(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な装置構成で、長時間に亘って成膜を安定に行うことができ、基板の損傷を抑えて良質な薄膜を形成できる反応性ＤＣスパッタ装置および成膜方法を提供する。【解決手段】反応性ＤＣスパッタ装置１０は、ターゲット１１と、ターゲット１１に対向する基板保持部１２と、ターゲット１１の基板保持部１２側に近接して設けられた環状のアノード電極１３と、ターゲット１１に接続されたパルスＤＣ電源１４と、成膜空間に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するガス供給手段１６Ａとを備え、アノード電極１３は、第１アパーチャ１９と、該第１アパーチャ１９の基板保持部１２側に近接して積層された第２アパーチャ２０とを有し、第２アパーチャ２０は厚さ方向に貫通する複数の貫通孔２０ａを有する。【選択図】図１
2013234380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧容器と、該減圧容器内に収容されたターゲットと、該ターゲットに対向するように設けられた基板保持部と、前記ターゲットの前記基板保持部側に近接して設けられた環状のアノード電極と、前記ターゲットに接続されたＤＣ電源と、前記ターゲットと前記基板保持部との間に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するガス供給手段とを備え、
前記アノード電極が、前記ターゲット側に配された第１アパーチャと、該第１アパーチャの前記基板保持部側に近接して第１アパーチャを覆うように積層された第２アパーチャとを備え、前記第２アパーチャには該第２アパーチャをその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されたことを特徴とする反応性ＤＣスパッタ装置。
【請求項２】
前記第１アパーチャに対向する前記第２アパーチャの表面部分に、前記複数の貫通孔が均等に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の反応性ＤＣスパッタ装置。
【請求項３】
正のバイアス電圧を印加するバイアス電源が前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに電気的に接続されたことを特徴とする請求項１または２に記載の反応性ＤＣスパッタ装置。
【請求項４】
減圧容器と、該減圧容器内に収容されたターゲットと、該ターゲットに対向するように設けられた基板保持部と、前記ターゲットの前記基板保持部側に近接して設けられた環状のアノード電極と、前記ターゲットに接続されたＤＣ電源と、前記ターゲットと前記基板保持部との間に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するガス供給手段とを備え、反応性ＤＣスパッタ法によって薄膜を成膜する成膜方法であって、
前記アノード電極として、前記ターゲット側に配された第１アパーチャと、該第１アパーチャの前記基板保持部側に近接して積層された第２アパーチャとを有し、前記第２アパーチャにその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有するものを用いて反応性ＤＣスパッタを行うことを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
成膜する薄膜を絶縁膜とすることを特徴とする請求項４に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに正のバイアス電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の成膜方法。
【請求項７】
前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに印加するバイアス電圧を＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖ以下の範囲とすることを特徴とする請求項６に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応性ＤＣスパッタ装置および成膜方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｘ：ＲＥは希土類元素の内から選択される１以上の元素）は、液体窒素温度で超電導性を示し、電流損失が低いため、これを超電導線材に加工して電力供給用の超電導導体あるいは超電導コイルを製造することがなされている。
この種の酸化物超電導導体の一例構造として、金属製の基材の上に拡散防止層を形成後、ＩＢＡＤ法（イオンビームアシスト蒸着法）による配向層を形成し、その上にキャップ層を形成し、更に酸化物超電導層を形成し、その上にＡｇの安定化層を形成した積層構造の酸化物超電導導体が知られている。なお、各層の構成材料として、例えば、拡散防止層をＡｌ２Ｏ３層とＹ２Ｏ３層の積層構造から構成し、配向層をＭｇＯ層から構成し、キャップ層をＣｅＯ２層から構成した構造が知られている。
【０００３】
ここで、これら各層のうちＡｌ２Ｏ３層は、例えば反応性ＤＣスパッタ法により成膜することができる。反応性ＤＣスパッタ法は、グロー放電によって発生させた不活性ガスのイオンを、ターゲットに衝突させてスパッタ粒子を叩き出し、このスパッタ粒子を反応性ガスと反応させ、基板上に堆積させることで絶縁膜などの化合物薄膜を成膜する方法である。
【０００４】
この反応性ＤＣスパッタ法による成膜装置（反応性ＤＣスパッタ装置）の一例を図９に示す。
図９に示す反応性ＤＣスパッタ装置１００は、ターゲットにマイナスのパルスＤＣ電圧を印加して成膜を行うように構成されている。この反応性ＤＣスパッタ装置１００は、カソードとなる円盤状のターゲット１０１と、その外周部直上に近接配置された円環状のアパーチャ（アノード）１０２と、これらの上方に配置された基板保持部１０３と、基板保持部１０３のターゲット１０１側に保持された基板１０４と、ターゲット１０１に接続されたパルスＤＣ電源１０５と、各部を収容するチャンバー１０６とを有している。チャンバー１０６には、上方に供給口１０７および排気口１０８が設けられ、供給口１０７にはガス供給手段が、排気口１０８には減圧手段が、それぞれ接続されている。また、アパーチャ１０２と基板保持部１０３は、接地線１０２ａ、１０３ａにより、接地されている。
【０００５】
この反応性ＤＣスパッタ装置１００は、減圧状態とされたチャンバー１０６内に、ガス供給手段にて不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するとともに、パルスＤＣ電源１０５によって、ターゲット１０１にマイナスのパルスＤＣ電圧を供給してグロー放電を発生させ、ターゲット１０１の上方空間にプラズマを生成させる。このプラズマ中でイオン化した不活性ガスの原子を衝突させることでターゲット１０１からスパッタ粒子を弾き出し、スパッタ粒子と反応性ガスとの反応によって生成された化合物粒子を基板１０４上に堆積する。
このとき、不活性ガスのイオン化等に伴って発生した電子は、ターゲット１０１の中心から円弧を描くように周囲に流れてアパーチャ１０２に吸収される。このため、基板１０４にはほとんど電子が到達せず、電子の衝突によって基板１０４にダメージを与えることなく化合物薄膜を形成することが可能である。
【０００６】
しかしながら、以上のような成膜過程で生成される化合物粒子は、基板１０４上に堆積すると同時に、アパーチャ１０２の上面やチャンバー１０６の壁面等、他の箇所にも堆積してしまう。
ここで、アパーチャ１０２の上面に、酸化物や窒化物のような絶縁性の化合物薄膜が堆積されると、アパーチャ１０２に向かう電子の流れが阻害され、いわゆるアノード消失現象が発生する。
このとき、行き場を失った電子は上方に流れて基板１０４に衝突し、基板１０４にダメージを与えてしまう。特に、基板１０４自身が電気伝導性を有する場合には、電子が基板１０４内を流れ、基板１０４の各部に悪影響を与える可能性がある。
また、アパーチャ１０２の上面やその他の箇所に堆積した絶縁膜が電子によって帯電し、アーキングと呼ばれる異常放電が多数発生したり、プラズマが消失したりし、成膜条件が不安定になるといった問題も生じるおそれがある。
【０００７】
このようなアノード消失を回避するための成膜装置として、例えば、特許文献１に記載されたマグネトロンスパッタ装置がある。
このマグネトロンスパッタ装置は、陽極部（アノード）の上部を覆うように、陽極部へのスパッタ粒子の付着を防止する防着機構を配設するとともに、陰極（カソード）から発生する電子が防着機構を迂回して陽極に流入するような磁界を形成する補正磁気回路を用い、陽極部への電子の流入を阻害することなく、陽極部の着膜によるアノード消失を抑制しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２４５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の構成の反応性ＤＣスパッタ装置では、補正磁気回路が発生する磁界によってプラズマが周囲に拡大するため、プラズマの状態が不安定になるおそれがある。また、補正磁気回路を追加するため、成膜装置の構成が複雑になり、更に装置が大型化するという問題も生じる。よって、図９に示す構成の反応性ＤＣスパッタ装置１００において、装置を複雑にすることなくプラズマの安定性を長期間保持し、安定した成膜が可能な装置が望まれている。
【００１０】
本発明は、このような従来の実情に鑑みなされたものであり、簡単な装置構成で、長時間に亘って成膜を安定に行うことができ、基板のダメージを抑えて良質な薄膜を形成できる反応性ＤＣスパッタ装置および成膜方法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】
【００１１】
上記課題を解決するため、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置は、減圧容器と、該減圧容器内に収容されたターゲットと、該ターゲットに対向するように設けられた基板保持部と、前記ターゲットの前記基板保持部側に近接して設けられた環状のアノード電極と、前記ターゲットに接続されたＤＣ電源と、前記ターゲットと前記基板保持部との間に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するガス供給手段とを備え、前記アノード電極が、前記ターゲット側に配された第１アパーチャと、該第１アパーチャの前記基板保持部側に近接して第１アパーチャを覆うように積層された第２アパーチャを備え、前記第２アパーチャには該第２アパーチャをその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔が形成されたことを特徴とする。
【００１２】
本発明によれば、第１アパーチャと第２アパーチャを積層してアノード電極を構成し、第１アパーチャを覆った第２アパーチャに複数の貫通孔を有するため、プラズマを生成させて成膜する過程で、プラズマに曝される領域は化合物粒子が経時的に堆積して電子を吸収する機能が減少するが、第１アパーチャと第２アパーチャの重なり領域でプラズマから陰になる部分は化合物粒子の付着が抑えられ、アノードとしての機能が維持される。
このため、長時間に亘る成膜過程においても、プラズマ中で発生した電子をアノード電極側に確実に吸収でき、電子による基板のダメージを抑え、アーキングやプラズマ消失を抑えて、安定な成膜条件で良質な薄膜を形成することが可能な反応性ＤＣスパッタ装置を提供できる。
また、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置は、一般的な反応性ＤＣスパッタ装置に第２アパーチャを付与しただけの簡単な構成である。即ち、本発明によれば、装置を複雑化、大型化することなく、電子による基板のダメージを抑制し、アーキングやプラズマ消失を抑え、安定な成膜条件で良質な薄膜を形成することが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記第１アパーチャに対向する前記第２アパーチャの表面部分に、前記複数の貫通孔が均等に配置されることが好ましい。
貫通孔を均等に配置することにより、第１アパーチャと第２アパーチャにおいてプラズマから陰になる部分を均等に配置することができ、アノード電極側でプラズマからの電子を均等に吸収することができ、プラズマの形を良好な状態に保持できる。
本発明において、正のバイアス電圧を印加するバイアス電源が前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに電気的に接続されたことを特徴とする。
正のバイアス電圧を第１アパーチャまたは第２アパーチャに印加することで、アパーチャにおける電子の吸収効率を向上させ、基板側に飛来する電子を削減することができ、電子による基板ダメージを生じさせないようにしながら良質の成膜ができる。
【００１４】
本発明の成膜方法によれば、減圧容器と、該減圧容器内に収容されたターゲットと、該ターゲットに対向するように設けられた基板保持部と、前記ターゲットの前記基板保持部側に近接して設けられた環状のアノード電極と、前記ターゲットに接続されたＤＣ電源と、前記ターゲットと前記基板保持部との間に不活性ガスと反応性ガスとの混合ガスを供給するガス供給手段とを備え、反応性ＤＣスパッタ法によって薄膜を成膜する成膜方法であって、前記アノード電極として、前記ターゲット側に配された第１アパーチャと、該第１アパーチャの前記基板保持部側に近接して第１アパーチャを覆うように積層された第２アパーチャを有し、前記第２アパーチャにその厚さ方向に貫通する複数の貫通孔を有する構成を用いて反応性ＤＣスパッタを行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明の成膜方法によれば、第１アパーチャと第２アパーチャとを有し、第２アパーチャとして複数の貫通孔を有し第１アパーチャを覆うものを用いるため、第１アパーチャと第２アパーチャにおいてプラズマから陰になる部分における反応生成物の堆積を抑え、長時間に亘る成膜過程においても、プラズマ中で発生した電子をアノード電極に確実に吸収でき、電子による基板のダメージ、アーキングやプラズマ消失を抑えて、安定な成膜条件で良質な薄膜を形成することが可能となる。
【００１６】
本発明において、成膜する薄膜として絶縁膜を選択できる。
成膜する薄膜が絶縁膜である場合、基板上に目的とする絶縁膜が成膜されるのと同時に、アノード電極にも絶縁膜が堆積するため、これが電極面に全面的に堆積するとアノード消失が生じる。これに対して、本発明では、アノード電極のうち、第１アパーチャと第２アパーチャの間においてプラズマから陰になる部分に絶縁膜の堆積が抑えられるため、長時間に亘る成膜過程においても、アノード電極の機能が維持される。このため、成膜する薄膜が絶縁膜である場合でも、アノード消失が回避され、安定な成膜条件で良質な絶縁膜を形成することが可能である。
本発明において、前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに正のバイアス電圧を印加することができる。
正のバイアス電圧を第１アパーチャまたは第２アパーチャに印加することで、アパーチャにおける電子の吸収効率を向上させ、基板側に飛来する電子を削減することができ、電子による基板ダメージを生じさせないようにしながら良質の成膜ができる。
本発明において、前記第１アパーチャまたは第２アパーチャに印加するバイアス電圧を＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖ以下の範囲にすることができる。
アパーチャに印加するバイアス電圧を上述の範囲とすることで、成膜速度を大きくしても表面粗さの小さい膜を成膜する場合に有利であって、膜厚が大きく、表面の平坦な膜を良好な成膜速度で形成できる方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の反応性ＤＣスパッタ装置によれば、第１アパーチャと第２アパーチャとを有し、第１アパーチャを覆う第２アパーチャに複数の貫通孔を有するため、プラズマを生成させて行う成膜過程で、プラズマに露出する領域は、化合物粒子が経時的に堆積して電子を吸収する機能が減少するが、第１アパーチャと第２アパーチャで挟まれた領域でプラズマから陰になる部分は、化合物粒子の付着が抑えられ、アノードとしての機能が維持される。このため、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置は、長時間に亘る成膜過程においても、プラズマ中で発生した電子がアノード電極に確実に吸収され、電子による基板のダメージを抑え、アーキングやプラズマ消失を抑えて、安定な成膜条件で良質な薄膜を形成することが可能である。
また、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置は、一般的な反応性ＤＣスパッタ装置に第２アパーチャを付与しただけの簡単な構成である。すなわち、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置によれば、装置を複雑化、大型化することなく、前述の効果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る第１実施形態の反応性ＤＣスパッタ装置を示す模式図。
【図２】図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置に適用する第２アパーチャの各種構成例を示すもので、図２（ａ）は第１の例を示す平面図、図２（ｂ）は第２の例を示す平面図、図２（ｃ）は第３の例を示す平面図、図２（ｄ）は第４の例を示す平面図。
【図３】図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置において、第１アパーチャと第２アパーチャの近傍における電子の流れを示す模式図。
【図４】図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置において、ターゲットに印加するパルスＤＣ電圧パターンの一例を示す模式図。
【図５】本発明に係る反応性ＤＣスパッタ装置に適用する第２アパーチャの他の例を示すもので、図５（ａ）は第５の例を示す平面図、図５（ｂ）は第６の例を示す平面図。
【図６】図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置で成膜する場合に対象とする酸化物超電導線材の一例構造を示す斜視図。
【図７】本発明に係る反応性スパッタ装置の第２実施形態を示す構成図。
【図８】実施例で使用した反応性ＤＣスパッタ装置の概略構成を示す模式図。
【図９】一般的な反応性ＤＣスパッタ装置の概略構成を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る反応性ＤＣスパッタ装置および成膜方法について図面に基づいて説明するが本発明は以下の図面に示す形態に制限されるものではない。
まず、本発明に係る反応性ＤＣスパッタ装置の第１実施形態の構造について説明する。
図１に本実施形態に係る反応性ＤＣスパッタ装置の概略構成を示し、図２に図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置に備える第２アパーチャの各種構成例を示す。
【００２０】
図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置１０は、水平に配置された円盤状のターゲット１１と、該ターゲット１１の上方に対向するように設けられた基板保持部１２と、ターゲット１１の基板保持部１２側に近接して設けられた環状のアノード電極１３と、ターゲット１１に接続されたパルスＤＣ電源（ＤＣ電源）１４とを備えている。そして、ターゲット１１と基板保持部１２とアノード電極１３が真空チャンバー等の減圧容器１５の内部に収容されている。
減圧容器１５は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態にして使用されるため、内部と外部との圧力差に耐え得る耐圧性能を有するものとされる。減圧容器１５の構成材料には、例えば、アルミニウム合金やステンレス鋼のような金属材料等を用いることができる。
【００２１】
減圧容器１５には、上部に供給口１６および排気口１７が設けられており、供給口１６および排気口１７を介して、減圧容器１５の内部と外部が連通されている。供給口１６にはガス供給手段１６Ａが、排気口１７には真空ポンプ等の減圧手段１７Ａがそれぞれ接続されている。
ガス供給手段１６Ａは、プロセスガスと反応性ガスとの混合ガスを、供給口１６から減圧容器１５内に供給できるように構成されている。プロセスガスを減圧状態の減圧容器１５内に導入してターゲット１１に電力を投入すると、ターゲット１１とアノード電極１３および基板保持部１２間にプラズマを発生させることができる。このようなプロセスガスとして、不活性ガス、例えば、Ａｒガスを例示できる。反応性ガスは、ターゲット１１から叩き出された粒子と反応して基板１８の表面に化合物薄膜を形成する原材料となるものである。用いる反応性ガスは、特に限定しないが、酸化物の膜を堆積する場合はＯ２ガス、窒化物の膜を堆積する場合はＮ２ガス等が挙げられる。
【００２２】
ターゲット１１は、減圧容器１５の内底部に水平に配置されている。ターゲット１１の構成材料は、目的とする薄膜の組成に応じて適宜選択される。例えば、目的とする薄膜がＡｌ２Ｏ３膜である場合には、Ａｌのターゲットが用いられる。目的とする薄膜がＡｌＮである場合は、Ａｌのターゲットに反応性ガスとして窒素ガスを用い、目的とする薄膜がＴｉＮである場合は、Ｔｉのターゲットに反応性ガスとして窒素ガスを用いることができる。
ターゲット１１の形状は、特に限定しないが、例えば、平面視で真円、楕円形、長円形のような円形、あるいは、長方形、正方形のような四辺形にされている。なお、本実施形態のターゲット１１は円盤状に形成されている。
【００２３】
ターゲット１１の底部中心には、パルスＤＣ電源１４が接続されている。パルスＤＣ電源１４は、ターゲット１１に印加するマイナスのパルスＤＣ電圧を発生する。これにより、ターゲット１１にＤＣ電圧を連続的に印加する場合に比べて、ターゲット１１で発生するアーク放電が軽減し、高品位の成膜を実現することが可能となる。なお、本実施形態では、一例として図４に示す矩形波の連続パターンからなるパルスＤＣ電圧をターゲット１１に印加することができる。
【００２４】
基板保持部１２は、ターゲット１１に対向するように配設されている。基板保持部１２は、平面視で基板１８よりも十分大きな面積を有する板状をなし、チャック機構などにより、ターゲット１１側の表面（保持面）に基板１８を保持することができる。この基板保持部１２は、接地線１２ａを介し接地されている。
基板１８は、本実施形態の反応性ＤＣスパッタ装置１０により、その表面に化合物薄膜が形成されるものである。このような基板１８としては、例えば、金属基板、ガラス基板、セラミックス基板、シリコン基板、化合物半導体基板等が挙げられる。
【００２５】
アノード電極１３は、ターゲット１１側に配された第１アパーチャ１９と、該第１アパーチャ１９の基板保持部１２側に第１アパーチャ１９を覆うように積層された第２アパーチャ２０によって構成されている。
第１アパーチャ１９および第２アパーチャ２０の構成材料としては、導電性およびプラズマに対する耐腐食性を有する材料が用いられる。また、特に、第２アパーチャ２０には後述するように多数の貫通孔２０ａが設けられるため、その構成材料は加工性に優れることも求められる。そのような導電性材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルまたはこれらを含む合金等の金属材料が挙げられる。
【００２６】
第１アパーチャ１９は、その外周がターゲット１１よりも若干大きな円環状の薄板であり、周壁状のアパーチャ支持部２１により、ターゲット１１の外周部の直上に近接配置されている。第１アパーチャ１９は、アパーチャ支持部２１および接地線１３ａを介し接地されている。
第２アパーチャ２０は、上方から見た平面視での外形および寸法が第１アパーチャ１９と略等しい円環状の薄板であり、その厚さ方向を貫通する図２（ａ）に示す複数の貫通孔２０ａが均等に形成されている。第２アパーチャ２０の外周縁部には肉厚部２０Ａが形成され、この肉厚部２０Ａを第１アパーチャ１９の周縁部上に設置して第２アパーチャ２０が第１アパーチャ１９を覆うように、互いの間に若干の間隙をあけて設置されている。また、図３では略されているが、第２アパーチャ２０の肉厚部２０Ａを上下に貫通して第１アパーチャ１９の周縁部に形成されているねじ穴に螺合されるボルトにより第２アパーチャ２０が第１アパーチャ１９に一体化されている。第２アパーチャ２０は、前記ボルト、第１アパーチャ１９、アパーチャ支持部２１および接地線１３ａを介し接地されている。
【００２７】
第２アパーチャ２０の貫通孔の形状は、特に限定されないが、例えば図２（ａ）に示すように周回りに８等分弱の幅を有し、直径方向内側に徐々に小さくなる扇形環状体形状の複数の貫通孔２０ａが均等に配置された形状にすることができる。また、図２（ｂ）に示すように、周回りに１０等分弱の幅を有し、直径方向内側に徐々に小さくなる扇形環状体形状の複数の貫通孔２０ｂが均等に配置された形状にすることができる。また、図２（ｃ）に示すように、周回りに８等分の幅より小さい幅であって、直径方向に徐々に小さくなり、図２（ａ）に示す貫通孔２０ａより若干幅の小さな扇形環状体形状の複数の貫通孔２０ｃが均等に配置された形状にすることができる。また、図２（ｄ）に示すような円形の貫通孔２０ｄが複数均等に分散された形状にすることができる。貫通孔２０ｄの形状は、角形のドット状、スリット状等、任意の形状を採用できる。これらの貫通孔２０ａ〜２０ｃが円弧状である場合、各貫通孔は、略同じ角度範囲で形成され、径方向および周方向に一定間隔で並設されていることが好ましい。また、貫通孔２０ｄがドット状である場合、各貫通孔２０ｄは、平面視で略均一な分布となるように全面に均一に分散形成されていることが好ましい。これら貫通孔２０ａ〜２０ｄの形状により、アノード電極１３の各箇所で同等の電子吸引機能を得ることができ、均質な薄膜を長時間形成できる。
【００２８】
以上のように構成された反応性ＤＣスパッタ装置１０は、ターゲット１１の上方の空間にプラズマを発生できる。このプラズマ中の不活性ガスのイオンを衝突させることでターゲット１１から粒子を叩き出すことができ、このスパッタ粒子と反応性ガスとの反応によって生成した化合物粒子を基板１８上に堆積させて化合物薄膜を成膜できる。
このとき、不活性ガスのイオン化等に伴って発生した電子は、ターゲット１１の中心から円弧を描くように流れてアノード電極１３に吸収される。このため、基板１８に到達する原子が少なくなり、電子の衝突によって基板１８に損傷を与えることなく化合物薄膜を形成することが可能である。
【００２９】
特に、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置１０では、第１アパーチャ１９の上に第２アパーチャ２０を若干の間隙をあけて第１アパーチャ１９を覆うように積層配置していることによって、第１アパーチャ１９に化合物粒子が付着するのを防止する遮蔽部材として第２アパーチャ２０が機能する。これにより、次のような効果を得ることができる。
仮に第２アパーチャ２０が設けられていない構成とした場合、第１アパーチャ１９の全面がプラズマ雰囲気に曝されるため、プラズマ中で生成された化合物粒子が絶縁膜として第１アパーチャ１９の上面に全面的に付着、堆積する。これにより、第１アパーチャ１９に向かう電子の流れが阻害され、行き場を失った電子によって、基板１８がダメージを受け、また、アーキングやプラズマ消失が発生することにより、成膜条件が不安定になる。
【００３０】
これに対し、第１アパーチャ１９上に第２アパーチャ２０を積層していると、第２アパーチャ２０の上面および第１アパーチャ１９において貫通孔２０ａを介してプラズマ側に露出する領域は、化合物粒子が経時的に堆積して電子を吸収する機能が減少する。しかし、第２アパーチャ２０の下面、および、第１アパーチャ１９において第２アパーチャ２０で覆われた領域は、プラズマから陰になる部分となり、化合物粒子の付着が抑えられる。このため、化合物薄膜の堆積が進行しても、電子は、図３に示すように、第２アパーチャ２０の貫通孔２０ａから、第１アパーチャ１９と第２アパーチャ２０との隙間に侵入する。そして、第１アパーチャ１９の上面において第２アパーチャ２０で覆われた部分、および第２アパーチャ２０の下面から電子が円滑に取り込まれ、アノードの機能を維持できる。従って、本実施形態の反応性ＤＣスパッタ装置１では、長時間に亘る成膜過程においても、プラズマ中で発生した電子をアノード電極１３側に確実に吸収することができ、電子の乱れが少ないので、電子衝突による基板１８のダメージを防止でき、アーキングやプラズマ消失を抑えて、安定な成膜条件で良質な薄膜を形成することができる。
また、本実施形態の反応性ＤＣスパッタ装置１０は、一般的な反応性ＤＣスパッタ装置に第２アパーチャ２０を付与しただけの簡単な構成である。即ち、本発明の反応性ＤＣスパッタ装置１０によれば、装置を複雑化、大型化することなく、前述のような効果を得ることができる。
【００３１】
第１アパーチャ１９と第２アパーチャ２０の面間隔は、１〜３ｍｍ程度であることが好ましい。両者の面間隔が小さ過ぎると、成膜条件によっては、第１アパーチャ１９と第２アパーチャ２０との隙間が化合物膜で埋まり易くなり、電子がアノード電極１３に到達するのが困難になる。また、間隔が大きすぎると、第１アパーチャ１９と第２アパーチャ２０の隙間に化合物粒子が侵入して第１アパーチャ１９および第２アパーチャ２０に付着する確率が高くなり、アノードとしての機能を損なう可能性がある。
【００３２】
以上、本実施形態の反応性ＤＣスパッタ装置１０について説明したが、前記した各実施形態において、反応性ＤＣスパッタ装置１０を構成する各部は一例であって、本発明の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、反応性ＤＣスパッタ装置１０が備えるターゲット１１の形状は平面視で四辺形でも良く、第１アパーチャ１９および第２アパーチャ２０の形状は、四角枠状であっても構わない。
この場合、第２アパーチャ２０Ｅに設ける貫通孔のパターンとして、例えば、図５（ａ）に示すように、四角枠状の第２アパーチャ２０Ｅに対し複数の矩形状の貫通孔２０ｅが列状に配置された形状、図５（ｂ）に示すように、四角枠状の第２アパーチャ２０Ｆに対し複数の矩形スリット状の貫通孔２０ｆを各辺に沿って複数配列したパターン等が挙げられる。
また、本実施形態においてアパーチャは２枚構造である必要はなく、３枚以上のアパーチャを積層した構造であっても良い。
【００３３】
次に、本発明に係る成膜方法を、酸化物超電導導体についてＡｌ２Ｏ３拡散防止層を形成する場合を例として以下に説明する。
図６は、本発明に係る成膜方法によって拡散防止層が形成される酸化物超電導導体１の一例構造を示す図である。なお、図６に示す酸化物超電導導体は、本発明に係る成膜方法によって拡散防止層を形成する対象の一例であり、以下に説明する積層構造に限定されないのは勿論である。
【００３４】
この例の酸化物超電導導体１は、基材２の上方に、拡散防止層４ａと配向層４とキャップ層５を含む中間層３と、酸化物超電導薄膜６と第１の安定化層７と第２の安定化層８をこの順に積層してなる。この酸化物超電導導体１はその周面を図示略の絶縁被覆層などで覆って酸化物超電導線材として利用される。
前記酸化物超電導導体１に適用される基材２は、通常の酸化物超電導導体の基材本体として使用することができ、高強度であれば良く、長尺のケーブルとするためにテープ状やシート状あるいは薄板状であることが好ましく、耐熱性の金属からなるものが好ましい。例えば、ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）等のニッケル合金等の各種耐熱性金属材料等が挙げられる。なお、基材２としてＮｉ合金に集合組織を導入したＮｉ−Ｗ合金のような配向性基材を用いても良い。基材２の厚さは、目的に応じて適宜調整すれば良く、通常は、１０〜５００μｍの範囲とすることができる。
【００３５】
中間層３は、以下に説明する拡散防止層４ａと配向層４とキャップ層５からなる構造を一例として適用することができ、基材２と配向層４の間にベッド層を設けることもできる。
拡散防止層４ａは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、あるいは、ＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７）等から構成される単層構造あるいは複層構造の層が望ましく、厚さは例えば１０〜４００ｎｍである。
ベッド層を設ける場合、ベッド層は、例えば、イットリア（Ｙ２Ｏ３）などの希土類酸化物であり、より具体的には、Ｅｒ２Ｏ３、ＣｅＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３等を例示することができ、これらの材料からなる単層構造あるいは複層構造を採用できる。ベッド層の厚さは例えば１０〜１００ｎｍである。
【００３６】
配向層４として具体的には、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７、ＭｇＯ、ＺｒＯ２−Ｙ２Ｏ３（ＹＳＺ）、ＳｒＴｉＯ３、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等の金属酸化物を例示できる。
配向層４は、単層でも良いし、複層構造でも良い。例えば、前記金属酸化物からなる層（金属酸化物層）は、ＩＢＡＤ法（イオンビームアシスト蒸着法）などにより成膜されて結晶配向性を有していることが好ましく、複数層である場合には、最外層（最も酸化物超電導層６に近い層）が少なくとも優れた結晶配向性を有していることが好ましい。
キャップ層５は、前記配向層４の表面に対してエピタキシャル成長し、その後、横方向（面方向）に粒成長（オーバーグロース）して、結晶粒が面内方向に選択成長するという過程を経て形成されたものが好ましい。このようなキャップ層５は、前記配向層４よりも高い面内配向度、例えば単結晶としての面内配向度が得られる可能性がある。
キャップ層５の材質は、前記機能を発現し得るものであれば特に限定されないが、好ましいものとして具体的には、ＣｅＯ２、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３等が例示できる。キャップ層５の材質がＣｅＯ２である場合、キャップ層は、Ｃｅの一部が他の金属原子又は金属イオンで置換されたＣｅ−Ｍ−Ｏ系酸化物を含んでいても良い。ＣｅＯ２のキャップ層の膜厚は５０〜５０００ｎｍの範囲にすることができる。
【００３７】
酸化物超電導層６は通常知られている組成の酸化物超電導体からなるものを広く適用することができ、ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ（ＲＥはＹ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｇｄ等の希土類元素を表す）なる材質のもの、具体的には、Ｙ１２３（ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）又はＧｄ１２３（ＧｄＢａ２Ｃｕ３Ｏｙ）を例示することができる。また、その他の酸化物超電導体、例えば、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａｎ−１ＣｕｎＯ４＋２ｎ＋δなる組成等に代表される臨界温度の高い他の酸化物超電導体からなるものを用いても良いのは勿論である。前記キャップ層上に酸化物超電導層６を成膜することで単結晶状体の結晶配向性に優れた酸化物超電導層６が得られる。
【００３８】
酸化物超電導層６の上面を覆うように形成されている第１安定化層７は、Ａｇからなり、その厚さは１〜３０μｍ程度とされる。
第２安定化層７は、良導電性の金属材料からなり、酸化物超電導層６が超電導状態から常電導状態に転移した時に、第１安定化層７とともに、電流を転流するバイパスとして機能する。第２安定化層８を構成する金属材料としては、良導電性を有するものであればよく、特に限定されないが、銅、黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ合金）、Ｃｕ−Ｎｉ合金等の銅合金、ステンレス等の比較的安価な材質からなるものを用いることが好ましく、中でも高い導電性を有し、安価であることがらＣｕからなることが好ましい。なお、酸化物超電導導体１を超電導限流器に使用する場合は、第２安定化層は高抵抗金属材料より構成され、例えば、Ｎｉ−Ｃｒ等のＮｉ系合金などを使用できる。第２安定化層の厚さは特に限定されず、適宜調整可能であるが、１０〜３００μｍとすることが好ましい。
【００３９】
本実施形態に係る成膜方法では、以上のような酸化物超電導導体１を構成する各層のうち、Ａｌ２Ｏ３よりなる拡散防止層４ａを、図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置を用いて成膜する。
拡散防止層４ａを形成するには、まず、基板１８を基板保持部１２に取り付け、Ａｌターゲットを所定の位置に設置した後、減圧容器１５の内部を排気して減圧する。
減圧容器１５の減圧度は、０．１Ｐａ以上、２Ｐａ以下の範囲を選択することができる。この範囲であるならば、プラズマを生成させてＤＣスパッタ処理を実施し成膜を行うことができる。
なお、基板１８が長尺の場合は、基板保持部１２の両側にリールなどからなる基板１８の送出機構と巻取機構を設け、基板１８を連続的に一定の速度で基板保持部１２側に送り出し、基板保持部１２の位置において連続的に成膜できる装置を構成し、該装置を用いることが好ましい。
減圧容器１５内を目的の圧力に減圧後、ガス供給手段１６Ａの作動により、Ａｒガス（不活性ガス）とＯ２ガス（反応性ガス）との混合ガスを減圧容器１５内に供給する。
【００４０】
次に、パルスＤＣ電源１４によりターゲット１１にマイナスのパルスＤＣ電圧を印加し、減圧容器１５の内部にプラズマを発生させる。これにより、不活性ガスの原子をイオン化してターゲット１１に衝突させ、ターゲット１１からＡｌの粒子を叩き出す。ターゲット１１からのＡｌの粒子は、Ｏ２ガスと反応してＡｌ２Ｏ３となり、基板１８の表面に堆積する。その結果、基板の表面にＡｌ２Ｏ３の拡散防止層４ａを形成できる。
【００４１】
この成膜方法では、アノード電極１３として、第１アパーチャ１９と、貫通孔２０ａを有する第２アパーチャ２０との積層構造を用いるため、長時間に亘る成膜過程においても、アノード電極１３が十分な機能を発揮し、プラズマ中で発生した電子をアノード電極１３に確実に吸収できる。このため、電子による基板１８の損傷を防止でき、アーキングやプラズマ消失を抑えて、安定な成膜条件で良質な拡散防止層４ａを形成することが可能である。
また、基板１８が数ｍ〜数ｋｍに及ぶ長尺の基板であった場合、成膜時間は、長くなるが、上述のように安定化した成膜条件で拡散防止層４ａを形成できるので、長尺の基板１８の場合であっても対応できる。このため、数ｍ〜数ｋｍに及ぶ長尺の酸化物超電導導体１を製造しようとする場合において、本実施形態に係る反応性ＤＣスパッタ装置１０を用いて拡散防止層４ａの成膜に対応することができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、本発明の成膜方法を、Ａｌ２Ｏ３の拡散防止層を形成する場合を例にして説明したが、本発明の成膜方法によって成膜される薄膜は、これに限るものではなく、この他の各種金属酸化薄膜や金属窒化物薄膜等、反応性ＤＣスパッタ法で成膜される各種化合物薄膜のいずれであっても対応が可能である。
【００４３】
図７は、本発明に係るＤＣスパッタ装置の第２実施形態を示すもので、この第２実施形態のＤＣスパッタ装置３０は、第１実施形態のＤＣスパッタ装置１０と主要構造は同等であり、異なる点は、第１アパーチャ１９に接続された接地線１３ａにバイアス電源２５が組み込まれている点である。その他の構造は同等であるので、同一構成要素には同一符号を付してそれら同一構成要素の説明は省略する。
バイアス電源２５は直流電圧を第１アパーチャ１９と第２アパーチャ２０に印加できる装置であり、例えば、一例として０Ｖ以上、５０Ｖ以下の範囲で所望の電圧を印加できる装置として構成されている。このバイアス電源２５が第１アパーチャ１９に印加する電圧は、本実施形態では＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖ以下の範囲に設定できることが好ましい。
バイアス電源２５は接地線１３ａに組み込まれていればよいので、接地線１３ａが減圧容器１５の外部まで引き出されて設置される場合、減圧容器１５の外部に独立した直流電源装置を設置して接地線１３ａの途中に接続する形態で設置すればよい。
【００４４】
第２実施形態のＤＣスパッタ装置３０を用いて成膜する場合、減圧容器１５の内部を減圧し、パルスＤＣ電源１４によりターゲット１１にマイナスのパルスＤＣ電圧を印加し、減圧容器１５の内部にプラズマを発生させる点については、先の第１実施形態のＤＣスパッタ装置１０と同様である。これにより、不活性ガスの原子をイオン化してターゲット１１に衝突させ、ターゲット１１がＡｌである場合は、Ａｌの粒子を叩き出すことができる。ターゲット１１から発生されたＡｌの粒子は、Ｏ２ガスと反応してＡｌ２Ｏ３となり、基板１８の表面に堆積する。その結果、基板の表面にＡｌ２Ｏ３の拡散防止層４ａを形成できる点について、先の第１実施形態のＤＣスパッタ装置１と同様である。また、アパーチャ１９、２０を２重構造としている点についても同等であるので、先の実施形態で得られる効果と同等の効果を得ることができる。
【００４５】
本実施形態のＤＣスパッタ装置３０では、この成膜時にアパーチャ１９、２０に正のバイアス電圧を印加しながら成膜することができる。このバイアス電圧を印加することにより、アパーチャ１９、２０は電子を効率良く吸収するので、基板１８側に電子を飛来させるおそれが少なくなり、基板１８に電子の衝突によるダメージを与えないようにしながら成膜できる効果を先の第１実施形態のＤＣスパッタ装置１より確実に得られるようになる。
【００４６】
また、バイアス電源２５からアパーチャ１９、２０にバイアス電圧を印加する場合、バイアス電圧を＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖ以下の範囲とすることが好ましい。アパーチャ１９、２０に印加するバイアス電位を＋１０Ｖ未満とする場合は効果が薄くなり、＋４０Ｖを超えると減圧容器１５の内部でプラズマが生成できなくなるおそれがある。なお、減圧容器１５の減圧度について、２Ｐａ程度の圧力として成膜するならば、バイアス電圧を＋５０Ｖ程度として印加してもプラズマ生成可能となるが、バイアス電圧を高くしすぎると生成した膜を損傷させるので、望ましくない。
バイアス電圧を＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖ以下の範囲で印加しながら成膜すると、製造した薄膜の表面粗さを小さくでき、表面凹凸の少ない表面の滑らかな薄膜を生成できる。また、バイアス電圧を印加しながら成膜することで表面凹凸の少ない薄膜をターゲットと基板間距離を小さくしても形成できるので、薄膜を製造する際の製造効率を高くすることができる利点も有する。
【００４７】
この点において、アパーチャ１９、２０にバイアス電圧を印加しないで成膜すると、バイアス電圧を印加する場合に比較し、生成した膜の表面粗さが粗くなる。また、バイアス電圧を印加しない場合に比較し、バイアス電圧を印加した場合の方が、ターゲット−基板間の距離を小さくして成膜レートを向上させて成膜しても製造した膜の表面粗さを小さくできる。
このため、アパーチャ１９、２０にバイアス電圧を印加しながら成膜することで、バイアス電圧を印加せずに成膜する場合と比較し、表面粗さの小さい平滑な膜を高い成膜レートで製造することができる効果を奏する。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を示して本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
「実施例１」
図８に示す構造の反応性ＤＣスパッタ装置１０Ａを用い、基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。図８に示す反応性ＤＣスパッタ装置１０Ａは、図１に示す反応性ＤＣスパッタ装置１０に対し基板保持部１２の下方にシャッター２２を設けたものである。実施例１では、シャッター２２を常時開いた状態で成膜を行った。第１アパーチャと第２アパーチャは、ステンレス鋼板からなる外径１７２ｍｍ、
内径１２０ｍｍのリング板状のものを上下に１ｍｍ離間して積層した２枚重ね構成を用いた、第２アパーチャには図２（ａ）に示すように対象形状の扇形環状体形状の貫通孔を２４個形成したものを用いた。
成膜条件は、以下の通りである。
ターゲット：Ａｌターゲット、導入ガス：不活性ガス；Ａｒ、反応性ガス：Ｏ２、動作真空度：０．４５Ｐａ、出力：１０００Ｗ、ターゲット形状：円形（直径６インチ）、パルスＤＣ電圧：周波数；１００ｋＨｚ、デューティー比；９０％、ターゲット−基板間の距離：８５ｍｍ、基板：ハステロイ（米国ヘインズ社商品名）、基板の表面粗さＲａ：２．５ｎｍ、成膜時間：３分。
【００４９】
「実施例２」
シャッター２２を閉じた状態で、反応性ＤＣスパッタ装置１０Ａを３０分間稼働した後、シャッター２２を開き、ハステロイ基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。成膜条件は、実施例１と同様である。
「実施例３〜実施例５」
シャッター２２を閉じた状態での反応性ＤＣスパッタ装置１０Ａの稼働時間を、以下の表１に示すように変更した以外は、前記実施例２と同様にして、ハステロイ基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。
「比較例１〜比較例５」
アノード電極が第１アパーチャのみから構成されている以外は、図９に示す装置と同様の構成の反応性ＤＣスパッタ装置を用い、それぞれ、実施例１〜実施例５と同様にしてハステロイ基板上にＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。
【００５０】
なお、実施例２〜実施例５および比較例２〜比較例５において、シャッター２２を閉じた状態で反応性ＤＣスパッタ装置を稼働させているのは、この間にアノード電極上にＡｌ２Ｏ３膜を堆積させ、Ａｌ２Ｏ３膜を長時間成膜した後のアノード電極の状態を疑似的に再現するためである。
【００５１】
＜評価＞
各実施例および各比較例で成膜したＡｌ２Ｏ３膜について、膜厚および表面粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定されている算術平均粗さ）を測定した。
【００５２】
【表１】
2013234380.tif 000003
【００５３】
表１に示すように、実施例１〜実施例５において成膜されたＡｌ２Ｏ３膜は、いずれも表面粗さＲａが小さく、良好な表面性を有している。これらに対し、比較例１〜比較例５の結果を見ると、シャッターを閉じた状態での反応性ＤＣスパッタ装置の稼働時間が長くなる程、成膜されたＡｌ２Ｏ３膜の表面性が悪化している。これは、Ａｌ２Ｏ３膜の堆積によってアノード消失が発生し、アノード電極に吸引されなかった電子が基板上のアルミナ膜にダメージを与えたか、プラズマが不安定となってスパッタ粒子の堆積が乱れたことなどによるものと思われる。
このことから、アノード電極を第１アパーチャと第２アパーチャの２枚重ね構造として構成することにより、表面粗さの小さい品質の優れた化合物薄膜を長時間に亘り安定成膜できるようになることがわかった。
なお、表１に示すように１０時間連続成膜しても表面粗さの小さいＡｌ２Ｏ３膜を成膜できることから、現状の技術において酸化物超電導導体のＡｌ２Ｏ３膜製造技術に適用すると、１〜数ｋｍ程度の長尺の超電導導体製造に適用できるために十分な性能と評価することができる。
【００５４】
「実施例６〜１３」
図７に示すバイアス電源付きのＤＣスパッタ装置を用い、先の実施例１と同様に以下の条件にてＡｌ２Ｏ３膜を基板上に形成する試験を行った。
「成膜条件」
ターゲット：Ａｌターゲット、導入ガス：不活性ガス；Ａｒ、反応性ガス：Ｏ２、動作真空度：０．４５Ｐａ、出力：１０００Ｗ、ターゲット形状：円形（直径６インチ）、パルスＤＣ電圧：周波数；１００ｋＨｚ、デューティー比；９０％、ターゲット−基板間の距離：３５〜１００ｍｍ、基板：ハステロイ（米国ヘインズ社商品名）、基板の表面粗さＲａ：２．５ｎｍ、成膜時間：３分。第２アパーチャの貫通孔の形状は実施例１と同じ形状、大きさとした。
【００５５】
実施例６〜９の試験を実施する際、バイアス電源としてアパーチャ１９、２０に印加するバイアス電圧を＋１０Ｖ、＋２０Ｖ、＋３０Ｖ、＋４０Ｖにそれぞれ設定し、ターゲット−基板間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を種々変更してＡｌ２Ｏ３膜を成膜した。得られたＡｌ２Ｏ３膜の膜厚を以下の表２に示す。なお、バイアス電圧を＋５０Ｖに設定して成膜してみたが、プラズマを生成できなかった。
【００５６】
【表２】
2013234380.tif 000004
【００５７】
次に、バイアス電位を＋１０Ｖ、＋２０Ｖ、＋３０Ｖ、＋４０Ｖにそれぞれ設定し、ターゲット−基板間の距離（Ｔ−Ｓ間距離）を種々変更して成膜を行い、各々の条件にて得られたＡｌ２Ｏ３膜の膜厚と、表面粗さ（Ｒａ）の値を計測した。その結果を以下の表３に示す。
【００５８】
【表３】
2013234380.tif 000005
【００５９】
表２に示す結果から、ターゲット−基板間の距離を小さくした方が厚い膜を形成できることが分かる。また、表３に示す結果から、ターゲット−基板間の距離について得られた膜の表面粗さＲａ（ｎｍ）に相関関係があり、例えば、表面粗さＲａ：３ｎｍ未満を狙うのであれば、基準例２の場合はターゲット−基板間の距離を８０ｍｍ以上に設定する必要があることが分かる。
これに対し、実施例１０の試料では、表面粗さＲａ：３ｎｍ未満を狙うのであれば、７５ｍｍ以上に設定することが必要となり、実施例１１の試料では、５５ｍｍ以上に設定することが必要となり、実施例１２、１３では、４５ｍｍ以上に設定することが必要となる。なお、ターゲット−基板間の距離を小さくできることは、表２に示す結果から、厚い膜を形成できることが分かっているので、必要な一定膜厚のＡｌ２Ｏ３膜を成膜する場合を想定すると、成膜速度を向上でき、生産効率を向上できることが分かる。
なお、表２、表３に示す結果から、Ａｌ２Ｏ３膜を本発明に係るアパーチャを備えたＤＣスパッタ装置で成膜する場合、できるだけ良好な生産性を維持しつつ、表面粗さ（Ｒａ）の値として３ｎｍ未満を狙うのであれば、両アパーチャに＋１０〜＋４０Ｖのバイアス電圧を印加しつつ、ターゲットと基板間の距離を３５ｍｍ以上、７５ｍｍ以下に設定することが望ましい。これは、表３に示すようにＴ−Ｓ間距離が８０ｍｍ以上の例ではいずれも表面粗さ（Ｒａ）が２．６ｎｍ、あるいはそれ以下であり、差がないのに対し、Ｔ−Ｓ間距離を７５ｍｍ以下として基材搬送速度を向上させて成膜速度を上げ、生産性を向上させた場合、差が生じることからわかる。なお、Ｔ−Ｓ間距離を３５ｍｍ未満とすると、成膜可能な膜厚は向上するが基材にダメージを与えるおそれが高くなるので、Ｔ−Ｓ間距離は３５ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００６０】
なお、先に説明した酸化物超電導導体を製造する場合、結晶配向性の特に優れた配向層を成膜するためには、Ａｌ２Ｏ３膜の表面粗さを３ｎｍ未満にすることが一般的に好ましいとされているので、優れた超電導特性の超電導層を備えた酸化物超電導導体を得るためには、Ａｌ２Ｏ３膜の表面粗さを３ｎｍ未満にすることが有利となる。この面から見て、アパーチャにバイアス電位を与えつつ成膜する場合、表面粗さを低く抑えるためには、バイアス電位として＋１０Ｖ以上、＋４０Ｖの範囲を選択することが有利であることが分かる。
【符号の説明】
【００６１】
１０、１０Ａ…反応性ＤＣスパッタ装置、１１…ターゲット、１２…基板保持部、１３…アノード電極、１３ａ…接地線、１４…パルスＤＣ電源（ＤＣ電源）、１５…減圧容器、１６…供給口、１６Ａ…ガス供給手段、１７…排気口、１７Ａ…減圧手段、１８…基板、１９…第１アパーチャ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ…貫通孔、２０、２０Ｅ、２０Ｆ…第２アパーチャ、２２…シャッター、２５…バイアス電源、３０…反応性ＤＣスパッタ装置。
【図１】
2013234380.tif 000006
【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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【図８】
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【図９】
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