(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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状基材に順次堆積させる長尺の薄膜線材の製造方法において、
前記ターゲットと前記テープ状基材との間に複数のテープ材を組合せて配置し、前記複数のテープ材の組合せにより構成される粒子通過口を通じて、前記ターゲットから発生させた粒子の一部を選択的に前記テープ状基材に堆積させ、
前記複数のテープ材の各々の移動速度ｄは、前記テープ状基材に堆積させる粒子の堆積速度をａ、前記テープ状基材の長手方向に垂直な方向における前記粒子通過口のサイズをｂ、前記テープ状基材の長手方向における前記粒子通過口のサイズをｃとした場合、前記粒子の堆積で前記粒子通過口を塞がない条件であるｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすことを特徴とする、長尺の薄膜線材の製造方法。
【請求項２】
前記複数のテープ材の各々は、前記複数のテープ材の各長手方向に移動することを特徴とする、請求項１に記載の長尺の薄膜線材の製造方法。
【請求項３】
前記複数のテープ材は、４本のテープ材からなることを特徴とする、請求項１または２に記載の長尺の薄膜線材の製造方法。
【請求項４】
前記複数のテープ材の各々の材質は、軟化点および融点の双方が、前記ターゲットから発生させた粒子を前記テープ状基材に堆積させる際の雰囲気温度以上の物質よりなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の長尺の薄膜線材の製造方法。
【請求項５】
前記複数のテープ材の各々の材質は、ステンレス鋼、ニッケル基超耐熱鋼、鉄基超耐熱鋼およびコバルト基超耐熱鋼よりなる群より選ばれる１種以上の材質よりなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の長尺の薄膜線材の製造方法。
【請求項６】
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状基材に順次堆積させる長尺の薄膜線材の製造装置において、
前記ターゲットと前記テープ状基材との間に組合せて配置された複数のテープ材を備え、
前記複数のテープ材の組合せにより構成される粒子通過口を通じて、前記ターゲットから発生させた粒子の一部を選択的に前記テープ状基材に堆積させるよう構成されており、
前記複数のテープ材の各々の移動速度ｄは、前記テープ状基材に堆積させる粒子の堆積速度をａ、前記テープ状基材の長手方向に垂直な方向における前記粒子通過口のサイズをｂ、前記テープ状基材の長手方向における前記粒子通過口のサイズをｃとした場合、前記粒子の堆積で前記粒子通過口を塞がない条件であるｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすよう構成されていることを特徴とする、長尺の薄膜線材の製造装置。
【請求項７】
前記複数のテープ材の各々は、前記複数のテープ材の各長手方向に移動するよう構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の長尺の薄膜線材の製造装置。
【請求項８】
前記複数のテープ材は、４本のテープ材からなることを特徴とする、請求項６または７に記載の長尺の薄膜線材の製造装置。
【請求項９】
前記複数のテープ材の各々の材質は、軟化点および融点の双方が、前記ターゲットから発生させた粒子を前記テープ状基材に堆積させる際の雰囲気温度以上の物質よりなることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の長尺の薄膜線材の製造装置。
【請求項１０】
前記複数のテープ材の各々の材質は、ステンレス鋼、ニッケル基超耐熱鋼、鉄基超耐熱鋼およびコバルト基超耐熱鋼よりなる群から選ばれる１種以上の材質であることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の長尺の薄膜線材の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置に関し、具体的には長尺の酸化物超電導導体の製造方法および製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導線材などの長尺の酸化物超電導導体をスパッタリング、レーザ蒸着などの物理蒸着法を用いて作製する方法の改良は、たとえば特許３１８７０４３号公報に開示されている。
【０００３】
この公報には、ターゲットから発生させた粒子をターゲット近傍を移動中の基材上に順次堆積させて酸化物超電導導体を製造する方法において、ターゲットと基材との間に基材をターゲットから覆い隠すフィルタ板を配置し、そのフィルタ板に窓孔を形成することで粒子の一部のみを選択的に通過させて基材上に蒸着させる方法が開示されている。
【０００４】
この公報に記載された技術では、選択された粒子のみが基材に堆積するため、長さ方向に均一な組成の酸化物超電導薄膜を有する酸化物超電導導体を製造することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記公報に開示された方法では、ターゲットと基材との間にフィルタ板を配置しているために、蒸着工程中にフィルタ板上に粒子が堆積する。フィルタ板にある窓孔周辺は特に飛散してくる粒子量が多いため付着の度合が高く、窓孔周辺から堆積物が成長し窓孔が目詰まりを起こす。このようにフィルタ板構造では窓孔周辺の粒子堆積を抑制する効果がないため、窓孔が目詰まりを起こすことは避けられない。
【０００６】
このような目詰まりを起こした場合には、粒子が基材に到達しなくなる。
また、粒子の選択性を上げると必然的に窓孔が小さくなるため、上記の目詰まりを助長させることになる。
【０００７】
また長尺材を作製する場合には成膜時間が長くなり、必然的にフィルタ板の窓孔周辺への粒子の付着が増すため、上記窓孔の目詰まりが助長される。
【０００８】
それゆえ本発明の目的は、粒子の目詰まりを防止することにより、ターゲットからの粒子が容易に基板に到達でき、粒子の選択性を容易に向上でき、かつ、長尺材への均一な薄膜の形成が可能な長尺の薄膜線材の製造方法およびその製造装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の長尺の薄膜線材の製造方法は、ターゲットから発生させた粒子を、ターゲット近傍を移動中のテープ状基材に順次堆積させる長尺の薄膜線材の製造方法において、ターゲットとテープ状基材との間に複数のテープ材を組合せて配置し、複数のテープ材の組合せにより構成される粒子通過口を通じて、ターゲットから発生させた粒子の一部を選択的にテープ状基材に堆積させ、複数のテープ材の各々の移動速度ｄは、テープ状基材に堆積させる粒子堆積速度をａ、テープ状基材の長手方向に垂直方向における粒子通過口のサイズをｂ、テープ状基材の長手方向における粒子通過口のサイズをｃとした場合、粒子の堆積により粒子通過口を塞がない条件のｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の長尺の薄膜線材の製造装置は、ターゲットから発生させた粒子を、ターゲット近傍を移動中のテープ状基材に順次堆積させる長尺の薄膜線材の製造装置において、ターゲットとテープ状基材との間に組合せて配置された複数のテープ材を備え、複数のテープ材の組合せにより構成された粒子通過口を通じてターゲットから発生させた粒子の一部を選択的にテープ状基材に堆積させるよう構成されており、複数のテープ材の各々の移動速度ｄは、テープ状基材に堆積させる粒子堆積速度をａ、テープ状基材の長手方向に垂直方向における粒子通過口のサイズをｂ、テープ状基材の長手方向における粒子通過口のサイズをｃとした場合、粒子の堆積により粒子通過口を塞がない条件のｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすことを特徴とするものである。
【００１１】
レーザ蒸着法、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着法を用いて酸化物超電導体やセラミックスなど多元素系物質の薄膜を形成する場合、ターゲットから発生する粒子の組成は飛散位置によって変動する。これは飛散する元素の重量、電子状態の違いによるところがある。そのため、均一な組成の薄膜を形成するには蒸着にかかわる粒子を選択する必要がある。そこで粒子の一部だけを通過させる粒子通過口を設けて蒸着を行ない均質な薄膜を得る。
【００１２】
しかし、粒子通過口を通過できなかった粒子は粒子通過口周辺に堆積し、その粒子通過口を塞ぐ状態となり、成膜に寄与する粒子が基材上に到達できない状態になる。そのため、通過できなかった粒子を粒子通過口周辺より除去する仕組みが必要となる。
【００１３】
本発明の長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置によれば、ターゲットから発生させた粒子の一部を選択的にテープ状基材に到達させるための粒子通過口が、複数のテープ材の組合せにより構成されている。この複数のテープ材を、たとえばその長手方向に順次移動させることで、テープ材上に堆積した粒子を粒子通過口近傍より除去することが可能となる。それにより、粒子の付着による粒子通過口の開口サイズは一定に保たれる。このため、粒子の目詰まりを防止でき、ターゲットからの粒子が容易に基板に到達でき、粒子の選択性を容易に向上でき、かつ長尺材への均一な薄膜の形成が可能となる。
また、粒子の堆積により粒子通過口を塞がない条件のｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすため、粒子通過口を粒子の堆積によって塞ぐことがなくなり、ターゲットからの粒子の一部を確実にテープ状基材へ到達させることが可能となる。
【００１４】
上記の長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置において好ましくは、複数のテープ材の各々は、複数のテープ材の各長手方向に移動することを特徴とする。
【００１５】
これにより、上述したようにテープ材上に堆積した粒子を粒子通過口近傍より除去できるため、粒子の付着によって粒子通過口の開口サイズが変化することを防止することができる。
【００１８】
上記の長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置において好ましくは、複数のテープ材は４本のテープ材からなる。
【００１９】
これら４本のテープ材を格子状に組むことにより、その格子状の中心部に粒子通過口を形成することが可能となる。
【００２０】
上記の長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置において好ましくは、複数のテープ材の各々の材質は、軟化点および融点の双方が、ターゲットから発生させた粒子をテープ状基材に堆積させる際の雰囲気温度以上の物質よりなっている。
【００２１】
これにより、ターゲットからの粒子をテープ状基材に堆積させるプロセス中にテープ材が軟化したり溶けたりすることを防止することができる。
【００２２】
上記の長尺の薄膜線材の製造方法および製造装置において好ましくは、複数のテープ材の各々の材質は、ステンレス鋼、ニッケル（Ｎｉ）基超耐熱鋼、鉄（Ｆｅ）基超耐熱鋼およびコバルト（Ｃｏ）基超耐熱鋼よりなる群から選ばれる１種以上の材質からなっている。
【００２３】
このように、複数のテープ材の材質は適宜選択することが可能である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【００２５】
図１は、本発明の一実施の形態における長尺の酸化物超電導導体の製造装置を示す概略断面図である。図１を参照して、この製造装置のおいては、レーザ光源６から発せられたレーザ光１０がレーザ光導入窓５を介して蒸着室７内のターゲット３に照射可能に配置されている。そしてレーザ光１０の照射によりターゲット３から飛散した粒子３ａがテープ状基材１に蒸着可能なようにターゲット３およびテープ状基材１が配置されている。またテープ状基材１の粒子３ａが蒸着される面とは反対側に、テープ状基材１を加熱するための加熱ヒータ４が配置されている。
【００２６】
テープ状基材１は、その長手方向に長尺であり、その長手方向の両端がボビンに巻付けられている。そして、一方のボビンから他方のボビンへテープ状基材１を巻取ることにより、テープ状基材１はその長手方向に移動する。
【００２７】
ターゲット３とテープ状基材１との間には、複数のテープ材２が組合せて配置されている。複数のテープ材２の組合せにより粒子通過口２ａが構成されている。この粒子通過口２ａを通してターゲット３から飛散する粒子３ａの一部のみが選択的にテープ状基材１の表面に堆積される。
【００２８】
この複数のテープ材２は、たとえば図２に示すように、４本のテープ材２を格子状に組み、その中心部分に粒子通過口２ａを形成するよう配置されている。さらにこれらのテープ材２は粒子通過口２ａの形状と位置を保ったまま、各長手方向に移動することができるよう構成されている。
【００２９】
なお、複数のテープ材２の各々の移動速度ｄは、テープ状基材１に堆積させる粒子堆積速度をａ、テープ状基材１の長手方向に垂直方向における粒子通過口２ａのサイズをｂ、テープ状基材１の長手方向における粒子通過口２ａのサイズをｃとした場合、粒子３ａの堆積により粒子通過口２ａを塞がない条件のｂ／ａ＞ｃ／ｄの関係を満たすことが好ましい。これにより、粒子通過口２ａが粒子３ａの堆積によって塞がれることがなくなり、ターゲット３からの粒子３ａの一部を確実にテープ状基材１へ到達させることが可能となる。
【００３０】
また複数のテープ材２の各々の材質は、軟化点および融点の双方が、ターゲット３から発生させた粒子３ａをテープ状基材１に堆積させる際の雰囲気温度以上の物質よりなっていることが好ましい。これにより、ターゲット３からの粒子３ａをテープ状基材１に堆積させるプロセス中にテープ材２が軟化したり溶けたりすることを防止することができる。
【００３１】
また複数のテープ材２の各々の材質は、ステンレス鋼、ニッケル基超耐熱鋼、鉄基超耐熱鋼およびコバルト基超耐熱鋼よりなる群から選ばれる１種以上の材質からなっていることが好ましい。このように、複数のテープ材２の材質は適宜選択することが可能である。またテープ材２の形状は、長尺でテープ状基材１を十分に覆い隠すに必要な幅を持っている。
【００３２】
次に、本実施の形態の長尺の酸化物超電導導体の製造方法について説明する。まずレーザ光源６からレーザ光１０が発せられ、このレーザ光１０はレーザ光導入窓５を介してターゲット３に照射される。これにより、ターゲット３から粒子３ａが飛散する。このとき、たとえば４本のテープ材２は、各々その長手方向にたとえば一定速度で移動している。また、テープ状基材１もボビンに巻取られることによって長手方向に移動しており、かつ加熱ヒータ４により加熱されている。
【００３３】
ターゲット３から飛散した粒子３ａは、上記４つのテープ材２において構成された粒子通過口２ａを通じてテープ状基材１に堆積される。テープ状基材１は、その長手方向に移動しているため、テープ状基材１の長手方向に沿って順次ターゲット３から飛散した粒子３ａがテープ状基材１の表面に堆積されていく。これにより、たとえば酸化物超電導薄膜をテープ状基材１の長さ方向に有する長尺薄膜線材（酸化物超電導導体）を製造することができる。
【００３４】
本実施の形態においては、たとえば４本のテープ材２を格子状に組み、その中心部分に粒子３ａの通過口となる粒子通過口２ａを形成し、その粒子通過口２ａの形状と位置を保ったままそれぞれのテープ材２をその長手方向に移動させることで、テープ材２上に堆積した粒子を粒子通過口２ａの近傍より除去することができる。これにより、粒子３ａの付着により粒子通過口２ａの開口サイズが狭くなっていくことを防止することができる。このため、粒子通過口２ａが粒子３ａの堆積によって目詰まりすることを防止でき、粒子３ａの一部を選択的に基板に堆積させることが容易となり、粒子３ａの選択性を容易に向上でき、かつ長尺材への均一な酸化物超電導薄膜を形成することが可能となる。
【００３５】
なお、図１および図２においては、物理蒸着装置としてレーザ蒸着法装置を例として示したが、レーザ蒸着法以外にも、スパッタリング法、電子ビーム蒸着法などの物理蒸着装置であれば本発明を適用することができる。
【００３６】
また、長尺の薄膜線材の一例として酸化物超電導薄膜を有する酸化物超電導導体について説明したが、これに限定されず、長尺のテープ状基材にターゲットからの粒子を堆積して製造できる薄膜線材であれば本発明を適用することができる。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
【００３８】
（実施例１）
蒸着する粒子の選択方法として、以下の２方法について実施した。
【００３９】
条件１：ターゲットと基材との間に１０ｍｍ×１０ｍｍの窓孔を有するフィルタ板を配置した。
【００４０】
条件２：ターゲットと基材との間に幅５ｍｍ、厚み０．０２ｍｍ、長さ５０ｍで材質がステンレスからなるテープ材を図２のように格子状に組み、１０ｍｍ×１０ｍｍの粒子通過口を形成した。テープ材は直径３０ｍｍのボビンに巻取り、粒子通過口の形状と形成位置を変えずにテープ材２をその長手方向に移動させた。成膜中のテープ材の移動速度は２０ｍｍ／ｍｉｎ．とした。
【００４１】
幅１０ｍｍ、厚み０．２ｍｍ、長さ５０ｍのハステロイテープの基材上にレーザ蒸着法を用いて酸化セリウム（ＣｅＯ2）を蒸着させた。その際、図１のレーザ蒸着装置で、レーザ光照射位置を起点としたターゲット面に対して法線方向の延長線上であって、テープ状基材から１ｍｍ上方に、上記条件１の窓孔の中心または条件２の粒子通過口の中心を位置させて、上記２方法の各々で蒸着する粒子を選択した。膜の形成の際には酸化セリウムの焼結体ターゲットを用い、ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍ、平均出力２００Ｗ、繰返し周波数２００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザを用いた。
【００４２】
さらに蒸着室の内部を１３．３Ｐａのアルゴンガス雰囲気にし、基材は６００〜８００℃に加熱してレーザ蒸着を行なった。５０ｍの基材に蒸着するには、各々連続５０時間の処理時間がかかった。
【００４３】
得られた各々の酸化セリウム薄膜については、５０ｍ長さの複数の箇所で膜厚を測定し、かつＸ線回折測定により酸化セリウムの結晶面内配向性を測定した。その測定結果を表１に示す。
【００４４】
【表１】
0004011333.tif 000002
【００４５】
表１の結果より、条件１では基材位置の増加により酸化セリウム薄膜の膜厚が減少し、結晶配向性については４０ｍ以上の基材位置では測定することができなかった。これに対して条件２では、基材位置にかかわらず酸化セリウムの膜厚は一定であり、結晶配向性も良好に測定することができた。
【００４６】
（実施例２）
幅１０ｍｍ、厚み０．２ｍｍ、長さ５０ｍの表面に酸化セリウム薄膜の付いたハステロイテープの基材上にレーザ蒸着法を用いてＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-d組成の超電導体を蒸着させた。膜の形成の際にはＨｏＢａ2Ｃｕ3Ｏ7-d組成の焼結体ターゲットを用い、ターゲット蒸発用のレーザとして波長２４８ｎｍ、平均出力２００Ｗ、繰返し周波数２００ＨｚのＫｒＦエキシマレーザを用いた。蒸着室の内部を１３．３Ｐａの酸素雰囲気にし、基材を７００〜８５０℃に加熱した。
【００４７】
蒸着をする粒子の選択方法として、以下の２方法について実施した。
条件３：ターゲットと基材との間に１０ｍｍ×１０ｍｍの窓孔を有するフィルタ板を配置した。
【００４８】
条件４：ターゲットと基材との間に幅５ｍｍ、厚み０．０２ｍｍ、長さ５０ｍで材質がステンレスからなるテープ材を図２のように格子状に組み、１０ｍｍ×１０ｍｍの粒子通過口を形成した。テープ材は直径３０ｍｍのボビンに巻取り、テープ材を移動させた。成膜中のテープ材の移動速度は２０ｍｍ／ｍｉｎ．とした。
【００４９】
図１のレーザ蒸着装置において、レーザ光照射位置を起点としてターゲット面に対して法線方向の延長線上で、かつ基材から１ｍｍ上方に上記条件３の窓孔の中心および条件４の粒子通過口の中心を位置させて上記２方法の各々で蒸着する粒子を選択した。
【００５０】
上記方法により５０ｍの基材に薄膜を蒸着するには、各々連続５０時間の処理時間がかかった。
【００５１】
得られた各々の超電導薄膜について、５０ｍ長の複数の箇所で、膜厚を測定し、かつ液体窒素中での臨界電流密度を測定した。その測定結果を表２に示す。
【００５２】
【表２】
0004011333.tif 000003
【００５３】
表２の結果より、条件３では、超電導薄膜の膜厚は基材位置の増加によって徐々に減少し、基材位置が３０ｍ以上では０となった。また、条件３では超電導薄膜の臨界電流密度も基材位置の増加によって減少し、３０ｍ以上では測定することができなくなった。これに対して条件４では、超電導薄膜の膜厚は基材位置にかかわりなく一定で、かつ臨界電流密度も基材位置にかかわらず一定であることがわかった。
【００５４】
上記表１および表２の結果より、単に窓孔を有するフィルタ板を配置しただけではターゲットから発生させた粒子がフィルタ板に堆積して徐々に窓孔が小さくなって、成膜される膜厚、結晶配向性および臨界電流密度が基材位置の増加に対して徐々に減少したことがわかる。これに対して条件２および条件４では、格子状に組んだ４つのテープ材の各々を移動させているため、テープ材上に堆積した粒子を粒子通過口近傍より除去することができ、粒子通過口の開口サイズを一定に保つことができたため、成膜された薄膜の膜厚、結晶配向性および臨界電流密度が基材位置の増加にかかわらず一定になったことがわかる。
【００５５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように長尺の酸化物超電導導体の製造方法および製造装置によれば、ターゲットと基材との間にたとえば４本のテープ材を格子状に組み、その中心部分に粒子通過口を形成し、その粒子通過口の形状と位置を保ったままテープ材をその長手方向に移動させることで、テープ材上に堆積した粒子を粒子通過口近傍より除去することができる。これにより、テープ材への粒子の付着による粒子通過口の開口サイズが狭まることを防止でき、粒子通過口の開口サイズを一定に保ったままターゲットから発生された粒子を一部を選択的にテープ状基材に堆積させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態における長尺の酸化物超電導導体の製造装置を示す概略断面図である。
【図２】  図１の装置において４本のテープ材が格子状に組まれた様子を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
１  テープ状基材、２  テープ材、２ａ  粒子通過口、３  ターゲット、３ａ飛散する粒子、４  加熱ヒータ、５  レーザ光導入窓、６  レーザ光源、７  蒸着室、１０  レーザ光。
【図１】
0004011333.tif 000004
【図２】
0004011333.tif 000005