(57)【要約】【課題】  長時間成膜しても長手方向の超電導層膜厚分布が均一となり、超電導特性が長手方向で均一な酸化物超電導線材を製造することができる製造方法及び製造装置の提供。【解決手段】  蒸着処理室内に設けた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ット１５にレーザ光３０を照射して前記ターゲットから発生させた粒子を前記ターゲット近傍を移動中のテープ基材上に堆積させて超電導層を形成する際に、異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記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前記ターゲットを前記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してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する方法において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。【選択図】  図１
2006228465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸着処理室内に設けた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ットにレーザ光を照射して前記ターゲットから発生させた粒子を前記ターゲット近傍を移動中のテープ基材上に堆積させて超電導層を形成する際に、異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記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前記ターゲットを前記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してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する方法において、
前記ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項２】
前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項３】
前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の酸化物超電導線材の製造方法。
【請求項４】
レーザ光が入射される透明窓を有する処理容器と、該処理容器の蒸着処理室内に設けられた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ットと、前記蒸着処理室内に前記ターゲットに対向して設けられた基台と、該基台上にテープ基材をその長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記ターゲットを保持し異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記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前記ターゲットを前記中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動とを併用して前記ターゲットを移動させるターゲット移動機構と、前記透明窓を通して前記ターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備えた酸化物超電導体の製造装置において、
前記ターゲット移動機構が、ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御されていることを特徴とする酸化物超電導線材の製造装置。
【請求項５】
前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
【請求項６】
前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の酸化物超電導線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は、基材上に酸化物超電導体を成膜するために用いられる従来のレーザ蒸着装置の一例を示す構成図である。このレーザ蒸着装置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、テープ状の基材に多結晶中間薄膜を形成してなる超電導層成膜用基材（以下、テープ基材と記す。）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の上面にテープ基材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はテープ基材１４の送出装置、１９はテープ基材１４の巻取装置を示す。
【０００３】
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、一般に円板状のものが用いられている。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の構成粒子がテープ基材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、テープ基材１４を必要に応じて加熱できるようになっている。支持ホルダ１７は、モータ等の駆動源（図示略）と接続されている。この支持ホルダ１７は、前記駆動源の作動により回転し、これに伴って該支持ホルダ１７に支持されたターゲット１５も中心軸を中心に回転す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からのレーザ光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。レーザ光３０としては、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）などのエキシマレーザ等が主に用いられている。
【０００４】
上述のような構成のレーザ蒸着装置１１を用いてテープ基材１４上にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXの酸化物超電導体の薄膜を成膜するには、テープ基材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Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯX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からテープ基材１４を送り出し、一方、前記駆動源を作動させてターゲット１５を中心軸を中心に回転させながら該ターゲット１５の表面にエキシマレーザ等のレーザ光３０を照射することにより、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前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ＩＢＡＤ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Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXの酸化物超電導体の薄膜が得られる。
【０００５】
従来の薄膜の形成方法においては、ターゲット１５の構成粒子をテープ基材１４の多結晶中間薄膜上に堆積させる際に、ターゲット１５を中心軸を中心に回転させながら該ターゲット１５の表面に集光したレーザ光３０を照射する方法、すなわち、レーザ光３０をターゲット１５の表面上の同一の円状の経路に沿って複数回往復移動させることにより走査する方法であるので、長時間成膜を行うと、前記経路の部分が深く削られてしまい、底部に凹凸を有する溝ができてしまう。このように局所的に深く削られた溝を有するターゲット１５にレーザ光３０を照射すると、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３０により叩き出された構成粒子はテープ基材１４上に均一に堆積しない。従って、従来の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、殆ど削られないまま残存している部分があっても、ターゲットは寿命となり、ターゲット表面の利用効率が悪いという問題があった。
【０００６】
本発明者らは、上述したようなターゲットの偏心を防止して、ターゲットの寿命を延ばすために、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行いながらレーザ光３０をターゲット１５に照射してレーザ蒸着する際に、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発するようにターゲット１５をその中心軸Ｏを回転させる回転運動とターゲット１５をその中心軸Ｏと交差する面に沿って移動させる並進運動を併用することを特徴とする酸化物超電導体薄膜等の形成方法を提案している（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３１９０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された薄膜の形成方法によれば、ターゲット１５を回転させつつその中心軸Ｏと交差する面に沿って移動させることによって、ターゲット１５の偏心を防止し、ターゲット１５の寿命を延ばすことができる。しかしながら、特許文献１に記載された従来技術においても、次のような問題があった。
【０００８】
ターゲット１５に照射されるレーザ光３０のビーム強度分布は、ビーム中心が強く、中心からビーム端に向かって漸次弱くなることから、レーザ光３０がターゲット１５の周縁に照射された場合であっても、ターゲット１５の周縁はそれ以外の部分よりも削られ難い。そのため、所定時間レーザ蒸着を継続すると、ターゲット１５の周縁部以外の部分が削られ、ターゲット１５には、図７（Ａ）に示すように周縁部に向けて厚みを増すスロープ部２７が形成される。このターゲット１５が往復移動する際、レーザ光３０が平坦なターゲット１５中央に照射される時には、粒子の噴流（以下、プルーム２８と記す。）が予想されたテープ基材１４方向に流れるが、図７（Ｂ）に示すようにレーザ光３０がスロープ部２７に当たると、プルーム２８が予想された方向に流れず、テープ基材１４に粒子が一時的に堆積されないか又は堆積量が減少するために、テープ基材１４の長手方向の超電導層膜厚分布が不均一になり、酸化物超電導線材の臨界電流（Ｉｃ）などの超電導特性が不均一になるという問題がある。
【０００９】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、長時間成膜しても長手方向の超電導層膜厚分布が均一となり、超電導特性が長手方向で均一な酸化物超電導線材を製造することができる製造方法及び製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するため、本発明は、蒸着処理室内に設けた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ットにレーザ光を照射して前記ターゲットから発生させた粒子を前記ターゲット近傍を移動中のテープ基材上に堆積させて超電導層を形成する際に、異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記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前記ターゲットを前記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してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する方法において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小することを特徴とする酸化物超電導線材の製造方法を提供する。
【００１１】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることをが好ましい。
【００１２】
本発明の酸化物超電導線材の製造方法において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことが好ましい。
【００１３】
また本発明は、レーザ光が入射される透明窓を有する処理容器と、該処理容器の蒸着処理室内に設けられた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ットと、前記蒸着処理室内に前記ターゲットに対向して設けられた基台と、該基台上にテープ基材をその長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記ターゲットを保持し異なる場所のターゲットの構成粒子が叩き出されるか蒸発するように前記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前記ターゲットを前記中心軸と交差する面に沿って移動させる並進運動とを併用して前記ターゲットを移動させるターゲット移動機構と、前記透明窓を通して前記ターゲットに向けてレーザ光を照射するレーザ発光装置とを備えた酸化物超電導体の製造装置において、前記ターゲット移動機構が、ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御されていることを特徴とする酸化物超電導線材の製造装置を提供する。
【００１４】
本発明の酸化物超電導線材の製造装置において、前記テープ基材が、テープ状の金属製基材の表面にイオンビームアシスト法によって多結晶中間薄膜が形成されたものであることが好ましい。
【００１５】
本発明の酸化物超電導線材の製造装置において、前記ターゲットの並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、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前記ターゲットを前記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してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材を製造する際に、ターゲットの並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御することによって、ターゲット端部でレーザ光がスロープ部に当たりプルームの方向が変わることによる超電導層の成膜不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層の膜厚分布が均一なものとなる。その結果、本発明によれば長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の酸化物超電導線材の製造方法におけるターゲット１５の移動方式を説明する側面図、図２は本発明の酸化物超電導線材の製造装置の一実施形態であるレーザ蒸着装置３１の構成図である。なお、本実施形態では、図４に示すように、テープ基材１４上に酸化物超電導体からなる超電導層３を形成してなる酸化物超電導線材５を製造する場合を例示している。このテープ基材１４は、ハステロイ等の金属テープ状の基材１上にスパッタ装置により多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間薄膜を形成するイオンビームアシスト法（ＩＢＡＤ法）等によってＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＣｅＯ２、ＹＳＺなどからなる１層又は２層以上の多結晶中間薄膜２を形成してなるものである。この多結晶中間薄膜２の形成は前記ＩＢＡＤ法に限定されるものではない。
【００１８】
基材１の構成材料としては、ステンレス鋼、または、ハステロイ、インコネル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。
【００１９】
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、薄すぎて超電導層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Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＣｅＯ２、ＹＳＺの他に、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ3等を用いることができる。
【００２０】
酸化物超電導体からなる超電導層３は、Ｙ1Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｙ2Ｂa4Ｃｕ8Ｏx、Ｙ3Ｂa3Ｃｕ6Ｏx、Ｇｄ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｙｂ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｈｏ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏxなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ2Ｓｒ2Ｃｕ3Ｏx、（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ2Ｓｒ3Ｃｕ4Ｏxなる組成、あるいはＴｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx、Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx、Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ3Ｃｕ4Ｏx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。この超電導層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、超電導層３の膜質は均一となっており、超電導層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。
【００２１】
本実施形態では、図２に示すレーザ蒸着装置３１にテープ基材１４を移動可能にセットし、ターゲット１５にレーザ光３０を照射し、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発するようにターゲット１５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１５を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してレーザ蒸着を行い酸化物超電導線材５を製造する際に、図１に示すように、ターゲット１５の並進運動の移動範囲をレーザ蒸着の経時とともに縮小するように制御することを特徴としている。
【００２２】
本実施形態におけるターゲット１５の並進運動の制御方式の一例を、図１に基づいて説明する。なお、このターゲット１５は円板状をなしており、図２に示すようにターゲット移動機構３２のターゲットホルダ３３に固定され、その中心軸を中心に回転運動と、この中心軸と交差する面に沿って所定の移動範囲（図１中、Ｌ１で示す範囲）を往復する並進運動とを併用して移動可能に設けられている。
【００２３】
このターゲット１５は、形成しようとする超電導層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、Ｙ1Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｙ2Ｂa4Ｃｕ8Ｏx、Ｙ3Ｂa3Ｃｕ6Ｏx、Ｇｄ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｙｂ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏx、Ｈｏ１Ｂa2Ｃｕ3Ｏxなる組成、（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ2Ｓｒ2Ｃｕ3Ｏx、（Ｂｉ,Ｐｂ）2Ｃａ2Ｓｒ3Ｃｕ4Ｏxなる組成、あるいはＴｌ2Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx、Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ2Ｃｕ3Ｏx、Ｔｌ1Ｂａ2Ｃａ3Ｃｕ4Ｏxなる組成などに代表される臨界温度の高い超電導層３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。
【００２４】
レーザ蒸着開始時のターゲット１５は、図１（ａ）に示すように、レーザ光３０を照射する面が平坦であり、この面にレーザ光３０を照射した場合、ターゲット１５から噴出するプルームの流れ方向は、予め予想されている通りテープ基材１４に向けて流れる。この図１（ａ）に示す蒸着初期の状態では、ターゲット１５の全面が平坦であるので、前述した回転運動及び並進運動を継続してレーザ蒸着を行うことで、テープ基材１４上に均一な膜厚の超電導層３を形成することができる。
【００２５】
ターゲット１５に照射されるレーザ光３０のビーム強度分布は、ビーム中心が強く、中心からビーム端に向かって漸次弱くなることから、レーザ光３０がターゲット１５の周縁に照射された場合であっても、ターゲット１５の周縁はそれ以外の部分よりも削られ難い。そのため、所定時間レーザ蒸着を継続すると、ターゲット１５の周縁部以外の部分が削られ、ターゲット１５には、図１（ｂ）に示すように周縁部に向けて厚みを増すスロープ部２７が形成される。
【００２６】
図１（ｂ）に示すように、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成された場合、レーザ蒸着開始時と同じ移動範囲（Ｌ１）を並進運動させると、レーザ光３０がスロープ部２７に当たった場合に、プルームの流れ方向が変化してテープ基材１４から逸れて流れるために、レーザ光３０がスロープ部２７に当たっている間は超電導層３がほとんど形成されなくなり、テープ基材１４の長手方向に沿って超電導層３の厚さが不均一になり、得られる酸化物超電導線材５の長手方向の超電導特性が不均一になる可能性がある。
【００２７】
本発明では、前述した不具合を防止するため、図１（ｃ）に示すように、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成された場合に該スロープ部２７にレーザ光３０が照射されないよう、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離（Ｌ２）を縮小する（Ｌ２＜Ｌ１）。これにより、ターゲット１５の周縁部にスロープ部２７が形成されたとしても、レーザ光３０がそのスロープ部２７に照射されることがなくなり、ターゲット１５から噴出するプルームの流れ方向は、常にテープ基材１４に向けて流れるようになる。
【００２８】
このように、ターゲット１５を回転させつつ、並進移動させてレーザ蒸着を行う際に、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離を縮小することによって、レーザ光３０がスロープ部２７に照射されるのを防ぎながら、レーザ蒸着を長時間継続することができる。図１（ｄ）は、図１（ｃ）に示す状態から更にレーザ蒸着を継続させた状態を示している。ターゲット１５の並進運動の移動距離（Ｌ３）は更に縮小されている（Ｌ３＜Ｌ２＜Ｌ１）。このようにターゲット１５の移動を制御することで、ターゲット１５端部でレーザ光３０がスロープ部２７に当たることがなくなり、プルームの方向が変わることによる超電導層３の形成不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層３の膜厚分布が均一なものとなるので、長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材５を製造することができる。
【００２９】
図２は、本発明に係る酸化物超電導線材の製造装置として用いられる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３１は、酸化物超電導体のターゲット１５を、その中心軸を中心に回転させるとともに、この中心軸と交差する面に沿って並進させるターゲット移動機構３２のターゲットホルダ３３に固定している。このターゲット移動機構３２の従来と異なるところは、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離が縮小するように制御可能になっている点である。
【００３０】
ターゲット移動機構３２は、ターゲット１５を支持するターゲットホルダ３３と、該ターゲットホルダ３３の底部に取り付けられたホルダ回転用シャフト３４と、該ホルダ回転用シャフト３４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。また、このターゲット移動機構３２には、移動手段としてモータ等の駆動源（図示略）が接続されており、ターゲットホルダ３３の位置を回転可能且つ所定方向に沿って往復動可能とすることができるように構成されている。このような構成のターゲット移動機構３２によれば、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、ターゲット１５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１５を中心軸と直交する面に沿った方向に移動させる並進運動を同時に行うことにより、異なる場所のターゲット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。
【００３１】
このターゲット移動機構３２は、ターゲット１５の並進運動の移動範囲を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小しながらレーザ蒸着を行うように制御されていることが好ましい。ターゲット１５の並進運動を７〜１０往復当たり０．５ｍｍ〜１ｍｍ縮小することで、ターゲット１５のスロープ部２７にレーザ光３０が照射されてプルームの方向が変化することがなく、またターゲット１５の無駄を最小限にすることができる。前記縮小幅が０．５ｍｍ未満であると、ターゲット１５のスロープ部２７にレーザ光３０が照射されてプルームの方向が変化する場合がある。一方、前記縮小幅が１ｍｍを超えると、レーザ光３０が照射されない領域が増加してターゲット１５の寿命が短くなる。
【００３２】
このレーザ蒸着装置３１に用いるレーザ発光装置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、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）などのエキシマレーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ2レーザなどのいずれのものを用いても良い。
【００３３】
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（図示略）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。
【００３４】
図２に示したレーザ蒸着装置３１を用いてテープ基材１４の上にＹ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXの超電導層３を形成するには、多結晶中間薄膜２が形成されたテープ基材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Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXからなる円板状のターゲット１５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テープ基材１４を所望の温度に加熱しても良い。
【００３５】
送出装置１８からテープ基材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、透明窓２６を通してレーザ光３０を蒸着処理室１３内に導入し、ターゲット１５に照射する。この時、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行いながらレーザ光をターゲットに照射してもよい。ターゲット１５は、ターゲット移動機構３２によってその中心軸を中心に回転させるとともに中心軸の延長線と直交する面に沿った方向に沿って往復移動させている。ここでのターゲット１５の回転運動によりレーザ光３０は円状の軌跡を描くので、ターゲット１５表面は円状に削られ、また、並進運動によりレーザ光３０はターゲット１５の径方向に動くので、ターゲット１５の円周側から中心側にかけても削れられるので、異なる場所のターゲット１５の構成粒子が叩き出されるか蒸発する。
【００３６】
ここでターゲット１５を回転運動させる際の回転速度は、１回転／ｓｅｃ〜１０回転／ｓｅｃ程度とされる。また、ターゲット１５を並進運動させる際の並進速度は、下記式（１）で示される速度式を満たすものであることが、ターゲット１５の表面にレーザ光３０を照射して、ターゲット１５の構成粒子を叩き出すか蒸発させたときに、ターゲット１５の表面が局所的に深く削られるのを防止し、ターゲット１５の表面全体を均一に削ることができ、ターゲット１５の表面の利用効率を向上できる点で好ましい。
【００３７】
ｄｘ／ｄｔ＝ａ／｜ｘ｜ ・・・式（１）
（式中、ｘはターゲットの中心軸からの距離（ｍｍ）、ｔは時間（ｓｅｃ）、ａは定数）
【００３８】
ターゲット１５の並進速度が、前記式（１）を満たさない場合、ターゲット１５の表面にレーザ光３０を照射して、ターゲット１５の構成粒子を叩き出すか蒸発させたときに、ターゲット１５の表面が局所的に深く削られるのを防止する効果が十分でなく、ターゲット１５の表面全体を均一に削るのが困難である。前記式（１）中のａは、大きくなるほど並進速度が速くなる。ａの値の範囲としては、５０ｍｍ2／ｓｅｃ程度以上とするのが好ましい。ａの値が、５０ｍｍ2／ｓｅｃ未満であると、ターゲット１５の表面状態が速く悪くなり、ターゲット１５の寿命の延長効果が低下してしまう。
【００３９】
このように、ターゲット１５を回転させつつ、並進移動させてレーザ蒸着を行う際に、レーザ蒸着の経時とともに、ターゲット１５の並進運動の移動距離を縮小することによって、レーザ光３０がスロープ部２７に照射されるのを防ぎながら、レーザ蒸着を長時間継続することができ、プルームの方向が変わることによる超電導層３の成膜不良が少なくなり、長尺線材を製造する場合でも超電導層３の膜厚分布が均一なものとなるので、長手方向の超電導特性が均一な酸化物超電導線材５を製造することができる。
【実施例】
【００４０】
［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ＩＢＡＤにより膜厚１μｍ、配向性１０度のＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなる多結晶中間薄膜を形成し、さらにＰＬＤ法により配向性５度のＣｅＯ２からなる多結晶中間薄膜を形成した、長さ１００ｍのテープ基材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Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯX系の円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。送出装置から前記薄膜積層体を１．０ｍ／ｈで送り出しつつ、レーザ発光装置からレーザ光を発生させ、レーザ光をターゲットに照射した。レーザ光の強度を２０Ｗ、照射周波数を１００Ｈｚ、ターゲットの回転速度は２回転／ｓｅｃとした。ターゲットの並進運動の速度は、前記式（１）で示される速度式を満たしており、このときのａの値は５０ｍｍ2／ｓｅｃとした。また、並進運動は８往復毎に移動距離を０．８ｍｍ縮小するように制御した。この条件下でテープ基材の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Ｙ1Ｂａ2Ｃｕ3ＯXの薄膜を形成し、長尺の酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流の長手方向分布を測定し、その結果を図３中の実施例として記載した。
【００４１】
［比較例］
ターゲットの並進運動の移動範囲を縮小せずに一定としたままレーザ蒸着を行った以外は、実施例と同様にして酸化物超電導線材を製造した。得られた酸化物超電導線材の臨界電流の長手方向分布を測定し、その結果を図３中の比較例として記載した。
【００４２】
図３の結果から、ターゲットの並進運動の移動範囲を縮小せずに一定としたままレーザ蒸着を行った比較例では、ターゲットに形成されたスロープ部にレーザ光が照射されてプルームの向きが変化したことにより、得られる酸化物超電導線材の長手方向の超電導特性が不均一となった。この比較例において臨界電流の長手方向分布の最大値と最小値との差は約３０％であった。
【００４３】
一方、ターゲットの並進運動の移動範囲を経時とともに縮小してレーザ蒸着を行った実施例では、得られる酸化物超電導線材の長手方向の超電導特性が均一化された。この実施例において臨界電流の長手方向分布の最大値と最小値との差は約１０％になった。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の酸化物超電導線材の製造方法におけるターゲットの移動方式を説明する側面図である。
【図２】本発明の酸化物超電導線材の製造装置の一実施形態であるレーザ蒸着装置の構成図である。
【図３】実施例の結果を示すグラフである。
【図４】酸化物超電導線材の一例を示す斜視図である。
【図５】従来のレーザ蒸着装置の構成図である。
【図６】従来のターゲット移動方式を説明する図である。
【図７】従来のターゲット移動方式におけるプルームの変化を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…基材、２…多結晶中間薄膜、３…超電導層、５…酸化物超電導線材、１１，３１…レーザ蒸着装置、１２…処理容器、１３…蒸着処理室、１４…テープ基材、１５…ターゲット、１６…基台、１７…支持ホルダ、１８…送出装置、１９…巻取装置、２０…排気孔、２１…真空排気装置、２２…レーザ発光装置、２３…第１反射鏡、２４…集光レンズ、２５…第２反射鏡、２６…透明窓、２７…スロープ部、２８…プルーム、３０…レーザ光、３２…ターゲット移動機構、３３…ターゲットホルダ、３４…ホルダ回転用シャフト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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