(57)【要約】【課題】レーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットにおいて、その使用限界時間を改善し、安定した成膜を長時間行うことができるレーザー蒸着用酸化物ターゲットの提供。【解決手段】ターゲットにレーザー光を照射してターゲット表面から酸化物の微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するレーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットにおいて、ターゲットの固定プレート上に、Ａｇろう層が接合され、該Ａｇろう層上に酸化物・Ａｇ混合層が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層上に酸化物層が接合されてなることを特徴とするレーザー蒸着用酸化物ターゲット。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットにレーザー光を照射してターゲット表面から酸化物の微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するレーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットにおいて、
ターゲットの固定プレート上に、Ａｇろう層が接合され、該Ａｇろう層上に酸化物・Ａｇ混合層が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層上に酸化物層が接合されてなることを特徴とするレーザー蒸着用酸化物ターゲット。
【請求項２】
前記酸化物・Ａｇ混合層は、Ａｇ粉末と酸化物粉末とを圧粉成型し、これを焼結させて形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のレーザー蒸着用酸化物ターゲット。
【請求項３】
前記酸化物・Ａｇ混合層は、Ａｇの体積比率が５〜２０％の範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザー蒸着用酸化物ターゲット。
【請求項４】
前記酸化物・Ａｇ混合層の厚さが０．５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザー蒸着用酸化物ターゲット。
【請求項５】
前記酸化物層と酸化物・Ａｇ混合層の酸化物が、酸化物超電導材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザー蒸着用酸化物ターゲット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターゲットにレーザー光を照射してターゲット表面から酸化物の微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するレーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットに関し、そのターゲットの使用限界時間を改善せしめたものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化物を基材表面に蒸着するための蒸着装置のターゲットに関して、例えば、特許文献１には、ターゲット材と、ステンレスよりなる冷却部材との間に、ろう材を介し、これを加熱冷却してろう接合するスパッタリングターゲット材の接合方法が開示されている。この接合方法では、ターゲット材及び冷却部材に、蒸着を施して、難接合材であるステンレス（以下、ＳＵＳと記す。）と、ターゲットとを接合している。
【特許文献１】特開平６−２１２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に開示されたスパッタリングターゲットは、スパッタ蒸着に用いる金属ターゲットと金属プレートの接合材を用い、かつ冷却機構を設けている。このように、相性が良い材料同士の場合、特にターゲットの接合に問題は生じていなかった。
特許文献１はスパッタリング法に用いる金属ターゲットに関する従来技術であるが、これとは異なる成膜技術であるレーザー蒸着に用いる酸化物ターゲットにおいても、図１に示すように、同様の試みがなされている。
【０００４】
図１は、従来の酸化物ターゲットを用いたレーザ蒸着装置を例示する概略構成図であり、図中符号１は酸化物ターゲット、２はＡｇ蒸着膜、３はＩｎ半田、４はＣｕ固定用プレート、５はＳＵＳホルダー、６はヒーターボックス、７及び８はリール、９はテープ基材、１０はプルーム、１１はレーザー光である。このレーザー蒸着装置は、ヒーターボックス６内に各リール７，８間に巻回されたテープ基材９を配置し、一方向に移動させながら、ヒーターボックス６下側に配置したターゲットにレーザー光１１を照射し、酸化物ターゲット１の表面から酸化物微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するようになっている。ここで用いるターゲットは、冷却水の循環により冷却が可能なＳＵＳホルダー５の上に、Ｃｕ固定用プレート４、Ｉｎ半田３、Ａｇ蒸着膜２及び酸化物ターゲット１を順に接合した構造になっている。
【０００５】
しかしながら、酸化物ターゲットを用いる場合、該ターゲットは割れ易く、急激な温度変化等によってクラックや割れを生じ易い問題がある。また、酸化物ターゲット１とＡｇ蒸着膜２との双方の材料の濡れ性が悪いため、酸化物ターゲット１がターゲット本体側から剥離してしまい、安定した成膜が長時間行えないという問題が生じていた。
【０００６】
本発明は、前記事情に鑑みてなされ、レーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットにおいて、ターゲットの使用限界時間を改善し、安定した成膜を長時間行うことができるレーザー蒸着用酸化物ターゲットの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するため、本発明は、ターゲットにレーザー光を照射してターゲット表面から酸化物の微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するレーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットにおいて、
ターゲットの固定プレート上に、Ａｇろう層が接合され、該Ａｇろう層上に酸化物・Ａｇ混合層が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層上に酸化物層が接合されてなることを特徴とするレーザー蒸着用酸化物ターゲットを提供する。
【０００８】
本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットにおいて、前記酸化物・Ａｇ混合層は、Ａｇ粉末と酸化物粉末とを圧粉成型し、これを焼結させて形成されたものが好ましい。
【０００９】
本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットにおいて、前記酸化物・Ａｇ混合層は、Ａｇの体積比率が５〜２０％の範囲であることが好ましい。
【００１０】
本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットにおいて、前記酸化物・Ａｇ混合層の厚さが０．５ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１１】
本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットにおいて、前記酸化物層と酸化物・Ａｇ混合層の酸化物が、酸化物超電導材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットは、固定プレート上に、Ａｇろう層が接合され、該Ａｇろう層上に酸化物・Ａｇ混合層が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層上に酸化物層が接合された構造なので、酸化物・Ａｇ混合層と酸化物層とを焼結させて接合することで、酸化物・Ａｇ混合層中の酸化物と酸化物層とが強固に焼結されると共に、酸化物・Ａｇ混合層中のＡｇがＡｇろう層と金属接合することで、表面の酸化物層をターゲット本体に強固に固定することができ、酸化物層が剥離しにくくなり、安定した成膜を長時間行うことができる。
また、酸化物・Ａｇ混合層中のＡｇ及びＡｇろう層の耐熱温度が９００℃程度と高いため、成膜温度が８００℃程度と高いレーザ蒸着においてもターゲット冷却なしに使用できるため、成膜時のテープ表面の温度分布を良好に維持することができ、高品質の酸化物膜を成膜することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図２は、本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットの一実施形態を示し、このレーザー蒸着用酸化物ターゲットを設置したレーザー蒸着装置の概略構成図である。図２中、符号６はヒーターボックス、７及び８はリール、９はテープ基材、１０はプルーム、１１はレーザー光、１２はレーザー蒸着用酸化物ターゲット、１３は酸化物層、１４は酸化物・Ａｇ混合層、１５はＡｇろう層、１６はＮｉ系合金固定用プレート、１７はＳＵＳホルダーである。
【００１４】
本実施形態のレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２は、ターゲットにレーザー光１１を照射してターゲット表面から酸化物の微粒子を発生させ、該微粒子を基材表面に堆積させ、基材表面に酸化物膜を成膜するレーザ蒸着装置に用いる酸化物ターゲットであり、ＳＵＳホルダー１７上にＮｉ系合金固定用プレート１６が固定され、該Ｎｉ系合金固定用プレート１６上に、Ａｇろう層１５が接合され、該Ａｇろう層１５上に、酸化物・Ａｇ混合層１４が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層１４上に、酸化物層１３が接合されてなることを特徴とする。
【００１５】
前記酸化物層１３と、酸化物・Ａｇ混合層１４の酸化物とは、同種の酸化物材料であることが好ましい。この酸化物は、テープ基材９の表面に成膜しようとする酸化物材料であり、成膜目的に応じて種々の酸化物材料の中から選択して使用することができる。例えば、マグネシウム酸化物やジルコニウム酸化物などの中間層材料、酸化物超電導材料などが挙げられる。この酸化物超電導材料としては、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏのような希土類系酸化物超電導体などが挙げられる。
【００１６】
前記酸化物・Ａｇ混合層１４は、酸化物粉末と一定量のＡｇ粉末とを均一に混合し、次いで、この混合材料を所望の厚さの板状となるように圧粉成型して製造され、この酸化物・Ａｇ混合層１４を、ターゲットのＡｇろう層１５と酸化物層１３との間に挟んで、酸化物の焼結温度で加熱処理することで、酸化物・Ａｇ混合層１４中の酸化物と酸化物層１３とが強固に焼結されると共に、酸化物・Ａｇ混合層１４中のＡｇがＡｇろう層１５と金属接合して、酸化物層１３をターゲット本体側に強固に固定することができる。ただし、酸化物・Ａｇ混合層１４には、Ａｇが均一に分散した状態になっている。
【００１７】
この酸化物・Ａｇ混合層１４の厚さは、０．５ｍｍ以上であることが好ましい。また、酸化物・Ａｇ混合層１４のＡｇの体積比率は、５〜２０％の範囲であることが好ましい。酸化物・Ａｇ混合層１４の厚さ、及びＡｇの体積比率が前記範囲内であれば、酸化物層１３が剥離しにくくなり、ターゲット接合部の耐久時間を大幅に延ばすことができ、長時間安定した成膜を行うことができる。
【００１８】
本実施形態のレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２は、ターゲット本体側のＮｉ系合金固定プレート１６上に、Ａｇろう層１５が接合され、該Ａｇろう層１５上に酸化物・Ａｇ混合層１４が接合され、該酸化物・Ａｇ混合層１４上に酸化物層１３が接合された構造なので、酸化物・Ａｇ混合層１４と酸化物層１３とを焼結させて接合することで、酸化物・Ａｇ混合層１４中の酸化物と酸化物層１３とが強固に焼結されると共に、酸化物・Ａｇ混合層１４中のＡｇがＡｇろう層１５と金属接合することで、表面の酸化物層１３をターゲット本体側に強固に固定することができ、酸化物層１３が剥離しにくくなり、安定した成膜を長時間行うことができる。
【００１９】
また、酸化物・Ａｇ混合層１４中のＡｇ及びＡｇろう層１５の耐熱温度が９００℃程度と高いため、成膜温度が８００℃程度と高いレーザ蒸着においてもターゲット冷却なしに使用できるため、成膜時のテープ表面の温度分布を良好に維持することができ、高品質の酸化物膜を成膜することができる。
【実施例】
【００２０】
酸化物として、Ｙ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系酸化物超電導体を用い、この酸化物超電導材料のみを圧粉成型して板状の酸化物層１３を作製した。
また、この酸化物超電導材料に、Ａｇ粉末を、表１の「Ａｇ／酸化物の体積比率（％）」に記載した通りの比率で混合し、圧粉成型し、最終焼結後の厚さが表１中の「酸化物・Ａｇ混合層の厚さ」に記載した通りの厚さとなるように調整して各種の酸化物・Ａｇ混合層１４を作製した。
【００２１】
酸化物層１３と酸化物・Ａｇバルク体を重ねて焼結炉内に入れ、９００℃で２４時間焼結し、この焼結物をＮｉ系合金固定用プレート１６上に銀ろうを用いてろう付けした。
厚さ、Ａｇ体積比率の異なるそれぞれの酸化物・Ａｇ混合層を用い、図２に示すように、ＳＵＳホルダー１７、Ｎｉ系合金固定用プレート１６、Ａｇろう層１５、酸化物・Ａｇ混合層１４、酸化物層１３の順に重なったレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２を作製した。得られたレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２は、酸化物・Ａｇ混合層１４中の酸化物と酸化物層１３とが強固に焼結されると共に、酸化物・Ａｇ混合層１４中のＡｇがＡｇろう層１５と金属接合し、表面の酸化物層１３がターゲット本体側に強固に固定されていた。
【００２２】
テープ基材９として、ハステロイ製テープ基材の表面に、イオンビームアシスト蒸着（ＩＢＡＤ）法によってＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７からなるＩＢＡＤ中間層が成膜され、該ＩＢＡＤ中間層の表面に、パルスレーザ蒸着法によってＣｅＯ２中間層が成膜されたものを用いた。このテープ基材９を図２に示すように、ヒーターボックス６内を通過するように、各リール７，８間にセットした。
【００２３】
ヒーターボックス６の下側に、前述した通り作製したレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２を取り付け、ＳＵＳホルダー１７を冷却しない状態で、図示していないパルスレーザー光源からパルスレーザー光をターゲットの酸化物層１３に向けて照射し、一方向に移動するテープ基材９の表面に酸化物微粒子を堆積させ、酸化物超電導テープを作製した。その際の成膜温度は、８００℃であった。
【００２４】
酸化物層１３の厚さを１０ｍｍとした時、その使用限界は、時間にして１００時間となる。本実施例では、前記の通り厚さとＡｇ体積比率の異なる酸化物・Ａｇ混合層を用い作製したそれぞれのレーザー蒸着用酸化物ターゲット１２を用い、酸化物超電導テープを作製し、ターゲットが割れや剥離を生じて安定に成膜できなくなるまでの延べ時間（以下、「ターゲット接合部耐久時間」と記す。）を調べた。さらに、得られた酸化物超電導テープの一部（長さ５００ｍｍ）を裁断し、この短尺線材の液体窒素温度下での臨界電流密度（Ｊｃ）を測定した（以下、「短尺Ｊｃ」と記す。）これらの結果を表１にまとめて記す。
【００２５】
また、比較例として、図１に示すように、冷却水を循環して冷却するＳＵＳホルダー５上に、Ｃｕ固定用プレート４，Ｉｎ半田３、Ａｇ蒸着膜２、酸化物超電導材料からなる酸化物ターゲット１を順に接合した比較例のターゲットを作製し、これを用いたこと以外は、前記実施例と同様にして酸化物超電導テープを作製した。その結果を表１中に「比較例」として併せて記す。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
表１の結果より、酸化物・Ａｇ混合層１４のＡｇ／酸化物の体積比率が１％の場合、酸化物・Ａｇ混合層１４の厚さが０．５ｍｍ以上あれば、ターゲット接合部耐久時間は変わらなかった。このことから、ターゲットを圧粉成型する際に、酸化物・Ａｇ混合層１４を安定した厚さに保つためには、最低でも厚さ０．５ｍｍは必要であることがわかった。
【００２８】
また、酸化物・Ａｇ混合層１４の厚さを０．５ｍｍに統一し、Ａｇ／酸化物の体積比率を変化させた場合、Ａｇ／酸化物の体積比率が５〜２０％の間では、ターゲット接合部耐久時間をターゲット使用限界時間（１００時間）まで維持するできた。一方、Ａｇ／酸化物の体積比率が２０％を超えてくると、逆に酸化物層１３と酸化物・Ａｇ混合層１４との界面で剥離し易くなり、耐久時間が減少する傾向となった。
【００２９】
また、実際に作製した短尺線材の臨界電流密度（Ｊｃ）特性に注目すると、比較例よりも本発明に係る実施例において、Ｊｃ特性の改善が見られる。これは、本実施例ではターゲット冷却水を使用しなかったため、成膜中のテープ表面温度の温度分布が均一になった効果である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】酸化物ターゲットの従来技術を説明するレーザー蒸着装置の概略構成図である。
【図２】本発明のレーザー蒸着用酸化物ターゲットの一実施形態を示し、このレーザー蒸着用酸化物ターゲットを設置したレーザー蒸着装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…酸化物ターゲット、２…Ａｇ蒸着膜、３…Ｉｎ半田、４…Ｃｕ固定用プレート、５…ＳＵＳホルダー、６…ヒーターボックス、７，８…リール、９…テープ基材、１０…プルーム、１１…レーザー光、１２…レーザー蒸着用酸化物ターゲット、１３…酸化物層、１４…酸化物・Ａｇ混合層、１５…Ａｇろう層、１６…Ｎｉ系合金固定用プレート、１７…ＳＵＳホルダー。
【図１】
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【図２】
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