JPH06271394A

JPH06271394A - レーザ蒸着装置用ターゲット及びこれを用いた酸化物超電導体の製造方法

Info

Publication number: JPH06271394A
Application number: JP5060190A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Iijima; 康裕飯島; Kazunori Onabe; 和憲尾鍋; Naohiro Futaki; 直洋二木; Nobuyuki Sadakata; 伸行定方
Original assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Current assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Priority date: 1993-03-19
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-09-27

Abstract

(57)【要約】【目的】基材表面の広い範囲にわたり膜質や膜厚の安
定した酸化物超電導体の膜を形成することができるター
ゲット及び酸化物超電導体の製造方法を提供。【構成】レーザ蒸着装置に使用されるターゲット１、
１１がレーザー照射面１２をその底面に対して傾斜した
形状に形成されてなることを特徴とし、さらにこのター
ゲット１、１１を自転させつつ、傾斜したレーザ照射面
にレーザ光を照射してブルームの歳差運動をさせながら
酸化物超電導体層を形成することを特徴とする。【効果】品質の安定した大きな面積の膜を得ることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導マグネット、超
電導電力輸送、医療用機器、超電エネルギーの貯蔵、ジ
ョセフソン素子などの超電導素子などとして用いられる
酸化物超電導体製造用のレーザ蒸着装置に関し、特にそ
のターゲットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、超電導状態から常電導状態に遷移
する臨界温度（Ｔｃ）が液体窒素以上の高い値を示す酸
化物超電導体が種々発見されつつある。この種の酸化物
系超電導体は、液体ヘリウムで冷却する必要のあった従
来の合金系あるいは金属間化合物系の超電導体に比較し
て格段に有利な冷却条件で使用できることから、実用上
極めて有望な超電導材料として種々の研究と開発がなさ
れている。

【０００３】なお、このような酸化物超電導体における
臨界温度や臨界電流密度（Ｊｃ）は、製造方法、製造条
件などの種々のファクターにより極めて大きく変動する
ことが知られている。そして現在のところでは、スパッ
タリング法、レーザ蒸着法、ＣＶＤ法などの薄膜形成手
段により形成された超電導体が比較的良好な超電導特性
を示す可能性があるとされ、またこれらの薄膜形成手段
のうちでもレーザ蒸着法は、蒸着速度が速い、蒸着時の
制御が容易、製造設備を簡略化できるなどの利点があ
り、また比較的良好な特性を有する超電導体を成膜でき
ることから注目されている。

【０００４】図５は、このようなレーザ蒸着法による超
電導体の製造に用いられるレーザ蒸着装置の一例を示す
ものであって、この装置１０は、酸化物超電導体を含む
ターゲット１と、このターゲット１表面に照射するレー
ザ光２の光源３と、この光源３から照射されたレーザ光
２を集光してターゲット１表面に照射するためのレンズ
４（集光手段）と、ターゲット１近傍に配設された成膜
用基材５と、前記基材５を適温に加熱する加熱ヒータを
備えた基台５ａとから構成されている。ターゲット１及
び基板５は、真空雰囲気中あるいは酸化雰囲気に調製可
能な蒸着処理室６内に配置されている。よって、前記蒸
着処理室６は、排気孔８を介して真空処理ポンプ９に接
続されている。また、蒸着処理室６の一部にはターゲッ
ト１表面に照射するレーザ光２を透過させる入射窓７が
設けられている。

【０００５】このレーザ蒸着装置による酸化物超電導体
の製造では、蒸着処理室６内にターゲット１と基材５と
をそれぞれ配置し、光源３から高出力レーザ光２を出射
し、レンズ４で集光して蒸着処理室６内のターゲット１
に照射することにより、ターゲット１の表面から微粒子
が蒸発飛散し、ターゲット１近傍に設けられた基材５の
表面にこの微粒子が蒸発堆積して基材５表面に酸化物超
電導膜が形成される。

【０００６】そして、前述のように粒子が堆積された基
材５は基台５ａ中に備えてられている加熱ヒータにより
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。従って、熱処理後に基材上に酸化物超電導
体の膜が形成された超電導導体が得られる。なお、熱処
理が充分でない時は、蒸着処理後に別個に熱処理を行な
い、生成された酸化物超電導体の膜の結晶構造を整える
ようにしても良い。また、前述のようにターゲット１１
から叩き出された粒子は、充分に活性化された状態であ
るので、基板１７上に緻密に堆積する。そして、堆積さ
れた膜は、熱処理されるので、緻密で結晶構造の整った
優れた超電導特性を発揮する酸化物超電導体の膜が得ら
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
装置により酸化物超電導体を製造する場合、ターゲット
１の１箇所にレーザ光２を集光照射して、その部分から
粒子を叩き出すので、叩き出された粒子は、ターゲット
１から放射状に広がりつつ拡散して基材５に接近し、基
材５の表面に衝突して堆積する。従って、基材５表面に
おいて、ターゲット１から遠い部分と近い部分で堆積す
る粒子数に差が生じ、基材５上に形成される膜の質や厚
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５上の狭い範囲にしか形成できない問題があっ
た。

【０００８】そしてまた、上記装置１０においては、基
材５上に酸化物超電導体を形成する場合、ターゲット１
表面のレーザ光２を照射した部分から構成粒子を叩き出
して蒸着を行なっている間に、ターゲット１表面のレー
ザ光照射部分が順次えぐり取られて消耗し、その結果、
放出されるターゲット粒子と、基材上に蒸着される膜の
膜質や膜厚が成膜中に経時変化を起こすといった問題を
有していた。

【０００９】そして、上記装置１０におけるレーザ光２
の光源としては、炭酸ガスレーザ、ＹＧＡレーザ、エキ
シマレーザ、ガラスレーザ等の高出力レーザ光源が用い
られていたが、前記炭酸ガスレーザ、ＹＧＡレーザ、エ
キシマレーザ、ガラスレーザ等のレーザ光の光径は、そ
の電極等のレーザ発生手段の形状により決定され、例え
ば、エキシマレーザでは、出射されるレーザ光の断面形
状が１ｃｍ×４ｃｍ程度の横長の長方形状である。そし
て、従来法では、このような光を集光用レンズを用いて
最終的に１／１０程度の光径（１ｍｍ×４ｍｍ程度）ま
で集光してターゲットに照射していた。しかし、このよ
うに点対象でない横長の断面形状の光を用いると、ター
ゲットに光を当てた時に蒸発する粒子の量が、光の上下
方向、左右方向に対し、それぞれ異なってしまうため
に、形成される超電導膜も不均一になってしまうという
問題があった。

【００１０】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもの
で、基材表面の広い範囲にわたり膜質や膜厚の安定した
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
装置用ターゲット及びこれを用いた酸化物超電導体の製
造方法を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載のレーザ
蒸着装置用ターゲットは、上記課題を解決するために、
酸化物超電導体あるいはその原料を含むターゲットと、
該ターゲット表面に照射するレーザ光の光源と、該光源
とから出射されたレーザ光を集光して該ターゲット表面
に照射する集光手段と、該ターゲット近傍に配設された
成膜用基材と、ターゲットの自転手段とが設けられたレ
ーザ蒸着装置に使用されるターゲットが、レーザー照射
面をその底面に対して傾斜した形状に形成されてなるこ
とを特徴としたものである。

【００１２】請求項２に記載の酸化物超電導体の製造方
法は、上記課題を解決するために、酸化物超電導体ある
いはその原料を含むターゲットの表面にレーザ光を照射
して飛散した微粒子を基材表面に当て、該基材表面に酸
化物超電導膜を形成するレーザ蒸着法による酸化物超電
導体の製造方法において、前記ターゲットのレーザ照射
面を、その底面に対して傾斜した形状としたターゲット
を用い、前記ターゲットを自転させつつ、前記傾斜した
レーザ照射面にレーザ光を照射してブルームの歳差運動
をさせながら酸化物超電導体層を形成することを特徴と
したものである。

【００１３】請求項３に記載のレーザ蒸着装置用ターゲ
ットは、上記課題を解決するために、酸化物超電導体あ
るいはその原料を含むターゲットと、該ターゲット表面
に照射するレーザ光の光源と、該光源とから出射された
レーザ光を集光して該ターゲット表面に照射する集光手
段と、該ターゲット近傍に配設された成膜用基材と、タ
ーゲットの自転手段とが設けられたレーザ蒸着装置に使
用されるターゲットが、レーザ照射面をその底面に対し
て傾斜した形状に形成されてなり、かつ前記ターゲット
は円盤状の基板の一方の面の円周沿いに複数取り付けら
れたセットターゲットからなることを特徴としたもので
ある。

【００１４】請求項４に記載の酸化物超電導体の製造方
法は、上記課題を解決するために、酸化物超電導体ある
いはその原料を含むターゲットの表面にレーザ光を照射
して飛散した微粒子を基材表面に当て、該基材表面に酸
化物超電導膜を形成するレーザ蒸着法による酸化物超電
導体の製造方法において、前記レーザ照射面を、その底
面に対して傾斜した形状としたターゲットを用い、前記
ターゲットを円盤状基板の一方の面の円周沿いに複数取
り付けてセットターゲットとし、これを所定の時間毎に
周方向へ所定の角度だけ回転するとともに、前記個々の
ターゲットを自転させつつ、前記自転中のターゲットに
レーザ光を照射してブルームの歳差運動をさせながら酸
化物超電導体層を形成することを特徴としたものであ
る。

【００１５】

【作用】この発明における請求項１または請求項２にお
いては、レーザ蒸着法により基板上に酸化物超電導膜を
形成するに際して使用するレーザ蒸着装置のターゲット
が、レーザ照射面をその底面に対して傾斜した形状に形
成されてなることを特徴とするもので、これを自転させ
つつ前記ターゲットにレーザ光を照射すると、前記ター
ゲットは、その自転運動とともに、上下に首振り運動を
しつつ回転することとなる。従って、前記のような自転
運動及び首振り運動中のターゲットにレーザ光が照射さ
れると、前記レーザ光は、ターゲット表面の一点に集中
照射されることなく、均一的に照射されるため、ターゲ
ットより叩き出される粒子の流れは、基材表面の広い範
囲に振り分けられつつ堆積することとなる。よって、基
材上には厚さと質の均一化した酸化物超電導体の膜が生
成する。そしてまた、ターゲットから叩き出された粒子
が基材上の広い範囲に堆積することにより、膜厚が均一
で膜質の整った大面積の酸化物超電導体の膜を生成する
ことが可能である。

【００１６】さらにまた、上述したように本発明のター
ゲットへのレーザ光照射は、その照射範囲が一点に集中
しないため、これに起因してレーザ光の焦点距離が変化
するなどの不都合が解消される。従って、このレーザ光
のエネルギー密度は、ターゲット上では常に変化するこ
となく、ほぼ一定に保持されるため、基材上に原料を蒸
着する蒸着操作中において、常時一様な濃度の原料ガス
雰囲気とすることができる。更に、レーザ蒸着法により
成膜するため、成膜時間が短くなるとともに緻密な酸化
物超電導体の膜が生成する。

【００１７】そしてまた、上記のように自転運動及び首
振り運動中のターゲットに、レーザ光照射を行なった場
合、前記レーザ光にエキシマレーザ等のような、その断
面形状が横長の長方形状等のものを使用しても、前記タ
ーゲットのレーザ光照射面におけるレーザ光の照射面形
状は、正方形あるいは円形等の対象形状等に変形される
ため、光の上下方向、左右方向の蒸発粒子量が均一化さ
れて、均質な酸化物超電導膜を形成することが可能とな
る。

【００１８】さらに、請求項３または請求項４において
は、上述したような請求項１または請求項２におけるタ
ーゲットを、円盤状基板の一方の面の周方向に複数個設
けたセットターゲットを用いたところに特徴があるもの
であって、このセットターゲットが設置されたレーザ蒸
着装置は、セットターゲットの円盤状基板を所定の時間
毎に周方向へ所定の角度だけ回転させつつ、かつ前記円
盤状基板表面に設けられた各ターゲットを自転させなが
ら、レーザ光を照射することにより、前記ターゲットよ
りターゲット粒子を叩き出して、これを基材上に成膜
し、酸化物超電導膜を得るものである。

【００１９】よって、前記ターゲットの自転運動及び首
振り運動中におけるレーザ照射による基板上の成膜効果
は、上記請求項１及び請求項２と同様の効果を奏するも
のであって、前記ターゲットより叩き出された粒子が基
材上の広い範囲に堆積し、基材の広い範囲に均一に膜厚
・膜質の酸化物超電導膜を形成することができるもので
ある。さらに、本請求項３または請求項４においては、
前記セットターゲットの回転により、１つのターゲット
使用後、これを新たなターゲットに入れ替えることによ
り、ターゲットのレーザ光照射面に照射されるエネルギ
ー密度を一定に保つことができ、これにより安定したタ
ーゲット粒子の放出を長時間維持でき、安定した成膜が
可能である。よって、品質の安定した大きな面積の膜を
得ることができる。また、レーザ蒸着法であるので、成
膜時間が短くなるとともに、緻密な酸化物超電導体を得
ることができる。

【００２０】

【実施例】以下に本発明における実施例のレーザ蒸着装
置用ターゲットについて以下に説明する。図１は、本発
明におけるレーザ蒸着装置に使用されるターゲットの一
例を示すもので、図中符号１１のターゲットは、円柱状
の側面１４と、これを挟むレーザ照射面１２が、前記レ
ーザ照射面１２と対向する底面１３に対して、所定の傾
斜角度αを有する構成からなっている。なお、上記実施
例１におけるターゲットの形状は、単に一例にすぎず、
上記構成からなるものに限らず、前記レーザ照射面１２
が底面に対し一定の傾斜角度αを有するもの、あるいは
一定の曲率を有する曲面でも良いのは勿論である。

【００２１】そして、上記構成からなるターゲット１１
を用いたレーザ蒸着装置の構成例１について、図面を参
照しつつ以下に説明する。（構成例１）図２に本構成例のレーザ蒸着装置１５を示
し、図中符号１６は処理容器であって、この処理容器１
６の内部の蒸着処理室１６ａには、基材１７とターゲッ
ト１８が設置されている。処理容器１６は、排気孔１６
ｂを介して、真空排気装置１９に接続されて内部を真空
排気できるようになっている。

【００２２】蒸着処理室１６ａの底部には基台２０が設
けられ、この基台２０の上面に基材１７が水平がに設置
されるとともに、基材１７の斜め上方側に、支持板１８
によって支持されたターゲット１１が傾斜状態で設けら
れている。前記基台２０は、加熱ヒータを内蔵したもの
で、基材１７を所望の温度に加熱できるようになってい
る。そして、前記ターゲット１１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含有させた複合酸化
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−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、
Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などがあるので、ターゲ
ット３としてこれらの系のものなどを用いることができ
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もあるので、この
ような元素を含むターゲット１１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。

【００２３】そして、前記ターゲット１１が取り付けら
れた支持板１８は、前記処理容器１６外に設けられたタ
ーゲット自転駆動装置Ｚにより自転自在に支持され、前
記支持板１８に取り付けられたターゲット１１がとも
に、一定の速度で、または間欠的に自転運動するような
構成になっている。

【００２４】一方、処理容器１６の側方には、レーザ発
光装置２１と集光レンズ２２とが設けられ、レーザ発光
装置２１が発生させたレーザ光２３を処理容器１６の側
壁に設けられた透明窓２４を介して、ターゲット１１に
集光照射できるようになっている。レーザ発光装置２１
は、ターゲット１１のレーザ照射面１２から構成粒子を
叩き出すことができるものであれば、ＹＡＧレーザ、Ｃ
Ｏ₂レーザ、エキシマレーザなどのいずれのものでも使
用することができる。

【００２５】そして、図２に示す構成例１のレーザ蒸着
装置１５を用いて、酸化物超電導体を製造する方法を以
下に説明する。基台２０とターゲット１１を蒸着処理室
１６ａ内に図２に示すようにセットしたならば、蒸着処
理室１６ａを真空排気する。ここで必要に応じて蒸着処
理室１６ａに酸素ガスを導入して蒸着処理室１６ａを酸
素雰囲気としても良い。また、基台２０の加熱ヒータを
作動させて基材１７を所望の温度に加熱する。

【００２６】次に、レーザ発光装置２１から発生させた
レーザ光２３を集光レンズ２２と透明窓２４を介して蒸
着処理室１６ａ内に導き、所定の速度で自転運動してい
る前記ターゲット１１の表面に集光照射する。この際
に、集光レンズ２２の位置調製を行なってターゲット１
１の表面にレーザ光２３の焦点を合わせる。レーザ光２
３が照射されたターゲット１１は、その自転運動とレー
ザ光２３の照射により、自転運動をしつつ上下に首振り
運動を開始する。そして、前記のような運動を開始した
ターゲット１１に、さらにレーザ光２３が照射されるこ
とにより、その表面部分がえぐり取られるか蒸発されて
構成粒子が叩き出され、その粒子は図１の鎖線で示すよ
うに放射状に広がりつつ飛散して、基材１７の表面に堆
積する。

【００２７】よって、上記のように自転運動及び首振り
運動を行なっているターゲット１１表面に、レーザ光が
照射され続けることにより、ターゲット１１のレーザ照
射面１２から叩き出された粒子の広がりは、従来より広
い範囲に広がりつつ、基材１７の表面に達する。よっ
て、前記粒子が、その広がりを拡大しつつ、基材１７上
に成膜されると、基材１７の表面の広い範囲に粒子を均
一に堆積させることができ、基材１７上に厚さと質の均
一な堆積層を形成することができる。また、自転運動と
首振り運動中のターゲット１１に照射されるレーザ光２
３は、前記ターゲット１１のレーザ照射面の一点に集中
することなく、均一的に照射されるので、長時間に及ぶ
レーザ光照射を行なっても、ターゲット１１の一点のみ
が過剰に抉り取られ、これに起因してレーザ光２３の焦
点距離が変化するなどの不都合が解消される。従って、
このレーザ光２３のエネルギー密度は、ターゲット１１
上では常に変化することなく、ほぼ一定に保持されるた
め、基板上に原料を蒸着する蒸着操作中において、常時
一様な濃度の原料ガス雰囲気とすることができる。な
お、ターゲット１１の自転運動は、連続的であっても間
欠的であっても差し支えなく、ターゲット１１を自転さ
せる際の自転速度は、ターゲット１１からの発生粒子を
基材１７の表面全部に、均一に到達できるようにするこ
とが必要である。

【００２８】そして、前述のように粒子が堆積された基
材１７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こととなる。従って、熱処理後に基
材上に酸化物超電導体の膜が形成された超電導導体が得
られる。なお、熱処理が充分でない時は、蒸着処理後に
別個に熱処理を行ない、生成された酸化物超電導体の膜
の結晶構造を整えるようにしても良い。さらにまた、タ
ーゲット１１から叩き出された粒子は、充分に活性化さ
れた状態であるので、基材１７上に緻密に堆積する。そ
して、堆積された膜は、熱処理され、緻密で結晶構造の
整った優れた超電導特性を発揮する酸化物超電導体の膜
が得られる。

【００２９】ところで、図２の２点鎖線に示すように基
台２０の左右に送り出しローラ２５と巻取りローラ２６
を設け、送り出しローラ２５から送り出したテープ状の
基材を基台２０に送り、巻取ローラ２６で巻取つつ、レ
ーザ蒸着を行な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有する超電導導体を製造することが
できる。また、前記長尺状の超電導体を製造する場合、
前述と同様にターゲット１１を自転させつつ蒸着するこ
とで長尺の基材の全長全面にわたり特性の良好な酸化物
超電導体の膜を形成することができる。つまり、上述し
たような自転運動及び首振り運動中のターゲット１１に
レーザ光２３を照射し続けることにより、幅の広いテー
プ状の基材においても、その表面全部に均一な厚さと組
成の酸化物超電導体の膜を生成することが可能である。
なお、前記ターゲット１１の自転方向は、図２に示す矢
印ａ方向に限らず、その逆であっても上記効果に影響を
及ぼすことはない。

【００３０】そこで、上記構成例１の装置を用いて作製
した酸化物超電導体の製造例１について、以下に説明す
る。（製造例１）図２に示す構成の蒸着装置１５を用い、基
材１７としてＹＳＺ中間相層をつけたハステロイＣ２７
６製の縦１０００ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０.１ｍｍの
基材を用いるとともに、ターゲット１１としてＹ₁Ｂａ₂
Ｃｕ₃Ｏ_7-Xなる組成の酸化物超電導体からなるターゲッ
トを用いた。そして、前記ターゲット１１の形状は、図
１に示すように、円筒状の側面１４と、これを挟むレー
ザ照射面１２が、これと対向する底面１３に対して２０
度の傾斜角度を有するものを使用した。また、蒸着処理
室１６ａの内部を２００ｍｍＴｏｒｒに排気し、基板１
７を７００℃に加熱しつつレーザ蒸着を行なった。ター
ゲット照射用のレーザ光２３には、波長）１９３ｎｍの
エキシマレーザを用いた。また、成膜時、ターゲット１
１を図２に示す矢印ａ方向に、自転速度１Ｓ／回で自転
させつつ成膜処理を行なった。

【００３１】以上の処理によって基材１７上に厚さ２μ
m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。そして、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もに、液体窒素で冷却し
て臨界電流密度を測定した。臨界温度９０Ｋ臨界電流密度２０００００Ａ／ｃｍ² （７７
Ｋ、０Ｔ）以上のように、本発明における上記実施例の装置１５を
用い、本発明方法を用いることにより、優れた臨界温度
と臨界電流密度を示す酸化物超電導体を得ることができ
た。

【００３２】さらに、上述した図１に示す形状のターゲ
ット１１を、円盤状基板の円周に複数個設けた図４に示
すようなセットターゲット３３を取り付けた構成例２の
レーザ蒸着装置３０について、図面を参照しつつ以下に
説明する。（構成例２）構成例２におけるレーザ蒸着装置３０は、
ターゲット１１を図４に示すように、円盤状の基板３８
の円周に複数個取り付けたセットターゲット３３として
用いたところに特徴があるものである。

【００３３】図３は、本構成例２のレーザ蒸着装置３０
を示すもので、前記レーザ蒸着装置３０は、このセット
ターゲット３３以外の構成は、上記構成例１と同様な構
成であり、蒸着処理室１６ａ内には、上記セットターゲ
ット３３とレーザ発光装置２１が設けられ、前記蒸着処
理室１６ａには排気孔１６ｂを介して接続された真空排
気装置１９が設置されている。

【００３４】そして、本構成例２で用いたセットターゲ
ット３３は、図３に示すように、基板１７の斜め上方に
天井部を貫通して設置され、このセットターゲット３３
の円盤状基板３９上には、その円周に沿って１０枚のタ
ーゲット１１・・・が、自転基板３９を介して自転自在
に取り付けられている。そして、前記１０枚のターゲッ
ト１１・・・のうちの１枚が、上記基材１７上に対向す
るようになっている。なお、前記ターゲット１１の形状
は、上記構成例１で用いたターゲット１１と同様のもの
である。

【００３５】また、上記セットターゲット３３の形成物
質についても、上記実施例と同様に、基材１７上に形成
しようとする酸化物超電導膜と同一のまたは近似した組
成、あるいは成膜中に逃避し易い成分を多く含有された
複合酸化物の焼結体、または酸化物超電導体のバルクな
どから形成されており、例えば、臨界温度の高い、Ｙ−
Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系、Ｔ
ｌ−Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系などの系のものをターゲッ
トとして用いることができる。

【００３６】そして、上記セットターゲット３３は、蒸
着処理室１６ａ外に配されている円盤状基板公転駆動モ
ータ４２によって、前記セットターゲット３３の円盤状
基板３８が回転されるようになっている。そしてまた、
前記円盤状基板３８上に設けられた各ターゲット１１・
・・を自転させるターゲット自転駆動モータ４３は、前
記円盤状基板公転駆動モータ４２と同様に、蒸着処理室
１６ａ外に設置されている。

【００３７】そこで、上記セットターゲット３３の円盤
状回転駆動モータ４２及びターゲット自転駆動モータ４
３による上記円盤状基板３８の回転及びターゲット１１
の自転機構について、以下に説明する。上記ターゲット
公転駆動モータ４２は図４に示すように、回転軸にギア
Ａが固定され、このギアＡは、主軸４４の一端に取り付
けられ、これを回転軸とするギアＢと噛合している。ま
た、このギアＢが取り付けられている主軸４４の他端に
は、同軸で円盤状基板３８が取り付けられている。従っ
て、この円盤状基板公転駆動モータ４２の回転力は、ギ
アＡ及びＢを介して主軸４４に伝達され、蒸着処理室１
６ａ内に配されている円盤状基板３８を回転させるよう
になっている。

【００３８】なお、円盤状基板公転駆動モータ４２は、
メインスイッチを入れると、円盤状基板３８が、その上
面に取り付けられた自転基板３９・・・及びターゲット
１１・・・とともに３６度回転し、その直後にサブスイ
ッチが自動的に切れて回転が止まり、回転停止後所定時
間経過すると、再度サブスイッチが入って上記と同様の
動作を繰り返すようになっている。また、上記ギアＢに
は、１０個のストッパピン穴４５が穿通され、円盤状基
板公転駆動モータ４２停止時、ギアＢ近傍に設置されて
いるストッパピン４６が、上記１０個のストッパピン穴
４５の内の１個に挿入されて、ギアＢの回転軸である主
軸４４の回転を固定し、これにより円盤状基板３８の回
転遊びをなくすようになっている。

【００３９】また、ターゲット自転駆動モータ４３の回
転軸４７にはギアＣが固定され、このギアＣは、回転軸
４８の一端に取り付けられているギアＤに噛合し、また
このギアＤと同軸で回転軸４８の他端に取り付けられ、
蒸着処理室１６ａ内に配されているギアＥは、ギアＦと
噛合し、さらにこのギアＦは、隣接する軸状ギアＧの一
端と噛合している。上記軸状ギアＧの他端はギアＨと噛
合し、さらにこのギアＨは回転軸４９の一端に取り付け
られているギアＩと噛合している。また、上記回転軸４
９の他端には、円盤状基板３８上に配置されている自転
基板３９・・・を介してターゲット１１・・・が取り付
けられている。従って、このターゲット自転駆動モータ
４３の回転力は、ギアＣ→ギアＤ→ギアＥ→ギアＦ→軸
状ギアＧ→ギアＨ→ギアＩ→自転基板３９・・・の順で
伝達され、自転基板３９・・・を介してターゲット１１
・・・を自転させるようになっている。なお、ターゲッ
ト自転駆動モータ４３は、一旦スイッチを入れれば、再
びスイッチを切るまで断続的に回転し続け、その回転速
度は、０〜１０ｒｐｍの間で調節することができる。

【００４０】そこで、以下に、上記構成例２のレーザ蒸
着装置３０を用いた酸化物超電導体の製造方法について
説明する。まず、図３に示すレーザ蒸着装置３０におけ
る基台２０上に基材１７を設置し、１０枚の自転円盤３
９・・・上に、前記基板１７上に形成しようとする酸化
物超電導膜と同一または近似した組成のターゲット１１
を各１枚ずつ取り付ける。前記ターゲット１１の形状
は、上記構成例１で用いた図１に示す形状のものと同様
のものを使用した。

【００４１】次に、前記セットターゲット３３が設置さ
れている蒸着処理室１６ａ内を真空排気ポンプ１９を作
動させて排気する。ここで、必要に応じて蒸着処理室１
６ａに酸素を導入して蒸着処理室１６ａを酸素雰囲気と
しても良い。そして、基台２０内に内蔵されているヒー
タを作動させて、上記基材１７を蒸着最適温度に加熱す
る。

【００４２】また、上記操作と同時に円盤状基板公転駆
動モータ４２のメインスイッチと、ターゲット自転駆動
モータ４３のスイッチを入れ、自転基板３９・・・を所
定の回転速度で回転させるとともに、円盤状基板３８を
所定の時間間隔で３６度づつ回転させる。そして、レー
ザ発光装置２１から発生させたレーザ光２３を集光レン
ズ２２と透明窓２４を介して蒸着処理室１６ａ内に導
き、所定の速度で自転運動している前記ターゲット１１
の表面に集光照射する。この際に、集光レンズ２２の位
置調製を行なってターゲット１１のレーザ照射面１２に
レーザ光２３の焦点を合わせる。

【００４３】レーザ光２３が照射されたターゲット１１
は、その自転運動とレーザ光２３の照射により自転運動
をしつつ上下に首振り運動を開始する。そして、前記の
ような運動を開始したターゲット１１に、レーザ光２３
が照射されることにより、前記ターゲット１１のレーザ
光照射面１２がえぐり取られるか蒸発されて、構成粒子
が叩き出され、その粒子は図３の鎖線で示すように放射
状に広がりつつ飛散して基材１７の表面に堆積する。

【００４４】そして、前述のように粒子が堆積さた基材
１７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。従って、熱処理後に基板上に酸化物
超電導体の膜が形成された超電導導体が得られる。な
お、熱処理が充分でない時は、蒸着処理後に別個に熱処
理を行ない、生成された酸化物超電導体の膜の結晶構造
を整えるようにしても良い。また、前述のようにターゲ
ット１１から叩き出された粒子は、充分に活性化された
状態であるので、基材１７上に緻密に堆積する。そし
て、堆積された膜は、熱処理されるので、緻密で結晶構
造の整った優れた超電導特性を発揮する酸化物超電導体
の膜が得られる。

【００４５】ところで、図３には図示されていないが、
本構成例２のレーザ蒸着装置３０にえいても、上記構成
例１と同様に、基台２０の左右に送り出しローラと巻取
りローラを設け、送り出しローラから送り出したテープ
状の基材を基台２０に送り、巻取ローラで巻取つつ、レ
ーザ蒸着を行な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有する超電導導体を製造することが
できる。前記長尺状の超電導導体を製造する場合、前述
と同様にターゲット１１を自転させつつ蒸着することで
長尺の基材の全長全面にわたり特性の良好な酸化物超電
導体の膜を形成することができる。また、ターゲット１
１を自転させつつレーザ光２３を照射することにより、
前記ターゲット１１は、その自転運動とともに上下方向
の首振り運動を行なうようになる。よって、上記のよう
な運動を行なっているターゲット１１にレーザ光２３を
照射し続けると、幅の広いテープ状の基材であっても表
面全部に均一な厚さと組成の酸化物超電導体の膜を生成
することができる。

【００４６】以上のように、上記構成例２のレーザ蒸着
装置３０のターゲット１１は、自転運動及び首振り運動
を行なっているところに、レーザ光が照射され続けるの
で、レーザ照射部分が、ターゲット上の所定の範囲を順
次移動し、ターゲット上の所定の範囲内において一点集
中照射されることなく、ターゲット１１に対して長時間
におよぶレーザ光２３照射を行なってもターゲット１１
の一点のみが過剰に抉り取られ、これに起因してレーザ
光の焦点距離が変化するなどの不都合が解消される。従
って、このレーザ光のエネルギー密度はターゲット１１
上では常に変化することなくほぼ一定に保持されるた
め、基板上に原料を蒸着する蒸着操作中において、常時
一様な濃度の原料ガス雰囲気とすることができる。

【００４７】また、前記ターゲット１１の自転運動及び
首振り運動中のレーザ光２３照射は、ターゲット１１の
レーザ光照射面１２の広い範囲にレーザ光を照射して、
その粒子を叩き出し、基材に堆積させることができるこ
とから、前記基材１７上には広い範囲で厚さと質の均一
な膜を形成することが可能である。なお、ターゲット１
１の自転運動は、連続的なものに限らず、間欠的であっ
ても差し支えない。更にターゲット１１を自転させる際
の自転速度は、ターゲット１１からの発生粒子を基材１
７の表面全部に均一に到達できるようにすることが必要
である。

【００４８】またさらに、前記ターゲット１１・・・が
自転基板３９・・・を介して取り付けられた円盤状基板
３８を所定時間毎に３６度回転させることにより、レー
ザ光照射領域に、順次新たなターゲット１１が送入され
るので、例えば長尺の酸化物超電導体を製造するため
に、２０時間〜３０時間にも及ぶ長時間にわたるレーザ
蒸着操作を行なっても、基材１７上には均一な組成で、
かつ均一な膜厚の酸化物超電導体の膜を蒸着することが
できる。

【００４９】そこで、上述した構成例２のレーザ蒸着装
置３０を用いて、酸化物超電導体を作製した製造例２に
ついて、以下に説明する。（製造例２）まず、長さ２ｍ、幅５ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍのハステロイ合金製の基材１７上に、厚さ０．４μm
のイットリウム安定化ジルコニアの中間層を形成し、こ
れを基台２０上に設置する。一方、円盤状基板３８上に
は１０枚の自転基板３９・・・を取り付け、これを介し
てＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-Xの組成構成からなるターゲット１
１・・・を各１枚ずつ取り付けセットターゲット３３形
成した。なお、前記ターゲット１１・・・の形状は、上
記製造例１と同様に、図１に示す形状であって、レーザ
照射面１２が、その底面１３に対して４５度の傾斜を有
するものを用いた。そして、前記セットターゲットが配
置された蒸着処理室１６ａ内を真空排気ポンプ５により
２００ｍｍＴｏｒｒとなるように排気して、基台２０内
に内蔵されているヒータを作動させて上記基材１７を７
００℃に加熱した。

【００５０】また、同時に円盤状基板公転モータ４２の
メインスイッチと、ターゲット自転モータ４３のスイッ
チを入れ、円盤状基板３８が３０分毎に３６度回転し、
自転基板３９・・・を１０ｒｐｍの速度で回転するよう
にした。上記操作により基材１７上に、ＹＢａＣｕＯ系
酸化物超電導層が形成された酸化物超電導体を作製し
た。また、得られた酸化物超電導体の酸化物超電導層
は、約１μmの膜厚で、また、Ｘ線回析によりその酸化
物超電導膜組成を調べてみたところ、その組成は均一で
あった。また、その酸化物超電導体の臨界温度は、９０
Ｋ以上であり、臨界電流密度は２０００００Ａ／ｃｍ²
（７７Ｋ、０Ｔ）であった。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明における請
求項１または請求項２においては、レーザ蒸着法により
基板上に酸化物超電導膜を形成するに際して使用するレ
ーザ蒸着装置のターゲットが、レーザ照射面をその底面
に対して傾斜した形状に形成されてなることを特徴とす
るもので、これを自転させつつ前記ターゲットにレーザ
光を照射すると、前記ターゲットは、その自転運動とと
もに、上下に首振り運動をしつつ回転することとなる。
従って、前記のような自転運動及び首振り運動中のター
ゲットにレーザ光が照射されると、前記レーザ光は、タ
ーゲット表面の一点に集中照射されることなく、均一的
に照射されるため、ターゲットより叩き出される粒子の
流れは、基材表面の広い範囲に振り分けられつつ堆積す
ることとなる。よって、基材上には厚さと質の均一化し
た酸化物超電導体の膜が生成する。そしてまた、ターゲ
ットから叩き出された粒子が基材上の広い範囲に堆積す
ることにより、膜厚が均一で膜質の整った大面積の酸化
物超電導体の膜を生成することが可能である。

【００５２】さらにまた、上述したように本発明のター
ゲットへのレーザ光照射は、その照射範囲が一点に集中
しないため、これに起因してレーザ光の焦点距離が変化
するなどの不都合が解消される。従って、このレーザ光
のエネルギー密度は、ターゲット上では常に変化するこ
となく、ほぼ一定に保持されるため、基材上に原料を蒸
着する蒸着操作中において、常時一様な濃度の原料ガス
雰囲気とすることができる。更に、レーザ蒸着法により
成膜するため、成膜時間が短くなるとともに緻密な酸化
物超電導体の膜が生成する。

【００５３】そしてまた、上記のように自転運動及び首
振り運動中のターゲットに、レーザ光照射を行なった場
合、前記レーザ光にエキシマレーザ等のような、その断
面形状が横長の長方形状等のものを使用しても、前記タ
ーゲットのレーザ光照射面におけるレーザ光の照射面形
状は、正方形あるいは円形等の対象形状等に変形される
ため、光の上下方向、左右方向の蒸発粒子量が均一化さ
れて、均質な酸化物超電導膜を形成することが可能とな
る。

【００５４】さらに、請求項３または請求項４において
は、上述したような請求項１または請求項２におけるタ
ーゲットを、円盤状基板の一方の面の周方向に複数個設
けたセットターゲットを用いたところに特徴があるもの
であって、このセットターゲットが設置されたレーザ蒸
着装置は、セットターゲットの円盤状基板を所定の時間
毎に周方向へ所定の角度だけ回転させつつ、かつ前記円
盤状基板表面に設けられた各ターゲットを自転させなが
ら、レーザ光を照射することにより、前記ターゲットよ
りターゲット粒子を叩き出して、これを基材上に成膜
し、酸化物超電導膜を得るものである。

【００５５】よって、前記ターゲットの自転運動及び首
振り運動中におけるレーザ照射による基板上の成膜効果
は、上記請求項１及び請求項２と同様の効果を奏するも
のであって、前記ターゲットより叩き出された粒子が基
材上の広い範囲に堆積し、基材の広い範囲に均一に膜厚
・膜質の酸化物超電導膜を形成することができるもので
ある。さらに、本請求項３または請求項４においては、
前記セットターゲットの回転により、１つのターゲット
使用後、これを新たなターゲットに入れ替えることによ
り、ターゲットのレーザ光照射面に照射されるエネルギ
ー密度を一定に保つことができ、これにより安定したタ
ーゲット粒子の放出を長時間維持でき、安定した成膜が
可能である。よって、品質の安定した大きな面積の膜を
得ることができる。また、レーザ蒸着法であるので、成
膜時間が短くなるとともに、緻密な酸化物超電導体を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例のレーザ蒸着装置用タ
ーゲットを示す概略構成図である。

【図２】図１に示すターゲットを用いた構成例１のレ
ーザ蒸着装置を示す概略構成図である。

【図３】図１に示すターゲットを用いた構成例２のレ
ーザ蒸着装置を示す概略構成図である。

【図４】図３に示すレーザ蒸着装置のセットターゲッ
トの駆動装置を示す要部拡大図である。

【図５】従来のレーザ蒸着装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１、１１、…ターゲット２、…レーザ光３、２１…
レーザ発光装置４、２２…集光レンズ５、１７…基
材６、１６ａ…蒸着処理室１０、１５、３０…レー
ザ蒸着装置１２…レーザ光照射面１３…底面１４
…側面１６…処理容器１８、３９…自転基板２０
…基台３８…円盤状基板４２…円盤状基板公転駆動
モータ４３…ターゲット自転駆動モータ３３…セッ
トターゲット α…傾斜角度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｃ 14/28 9271−4ＫＨ０１Ｂ 12/06 ＺＡＡ 7244−5Ｇ 13/00 ５６５Ｄ 7244−5ＧＨ０１Ｌ 39/24 ＺＡＡＢ 9276−4Ｍ (72)発明者二木直洋東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内 (72)発明者定方伸行東京都江東区木場一丁目５番１号株式会社フジクラ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化物超電導体あるいはその原料を含む
ターゲットと、該ターゲット表面に照射するレーザ光の
光源と、該光源とから出射されたレーザ光を集光して該
ターゲット表面に照射する集光手段と、該ターゲット近
傍に配設された成膜用基材と、ターゲットの自転手段と
が設けられたレーザ蒸着装置に使用されるターゲット
が、レーザー照射面をその底面に対して傾斜した形状に
形成されてなることを特徴としたレーザ蒸着装置用ター
ゲット。
【請求項２】酸化物超電導体あるいはその原料を含む
ターゲットの表面にレーザ光を照射して飛散した微粒子
を基材表面に当て、該基材表面に酸化物超電導膜を形成
するレーザ蒸着法による酸化物超電導体の製造方法にお
いて、前記ターゲットのレーザ照射面を、その底面に対して傾
斜した形状としたターゲットを用い、前記ターゲットを
自転させつつ、前記傾斜したレーザ照射面にレーザ光を
照射してブルームの歳差運動をさせながら酸化物超電導
体層を形成することを特徴とした酸化物超電導体の製造
方法。
【請求項３】酸化物超電導体あるいはその原料を含む
ターゲットと、該ターゲット表面に照射するレーザ光の
光源と、該光源とから出射されたレーザ光を集光して該
ターゲット表面に照射する集光手段と、該ターゲット近
傍に配設された成膜用基材と、ターゲットの自転手段と
が設けられたレーザ蒸着装置に使用されるターゲット
が、レーザ照射面をその底面に対して傾斜した形状に形
成されてなり、かつ前記ターゲットは、円盤状の基板の
一方の面の円周沿いに複数取り付けられたセットターゲ
ットからなることを特徴としたレーザ蒸着装置用ターゲ
ット。
【請求項４】酸化物超電導体あるいはその原料を含む
ターゲットの表面にレーザ光を照射して飛散した微粒子
を基材表面に当て、該基材表面に酸化物超電導膜を形成
するレーザ蒸着法による酸化物超電導体の製造方法にお
いて、前記レーザ照射面を、その底面に対して傾斜した形状と
したターゲットを用い、前記ターゲットを円盤状基板の
一方の面の円周沿いに複数取り付けてセットターゲット
とし、これを所定の時間毎に周方向へ所定の角度だけ回
転するとともに、前記個々のターゲットを自転させつ
つ、前記自転中のターゲットにレーザ光を照射してブル
ームの歳差運動をさせながら酸化物超電導体層を形成す
ることを特徴とした酸化物超電導体の製造方法。