(57)【要約】【課題】長時間にわたって安定したプルームを発生することができ、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れた薄膜を成膜することができ、その結果、高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成す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、レーザ光８を、ホルダ回転用シャフト５を中心として回転しつつ横移動するターゲット７に照射して、このターゲット７の酸化物超電導体粒子を蒸発させ、この粒子を基材上に堆積させることにより薄膜を形成する方法であり、スペーサ４４を用いてターゲット７の表面７ａをホルダ回転用シャフト５に対して傾斜させ、この傾斜したターゲット７をホルダ回転用シャフト５の中心軸を中心として回転させつつ横移動させ、このターゲット７にレーザ光８を照射することを特徴とする。【選択図】  図３
2004262695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を、回転軸を中心として回転しつつ横移動する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、
前記ターゲットの表面を前記回転軸に対して傾斜させた状態で、該ターゲットを前記回転軸を中心として回転させつつ横移動させ、該ターゲットに前記レーザ光を照射す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】
基材を収容する処理容器と、該処理容器内かつ前記基材の斜め上方に配置され回転軸を中心として回転しつつ横移動す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基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、
前記ターゲットホルダに、それに保持されるターゲットの表面を該ターゲットホルダの回転軸に対して傾斜させる傾斜部材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】
前記傾斜部材は、前記ターゲットホルダに着脱自在なる楔状部材であることを特徴とする請求項３記載の薄膜の形成装置。
【請求項５】
前記傾斜部材は、前記ターゲットホルダに着脱自在なる複数のピン状部材であ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、回転軸を中心として回転しつつ横移動する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、長時間にわたって安定したプルームを発生することができ、したがって、膜厚の面内均一性に優れた薄膜を成膜することができ、その結果、高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成することができ、しかも、ターゲットの寿命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４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を中心として回転しつつ横移動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は加熱ヒータを内蔵したもので、上面に支持される薄膜積層体２を必要に応じて加熱でき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、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。
このターゲット７は、その表面にレーザ光８が所定の角度で照射され、このレーザ光８によって叩き出されるターゲット７の構成粒子が薄膜積層体２上に均一に堆積できるように、薄膜積層体２の積層面に対して所定の角度で傾斜した状態で配置されている。
【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する。次いで、送出装置１５及び巻取装置１６を駆動させて薄膜積層体２を走行させ、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を照射することにより、ターゲット７の構成粒子を薄膜積層体２の表面に対して均一になるように叩き出し若しくは蒸発させる。
【０００９】
このターゲット７の表面から垂直方向かつ放射状に放出されたＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ系の粒子は、図５に示すように、その濃度が中央部２５ａが高く、周縁部２５ｂに近づくに従って淡くなるプルーム２５を形成することとなる。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の薄膜が堆積される。
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の薄膜が得られる。
【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、エキシマレーザ等のレーザ光８は動かさずに、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つつ横移動させ、このターゲットホルダ６のターゲット支持部４に取り付けられたターゲット７にレーザ光８を照射しているので、ある程度の時間は、安定したプルーム２５を発生することができる。しかしながら、このターゲット７を用いて長時間にわたって成膜した場合、ターゲット７の表面が徐々に削られてくるために、図６に示すように、プルーム２５が徐々にレーザ光８側に傾斜し、得られる酸化物超電導体薄膜の膜厚の面内変動が大きくなるという問題点があった。
【００１１】
また、このレーザ蒸着装置１においては、テープ状の薄膜積層体２を、プルーム２５の中央部２５ａを一方向（図５中、紙面に垂直な方向）に向かって移動させているために、プルーム２５がレーザ光８側に傾斜した場合、酸化物超電導体薄膜の膜厚が薄膜積層体２の幅方向に沿って変動し、その結果、酸化物超電導体薄膜の膜厚の面内均一性が低下するという問題点があった。
【００１２】
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、長時間にわたって安定したプルームを発生することができ、したがって、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れた薄膜を成膜することができ、その結果、高特性の薄膜を長尺にわたり均一に形成することができ、しかも、ターゲットの寿命を延ばす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。
【００１３】
【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、回転軸を中心として回転しつつ横移動する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、前記ターゲットの表面を前記回転軸に対して傾斜させた状態で、該ターゲットを前記回転軸を中心として回転させつつ横移動させ、該ターゲットに前記レーザ光を照射することを特徴とする。
【００１４】
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。
【００１５】
また、請求項３記載の薄膜の形成装置は、基材を収容する処理容器と、該処理容器内かつ前記基材の斜め上方に配置され回転軸を中心として回転しつつ横移動す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基材上に堆積させる薄膜の形成装置であって、前記ターゲットホルダに、それに保持されるターゲットの表面を該ターゲットホルダの回転軸に対して傾斜させる傾斜部材を設けてなることを特徴とする。
【００１６】
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、前記傾斜部材は、前記ターゲットホルダに着脱自在なる楔状部材であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５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、前記傾斜部材は、前記ターゲットホルダに着脱自在なる複数のピン状部材であることを特徴とする。
【００１８】
【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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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）を示す断面図であり、このレーザ蒸着装置４１が、図４に示す従来のレーザ蒸着装置１と異なる点は、従来のターゲットホルダ６をターゲットホルダ４２に替えた点であり、その他の点は図４に示す従来のレーザ蒸着装置１と全く同様である。
【００２５】
このターゲットホルダ４２は、図２及び図３に示すように、ターゲット７を支持するターゲット支持部４３と、このターゲット支持部４３の中央底部に取り付けられたホルダ回転用シャフト（回転軸）５と、このターゲット支持部４３の主面４３ａに着脱自在に設けられたスペーサ（楔状部材）４４と、このスペーサ４４及びターゲット７をターゲット支持部４３の主面４３ａに固定するための固定具４５と、ホルダ回転用シャフト５の端部に設けられたシャフト駆動源（図示略）により概略構成されている。
【００２６】
このスペーサ４４は、円板状のターゲット７の表面をターゲット支持部４３の主面４３ａに対して一定の傾斜角（θ）、例えば、１０度で保持するためのもので、このスペーサ４４をターゲット７と共に固定具４５によりターゲット支持部４３の主面４３ａに固定することにより、ターゲット７の表面がホルダ回転用シャフト５の中心軸に対して一定の傾斜角（９０°−θ）で傾斜するようになっている。
このスペーサ４４は、ターゲット７の表面をターゲット支持部４３の主面４３ａに対して一定の傾斜角（θ）で保持することができればよく、複数のピン状部材で置き換えることもできる。
【００２７】
このターゲットホルダ４２に取り付けられるターゲット７としては、成膜しようとする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。
【００２８】
このターゲット７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薄膜３１を形成するために用いられるので、これ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。
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。
【００２９】
このターゲットホルダ４２は、上記のシャフト駆動源の作動によりホルダ回転用シャフト５が回転しつつ横移動（ホルダ回転用シャフト５の軸に対して垂直な一方向に移動）することにより、ターゲット支持部４３が所定の回転速度で同じ中心軸の周りに回転しつつ横移動するようになっているので、このターゲットホルダ４２に支持されるターゲット７は、その表面７ａがホルダ回転用シャフト５の中心軸に対して一定の傾斜角（９０°−θ）で傾斜した状態で、ターゲットホルダ４２の回転と共に、例えば、１００〜１０００ｒｐｍの回転速度で高速回転しつつ横移動するようになっている。
【００３０】
したがって、このような構成のターゲットホルダ４２を用いることで、レーザ光８の照射位置をターゲット７の表面上で移動させるというレーザ光８の走査を行いながらレーザ光８をターゲット７に照射してレーザ蒸着する際に、ターゲット７の表面７ａがホルダ回転用シャフト５の中心軸に対して一定の傾斜角（９０°−θ）で傾斜した状態でターゲットホルダ４２の回転と共に高速回転しつつ横移動することにより、ターゲット７から蒸発されあるいは叩き出される酸化物超電導体の構成粒子の濃度が平均化され、この構成粒子により形成されるプルーム４６における酸化物超電導体粒子の濃度が平均化され、得られる酸化物超電導体薄膜３１の膜厚の面内変動も極めて小さなものとなる。
【００３１】
また、このターゲット７を用いて長時間にわたって成膜した場合においても、プルーム４６における酸化物超電導体粒子の濃度が平均化されるために、ターゲット７の表面７ａが不均一に削られる虞が無い。したがって、プルーム４６が徐々にレーザ光８側に傾斜するという不具合も生じる虞がなくなる。
【００３２】
また、プルーム４６がレーザ光８側に傾斜する虞が無いので、酸化物超電導体薄膜３１の膜厚が薄膜積層体３４の幅方向に沿って変動する虞も無く、その結果、酸化物超電導体薄膜３１の膜厚の面内均一性が向上する。
ここで、レーザ光発光装置としては、ターゲット７から構成粒子を叩き出すことができるレーザ光８を発生するものであれば、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ、エキシマレーザ等、いずれのものを用いても良い。
【００３３】
また、レーザ光８の照射出力の調整は、レーザ光発光装置９に電力を供給する増幅装置の出力を調整することにより行うことができる。また、レーザ光８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光８のパルスの数を示すものであり、この調整は、レーザ光発光装置９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８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】
次に、このレーザ蒸着装置４１を用いて薄膜積層体３４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３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が形成された薄膜積層体３４を、この多結晶中間薄膜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４２のターゲット支持部４３に、スペーサ４４及び酸化物超電導体のターゲット７としてＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる円板状のターゲットを、固定具４５を用いて固定する。
【００３５】
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の加熱ヒータを作動させて薄膜積層体３４を所望の温度に加熱しても良い。
次いで、レーザ光８は動かさずに、ターゲットホルダ４２をホルダ回転用シャフト５を中心として、例えば１０００ｒｐｍで高速回転させると共に横移動させながら、送出装置１５から薄膜積層体３４を送り出し、レーザ光発光装置９により発生させたレーザ光８をターゲット支持部４３に取り付けられたターゲット７に照射することにより、ターゲット７の構成粒子を薄膜積層体３４の表面に対して均一になるように叩き出し若しくは蒸発させる。
【００３６】
また、上記のレーザ光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。
【００３７】
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。
【００３８】
このように、ターゲット７の表面７ａがホルダ回転用シャフト５の中心軸に対して一定の傾斜角（９０°−θ）で傾斜した状態でターゲットホルダ４２の回転と共に高速回転させつつ横移動させ、レーザ光８をターゲット７の表面に照射してレーザ蒸着するので、プルーム４６における酸化物超電導体粒子の濃度が平均化され、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。
【００３９】
また、プルーム４６における酸化物超電導体粒子の濃度が平均化されるために、このターゲット７を用いて長時間にわたって成膜した場合においても、ターゲット７の表面７ａが不均一に削られる虞が無い。したがって、プルーム４６が徐々にレーザ光８側に傾斜するという不具合が生じる虞がなくなり、膜厚の面内均一性に優れた長尺の酸化物超電導体薄膜３１を成膜することができる。
【００４０】
このＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導体薄膜３１を、短尺試料の場合に１００Ａの臨界電流Ｉｃ（Ａ）が得られる条件で、線速１ｍ／ｈで１００時間連続成膜したところ、エンド時の膜厚は、スタート時の膜厚に対して５％減少しており、ほぼ誤差の範囲内であった。また、この薄膜３１の全長１００ｍにおける臨界電流Ｉｃ（Ａ）を測定したところ、１００Ａであった。
また、比較のために、従来の方法でＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導体薄膜を上記と同一条件で線速１ｍ／ｈで１０時間連続成膜したところ、エンド時の膜厚は、スタート時の膜厚に対して３０％減少していた。また、この薄膜の全長１０ｍにおける臨界電流Ｉｃ（Ａ）を測定したところ、７０Ａであった。
【００４１】
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は、従来の形成方法により得られた薄膜と比べて、線速１ｍ／ｈで１００時間連続成膜した場合においても、エンド時の膜厚がほぼ誤差の範囲内で優れたものになっており、臨界電流Ｉｃ（Ａ）も１００Ａと十分に満足するものであることが分かった。
【００４２】
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８をターゲット７に照射してレーザ蒸着する際に、ターゲット７の表面７ａがホルダ回転用シャフト５の中心軸に対して一定の傾斜角（９０°−θ）で傾斜した状態でターゲットホルダ４２の回転と共に高速回転させると共に横移動させるので、プルーム５１の酸化物超電導体粒子の濃度を平均化することができ、プルーム４６の均一な蒸着領域を広げることができ、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れた酸化物超電導体薄膜３１を得ることができる。
【００４３】
本実施形態のレーザ蒸着装置４１によれば、ターゲットホルダ４２に、ターゲット７の表面をターゲット支持部４３の主面４３ａに対して一定の傾斜角（θ）で保持するためのスペーサ４４を設けたので、プルーム４６の酸化物超電導体粒子の濃度を平均化することができ、プルーム４６の均一な蒸着領域を広げることができ、プルーム４６が徐々にレーザ光８側に傾斜するという不具合が生じる虞もなくなる。その結果、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れ、しかも長尺の酸化物超電導体薄膜３１を効率よく成膜することができる。
【００４４】
【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、ターゲットの表面を回転軸に対して傾斜させた状態で、このターゲットを前記回転軸を中心として回転させつつ横移動させ、該ターゲットに前記レーザ光を照射するので、プルームの酸化物超電導体粒子の濃度を平均化することができ、プルームの均一な蒸着領域を広げることができ、プルームの傾斜を無視することができ、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れた酸化物超電導体薄膜を得ることができる。
また、プルームが徐々にレーザ光側に傾斜するという不具合が生じる虞がなくなるので、幅方向の膜厚の均一性に優れた長尺の酸化物超電導体薄膜を得ることができる。
【００４５】
本発明の薄膜の形成装置によれば、ターゲットホルダに、それに保持されるターゲットの表面を該ターゲットホルダの回転軸に対して傾斜させる傾斜部材を設けたので、プルームの蒸着粒子の濃度を平均化することができ、プルームの均一な蒸着領域を広げることができ、プルームが徐々にレーザ光側に傾斜するという不具合が生じる虞もなくなる。その結果、膜厚の面内均一性、特に幅方向の膜厚均一性に優れ、しかも長尺の薄膜を効率よく成膜することができる。
【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ターゲットホルダを示す断面図である。
【図４】従来のレーザ蒸着装置を示す断面図である。
【図５】従来のレーザ蒸着装置のターゲットホルダを示す断面図である。
【図６】従来のレーザ蒸着装置のターゲットホルダの不具合を示す断面図である。
【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、３１…酸化物超電導体薄膜、３２…基材、３３…多結晶中間薄膜、３４…薄膜積層体、４１…レーザ蒸着装置（薄膜の形成装置）、４２…ターゲットホルダ、４３…ターゲット支持部、４４…スペーサ（楔状部材）。
【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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