JP3771027B2

JP3771027B2 - Deposition method and apparatus for depositing orientation-controlled polycrystalline thin film

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Publication number: JP3771027B2
Application number: JP35843097A
Authority: JP
Inventors: 康裕飯島; 真理子保坂; 伸行定方; 隆斉藤
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1997-12-25
Filing date: 1997-12-25
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-12-25
Also published as: JPH11185544A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テープ状の基材上に配向制御多結晶薄膜を形成する配向制御多結晶薄膜の蒸着方法及び蒸着装置に係わり、特に、成膜効率を低下させることなく、配向制御多結晶薄膜の表面の結晶配向性を向上させることができる配向制御多結晶薄膜の蒸着方法及び蒸着装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年になって発見された酸化物超電導体は、液体窒素温度を超える臨界温度を示す優れた超電導体であるが、現在、この種の酸化物超電導体を実用的な超電導体として使用するためには、種々の解決するべき問題点が存在している。その問題点の１つが、酸化物超電導体の臨界電流密度が低いという問題である。
前記酸化物超電導体の臨界電流密度が低いという問題は、酸化物超電導体の結晶自体に電気的な異方性が存在することが大きな原因となっており、特に酸化物超電導体はその結晶軸のａ軸方向とｂ軸方向には電気を流し易いが、ｃ軸方向には電気を流しにくいことが知られている。このような観点から酸化物超電導体を基材上に形成してこれを超電導体として使用するためには、基材上に結晶配向性の良好な状態の酸化物超電導体を形成し、しかも、電気を流そうとする方向に酸化物超電導体の結晶のａ軸あるいはｂ軸を配向させ、その他の方向に酸化物超電導体のｃ軸を配向させる必要がある。
【０００３】
ところで、酸化物超電導体を導電体として使用するためには、テープ状などの長尺の基材上に結晶配向性の良好な酸化物超電導層を形成する必要がある。ところが、金属テープなどの基材上に酸化物超電導層を直接形成すると、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、結晶配向性の良好な酸化物超電導層は到底形成できないものである。しかも、酸化物超電導層を形成する際に行なう熱処理によって金属テープと酸化物超電導層との間で拡散反応が生じるために、酸化物超電導層の結晶構造が崩れ、超電導特性が劣化する問題がある。
そこで本発明者らは、ハステロイテープなどの金属テープからなる基材の上にイットリウム安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などの多結晶中間薄膜を形成し、この多結晶中間薄膜上に、酸化物超電導体の中でも臨界温度が約９０Ｋであり、液体窒素（７７Ｋ）中で用いることができる安定性に優れたＹ₁Ｂａ₂Ｃｕ₃Ｏx系の超電導層を形成することで超電導特性の優れた超電導導体を製造する試みを種々行なっている。
このような試みの中から本発明者らは先に、結晶配向性に優れた中間薄膜を形成するために、あるいは、超電導特性の優れた超電導テープを得るために、特願平３ー１２６８３６号、特願平３ー１２６８３７号、特願平３ー２０５５５１号、特願平４ー１３４４３号、特願平４ー２９３４６４号などにおいて特許出願を行なっている。
【０００４】
これらの特許出願に記載された技術によれば、ハステロイテープなどのテープ状の基材上にスパッタ装置により多結晶中間薄膜を形成する際に、スパッタリングと同時に基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射しながら多結晶中間薄膜を成膜する方法（イオンビームアシストスパッタリング法）により、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができるものである。この方法によれば、多結晶中間薄膜を形成する多数の結晶粒のそれぞれの結晶格子のａ軸あるいはｂ軸どうしのなす角度（粒界傾角）を３０度以下に揃えることができ、結晶配向性に優れた多結晶中間薄膜を形成することができる。そして更に、この配向性に優れた多結晶中間薄膜上にＹＢａＣｕＯ系の超電導層をレーザー蒸着法等により成膜するならば、酸化物超電導層の結晶配向性も優れたものになり、これにより、結晶配向性に優れ、７７Ｋで臨界電流密度が１０⁵Ａ／ｃｍ²以上と高い酸化物超電導層を形成することができる。
【０００５】
図４は、前述のイオンビームアシストスパッタリンング法に用いられる従来の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置の例を示す概略構成図である。
この配向制御多結晶薄膜の蒸着装置は、イオンビームスパッタ装置にイオンビームアシスト用のイオンガンを設けた構成となっており、テープ状の基材２を支持するとともに基材２を加熱する基材ホルダ３と、この基材ホルダ３に基材２を送り出すための基材送出ボビン４と、基材ホルダ３上で配向制御多結晶中間薄膜が形成された基材２を巻き取る基材巻取ボビン５と、前記基材ホルダ３の斜め上方に対向配置され、目的の組成の配向制御多結晶中間薄膜と同じ組成からなるターゲット６と、前記ターゲット６の斜め上方においてターゲット６の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置８と、前記基材ホルダ３の側方に対向配置され、かつ前記ターゲット６と離間して配置されたイオンガン７とが、真空排気可能な蒸着処理容器１０内に収納された概略構成となっている。
前記イオンガン７は、その中心軸線Ｓを基材２の成膜面に対して入射角度θ（基材２の垂線（法線）と中心軸線Ｓとのなす角度）でもって傾斜させて対向配置されることにより、イオンビームを基材２の成膜面に対して入射角度θでもって照射できるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで従来の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置を用いて基材２上に配向制御多結晶中間薄膜を形成する場合においては、多結晶中間薄膜の結晶配向性についてはイオンビームの基材２に対する入射角度θにより制御することができるものの、このイオンビームの最適照射領域（最適蒸着領域）は限られているため、最適照射領域以外に位置するテープ状の基材２上に蒸着した多結晶中間薄膜の結晶配向性が悪く、従ってこのような結晶配向性が悪い多結晶中間薄膜上に酸化物超電導層を形成すると、この酸化物超電導層の結晶配向性が悪くなり、その結果、得られる酸化物超電導導体の超電導特性が低下してしまうという問題があった。そこで、このような問題を解決するために、板状のマスク１１をテープ状の基材２のイオンガン７との間に配置し、最適照射領域に位置するテープ状の基材２の表面に配向制御多結晶中間薄膜を蒸着するようにしていた。
【０００７】
しかしながら前述のようなマスク１１を配設しても結晶配向性を向上させる効果が不十分で、蒸着処理容器１０内の真空中に拡散するターゲット６の構成粒子が基材巻取ボビン５側において基材２上の配向制御多結晶中間薄膜の表面に付着し、配向制御多結晶中間薄膜の最表面が結晶配向性が悪い薄い膜で覆われてしまい、従ってこの結晶配向性が悪い薄い膜上に酸化物超電導層に形成して得られる酸化物超電導導体の超電導特性に不満があった。
また、このような結晶配向性が悪い薄い膜をイオンビームで除去しながら成膜する方法も考えられているが、成膜効率が大幅に低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は前記課題を解決するためになされたもので、成膜効率を低下させることなく、配向制御多結晶薄膜の表面の結晶配向性を向上させることができる配向制御多結晶薄膜の蒸着方法と、これ方法の実施に好適に用いることができる配向制御多結晶薄膜の蒸着装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、真空排気可能な蒸着処理容器内に設けたターゲットから発生したターゲットの構成粒子を前記ターゲットの近傍を移動中のテープ状の基材上に順次堆積させるとともにこの基材成膜面の斜め方向からイオンビームを照射して配向制御多結晶薄膜を蒸着する配向制御多結晶薄膜の蒸着方法において、前記テープ状の基材上にターゲットの構成粒子を順次堆積させるとともにイオンビームを照射して配向制御多結晶薄膜を蒸着しながら、この配向制御多結晶薄膜を蒸着したテープ状の基材を、基材巻取装置ごとカバーで覆い、蒸着処理容器内の真空中に拡散するターゲットの構成粒子が基材巻取装置側の基材上に形成された配向制御多結晶薄膜の表面に付着するのを防ぎながら巻き取る工程を備えることを特徴とする配向制御多結晶薄膜の蒸着方法を前記課題の解決手段とした。
【００１０】
また、請求項２記載の発明は、ターゲットと、このターゲットの構成粒子をスパッタしてターゲットの近傍を移動中のテープ状の基材上に堆積するスパッタ手段と、前記テープ状の基材上に堆積中のターゲットの構成粒子にイオンビームを基材成膜面の斜め方向から照射するイオンガンと、配向制御多結晶薄膜が蒸着されたテープ状の基材を巻き取る基材巻取装置とが真空排気可能な蒸着処理容器内に設けられてなる配向制御多結晶薄膜の蒸着装置において、蒸着後のテープ状の基材と、前記基材巻取装置に巻き取られた蒸着後のテープ状の基材を前記基材巻取装置ごと覆って、蒸着処理容器内の真空中に拡散するターゲットの構成粒子が基材巻取装置側の基材上に形成された配向制御多結晶薄膜の表面に付着するのを防ぐためのカバーが備えられ、該カバーには蒸着後のテープ状の基材を導入するためのスリットが形成されていることを特徴とする配向制御多結晶薄膜の蒸着装置を前記課題の解決手段とした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の配向制御多結晶薄膜の蒸着方法及び蒸着装置を酸化物超電導導体の製造方法においてテープ状の基材上に配向制御多結晶中間薄膜（配向制御多結晶薄膜）を蒸着する方法及びこれに用いる蒸着装置に適用した一実施形態について説明する。
図１は、本発明の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置の一実施形態を示す概略構成図である。
この実施形態の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置は、テープ状の基材２２を支持するとともに所望温度に加熱することができる基材ホルダ２３と、基材ホルダ２３上にテープ状の基材２２を送り出すための基材送出ボビン（基材送出装置）２４と、配向制御多結晶中間薄膜（配向制御多結晶薄膜）が形成されたテープ状の基材２２を巻き取るための基材巻取ボビン（基材巻取装置）２５と、蒸着後のテープ状の基材２２と基材巻取装置２５に巻き取られた蒸着後のテープ状の基材２２を前記基材巻取装置２５ごと覆うためのカバー２６と、この基材ホルダ２３の斜め上方に所定間隔をもって対向配置された板状のターゲット３６と、このターゲット３６の斜め上方においてターゲット３６の下面に向けて配置されたスパッタビーム照射装置（スパッタ手段）３８と、前記基材ホルダ２３の側方に所定間隔をもって対向され、かつ、前記ターゲット３６と離間して配置されたイオンガン３９とが真空排気可能な蒸着処理容器４０内に収納された概略構成となっている。
【００１２】
前記基材ホルダ２３は、内部に加熱ヒータを備え、基材ホルダ２３の上に送り出されたテープ状の基材２２を必要に応じて所望の温度に加熱できるようになっている。この基材ホルダ２３はピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。このような基材ホルダ２３は、蒸着処理容器４０内のイオンガン３９から照射されるイオンビームの最適照射領域（最適蒸着領域）に配設されている。
テープ状の基材２２の構成材料としては、ステンレス鋼、銅、または、ハステロイなどのニッケル合金などの合金各種金属材料から適宜選択される長尺の金属テープを用いることができる。
【００１３】
この実施形態の蒸着装置においては、前記基材送出ボビン２４から基材ホルダ２３上にテープ状の基材２２を連続的に送り出し、前記最適照射領域で配向制御多結晶中間薄膜が蒸着された基材２を基材巻取ボビン２５で巻き取ることで基材２２上に連続成膜することができるようになっている。この基材巻取ボビン２５は、前記最適照射領域の外に配設されている。この基材巻取ボビン２５およびこれに巻き取られた蒸着後のテープ状の基材２２は、カバー２６で覆われている。
【００１４】
カバー２６は、図２に示すように前記最適照射領域内からこの領域外に導出された蒸着後のテープ状の基材２２を導入するためのスリット２７を有し、基材巻取ボビン２５に巻き取られた基材２２を取り出し可能な構造のものである。このカバー２６の材質としては、後述するターゲット３６の構成粒子と反応しない材料を用いるのが好ましく、ステンレス鋼、アルミニウム合金などを挙げることができる。スリット２７の形状は、導入される蒸着後のテープ状の基材２２の外形の輪郭と略同様のものであり、また、このスリット２７の大きさは、これに通される蒸着後のテープ状の基材２２との間にできる隙間ができるだけ小さくすることが好ましい。スリット２７と蒸着後のテープ状の基材２２との隙間が大きすぎると、蒸着処理容器４０内の真空中に拡散するターゲット２６の構成粒子が前記隙間からカバー２６内に入り、基材２２上に形成された配向制御多結晶中間薄膜の表面に付着し、配向制御多結晶中間薄膜の最表面の結晶配向性が悪くなってしまう。
このようなカバー２６の配設位置は、最適照射領域外に導出された蒸着後のテープ状の基材２２を直ちに覆うことができるように最適照射領域の直後（基材ホルダ２３の直後）にスリット２７が開口する位置に配設するのが好ましい。
【００１５】
前記ターゲット３６は、目的とする配向制御多結晶中間薄膜を形成するためのものであり、目的の組成の配向制御多結晶中間薄膜と同一組成あるいは近似組成のものなどを用いる。ターゲット３６として具体的には、ＭｇＯあるいはＹ₂Ｏ₃で安定化したジルコニア（ＹＳＺ）、ＭｇＯ、ＳｒＴｉＯ₃などを用いるがこれに限るものではなく、形成しようとする配向制御多結晶中間薄膜に見合うターゲットを適宜用いれば良い。このようなターゲット３６は、ピン等によりターゲット支持体３６ａに回動自在に取り付けられており、傾斜角度を調整できるようになっている。
【００１６】
前記スパッタビーム照射装置（スパッタ手段）３８は、容器の内部に、蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構成されているものであり、ターゲット３６に対してイオンビームを照射してターゲット３６の構成粒子を基材２２に向けて叩き出すことができるものである。
【００１７】
前記イオンガン３９は、スパッタビーム照射装置３８と略同様の構成のものであり、容器の内部に蒸発源を収納し、蒸発源の近傍に引き出し電極を備えて構成されている。そして、前記蒸発源から発生した原子または分子の一部をイオン化し、そのイオン化した粒子を引き出し電極で発生させた電界で制御してイオンビームとして照射する装置である。粒子をイオン化するには直流放電方式、高周波励起方式、フィラメント式、クラスタイオンビーム方式などの種々のものがある。フィラメント式はタングステン製のフィラメントに通電加熱して熱電子を発生させ、高真空中で蒸発粒子と衝突させてイオン化する方法である。また、クラスタイオンビーム方式は、原料を入れたるつぼの開口部に設けられたノズルから真空中に出てくる集合分子のクラスタを熱電子で衝撃してイオン化して放射するものである。
この実施形態の蒸着装置においては、図３に示す構成の内部構造のイオンガン３９を用いる。このイオンガン３９は、筒状の容器４５の内部に、引出電極４６とフィラメント４７とＡｒガスなどの導入管４８とを備えて構成され、容器４５の先端からイオンをビーム状に平行に照射できるものである。
【００１８】
前記イオンガン３９は、図１に示すようにその中心軸線Ｓを基材２２の成膜面に対して入射角度θ（基材２２の垂線（法線）と中心線Ｓとのなす角度）でもって傾斜させて対向されている。この入射角度θは５０〜６０度の範囲が好ましいが、５５〜６０度の範囲が最も好ましい。従ってイオンガン３９は基材２２の成膜面に対して入射角度θでもってイオンビームを照射できるように配置されている。
なお、前記イオンガン３９によって基材２２に照射するイオンビームは、Ｈｅ⁺、Ｎｅ⁺、Ａｒ⁺、Ｘｅ⁺、Ｋｒ⁺などの希ガスのイオンビーム、あるいは、それらと酸素イオンの混合イオンビームなどで良い。だだし、形成しようとする配向制御多結晶中間薄膜の結晶構造を整えるためには、ある程度の原子量が必要であり、あまりに軽量のイオンでは効果が薄くなることを考慮すると、Ａｒ⁺、Ｋｒ⁺などのイオンを用いることが好ましい。
【００１９】
また、前記蒸着処理容器４０には、この容器４０内を真空などの低圧状態にするためのロータリーポンプ５１およびクライオポンプ５２と、ガスボンベなどの雰囲気ガス供給源５３がそれぞれ接続されていて、蒸着処理容器４０の内部を真空などの低圧状態で、かつ、アルゴンガスあるいはその他の不活性ガス雰囲気または酸素を含む不活性ガス雰囲気にすることができるようになっている。
さらに、前記蒸着処理容器４０には、この容器４０内のイオンビームの電流密度を測定するための電流密度計測装置５４と、前記容器４０内の圧力を測定するための圧力計５５が取り付けられている。
なお、この実施形態の蒸着装置では基材ホルダ２３をピン等により支持体２３ａに回動自在に取り付けることにより傾斜角度を調整できるようしたが、イオンガン３９の支持部分に角度調整機構を取り付けてイオンガン３９の傾斜角度を調整し、イオンビームの入射角度を調整するようにしても良く、また、角度調整機構はこの例に限るものではなく、種々の構成のものを採用することができるのは勿論である。
【００２０】
次に前記構成の蒸着装置を用いてテープ状の基材２２上にＹＳＺの配向制御多結晶中間薄膜を形成する場合について説明する。
テープ状の基材２２上に配向制御多結晶中間薄膜（配向制御多結晶薄膜）を形成するには、ＹＳＺからなるターゲット３６を用い、基材ホルダ２３を最適照射領域に配置するとともに傾斜角度を調節してイオンガン３９から照射されるイオンビームを基材ホルダ２３上に移動してきた基材２２の成膜面に５０〜６０度の範囲の角度で照射できるようにする。また、テープ状の基材２２が巻かれた基材送出装置２４を蒸着処理容器４０内に配置し、一方、蒸着処理容器４０内の最適照射領域の外で、最適照射領域外に導出された蒸着後のテープ状の基材２２を直ちに覆うことができるように最適照射領域の直後（基材ホルダ２３の直後）にスリット２７が開口するようにカバー２６を配置し、このカバー２６内に基材巻取ボビン２５を収納し、基材送出ボビン２４からテープ状の基材２２を基材ホルダ２３上に連続的に送り出し、続いてカバー２６内の基材巻取ボビン２５で巻き取れるようにセットする。次に、蒸着処理容器４０の内部を真空引きして減圧雰囲気とする。そして、イオンガン３９とスパッタビーム照射装置３８を作動させる。
【００２１】
スパッタビーム照射装置３８からターゲット３６にイオンビームを照射すると、ターゲット３６の構成粒子が叩き出されて基材２２上に飛来する。そして、最適照射領域内にある基材ホルダ２３上に送り出された基材２２上にターゲット３６から叩き出した構成粒子を堆積させると同時にイオンガン３９からＡｒイオンと酸素イオンの混合イオンビームを照射して所望の厚みの配向制御多結晶中間薄膜を蒸着し、続いて最適照射領域からこの領域外に送り出された蒸着後のテープ状の基材２２をスリット２７からカバー２６内に導入し、基材巻取ボビン２５に巻き取る。
【００２２】
ここでイオン照射する際の入射角度θは、５０〜６０度の範囲が好ましく、５５〜６０度の範囲が最も好ましい。ここでθを９０度とすると、多結晶中間薄膜のｃ軸は基材２２上の成膜面に対して直角に配向するものの、基材２２の成膜面上に（１１１）面が立つので好ましくない。また、θを３０度とすると、多結晶中間薄膜はｃ軸配向すらしなくなる。前記のような好ましい範囲の角度でイオンビーム照射するならば多結晶中間薄膜の結晶の（１００）面が立つようになる。このような入射角度でイオンビーム照射を行ないながらスパッタリングを行なうことで、基材２２上に形成されるＹＳＺの配向制御多結晶中間薄膜の結晶軸のａ軸とｂ軸とを配向させることができるが、これは、堆積されている途中のスパッタ粒子に対して適切な角度でイオンビーム照射されたことによるものと思われる。
【００２３】
前述のような配向制御多結晶中間薄膜の蒸着方法あっては、前記テープ状の基材２２上にターゲット３６の構成粒子を順次堆積させるとともにイオンビームを照射して配向制御多結晶中間薄膜を蒸着し、さらにこれとともにこの配向制御多結晶中間薄膜を蒸着したテープ状の基材２２の周囲を覆いながら巻き取るようにしたことにより、蒸着処理容器４０内の真空中に拡散するターゲット３６の構成粒子が基材巻取ボビン２５側において基材２２上に形成された配向制御多結晶中間薄膜の表面に付着することが殆どなく、配向制御多結晶中間薄膜の最表面に付着する結晶配向性が悪い薄い膜を実用上殆ど問題のない程度まで大幅に低減することができる。従って、結晶配向性が悪い薄い膜の付着が殆どなく、しかも最表面の結晶配向性が優れた配向制御多結晶中間薄膜上に酸化物超電導層を成膜すると、この酸化物超電導層も結晶配向性に優れたものとなり、得られる酸化物超電導導体の超電導特性を向上させることができる。
【００２４】
【実施例】
（実施例）
図１に示す構成の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置を使用し、テープ状の基材が巻かれた基材送出装置を蒸着処理容器内に配置し、一方、蒸着後のテープ状の基材を直ちに覆うことができるように基材ホルダの直後にスリットが開口するようにカバーを配設し、このカバー内に基材巻取ボビンを収納し、基材送出ボビンからテープ状の基材を基材ホルダ上に連続的に送り出し、続いてカバー内の基材巻取ボビンで巻き取れるようにセットした。テープ状の基材としては、幅１０ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ、長さ１０ｃｍのハステロイＣ２７６テープを使用した。また、ターゲットはＹＳＺ（安定化ジルコニア）製のものを用いた。そして、この蒸着装置の蒸着処理容器内部を真空ポンプで真空引きして３.０×１０^-4トールに減圧した。スパッタ電圧１０００Ｖ、スパッタ電流１００ｍＡ、イオン源のビームの入射角度を５５度に各々設定し、イオン源のアシスト電圧を３００Ｖに、イオンビームの電流密度を１００μＡ／ｃｍ²にそれぞれ設定して基材の成膜面上にスパッタリングと同時にイオン照射を行ない、テープ速度１０ｃｍ／時間でテープ状の基材を送りながら成膜処理することで厚さ１．０μｍのＹＳＺ配向制御多結晶中間薄膜を蒸着するとともに蒸着後のテープ状の基材をスリットからカバー内に導入して該基材の周囲を覆いながら基材巻取ボビンに巻き取った。なお、前記イオンビームの電流密度とは、蒸着処理容器に取り付けた電流密度計測装置の計測数値によるものである。
【００２５】
次に、前記配向制御多結晶中間薄膜上にレーザ蒸着装置を用いて厚さ１．０μｍの酸化物超電導層を形成し、酸化物超電導導体を作製した。このレーザ蒸着装置に備えるターゲットとしては、Ｙ_0.7Ｂａ_1.7Ｃｕ_3.0Ｏ_7-xなる組成の酸化物超電導体からなるターゲットを用いた。蒸着処理室の内部を１×１０^-6トールに減圧した後、内部に酸素を導入し２×１０^-3トールとした後、レーザ蒸着を行なった。ターゲット蒸発用のレーザとして波長１９３ｎｍのＡｒＦレーザを用いた。この成膜後、４００゜Ｃで６０分間、酸素雰囲気中において薄膜を熱処理した。以上の処理で得られた酸化物超電導導体は、厚さ１０２．０μｍ、幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍのものである。
【００２６】
この酸化物超電導導体を冷却し、臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界電流密度＝３．０×１０⁵Ａ／ｃｍ²（７７Ｋ、０Ｔ）を示し、極めて優秀な超電導特性を発揮することを確認できた。このような超電導特性が優れた酸化物超電導導体が得られたのは、配向制御多結晶薄膜の最表面に結晶配向性が悪い薄い膜の付着がなく、従って最表面の結晶配向性が優れた配向制御多結晶薄膜上に結晶配向性が優れた酸化物超電導層を成膜することができためであると考えられる。よって、前述の実施例の蒸着方法によれば、配向制御多結晶薄膜を蒸着したテープ状の基材の周囲を覆いながら巻き取る工程を備えているので、成膜効率を低下させることなく、配向制御多結晶薄膜の表面の結晶配向性を向上できることが分った。
【００２７】
（比較例１）
図４に示す構成の従来の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置を使用し、ＹＳＺ配向制御多結晶中間薄膜を蒸着したテープ状の基材を覆わないで基材巻取ボビンに巻き取る以外は前記実施例と同様にして酸化物超電導導体を作製した。ここでの酸化物超電導導体は、厚さ１０２．０μｍ程度、幅１０ｍｍ、長さ１０ｃｍのものであった。ここでのＹＳＺ配向制御多結晶中間薄膜の成膜時のテープ速度は、１０ｃｍ／時間であった。
この酸化物超電導導体を冷却し、臨界電流密度の測定を行なった結果、臨界電流密度＝１．０×１０⁵Ａ／ｃｍ²（７７Ｋ、０Ｔ）を示し、実施例で得られた酸化物超電導導体に比べて超電導特性が悪いことが分った。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の配向制御多結晶薄膜の蒸着方法にあっては、テープ状の基材上にターゲットの構成粒子を順次堆積させるとともにイオンビームを照射して配向制御多結晶薄膜を蒸着しながら、この配向制御多結晶薄膜を蒸着したテープ状の基材の周囲を覆いながら巻き取る工程を備える方法であるので、蒸着処理容器内に拡散するターゲットの構成粒子が基材巻取装置側において基材上に形成された配向制御多結晶薄膜の表面に付着することが殆どなく、配向制御多結晶薄膜の最表面に付着する結晶配向性が悪い薄い膜を実用上殆ど問題のない程度まで大幅に低減することができる。従って、結晶配向性が悪い薄い膜の付着が殆どなく、しかも最表面の結晶配向性が優れた配向制御多結晶薄膜上に酸化物超電導層を成膜すると、この酸化物超電導層も結晶配向性に優れたものとなり、得られる酸化物超電導導体の超電導特性を向上させることができる。また、配向制御多結晶薄膜の最表面に結晶配向性が悪い薄い膜が殆ど付着していないため、このような結晶配向性が悪い薄い膜をイオンビームで除去しながら成膜する必要もないので、成膜効率が大幅に低下することもない。
【００２９】
また、請求項２記載の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置にあっては、特に、蒸着後のテープ状の基材と、基材巻取装置に巻き取られた蒸着後のテープ状の基材を前記基材巻取装置ごと覆うためのカバーが備えられ、かつ該カバーには蒸着後のテープ状の基材を導入するためのスリットが形成されているので、記載の配向制御多結晶薄膜の蒸着方法に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置に備えられるカバーを示す斜視図である。
【図３】図３に示す配向制御多結晶薄膜の蒸着装置に備えられるイオンガンの一例を示す断面図である。
【図４】従来の配向制御多結晶薄膜の蒸着装置の例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２２・・・テープ状の基材、２５・・・基材巻取ボビン（基材巻取装置）、
２６・・・カバー、２７・・・スリット、３６・・・ターゲット、３８・・・スパッタビーム照射装置（スパッタ手段）、３９・・・イオンガン、４０・・・蒸着処理容器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an alignment control polycrystalline thin film deposition method and vapor deposition apparatus for forming an orientation control polycrystalline thin film on a tape-like substrate, and in particular, without reducing the film formation efficiency of the orientation control polycrystalline thin film. The present invention relates to a deposition method and a deposition apparatus for an orientation-controlled polycrystalline thin film capable of improving the surface crystal orientation.
[0002]
[Prior art]
The oxide superconductor discovered in recent years is an excellent superconductor exhibiting a critical temperature exceeding the liquid nitrogen temperature, but at present, to use this kind of oxide superconductor as a practical superconductor. There are various problems to be solved. One of the problems is that the critical current density of the oxide superconductor is low.
The problem that the critical current density of the oxide superconductor is low is largely due to the presence of electrical anisotropy in the oxide superconductor crystal itself. In particular, the oxide superconductor has its crystal axis. It is known that electricity can easily flow in the a-axis direction and b-axis direction, but it is difficult to flow electricity in the c-axis direction. From this point of view, in order to form an oxide superconductor on a substrate and use it as a superconductor, an oxide superconductor with a good crystal orientation is formed on the substrate, It is necessary to orient the a-axis or b-axis of the oxide superconductor crystal in the direction in which electricity is to flow and to orient the c-axis of the oxide superconductor in the other direction.
[0003]
By the way, in order to use an oxide superconductor as a conductor, it is necessary to form an oxide superconducting layer with good crystal orientation on a long substrate such as a tape. However, when an oxide superconducting layer is formed directly on a base material such as a metal tape, the metal tape itself is polycrystalline and its crystal structure is significantly different from that of an oxide superconductor. The layer cannot be formed at all. In addition, since a diffusion reaction occurs between the metal tape and the oxide superconducting layer due to the heat treatment performed when forming the oxide superconducting layer, there is a problem that the crystal structure of the oxide superconducting layer is broken and the superconducting characteristics are deteriorated. .
Therefore, the present inventors formed a polycrystalline intermediate thin film such as yttrium-stabilized zirconia (YSZ) on a substrate made of a metal tape such as Hastelloy tape, and the oxide superconductor was formed on the polycrystalline intermediate thin film. Among them, the critical temperature is about 90K, and Y is excellent in stability that can be used in liquid nitrogen (77K). ₁ Ba ₂ Cu _Three Various attempts have been made to produce superconducting conductors having excellent superconducting characteristics by forming an Ox-based superconducting layer.
In order to form an intermediate thin film excellent in crystal orientation or to obtain a superconducting tape excellent in superconducting characteristics, the present inventors firstly applied Japanese Patent Application No. 3-126636 to such an attempt. Patent applications have been filed in Japanese Patent Application No. 3-126837, Japanese Patent Application No. 3-205551, Japanese Patent Application No. 4-13443, Japanese Patent Application No. 4-293464, and the like.
[0004]
According to the techniques described in these patent applications, when a polycrystalline intermediate thin film is formed on a tape-like substrate such as a Hastelloy tape by a sputtering apparatus, ions are formed from the oblique direction of the substrate film-forming surface simultaneously with sputtering. A polycrystalline intermediate thin film having excellent crystal orientation can be formed by a method of forming a polycrystalline intermediate thin film while irradiating a beam (ion beam assisted sputtering method). According to this method, the angle (grain boundary angle) formed by the a-axis or b-axis of each of the crystal lattices of a large number of crystal grains forming the polycrystalline intermediate thin film can be adjusted to 30 degrees or less, and the crystal orientation Can be formed. Furthermore, if a YBaCuO-based superconducting layer is formed on the polycrystalline intermediate thin film having excellent orientation by a laser vapor deposition method or the like, the crystal orientation of the oxide superconducting layer is also excellent. Excellent crystal orientation, critical current density of 10 at 77K ^Five A / cm ² A high oxide superconducting layer as described above can be formed.
[0005]
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus used in the above-described ion beam assisted sputtering method.
This orientation controlled polycrystalline thin film deposition apparatus has a configuration in which an ion beam assist ion gun is provided in an ion beam sputtering apparatus, and supports a tape-shaped substrate 2 and heats the substrate 2. 3, a base material delivery bobbin 4 for feeding the base material 2 to the base material holder 3, and a base material take-up bobbin that winds up the base material 2 on which the orientation control polycrystalline intermediate thin film is formed on the base material holder 3 5 and a target 6 which is disposed diagonally above the base material holder 3 and has the same composition as the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film having the target composition, and is disposed toward the lower surface of the target 6 diagonally above the target 6. The vapor deposition processing container 1 capable of evacuating the sputter beam irradiating device 8 and the ion gun 7 disposed opposite to the side of the substrate holder 3 and spaced apart from the target 6. It has become housed a schematic configuration within.
The ion gun 7 is disposed so as to face the central axis S with an incident angle θ (an angle formed between a normal line (normal line) of the base material 2 and the central axis S) with respect to the film formation surface of the base material 2. As a result, the ion beam can be irradiated to the film formation surface of the substrate 2 at an incident angle θ.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case where the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film is formed on the substrate 2 using the conventional orientation controlled polycrystalline thin film deposition apparatus, the ion beam is incident on the substrate 2 with respect to the crystal orientation of the polycrystalline intermediate thin film. Although it can be controlled by the angle θ, since the optimum irradiation region (optimum deposition region) of this ion beam is limited, the polycrystalline intermediate thin film deposited on the tape-like substrate 2 located outside the optimum irradiation region When the oxide superconducting layer is formed on a polycrystalline intermediate thin film having a poor crystal orientation, the crystal orientation of the oxide superconducting layer is deteriorated. As a result, the resulting oxide There has been a problem that the superconducting properties of the superconducting conductor are degraded. Therefore, in order to solve such a problem, a plate-shaped mask 11 is arranged between the tape-shaped substrate 2 and the ion gun 7 and is oriented on the surface of the tape-shaped substrate 2 located in the optimum irradiation region. A controlled polycrystalline intermediate thin film was deposited.
[0007]
However, even if the mask 11 as described above is provided, the effect of improving the crystal orientation is insufficient, and the constituent particles of the target 6 that diffuse into the vacuum in the vapor deposition processing vessel 10 are on the substrate winding bobbin 5 side. It adheres to the surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film on the substrate 2, and the outermost surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film is covered with a thin film having poor crystal orientation, and therefore, on this thin film having poor crystal orientation. In addition, the superconducting properties of the oxide superconducting conductor obtained by forming the oxide superconducting layer were unsatisfactory.
In addition, a method of forming a film while removing such a thin film having poor crystal orientation with an ion beam has been considered, but there has been a problem that the film forming efficiency is greatly reduced.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a method for depositing an orientation-controlled polycrystalline thin film capable of improving the crystal orientation of the surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film without reducing the film forming efficiency. An object of the present invention is to provide an orientation-controlled polycrystalline thin film deposition apparatus that can be suitably used for carrying out this method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the constituent particles of the target generated from the target provided in the vapor deposition processing vessel capable of being evacuated are sequentially deposited on the tape-shaped base material moving in the vicinity of the target and the base material. In the method of depositing an orientation-controlled polycrystalline thin film by irradiating an ion beam from an oblique direction of the film forming surface, the constituent particles of the target are sequentially deposited on the tape-shaped substrate and the ion beam is deposited. A tape-shaped substrate on which the orientation-controlled polycrystalline thin film is deposited while irradiating With the cover together with the substrate take-up device Covering, Prevents target constituent particles diffusing into the vacuum inside the vapor deposition vessel from adhering to the surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film formed on the substrate on the substrate winding device side. A method for evaporating an orientation-controlled polycrystalline thin film comprising a step of winding the film while taking it up was used as a means for solving the problems.
[0010]
The invention according to claim 2 is also directed to a target, sputtering means for sputtering constituent particles of the target and depositing on the tape-like substrate moving in the vicinity of the target, and the tape-like substrate. The ion gun that irradiates the constituent particles of the target being deposited with an ion beam from an oblique direction of the substrate film-forming surface, and the substrate winding device that winds the tape-like substrate on which the orientation-controlled polycrystalline thin film is deposited are vacuumed. In an orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus provided in an evacuable deposition processing vessel, a tape-shaped substrate after deposition and a tape-shaped substrate after deposition wound on the substrate winding device Cover the material together with the substrate winding device, Prevents target particles that diffuse into the vacuum inside the vapor deposition vessel from adhering to the surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film formed on the substrate on the substrate winding device side. And a cover for forming a tape-shaped substrate after vapor deposition, wherein the cover is provided with a slit for introducing an orientation-controlled polycrystalline thin film. did.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a method for depositing an orientation control polycrystalline thin film (orientation control polycrystalline thin film) on a tape-like substrate in a method for producing an oxide superconducting conductor and a method for depositing an orientation control polycrystalline thin film according to the present invention One embodiment applied to the vapor deposition apparatus used for this will be described.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a deposition apparatus for an orientation-controlled polycrystalline thin film according to the present invention.
The orientation-controlled polycrystalline thin film deposition apparatus of this embodiment supports a tape-shaped substrate 22 and can be heated to a desired temperature, and a tape-shaped substrate 22 on the substrate holder 23. Base material delivery bobbin (base material delivery device) 24 for feeding out and base material take-up bobbin for winding up tape-like base material 22 on which an orientation control polycrystalline intermediate thin film (orientation control polycrystalline thin film) is formed (Base material winding device) 25, tape-shaped base material 22 after vapor deposition, and tape-shaped base material 22 after vapor deposition wound around the base material winding device 25 are covered together with the base material winding device 25. Cover 26, a plate-like target 36 disposed diagonally above the substrate holder 23 with a predetermined interval, and a sputter beam irradiation apparatus disposed toward the lower surface of the target 36 diagonally above the target 36 (Su And an ion gun 39 that is opposed to the side of the base material holder 23 with a predetermined distance and is spaced apart from the target 36 is housed in a vapor deposition processing vessel 40 that can be evacuated. The general configuration.
[0012]
The substrate holder 23 includes a heater inside, and can heat the tape-shaped substrate 22 fed onto the substrate holder 23 to a desired temperature as needed. The base material holder 23 is rotatably attached to the support 23a by pins or the like so that the inclination angle can be adjusted. Such a substrate holder 23 is disposed in the optimum irradiation region (optimum vapor deposition region) of the ion beam irradiated from the ion gun 39 in the vapor deposition processing vessel 40.
As a constituent material of the tape-like base material 22, a long metal tape appropriately selected from various metal materials of alloys such as stainless steel, copper or nickel alloys such as Hastelloy can be used.
[0013]
In the vapor deposition apparatus of this embodiment, the tape-shaped base material 22 is continuously fed from the base material delivery bobbin 24 onto the base material holder 23, and the orientation control polycrystalline intermediate thin film is deposited in the optimum irradiation region. The material 2 can be continuously formed on the substrate 22 by winding the material 2 with the substrate winding bobbin 25. The substrate winding bobbin 25 is disposed outside the optimum irradiation region. The base material take-up bobbin 25 and the tape-like base material 22 after being wound up are covered with a cover 26.
[0014]
As shown in FIG. 2, the cover 26 has a slit 27 for introducing the tape-shaped base material 22 after the vapor deposition led out from the optimum irradiation region to the outside of the region. The wound base material 22 can be taken out. As a material of the cover 26, a material that does not react with constituent particles of the target 36 to be described later is preferably used, and examples thereof include stainless steel and aluminum alloy. The shape of the slit 27 is substantially the same as the outline of the outer shape of the tape-shaped substrate 22 after vapor deposition to be introduced, and the size of the slit 27 is the tape-shaped after vapor deposition that is passed therethrough. It is preferable to make the gap formed between the substrate 22 and the substrate 22 as small as possible. If the gap between the slit 27 and the tape-like base material 22 after vapor deposition is too large, the constituent particles of the target 26 that diffuse into the vacuum inside the vapor deposition processing container 40 enter the cover 26 through the gap, and It adheres to the surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film formed on the surface, and the crystal orientation of the outermost surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film is deteriorated.
The arrangement position of the cover 26 is immediately after the optimum irradiation region (immediately after the substrate holder 23) so that the tape-like substrate 22 after vapor deposition led out of the optimum irradiation region can be covered immediately. It is preferable to arrange the slit 27 at a position where the slit 27 is opened.
[0015]
The target 36 is used to form a target orientation controlled polycrystalline intermediate thin film, and the target 36 has the same composition as that of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film having the target composition or an approximate composition. Specifically, the target 36 is MgO or Y ₂ O _Three Stabilized zirconia (YSZ), MgO, SrTiO _Three However, the present invention is not limited to this, and a target suitable for the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film to be formed may be used as appropriate. Such a target 36 is rotatably attached to the target support 36a by a pin or the like so that the inclination angle can be adjusted.
[0016]
The sputtering beam irradiation device (sputtering means) 38 is configured to house an evaporation source inside a container and include an extraction electrode in the vicinity of the evaporation source, and irradiates the target 36 with an ion beam. Thus, the constituent particles of the target 36 can be knocked out toward the base material 22.
[0017]
The ion gun 39 has substantially the same configuration as that of the sputter beam irradiation device 38, and stores an evaporation source inside the container and includes an extraction electrode in the vicinity of the evaporation source. In this apparatus, a part of atoms or molecules generated from the evaporation source is ionized, and the ionized particles are controlled by an electric field generated by an extraction electrode and irradiated as an ion beam. There are various types of ionization of particles such as a direct current discharge method, a high frequency excitation method, a filament method, and a cluster ion beam method. The filament type is a method in which a tungsten filament is energized and heated to generate thermoelectrons and collide with evaporated particles in a high vacuum to be ionized. In the cluster ion beam system, clusters of aggregate molecules coming out in a vacuum from a nozzle provided in an opening of a crucible containing raw materials are bombarded with thermal electrons and ionized to be emitted.
In the vapor deposition apparatus of this embodiment, an ion gun 39 having the internal structure shown in FIG. 3 is used. The ion gun 39 includes an extraction electrode 46, a filament 47, and an introduction tube 48 for Ar gas inside a cylindrical container 45, and can irradiate ions in parallel in a beam shape from the tip of the container 45. It is.
[0018]
As shown in FIG. 1, the ion gun 39 has a central axis S at an incident angle θ (an angle formed between a normal line (normal line) of the base material 22 and the center line S) with respect to the film formation surface of the base material 22. It is inclined and opposed. The incident angle θ is preferably in the range of 50 to 60 degrees, and most preferably in the range of 55 to 60 degrees. Therefore, the ion gun 39 is arranged so that it can irradiate an ion beam at an incident angle θ with respect to the film forming surface of the substrate 22.
The ion beam applied to the substrate 22 by the ion gun 39 is He. ⁺ , Ne ⁺ , Ar ⁺ , Xe ⁺ , Kr ⁺ An ion beam of a rare gas such as, or a mixed ion beam of them and oxygen ions may be used. However, in order to arrange the crystal structure of the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film to be formed, a certain amount of atomic weight is required, and considering that the effect is reduced with too light ions, Ar ⁺ , Kr ⁺ It is preferable to use ions such as
[0019]
In addition, a rotary pump 51 and a cryopump 52 for bringing the inside of the container 40 into a low pressure state such as a vacuum and an atmospheric gas supply source 53 such as a gas cylinder are connected to the vapor deposition processing container 40, respectively. The inside of the container 40 can be in a low pressure state such as a vacuum, and an argon gas or other inert gas atmosphere or an inert gas atmosphere containing oxygen.
Furthermore, a current density measuring device 54 for measuring the current density of the ion beam in the container 40 and a pressure gauge 55 for measuring the pressure in the container 40 are attached to the vapor deposition processing container 40. Yes.
In the vapor deposition apparatus of this embodiment, the tilt angle can be adjusted by attaching the base material holder 23 to the support 23a by means of pins or the like. However, an angle adjustment mechanism is attached to the support portion of the ion gun 39 to provide an ion gun. The tilt angle of 39 may be adjusted to adjust the incident angle of the ion beam, and the angle adjusting mechanism is not limited to this example, and it is of course possible to adopt various configurations. It is.
[0020]
Next, the case where the YSZ orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film is formed on the tape-like substrate 22 using the vapor deposition apparatus having the above-described configuration will be described.
In order to form an orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film (orientation-controlled polycrystalline thin film) on the tape-shaped base material 22, a target 36 made of YSZ is used, the base material holder 23 is placed in the optimum irradiation region, and the tilt angle is set. The ion beam irradiated from the ion gun 39 is adjusted so that the film forming surface of the substrate 22 that has moved onto the substrate holder 23 can be irradiated at an angle in the range of 50 to 60 degrees. Further, the base material delivery device 24 around which the tape-shaped base material 22 is wound is disposed in the vapor deposition processing container 40, while being led out of the optimal irradiation area outside the optimal irradiation area in the vapor deposition processing container 40. A cover 26 is arranged so that a slit 27 is opened immediately after the optimum irradiation region (immediately after the substrate holder 23) so that the tape-shaped substrate 22 after vapor deposition can be covered immediately. The material take-up bobbin 25 is accommodated, and the tape-like base material 22 is continuously sent out from the base material delivery bobbin 24 onto the base material holder 23, and then can be taken up by the base material take-up bobbin 25 in the cover 26. set. Next, the inside of the vapor deposition processing container 40 is evacuated to form a reduced pressure atmosphere. Then, the ion gun 39 and the sputter beam irradiation device 38 are operated.
[0021]
When the target 36 is irradiated with an ion beam from the sputtering beam irradiation device 38, the constituent particles of the target 36 are knocked out and fly onto the base material 22. Then, the constituent particles knocked out from the target 36 are deposited on the base material 22 sent out on the base material holder 23 in the optimum irradiation region, and at the same time, a mixed ion beam of Ar ions and oxygen ions is irradiated from the ion gun 39. Then, a polycrystalline intermediate thin film having a desired thickness is vapor-deposited, and then the tape-like base material 22 after being fed out from this optimum irradiation region is introduced into the cover 26 through the slit 27, Take up the take-up bobbin 25.
[0022]
Here, the incident angle θ at the time of ion irradiation is preferably in the range of 50 to 60 degrees, and most preferably in the range of 55 to 60 degrees. If θ is 90 degrees, the c-axis of the polycrystalline intermediate thin film is oriented perpendicular to the film formation surface on the base material 22, but the (111) plane stands on the film formation surface of the base material 22. It is not preferable. When θ is 30 degrees, the polycrystalline intermediate thin film does not even have c-axis orientation. When the ion beam is irradiated at an angle in the above preferred range, the (100) plane of the crystal of the polycrystalline intermediate thin film comes to stand. By performing sputtering while irradiating an ion beam at such an incident angle, the a-axis and b-axis of the YSZ orientation control polycrystalline intermediate thin film formed on the substrate 22 can be aligned. However, this seems to be because the ion beam was irradiated at an appropriate angle with respect to the sputtered particles being deposited.
[0023]
In the vapor deposition method of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film as described above, the constituent particles of the target 36 are sequentially deposited on the tape-shaped base material 22 and the ion controlled beam is irradiated to deposit the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film. Further, together with this, the constituent particles of the target 36 that diffuse into the vacuum in the vapor deposition processing container 40 are obtained by winding the tape-shaped base material 22 on which the orientation control polycrystalline intermediate thin film is vapor-deposited. Hardly adheres to the surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film formed on the substrate 22 on the side of the substrate take-up bobbin 25, and the crystal orientation attached to the outermost surface of the orientation controlled polycrystalline intermediate thin film is poor. A thin film can be greatly reduced to such an extent that there is almost no problem in practical use. Therefore, when an oxide superconducting layer is formed on an orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film with almost no adhesion of a thin film with poor crystal orientation and excellent crystal orientation on the outermost surface, this oxide superconducting layer also has crystal orientation. The superconducting properties of the resulting oxide superconducting conductor can be improved.
[0024]
【Example】
(Example)
The orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus having the configuration shown in FIG. 1 is used, and a substrate delivery device on which a tape-shaped substrate is wound is placed in a deposition processing container, while a tape-shaped substrate after deposition is disposed. A cover is arranged so that a slit opens immediately after the substrate holder so that the substrate take-up bobbin is accommodated in the cover, and the tape-like substrate is removed from the substrate delivery bobbin. The sheet was continuously fed onto the substrate holder, and then set so that it could be wound by the substrate winding bobbin in the cover. As the tape-shaped substrate, Hastelloy C276 tape having a width of 10 mm, a thickness of 0.1 mm, and a length of 10 cm was used. A target made of YSZ (stabilized zirconia) was used. And the inside of the vapor deposition processing container of this vapor deposition apparatus is evacuated with a vacuum pump to 3.0 × 10. ^-Four Depressurized to tall. The sputtering voltage is set to 1000 V, the sputtering current is set to 100 mA, the incident angle of the ion source beam is set to 55 degrees, the assist voltage of the ion source is set to 300 V, and the current density of the ion beam is set to 100 μA / cm. ² The YSZ orientation control with a thickness of 1.0 μm is performed by performing ion irradiation simultaneously with sputtering on the film forming surface of the base material and performing film formation processing while feeding the tape-shaped base material at a tape speed of 10 cm / hour. The polycrystalline intermediate thin film was deposited, and the tape-shaped substrate after deposition was introduced into the cover through the slit and wound around the substrate take-up bobbin while covering the periphery of the substrate. Note that the current density of the ion beam is based on a numerical value measured by a current density measuring device attached to the vapor deposition processing vessel.
[0025]
Next, an oxide superconducting layer having a thickness of 1.0 μm was formed on the orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film using a laser vapor deposition apparatus to produce an oxide superconducting conductor. As a target provided in this laser vapor deposition apparatus, Y _0.7 Ba _1.7 Cu _3.0 O _7-x A target made of an oxide superconductor having the following composition was used. 1 × 10 inside the vapor deposition chamber ^-6 After depressurizing to tall, oxygen was introduced into the interior to 2 × 10 ^-3 After forming torr, laser deposition was performed. An ArF laser having a wavelength of 193 nm was used as a target evaporation laser. After this film formation, the thin film was heat-treated at 400 ° C. for 60 minutes in an oxygen atmosphere. The oxide superconducting conductor obtained by the above treatment has a thickness of 102.0 μm, a width of 10 mm, and a length of 10 cm.
[0026]
As a result of cooling this oxide superconductor and measuring the critical current density, critical current density = 3.0 × 10 ^Five A / cm ² (77K, 0T) was shown, and it was confirmed that extremely excellent superconducting properties were exhibited. The oxide superconducting conductor with excellent superconducting properties was obtained because there was no adhesion of a thin film with poor crystal orientation on the outermost surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film, and therefore the outermost crystal orientation was excellent. This is probably because an oxide superconducting layer having excellent crystal orientation can be formed on the orientation-controlled polycrystalline thin film. Therefore, according to the vapor deposition method of the above-described embodiment, since there is a step of winding while covering the periphery of the tape-shaped substrate on which the orientation-controlled polycrystalline thin film is vapor-deposited, the orientation can be reduced without reducing the film formation efficiency It has been found that the crystal orientation of the surface of the controlled polycrystalline thin film can be improved.
[0027]
(Comparative Example 1)
4 except that the conventional orientation-controlled polycrystalline thin film deposition apparatus having the configuration shown in FIG. 4 is used and the tape-like base material on which the YSZ orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film is deposited is wound around the substrate winding bobbin without covering it. An oxide superconducting conductor was produced in the same manner as in the example. The oxide superconducting conductor here had a thickness of about 102.0 μm, a width of 10 mm, and a length of 10 cm. Here, the tape speed at the time of forming the YSZ orientation-controlled polycrystalline intermediate thin film was 10 cm / hour.
As a result of cooling this oxide superconductor and measuring the critical current density, critical current density = 1.0 × 10 ^Five A / cm ² (77K, 0T), and it was found that the superconducting properties were worse than the oxide superconducting conductor obtained in the example.
[0028]
【The invention's effect】
As described above, in the vapor deposition method for the orientation controlled polycrystalline thin film according to claim 1, the constituent particles of the target are sequentially deposited on the tape-like substrate and the orientation controlled polycrystalline thin film is irradiated with an ion beam. In this method, the constituent particles of the target diffused in the vapor deposition treatment container are wound on the substrate. Almost no adhesion to the surface of the orientation controlled polycrystalline thin film formed on the substrate on the device side, and there is almost no problem in practical use for a thin film with poor crystal orientation that adheres to the outermost surface of the orientation controlled polycrystalline thin film. It can be greatly reduced to the extent. Therefore, when an oxide superconducting layer is formed on an orientation-controlled polycrystalline thin film with almost no adhesion of a thin film with poor crystal orientation and excellent crystal orientation on the outermost surface, this oxide superconducting layer also has crystal orientation. The superconducting properties of the resulting oxide superconducting conductor can be improved. In addition, since a thin film with poor crystal orientation hardly adheres to the outermost surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film, it is not necessary to form such a thin film with poor crystal orientation while removing it with an ion beam. The film forming efficiency is not significantly reduced.
[0029]
Moreover, in the vapor deposition apparatus for the orientation-controlled polycrystalline thin film according to claim 2, in particular, the tape-shaped base material after vapor deposition and the tape-shaped base material after vapor deposition wound around the substrate winding device Is provided with a cover for covering the whole substrate winding device, and the cover is formed with a slit for introducing a tape-like substrate after vapor deposition. It can use suitably for a vapor deposition method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus of the present invention.
2 is a perspective view showing a cover provided in the orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus of FIG. 1; FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of an ion gun provided in the orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus.
[Explanation of symbols]
22 ... tape-like substrate, 25 ... substrate winding bobbin (substrate winding device),
26 ... Cover, 27 ... Slit, 36 ... Target, 38 ... Sputter beam irradiation device (sputtering means), 39 ... Ion gun, 40 ... Deposition processing vessel.

Claims

Target constituent particles generated from a target provided in a vacuum evacuated deposition vessel are sequentially deposited on a tape-shaped substrate moving in the vicinity of the target, and ions are formed from an oblique direction of the substrate film forming surface. In the method of depositing an orientation controlled polycrystalline thin film by irradiating a beam to deposit an orientation controlled polycrystalline thin film,
Wherein while depositing the orientation control polycrystalline thin film by irradiating an ion beam causes on the base material tape sequentially depositing constituent particles of the target, the base material tape with a deposit of the alignment control polycrystalline thin film, group Cover the entire material winding device with a cover, and the target particles that diffuse into the vacuum in the vapor deposition processing vessel adhere to the surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film formed on the substrate on the substrate winding device side. A method for depositing an orientation-controlled polycrystalline thin film comprising a step of winding while preventing .

Sputtering means for sputtering a target particle of the target and depositing the target particle on the tape-like base material moving in the vicinity of the target, and an ion beam on the target particle of the target being deposited on the tape-like base material An ion gun that irradiates the substrate from the oblique direction of the substrate deposition surface and a substrate take-up device that winds the tape-like substrate on which the orientation-controllable polycrystalline thin film is deposited are provided in a vapor deposition processing vessel that can be evacuated. In the orientation control polycrystalline thin film deposition apparatus,
Cover the tape-shaped substrate after vapor deposition and the tape-shaped substrate after vapor deposition wound around the substrate winding device together with the substrate winding device , and diffuse it into the vacuum inside the vapor deposition processing vessel. A cover for preventing target constituent particles from adhering to the surface of the orientation-controlled polycrystalline thin film formed on the substrate on the substrate winder side is provided, and the cover is provided with a tape-like substrate after vapor deposition. An orientation-controlled polycrystalline thin film deposition apparatus, wherein a slit for introducing a material is formed.