超電導体
を形成するレーザ蒸着装置用ターゲットにおいて、ター
ゲットを周方向に複数に分割してなり、ターゲットの各
分割体を、前記酸化物超電導体の構成元素の中から選択
された複数の元素の合金、あるいは、酸化物超電導体を
構成する複数の元素のうちの単体金属元素から構成して
なるものである。

「作用」 ターゲットを複数に分割してその分割体に各々酸化物超
電導層を形成する元素を含有させているので、このター
ゲットを１つ用いてスパッタリングあるいはレーザ蒸着
することにより、１つのターゲットで多成分系の酸化物
超電導層が生成される。また、この発明のターゲットを
用いることにより１つのターゲットのみ設置できる。構
成のスパッタリング装置あるいはレーザ蒸着装置で多成
分系の酸化物超電導層を生成することが可能になり、装
置の使用効率が向上する。更に、ターゲットを所定の速
度で回転させながら成膜すると、スパッタ量、あるいは
、レーザによる蒸発量が個々の分割体毎に均一になる。

更に、スパッタ量とレーザにより蒸発させる量が分割体
毎に異なるようにターゲットを回転さけるならば、形成
する酸化物超電導体の組成比が調整される。

「実施例」 第１図は請求項Ｉに記載した発明の一実施例のターゲッ
トＴ、を備えたスパッタリング装置Ｉを示し、第２図は
ターゲットＴ、の平面形状を示すもので、この実施例の
ターゲットＴ１は平面扇型の板状の分割体１．．１．．
１３を一体に接合して円板状に形成されたものである。

なお、このターゲットＴ、においてその厚さ方向が被ス
パタ方向とされるので、ターゲットＴ、は被スパタ方向
と交差する方向に（この場合、周回りに）３分割された
構造となっている。

前記ターゲットＴ、はＡ　−Ｂ　−Ｃｕ−０（ただしＡ
は、Ｙなどの周期律表１１１ａ族元素とＢｉとＴＩのう
ち１種以上を示し、ＢはＢａ、Ｓｒ、Ｃａなどの周期律
表■ａ族元素のうち１種以上を示す。）系の酸化物超電
導層をスパッタリング法で形成する場合に使用するため
のものであるので、ターゲットＴ１には目的の組成の超
電導層を形成するために必要な元素を含有させる必要が
ある。

そこでＹ　−Ｂ　ａ−Ｃｕ−０系の超電導層を形成する
場合には、例えば分割体１．をＢａ−Ｃｕ合金から形成
し、分割体ｔ、をＢ　ａ−Ｃｕ合金から形成し、分割体
ｔ、をＹ−Ｃｕ合金から形成する。また、Ｂ　ｉ−Ｓ　
ｒＣａ−Ｃｕ−０系の超電導層を形成する場合には、例
えば、分割体ｔ、をＢ１−Ｃｕ合金から、分割体ｔ、を
Ｃａ−Ｃｕ合金から、分割体ｔ３を５ｒ−Ｃｕ合金から
各々形成する。更に、Ｔ　ｉＢ　ａ−Ｃａ−Ｃｕ−０系
の超電導層を形成する場合には、例えば分割体ｔ、をＴ
ｌＣｕ合金から、分割体ｔ、をＣａ−Ｃｕ合金から、分
割体ｔ、をＢ　ａ−Ｃｕ合金から形成する。

以上のように形成されたターゲットＴ、は、第１図に示
すようにスパッタリング装置１に装着されて超電導層を
生成するために使用される。

第１図に示すスパッタリング装置ｌは、基板Ａを保持す
る基板ホルダ２と、この基板ホルダ２に所定間隔をもっ
て対向するように設置されたターゲットＴ１を備えて構
成され、基板ホルダ２とターゲットＴ１に接続されたバ
イアス電源６により基板ホルダ２とターゲットＴ、との
間の空間に電場と磁場を発生できるようになっている。

また、前記基板ホルダ２とターゲットＴ＋はいずれも第
１図の矢印ａ方向に正逆回転自在に設けられ、基板Ａあ
るいはターゲットＴ１を各々の中心軸回りに正逆回転で
きるようになっている。更に、前記基板ホルダ２とター
ゲットＴ１を囲む空間は共に真空排気装置とガス供給源
に接続された容器により囲まれていて、両者の間の空間
はアルゴンガス等からなるガス雰囲気あるいは酸素を含
む不活性ガス雰囲気にできるようになっている。なお、
前記基板Ａは基板ホルダ２に取り付けられた図示路のヒ
ータによって基板Ａを成膜に適した温度に加熱できるよ
うになっている。なおまた、第１図に符号３で示すもの
は、基板Ａに向けてイオン状酸素、原子状酸素、分子状
酸素などをビーム状に照射することができるイオンガン
である。

前記基板Ａに超電導層を形成するには、基板ホルダ２に
保持された基板Ａを成膜に適切な温度にヒータで加熱す
るとともに基板Ａにイオンガン３から酸素イオン等を照
射する。そして更に、スパッタリング装置ｌを作動させ
て基板ホルダ２とターゲットＴ１との間の空間に電場と
磁場を発生さけてこれによりイオン化させたアルゴンを
ターゲットＴ、に衝突させてターゲットＴ、の構成原子
をスパッタする。このスパッタにより基板Ａ上にターゲ
ットＴ、の構成原子を堆積させて酸化物超電導層を生成
させることができる。モして成膜と同時に雰囲気中の酸
素から、更にはイオンガン３による酸素の照射により酸
化物超電導層に酸素が供給される。なお、成膜時にはタ
ーゲットＴ、を第１図の矢印ａ方向に所定の速度で回転
させる。この回転によりターゲットＴ、を構成する分割
体１．．１１゜ｔｓが均一にスパッタされるとともに、
ターゲットＴ１を構成する原子が均一にスパッタされて
基板Ａには酸化物超電導層を形成するために必要十分な
量の原子が所定の割合でスパッタされて堆積される。従
って組成の整った均質な酸化物超電導層を基板Ａ上に生
成させることができる。

なお、ターゲットＴ、の回転速度を変化さけるならば、
分割体ｔ＋、ｔｔ、ｔ３のスパッタ量を変えることがで
き、酸化物超電導層の組成を微妙にコントロールするこ
ともできる。

ここで請求項１に記載した発明のターゲットは、被スペ
ック方向に交差する方向に複数に分割されていれば良い
ので、種々の分割状態をとることができる。例えば、第
３図に示すようにターゲットＴ、を半円板状の分割体ｔ
＋、ｔｓから構成することも可能であり、第４図に示す
如くターゲットＴ、を周回りに６分割して分割体ｔｏ、
、ｔ７．ｔｓ、ｔ、、ｔ、ｏ、ｔ、。

から構成しても良いし、第５図に示すように同心円状に
分割して分割体ｊ　１ｆｆｉ＋ｔｌ５．ｔ＋４から構成
してら良いし、第６図に示すように同心円状に分割した
上に直径に沿って更に２分割して合計６つの分割体Ｌ＋
６．Ｌ＋ｓ、ｊ＋７．ｊ＋ｓ、Ｌ＋＊、ｔ、。から構成
しても良い。

第７図は請求項２に記載した発明の一実施例のターゲッ
トＴ６を備えたレーザ蒸着装置ＩＯを示し、第８図はタ
ーゲットＴ６を示す乙ので、この実施例のターゲット’
ｒ、は断面扇型環状体状の分割体Ｌ＋＋ｔ２！＋Ｌ２３
を一体に接合して円筒状に形成されたものである。なお
、このターゲットＴ６においてその周面にレーザが照射
されるので、ターゲットＴ８は周回りに３分割された構
造となっている。

面記ターゲットＴ６を構成する各分割体Ｌ２１．ｔ２２
ｔｔ３は先に説明した実施例の分割体ｔ１．ｔｔ、ｔ３
と同等の材料から構成されている。

第７図に示すレーザ蒸着装置ＩＯは、蒸着処理室１１を
有し、この蒸着処理室ＩＩは図示略の真空排気装置に排
気孔Ｉ２を介して接続されて内部を真空引きできるよう
になっている。また、この蒸着処理室ｌｌ内には、図示
しない基板固定部材に着脱可能に固定されて中心軸回り
に回転自在に保持されたターゲットＴ６とこのターゲッ
トＴ６を予熱するための予熱ヒータ１４と、後述する基
材２５を加熱するための補助ヒータ１５が配置されてい
る。

予熱ヒータ！４は、レーザビームによりターゲットＴ、
への部分的な集中加熱によってターゲットＴ、に熱破壊
が生じることを防止するために、ターゲットＴ、全体を
数１００℃に予熱するとともに、予熱によってターゲッ
トＴｌｌの外周面を均一に蒸発させるためのものである
。補助ヒータ１５は後述する基材２５の下方に配置され
てこれを加熱するものである。

また１、蒸着処理室１１の側方には、レーザ装置１７お
よび集光レンズ１８が配置されていて、レンズ装置１７
が発生させたレーザビームを蒸着処理室１１の側壁に取
り付けられた透明窓！９介して前記ターゲットＴｏに集
光できるようになっている。

更に、前記蒸着処理室１１の両側には、この蒸着処置室
１１に、通過孔２０を介して接続された送出室２１と巻
取室２２が配置されている。

前記送出室２Ｉには送出装置２３が、巻取室２２には巻
取装置２４が各々設けられ、送出装置２３から繰り出し
たテープ状の基材２５を蒸着処理室１１の予備ヒータ１
５とターゲットＴ、の間に送り、次いで巻取室２２で巻
き取ることができるようになっている。なお、送出室２
１と巻取室２２はそれぞれ排気孔２６を介して真空排気
装置に接続されている。また、第７図に符号２７で示す
ものは、質量分析計であり、この質量分析計２７はスリ
ットと組み合わせた固定イオンコレクター電極を使用し
、ターゲットＴ８側に向けられた測定部２８によりイオ
ンを電気的に検出する分析計であり、成膜時において、
レーザビームを照射してターゲットＴ８の一部を蒸発さ
せた際に、蒸発成分の組成を分析するものである。

次に前記レーザ蒸着装置を用いて酸化物超電導層を形成
する場合について説明する。

ターゲブｌ’Ｔｅを第７図に示す位置に設置し、更に予
熱ヒータ１４でターゲットＴ８を加熱する。

次いで真空排気装置により蒸着処理室１１と送出室２１
と巻取室２２を排気して真空雰囲気とする。

続いてターゲットＴ６を回転させるとともに、基材２５
を移動さ什て蒸着処理室１１に順次送り込み、レーザ装
置１７から発したレーザビームをターゲットＴ８に照射
してターゲットＴ８の表面を蒸発させて蒸発粒子を生じ
させ、この蒸発粒子を基材２５上に堆積させる。

回転しているターゲットＴ６の周面に照射されたレーザ
ビームは、分割体ｔｔ＋＋ｔ！ｔ、ｔｔ３の周面を順次
加熱して蒸発させるので、基材２５には分割体Ｌ２＋＋
Ｌｔ＊、Ｌｔ３を構成する元素が堆積されて酸化物超電
導層が堆積される。ここでターゲット’ｒｅの回転数を
適宜調節するならば、蒸発粒子を均一化して均質な粒子
の堆積を行うことができる。また、質量分析計６により
連続的にあるいは断続的に蒸着粒子の組成を測定し、こ
の測定結果を基にレーザビームの出力とターゲットＴ、
の回転数を調節するようにして目的の組成の酸化物超電
導層を生成させるようにすることが好ましく、このよう
にすることにより組成の整った特性の優れた酸化物超電
導層を形成することができる。

なお、ターゲットは周回りに複数に分割すれば良いので
、この例のように３分割ではなく、第９図に示すように
１２分割でも差し支えない。

「発明の効果」 以上説明したように本発明は、ターゲットを複数に分割
してその分割体に各々酸化物超電導層を形成する元素を
含有さけているので、このターゲットを１つ用いてスパ
ッタリングあるいはレーザ蒸着することにより、１つの
ターゲットを用いて多成分系の酸化物超電導層を生成さ
せることができる。従って１つのターゲットのみ設置で
きる構成のスパッタリング装置あるいはレーザ蒸着装置
で多成分系の酸化物超電導層を生成することが可能にな
り、装置の使用効率が向上する。また、各酸化物超電導
体の構成元素を含む各分割体の大きさの比率を酸化物超
電導層の組成に合うように適宜調節してターゲットを形
成するならば、酸化物超電導層の組成を調節することが
できる。

更に、ターゲットをスパッタリング装置あるいはレーザ
蒸着装置にセットして所定の速度で回転させながら成膜
することにより、スパッタ量、あるいは、レーザによる
蒸発量を個々の分割体毎に均一にすることができるので
、均一な組成の酸化物超電導層を形成することができろ
。

また、スパッタ量とレーザにより蒸発させる量が分割体
毎に異なるようにターゲットを回転させるならば、形成
する酸化物超電導体の組成比を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載した発明の一実施例のターゲッ
トを備えたスパッタリング装置の構成図、第２図は面記
ターゲットの平面図、第３図はターゲットの第２の実施
例を示す平面図、第４図はターゲットの第３の実施例を
示す平面図、第５図はターゲットの第４の実施例を示す
平面図、第６図はターゲットの第５の実施例を示す平面
図、第７図は請求項２に記載した発明の一実施例のター
ゲットを備えたレーザ蒸着装置の構成図、第８図は同タ
ーゲットの斜視図、第９図はターゲットの第２の実施例
を示す平面図である。 １・・・スパッタ装置、Ａ・・・基板、ＴＩ−Ｔ？−・
・ターゲット、ｔ、〜ｔｔ３・・・分割体、ｌＯ・・・
レーザ蒸着装置、１１・・・蒸着処理室、１７・・・レ
ーザ装置、２５・・・基材。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸化物超電導体を形成するためのスパッタリング
   用ターゲットにおいて、ターゲットが被スパタ方向に交
   差する方向に複数に分割されてなり、ターゲットの各分
   割体が、酸化物超電導体を構成する複数の元素のうち、
   １種以上の元素からなる合金、あるいは酸化物超電導体
   を構成する複数の元素のうちの単体金属元素からなるこ
   とを特徴とする酸化物超電導体形成用ターゲット。
2. （２）周回りに回転される円筒状あるいは円柱状のター
   ゲットの周面にレーザを照射してターゲットの周面部分
   を蒸発させ、蒸発粒子を基材上に堆積させて酸化物超電
   導体を形成するレーザ蒸着装置用ターゲットにおいて、
   ターゲットが周方向に複数に分割されてなり、ターゲッ
   トの各分割体が、前記酸化物超電導体の構成元素の中か
   ら選択された複数の元素の合金、あるいは、酸化物超電
   導体を構成する複数の元素のうちの単体金属元素からな
   ることを特徴とする酸化物超電導体形成用ターゲット。