(57)【要約】      （修正有）【課題】より短時間で多層の中間層が設けられた中間層付基材を製造することができる酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】長尺の配向金属基板２１上に、気相成長法を用いて多層構造の中間層を形成する酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置であって、複数のスパッタターゲットが設けられたマルチターゲット１５が成膜装置１３内に配置されており、マルチターゲットには、中間層を構成する各層に対応したターゲットが、配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に設けられている酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置。【選択図】図１
2013234350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺の配向金属基板上に、気相成長法を用いて多層構造の中間層を形成する酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置であって、
複数のターゲットが設けられたマルチターゲットが成膜装置内に配置されており、
前記マルチターゲットには、中間層を構成する各層に対応したターゲットが、前記配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に設けられている
ことを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置。
【請求項２】
長尺の配向金属基板上に、気相成長法を用いて多層構造の中間層を形成する酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置であって、
中間層を構成する各層に対応したターゲットが設けられた各層毎の成膜装置が、前記配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に連結して配置されている
ことを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置を用いて、長尺の配向金属基板上に多層構造の中間層を形成することを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法。
【請求項４】
中間層を構成する各層に対応した各ターゲットの幅を調整することにより、各成膜層の厚さを調整することを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法。
【請求項５】
前記金属基板の搬送速度を調整することにより、各成膜層の厚さを調整することを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体窒素の温度で超電導性を有する高温超電導体の発見以来、ケーブル、限流器、マグネットなどの電力機器への応用を目指した高温超電導線材の開発が活発に行われている。中でも、金属基板上に配向したＲＥ１２３系（ＲＥ：希土類元素）等の酸化物超電導層を形成させた酸化物超電導線材が注目されている。
【０００３】
このような酸化物超電導線材の一般的な構造を図６に模式的に示す。図６に示すように、酸化物超電導線材２は、配向金属基板２１上に、中間層２２、酸化物超電導層２３を順次積層することにより製造される。なお、必要に応じて、さらに、保護層や安定化層などが積層されることもある（特許文献１、２）。
【０００４】
中間層２２は、配向金属基板２１上にｃ軸配向した酸化物超電導体の結晶を成長させて酸化物超電導層２３を形成させるために設けられるセラミック層であり、通常、図６に示すように、複数のセラミック層で構成されている。
【０００５】
例えば、図６においては、配向金属基板２１上に、ｃ軸配向したセラミック層を形成させるためのシード層（種膜層）２２ａとしてのイットリア（Ｙ２Ｏ３）層やセリア（ＣｅＯ２）層、配向金属基板２１中に含まれる金属元素の拡散を防止するためのバリア層（拡散防止層）２２ｂとしてのイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）層、配向金属基板２１を構成する金属と酸化物超電導体との格子定数をマッチングさせるためのキャップ層（格子マッチング層）２２ｃとしてのＣｅＯ２層の順に形成された３層構造の中間層２２が用いられている。
【０００６】
これらの中間層は、スパッタ法、電子線ビーム蒸着（ＥＢＤ）法、パルスレーザ蒸着（ＰＬＤ）法等の気相成長法を用いて形成されるが、これらの方法の内でも、安定製造、コストの観点から、ＲＦスパッタ法が一般的に採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−８０７８０号公報
【特許文献２】特開２００７−３１１２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来は、これらの層を１層ずつ形成していたため、中間層の形成に長時間を要するという問題があった。
【０００９】
即ち、従来の中間層形成においては、１層の成膜が完了した後は、一旦、成膜ヒータの温度を大気に暴露してもよい温度にまで下げ、装置を大気暴露して、ターゲットを交換する必要があった。そして、ターゲットの交換後は、再び成膜装置の真空引きと成膜ヒータの昇温を行って、次の層の成膜を行う。このため、多層構造の中間層の形成には長時間を要していた。
【００１０】
そこで、本発明は、より短時間で多層の中間層が設けられた中間層付基材を製造することができる酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置および製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、鋭意研究の結果、以下の手段により前記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。以下、各請求項毎に本発明を説明する。
【００１２】
請求項１に記載の発明は、
長尺の配向金属基板上に、気相成長法を用いて多層構造の中間層を形成する酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置であって、
複数のターゲットが設けられたマルチターゲットが成膜装置内に配置されており、
前記マルチターゲットには、中間層を構成する各層に対応したターゲットが、前記配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に設けられている
ことを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置である。
【００１３】
本請求項の発明においては、中間層を構成する各層に対応したターゲットが、配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に設けられているマルチターゲットが成膜装置内に配置されているため、配向金属基板を成膜装置に１度通過させるだけで、配向金属基板上に所定の多層構造の中間層を形成させることができる。
【００１４】
このため、１回の成膜毎に、成膜ヒータの冷却や加温、大気暴露、ターゲットの交換という工程を設ける必要性がなくなり、より短時間で多層構造の中間層が形成された中間層付基材を製造することができる。
【００１５】
なお、各ターゲットの境界には、仕切り板（スリット）を設けて、個々の層の成膜が確実に行われるように制御することが好ましい。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、
長尺の配向金属基板上に、気相成長法を用いて多層構造の中間層を形成する酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置であって、
中間層を構成する各層に対応したターゲットが設けられた各層毎の成膜装置が、前記配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に連結して配置されている
ことを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置である。
【００１７】
本請求項の発明においては、中間層を構成する各層に対応したターゲットが設けられた各層毎の成膜装置が、配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に連結して配置されているため、これらの成膜装置を連続して順次通過させることにより、配向金属基板上に所定の多層構造の中間層を形成させることができる。
【００１８】
このため、前記と同様に、１回の成膜毎に成膜ヒータの冷却や加温、大気暴露、ターゲットの交換という工程を設ける必要性がなくなり、より短時間で多層構造の中間層が形成された中間層付基材を製造することができる。
【００１９】
請求項３に記載の発明は、
請求項１または請求項２に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置を用いて、長尺の配向金属基板上に多層構造の中間層を形成することを特徴とする酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法である。
【００２０】
前記した各酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置を用いることにより、１回の成膜毎に、成膜ヒータの冷却や加温、大気暴露、ターゲットの交換という工程を設ける必要性がなくなるため、より短時間で多層構造の中間層が形成された中間層付基材を製造することができる。
【００２１】
請求項４に記載の発明は、
中間層を構成する各層に対応した各ターゲットの幅を調整することにより、各成膜層の厚さを調整することを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法である。
【００２２】
各ターゲットの幅を調整して、各成膜層の厚さを調整することにより、金属基板を一定の搬送速度で搬送しながら所望の厚さの成膜層が積層された多層構造の中間層を短時間で容易に製造することができる。
【００２３】
なお、「ターゲットの幅」とは、金属基板の搬送方向におけるターゲットの幅を指す。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、
前記金属基板の搬送速度を調整することにより、各成膜層の厚さを調整することを特徴とする請求項３に記載の酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造方法である。
【００２５】
金属基板の搬送速度を調整して、各成膜層の厚さを調整することにより、前記と同様に、所望の厚さの成膜層が積層された多層構造の中間層を短時間で容易に製造することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、より短時間で多層の中間層が設けられた中間層付基材を製造することができる酸化物超電導線材用の中間層付基材の製造装置および製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態の中間層付基材の製造装置の構成の一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の中間層付基材の製造に用いるマルチターゲットの一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態の中間層付基材の製造に用いるマルチターゲットの他の一例を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態の中間層付基材の製造に用いるマルチターゲットの他の一例を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の実施の形態の中間層付基材の製造装置の構成の他の一例を模式的に示す図である
【図６】中間層付基材を用いた薄膜超電導線材の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の中間層付基材の製造に用いるターゲットを模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、実施の形態に基づき、本発明を説明する。
【００２９】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態は、中間層を構成する各層に対応したターゲットが設けられたマルチターゲットが成膜装置内に配置された中間層付基材の製造装置である。
【００３０】
１．中間層付基材の製造装置
（１）製造装置
はじめに、中間層付基材の製造装置について説明する。図１は本実施の形態の中間層付基材の製造装置１の構成を模式的に示す図であり、図１において、１１は巻き出し装置であり、１２は成膜ヒータであり、１３は成膜装置であり、１４は巻き取り装置である。なお、これらの装置は真空チャンバー（図示省略）内に収納されている。また１５はマルチターゲットであり、２１は金属基板である。
【００３１】
中間層の成膜に際しては、真空チャンバー内が０．５〜２Ｐａ程度の例えばＡｒ／Ｏ２混合ガス雰囲気に調整される。長尺の金属基板２１は、ｒｅｅｌ  ｔｏ  ｒｅｅｌで、巻き出し装置１１から巻き取り装置１４へ所定の搬送速度で搬送される。
【００３２】
巻き出し装置１１から巻き出された金属基板２１は、まず成膜ヒータ１２に搬送され、所定の温度、具体的には７００℃程度に加熱された後、成膜装置１３に搬送される。
【００３３】
成膜装置１３には、バッキングプレート１５ｄ上に、３個のターゲット１５ａ、１５ｂ、１５ｃが配置されたマルチターゲットがセットされている。３個のターゲット１５ａ、１５ｂ、１５ｃは、それぞれが、中間層の第１層、第２層、第３層に対応しており、配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に配置されている。
【００３４】
このように配置されていることにより、配向金属基板を成膜装置１３内に１度通過させるだけで、搬送中の金属基板２１上（図では下側の面）に、第１層〜第３層の順に連続して成膜させることができ、容易かつ短時間に、所定の多層構造の中間層を形成させることができる。
【００３５】
即ち、従来のように、１回の成膜毎に、成膜ヒータの冷却や加温、大気暴露、ターゲットの交換などを行う必要性がなくなるため、例えば、材料１種類につき１２時間以上の時間短縮を図ることができる。
【００３６】
また、マルチターゲットが１台の成膜装置に配置されているため、中間層付基材の製造装置のコンパクト化を図ることができる。
【００３７】
（２）ターゲット
図２〜図４に上記マルチターゲットの一例を示す。図２は３層構造の中間層を形成する場合に使用されるマルチターゲット、図３は２層構造の中間層を形成する場合に使用されるマルチターゲットである。
【００３８】
なお、これらのターゲットは、バッキングプレート１５ｄがスパッタされたりしないように、隙間なく配置されている。
【００３９】
また、図４に示すように、各ターゲット１５ａ、１５ｂ、１５ｃの間に、スパッタなどの成膜時に蒸発しない材料、例えば、ステンレスや酸化物を用いて作製された仕切りＳ１、Ｓ２を設けてもよい。このような仕切りを設けることにより、各ターゲット間の隙間を確実に埋めることができると共に、成膜時、複数のターゲット材料が混在した層の形成を確実に抑制することができる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態は、中間層を構成する各層に対応したターゲットが設けられた各層毎の成膜装置が連結して配置されている中間層付基材の製造装置である。
【００４１】
図５は第２の実施の形態の中間層付基材の製造装置１の構成を模式的に示す図である。本実施の形態においては、成膜装置１３は、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、３個の成膜装置で構成されており、これらは配向金属基板の搬送方向の上流側から下流側に向けて、成膜順に配置されている。
【００４２】
このように各成膜装置が配置されているため、金属基板２１をこれらの成膜装置を連続して順次通過させることにより、配向金属基板上に所定の多層構造の中間層を形成させることができ、容易かつ短時間に、所定の多層構造の中間層を形成させることができる。
【００４３】
そして、各ターゲット毎に成膜装置が配置されているため、各層の成膜条件を容易に変更して設定することができる。
【００４４】
２．中間層付基材の製造方法
次に、中間層付基材の製造方法について説明する。なお、以下においては、中間層付基材の製造装置として、マルチターゲットが配置された成膜装置を備えた製造装置を用いて、３層構造の中間層を形成する場合を例に挙げて説明している。
【００４５】
（１）金属基板
まず、金属基板を用意する。金属基板としては、長尺でフレキシブルな厚み０．０５〜２００μｍのテープ状の配向金属基板が用いられる。具体的には、Ｎｉ−Ｆｅ合金、ステンレス、その他Ｎｉを含む合金、Ｃｕや銅合金、これらを複合させたクラッド基板が用いられ、中でもクラッド材基板が好ましく、特に、Ｃｕを下地としてその上にＮｉの層を設けた例えばＮｉ／Ｃｕ／ＳＵＳクラッド基板が配向性に優れる中間層を形成できるため好ましい。
【００４６】
（２）中間層の形成
次に、中間層付基材の製造装置を用いて、金属基板の表面に中間層を形成する。具体的には、例えば、厚みが０．３〜２．０μｍで、ＣｅＯ２／ＹＳＺ／Ｙ２Ｏ３の３層構造の中間層を形成する。
【００４７】
これらの各層の厚みは、例えば、以下のイ〜ハに示す方法を用いて調整される。前記したように、図２は３層構造の中間層を形成する場合に使用されるマルチターゲットであり、図２において、ｌはマルチターゲット１５の幅であり、ｌａ、ｌｂ、ｌｃは、各ターゲット１５ａ、１５ｂ、１５ｃの幅である。なお、図４に示すように、各ターゲットにスリットＳ１、Ｓ２が設けられている場合もある。
【００４８】
イ．ターゲットの幅を変える方法
１つの方法は、各ターゲットの幅を調整する方法である。即ち、各ターゲットの幅ｌａ、ｌｂ、ｌｃを調整することにより、金属基板を一定の搬送速度で搬送しながら各成膜層を所望の厚さに調整することができる。
【００４９】
ロ．搬送速度の調整
他の方法は、金属基板の搬送速度を調整する方法である。即ち、金属基板の搬送速度を調整することにより、各成膜層を所望の厚さに調整することができる。
【００５０】
ハ．スリット板の使用
また他の方法は、穴の開いたスリット板を使用する方法である。即ち、ターゲットと基板間に設けられたスリット板の穴の形状や大きさを調整することにより、各成膜層を所望の厚さに調整することができる。
【実施例】
【００５１】
次に、実施例に基づき、より具体的に説明する。
【００５２】
（実施例）
図１に示す中間層付基材の製造装置を用いて、ＲＦスパッタ法により、１回の成膜で、金属基板側からＹ２Ｏ３／ＹＳＺ／ＣｅＯ２の順に形成された３層構造の中間層を形成させた中間層付基材を作製した。
【００５３】
１．金属基板
厚み１００μｍ、幅３０ｍｍ、長さ４０ｍのＮｉ／Ｃｕ／ＳＵＳクラッド製の金属基板２１を用いた。
【００５４】
２．マルチターゲット
図２に示すマルチターゲット１５を用いた。なお、幅ｌを４００ｍｍとし、これをＹ２Ｏ３製のターゲット１５ａ、ＹＳＺ製のターゲット１５ｂ、ＣｅＯ２製のターゲット１５ｃで３分割した。また、ターゲットの厚みは１０ｍｍとした。
【００５５】
３．中間層の形成
金属基板２１を成膜ヒータ１２で７００℃に加熱した後、成膜装置１３に搬送して、以下の条件で３層構造の中間層を形成した。
【００５６】
成膜温度        ：７００〜７５０℃
雰囲気          ：圧力１ＰａのＡｒ／Ｏ２混合ガス
ＲＦパワー      ：１ｋＷ
成膜レート      ：１７ｍｍ／ｍｉｎ
金属基板搬送速度：３ｍ／ｈ
【００５７】
(比較例)
従来の単一ターゲット、即ち幅がそれぞれ１３３ｍｍのＹ２Ｏ３製ターゲット、ＹＳＺ製ターゲット、ＣｅＯ２製ターゲットを用い、１回の成膜毎にターゲットを交換して各層の成膜を行ったこと以外は、実施例と同じ条件の下に３層構造の中間層を形成した。
【００５８】
４．形成された中間層
実施例により形成された中間層の各層の厚みは、Ｙ２Ｏ３層が１００ｎｍ、ＹＳＺ層が４００ｎｍ、ＣｅＯ２層が１００ｎｍであり（総厚：６００ｎｍ）、比較例により形成された中間層と殆ど相違がなかった。しかし、中間層の形成に要した時間は、実施例が３０時間であったのに対して、比較例では１０時間であった。
【００５９】
以上より、本発明を適用することにより、従来に比べて遙かに短時間で、従来の方法で形成された中間層と同等の中間層を形成させることができることが確認できた。
【００６０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１          中間層付基材の製造装置
２          酸化物超電導線材
１１          巻き出し装置
１２          成膜ヒータ
１３          成膜装置
１４          巻き取り装置
１５          マルチターゲット
１５ｄ        バッキングプレート
１６          ターゲット
２１          金属基板
２２          中間層
２３          酸化物超電導層
ｌ            中間層の幅
Ｓ１、Ｓ２    スリット
【図１】
2013234350.tif 000003
【図２】
2013234350.tif 000004
【図３】
2013234350.tif 000005
【図４】
2013234350.tif 000006
【図５】
2013234350.tif 000007
【図６】
2013234350.tif 000008
【図７】
2013234350.tif 000009