CN114930489A - 用于溅射沉积的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

公开了用于将靶材料(108)溅射沉积到基底(116)的设备(100)。在一种形式中，该设备包括基底引导件(118)和靶部分(106)，该基底引导件布置成沿着弯曲路径(C)引导基底，该靶部分与基底引导件间隔开并且布置成支撑靶材料。靶部分和基底引导件在其之间限定了沉积区(114)。设备包括用于向靶材料施加电偏置的偏置器件(122)。该设备还包括限制装置(104)，其包括一个或多个磁性元件(104a,104b)，其布置成提供限制磁场以将等离子体(112)限制到所述沉积区，从而在使用中提供所述靶材料到所述基底的卷材的溅射沉积，所述限制磁场的特征在于磁场线布置成至少在所述沉积区中基本上遵循弯曲路径的曲线以便将所述等离子体限制成围绕弯曲路径的所述曲线。

Description

用于溅射沉积的方法和设备
技术领域
本发明涉及沉积，并且更具体地，涉及靶材料到基底的溅射沉积方法和设备。
背景技术
沉积是一种工艺，靶材料通过该工艺被沉积在基底上。沉积的一个例子是薄膜沉积，在薄膜沉积中，薄层(通常从大约一纳米或甚至几分之一纳米到几微米或甚至几十微米)被沉积在基底上，例如硅晶片或卷材。薄膜沉积的一种示例技术是物理气相沉积(PVD)，在物理气相沉积(PVD)中，处于凝聚相的靶材料被气化以生成蒸气，该蒸气然后被冷凝到基底表面上。PVD的一种示例是溅射沉积，在溅射沉积中，由于被高能粒子(例如离子)轰击，粒子从靶喷射出来。在溅射沉积的示例中，溅射气体，例如惰性气体，例如氩气，在低压下被引入真空腔室中，并且使用高能电子将溅射气体电离，以生成等离子体。由等离子体的离子对靶的轰击喷射出靶材料，其然后可以沉积在基底表面上。溅射沉积相对于其他薄膜沉积方法(例如蒸发)具有优点，其在于靶材料可以不需要加热靶材料而被沉积，这可以继而减少或防止对基底的热损伤。
已知的溅射沉积技术采用磁控管，在磁控管中辉光放电与磁场相结合，在接近靶的圆形区域中引起等离子体密度的增加。等离子体密度的增加可以导致沉积速率增加。然而，磁控管的使用导致靶具有圆形“跑道”形状的腐蚀轮廓，这限制了靶的利用，并且可以对所得沉积的均匀性产生负面影响。
希望提供均匀、可控和/或有效的溅射沉积，以允许提高工业应用中的实用性。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种溅射积沉设备，包括：
基底引导件，其布置为沿着弯曲路径引导基底；
靶组件，包括：
靶部分，其与基底引导件间隔开并且布置成支撑靶材料，靶部分和基底引导件在其二者之间限定沉积区；以及
偏置器件，其用于向靶材料施加电偏置；以及
限制布置，其包括一个或多个磁性元件，磁性元件布置成提供限制磁场以将等离子体限制到沉积区，从而在使用中提供靶材料到基底的溅射沉积，限制磁场的特征在于磁场线布置成至少在沉积区中基本上遵循弯曲路径的曲线以便将所述等离子体限制成围绕弯曲路径的所述曲线。
通过沿着弯曲路径引导基底，例如，设备提供在“卷到卷”型系统中靶材料在基底的大表面区域上的紧凑的溅射沉积。卷到卷沉积系统可比分批工艺更有效，分批工艺可在分批之间陷入停止沉积。
在磁场线基本上遵循弯曲路径的曲线的情况下，等离子体可围绕弯曲路径被限制到沉积区中。因此，等离子体的密度可在沉积区中更均匀，至少在围绕弯曲路径的曲线的方向上。这可增加沉积在基底上的靶材料的均匀性。因此，可改进加工过的基底的一致性，从而减少对质量控制的需要。
向靶材料施加电偏置导致来自靶材料附近的等离子体的离子被吸引到与靶材料相邻的区域。这可增加等离子体离子与靶材料之间的相互作用速率，从而提高溅射沉积的效率。通过控制施加到靶材料的电偏置，也可以控制邻近靶材料的等离子体离子的密度。以这种方式对等离子体离子的精确控制可提供靶材料在基底上的图案化溅射沉积，其中在基底的特定部分上沉积更大密度的靶材料，例如其重叠了偏置靶材料。相比于使用掩模将材料图案沉积在基底上以保护基底中未涂覆的区域，这可能更有效且更少浪费。此外，发明人惊讶地发现，沉积在基底上的靶材料的结晶度可通过适当地控制施加到靶材料的电偏置来控制。以此方式，具有所需结晶度的靶材料可以直接沉积在基底上。
在示例中，偏置器件配置成将具有负极性的电偏置施加到靶材料。这可用于将来自等离子体的正离子吸引向靶材料，以增加溅射沉积的速率。
在示例中，偏置器件配置成将包括直流电压的电偏置施加到靶材料。与将交流电压施加到靶材料相比，这可增加溅射沉积的均匀性。
在一些示例中，设备还包括配置为生成等离子体的等离子体生成装置。在某些情况下，偏置器件配置为以第一功率值将电偏置施加到靶材料，并且等离子体生成装置配置为以第二功率值生成等离子体，使得第二功率值与第一功率值的比率大于1。在第二功率值与第一功率值的比率大于1的情况下，溅射沉积在基底上的靶材料倾向于具有至少部分有序结构。无论靶材料溅射到哪个基底，都可以获得这种结构，这意味着以这种方式布置的设备对于在各种不同基底上溅射沉积至少部分有序材料(例如晶体材料)具有实用价值。
在一些情况下，第二功率值与第一功率值的比率小于3.5或小于1.5。这种比率可有助于靶材料以至少部分有序结构沉积而不热处理所沉积的靶材料。这可简化具有这种结构的材料的沉积。
第一功率值是每平方厘米至少一瓦，在示例中是1W cm-2。该第一功率值已被发现对于发生靶材料的溅射是有效的。
在一些情况下，第一功率值为每平方厘米至多十五瓦，15W cm-2，或每平方厘米至多七十瓦，70W cm-2。例如，高达15W cm-2的第一功率值可适用于包含陶瓷和/或氧化物的靶材料，而高达70W cm-2的第一功率值适用于包含锂、钴或锂和/或钴的合金的金属靶材料。
在示例中，靶部分布置为支撑多种靶材料，并且偏置器件配置成独立地将电偏置施加到多种靶材料的一种或多种相应靶材料。这提高了设备的灵活性。例如，通过控制与不同的相应靶材料相关联的电偏置，可继而控制不同靶材料的沉积。以此方式，设备可用于使沉积的多种靶材料中的一种比另一种更大量，例如用于将所需的靶材料的组合沉积在基底上。此外，独立地将电偏置施加到一种或多种相应靶材料可为靶材料的所需图案在基底上的沉积提供进一步的灵活性，例如通过控制施加到每一种靶材料中的相对电偏置以从每种靶材料或多或少地沉积。
在示例中，设备还包括布置成产生等离子体的等离子体生成装置，并且等离子体生成装置包括电感耦合等离子体源。电感耦合等离子体源易于控制，从而允许直接控制溅射沉积自身。
在示例中，等离子体生成装置包括一个或多个细长天线，该细长天线在基本上垂直于基底引导件的纵向轴线的方向上延伸。在示例中，等离子体生成装置包括一个或多个细长天线，该细长天线在基本上平行于基底引导件的纵向轴线的方向上延伸。无论细长天线延伸的方向如何，细长天线的使用可提供沿着天线的长度产生等离子体，这可允许基底和/或靶材料暴露于等离子体的面积增加。这可增加溅射沉积的效率，并且可替代地或另外地提供靶材料在基底上的更均匀沉积。
在示例中，一个或多个磁性元件布置成提供限制磁场，以便将等离子体限制为弯曲薄片形式。通过将等离子体限制为弯曲薄片形式，可使基底暴露于等离子体的面积增加。因此，溅射沉积可在基底的较大表面区域上执行，这可提高溅射沉积的效率。通过提供等离子体的弯曲薄片，等离子体的密度可以更均匀。在一些情况下，等离子体的均匀性围绕弯曲路径的曲线并且在基底的宽度上增加。这可允许靶材料更均匀地溅射沉积到基底上。
在示例中，一个或多个磁性元件布置成提供限制磁场，以便将等离子体限制为至少在沉积区中具有基本上均匀的密度的弯曲薄片形式。在沉积区中具有基本上均匀的等离子体密度的情况下，靶材料可以以基本上均匀的厚度沉积在基底上。这可提高沉积后的基底的一致性并且减少对质量控制的需要。
在示例中，一个或多个磁性元件是电磁铁。使用电磁铁允许控制限制磁场的强度。例如，在一些情况下，设备包括布置来控制磁场的控制器，该磁场由一个或多个电磁铁提供。以此方式，可调整沉积区中等离子体的密度，这可用于调整靶材料在基底上的沉积。因此，可改进对溅射沉积的控制，从而提高设备的灵活性。
在示例中，限制装置包括至少两个磁性元件，其布置成提供限制磁场。这可允许更精确地限制等离子体，且/或可允许在控制限制磁场时更大自由度。例如，具有至少两个磁性元件可增加基底暴露于等离子体的面积，并且因此增加靶材料沉积在基底上的面积。这可以改进溅射沉积的效率。在这些示例中，至少两个磁性元件可布置成使得在磁性元件之间提供的具有相对高磁场强度的区域基本上遵循弯曲路径的曲线。这可增加围绕弯曲路径的曲线的等离子体的均匀性，这进而可增加溅射沉积在基底上的靶材料的均匀性。
在示例中，靶部分布置或可配置以布置成使得靶部分的至少一部分限定支撑表面，该支撑表面相对于靶部分的另一部分的支撑表面形成钝角。这可允许增加可实现溅射沉积的区域，但不增加靶部分的占用空间并且不改变弯曲路径。这可以提高溅射沉积的效率。
在示例中，靶部分基本上是弯曲的。这可增加沉积区内靶部分暴露于基底的表面积，这可增加实现溅射沉积的效率，并且可比其他布置更紧凑。
在示例中，靶部分布置成基本上遵循或近似弯曲路径的曲线。这可改进靶部分的靶材料沿着弯曲路径的曲线溅射沉积在基底上的均匀性。这可减少对质量控制的需要。
在示例中，基底引导件由沿着弯曲路径引导基底的弯曲构件提供。基底可以由弯曲构件的旋转来引导，弯曲构件可以是滚筒或滚轮。以此方式，设备可形成部分“卷到卷”工艺布置的一部分，“卷到卷”工艺布置可比分批工艺布置更有效地加工基底。
根据本发明的第二方面，提供一种将靶材料溅射至基底的方法，基底由基底引导件沿着弯曲路径引导，其中在基底引导件与支撑靶材料的靶部分之间限定沉积区，该方法包括：
向靶材料施加电偏置；以及
提供磁场以将等离子体限制在沉积区中，从而致使靶材料溅射沉积到基底，磁场由磁场线表征，这些磁场线布置成至少在沉积区中基本上遵循弯曲路径的曲线，以便将等离子体限制成围绕弯曲路径。
此方法可增加围绕弯曲路径的曲线的等离子体的均匀性，这进而可增加沉积在基底上的靶材料的均匀性。通过使用弯曲路径，方法可以实施为卷到卷型工艺，其可以比分批工艺更有效地执行。此外，通过将电偏置施加到靶材料，可提高溅射沉积效率。沉积在基底上的靶材料的结晶度也可或代替地通过向靶材料施加电偏置来控制。可替代地或另外地，对电偏置的控制可用于控制沉积在基底上的靶材料的图案，以便以简单、高效的方式沉积所需图案。
在一些情况下，方法包括提供包含锂、钴、氧化锂、氧化钴和氧化锂中的至少一种的靶材料。这些靶材料可用于制造各种不同的装置、产品或部件。
在一些示例中，将电偏置施加到靶包括以第一功率值施加电偏置，并且该方法包括以第二功率值生成等离子体，使得第二功率值与第一功率值的比率大于1。此比率可用于将靶材料以至少部分有序结构沉积基底上。这可比其他沉积工艺(例如，那些包括诸如热处理的后处理的工艺)更简单。
其他特征将从下面仅以举例的方式给出的描述中变得显而易见，所述描述是参照附图进行的。
附图说明
图1是示出根据示例的设备的横截面的示意图；
图2是示出图1的示例性设备的横截面但包括说明性磁场线的示意图；
图3是示出图1和2的示例性设备的一部分的平面图的示意图；
图4是示出图3的示例性设备的一部分的平面图但包括说明性磁场线的示意图；
图5是示出根据示例的磁性元件的横截面的示意图；
图6是示出根据示例的设备的横截面的示意图；
图7是示出根据示例的设备的横截面的示意图；
图8是示出根据示例的设备的透视图的示意图；以及
图9是示出根据示例的方法的示意流程图。
具体实施方式
根据示例，参考附图，根据示例的设备和方法的细节将变得显而易见。在本说明书中，出于解释的目的，阐述了某些示例的许多具体细节。说明书中对“示例”或类似语言的引用意味着结合该示例描述的特定特征，结构或特性至少包括在一个示例中，但不一定包括在其他示例中。还应当注意，某些示例被示意性地描述，其中某些特征被省略和/或必须被简化，以便于解释和理解示例背后的概念。
参考图1至图5，示出了用于将靶材料108溅射沉积到基底116的示例性设备100。
设备100可以用于多种工业应用的基于等离子体的溅射沉积，例如可用于薄膜沉积的那些应用，例如在光学涂层、磁记录介质、电子半导体器件、LED、例如薄膜太阳能电池的能源产生装置、以及例如薄膜电池的储能装置。可使用设备100的其它应用包括生产显示装置，诸如OLED(有机发光二极管)、电致发光(ELD)或等离子体显示面板(PDP)、高性能寻址(HDP)液晶显示器(LCD)或干涉调制器显示器(IMOD)显示装置、晶体管诸如薄膜晶体管(TFT)、隔离涂层、二色涂层或金属化涂层。因此，虽然本公开的上下文在一些情况下可能涉及能量存储装置或其部分的生产，但应理解，本文所述的设备100和方法不限于其生产。
虽然为了清楚起见，未在附图中示出，但是在一些示例中，应理解，设备100通常包括外壳(未示出)，该外壳在使用中被抽空到适合于溅射沉积的低压，例如3x10-3托。这种外壳可通过泵送系统(未示出)排空至合适的压力(例如，小于1x10-5托)。在使用中，使用供气系统(未示出)可将工艺或溅射气体(例如氩气或氮气)引入壳体中到达一定程度，以使得实现适于溅射沉积的压力例如3x10-3托。
返回到图1至图5中示出的示例，总体上，设备100包括基底引导件118、靶组件124和磁性限制装置104。
基底引导件118布置来沿着弯曲路径(弯曲路径由图1和图2中的箭头C指示)引导基底116，例如基底卷材。
在图1和图2的示例中，基底引导件118由弯曲构件118提供，弯曲构件118在这种情况下由整个基底进料组件119的基本上圆柱形的滚轮或滚筒提供。图1和图2的弯曲构件118布置成围绕轴线120旋转，轴线例如由轴提供。在图3所示的示例中，轴线120也是弯曲构件118的纵向轴线。
基底进料组件119布置为将基底116供给到弯曲构件118上并且从弯曲构件118供给，使得基底116由弯曲构件118(在此情况下由滚筒形成)的弯曲表面的至少一部分承载。在一些示例中，比如图1和2所示，基底进料组件包括：第一滚轮110a，其布置成将基底116供给到滚筒118上；以及第二滚轮110b，其布置成在基底116已经遵循弯曲路径C之后将基底116从滚筒供给。基底进料组件119可以是“卷到卷”工艺布置(未示出)的一部分，其中基底116从基底116的第一卷轴或线轴(未示出)供给，穿过设备100，并且然后被供给到第二卷轴或线轴(未示出)上以形成加工过的基底(未示出)的装载卷轴(未示出)。
在一些示例中，基底116是或至少包括硅或聚合物。在一些示例中，例如用于生产能量存储装置，基底116是或至少包括镍箔。但是，应当理解，可以使用任何合适的金属来代替镍，例如铝，铜或钢，或包括金属化塑料的金属化材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)上的铝。
设备100的靶组件124包括布置成支撑靶材料108的靶部分106。在一些示例中，靶部分106包括在溅射沉积期间支撑或保持靶材料108在适当位置的板或其他支撑结构。靶材料108是溅射沉积到基底116上的材料。换句话说，靶材料108可以是或包括将通过溅射沉积沉积到基底116上的材料。
在一些示例中，例如为了生产能量存储装置，靶材料108是或包含(或是或包含用于阴极层的前体材料)能量存储装置的阴极层，例如适合存储锂离子的材料，例如锂钴氧化物、磷酸铁锂或碱金属多硫化物盐。此外，或可替代地，靶材料108是或包含(或是或包含用于阳极层的前体材料)能量存储装置的阳极层，例如锂金属、石墨、硅或铟锡氧化物。此外，或可替代地，靶材料108是或包括(或是或包含用于电解质层的前体材料)用于能量存储装置的电解质层，例如离子导电但也是电绝缘体的材料，例如锂磷氧氮化物(LiPON)。例如，靶材料108是或包含LiPO，其作为用于将LiPON沉积到基底116上的前体材料，例如通过与靶材料108的区域中的氮气的反应。在某些示例中，靶材料包括以下中的至少一种：锂、钴、氧化锂、氧化钴和氧化锂。例如，为了将锂钴氧化物沉积在基底上，靶材料可包括锂和钴、氧化锂和钴、氧化锂和氧化钴、锂-钴合金、氧化锂或LiCoO2-x，其中x大于或等于0.01或小于或等于1.99。
靶部分106和基底引导件118彼此间隔开，并且在它们之间限定沉积区114。沉积区114可被当作基底引导件118与靶部分106之间的区域或体积，在该沉积区114中在使用中发生靶材料108到基底116上的溅射沉积。
在一些示例中，诸如图示的那些，设备100包括可被称为等离子体源102的等离子体生成装置102。等离子体生成装置102配置成生成等离子体112。等离子体源102可以是电感耦合等离子体源，例如布置成产生电感耦合等离子体112。图1和图2中所示的等离子体源102包括天线102a、102b，射频电源系统(未示出)可驱动适当的射频(RF)功率通过该天线，以从外壳(未示出)中的工艺气体或溅射气体产生电感耦合等离子体112。在一些示例中，等离子体112通过驱动射频电流通过一个或多个天线102a、102b产生，例如在1MHz与1GHz之间的频率下；在1MHz与100MHz之间的频率下；在10MHz与40MHz之间的频率下；或在一些示例中，在约13.56MHz或其倍数的频率下。RF功率致使工艺气体或溅射气体电离，以产生等离子体112。调谐通过一个或多个天线102a、102b驱动的RF功率可影响沉积区114内的等离子体112的等离子体密度。因此，通过控制等离子体源102处的RF功率，可控制溅射沉积工艺。这进而允许改进在溅射沉积设备100的操作中的灵活性。
在一些示例中，诸如图1和图2的示例中，等离子体源102远离基底引导件118设置，例如径向远离基底引导件118。然而，由等离子体源102产生的等离子体112被引导朝向并且随后至少部分地限制在基底引导件118与靶部分106之间的溅射沉积区114内。
等离子体源102的一个或多个天线102a、102b可以是细长天线，并且在一些示例中基本上是线性的。在一些示例中，例如图1和图2中的示例，一个或多个天线102a、102b是细长天线，并且在基本上平行于弯曲构件108的纵向轴线120(例如，穿过滚筒118的曲率半径的原点的滚筒118的轴线120)的方向上延伸。一个或多个细长天线102a、102b可以是弯曲的。例如，此类弯曲细长天线102a、102b可遵循弯曲构件118的弯曲表面的曲线。在一些情况下，一个或多个弯曲细长天线102a、102b在基本上垂直于弯曲构件118的纵向轴线120的平面中延伸。参照图8进一步讨论，图8示出了此示例。
在图1和图2中的示例中，等离子体源102包括用于产生电感耦合等离子体112的两个天线102a、102b。在这个示例中，天线102a、102b基本上彼此平行地延伸并且彼此横向地设置。这允许在两个天线102a、102b之间精确生成等离子体112的细长区域，这进而有助于将生成的等离子体112精确地限定至少到沉积区114，下文将更详细地描述。天线120a、120b的长度可类似于基底引导件118，并且因此类似于由基底引导件118引导的基底116的宽度。细长天线102a、102b可提供在长度对应于基底引导件118的长度(并且因此对应于基底116的宽度)的区域内生成等离子体112，并且因此可允许在基底116的宽度上均匀或一致地得到等离子体112。如下文更详细地描述，这进而有助于提供均匀或一致的溅射沉积。
图1和图2的设备100的限制装置104包括一个或多个磁性元件104a、104b。磁性元件104a、104b布置成提供限制磁场以将等离子体112(在这种情况下包括由等离子体生成装置102产生的等离子体)限制在沉积区114中，以便在使用中提供靶材料108溅射沉积到基底116。限制磁场的特征在于磁场线，磁场线布置成至少在沉积区114中基本上遵循弯曲路径C的曲线以便限制等离子体112成围绕弯曲路径C的曲线。
应理解，磁场线可用于表征或描绘出磁场的布置或几何形状。因此，应理解，由磁性元件104a、104b提供的限制磁场可由布置成遵循弯曲路径C的曲线的磁场线描绘出或表征。还应理解，原则上，由磁性元件104a、104b提供的整个或全部磁场可包括由未布置成遵循弯曲路径C的曲线的磁场线表征的部分。然而，所提供的限制磁场，即由磁性元件104a、104b提供的将等离子体限制在沉积区114中的全部或整个磁场的一部分，由遵循弯曲路径C的曲线的磁场线表征。
在某些示例中，引用弯曲路径C的曲线的情况下，这可被理解为基底引导件118承载基底116所沿的路径弯曲的程度。例如，弯曲构件118(例如滚轮或滚筒)沿着弯曲路径C承载基底116。在这样的示例中，弯曲路径C的曲线由承载基底116的弯曲构件118的弯曲表面弯曲的程度(例如，偏离平面)产生。换句话说，弯曲路径C的曲线可被理解为弯曲构件118致使基底116遵循的弯曲路径C弯曲的程度。基本上遵循弯曲路径C的曲线可被理解为基本上符合或复制弯曲路径C的弯曲形状。例如，磁场线可遵循具有与弯曲路径C的共同弯曲中心的弯曲路径，但其具有与弯曲路径C不同的(在图示的示例中更大的)弯曲半径。例如，磁场线可遵循基本上平行(但径向上有所偏移)于基底116的弯曲路径C的弯曲路径。在示例中，磁场线遵循基本上平行(但径向上有所偏移)于弯曲构件118的弯曲表面的弯曲路径。例如，图2中描绘出限制磁场的磁场线至少在溅射沉积区114中遵循弯曲路径，该弯曲路径基本上平行(但径向上有所偏移)于弯曲路径C，并且因此该磁场线基本上遵循弯曲路径C的曲线。
描绘出限制磁场的磁场线可布置成围绕弯曲路径C的大部分或显著部段或部分遵循弯曲路径C的曲线。例如，磁场线可在弯曲路径C的假想部段的全部或显著部分上遵循弯曲路径C的曲线，在该假想部段上基底116被弯曲构件118引导。在示例中，弯曲路径C表示假想圆的圆周的一部分，并且表征限制磁场的磁场线布置成围绕假想圆的圆周的至少约1/16或至少约1/8或至少约1/4或至少约1/2沿着弯曲路径C的曲线。
在基底引导件118由弯曲构件或滚筒提供示例中，诸如图1和图2的示例，表征限制磁场的磁场线布置成围绕弯曲构件的大部分或显著部段或部分(例如在使用中承载或接触基底116的卷材的弯曲构件的假想部段的全部或显著部分上)沿着弯曲构件的曲线。例如，弯曲构件118的形状可基本上是圆柱形的，并且表征限制磁场的磁场线可以布置成围绕弯曲构件的圆周的至少约1/16或至少约1/8或至少约1/4或至少约1/2沿着弯曲构件的曲线。在图2中，表征限制磁场的磁场线围绕基底引导件118的圆周的至少1/4沿着弯曲路径，在此示例中，引导构件包括弯曲构件(在这种情况下，弯曲构件由滚筒的表面形成)。
应理解，磁场线可用于描绘出磁场的布置或几何形状。在图2和图4中示意性地示出由示例性磁性元件104a、104b、104c提供的示例性磁场，其中磁场线(约定由箭头线指示)用于描绘出在使用中提供的磁场。如上所述，一些磁场线基本上不遵循弯曲构件的曲线，但限制磁场(即将等离子体112限制在沉积区114内的磁场)在特征在于磁场线布置成沿弯曲路径C的曲线。如图2和图4所示，表征限制磁场的磁场线都是弯曲的，以便至少在沉积区114中，基本上遵循弯曲路径C的曲线。
布置成遵循基底116的弯曲路径C的曲线的磁场线将产生的等离子体112限制成围绕弯曲路径C的曲线进入沉积区114内。这因为产生的等离子体112倾向于遵循磁场线而发生。例如，在限制磁场内并且具有某一初始速度的等离子体的离子将受到洛伦兹力，该力导致离子围绕磁场线周期运动。如果初始运动不严格垂直于磁场，则离子遵循以磁场线为中心的螺旋路径。因此，含有此类离子的等离子体倾向于遵循磁场线，并且因此被限制到由其限定的路径。因此，由于磁场线布置成基本上遵循弯曲路径C的曲线，等离子体112将被限制成基本上遵循弯曲路径C的曲线，并因此被限制成围绕弯曲路径C的曲线进入沉积区114中。
将所产生的等离子体112限制成基本上符合弯曲构件118的弯曲表面的至少一部分的曲线，例如遵循弯曲路径C的曲线，这允许至少在围绕弯曲构件118的弯曲表面的方向(例如，弯曲路径C的曲线)上更均匀地分布基底116处的等离子体密度。这进而可允许在围绕弯曲构件118的方向(例如，弯曲路径C)上更均匀地溅射沉积到到基底116。进而，溅射沉积因此被更一致地执行。这可改进加工过的基底的一致性，并且例如与磁控管式溅射沉积设备相比减少对质量控制的需要，在磁控管式溅射沉积设备中，描绘出由其产生的磁场的磁场线紧密地循环进入和离开基底，并且因此不允许等离子体密度在基底处的均匀分布。
可替代地或另外地，将所产生的等离子体112限制成基本上符合弯曲构件118的弯曲表面的至少一部分的曲线，例如遵循弯曲路径C的曲线，这允许基底116暴露于等离子体112的区域增加，并且因此允许可在其中实现溅射沉积的区域增加。对于给定程度的沉积，这允许基底116以更快的速率通过卷到卷式设备进给，并且因此允许更高效的溅射沉积。
在一些示例中，如图1和图2所示，磁体装置(或“磁限制装置”)104包括布置成提供磁场的至少两个磁性元件104a、104b。在一些情况下，至少两个磁性元件104a、104b布置成使得限定在至少两个磁性元件104a、104b之间的相对高磁场强度的区域呈薄片的形式。磁体装置104在此情况下配置为将等离子体112限制成薄片的形式，即，以等离子体112的深度(或厚度)明显小于其长度或宽度的形式。等离子体片112的厚度可沿着薄片的长度和宽度基本上恒定。等离子体112薄片的密度可在其宽度和长度方向中的一个或全部上基本上均匀。
在一些示例中，在至少两个磁性元件104a、104b之间提供的相对高磁场强度的区域基本上符合弯曲构件118的弯曲表面的至少一部分的曲线，例如基本上遵循弯曲路径C的曲线。
在图1和图2中示意性示出的示例中，两个磁性元件104a、104b位于滚筒118的彼此相对侧上，并且都设置在滚筒118的最下部上方(在图1的意义上)。两个磁性元件104a、104b在弯曲构件118的两侧上限制等离子体112，以符合弯曲构件118的弯曲表面的至少一部分的曲线，例如以遵循弯曲路径C的曲线。在图1和图2中，等离子体112遵循进料侧上和下料侧上的弯曲路径C的曲线，其中进料侧将基底116供给到弯曲构件118上，并且下料侧将基底116从弯曲构件118下料。因此，具有至少两个磁性元件提供基底116暴露于溅射沉积区114中的等离子体112的面积的(进一步)增加，并且因此在其中可实现溅射沉积的面积的增加。例如，对于给定的沉积程度，这允许基底116以(仍然)更快的速率通过卷对卷式设备进料，并因此允许更有效的溅射沉积。
在一些示例中，一个或多个磁性元件104a、104b是电磁铁104a、104b。设备100包括控制器(未示出)，在某些情况下，用于控制例如由一个或多个电磁铁104a、104b提供的磁场强度。这允许描绘出限制磁场的磁场线的布置被控制。进而，可以调整溅射沉积区114内基底116和/或靶材料108处的等离子体密度，因此可以改进对溅射沉积的控制。这进而可以允许改进在溅射沉积设备100的操作中的灵活性。
在一些示例中，一个或多个磁性元件104a、104b由螺线管104a、104b提供。在示例中，螺线管104a、104b的横截面是细长的。例如，螺线管104a、104b的横截面可以在与弯曲构件118(例如滚筒118)的旋转轴线基本平行的方向上是细长的。每个螺线管104a、104b可限定开口，等离子体112在使用中穿过(被限制)该开口。根据图1和图2中示意性说明的示例，有三个螺线管104a、104b，且每个螺线管104a、104b呈一定角度，以便在螺线管104a、104b之间提供相对高磁场强度的区域，例如，基本上遵循弯曲路径C的曲线。以这种方式，如图1所示，产生的等离子体112通过第一螺线管104a，在滚筒118下方(图1所示)进入沉积区114，且向上朝向并通过第二螺线管104b。
尽管图1和2中仅示出了两个磁性元件104a、104b和104c，但应了解，可沿等离子体112的路径放置更多磁性元件(未示出)，例如，更多这种螺线管。这可允许加强限制磁场，从而精确限制等离子体。此外，或可替代地，这可允许在控制限制磁场时有更多的自由度。
在一些示例中，例如图1和2中的示例，磁体装置104(例如包括一个或多个磁性元件104a、104b)配置为将等离子体112限制为薄片的形式。例如，磁体装置104布置成提供磁场以将等离子体112限制为薄片形式。在一些示例中，磁体装置104配置为将等离子体112限制为具有基本均匀密度的薄片的形式，例如，至少在沉积区114中。在某些情况下，磁体装置104配置成将等离子体112限制为弯曲薄片的形式。
例如，如图4和图5所示，在一些示例中，一个或多个螺线管104a、104b在基本垂直于在使用中其内部产生的磁场线方向的方向上是细长的。例如，如图3至图5可能最佳所示，螺线管104a、104b各自具有开口，等离子体112经由该开口在使用中被限制(等离子体112在使用中通过该开口)，其中该开口在基本平行于弯曲构件118的纵向轴线120的方向上是细长的。如图3和图4可能最佳所示，细长天线102a、102b平行于螺线管104a、104b并与之成直线。如上所述，可沿细长天线102a、102b的长度产生等离子体112，且细长螺线管104a把等离子体112限制(例如引导)在远离细长天线102a、102b方向上并通过细长螺线管104a。
在此示例中，等离子体112被细长螺线管104a从细长天线102a、102b限制(例如引导)成薄片的形式。即，呈等离子体112的深度(或厚度)明显小于其长度或宽度的形式。等离子体片112的厚度可沿着薄片的长度和宽度基本上恒定。等离子体112薄片的密度可在其宽度和长度方向中的一个或全部上基本上均匀。呈薄片形式等离子体112在此情况下被螺线管104a、104b提供的磁场限制而围绕弯曲构件118，以便基本上符合弯曲构件118的弯曲表面的曲线，例如沿着弯曲路径C的曲线进入沉积区114。因此，在此示例中，等离子体112被限制为弯曲薄片的形式。这种等离子体弯曲薄片112的厚度可沿弯曲薄片的长度和宽度基本恒定。呈弯曲薄片形式的等离子体112可具有基本均匀的密度，例如，弯曲薄片形式的等离子体112的密度在其长度和宽度中的一个或全部上基本均匀。
将等离子体限制为弯曲薄片的形式允许弯曲构件118承载的基底116的暴露于等离子体112的区域增加，从而允许增加可实现溅射沉积的区域。对于给定程度的沉积，这允许基底116以更快的速率通过卷到卷式设备进给，并且因此提供更高效的溅射沉积。
将等离子体限制为弯曲薄片(例如具有基本上均匀的密度(例如，至少在溅射沉积区114中)的弯曲薄片)的形式，这可替代地或者另外地允许在基底116处更均匀地分布等离子体密度，例如在围绕弯曲构件118的曲线的方向和弯曲构件118的长度方向二者上。这进而允许在基底116上进行更均匀的溅射沉积，例如在围绕弯曲构件118表面的方向上以及在基底116的宽度方向上。因此，溅射沉积可进而更一致地执行。因此，例如与磁控管式溅射沉积设备相比，加工过的基底的一致性可以得到改善，且质量控制的需要也可以减少，在磁控管式溅射沉积设备中，表征由其产生的磁场的磁场线紧密地循环进入和离开基底，并且因此不允许提供在基底处的均匀分布的等离子体密度。
在一些示例中，受限等离子体112至少在沉积区114中是高密度等离子体。例如，受限等离子体112(呈弯曲薄片或其他形式)至少在沉积区114中具有1011cm-3或更大的密度。沉积区114中的高密度等离子体112允许有效和/或高速溅射沉积。
图1和图2的靶组件124还包括用于向靶材料108施加电偏置的偏置器件122。例如，电偏置是指施加到靶材料108的电压。在图1和图2的示例中，偏置器件122配置为向靶材料108施加包括直流(DC)电压的电偏置。直流电压可以是负极性电压，其值小于零。在这种情况下，偏置器件122具有处于第一电势的第一端(未示出)和处于第二(不同)电势的第二端(未示出)，使得第一电势和第二电势之间的差对应于要施加到靶材料108的电压。在这种情况下，第一端电连接到靶材料108，第二端子电连接到地，以向靶材料108施加电压。
通过将电偏置施加到靶材料108，等离子体112的离子被吸引向靶材料108。这增加了等离子体112与靶材料108之间的相互作用，这可增加靶材料108的粒子被等离子体112喷射的速率。增加靶材料108的粒子的喷射速率通常增加这些粒子沉积在基底116上的速率，从而增加靶材料108的溅射沉积速率。通过将电偏置施加到根据本文的示例的设备100中的靶材料108，其中等离子体配置为围绕弯曲路径的曲线，基底116沿着该弯曲路径被引导，靶材料108在紧凑、高效的情况下沉积，在基底116上具有增加的均匀性。
通过控制施加到靶材料108的电偏置，可以控制靶材料108的溅射沉积发生的速率，这可用于将靶材料108的特定图案沉积在基底116上。
在说明性示例中，期望在基底116上沉积不同厚度的靶材料108的贴片，以便在基底116上形成靶材料108的特定图案。这可以直接使用设备100通过在第一时间施加具有第一幅度的电偏置来执行，在第一时间内，基底116的第一部分传送穿过沉积区114，以在基底116的第一部分上沉积具有第一厚度的靶材料108的第一贴片。随后，在基底116的第二部分被传送穿过沉积区114的第二时间内，施加具有小于第一幅度的第二幅度的电偏置。这使得具有小于第一厚度的第二厚度的靶材料108的第二贴片沉积在基底116的第二部分上。这是由于在第二时间(在此期间，靶材料108的第二贴片是溅射沉积)内电偏置的幅度减小，这在此示例中减小了溅射沉积的速率。应当理解，这仅仅是示例，并且可以以各种不同的方式执行电偏置的控制，以直接且有效地将靶材料108的特定图案沉积在基底116上。
通过偏置材料122对施加到靶材料108的电偏置的控制可以也或代替地用于控制沉积在基底116上的靶材料108的结晶度。材料的结晶度通常是指材料的结构有序程度，例如材料的原子和分子以规则、周期性样式排列的程度。结晶度可以使用各种技术来测量，例如X射线结晶学技术或拉曼光谱。结晶度通常取决于微晶尺寸，在某些情况下可由微晶尺寸限定，微晶尺寸可使用X射线衍射测量。可以使用Scherrer方程从X射线衍射图计算微晶尺寸。Scherrer方程表明，材料的微晶尺寸τ由以下公式得出：
Figure BDA0003715215200000151
式中，τ为微晶尺寸,可作为材料有序(结晶)域的平均尺寸，可小于或等于材料的增益尺寸；K是无量纲形状因子；λ是X射线波长；β是X射线衍射图中峰值在弧度上的谱线增宽(减去仪器谱线增宽后)；且θ是布拉格角。
在一些情况下，偏置器件122配置为以第一功率值将电偏置施加到靶材料108，并且等离子体生成装置配置为以第二功率值生成等离子体。如果第二功率值与第一功率值的比率小于或等于1，则沉积在基底116上的靶材料108倾向于具有非晶态结构，具有使用例如X射线衍射或拉曼光谱所测量的相对较少或无结构顺序。可以认为材料具有非晶态结构，在此结构下材料为非晶态的，因此材料的原子不会形成晶格。然而，如果第二功率值与第一功率值的比率大于1，则沉积在基底116上的靶材料108通常具有至少部分有序结构，并且可以具有晶体结构，其中沉积材料的原子在材料的至少一个区域中形成晶格，并且在某些情况下在整个材料中形成晶格。在此基础上，通过适当控制第二功率值与第一功率值的比率，可以直接控制沉积在基底116上的靶材料108的结构。
例如，通过将该比率控制为具有大于1的值，可以在基底116上沉积具有晶体结构的靶材料108，而无需经历后续的后处理步骤，例如热处理。这简化了晶体材料的沉积。在一些情况下，沉积的靶材料108的结构独立于沉积靶材料108于其上的基底116。在这些情况下，可通过提供大于1的比率来沉积至少部分有序且例如结晶的靶材料108，而不考虑基底116。因此，对于将具有有序结构的靶材料108沉积到各种不同类型的基底上以及用于各种不同目的，设备100提供了灵活性。
增加第二功率值与第一功率值的比率倾向于增加沉积在基底116上的靶材料108的结构中的顺序。因此，通过控制该比率，可以以简单的方式精确控制沉积在基底116上的靶材料108的结构。
至少一部分和在某些情况下全部的沉积靶材料108可具有六方晶体结构。沉积的靶材料108的晶体结构可以在
Figure BDA0003715215200000161
空间群中，该靶材料108可以是LiCoO2。
Figure BDA0003715215200000162
空间群结构是层状结构，并且可以是层状氧化物结构，例如，其中靶材料108是LiCoO2。这种结构具有许多优点，例如与低能量结构(属于LiCoO2的Fd3m空间群)相比，具有高可用容量和高速充放电。由于在锂嵌入和脱嵌上增强的可逆性和更小的结构变化，
Figure BDA0003715215200000163
空间群被认为在典型的电池应用中具有更好的性能。因此，在
Figure BDA0003715215200000164
空间群中沉积结晶LiCoO2作为沉积的靶材料108有利于固态电池应用。然而，这仅仅是示例，在其他情况下，例如对于其他应用，沉积的靶材料108可以具有不同的化学和/或晶体结构。
在将靶材料108以至少部分有序结构沉积在基底116上的期间，在某些情况下，晶体结构的晶体基本上从基底表面外延生长。外延生长通常是指一种晶体生长类型，其中相对于材料晶体结构以明确取向形成新的晶体层。基本上外延生长例如指新层的沉积，其本身包括至少一个结晶区域，使得新层的至少一个结晶区域中的大部分(例如至少70％、80％、90％或更多)相对于沉积材料于其上的基底116具有相同的取向。外延生长倾向于使锂离子更容易嵌入和脱嵌。在此基础上，可使用本文所述的设备100将包含锂的靶材料108基本上外延沉积在基底116上，以改进锂离子的嵌入和脱嵌。这允许设备100用于此类靶材料的沉积，例如用于生产固态电池。
沉积在基底116上的至少部分有序靶材料108的晶体可以与(101)和(110)平面对齐。(101)和(110)平面是靶材料108的晶体结构的晶格面，并且表示为米勒指数，如本领域技术人员所理解的。在示例中，(101)和(110)平面基本上平行于基底，例如在制造或测量公差范围内平行。例如，将靶材料108以这种结构沉积在基底116上，为沉积的靶材料108提供了适合各种不同应用的适当特性。
在某些情况下，第二功率值与第一功率值的比率小于3.5。例如，比率可能在1到3.5之间。利用该比率，靶材料108以至少部分有序结构(例如晶体结构)沉积在基底116上。在这种情况下，通过溅射沉积靶材料108获得靶材料108的至少部分有序结构，而无需进一步的工艺步骤，例如热处理。因此，具有这种结构的靶材料108可以比其他方式更直接和/或有效地沉积。
在一些示例中，第一功率值至少为每平方厘米1瓦(1W cm-2)。在某些情况下，例如靶材料108包含陶瓷或氧化物的情况下，第一功率值最多为15瓦/平方厘米(15W cm-2)。在其他情况下，例如对于锂、钴或其合金等金属靶材料108，第一功率值最多为每平方厘米70瓦(70W cm-2)。在其他情况下，例如，对于其他靶材料108，第一功率值高达每平方厘米100瓦(100W cm-2)。
等离子体中的实际功率可能小于用于产生等离子体的功率(其中用于产生等离子体的功率在本文中称为第二功率值)。就此而言，等离子体的产生效率(限定为等离子体中的实际功率除以用于产生等离子体的功率乘以100)可为50％至85％，通常约为50％。
在溅射沉积的稳态性能期间(其中提供给设备100用于执行溅射沉积的电能在误差范围内与设备100消耗的能量相同)，分数(PP*EPT)/(PT*EPP)可以大于1，可选地在1到4的范围内，可能在1到3的范围内，在某些实施例中，介于1和2之间。在该分数中，PP＝等离子体能量的平均使用量(单位：瓦特)，PT＝与靶上的偏置相关的功率(此处称为第一功率值)，EPP是代表等离子体生成效率度量的分数(<1)，EPT是代表向靶供应电能的效率度量的分数(<1)。产生等离子体的效率EPP可计算为等离子体中的实际功率除以用于产生等离子体的功率。向靶提供电能的效率EPT可计算为输送的实际功率除以所用电功率。在典型设置中，可以假设EPT＝1。优选EPT>0.9。
在溅射沉积的稳态性能期间，归一化功率比参数PRPN可以大于1，可选地在1到4的范围内，可能在1到3的范围内，并且在某些情况下在1到2之间(其中PRPN＝N*PP/PT，且其中N是归一化因子，其可满足1.2<N<2，或者可以仅为N＝1.7)。在溅射沉积的稳态性能期间，功率比参数PRP(其中PRP＝PP/PT)可能大于0.5，可选地在0.5到2的范围内，可能在0.6到1.5的范围内，并且在某些情况下在0.6到1之间。这些PRPN和PRP值提供了靶材料108在基底116上的有效且高效的溅射沉积。
在图1至图5所示的示例中，靶部分106及由其支撑的靶材料108基本上是平面的。然而，在一些示例中(如下面更详细地描述)，靶部分可布置或可配置以布置，使得靶部分的至少一部分限定支撑表面，该支撑表面相对于靶部分的另一部分的支撑表面形成钝角。例如，靶部分可以大致弯曲。例如，靶部分可以布置成基本上沿着弯曲路径C的曲线。
图6示出了这样的示例设备600。设备600的许多所示出的部件与图1至图5中所示的以及上述的设备100的部件相同，且将不再描述。相同的特征给出相同的附图标记，并且应当理解，参考图1到图5描述的示例的任何特征都可以应用于图6所示的示例。然而，在图6所示的示例中，靶组件124的靶部分606基本上是弯曲的。在该示例中，由靶部分606支撑的靶材料608因此基本上弯曲。在这种情况下，弯曲靶部分606的任何一部分与弯曲靶部分606的任何其他部分沿曲线方向形成钝角。在一些示例中，靶部分606的不同部分可支撑不同的靶材料，例如，以提供沉积到基底116的卷材的所期望布置或组合物。
在图6的示例中，弯曲靶部分606基本上遵循弯曲路径C的曲线。以此方式，弯曲靶部分606基本上符合并复制了弯曲路径C的弯曲形状。在图6中，弯曲靶部分606具有与弯曲路径基本平行但径向偏移的曲线。在这种情况下，弯曲靶部分606的曲线与曲线路径C具有共同的曲率中心，但与弯曲路径C具有不同的(在这种情况下更大的)曲率半径。因此，弯曲靶部分606又基本上遵循在使用中限制在弯曲构件118周围的弯曲等离子体112的曲线。换句话说，在一些示例中，例如图6的示例中，等离子体112可被限制装置的磁性元件104a、104b限制，以定位在基底116的路径C和靶部分606之间，并且基本上遵循弯曲路径C和弯曲靶部分606二者的曲线。
对于图1至图5所示的设备100的靶部分108，应理解，图6的示例靶部分606(以及相应地由其支撑的靶材料608)可大致延伸跨过弯曲构件118的整个长度(例如，在平行于滚筒118的纵向轴线120的方向上)。这最大化了由滚筒118承载的基底116的表面积，靶材料608可以沉积于其上。
如前所述，图6的等离子体112被限制为基本上遵循弯曲路径C和弯曲靶部分606二者的曲线。在此示例中，弯曲路径C和弯曲靶部分606之间的区域或体积相应地围绕弯曲构件118弯曲。因此，图6的沉积区614表示弯曲体积，其中，在使用中发生靶材料608到弯曲构件118承载的基底116上的溅射沉积。这允许在任何时候增加由存在于沉积区614中的弯曲构件118承载的基板116的表面积。这进而允许增加基底116的表面积，靶材料608可沉积于其上。这进而允许增加可实现溅射沉积的区域，但不会显著增加靶部分606的占用空间，也不会改变弯曲构件118的尺寸。例如，对于给定程度的沉积，这允许基底116的卷材以(仍然)更快的速率通过卷到卷式设备进给，并且因此允许更高效的溅射沉积，但也以节省空间的方式。
图7示出了示例设备700。设备700的许多所示出的部件与图1至图6中所示的以及上述的设备100，700的部件相同，且将不再描述。相同的特征给出相同的附图标记，并且应当理解，参考图1到图6描述的示例的任何特征都可以应用于图7所示的示例。然而，在图7所示的示例中，靶组件124的靶部分706布置或可配置为布置，使得靶部分706的至少一个部分706a限定了一表面，该表面相对于靶部分706的另一部分706b的表面形成钝角。
在一些示例中，靶部分706的第一部分706a与靶部分706的第二(例如相邻)部分706b形成的角度固定为钝角。可以选择钝角，使得第一部分706a和第二部分706b一起布置，以便近似曲线路径C的曲线。在图7中，靶部分706包括三个部分706a、706b、706c(如图7所示，基本上是平面的)，每个部分相对于相邻部分形成钝角，尽管这只是示例。第一部分706a朝向弯曲路径C的进料侧布置，第二部分706b朝向弯曲路径C的中心部分布置，第三部分706c朝向弯曲路径C的下料侧布置。三个部分706a、706b、706c一起布置以近似于弯曲路径C的曲线。因此，沉积区714近似于弯曲体积，其中在使用中发生靶材料708a、708b、708c到基底116的溅射沉积。由此，在任何时刻，存在于沉积区714中的基底116的卷材的表面积增大。例如，这允许增加可实现溅射沉积的区域，但不会显著增加靶部分706的占用空间，也不会改变弯曲构件118的尺寸。
在一些示例中，靶部分706的第一部分706a与靶部分706的第二(例如相邻)部分706b形成的角度是可配置的。例如，第一部分706a和第二部分706b可以通过铰链元件724或允许改变第一部分706a和第二部分706b之间的角度的其他此类部件进行机械连接。类似地，第二部分706b和第三部分706c可以通过铰链元件726或允许改变第二部分706b和第三部分706c之间角度的其他此类部件进行机械连接。可以提供致动器和适当的控制器(未显示)，以相对于第二部分706b移动第一部分706a和/或第三部分706c，即改变第一部分706a和/或第三部分706c相对于第二部分706b之间形成的角度。这允许控制靶部分的第一部分706a或第三部分706c的靶材料708a、708c所经历的等离子体密度，因此允许使用中控制沉积速率。
可选地或另外地，由磁性元件104a、104b提供的限制磁场可由控制器(未示出)控制，以改变等离子体112的曲线，且从而控制靶部分的第一部分706a、第二部分706b或第三部分706c的靶材料708a、708b、708c所经历的等离子体密度，因此允许使用中控制沉积速率。
在一些示例中，在靶部分700的一个部分706a、706b、706c上提供的靶材料不同于在靶部分的另一部分706a、706b、706c上提供的靶材料。这可以允许靶材料的期望布置或组合物被溅射沉积到基底116的卷材上。控制一个或多个靶部分706a、706b、706c所经历的等离子体密度，例如通过控制第一部分706a或第三部分706c与第二部分706b形成的角度，和/或通过控制磁性元件104a、104b控制受限等离子体的曲线，可允许控制溅射沉积在基底116的卷材上的靶材料的类型或组成。这允许灵活的溅射沉积。
在图7的示例中，偏置器件122a、122b、122c配置为独立地向多种靶材料708a、708b、708c中的一种或多种相应的靶材料施加电偏置。在图7中，对于每种相应的靶材料708a、708b、708c，都有各自的偏置器件122a、122b、122c。例如，每个偏置器件122a、122b、122c可以是单独的直流电压源。在其他情况下，单个偏置器件配置为对多种靶材料施加电偏置，但被配置为独立地控制对每种靶材料施加的电偏置。
在该示例中，通过控制偏置器件122a、122b、122c对每种对应靶材料708a、708b、708c施加的电偏置，也可以独立控制每种对应靶材料708a、708b、708c的速率。这允许靶材料708a、708b、708c中的一种比另一种喷射更多的量。这提高了设备100的灵活性，因为它允许设备100用于在基底116上沉积不同比例的每种对应靶材料708a、708b、708c。例如，通过使用第一偏置器件122a施加比使用第二和第三偏置器件122b、122c施加更大数值的电偏置，可以在基底116上沉积比第二和第三靶材料708b、708c更多的第一靶材料708a。
在此示例中，偏置器件122a、122b、122c施加的电偏置随时间可控。这进一步增加了设备600的灵活性，因为它允许设备600用于沉积靶材料708a、708b、708c随时间的不同组合。此外，由于对施加到靶材料708a、708b、708c中的每一个的电偏置的独立控制，进而可以控制沉积在基底116上的靶材料708a、708b、708c的图案。这允许设备600用于以简单有效的方式在基底116上沉积所需图案。
在图1至图7所示的示例中，表征限制磁场的磁场线都是弯曲的，以便至少在沉积区114中基本上遵循弯曲路径C的曲线。然而，不一定是这种情况，且在其他布置中，表征限制磁场的磁场线布置为至少在沉积区114中，基本上遵循弯曲路径C的曲线，以便将等离子体112限制成围绕弯曲路径C的曲线。例如，在某些情况下，表征限制磁场的磁场线布置成:使得垂直于每条磁场线延伸并连接磁场线的虚线是弯曲的，以便至少在沉积区内基本上遵循弯曲路径C的曲线。
图8示出了具有这种磁场的设备800的示例。设备800的许多所示出的部件与图1至图7中所示的以及上述的设备100,600,700的部件相同，且将不再描述。相同的特征给出相同的附图标记，并且应当理解，参考图1到图7描述的示例的任何特征都可以应用于图8所示的示例。然而，在图8所示的示例中，磁性限制装置804的磁性元件804a布置成提供限制磁场，其中表征限制磁场的磁场线(图8中的黑色箭头)本身都基本上是直的，但布置成:使得垂直于每条磁场线延伸并连接磁场线的虚线806弯曲，以便至少在沉积区(为清晰起见，图8中未明确指示)基本上遵循弯曲路径C的曲线。
在此示例中，等离子体生成装置802包括细长天线802a，该天线802a弯曲并在基本垂直于弯曲构件或滚筒118的纵向轴线120的方向上延伸。在图8的示例中，弯曲构件118的纵向轴线120也是弯曲构件118的旋转轴线。为了清楚起见，图8中仅示出了一个天线802a，但应理解，可以使用不止一个这样的天线802a。图8的弯曲天线802a基本上遵循弯曲路径C的曲线，并且在这种情况下，由于径向和轴向偏移于沿弯曲路径C引导基底的弯曲构件118的弯曲表面,该天线802a平行于但径向和轴向偏移于弯曲路径C。弯曲天线802a可以用射频功率驱动，以产生具有基本弯曲形状的等离子体(为清晰起见，图8中未显示)。
图8中的磁性元件804a包括螺线管804a。为清晰起见，图8中仅显示了一个磁性元件804a，但应了解，例如，另一个此类磁性元件(未显示)可放置在图8所示的弯曲构件118与螺线管804a相对的一侧。螺线管804a具有开口，等离子体(图8中未显示)在使用中被限制通过该开口。开口在基本垂直于弯曲构件118的纵向轴线(旋转轴线)120的方向上是弯曲和细长的。该示例中的弯曲螺线管804a基本上遵循弯曲路径C的曲线，并且平行于但径向和轴向偏移于弯曲构件118的弯曲表面。在图8中，弯曲螺线管804a布置在弯曲天线802a和弯曲构件118的中间。弯曲螺线管804a提供限制磁场，在其中磁场线布置成使得垂直于每条磁场线延伸并连接磁场线的虚线是弯曲的，以便至少在沉积区内基本上遵循弯曲路径C的曲线。
沿弯曲天线802a的长度产生等离子体(图8中未示出)，且弯曲螺线管804a将等离子体限制在远离弯曲天线802a的方向上并通过弯曲螺线管804a。在如图8所示的示例中，等离子体由弯曲螺线管804a限制成弯曲薄片的形式。在这种情况下，弯曲薄片的长度在平行于弯曲构件118的纵向(旋转)轴线120的方向上延伸。弯曲薄片形式的等离子体被螺线管804a提供的磁场的限制成围绕弯曲构件118，并使得复制弯曲构件118的曲线。等离子体弯曲薄片的厚度可沿弯曲薄片的长度和宽度基本恒定。呈弯曲薄片形式的等离子体可具有基本均匀的密度，例如，弯曲薄片形式的等离子体的密度在其长度和宽度中的一个或全部上可基本一致。如上所述，限制成弯曲薄片形式的等离子体允许增加实现溅射沉积的面积，从而实现更有效的溅射沉积，和/或实现在基底116处的更均匀的等离子体密度分布，例如围绕弯曲构件曲线的方向和横跨基底116的宽度上。这进而允许在基底116上进行更均匀的溅射沉积，例如围绕弯曲构件曲线的方向和横跨基底118的长度上，这可以提高基底加工的一致性。
参考图9，示意性地示出了将靶材料108、608、708a、708b、708c溅射沉积到基底116的示例方法。在该方法中，基底116由基底引导件118沿弯曲路径C引导。在基底引导件118和支撑靶材料108、608、708a、708b、708c的靶部分106、606、706a、706b、706c之间限定沉积区114、614、714。例如，靶材料108、608、708a、708b、708c、基底116、沉积区114、614、714、靶部分106、606、706a、706b、706c、基底引导件118和/或弯曲路径C可以是参考图1至图8的上述的任何示例中的那些。在一些示例中，该方法由参考图1至8描述的设备100、600、700、800之一执行。
图9的方法包括:在步骤902中，向靶材料108、608、708a、708b、708c施加电偏置。可通过参考图1至图8的上述偏置器件122、122a、122b、122c来提供电偏置。
在步骤904中，图9的方法包括提供磁场以将等离子体限制在沉积区114、614、714中，从而使靶材料108、608、708a、708b、708c溅射沉积到基底116上。磁场的特征在于，磁场线布置为至少在沉积区114、614、714中基本上遵循弯曲路径C的曲线，以便将等离子体112限制成围绕弯曲路径C的曲线。例如，等离子体可由参考图1至8的上述磁性限制装置104、804之一限制。
如上所述，以这种方式限制生成的等离子体112允许至少在围绕弯曲路径C的曲线的方向上，等离子体密度在基底116处更均匀地分布。这进而允许在围绕弯曲构件118的表面的方向上更均匀地把靶材料108、608、708a、708b、708c溅射沉积到基底116上。因此，溅射沉积可进而更一致地执行。这可改善加工基底的一致性并且减少对质量控制的需要。例如，可与磁控管式溅射沉积相比，在磁控管式溅射沉积中，表征由其产生的磁场的磁场线紧密地循环进入和离开基底，并且因此不提供在基底处的均匀分布的等离子体密度。
此外，以这种方式限制所产生的等离子体112以便遵循弯曲路径的曲线可允许增加基底116的暴露于等离子体112的面积，并且因此允许增加实现溅射沉积的面积。例如，对于给定程度的沉积，这可允许基底116(例如以卷材的形式)以更快的速率通过卷到卷式设备进给，并且因此允许更高效的溅射沉积。
通过将电偏置施加到靶材料来进一步提高根据图9的示例中的溅射沉积的效率。这导致等离子体被吸引向靶材料，从而增加溅射速率。通过适当地控制电偏置，靶材料可以以所需结构(诸如结晶结构)溅射沉积到基底上，例如不需要进一步的后处理步骤。因此，在这种情况下溅射沉积进一步改善。此外，提供了灵活性，因为方法可用于通过控制电偏置将靶材料的特定图案沉积在基底上，例如在基底的一部分上沉积比另一部分更大量的靶材料。
在示例中，方法900包括提供包含锂、钴、氧化锂、氧化钴和氧化锂中的至少一种的靶材料。在此类示例中，方法900可用于生产包括这些材料的各种不同部件，诸如能量存储装置。
如参考图1至图5详细讨论的，在根据图9的一些示例中，步骤902包括以第一功率值施加电偏置，并且该方法包括以第二功率值生成等离子体，使得第二功率值与第一功率值的比率大于1。这种比率可用于以有效方式将靶材料以至少部分有序结构(诸如结晶结构)沉积在基底上。
上述示例应被理解为说明性示例。应当理解，关于任何一个示例描述的任何特征可以单独使用或与所描述的其它特征组合使用，并且还可以与任何其他示例或其他示例的任何组合的一个或多个特征组合使用。此外，在所附权利要求的范围内的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和修改。

Claims (25)

1.一种溅射沉积设备，其包括：
基底引导件，其布置为沿着弯曲路径引导基底；
靶组件，包括：
靶部分，其与所述基底引导件间隔开并且布置成支撑靶材料，所述靶部分和所述基底引导件在其二者之间限定沉积区；以及
偏置器件，其用于向所述靶材料施加电偏置；以及
限制装置，其包括一个或多个磁性元件，所述一个或多个磁性元件布置成提供限制磁场以将等离子体限制在所述沉积区中，从而在使用中提供所述靶材料到所述基底的溅射沉积，所述限制磁场的特征在于磁场线布置成，至少在所述沉积区中，基本上遵循弯曲路径的曲线以便将所述等离子体限制成围绕弯曲路径的所述曲线。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述偏置器件配置成将具有负极性的电偏置施加到所述靶材料。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述偏置器件配置成将包括直流电压的电偏置施加到所述靶材料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述设备还包括等离子体生成装置，所述等离子体生成装置配置成生成等离子体。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述偏置器件配置成以第一功率值将所述电偏置施加到所述靶材料，并且所述等离子体生成装置配置成以第二功率值生成所述等离子体，使得所述第二功率值与所述第一功率值的比率大于1。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第二功率值与所述第一功率值的比率小于3.5或小于1.5。
7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述第一功率值至少为每平方厘米一瓦，1Wcm-2。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的设备，所述第一功率值至多为每平方厘米十五瓦，15W cm-2，或至多每平方厘米七十瓦，70W cm-2。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的设备，其中，所述等离子体生成装置包括电感耦合等离子体源。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的设备，其中，所述等离子体生成装置包括在基本上垂直于所述基底引导件的纵向轴线的方向上延伸的一个或多个细长天线。
11.根据权利要求4至9中任一项所述的设备，其中，所述等离子体生成装置包括在基本上平行于所述基底引导件的纵向轴线的方向上延伸的一个或多个细长天线。
12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述靶部分布置成支撑多种靶材料，并且所述偏置器件配置成将电偏置独立地施加到所述多种靶材料中的一种或多种相应靶材料。
13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述一个或多个磁性元件布置成提供所述限制磁场以将等离子体限制为弯曲薄片形式。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述一个或多个磁性元件布置成提供所述限制磁场，以将等离子体限制成弯曲薄片的形式，其至少在所述沉积区中，具有基本上均匀密度。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述磁性元件中的一个或多个是电磁铁。
16.根据权利要求17所述的设备，其中，所述设备包括控制器，所述控制器布置成控制由所述电磁铁中的一个或多个提供的磁场。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述限制装置包括所述磁性元件中的至少两个，其布置成提供所述限制磁场。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，所述至少两个磁性元件布置成使得在所述磁性元件之间提供的具有相对高磁场强度的区域基本上遵循所述弯曲路径的曲线。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述靶部分布置或可配置以布置，使得所述靶部分的至少一部分限定支撑表面，所述支撑表面相对于所述靶部分的另一部分的支撑表面形成钝角。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述靶部分基本上是弯曲的。
21.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述靶部分布置成基本上遵循或近似于所述弯曲路径的曲线。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述基底引导件由弯曲构件提供，所述弯曲构件沿着所述弯曲路径引导所述基底。
23.一种将靶材料溅射沉积到基底的方法，所述基底由基底引导件沿着弯曲路径引导，其中，沉积区限定在所述基底引导件与支撑靶材料的靶部分之间，所述方法包括：
向所述靶材料施加电偏置；以及
提供磁场以将等离子体限制在所述沉积区中，从而致使靶材料溅射沉积到所述基底，所述磁场由磁场线表征，磁场线布置成至少在所述沉积区中基本上遵循弯曲路径的曲线，以便将等离子体限制成围绕所述弯曲路径。
24.根据权利要求23所述的方法，包括提供靶材料，所述靶材料具有以下至少一项：
锂；
钴；
氧化锂；
氧化钴；以及
氧化钴锂
25.根据权利要求23或权利要求24所述的方法，其中，向靶施加电偏置包括以第一功率值施加所述电偏置，并且所述方法包括以第二功率值生成等离子体，使得所述第二功率值与所述第一功率值的比率大于1。
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