成膜方法および成膜装置
【課題】良好な膜質及び特性の薄膜を、良好な生産性で成膜可能な成膜装置および成膜方法の提供。
【解決手段】本発明の成膜装置１は、レーザー光Ｌによってターゲット７から叩き出され若しくは蒸発した構成粒子を基材２５の表面上に堆積させ、基材２５上に薄膜を形成する装置であって、送出装置１３と巻取装置１４との間に長手方向に沿って移動する基材２５を保持する基材ホルダ１２を配置し、基材ホルダ１２に接した状態にある基材２５の表面と対向するようにターゲット７を配置するとともに、ターゲット６と基材ホルダ１２の間に、基材２５とヒーター８との距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダ１２の中心線とヒーター８との最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーター８を配置したことを特徴とする。
【解決手段】本発明の成膜装置１は、レーザー光Ｌによってターゲット７から叩き出され若しくは蒸発した構成粒子を基材２５の表面上に堆積させ、基材２５上に薄膜を形成する装置であって、送出装置１３と巻取装置１４との間に長手方向に沿って移動する基材２５を保持する基材ホルダ１２を配置し、基材ホルダ１２に接した状態にある基材２５の表面と対向するようにターゲット７を配置するとともに、ターゲット６と基材ホルダ１２の間に、基材２５とヒーター８との距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダ１２の中心線とヒーター８との最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーター８を配置したことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子を帯状の基材上に堆積させ、薄膜を形成する成膜方法（レーザー蒸着方法）および成膜装置（レーザー蒸着装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ：ＲＥはＹ、Ｇｄなどの希土類元素）は、液体窒素温度（７７Ｋ）よりも高い臨界温度を有しており、超電導デバイス、超電導変圧器、超伝導限流器、超電導モータ又はマグネット等の超電導機器への応用が期待されている。
ＲＥ−１２３系酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状基材などの長尺基材上に、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。これは、この種の希土類酸化物系超電導体の結晶が、その結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気を流しやすいが、ｃ軸方向には電気を流し難いという電気的異方性を有しており、長尺基材上に酸化物超電導層を形成する場合、電気を流す方向にａ軸あるいはｂ軸を配向させ、ｃ軸をその他の方向に配向させる必要があるためである。
ところが、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することは難しい。そこで、金属テープからなる基材の上に、結晶配向性の優れた多結晶中間薄膜を形成し、この多結晶中間薄膜上に酸化物超電導体の薄膜を形成する手法が検討されている。
【０００３】
本発明者は、金属テープ上に多結晶中間薄膜が形成された基材上に、ＲＥ１２３系酸化物超電導体を成膜して酸化物超電導層を形成する技術として、レーザ光をターゲットに集光照射し、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て構成粒子のプルームを発生させ、このプルームの粒子を長尺の基材上に堆積させるパルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ法）について研究を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図１１に、特許文献１に記載されたレーザー蒸着装置の一例を示す。このレーザー蒸着装置１００は、一方の側で複数の転向部材を同軸的に配列した第１の転向部材群１０３と、他方の側で複数の転向部材を同軸的に配列した第２の転向部材群１０４と、転向部材群１０３、１０４間に複数レーンを構成するように巻回された基材１０５に対向するように配されたターゲット１０７と、ターゲット１０７にレーザー光Ｌａを照射するレーザー光発光手段１０８と、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５を支持する基台１０６と、基材１０５を転向部材群１０３、１０４に向けて送り出す送出リール１０１と、基材１０５を巻き取る巻取リール１０２を備えている。
【０００５】
送出リール１０１と巻取リール１０２とは、駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動されており、転向部材群１０３、１０４によって移動方向が転向した基材１０５を転向部材群１０３、１０４の間で複数列（複数のレーン）とした状態で搬送するための搬送手段を構成している。
レーザー光Ｌａによりターゲット１０７から叩き出され若しくは蒸発されたターゲット１０７の構成粒子はプルーム１０９となり、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５の表面に堆積して薄膜が形成される。また、ターゲット１０７に対して複数レーンの基材１０５が対向しているので、一度に蒸着される面積を広く取ることができ、プルーム１０９内の構成粒子を有効に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１に示す従来のレーザー蒸着装置１００においては、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５を支持する基台１０６の内部にヒーター（図示略）が設けられており、基材１０５の裏面（薄膜が形成される面とは反対側の面）から接触加熱により、成膜される基材１０５の成膜面の温度を制御している。
結晶配向性の高い超電導層を成膜するためには、成膜される基材の表面（成膜面）を、結晶配向に最適な温度に保つ必要がある。しかしながら、従来のレーザー蒸着装置１００では、ヒーターが内蔵された基台１０６からの接触加熱のため、ターゲット１０９の移動等の熱外乱による成膜表面の温度変動に対して感度が低く、成膜表面を最適温度にするために、基台１０６の温度を小まめに制御する必要がある。また、基台１０６からの接触加熱方式では、基材１０５の裏面からの加熱であり、基材１０５の表面である成膜面を急速加熱することが難しく、そのため、基材１０５を高速で搬送して成膜しようとすると、基材１０５の加熱が不十分となり、安定的な温度制御が難しいという問題がある。
【０００８】
また、基材１０５の裏面からの加熱方式では、成膜回数を増やして厚い膜を成膜しようとすると、基材１０５の裏面からの接触加熱では、厚く積層した膜の表面にまで十分に熱が伝わらないうちに基材１０５がヒーターから離れてしまうので、基材１０５の表面温度を一定に保つことが難しいため、結晶配向性の高い超電導層を成膜することが難しいという問題がある。この問題を解決するために、積層毎にヒーターによる加熱温度を上昇させることも考えられるが、加熱温度の上昇に伴い、基材１０５に形成されている多結晶中間薄膜と成膜される超電導層との界面反応が起こり易くなり、超電導特性が低下してしまうため、単に加熱温度を上昇させるとする解決手段は好ましくない。さらに、生産性を上げるためにターゲット１０９からの構成粒子の飛散量を増やして、成膜速度を高くすると、基材１０５の成膜面に堆積する粒子量が多くなり、成膜表面の温度制御が難しくなるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好な膜質及び特性の薄膜を、良好な生産性で成膜可能な成膜装置および成膜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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の成膜装置は、レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルームを生成し、このプルームからの粒子を基材の表面上に堆積させ、該基材上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記基材を長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記送出装置と前記巻取装置との間に配置され、該送出装置と該巻取装置の間を移動する前記基材の裏面と接した状態で該基材を保持する基材ホルダと、前記基材ホルダに接した状態にある前記基材の表面と対向配置されたターゲットと、 前記ターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、前記ターゲットと前記基材ホルダの間に前記基材の表面に対向するように配置され、該基材を表面側から加熱するヒーターと、を少なくとも備え、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳ、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすことを特徴とする。
本発明の成膜装置において、前記送出装置と前記巻取装置の間に配置された前記基材の移動方向を転向させる転向部材を備え、前記基材は、前記基材ホルダと前記転向部材との間に複数回巻回されて複数の隣接するレーンを構成することもできる。
本発明の成膜装置は、酸化物超電導体薄膜の成膜用であることが好ましい。
【００１１】
本発明の成膜方法は、レーザー光を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てターゲットの構成粒子の噴流であるプルームを生成させ、このプルームが生成している成膜領域に基材を通過させて、該プルームからの粒子を該基材の表面上に堆積させることにより、該基材上に薄膜を形成する成膜方法であって、前記成膜領域を通過する前記基材を基材ホルダにより保持して、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳで該ターゲットと対向配置し、前記ターゲットと前記基材ホルダの間に、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーターを配置し、このヒーターにより前記基材を表面側から加熱しながら前記成膜領域を通過させて該基材上に薄膜を形成することを特徴とする。
本発明の成膜方法において、前記基材を前記成膜領域を複数回通過させて、該成膜領域の通過毎に該基材上に薄膜を形成することもできる。
本発明の成膜方法において、前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導体薄膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の位置に配置したヒーターにより、基材の表面側から基材の成膜面を加熱するため、基材の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御することができる。したがって、成膜面の温度を最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、本発明によれば、ヒーターにより基材の表面側から成膜面を直接加熱するため、基材を高速に搬送して成膜する場合にも、基材の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。また、生産性を上げるためにターゲットからの構成粒子の飛散量を増やして成膜速度を高くする場合にも、基材の表面側から加熱するため、成膜速度の増加により基材の成膜面に堆積する粒子量が多くなっても、成膜表面の温度を安定して制御することができる。
さらに、本発明によれば、基材の表面（成膜面）側から加熱しているため、薄膜の膜厚を厚くするのに伴って成膜表面の温度が徐々に下がることも抑制できるので、温度設定を変化させる必要がない。したがって、本発明において酸化物超電導膜を成膜する場合には、従来の成膜装置のような裏面からの加熱に比べ、中間層（多結晶中間薄膜）と超電導層（酸化物超電導体薄膜）の界面反応を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成膜装置により長尺基材上に成膜された酸化物超電導体薄膜を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図２に示す成膜装置の要部を示す斜視図である。
【図４】図２に示す成膜装置の要部の配置を説明する図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の成膜装置及び成膜方法を用いて酸化物超電導膜を成膜する場合の成膜領域を通過する基材の温度分布を示す図であり、図５（ｂ）は基材の裏面から加熱する従来の成膜装置及び成膜方法を用いて酸化物超電導膜を成膜する場合の成膜領域を通過する基材の温度分布を示す図である。
【図６】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図９】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２および比較例２の結果を示すグラフである。
【図１１】従来のレーザー蒸着装置の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る成膜方法および成膜装置の一実施形態を図面に基づき説明する。以下に示す実施形態では、長尺基材上に形成される薄膜として、酸化物超電導体薄膜を例に挙げて説明するが、この酸化物超電導体薄膜は、本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、本発明を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明に係る成膜装置を用いて作製された酸化物超電導体薄膜を示す概略斜視図であり、この酸化物超電導体薄膜２３は、長尺テープ状の金属基材２１上にイオンビームアシストスパッタリング法等によりＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７ ）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の多結晶中間薄膜（中間層）２２が形成されてなる長尺基材２５上に形成されている。
【００１６】
酸化物超電導体薄膜２３は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｇｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘに代表されるＲＥ１２３系の酸化物超電導体等からなり、臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体の薄膜である。また、酸化物超電導体薄膜２３は、単層構造でもよいし、複数層を積層してなる積層構造であってもよい。
【００１７】
酸化物超電導体薄膜２３の厚みは１〜３μｍ程度が好ましく、しかも各層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２３では、この薄膜２３の各層の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸は、多結晶中間薄膜２２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。
【００１８】
金属基材２１としては、ステンレス鋼、銅、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、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、その厚さは０．１ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
多結晶中間薄膜（中間層）２２としては、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７ （ＧＺＯ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等からなり、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が好適に用いられ、その厚さは例えば１μｍ程度とされる。各結晶粒の結晶軸のｃ軸は金属基材２１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。このような面内配向を実現するためには、成膜法としてＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法が用いられる。
【００２０】
図２は本発明に係る成膜装置の第１実施形態の一例を示す概略構成図であり、図３は図２に示す成膜装置の要部を示す斜視図であり、図４は図２に示す成膜装置の要部の配置を説明する図である。
本実施形態の成膜装置１は、レーザー光Ｌによってターゲット７から叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルーム９を生成し、このプルーム９からの構成粒子を長尺基材２５上に堆積させ、この構成粒子による薄膜を長尺基材２５上に形成する、レーザー蒸着法による成膜装置である。
【００２１】
図２および図３に示す成膜装置１は、長尺基材２５を収容する処理容器２と、長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材を同軸的に配列してなる転向部材群１１と、長尺基材２５をその裏面に接した状態で保持し、かつ、長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材を同軸的に配列してなる基材ホルダ１２と、転向部材群１１の上方に配置された長尺基材２５を送り出すための送出リール１３と、転向部材群１１の上方に配置された長尺基材２５を巻き取るための巻取リール１４と、基材ホルダ１２に接した状態にある基材２５の表面に対向するように配されたターゲット７と、水平に設置されたターゲット７にレーザー光Ｌを照射するレーザー光発光手段６と、ターゲット７と基材ホルダ１２の間に配置された長尺基材２５を表面側から加熱するヒーター８とを少なくとも備えている。
【００２２】
転向部材群１１と基材ホルダ１２は離間して対向配置されており、長尺基材２５は成膜面側が外側となるように転向部材群１１及び基材ホルダ１２間に巻回されており、これらの転向部材群１１及び基材ホルダ１２を周回することにより、ターゲット７の構成粒子の噴流であるプルーム９が生成している成膜領域１０にて複数列レーンを構成するように配置されている。転向部材群１１、基材ホルダ１２、送出リール（送出装置）１３及び巻取リール（巻取装置）１４を駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動させることにより、送出リール１３から送り出された長尺基材２５が転向部材群１１及び基材ホルダ１２を周回し、ターゲット７に対向した成膜領域１０を複数回通過して、巻取リール１４に巻き取られるようになっている。
【００２３】
転向部材群１１は、同径の転向部材が同軸的に配列してなる構成である。転向部材群１１を構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、長尺基材２５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。転向部材群１１を構成する各転向部材は、搬送される長尺基材２５とともに回転する構成でも良く、各転向部材は動かずに、その側面上で長尺基材２５が滑っている構成でも良い。転向部材群１１を構成する各転向部材を回転させる場合には、長尺基材２５の移動速度に合わせて各転向部材を回転させる駆動手段（図示略）を設けても良い。
【００２４】
基材ホルダ１２は、同径の転向部材が同軸的に配列してなる構成であり、基材ホルダ１２に長尺基材２５をその裏面が接した状態で保持しつつ、各転向部材によって移動方向が転向した状態にある長尺基材２５のうち、ターゲット７に対向する部分である成膜領域１０を走行する長尺基材２５が、ターゲット７から等距離に位置している。
基材ホルダ１２を構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、長尺基材２５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。これにより、転向部材によって移動方向が転向した状態にある長尺基材２５は、ターゲット７に対向する部分において、ターゲット７に向かって凸形状に湾曲するようになる。なお、「円柱状もしくは円板状」等は、転向部材の径と軸方向の長さとの比を特に限定しない趣旨である。
基材ホルダ１２を構成する各転向部材は、搬送される長尺基材２５とともに回転する構成でも良く、各転向部材は動かずに、その側面上で長尺基材２５が滑っている構成でも良い。基材ホルダ１１を構成する各転向部材を回転させる場合には、長尺基材２５の移動速度に合わせて各転向部材を回転させる駆動手段（図示略）を設けても良い。
【００２５】
基材ホルダ１２は、比較的熱容量の大きいものより形成されていることが好ましい。基材ホルダ１２が熱容量の大きいものより形成されることにより、ターゲット７の移動などの外乱による温度の変動を抑制することができ、長尺基材２５の成膜面の温度をより安定して保持することができる。基材ホルダ１２を構成する比較的熱容量の大きい材料としては、熱容量が４００Ｊ／ｋｇ・Ｋ以上のものが好ましく、具体的にはインコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）；熱容量４４４Ｊ／ｋｇ・Ｋ）等のニッケル基合金が挙げられる。
【００２６】
処理容器２には、排気孔３を介して真空排気装置４が接続され、この真空排気装置４により処理容器２内を所定の圧力に減圧するようになっている。
長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材群１１、基材ホルダ１２、送出リール１３および巻取リール１４は処理容器２内に収容され、処理容器２内が所定の圧力に減圧されている間は、長尺基材２５の長手方向の全体が、処理容器２内の減圧下に置かれるようになっている。
【００２７】
ターゲット７は、成膜する薄膜の組成に合わせて適宜材料が選択される。薄膜として臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体薄膜２３を成膜する場合は、所望の酸化物超電導体薄膜２３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がターゲット７として使用される。
この酸化物超電導体としては、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｇｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘに代表されるＲＥ１２３系の酸化物超電導体等が好ましい。このターゲット７の形状としては、例えば、円板状、矩形状等のものが用いられる。
【００２８】
ターゲット７にレーザー光Ｌを照射するレーザー光発光手段６は、ターゲット７からその構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させることができるレーザー光Ｌを発生するものであれば良い。レーザーの波長、出力、照射エネルギー等は、ターゲット７の材質や成膜速度等に応じて、適宜設定することが可能である。ターゲット２７にレーザ光Ｌを照射するレーザ光発光手段６としては、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）、Ｘｅ−Ｃｌ（３０８ｎｍ）などのエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ2レーザーなどのいずれのものを用いても良い。
【００２９】
処理容器２には、レーザー光発光手段６のレーザ光Ｌを取り込むための窓５が設けられている。本実施形態においては、レーザ光発光手段６は処理容器２の外側に設置されているが、処理容器２の内側に配置することも可能である。
レーザー光Ｌは、その照射位置を移動させる手段（図示略）により、レーザー光Ｌの照射位置をターゲット７の表面上で移動可能とされていることが好ましい。このようにレーザー光Ｌの照射位置をターゲット７の表面上で移動可能とすることにより、ターゲット７が局所的に削られて、ターゲット７の寿命が短くなることを防止することができる。また、ターゲット７の表面上でレーザー光Ｌの照射位置を移動可能とすることにより、ターゲット７からのプルーム９を複数発生させて、ターゲット７の構成粒子が基材２５上に堆積する成膜領域１０を広くすることができ、基材ホルダ１２上で複数列とされた長尺基材２５に達する構成粒子の濃度の均一性を高め、均一な膜厚、膜質および特性の薄膜を効率よく成膜することができる。
【００３０】
ターゲット７はターゲットホルダ（図示略）により固定され、ターゲット移動機構（図示略）によって、平行な面に沿って移動可能に設けられている。さらに、ターゲット７は、ターゲット７の中心を軸として回転可能に設けられていることが好ましい。このように、ターゲット７を移動可能及び回転可能に設けるならば、長時間の成膜を継続して実施しても、ターゲット７の表面がほぼ均一に削られるので、ターゲット７表面の形状乱れによってプルーム９の大きさが変わる不具合を防止することができ、長尺基材２５の長手方向に均一な膜厚、膜質および特性の薄膜を形成することが可能となる。
【００３１】
ターゲット７と基材ホルダ１２との間には、基材ホルダ１２に保持された長尺基材２５の表面に対向するようにヒーター８が配置されている。ヒーター８は、ターゲット７からのプルーム９が形成された成膜領域１０以外の部分に設けられており、図２〜４に示す成膜装置１においては、２個のヒーター８、８が、成膜領域１０を挟んで対向配置されている。
ヒーター８は、赤外線などにより、長尺基材２５をその表面側から非接触で直接加熱することができる。ヒーター８は、例えば通電式の加熱ヒーターが挙げられる。なお、図２および図３に示す例では、２個のヒーター８が設けられた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、後述する位置関係を満たすように配置されていれば、３個以上のヒーターを有する構成とすることも可能である。また、複数のヒーター８、８は、成膜領域１０を中心として対称に配されている例に限定されず、後述する位置関係を満たしていれば、成膜領域１０を中心として非対称に配されていてもよい。
【００３２】
図４は、本実施形態の成膜装置１のヒーター８の配置を説明する模式図である。図４に示すように、ヒーター８は、ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳ、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨ、基材ホルダ１２の中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすように配置されている。ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳは、具体的には、８０〜１５０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳを前記範囲に設定することにより、ターゲット７からの構成粒子を長尺基材２５の成膜面上に安定して配向させることができる。
ここで、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨとは、長尺基材２５とヒーター８との最短距離を表し、基材ホルダ１２の中心線Ａ１（以下、「基材ホルダ中心線Ａ１」と略称することがある。）とヒーター８との最短距離ＰＨとは、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８の端部８ａとの距離を表し、成膜装置１が複数個のヒーター８を有する場合は、成膜領域１０に最も近いヒーター８の端部８ａと基材ホルダ中心線Ａ１との距離を表す。
【００３３】
このような関係を満たすようにヒーター８を配置することにより、長尺基材２５の表面を効率的に加熱し、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を容易に安定させることができ、良好な膜質および特性の薄膜を成膜することができる。
長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨを０．５５ＴＳ以上とすることにより、ヒーター８と長尺基材２５との距離が近くなり、長尺基材２５の表面温度が高くなってしまい、後述する中間層と酸化物超電導薄膜が界面反応を起こすことを抑制することができる。また、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨを０．８５ＴＳ以下とすることにより、長尺基材２５とヒーター８とが離れすぎてしまい、長尺基材２５の搬送速度を速くした場合に、長尺基材２５の表面温度を所望の温度に制御することが難しくなることを抑制することができる。
【００３４】
また、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨを０．３５ＴＳ以上とすることにより、ターゲット７の構成粒子の噴流であるプルーム９を阻害せず、構成粒子を長尺基材２５の表面に到達させて薄膜を形成することができる。さらに、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨを０．５５ＴＳ以下とすることにより、成膜領域１０の長尺基材２５の表面を効率的に加熱し、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を所望の温度に制御することができる。
【００３５】
図５は、図１１に示す従来の成膜装置のように基材の裏面から加熱を行う場合と、本実施形態の成膜装置１により長尺基材２５の表面側から加熱を行う場合の基材ホルダと長尺基材と成膜される薄膜との温度分布を模式的に示した図である。図５では、金属基材上に中間層（他結晶中間薄膜）が形成された長尺基材上に、超電導薄膜（酸化物超電導体薄膜）を成膜する場合を例として示している。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、従来の成膜装置では、ヒーターが内蔵された基材ホルダとの接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行っていたため、成膜される基材表面まで熱が伝わるのに若干の時間を要し、成膜表面の温度が良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度よりも低くなってしまうという問題があった。また、長尺基材が成膜領域を複数回通過するようにして薄膜（超電導薄膜）の膜厚を厚くしていくほど、長尺基材の裏面からの加熱では、成膜面の温度を最適温度に保つことが難しくなり、積層毎に数℃ずつ成膜温度を上げるなどの温度制御を行う必要があった。
【００３７】
これに対し、本実施形態の成膜装置１は、所定の位置に配置したヒーター８により、長尺基材２５の表面側から長尺基材２５の成膜面を加熱するため、図５（ａ）に示すように、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御することができる。したがって、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、長尺基材２５の表面（成膜面）側から加熱しているため、薄膜（超電導薄膜）の膜厚を厚くするのに伴って成膜表面の温度が徐々に下がることも抑制できるので、温度設定を変化させる必要がない。したがって、従来の成膜装置のように、成膜温度を上昇させることにより起こる中間層と超電導薄膜との界面反応を抑制することができる。そのため、特性を低下させることなく、厚い酸化物超電導膜を成膜することが可能となる。
さらに、本実施形態の成膜装置１では、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。また、生産性を上げるためにレーザー光発光手段６からのレーザー光Ｌの発振周波数を増加させて、ターゲット７からの構成粒子の飛散量を増やして、成膜速度を高くする場合にも、長尺基材２５の表面側から加熱するため、成膜速度の増加により長尺基材２５の成膜面に堆積する粒子量が多くなっても、成膜表面の温度を安定して制御することができる。
【００３８】
次に、本発明の成膜方法の一実施形態として、成膜装置１を用いた成膜方法の一例について説明する。
以下、本発明の成膜装置１を用いた成膜方法の一実施形態として、長尺基材２５の上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導体薄膜２３を形成する場合の成膜方法について説明する。
ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）からなる長尺テープ状の金属基材２１上にＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７ （ＧＺＯ）からなる多結晶中間薄膜（中間層）２２が形成された長尺基材２５を、多結晶中間薄膜２２側がターゲット７側になるように基材ホルダ１２及び転向部材群１１間に図３に示すように巻回する。また、酸化物超電導体のターゲットとしてＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる長方形状のターゲット７をセットする。
【００３９】
次いで、処理容器２内を真空排気手段４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２内に酸素ガスを導入して処理容器２内を酸素雰囲気としても良い。
次いで、送出リール１３、転向部材群１１、基材ホルダ１２及び巻取リール１４を同時に駆動し、長尺基材２５を送出リール１３から巻取リール１４に向けて所定の速度にて移動させる。同時に、ヒーター８を作動させて、長尺基材２５の表面側から成膜面を加熱し、長尺基材３４の表面（成膜面）温度を所望の温度に制御する。ヒーター８により加熱される長尺基材２５の表面（成膜面）の温度制御は、処理容器２内の適所に複数の温度センサを設置しておき、成膜領域１０を走行する長尺基材２５の表面（成膜面）の温度が均一になるようにヒーター８をＯＮ／ＯＦＦ制御すること等によって行うことができる。
【００４０】
次いで、レーザー光発光手段６によりレーザー光Ｌをターゲット７に照射する。この際、レーザー光Ｌによりターゲット７から叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大したプルーム９となり、成膜領域１０を走行する長尺基材２５の表面上を覆う。さらに、この際、レーザー光Ｌの照射位置を振幅させたり、ターゲット７を水平方向に移動させることにより、ターゲット７の表面に照射するレーザー光Ｌの位置を移動させることが好ましい。これにより成膜領域１０において基材ホルダ１２に保持されて複数レーンを構成する長尺基材２５の表面に達する構成粒子の濃度を均一にすることができる。
【００４１】
次に、長尺基材２５を、基材ホルダ１２に長尺基材２５の裏面が接しつつ、長手方向に移動する状態で、成膜領域１０内を通過させる。長尺基材２５は、基材ホルダ１２、転向部材群１１間を周回する毎に成膜領域１０を通過し、この通過毎に長尺基材２５の表面上に酸化物超電導体からなる薄膜である酸化物超電導体薄膜３１が成膜される。
【００４２】
本実施形態の成膜方法によれば、所定の位置にヒーター８を配し、このヒーター８により長尺基材２５の表面側より成膜面を直接加熱することにより、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御しながら成膜することができる。したがって、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、本実施形態の成膜方法では、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御しながら成膜することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。
【００４３】
なお、本発明の成膜装置は、上記実施形態の成膜装置１の構成に限定されるものではなく、ヒーターの配置が図４に示す位置関係を満たしている限り適宜変更可能である。
例えば、図６に示すように、複数のヒーター８Ｂ（図６に示す例では８個）を、対向する基材ホルダ１２の曲面に沿うように配置してもよく、必要に応じて基材ホルダ１２及びヒーター８Ｂを覆うように囲み部材１７を設けてもよい。囲み部材１７を設ける場合は、囲み部材１７の側壁部にレーザ光Ｌを取り込むための窓１７ａを、囲み部材１７の底面部にターゲット７からのプルーム９を長尺基材２５まで行き渡らせるための開口部１６を、囲み部材１７の上面部に長手方向に移動する長尺基材２５を通すための窓１７ｂ、１７ｃを設ける構成とする。この際、囲み部材１７の開口部１６を形成する開口縁部１７Ａ、１７Ａは、成膜領域１０の最近接位置に配置されたヒーター８Ｂの成膜領域１０側端部とほぼ同等の位置とすることが好ましい。このような配置とすることにより、開口縁部１７Ａ、１７Ａによりターゲット７からのプルーム９が阻害されることを抑止できる。
【００４４】
なお、転向部材群１１を省略して、ターゲット７に対向する基材ホルダ１２に対し、複数本の長尺基材２５を複数組の送出リール１３および巻取リール１４で搬送するようにし、複数列とされた各長尺基材２５が、成膜領域１０を１回通過する構成とすることも可能である。
また、基材を複数列とする代わりに、図７に示すように、長尺基材２５の幅を広くすることもできる。この場合は、複数の転向部材が同軸的に配置されてなる基板ホルダ１２ではなく、長尺基材３４の幅またはそれ以上の軸方向の長さを有する一つの転向部材よりなる基材ホルダ１２Ａを用いることができる。
さらに、送出リール１３と巻取リール１４の役割を入れ替え可能にして、リールに巻き取った長尺基材２５を再度ターゲットに対向する位置に送出できるように構成し、長尺基材２５の一端側のリールと、長尺基材２５の他端側のリールとの間で、長尺基材２５の往復動作を繰り返すことにより、厚い膜を成膜することが可能である。
【００４５】
また、上記した実施形態では、ターゲット７に対向配置された基材ホルダ１２が円筒状であり、この基材ホルダ１２と転向部材群１１との間に長尺基材２５が巻回される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示すような装置構成とすることもできる。なお、図８に示す成膜装置１Ｂにおいて、図２に示す成膜装置１と同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付してある。
【００４６】
図８に示す成膜装置１Ｂは、長尺基材２５の移動方向を転向する転向部材を複数個同軸的に配列してなり、離間して対向配置された一対の転向部材群１１ａ、１１ｂと、転向部材群１１ａの外側に配置された長尺基材２５を送り出すための送出リール１３Ｂと、転向部材群１１ｂの外側に配置された長尺基材２５を巻き取るための巻取リール１４Ｂと、転向部材群１１ａ、１１ｂの間に配置され、転向部材群１１ａ、１１ｂの巻回により複数列とされた長尺基材２５を支持する基板ホルダ１２Ｂと、基材ホルダ１２Ｂに接した状態にある基材２５の表面に対向するように配されたターゲット７と、ターゲット７にレーザ光Ｌを照射するレーザ光発光手段６と、ターゲット７と基材ホルダ１２Ｂの間に配置された長尺基材２５を表面側から加熱するヒーター８とを少なくとも備えて構成されている。転向部材群１１ａ、１１ｂ、送出リール１３Ｂ及び巻取リール１４Ｂを駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動させることにより、送出リール１３Ｂから送り出された長尺基材２５が転向部材群１１ａ、１１ｂを周回する毎に成膜領域１０を通過し、この通過毎に長尺基材２５の表面上にターゲット７の構成粒子を堆積させて薄膜を形成し、巻取リール１４Ｂに巻き取られるようになっている。成膜装置１Ｂにおいて、送出リール１３Ｂ、巻取リール１４Ｂ、転向部材群１１ａ、１１ｂは、上記第１実施形態の送出リール１３、巻取リール１４、転向部材群１１と、夫々、同様である。
【００４７】
図８に示す成膜装置１Ｂは、基材ホルダ１２Ｂは転向部材群１１ａ、１１ｂの間に配されており、転向部材群１１ａ、１１ｂの間を長手方向に移動する長尺基材２５を、その裏面に接した状態で保持している。基材ホルダ１２Ｂは、ターゲット７側の面が緩やかに膨出した湾曲形状をしている。基材ホルダ１２Ｂを構成する材質は、上記第１実施形態の基材ホルダ１２と同様である。
長尺基材２５は、成膜面が外側となるように転向部材群１１ａ、１１ｂに巻回されており、ターゲット７からのプルーム９が生成された成膜領域１０にて、基材ホルダ１２Ｂに保持されて複数列レーンを構成するように配置されている。
【００４８】
ヒーター８は、上記第１実施形態と同様に、ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳ、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨ、基材ホルダ１２Ｂの中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすように配置されている。そのため、上記した成膜装置１と同様に、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から長尺基材２５の成膜面を加熱して長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。また、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。
【００４９】
本発明の成膜方法および成膜装置は、酸化物超電導体薄膜の成膜用として、好適に用いることができる。
また上述した実施形態では、酸化物超電導体薄膜を形成する場合に、本発明の成膜方法及び成膜装置を適用した例を詳述したが、例えば、ＩＢＡＤ法により形成された多結晶中間薄膜上にＣｅＯ２中間層を形成し、次いで酸化物超電導体薄膜を形成する場合においては、本発明の成膜方法及び成膜装置をＣｅＯ２中間層の形成にも使用することが可能である。
【００５０】
以上、本発明の成膜方法及び成膜装置について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を示して本発明をさら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。
【００５２】
以下に示す実施例では、図２および図３に示す本発明の成膜装置を用い、比較例では、図１１に示す成膜装置を用いて、長尺基材上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ）の酸化物超電導体薄膜を成膜した。なお、実施例および比較例において、レーザーは一定エリアをスキャンし、レーン数は図７に示す如く１レーンとし、成膜を複数回繰り返すことにより膜厚１μｍの酸化物超電導薄膜を成膜した。
長尺基材としては、実施例および比較例のいずれも共通に、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）テープ上に、ＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）からなる厚さ１μｍの多結晶中間薄膜（中間層）を形成したものを用いた。
【００５３】
（実施例１）
線速（長尺基材の搬送速度）４０ｍ／ｈで、レーザー発振器（レーザー光発光手段）の台数の増減により、ターゲットに照射するレーザー光の発振周波数を調整し、ターゲットからの構成粒子の濃度を調整することで、長尺基材の表面への単位面積当たりの成膜レートを変化させて成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。なお、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝７０ｍｍ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝４５ｍｍとして、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。
【００５４】
（比較例１）
ヒーターが内蔵された基台への接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行ったこと以外は実施例１と同様にして成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。
【００５５】
実施例１および比較例１の結果を図９に示す。
図９の結果より、従来の成膜装置を用いて成膜した比較例１では、レーザー発振周波数が３００Ｈｚを超えると急速に臨界電流値Ｉｃが低下していた。これに対し、本発明の成膜装置１を用いて成膜した実施例１では、レーザー発振周波数１２００Ｈｚまで臨界電流値Ｉｃが維持されていた。ただし、レーザー発振周波数１８００Ｈｚとした成膜では、レーザーエネルギーがターゲットに集中しすぎたためにターゲット表面が歪により破壊され、正常なプルームが発生せず、安定した状態で成膜ができなかったために臨界電流値Ｉｃが低下したものであり、成膜装置１により安定成膜できる成膜レートの限界に達したものではない。この結果より、本発明によれば、高い成膜レートで成膜した場合にも、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成することができることが明らかである。
【００５６】
（実施例２）
ターゲットに照射するレーザー光の発振周波数を３００Ｈｚとし、線速（長尺基材の搬送速度）を変化させて成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。なお、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝７０ｍｍ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝４５ｍｍとして、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。
【００５７】
（比較例２）
ヒーターが内蔵された基台への接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行ったこと以外は実施例１と同様にして成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。
【００５８】
実施例２および比較例２の結果を図１０に示す。
図１０の結果より、従来の成膜装置を用いて成膜した比較例２では、線速が４０ｍ／ｈを越えると急速に臨界電流値Ｉｃが低下していた。これに対し、本発明の成膜装置１を用いて成膜した実施例２では、線速１６０ｍ／ｈまでは臨界電流値Ｉｃ＞３００Ａであり、線速２４０ｍ／ｈにおいても臨界電流値Ｉｃが約２８０Ａであった。
この結果より、速い線速で成膜した場合にも、超電導特性を低下させることなく酸化物超電導体薄膜を形成することができており、本発明によれば、良好な生産性で良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を成膜することができることが明らかである。
【００５９】
図９及び図１０の結果より、従来の成膜装置では、レーザー発振器（レーザー光発光手段）の台数を増やして成膜レートを上げると、成膜面の温度を所望の温度に制御することが難しく、成膜温度を安定にすることができないため、レーザー周波数が３００Ｈｚを超えると、成膜される酸化物超電導体薄膜の膜質が低下し、超電導特性Ｉｃが低下していた。また、単位面積の成膜レートを下げた場合にも、線速を上げていくと、長尺基材の裏面からの加熱であるため、長尺基材の成膜面まで伝熱する前に長尺基材が成膜領域を通過してしまうため、所定の成膜温度を安定に保つことができず、４０ｍ／ｈを超える線速での成膜は難しかった。
これに対し、本発明の成膜装置１では、長尺基材の表面側から成膜面を直接加熱するため、成膜レートを上げた場合にも、成膜面の温度を所定の温度に安定して保つことができ、良好な膜質および超電導特性の酸化物超電導薄膜を製造することができた。また、本発明の成膜装置１は、従来の成膜装置のような基材裏面側からの加熱ではなく、基材表面側から成膜面を直接加熱するため、線速を上げた場合にも、成膜面を所望の温度に安定して制御することができ、良好な膜質および超電導特性の酸化物超電導薄膜を、良好な生産性で製造することができた。
【００６０】
（実施例３）
線速８０ｍ／ｈ、レーザー発振周波数６００Ｈｚ、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍとし、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨおよび基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨを表１に示す位置となるようにヒーターを配置し、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。結果を表１に併記した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１の結果より、本発明の成膜装置１において、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳの関係を満たすようにヒーターを配置して成膜することにより、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成できることが確認された。
【００６３】
（実施例４）
線速８０ｍ／ｈ、レーザー発振周波数６００Ｈｚ、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ、および基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨを表２に示す位置となるようにヒーターを配置し、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。結果を表２に併記した。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２の結果より、本発明の成膜装置１において、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳの関係を満たすようにヒーターを配置して成膜することにより、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成できることが確認された。特に、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳを８０〜１５０ｍｍの範囲として成膜することにより、より良好な超電導特性の酸化物超電導薄膜を形成できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、レーザー光をターゲットに照射して、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、この構成粒子を帯状の基材上に堆積させることにより薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ｂ…成膜装置、２…処理容器、４…真空排気装置、６…レーザー光発光手段、７…ターゲット、８、８Ｂ…ヒーター、９…プルーム、１０…成膜領域、１１、１１ａ、１１ｂ…転向部材群、１２、１２Ａ、１２Ｂ…基材ホルダ、１３、１３Ｂ…送出ロール、１４、１４Ｂ…巻取ロール、２１…金属基材、２２…多結晶中間薄膜（中間層）、２３…薄膜（酸化物超電導体薄膜）、２５…長尺基材（基材）、Ｌ…レーザー光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子を帯状の基材上に堆積させ、薄膜を形成する成膜方法（レーザー蒸着方法）および成膜装置（レーザー蒸着装置）に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＥ−１２３系酸化物超電導体（ＲＥＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘ：ＲＥはＹ、Ｇｄなどの希土類元素）は、液体窒素温度（７７Ｋ）よりも高い臨界温度を有しており、超電導デバイス、超電導変圧器、超伝導限流器、超電導モータ又はマグネット等の超電導機器への応用が期待されている。
ＲＥ−１２３系酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状基材などの長尺基材上に、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。これは、この種の希土類酸化物系超電導体の結晶が、その結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気を流しやすいが、ｃ軸方向には電気を流し難いという電気的異方性を有しており、長尺基材上に酸化物超電導層を形成する場合、電気を流す方向にａ軸あるいはｂ軸を配向させ、ｃ軸をその他の方向に配向させる必要があるためである。
ところが、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することは難しい。そこで、金属テープからなる基材の上に、結晶配向性の優れた多結晶中間薄膜を形成し、この多結晶中間薄膜上に酸化物超電導体の薄膜を形成する手法が検討されている。
【０００３】
本発明者は、金属テープ上に多結晶中間薄膜が形成された基材上に、ＲＥ１２３系酸化物超電導体を成膜して酸化物超電導層を形成する技術として、レーザ光をターゲットに集光照射し、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て構成粒子のプルームを発生させ、このプルームの粒子を長尺の基材上に堆積させるパルスレーザ蒸着法（ＰＬＤ法）について研究を行っている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図１１に、特許文献１に記載されたレーザー蒸着装置の一例を示す。このレーザー蒸着装置１００は、一方の側で複数の転向部材を同軸的に配列した第１の転向部材群１０３と、他方の側で複数の転向部材を同軸的に配列した第２の転向部材群１０４と、転向部材群１０３、１０４間に複数レーンを構成するように巻回された基材１０５に対向するように配されたターゲット１０７と、ターゲット１０７にレーザー光Ｌａを照射するレーザー光発光手段１０８と、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５を支持する基台１０６と、基材１０５を転向部材群１０３、１０４に向けて送り出す送出リール１０１と、基材１０５を巻き取る巻取リール１０２を備えている。
【０００５】
送出リール１０１と巻取リール１０２とは、駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動されており、転向部材群１０３、１０４によって移動方向が転向した基材１０５を転向部材群１０３、１０４の間で複数列（複数のレーン）とした状態で搬送するための搬送手段を構成している。
レーザー光Ｌａによりターゲット１０７から叩き出され若しくは蒸発されたターゲット１０７の構成粒子はプルーム１０９となり、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５の表面に堆積して薄膜が形成される。また、ターゲット１０７に対して複数レーンの基材１０５が対向しているので、一度に蒸着される面積を広く取ることができ、プルーム１０９内の構成粒子を有効に利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６３２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１１に示す従来のレーザー蒸着装置１００においては、ターゲット１０７に対向する領域１１１を走行する基材１０５を支持する基台１０６の内部にヒーター（図示略）が設けられており、基材１０５の裏面（薄膜が形成される面とは反対側の面）から接触加熱により、成膜される基材１０５の成膜面の温度を制御している。
結晶配向性の高い超電導層を成膜するためには、成膜される基材の表面（成膜面）を、結晶配向に最適な温度に保つ必要がある。しかしながら、従来のレーザー蒸着装置１００では、ヒーターが内蔵された基台１０６からの接触加熱のため、ターゲット１０９の移動等の熱外乱による成膜表面の温度変動に対して感度が低く、成膜表面を最適温度にするために、基台１０６の温度を小まめに制御する必要がある。また、基台１０６からの接触加熱方式では、基材１０５の裏面からの加熱であり、基材１０５の表面である成膜面を急速加熱することが難しく、そのため、基材１０５を高速で搬送して成膜しようとすると、基材１０５の加熱が不十分となり、安定的な温度制御が難しいという問題がある。
【０００８】
また、基材１０５の裏面からの加熱方式では、成膜回数を増やして厚い膜を成膜しようとすると、基材１０５の裏面からの接触加熱では、厚く積層した膜の表面にまで十分に熱が伝わらないうちに基材１０５がヒーターから離れてしまうので、基材１０５の表面温度を一定に保つことが難しいため、結晶配向性の高い超電導層を成膜することが難しいという問題がある。この問題を解決するために、積層毎にヒーターによる加熱温度を上昇させることも考えられるが、加熱温度の上昇に伴い、基材１０５に形成されている多結晶中間薄膜と成膜される超電導層との界面反応が起こり易くなり、超電導特性が低下してしまうため、単に加熱温度を上昇させるとする解決手段は好ましくない。さらに、生産性を上げるためにターゲット１０９からの構成粒子の飛散量を増やして、成膜速度を高くすると、基材１０５の成膜面に堆積する粒子量が多くなり、成膜表面の温度制御が難しくなるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、良好な膜質及び特性の薄膜を、良好な生産性で成膜可能な成膜装置および成膜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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の成膜装置は、レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルームを生成し、このプルームからの粒子を基材の表面上に堆積させ、該基材上に薄膜を形成する成膜装置であって、前記基材を長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、前記送出装置と前記巻取装置との間に配置され、該送出装置と該巻取装置の間を移動する前記基材の裏面と接した状態で該基材を保持する基材ホルダと、前記基材ホルダに接した状態にある前記基材の表面と対向配置されたターゲットと、 前記ターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、前記ターゲットと前記基材ホルダの間に前記基材の表面に対向するように配置され、該基材を表面側から加熱するヒーターと、を少なくとも備え、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳ、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすことを特徴とする。
本発明の成膜装置において、前記送出装置と前記巻取装置の間に配置された前記基材の移動方向を転向させる転向部材を備え、前記基材は、前記基材ホルダと前記転向部材との間に複数回巻回されて複数の隣接するレーンを構成することもできる。
本発明の成膜装置は、酸化物超電導体薄膜の成膜用であることが好ましい。
【００１１】
本発明の成膜方法は、レーザー光を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てターゲットの構成粒子の噴流であるプルームを生成させ、このプルームが生成している成膜領域に基材を通過させて、該プルームからの粒子を該基材の表面上に堆積させることにより、該基材上に薄膜を形成する成膜方法であって、前記成膜領域を通過する前記基材を基材ホルダにより保持して、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳで該ターゲットと対向配置し、前記ターゲットと前記基材ホルダの間に、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーターを配置し、このヒーターにより前記基材を表面側から加熱しながら前記成膜領域を通過させて該基材上に薄膜を形成することを特徴とする。
本発明の成膜方法において、前記基材を前記成膜領域を複数回通過させて、該成膜領域の通過毎に該基材上に薄膜を形成することもできる。
本発明の成膜方法において、前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導体薄膜であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、所定の位置に配置したヒーターにより、基材の表面側から基材の成膜面を加熱するため、基材の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御することができる。したがって、成膜面の温度を最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、本発明によれば、ヒーターにより基材の表面側から成膜面を直接加熱するため、基材を高速に搬送して成膜する場合にも、基材の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。また、生産性を上げるためにターゲットからの構成粒子の飛散量を増やして成膜速度を高くする場合にも、基材の表面側から加熱するため、成膜速度の増加により基材の成膜面に堆積する粒子量が多くなっても、成膜表面の温度を安定して制御することができる。
さらに、本発明によれば、基材の表面（成膜面）側から加熱しているため、薄膜の膜厚を厚くするのに伴って成膜表面の温度が徐々に下がることも抑制できるので、温度設定を変化させる必要がない。したがって、本発明において酸化物超電導膜を成膜する場合には、従来の成膜装置のような裏面からの加熱に比べ、中間層（多結晶中間薄膜）と超電導層（酸化物超電導体薄膜）の界面反応を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の成膜装置により長尺基材上に成膜された酸化物超電導体薄膜を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の成膜装置の一例を示す概略構成図である。
【図３】図２に示す成膜装置の要部を示す斜視図である。
【図４】図２に示す成膜装置の要部の配置を説明する図である。
【図５】図５（ａ）は本発明の成膜装置及び成膜方法を用いて酸化物超電導膜を成膜する場合の成膜領域を通過する基材の温度分布を示す図であり、図５（ｂ）は基材の裏面から加熱する従来の成膜装置及び成膜方法を用いて酸化物超電導膜を成膜する場合の成膜領域を通過する基材の温度分布を示す図である。
【図６】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図７】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の成膜装置の他例を示す概略構成図である。
【図９】実施例１および比較例１の結果を示すグラフである。
【図１０】実施例２および比較例２の結果を示すグラフである。
【図１１】従来のレーザー蒸着装置の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る成膜方法および成膜装置の一実施形態を図面に基づき説明する。以下に示す実施形態では、長尺基材上に形成される薄膜として、酸化物超電導体薄膜を例に挙げて説明するが、この酸化物超電導体薄膜は、本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、本発明を限定するものではない。
【００１５】
図１は、本発明に係る成膜装置を用いて作製された酸化物超電導体薄膜を示す概略斜視図であり、この酸化物超電導体薄膜２３は、長尺テープ状の金属基材２１上にイオンビームアシストスパッタリング法等によりＧＺＯ（Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７ ）、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の多結晶中間薄膜（中間層）２２が形成されてなる長尺基材２５上に形成されている。
【００１６】
酸化物超電導体薄膜２３は、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｇｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘに代表されるＲＥ１２３系の酸化物超電導体等からなり、臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体の薄膜である。また、酸化物超電導体薄膜２３は、単層構造でもよいし、複数層を積層してなる積層構造であってもよい。
【００１７】
酸化物超電導体薄膜２３の厚みは１〜３μｍ程度が好ましく、しかも各層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２３では、この薄膜２３の各層の結晶のｃ軸とａ軸とｂ軸は、多結晶中間薄膜２２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。
【００１８】
金属基材２１としては、ステンレス鋼、銅、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、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、その厚さは０．１ｍｍ程度が好ましい。
【００１９】
多結晶中間薄膜（中間層）２２としては、Ｇｄ２Ｚｒ２Ｏ７ （ＧＺＯ）、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等からなり、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が好適に用いられ、その厚さは例えば１μｍ程度とされる。各結晶粒の結晶軸のｃ軸は金属基材２１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。このような面内配向を実現するためには、成膜法としてＩＢＡＤ（Ion Beam Assisted Deposition）法が用いられる。
【００２０】
図２は本発明に係る成膜装置の第１実施形態の一例を示す概略構成図であり、図３は図２に示す成膜装置の要部を示す斜視図であり、図４は図２に示す成膜装置の要部の配置を説明する図である。
本実施形態の成膜装置１は、レーザー光Ｌによってターゲット７から叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルーム９を生成し、このプルーム９からの構成粒子を長尺基材２５上に堆積させ、この構成粒子による薄膜を長尺基材２５上に形成する、レーザー蒸着法による成膜装置である。
【００２１】
図２および図３に示す成膜装置１は、長尺基材２５を収容する処理容器２と、長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材を同軸的に配列してなる転向部材群１１と、長尺基材２５をその裏面に接した状態で保持し、かつ、長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材を同軸的に配列してなる基材ホルダ１２と、転向部材群１１の上方に配置された長尺基材２５を送り出すための送出リール１３と、転向部材群１１の上方に配置された長尺基材２５を巻き取るための巻取リール１４と、基材ホルダ１２に接した状態にある基材２５の表面に対向するように配されたターゲット７と、水平に設置されたターゲット７にレーザー光Ｌを照射するレーザー光発光手段６と、ターゲット７と基材ホルダ１２の間に配置された長尺基材２５を表面側から加熱するヒーター８とを少なくとも備えている。
【００２２】
転向部材群１１と基材ホルダ１２は離間して対向配置されており、長尺基材２５は成膜面側が外側となるように転向部材群１１及び基材ホルダ１２間に巻回されており、これらの転向部材群１１及び基材ホルダ１２を周回することにより、ターゲット７の構成粒子の噴流であるプルーム９が生成している成膜領域１０にて複数列レーンを構成するように配置されている。転向部材群１１、基材ホルダ１２、送出リール（送出装置）１３及び巻取リール（巻取装置）１４を駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動させることにより、送出リール１３から送り出された長尺基材２５が転向部材群１１及び基材ホルダ１２を周回し、ターゲット７に対向した成膜領域１０を複数回通過して、巻取リール１４に巻き取られるようになっている。
【００２３】
転向部材群１１は、同径の転向部材が同軸的に配列してなる構成である。転向部材群１１を構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、長尺基材２５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。転向部材群１１を構成する各転向部材は、搬送される長尺基材２５とともに回転する構成でも良く、各転向部材は動かずに、その側面上で長尺基材２５が滑っている構成でも良い。転向部材群１１を構成する各転向部材を回転させる場合には、長尺基材２５の移動速度に合わせて各転向部材を回転させる駆動手段（図示略）を設けても良い。
【００２４】
基材ホルダ１２は、同径の転向部材が同軸的に配列してなる構成であり、基材ホルダ１２に長尺基材２５をその裏面が接した状態で保持しつつ、各転向部材によって移動方向が転向した状態にある長尺基材２５のうち、ターゲット７に対向する部分である成膜領域１０を走行する長尺基材２５が、ターゲット７から等距離に位置している。
基材ホルダ１２を構成する各転向部材は、円柱状もしくは円板状、半円柱状もしくは半円板状、楕円柱状もしくは楕円板状など、長尺基材２５の移動方向を滑らかに転向させる湾曲した側面（湾曲面）を有するものが好ましい。これにより、転向部材によって移動方向が転向した状態にある長尺基材２５は、ターゲット７に対向する部分において、ターゲット７に向かって凸形状に湾曲するようになる。なお、「円柱状もしくは円板状」等は、転向部材の径と軸方向の長さとの比を特に限定しない趣旨である。
基材ホルダ１２を構成する各転向部材は、搬送される長尺基材２５とともに回転する構成でも良く、各転向部材は動かずに、その側面上で長尺基材２５が滑っている構成でも良い。基材ホルダ１１を構成する各転向部材を回転させる場合には、長尺基材２５の移動速度に合わせて各転向部材を回転させる駆動手段（図示略）を設けても良い。
【００２５】
基材ホルダ１２は、比較的熱容量の大きいものより形成されていることが好ましい。基材ホルダ１２が熱容量の大きいものより形成されることにより、ターゲット７の移動などの外乱による温度の変動を抑制することができ、長尺基材２５の成膜面の温度をより安定して保持することができる。基材ホルダ１２を構成する比較的熱容量の大きい材料としては、熱容量が４００Ｊ／ｋｇ・Ｋ以上のものが好ましく、具体的にはインコネル（ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）；熱容量４４４Ｊ／ｋｇ・Ｋ）等のニッケル基合金が挙げられる。
【００２６】
処理容器２には、排気孔３を介して真空排気装置４が接続され、この真空排気装置４により処理容器２内を所定の圧力に減圧するようになっている。
長尺基材２５の移動方向を転向させる転向部材群１１、基材ホルダ１２、送出リール１３および巻取リール１４は処理容器２内に収容され、処理容器２内が所定の圧力に減圧されている間は、長尺基材２５の長手方向の全体が、処理容器２内の減圧下に置かれるようになっている。
【００２７】
ターゲット７は、成膜する薄膜の組成に合わせて適宜材料が選択される。薄膜として臨界温度（Ｔｃ）が９０Ｋあるいはそれ以上の酸化物超電導体薄膜２３を成膜する場合は、所望の酸化物超電導体薄膜２３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がターゲット７として使用される。
この酸化物超電導体としては、Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ、Ｇｄ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘに代表されるＲＥ１２３系の酸化物超電導体等が好ましい。このターゲット７の形状としては、例えば、円板状、矩形状等のものが用いられる。
【００２８】
ターゲット７にレーザー光Ｌを照射するレーザー光発光手段６は、ターゲット７からその構成粒子を叩き出し若しくは蒸発させることができるレーザー光Ｌを発生するものであれば良い。レーザーの波長、出力、照射エネルギー等は、ターゲット７の材質や成膜速度等に応じて、適宜設定することが可能である。ターゲット２７にレーザ光Ｌを照射するレーザ光発光手段６としては、Ａｒ−Ｆ（１９３ｎｍ）、Ｋｒ−Ｆ（２４８ｎｍ）、Ｘｅ−Ｃｌ（３０８ｎｍ）などのエキシマレーザー、ＹＡＧレーザー、ＣＯ2レーザーなどのいずれのものを用いても良い。
【００２９】
処理容器２には、レーザー光発光手段６のレーザ光Ｌを取り込むための窓５が設けられている。本実施形態においては、レーザ光発光手段６は処理容器２の外側に設置されているが、処理容器２の内側に配置することも可能である。
レーザー光Ｌは、その照射位置を移動させる手段（図示略）により、レーザー光Ｌの照射位置をターゲット７の表面上で移動可能とされていることが好ましい。このようにレーザー光Ｌの照射位置をターゲット７の表面上で移動可能とすることにより、ターゲット７が局所的に削られて、ターゲット７の寿命が短くなることを防止することができる。また、ターゲット７の表面上でレーザー光Ｌの照射位置を移動可能とすることにより、ターゲット７からのプルーム９を複数発生させて、ターゲット７の構成粒子が基材２５上に堆積する成膜領域１０を広くすることができ、基材ホルダ１２上で複数列とされた長尺基材２５に達する構成粒子の濃度の均一性を高め、均一な膜厚、膜質および特性の薄膜を効率よく成膜することができる。
【００３０】
ターゲット７はターゲットホルダ（図示略）により固定され、ターゲット移動機構（図示略）によって、平行な面に沿って移動可能に設けられている。さらに、ターゲット７は、ターゲット７の中心を軸として回転可能に設けられていることが好ましい。このように、ターゲット７を移動可能及び回転可能に設けるならば、長時間の成膜を継続して実施しても、ターゲット７の表面がほぼ均一に削られるので、ターゲット７表面の形状乱れによってプルーム９の大きさが変わる不具合を防止することができ、長尺基材２５の長手方向に均一な膜厚、膜質および特性の薄膜を形成することが可能となる。
【００３１】
ターゲット７と基材ホルダ１２との間には、基材ホルダ１２に保持された長尺基材２５の表面に対向するようにヒーター８が配置されている。ヒーター８は、ターゲット７からのプルーム９が形成された成膜領域１０以外の部分に設けられており、図２〜４に示す成膜装置１においては、２個のヒーター８、８が、成膜領域１０を挟んで対向配置されている。
ヒーター８は、赤外線などにより、長尺基材２５をその表面側から非接触で直接加熱することができる。ヒーター８は、例えば通電式の加熱ヒーターが挙げられる。なお、図２および図３に示す例では、２個のヒーター８が設けられた例を示しているが、本発明はこれに限定されず、後述する位置関係を満たすように配置されていれば、３個以上のヒーターを有する構成とすることも可能である。また、複数のヒーター８、８は、成膜領域１０を中心として対称に配されている例に限定されず、後述する位置関係を満たしていれば、成膜領域１０を中心として非対称に配されていてもよい。
【００３２】
図４は、本実施形態の成膜装置１のヒーター８の配置を説明する模式図である。図４に示すように、ヒーター８は、ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳ、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨ、基材ホルダ１２の中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすように配置されている。ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳは、具体的には、８０〜１５０ｍｍの範囲に設定することが好ましい。ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳを前記範囲に設定することにより、ターゲット７からの構成粒子を長尺基材２５の成膜面上に安定して配向させることができる。
ここで、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨとは、長尺基材２５とヒーター８との最短距離を表し、基材ホルダ１２の中心線Ａ１（以下、「基材ホルダ中心線Ａ１」と略称することがある。）とヒーター８との最短距離ＰＨとは、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８の端部８ａとの距離を表し、成膜装置１が複数個のヒーター８を有する場合は、成膜領域１０に最も近いヒーター８の端部８ａと基材ホルダ中心線Ａ１との距離を表す。
【００３３】
このような関係を満たすようにヒーター８を配置することにより、長尺基材２５の表面を効率的に加熱し、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を容易に安定させることができ、良好な膜質および特性の薄膜を成膜することができる。
長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨを０．５５ＴＳ以上とすることにより、ヒーター８と長尺基材２５との距離が近くなり、長尺基材２５の表面温度が高くなってしまい、後述する中間層と酸化物超電導薄膜が界面反応を起こすことを抑制することができる。また、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨを０．８５ＴＳ以下とすることにより、長尺基材２５とヒーター８とが離れすぎてしまい、長尺基材２５の搬送速度を速くした場合に、長尺基材２５の表面温度を所望の温度に制御することが難しくなることを抑制することができる。
【００３４】
また、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨを０．３５ＴＳ以上とすることにより、ターゲット７の構成粒子の噴流であるプルーム９を阻害せず、構成粒子を長尺基材２５の表面に到達させて薄膜を形成することができる。さらに、基材ホルダ中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨを０．５５ＴＳ以下とすることにより、成膜領域１０の長尺基材２５の表面を効率的に加熱し、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を所望の温度に制御することができる。
【００３５】
図５は、図１１に示す従来の成膜装置のように基材の裏面から加熱を行う場合と、本実施形態の成膜装置１により長尺基材２５の表面側から加熱を行う場合の基材ホルダと長尺基材と成膜される薄膜との温度分布を模式的に示した図である。図５では、金属基材上に中間層（他結晶中間薄膜）が形成された長尺基材上に、超電導薄膜（酸化物超電導体薄膜）を成膜する場合を例として示している。
【００３６】
図５（ｂ）に示すように、従来の成膜装置では、ヒーターが内蔵された基材ホルダとの接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行っていたため、成膜される基材表面まで熱が伝わるのに若干の時間を要し、成膜表面の温度が良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度よりも低くなってしまうという問題があった。また、長尺基材が成膜領域を複数回通過するようにして薄膜（超電導薄膜）の膜厚を厚くしていくほど、長尺基材の裏面からの加熱では、成膜面の温度を最適温度に保つことが難しくなり、積層毎に数℃ずつ成膜温度を上げるなどの温度制御を行う必要があった。
【００３７】
これに対し、本実施形態の成膜装置１は、所定の位置に配置したヒーター８により、長尺基材２５の表面側から長尺基材２５の成膜面を加熱するため、図５（ａ）に示すように、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御することができる。したがって、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、長尺基材２５の表面（成膜面）側から加熱しているため、薄膜（超電導薄膜）の膜厚を厚くするのに伴って成膜表面の温度が徐々に下がることも抑制できるので、温度設定を変化させる必要がない。したがって、従来の成膜装置のように、成膜温度を上昇させることにより起こる中間層と超電導薄膜との界面反応を抑制することができる。そのため、特性を低下させることなく、厚い酸化物超電導膜を成膜することが可能となる。
さらに、本実施形態の成膜装置１では、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。また、生産性を上げるためにレーザー光発光手段６からのレーザー光Ｌの発振周波数を増加させて、ターゲット７からの構成粒子の飛散量を増やして、成膜速度を高くする場合にも、長尺基材２５の表面側から加熱するため、成膜速度の増加により長尺基材２５の成膜面に堆積する粒子量が多くなっても、成膜表面の温度を安定して制御することができる。
【００３８】
次に、本発明の成膜方法の一実施形態として、成膜装置１を用いた成膜方法の一例について説明する。
以下、本発明の成膜装置１を用いた成膜方法の一実施形態として、長尺基材２５の上にＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる酸化物超電導体薄膜２３を形成する場合の成膜方法について説明する。
ハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）からなる長尺テープ状の金属基材２１上にＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７ （ＧＺＯ）からなる多結晶中間薄膜（中間層）２２が形成された長尺基材２５を、多結晶中間薄膜２２側がターゲット７側になるように基材ホルダ１２及び転向部材群１１間に図３に示すように巻回する。また、酸化物超電導体のターゲットとしてＹ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる長方形状のターゲット７をセットする。
【００３９】
次いで、処理容器２内を真空排気手段４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２内に酸素ガスを導入して処理容器２内を酸素雰囲気としても良い。
次いで、送出リール１３、転向部材群１１、基材ホルダ１２及び巻取リール１４を同時に駆動し、長尺基材２５を送出リール１３から巻取リール１４に向けて所定の速度にて移動させる。同時に、ヒーター８を作動させて、長尺基材２５の表面側から成膜面を加熱し、長尺基材３４の表面（成膜面）温度を所望の温度に制御する。ヒーター８により加熱される長尺基材２５の表面（成膜面）の温度制御は、処理容器２内の適所に複数の温度センサを設置しておき、成膜領域１０を走行する長尺基材２５の表面（成膜面）の温度が均一になるようにヒーター８をＯＮ／ＯＦＦ制御すること等によって行うことができる。
【００４０】
次いで、レーザー光発光手段６によりレーザー光Ｌをターゲット７に照射する。この際、レーザー光Ｌによりターゲット７から叩き出され若しくは蒸発される構成粒子は、その放射方向の断面積が拡大したプルーム９となり、成膜領域１０を走行する長尺基材２５の表面上を覆う。さらに、この際、レーザー光Ｌの照射位置を振幅させたり、ターゲット７を水平方向に移動させることにより、ターゲット７の表面に照射するレーザー光Ｌの位置を移動させることが好ましい。これにより成膜領域１０において基材ホルダ１２に保持されて複数レーンを構成する長尺基材２５の表面に達する構成粒子の濃度を均一にすることができる。
【００４１】
次に、長尺基材２５を、基材ホルダ１２に長尺基材２５の裏面が接しつつ、長手方向に移動する状態で、成膜領域１０内を通過させる。長尺基材２５は、基材ホルダ１２、転向部材群１１間を周回する毎に成膜領域１０を通過し、この通過毎に長尺基材２５の表面上に酸化物超電導体からなる薄膜である酸化物超電導体薄膜３１が成膜される。
【００４２】
本実施形態の成膜方法によれば、所定の位置にヒーター８を配し、このヒーター８により長尺基材２５の表面側より成膜面を直接加熱することにより、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を良好な膜質の薄膜を成膜するのに適した最適温度に安定して制御しながら成膜することができる。したがって、長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。
また、本実施形態の成膜方法では、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御しながら成膜することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。
【００４３】
なお、本発明の成膜装置は、上記実施形態の成膜装置１の構成に限定されるものではなく、ヒーターの配置が図４に示す位置関係を満たしている限り適宜変更可能である。
例えば、図６に示すように、複数のヒーター８Ｂ（図６に示す例では８個）を、対向する基材ホルダ１２の曲面に沿うように配置してもよく、必要に応じて基材ホルダ１２及びヒーター８Ｂを覆うように囲み部材１７を設けてもよい。囲み部材１７を設ける場合は、囲み部材１７の側壁部にレーザ光Ｌを取り込むための窓１７ａを、囲み部材１７の底面部にターゲット７からのプルーム９を長尺基材２５まで行き渡らせるための開口部１６を、囲み部材１７の上面部に長手方向に移動する長尺基材２５を通すための窓１７ｂ、１７ｃを設ける構成とする。この際、囲み部材１７の開口部１６を形成する開口縁部１７Ａ、１７Ａは、成膜領域１０の最近接位置に配置されたヒーター８Ｂの成膜領域１０側端部とほぼ同等の位置とすることが好ましい。このような配置とすることにより、開口縁部１７Ａ、１７Ａによりターゲット７からのプルーム９が阻害されることを抑止できる。
【００４４】
なお、転向部材群１１を省略して、ターゲット７に対向する基材ホルダ１２に対し、複数本の長尺基材２５を複数組の送出リール１３および巻取リール１４で搬送するようにし、複数列とされた各長尺基材２５が、成膜領域１０を１回通過する構成とすることも可能である。
また、基材を複数列とする代わりに、図７に示すように、長尺基材２５の幅を広くすることもできる。この場合は、複数の転向部材が同軸的に配置されてなる基板ホルダ１２ではなく、長尺基材３４の幅またはそれ以上の軸方向の長さを有する一つの転向部材よりなる基材ホルダ１２Ａを用いることができる。
さらに、送出リール１３と巻取リール１４の役割を入れ替え可能にして、リールに巻き取った長尺基材２５を再度ターゲットに対向する位置に送出できるように構成し、長尺基材２５の一端側のリールと、長尺基材２５の他端側のリールとの間で、長尺基材２５の往復動作を繰り返すことにより、厚い膜を成膜することが可能である。
【００４５】
また、上記した実施形態では、ターゲット７に対向配置された基材ホルダ１２が円筒状であり、この基材ホルダ１２と転向部材群１１との間に長尺基材２５が巻回される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図８に示すような装置構成とすることもできる。なお、図８に示す成膜装置１Ｂにおいて、図２に示す成膜装置１と同一または類似の構成要素には同一または類似の符号を付してある。
【００４６】
図８に示す成膜装置１Ｂは、長尺基材２５の移動方向を転向する転向部材を複数個同軸的に配列してなり、離間して対向配置された一対の転向部材群１１ａ、１１ｂと、転向部材群１１ａの外側に配置された長尺基材２５を送り出すための送出リール１３Ｂと、転向部材群１１ｂの外側に配置された長尺基材２５を巻き取るための巻取リール１４Ｂと、転向部材群１１ａ、１１ｂの間に配置され、転向部材群１１ａ、１１ｂの巻回により複数列とされた長尺基材２５を支持する基板ホルダ１２Ｂと、基材ホルダ１２Ｂに接した状態にある基材２５の表面に対向するように配されたターゲット７と、ターゲット７にレーザ光Ｌを照射するレーザ光発光手段６と、ターゲット７と基材ホルダ１２Ｂの間に配置された長尺基材２５を表面側から加熱するヒーター８とを少なくとも備えて構成されている。転向部材群１１ａ、１１ｂ、送出リール１３Ｂ及び巻取リール１４Ｂを駆動装置（図示略）により互いに同期して駆動させることにより、送出リール１３Ｂから送り出された長尺基材２５が転向部材群１１ａ、１１ｂを周回する毎に成膜領域１０を通過し、この通過毎に長尺基材２５の表面上にターゲット７の構成粒子を堆積させて薄膜を形成し、巻取リール１４Ｂに巻き取られるようになっている。成膜装置１Ｂにおいて、送出リール１３Ｂ、巻取リール１４Ｂ、転向部材群１１ａ、１１ｂは、上記第１実施形態の送出リール１３、巻取リール１４、転向部材群１１と、夫々、同様である。
【００４７】
図８に示す成膜装置１Ｂは、基材ホルダ１２Ｂは転向部材群１１ａ、１１ｂの間に配されており、転向部材群１１ａ、１１ｂの間を長手方向に移動する長尺基材２５を、その裏面に接した状態で保持している。基材ホルダ１２Ｂは、ターゲット７側の面が緩やかに膨出した湾曲形状をしている。基材ホルダ１２Ｂを構成する材質は、上記第１実施形態の基材ホルダ１２と同様である。
長尺基材２５は、成膜面が外側となるように転向部材群１１ａ、１１ｂに巻回されており、ターゲット７からのプルーム９が生成された成膜領域１０にて、基材ホルダ１２Ｂに保持されて複数列レーンを構成するように配置されている。
【００４８】
ヒーター８は、上記第１実施形態と同様に、ターゲット７と長尺基材２５との距離ＴＳ、長尺基材２５とヒーター８との距離ＳＨ、基材ホルダ１２Ｂの中心線Ａ１とヒーター８との最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすように配置されている。そのため、上記した成膜装置１と同様に、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から長尺基材２５の成膜面を加熱して長尺基材２５の表面（成膜面）の温度を安定して最適温度に保つことができるので、良好な膜質および特性の薄膜を安定して成膜することができる。また、ヒーター８により長尺基材２５の表面側から成膜面を直接加熱するため、長尺基材２５を高速に搬送して成膜する場合にも、長尺基材２５の成膜面を十分に加熱することができるので、成膜面の温度を安定して制御することができる。したがって、良好な膜質および特性の薄膜を、良好な生産性で成膜することができる。
【００４９】
本発明の成膜方法および成膜装置は、酸化物超電導体薄膜の成膜用として、好適に用いることができる。
また上述した実施形態では、酸化物超電導体薄膜を形成する場合に、本発明の成膜方法及び成膜装置を適用した例を詳述したが、例えば、ＩＢＡＤ法により形成された多結晶中間薄膜上にＣｅＯ２中間層を形成し、次いで酸化物超電導体薄膜を形成する場合においては、本発明の成膜方法及び成膜装置をＣｅＯ２中間層の形成にも使用することが可能である。
【００５０】
以上、本発明の成膜方法及び成膜装置について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
【実施例】
【００５１】
以下、実施例を示して本発明をさら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。
【００５２】
以下に示す実施例では、図２および図３に示す本発明の成膜装置を用い、比較例では、図１１に示す成膜装置を用いて、長尺基材上にＹ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ系（Ｙ１Ｂａ２Ｃｕ３Ｏｘ）の酸化物超電導体薄膜を成膜した。なお、実施例および比較例において、レーザーは一定エリアをスキャンし、レーン数は図７に示す如く１レーンとし、成膜を複数回繰り返すことにより膜厚１μｍの酸化物超電導薄膜を成膜した。
長尺基材としては、実施例および比較例のいずれも共通に、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのハステロイ（米国ヘインズ社製商品名）テープ上に、ＩＢＡＤ法によりＧｄ２Ｚｒ２Ｏ７（ＧＺＯ）からなる厚さ１μｍの多結晶中間薄膜（中間層）を形成したものを用いた。
【００５３】
（実施例１）
線速（長尺基材の搬送速度）４０ｍ／ｈで、レーザー発振器（レーザー光発光手段）の台数の増減により、ターゲットに照射するレーザー光の発振周波数を調整し、ターゲットからの構成粒子の濃度を調整することで、長尺基材の表面への単位面積当たりの成膜レートを変化させて成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。なお、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝７０ｍｍ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝４５ｍｍとして、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。
【００５４】
（比較例１）
ヒーターが内蔵された基台への接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行ったこと以外は実施例１と同様にして成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。
【００５５】
実施例１および比較例１の結果を図９に示す。
図９の結果より、従来の成膜装置を用いて成膜した比較例１では、レーザー発振周波数が３００Ｈｚを超えると急速に臨界電流値Ｉｃが低下していた。これに対し、本発明の成膜装置１を用いて成膜した実施例１では、レーザー発振周波数１２００Ｈｚまで臨界電流値Ｉｃが維持されていた。ただし、レーザー発振周波数１８００Ｈｚとした成膜では、レーザーエネルギーがターゲットに集中しすぎたためにターゲット表面が歪により破壊され、正常なプルームが発生せず、安定した状態で成膜ができなかったために臨界電流値Ｉｃが低下したものであり、成膜装置１により安定成膜できる成膜レートの限界に達したものではない。この結果より、本発明によれば、高い成膜レートで成膜した場合にも、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成することができることが明らかである。
【００５６】
（実施例２）
ターゲットに照射するレーザー光の発振周波数を３００Ｈｚとし、線速（長尺基材の搬送速度）を変化させて成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。なお、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝７０ｍｍ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝４５ｍｍとして、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。
【００５７】
（比較例２）
ヒーターが内蔵された基台への接触加熱により、長尺基材の裏面から加熱を行ったこと以外は実施例１と同様にして成膜を行い、得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。
【００５８】
実施例２および比較例２の結果を図１０に示す。
図１０の結果より、従来の成膜装置を用いて成膜した比較例２では、線速が４０ｍ／ｈを越えると急速に臨界電流値Ｉｃが低下していた。これに対し、本発明の成膜装置１を用いて成膜した実施例２では、線速１６０ｍ／ｈまでは臨界電流値Ｉｃ＞３００Ａであり、線速２４０ｍ／ｈにおいても臨界電流値Ｉｃが約２８０Ａであった。
この結果より、速い線速で成膜した場合にも、超電導特性を低下させることなく酸化物超電導体薄膜を形成することができており、本発明によれば、良好な生産性で良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を成膜することができることが明らかである。
【００５９】
図９及び図１０の結果より、従来の成膜装置では、レーザー発振器（レーザー光発光手段）の台数を増やして成膜レートを上げると、成膜面の温度を所望の温度に制御することが難しく、成膜温度を安定にすることができないため、レーザー周波数が３００Ｈｚを超えると、成膜される酸化物超電導体薄膜の膜質が低下し、超電導特性Ｉｃが低下していた。また、単位面積の成膜レートを下げた場合にも、線速を上げていくと、長尺基材の裏面からの加熱であるため、長尺基材の成膜面まで伝熱する前に長尺基材が成膜領域を通過してしまうため、所定の成膜温度を安定に保つことができず、４０ｍ／ｈを超える線速での成膜は難しかった。
これに対し、本発明の成膜装置１では、長尺基材の表面側から成膜面を直接加熱するため、成膜レートを上げた場合にも、成膜面の温度を所定の温度に安定して保つことができ、良好な膜質および超電導特性の酸化物超電導薄膜を製造することができた。また、本発明の成膜装置１は、従来の成膜装置のような基材裏面側からの加熱ではなく、基材表面側から成膜面を直接加熱するため、線速を上げた場合にも、成膜面を所望の温度に安定して制御することができ、良好な膜質および超電導特性の酸化物超電導薄膜を、良好な生産性で製造することができた。
【００６０】
（実施例３）
線速８０ｍ／ｈ、レーザー発振周波数６００Ｈｚ、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ＝１００ｍｍとし、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨおよび基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨを表１に示す位置となるようにヒーターを配置し、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。結果を表１に併記した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１の結果より、本発明の成膜装置１において、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳの関係を満たすようにヒーターを配置して成膜することにより、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成できることが確認された。
【００６３】
（実施例４）
線速８０ｍ／ｈ、レーザー発振周波数６００Ｈｚ、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳ、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ、および基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨを表２に示す位置となるようにヒーターを配置し、長尺基材の成膜面の温度を約８００℃に制御して成膜を行った。得られた酸化物超電導体薄膜の臨界電流値Ｉｃ（Ａ）を測定した。結果を表２に併記した。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２の結果より、本発明の成膜装置１において、長尺基材とヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、基材ホルダの中心線とヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳの関係を満たすようにヒーターを配置して成膜することにより、良好な超電導特性の酸化物超電導体薄膜を形成できることが確認された。特に、ターゲットと長尺基材との距離ＴＳを８０〜１５０ｍｍの範囲として成膜することにより、より良好な超電導特性の酸化物超電導薄膜を形成できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、レーザー光をターゲットに照射して、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、この構成粒子を帯状の基材上に堆積させることにより薄膜を形成する成膜方法及び成膜装置に広く適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ｂ…成膜装置、２…処理容器、４…真空排気装置、６…レーザー光発光手段、７…ターゲット、８、８Ｂ…ヒーター、９…プルーム、１０…成膜領域、１１、１１ａ、１１ｂ…転向部材群、１２、１２Ａ、１２Ｂ…基材ホルダ、１３、１３Ｂ…送出ロール、１４、１４Ｂ…巻取ロール、２１…金属基材、２２…多結晶中間薄膜（中間層）、２３…薄膜（酸化物超電導体薄膜）、２５…長尺基材（基材）、Ｌ…レーザー光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルームを生成し、このプルームからの粒子を基材の表面上に堆積させ、該基材上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記基材を長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、
前記送出装置と前記巻取装置との間に配置され、該送出装置と該巻取装置の間を移動する前記基材の裏面と接した状態で該基材を保持する基材ホルダと、
前記基材ホルダに接した状態にある前記基材の表面と対向配置されたターゲットと、
前記ターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、
前記ターゲットと前記基材ホルダの間に前記基材の表面に対向するように配置され、該基材を表面側から加熱するヒーターと、
を少なくとも備え、
前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳ、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記送出装置と前記巻取装置の間に配置された前記基材の移動方向を転向させる転向部材を備え、
前記基材は、前記基材ホルダと前記転向部材との間に複数回巻回されて複数の隣接するレーンを構成することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
酸化物超電導体薄膜の成膜用であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
レーザー光を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てターゲットの構成粒子の噴流であるプルームを生成させ、このプルームが生成している成膜領域に基材を通過させて、該プルームからの粒子を該基材の表面上に堆積させることにより、該基材上に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜領域を通過する前記基材を基材ホルダにより保持して、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳで該ターゲットと対向配置し、
前記ターゲットと前記基材ホルダの間に、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーターを配置し、
このヒーターにより前記基材を表面側から加熱しながら前記成膜領域を通過させて該基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記基材を前記成膜領域を複数回通過させて、該成膜領域の通過毎に該基材上に薄膜を形成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】
前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導体薄膜であることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜方法。
【請求項１】
レーザー光によってターゲットから叩き出され若しくは蒸発した構成粒子の噴流であるプルームを生成し、このプルームからの粒子を基材の表面上に堆積させ、該基材上に薄膜を形成する成膜装置であって、
前記基材を長手方向に沿って移動させる送出装置及び巻取装置と、
前記送出装置と前記巻取装置との間に配置され、該送出装置と該巻取装置の間を移動する前記基材の裏面と接した状態で該基材を保持する基材ホルダと、
前記基材ホルダに接した状態にある前記基材の表面と対向配置されたターゲットと、
前記ターゲットにレーザー光を照射するレーザー光発光手段と、
前記ターゲットと前記基材ホルダの間に前記基材の表面に対向するように配置され、該基材を表面側から加熱するヒーターと、
を少なくとも備え、
前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳ、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨとしたとき、ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすことを特徴とする成膜装置。
【請求項２】
前記送出装置と前記巻取装置の間に配置された前記基材の移動方向を転向させる転向部材を備え、
前記基材は、前記基材ホルダと前記転向部材との間に複数回巻回されて複数の隣接するレーンを構成することを特徴とする請求項１に記載の成膜装置。
【請求項３】
酸化物超電導体薄膜の成膜用であることを特徴とする請求項１または２に記載の成膜装置。
【請求項４】
レーザー光を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てターゲットの構成粒子の噴流であるプルームを生成させ、このプルームが生成している成膜領域に基材を通過させて、該プルームからの粒子を該基材の表面上に堆積させることにより、該基材上に薄膜を形成する成膜方法であって、
前記成膜領域を通過する前記基材を基材ホルダにより保持して、前記ターゲットと前記基材との距離ＴＳで該ターゲットと対向配置し、
前記ターゲットと前記基材ホルダの間に、前記基材と前記ヒーターとの距離ＳＨ＝０．５５ＴＳ〜０．８５ＴＳ、前記基材ホルダの中心線と前記ヒーターとの最短距離ＰＨ＝０．３５ＴＳ〜０．５５ＴＳを満たすようにヒーターを配置し、
このヒーターにより前記基材を表面側から加熱しながら前記成膜領域を通過させて該基材上に薄膜を形成することを特徴とする成膜方法。
【請求項５】
前記基材を前記成膜領域を複数回通過させて、該成膜領域の通過毎に該基材上に薄膜を形成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】
前記ターゲットが酸化物超電導体用材料であり、前記薄膜が酸化物超電導体薄膜であることを特徴とする請求項４または５に記載の成膜方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−８７３５９（Ｐ２０１２−８７３５９Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３４８６７（Ｐ２０１０−２３４８６７）
【出願日】平成２２年１０月１９日（２０１０．１０．１９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１９日（２０１０．１０．１９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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