(57)【要約】【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、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、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを互いに平行に配置し、一方、スポット径を絞り込んだレーザ光８’をターゲット７の表面に照射し、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薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上にプルーム５１を発生させ、このプルーム５１により薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々に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４
2004263226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記帯状の基材を複数、互いに平行に配置し、
前記レーザ光のスポット径を絞り込むことにより前記ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される前記構成粒子の堆積領域を拡大し、前記複数の帯状の基材上に堆積させることを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】
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記載の薄膜の形成方法。
【請求項３】
互いに平行に配置された複数の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複数の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複数の帯状の基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、
前記レーザ光発光手段の出射側に、前記レーザ光のスポット径を絞り込むことにより前記ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される前記構成粒子の堆積領域を拡大するためのレーザ光絞り手段を設けてなることを特徴とする薄膜の形成装置。
【請求項４】
前記処理容器内に、前記複数の帯状の基材を同時に加熱する加熱手段を設けてなることを特徴とする請求項３記載の薄膜の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【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、基材上の蒸着領域における構成粒子の収率を向上させることができ、したがって、ターゲットの使用効率を向上させることができ、作製可能な線材長を延ばすことができる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Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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横移動（ホルダ回転用シャフト５の軸に垂直な一方向に移動）させ、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を照射する。
【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Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の酸化物超電導体薄膜が得られる。
【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。
【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、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、前記帯状の基材を複数、互いに平行に配置し、前記レーザ光のスポット径を絞り込むことにより前記ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される前記構成粒子の堆積領域を拡大し、前記複数の帯状の基材上に堆積させることを特徴とする。
【００１３】
また、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。
【００１４】
また、請求項３記載の薄膜の形成装置は、互いに平行に配置された複数の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複数の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複数の帯状の基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、前記レーザ光発光手段の出射側に、前記レーザ光のスポット径を絞り込むことにより前記ターゲットから叩き出され若しくは蒸発される前記構成粒子の堆積領域を拡大するためのレーザ光絞り手段を設けてなることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項４記載の薄膜の形成装置は、請求項３記載の薄膜の形成装置において、前記処理容器内に、前記複数の帯状の基材を同時に加熱する加熱手段を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
【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。
【００１７】
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酸化物超電導体薄膜を示す断面図であり、この酸化物超電導体薄膜３１は、金属テープ状の基材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。
【００１８】
酸化物超電導体薄膜３１は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８Ｏｘ、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６Ｏｘ等のＹＢＣＯ系酸化物超電導体、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｘ、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４Ｏｘ等のＢｉＣａＳｒＣｕＯ系酸化物超電導体、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏｘ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からなる薄膜である。この薄膜３１の厚みは、０．５〜５μｍ程度が好ましく、しかも膜厚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。
【００１９】
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、０．０１〜０．５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．０２〜０．１５ｍｍである。その理由は、基材３２の厚みが０．５ｍｍ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。
【００２０】
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（ＳｒＴｉＯ３）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。
【００２１】
この多結晶中間薄膜３３の厚みは、０．１〜１．０μｍが好ましい。その理由は、多結晶中間薄膜３３の厚みが１．０μｍ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０．１μｍ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。
【００２２】
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はこのレーザ蒸着装置の要部を示す斜視図であり、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、従来では単一ラインであった薄膜積層体２を、複数ラインの薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ（ここでは６本）とし、かつ、これら薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々の表面が同一平面上に位置しかつ互いに平行となるように配置した構成とし、さらに、蒸着領域の蒸着粒子の濃度を平均化するために、レーザ光８の光路上に、このレーザ光８のスポット径を絞り込むレーザ光絞り装置（レーザ光絞り手段）４２を設け、さらに、基台１４内に薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを同時に加熱するためのヒータ（加熱手段）４３を設けた点である。
【００２３】
また、この基台１４の一方側には薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを送り出すための送出装置４５が設けられ、他方側には薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを巻き取るための巻取装置４６が設けられている。
送出装置４５は、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆそれぞれに対応してリール４５ａ〜４５ｆを有している。また、巻取装置４６も同様、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆそれぞれに対応してリール４６ａ〜４６ｆを有している。そして、リール４５ａ〜４５ｆ及びリール４６ａ〜４６ｆを同時に駆動することにより、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々の送り出し及び巻き取りを同一の速度で行うようになっている。
【００２４】
レーザ光絞り装置４２は、集光レンズ２３を光路に沿って移動させることにより、この集光レンズ２３から出射するレーザ光８のスポット径を絞り込むもので、レーザ光８のスポット径を、例えば、４ｍｍ２から１ｍｍ２に絞り込むことにより、図４に示すように、絞り込まれたレーザ光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の放射方向の断面積を拡大することにより、堆積領域（断面積）が拡大したプルーム５１を発生させ、この拡大されたプルーム５１により薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域を覆うようにした構成である。
【００２５】
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、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｙ２Ｂａ４Ｃｕ８Ｏｘ、Ｙ３Ｂａ３Ｃｕ６Ｏｘ等のＹＢＣＯ系酸化物超電導体、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ２Ｃｕ３Ｏｘ、（Ｂｉ，Ｐｂ）２Ｃａ２Ｓｒ３Ｃｕ４Ｏｘ等のＢｉＣａＳｒＣｕＯ系酸化物超電導体、Ｔｌ２Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｔｌ１Ｂａ２Ｃａ３Ｃｕ４Ｏｘ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。
【００２６】
このレーザ蒸着装置４１では、レーザ光絞り装置４２によりスポット径が絞り込まれたレーザ光８’をターゲット７に照射してレーザ蒸着する。この場合、レーザ光８’のスポット径は従来のレーザ光８に比べて絞り込まれているので、この絞り込まれたレーザ光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５１となり、このプルーム５１により薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域が覆われることとなる。
【００２７】
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５１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。
例えば、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆの蒸着領域では、プルーム５１は薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ全体を覆う様に拡径されていることで、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５１を無駄なく効果的に使用することで、プルーム５１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。
【００２８】
次に、このレーザ蒸着装置４１を用いて薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々の上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ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が形成された複数本の薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを、多結晶中間薄膜３３側を上にして基台１４上に設置する。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Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる長方形板状のターゲットを固定具を用いて固定する。
【００２９】
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。また、基台１４のヒータ４３を作動させて薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々を加熱し、所望の温度に保持する。
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ると共に横移動させ、送出装置４５のリール４５ａ〜４５ｆ及び巻取装置４６のリール４６ａ〜４６ｆを同時に駆動し、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを送出装置４５から巻取装置４６に向けて所定の速度にて移動させる。
【００３０】
次いで、レーザ光絞り装置４２によりスポット径が絞り込まれたレーザ光８’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ると共に横移動（往復運動）させる。この場合、絞り込まれたレーザ光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５１となり、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域を覆う。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
このように、レーザ光絞り装置４２によりスポット径が絞り込まれたレーザ光８’をターゲット７に照射するので、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により構成されるプルーム５１の放射方向の断面積を拡大することができ、このプルーム５１により薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域を覆うことができる。したがって、プルーム５１を無駄なく効果的に使用することができ、プルーム５１の収率を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。
しかも、このプルーム５１における酸化物超電導体粒子の濃度が平均化されているので、膜厚の面内変動が極めて小さい酸化物超電導体薄膜３１を得ることができる。
【００３４】
このＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導体薄膜３１では、プルーム５１の収率が７０％であり、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が５％程度であることと比べて、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。また、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、レーザ光絞り装置４２によりスポット径が絞り込まれたレーザ光８’をターゲット７に照射してプルーム５１を発生させ、互いに平行に配置された薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ各々の上に酸化物超電導体薄膜３１を成膜するので、放射方向の断面積が拡大したプルーム５１により薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域を十分覆うことができる。したがって、プルーム５１全体を有効利用することができ、プルーム５１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。
【００３７】
本実施形態のレーザ蒸着装置４１によれば、レーザ光８の光路上に、該レーザ光８のスポット径を絞り込み、絞り込まれたレーザ光８’をターゲット７に照射するレーザ光絞り装置４２を設けたので、このレーザ光８’によりスターゲット７から叩き出され若しくは蒸発される構成粒子の堆積領域を拡大することができ、この構成粒子により形成されるプルーム５１の収率を大幅に向上させることができる。したがって、互いに平行に配置された薄膜積層体３４ａ〜３４ｆ上の堆積領域を十分に覆うことができ、大面積かつ面内均一性に優れた酸化物超電導体薄膜３１を作製することができる。
また、基台１４内に、薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを同時に加熱するためのヒータ４３を設けたので、互いに平行に配置された薄膜積層体３４ａ〜３４ｆを同時にかつ均一に加熱することができる。
【００３８】
【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、帯状の基材を複数、互いに平行に配置し、レーザ光のスポット径を絞り込むことにより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の堆積領域を拡大し、複数の帯状の基材上に堆積させるので、放射方向の断面積が拡大したプルームを形成することができ、複数の帯状の基材上の堆積領域を十分覆うことができる。したがって、プルームを有効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。
【００３９】
本発明の薄膜の形成装置によれば、レーザ光発光手段の出射側に、レーザ光のスポット径を絞り込むことにより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の堆積領域を拡大するためのレーザ光絞り手段を設けたので、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の堆積領域を拡大することができ、プルームの収率を大幅に向上させることができる。したがって、複数の帯状の基材上の堆積領域を十分に覆うことができ、大面積かつ面内均一性に優れた薄膜を容易に作製することができる。
【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要部を示す斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態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。
【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】
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、２３…集光レンズ、３１…酸化物超電導体薄膜、３２…基材、３３…多結晶中間薄膜、３４、３４ａ〜３４ｆ…薄膜積層体、４１…レーザ蒸着装置（薄膜の形成装置）、４２…レーザ光絞り装置（レーザ光絞り手段）、４３…ヒータ（加熱手段）、４５…送出装置、４５ａ〜４５ｆ…リール、４６…巻取装置、４６ａ〜４６ｆ…リール、５１…プルーム。
【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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